CN114000950B - 一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法及装置，所述方法包括：在燃机启动阶段与停机阶段，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制；针对燃机启动阶段的升速控制机理，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制，本发明达到燃机全过程稳定速比截止阀后压力的目的，并在燃机启、停阶段实现了稳定转子加速度的效果，可提升燃烧稳定性，通过对比分析燃料速比截止阀在启停阶段的控制指标，超过原厂家，达到国内、国际领先水平。

Description

一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法及装置，属于重型燃机控制技术领域。

背景技术

目前，国内主流燃机的控制系统均由主机厂商配套提供，基于燃机较高的自动化水平以及控制系统成套供应模式，国内暂无DCS厂商配套提供控制系统，且行业内一般默认为燃机控制系统相关技术是成熟可靠的。

重型燃机燃料速比截止阀作为截止阀在机组跳闸或停机时切断燃料供应，以及作为调节阀在机组正常运行期间，通过燃料速比截止阀的控制，实现燃料阀前管道P2压力的稳定。

GE重型燃机的燃料速比截止阀控制原理是基于燃料阀前P2压力的给定值与测量值偏差，采用常规比例、积分控制机理实现P2压力的控制，在燃机全程运行过程中，采用单一的比例、积分控制参数；当燃机处于不同阶段的运行工况时，燃料需求量会发生变化，为维持燃料阀前P2压力稳定，燃料速比截止阀的开度将同步调整，由于燃料速比截止阀的阀门流量特性，以及不同工况下的燃烧差异，导致单一的比例、积分控制参数无法满足全过程工况下的P2压力稳定，通常比例、积分控制参数的整定主要满足燃机带负荷工况下的燃烧可控，表现出的典型运行特征是燃机在启、停阶段工况时，燃料速比截止阀开度与P2压力的等幅振荡，在特殊环境与燃料变化背景下，易发生燃机启、停阶段的熄火现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法及装置，通过采用燃料速比截止阀调节回路的变比例、变积分参数控制技术、燃机启动升速阶段的阀位开度指令前馈控制技术，以及燃料速比截止阀全程控制无扰切换技术，达到燃机全过程稳定速比截止阀后压力的目的，并在燃机启、停阶段实现了稳定转子加速度的效果，从而解决了GE控制系统在燃机启、停机阶段控制存在的燃料阀前P2压力不稳定，以及由此导致的燃机运行缺陷，具备了燃机全过程运行工况下的燃料速比截止阀稳定控制能力。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法，包括：

将燃机运行工况划分为启动阶段、运行阶段和停机阶段三种工况；

在燃机启动阶段与停机阶段，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制；

针对燃机启动阶段的升速控制机理，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制。

进一步的，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制，包括：

当燃料给定基准FSR处于加速控制燃料给定基准FSRACC方式下，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第一阈值和第二阈值进行比较判断；

当数据结果达到第一阈值条件，触发机组启动升速阶段自保持，当数据结果达到第二阈值条件，机组启动升速阶段结束；

当机组处于正常停机阶段，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第三阈值和第四阈值进行比较判断；

当数据结果达到第三阈值条件，触发机组启动停机减速阶段自保持，当数据结果达到第四阈值条件，机组启动停机减速阶段结束。

进一步的，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制，包括：

前馈信号采用燃机转子加速度控制偏差，并经过逻辑组态与函数参数整定，转换为阀位开度前馈指令，基于燃机转子加速度的前馈信号，实时表征燃料需求趋势，从而直接传递燃料速比截止阀开度指令，实现实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制的目的。

进一步的，所述燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式还包括：

通过将前馈的阀位开度计算值，通过直接叠加到比例、定积分常数作用之和的方式，输出速比截止阀开度指令。

进一步的，当机组启动升速或停机减速阶段证实后，采用另一套比例、积分参数，作用于速比截止阀开度指令回路，变比例、积分参数的切换基于速比截止阀后P2压力偏差较小，实现速比截止阀开度指标较小扰动。

进一步的，所述方法还包括：采用基于燃料阀前P2压力小偏差工况时的燃料速比截止阀调节参数的无扰切换回路，以及前馈回路信号切除的控制回路，设计基于工况切换区间的判断条件，并在燃料阀前P2压力小偏差工况时，触发单项的调节回路比例、积分控制参数的切换，实现无扰切换功能。

第二方面，本发明提供一种重型燃机燃料速比截止阀控制装置，包括：

启停稳定控制单元，用于在燃机启动阶段与停机阶段，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制；

阀位控制提前响应单元，用于针对燃机启动阶段的升速控制机理，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制。

进一步的，所述启停稳定控制单元包括：

第一判断单元，用于当燃料给定基准FSR处于加速控制燃料给定基准FSRACC方式下，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第一阈值和第二阈值进行比较判断；

