CN117287304A - 用于燃气轮机的阀门控制方法及阀门控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于燃气轮机的阀门控制方法，包括：获取在目标调控时刻与燃气轮机有关的基础测量参数；根据基础测量参数，计算得到对应于目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度；基于计算平均火焰温度，以及针对目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于目标调控时刻的目标温度偏差；根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令。本发明提供的用于燃气轮机的阀门控制方法可以基于计算平均火焰温度与目标火焰温度的偏差，实时调整压气机放气阀的开度，从而控制燃空比，进而使燃气轮机的污染物排放可以达到排放标准。

Description

用于燃气轮机的阀门控制方法及阀门控制系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机控制领域，具体涉及一种用于燃气轮机的阀门控制方法及阀门控制系统。

背景技术

航空发动机和工业燃气轮机需降低氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、未燃尽的碳氢化合物(UHC)的排放量，从而达到排放标准。在燃气轮机发电行业，《火电厂大气污染物排放标准》对于燃气轮机机组氮氧化物排放限值达到30mg/m³。为确保燃气轮机废气排放能够达标，部分电厂不得不采购烟气脱硫脱硝等装置，但其高昂的维护费用使燃气轮机应用方转而倾向于从源头降低污染物排放。

低排放型燃气轮机在燃烧系统设计上较常规排放机组进行了改进，通过贫预混燃烧控制燃烧室的燃烧温度，将排放NO_x的含量维持在较低水平。低排放燃气轮机通过压气机放气阀调节压气机流向燃烧室的空气流量，以实现不同燃烧模式与不同负荷状态下的燃空比调整需求，因此压气机放气阀的控制精度对燃烧温度的稳定控制起到了关键作用。

在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：现有技术通常采用开环控制方式，通过控制燃气轮机运转至规定转速及压力从而控制放气阀，但低排放燃气轮机机组压气机放气沿用开环控制将无法满足机组在多种燃烧模式下实时调整燃空比的运行需求及排放指标；并且由于放气阀自身的结构特点，当执行机构发生运行故障时，低排放燃气轮机机组的控制系统无法安全保护分级做出相应保护动作。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于燃气轮机的阀门控制方法及阀门控制系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

本发明提供了一种用于燃气轮机的阀门控制方法，包括：

获取在目标调控时刻与燃气轮机有关的基础测量参数，其中，基础测量参数包括：压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，燃烧模式状态参数对应于在目标调控时刻燃气轮机的目标运行状态，目标运行状态为燃气轮机全程运行包含的多个运行状态之一；

根据基础测量参数，计算得到对应于目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度；

基于计算平均火焰温度，以及针对目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于目标调控时刻的目标温度偏差；

根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令。

根据本发明的实施例，其中，根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

在目标温度偏差的绝对值小于第一预设温度偏差阈值的情况下，生成用于维持压气机放气阀的当前阀门开度的第一控制指令。

根据本发明的实施例，其中，根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

在目标温度偏差的绝对值大于第二预设温度偏差阈值的情况下，根据目标温度偏差计算得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数，其中，第二预设温度偏差阈值大于第一预设温度偏差阈值；

根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令。

根据本发明的实施例，其中，根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

将积分气流分数与预定积分下限值和预定积分上限值进行比较；

在积分气流分数大于预定积分下限值，且小于预定积分上限值的情况下，根据积分气流分数和燃气发生器转速，计算得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的目标开度；

根据目标开度，生成针对压气机放气阀的第二控制指令。

根据本发明的实施例，其中，根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

在积分气流分数大于等于预定积分上限值的情况下，生成第三控制指令，以便通过第三控制指令控制压气机放气阀的调控开度为100％，且锁定压气机放气阀，并在目标温度偏差小于预设解锁阈值的情况下，解除压气机放气阀的锁定状态；

在积分气流分数小于等于预定积分下限值的情况下，生成第四控制指令，以便通过第四控制指令控制压气机放气阀的调控开度为0％，且锁定压气机放气阀，并在目标温度偏差大于预设解锁阈值的情况下，解除压气机放气阀的锁定状态。

根据本发明的实施例，其中，根据目标温度偏差计算得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数包括：

根据预定复数变量、预定增益系数，计算得到目标比例系数；

根据目标温度偏差和目标比例系数，计算得到对应于目标调控时刻的压气机放气量增量；

计算基于目标调控时刻，压气机放气量增量在时间维度上的积分值，得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数。

根据本发明的实施例，其中，根据基础测量参数，计算得到对应于目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度包括：

根据压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，计算得到中间测量参数，其中，中间测量参数包括：压气机出口焓值、燃料焓值、燃烧室燃空比、压气机入口流量估计值、基于计算平均火焰温度的燃空比、燃烧室总压；

根据燃料低热值、压气机出口焓值、燃料焓值、燃烧室燃空比、压气机入口流量估计值、基于计算平均火焰温度的燃空比、燃烧室总压，计算得到计算平均火焰温度。

根据本发明的实施例，在生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令后，还包括：

通过设置在压气机放气阀处的位置传感器，采集得到压气机放气阀在目标调控时刻的实际开度；

计算实际开度与目标开度的开度偏差，其中，目标开度为控制指令所指示的开度；

基于目标开度、预设时间系数、预定复数变量，计算得到目标开度在时间维度上的变化趋势表征值；

根据开度偏差、燃气发生器转速、变化趋势表征值，确定是否发出针对压气机放气阀的故障报警提示。

根据本发明的实施例，其中，根据开度偏差、燃气发生器转速、变化趋势表征值，确定是否发出针对压气机放气阀的故障报警提示包括：

在开度偏差大于预设开度偏差阈值，且燃气发生器转速大于预设转速阈值，且变化趋势表征值小于预设表征值阈值的情况下，发出针对压气机放气阀的故障报警提示。

本发明的另一个方面还提供了一种用于燃气轮机的阀门控制系统，包括：

数据传输存储装置，被配置为存储和/或传输在目标调控时刻与燃气轮机有关的基础测量参数，其中，基础测量参数包括：压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，燃烧模式状态参数对应于在目标调控时刻燃气轮机的目标运行状态，目标运行状态为燃气轮机全程运行包含的多个运行状态之一；

处理器，与数据传输存储装置通信连接，被配置为执行以下操作：

从数据传输存储装置接收基础测量参数；

根据基础测量参数，计算得到对应于目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度；

基于计算平均火焰温度，以及针对目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于目标调控时刻的目标温度偏差；

根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令；

执行机构，与处理器通信连接，被配置为接收控制指令，并根据控制指令执行对压气机放气阀的驱动动作。

根据本发明提供的用于燃气轮机的阀门控制方法及阀门控制系统，基于计算平均火焰温度与目标火焰温度的偏差，可以生成针对压气机放气阀的控制指令，从而可以实时调整放气阀的开度，进而可以控制燃空比(燃料与空气的比值)，使污染物排放量可以达到排放标准。因此，本发明的实施例至少部分的解决了无法实时调整燃空比，以及无法通过控制放气阀达到排放指标的技术问题。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明实施例的用于燃气轮机的阀门控制方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例的用于燃气轮机的阀门控制方法的控制示例；

图3示意性示出了根据本发明实施例的根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令的流程图；

图4示意性示出了根据本发明实施例的压气机放气阀控制方法的流程图；

图5示意性示出了根据本发明实施例的用于燃气轮机的阀门控制系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本发明提供了一种用于燃气轮机的阀门控制方法及阀门控制系统。在实现本发明的过程中发现，燃空比(燃料与空气的比值)会影响氮氧化物、一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物等污染物的排放量。以往通过开环控制方式控制放气阀的模式无法满足机组多种燃烧模式下实时调整燃空比的运行需求，也无法通过控制放气阀达到排放指标。本发明提供的用于燃气轮机的阀门控制方法可以基于计算平均火焰温度与目标火焰温度的偏差，实时调整放气阀的开度，从而控制燃空比(燃料与空气的比值)，进而达到排放标准。