第二判断单元，用于当数据结果达到第一阈值条件，触发机组启动升速阶段自保持，当数据结果达到第二阈值条件，机组启动升速阶段结束；

第三判断单元，用于当机组处于正常停机阶段，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第三阈值和第四阈值进行比较判断；

第四判断单元，当数据结果达到第三阈值条件，触发机组启动停机减速阶段自保持，当数据结果达到第四阈值条件，机组启动停机减速阶段结束。

进一步的，还包括：

无扰切换单元，用于采用基于燃料阀前P2压力小偏差工况时的燃料速比截止阀调节参数的无扰切换回路，以及前馈回路信号切除的控制回路，设计基于工况切换区间的判断条件，并在燃料阀前P2压力小偏差工况时，触发单项的调节回路比例、积分控制参数的切换，实现无扰切换功能。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明通过采用燃料速比截止阀调节回路的变比例、变积分参数控制技术、燃机启动升速阶段的阀位开度指令前馈控制技术，以及燃料速比截止阀全程控制无扰切换技术，达到燃机全过程稳定速比截止阀后压力的目的，并在燃机启、停阶段实现了稳定转子加速度的效果，从而解决了GE控制系统在燃机启、停机阶段控制存在的燃料阀前P2压力不稳定，以及由此导致的燃机运行缺陷，具备了燃机全过程运行工况下的燃料速比截止阀稳定控制能力。

附图说明

图1是根据本发明提供的燃料速比截止阀控制原理图。

图2是根据本发明实施例提供的燃料速比截止阀优化控制逻辑设计图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例介绍一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法，包括：

将燃机运行工况划分为启动阶段、运行阶段和停机阶段三种工况；

在燃机启动阶段与停机阶段，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制；

针对燃机启动阶段的升速控制机理，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制。

燃料速比截止阀控制优化技术通过采用燃料速比截止阀调节回路的变比例、变积分参数控制技术、燃机启动升速阶段的阀位开度指令前馈控制技术，基于全国产化的华电睿蓝maxCHD控制系统平台实施逻辑的优化运用，并通过燃机运行的验证，实现了稳定速比截止阀后P2压力的目的。

为了验证本发明方法的效果，将此方法应用于燃机控制系统中，并已经过燃机超过30余次的启停验证。

本实施例提供的重型燃机燃料速比截止阀控制方法，其应用过程具体涉及如下步骤：

如图1所示，本发明实施例所提供的一种重型燃机燃料速比截止阀控制技术，具体步骤如下：

1、启动升速阶段逻辑判断条件：当燃料给定基准FSR处于加速控制燃料给定基准FSRACC方式下，转速大于860r/min，速比截止阀后P2压力偏差小于2psi时，触发机组启动升速阶段自保持(即结合FSR方式、转速和P2压力判断燃机处于启动升速工况)；当转速大于2500r/min，且速比截止阀后P2压力偏差小于2psi时，判断机组启动升速阶段结束。

2、停机减速阶段逻辑判断条件：当机组处于正常停机阶段，转速小于2500r/min，且速比截止阀后P2压力偏差小于2psi时，触发机组停机减速阶段证实；当转速小于800r/min，且速比截止阀后P2压力偏差小于2psi时，复位机组停机减速阶段证实。

3、调节回路变参数与前馈功能的实现

当机组启动升速或停机减速阶段证实后，采用另一套比例、积分参数(通常情况下，调节控制回路有相关的整定参数，一般采用的定参数方式，采用另一套参数的概念是，将原有的一套参数，修改为两套调节参数的逻辑组态，根据工况的需要，选用一套参数，以满足各个工况下稳定控制的目的)，作用于速比截止阀开度指令回路。变比例、积分参数的切换基于速比截止阀后P2压力偏差较小，可实现速比截止阀开度指标较小扰动。

速比截止阀前馈功能通过将前馈的阀位开度计算值，通过直接叠加到比例、定积分常数作用之和的方式，输出速比截止阀开度指令。

前馈回路采用PID设计方案(PID是热工专业的基本术语，后面的表述已经进行了说明，即PID的测量值、设定值等，PID根据设定值与测量值的偏差，自动运算输出值，输出值即前馈指令)，PID测量值为转子加速度计算值TNHA与转子加速度给定值TNHAR的偏差；PID设定值为测量值限幅后的计算值；PID前馈值为转子加速度偏差经限幅后的计算值。通过PID参数的整定，可实现测量值处于限幅区间内的较为稳定的输出值，当测量值处于较大偏差时，通过前馈作用可实现较快响应转子加速度变化的功能。当机组启动升速阶段复位，通过PID自带的切除调节功能，实现输出值置零功能。

实施例2

本实施例提供一种重型燃机燃料速比截止阀控制装置，包括：

启停稳定控制单元，用于在燃机启动阶段与停机阶段，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制；

阀位控制提前响应单元，用于针对燃机启动阶段的升速控制机理，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制。

进一步的，所述启停稳定控制单元包括：

第一判断单元，用于当燃料给定基准FSR处于加速控制燃料给定基准FSRACC方式下，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第一阈值和第二阈值进行比较判断；

第二判断单元，用于当数据结果达到第一阈值条件，触发机组启动升速阶段自保持，当数据结果达到第二阈值条件，机组启动升速阶段结束；

第三判断单元，用于当机组处于正常停机阶段，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第三阈值和第四阈值进行比较判断；

第四判断单元，当数据结果达到第三阈值条件，触发机组启动停机减速阶段自保持，当数据结果达到第四阈值条件，机组启动停机减速阶段结束。

进一步的，还包括：

无扰切换单元，用于采用基于燃料阀前P2压力小偏差工况时的燃料速比截止阀调节参数的无扰切换回路，以及前馈回路信号切除的控制回路，设计基于工况切换区间的判断条件，并在燃料阀前P2压力小偏差工况时，触发单项的调节回路比例、积分控制参数的切换，实现无扰切换功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种重型燃机燃料速比截止阀控制方法，其特征在于，包括：

将燃机运行工况划分为启动阶段、运行阶段和停机阶段三种工况；

在燃机启动阶段与停机阶段，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制；

针对燃机启动阶段的升速控制机理，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制；

采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制，包括：

当燃料给定基准FSR处于加速控制燃料给定基准FSRACC方式下，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第一阈值和第二阈值进行比较判断；

当数据结果达到第一阈值条件，触发机组启动升速阶段自保持，当数据结果达到第二阈值条件，机组启动升速阶段结束；

当机组处于正常停机阶段，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第三阈值和第四阈值进行比较判断；

当数据结果达到第三阈值条件，触发机组启动停机减速阶段自保持，当数据结果达到第四阈值条件，机组启动停机减速阶段结束；

采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制，包括：

前馈信号采用燃机转子加速度控制偏差，并经过逻辑组态与函数参数整定，转换为阀位开度前馈指令，基于燃机转子加速度的前馈信号，实时表征燃料需求趋势，从而直接传递燃料速比截止阀开度指令，实现实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制的目的；

所述燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式还包括：

通过将前馈的阀位开度计算值，通过直接叠加到比例、定积分常数作用之和的方式，输出速比截止阀开度指令。

2.根据权利要求1所述的重型燃机燃料速比截止阀控制方法，其特征在于：将原有的一套参数，修改为两套调节参数的逻辑组态，根据工况的需要，选用一套参数，满足各个工况下稳定控制，当机组启动升速或停机减速阶段证实后，采用另一套比例、积分参数，作用于速比截止阀开度指令回路，变比例、积分参数的切换基于速比截止阀后P2压力偏差较小，实现速比截止阀开度指标较小扰动。

3.根据权利要求1所述的重型燃机燃料速比截止阀控制方法，其特征在于：所述方法还包括：采用基于燃料阀前P2压力小偏差工况时的燃料速比截止阀调节参数的无扰切换回路，以及前馈回路信号切除的控制回路，设计基于工况切换区间的判断条件，并在燃料阀前P2压力小偏差工况时，触发单项的调节回路比例、积分控制参数的切换，实现无扰切换功能。

4.一种重型燃机燃料速比截止阀控制装置，其特征在于，包括：

启停稳定控制单元，用于在燃机启动阶段与停机阶段，采用燃料速比截止阀调节回路控制参数的变比例、变积分参数控制方式，实现阀门小开度工况下的稳定控制；

阀位控制提前响应单元，用于针对燃机启动阶段的升速控制机理，采用燃料速比阀阀位开度指令前馈的控制方式，实时判断燃料需求趋势，提前响应阀位控制。

5.根据权利要求4所述的重型燃机燃料速比截止阀控制装置，其特征在于，所述启停稳定控制单元包括：

第一判断单元，用于当燃料给定基准FSR处于加速控制燃料给定基准FSRACC方式下，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第一阈值和第二阈值进行比较判断；

第二判断单元，用于当数据结果达到第一阈值条件，触发机组启动升速阶段自保持，当数据结果达到第二阈值条件，机组启动升速阶段结束；

第三判断单元，用于当机组处于正常停机阶段，获取机组转速和速比截止阀后P2压力数据，对数据结果与预设的第三阈值和第四阈值进行比较判断；

第四判断单元，当数据结果达到第三阈值条件，触发机组启动停机减速阶段自保持，当数据结果达到第四阈值条件，机组启动停机减速阶段结束。

6.根据权利要求4所述的重型燃机燃料速比截止阀控制装置，其特征在于，还包括：

无扰切换单元，用于采用基于燃料阀前P2压力小偏差工况时的燃料速比截止阀调节参数的无扰切换回路，以及前馈回路信号切除的控制回路，设计基于工况切换区间的判断条件，并在燃料阀前P2压力小偏差工况时，触发单项的调节回路比例、积分控制参数的切换，实现无扰切换功能。

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