图1示意性示出了根据本发明实施例的用于燃气轮机的阀门控制方法的流程图。

如图1所示，该实施例的用于燃气轮机的阀门控制方法包括操作S101～操作S104。

在操作S101，获取在目标调控时刻与燃气轮机有关的基础测量参数，其中，基础测量参数包括：压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，燃烧模式状态参数对应于在目标调控时刻燃气轮机的目标运行状态，目标运行状态为燃气轮机全程运行包含的多个运行状态之一；

在操作S102，根据基础测量参数，计算得到对应于目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度；

在操作S103，基于计算平均火焰温度，以及针对目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于目标调控时刻的目标温度偏差；

在操作S104，根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令。

根据本发明的实施例，在操作S101，目标调控时刻可以是需要调整压气机放气阀开度的当前时刻。

根据本发明的实施例，燃烧模式状态参数可以用于表征燃气轮机的运行状态。燃气轮机在全程运行过程中可以具有多个运行状态，每个运行状态可以对应一个燃烧模式，每个燃烧模式可以对应一个燃烧模式状态参数，不同燃烧模式下喷嘴数量、燃烧室内燃烧温度等不同，各燃烧模式下的燃烧模式状态参数可以是预定的，参数值大小可以通过基于燃烧试验数据确定。

根据本发明的实施例，在操作S102，计算平均火焰温度可以用于表征在目标调控时刻燃气轮机燃烧室的实际火焰温度。

根据本发明的实施例，在操作S103，目标火焰温度可以是预先设定的。

燃气轮机的运行过程可以具有多个运行状态，可以针对每种运行状态分别设定相应的目标火焰温度，例如第1种运行状态可以对应目标火焰温度T₁，第2种运行状态可以对应目标火焰温度T₂。

目标火焰温度可以用于表征所对应的运行状态下的火焰温度的理想值，当火焰温度达到目标火焰温度时，燃气轮机可以达到最佳运行状态，例如可以使得氮氧化物、一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物等达到较低的排放量。

需要说明的是，目标火焰温度为理想值。由于实际运行过程中燃气轮机通常无法达到最佳运行状态，因此实际火焰温度可能会与目标火焰温度存在偏差，即计算平均火焰温度可能会与目标火焰温度存在偏差。

根据本发明的实施例，在操作S104，目标温度偏差可以用于表征计算平均火焰温度相对于目标火焰温度的偏离值。计算得到对应于目标调控时刻的目标温度偏差例如可以通过下式(1)计算：

m＝目标火焰温度-计算平均火焰温度 (1)

其中，m可以表示目标温度偏差。

根据本发明的实施例，控制指令可以用于控制压气机放气阀的阀门开度。生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令例如可以是：根据目标温度偏差生成相应的控制指令，从而尽量减小目标温度偏差的绝对值，使计算平均火焰温度更接近目标火焰温度，从而使燃气轮机更接近最佳运行状态。

例如：计算出某一时刻的目标温度偏差，基于上述目标温度偏差生成“调整阀门开度为50％”的控制指令，基于上述控制指令将压气机放气阀的阀门开度调整为50％，使燃气轮机的计算平均温度更接近目标火焰温度，从而达到氮氧化物、一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物的最低排放量。

根据本发明的实施例，因目标火焰温度下，氮氧化物、一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物等的排放较低，上述方法通过计算得到计算平均火焰温度，并基于计算平均火焰温度和目标火焰温度的目标温度偏差，生成针对压气机放气阀的控制指令，控制放气阀动作至理想开度。进一步地，基于理想阀门开度调节得到理想燃空比，使得在该燃空比状态下，燃烧室内火焰温度朝着接近理想目标火焰温度的方向进行调节，从而使燃气轮机的污染物排放量达到理想排放水平。上述方法实现了根据实时计算火焰温度对压气机放气阀进行闭环控制，保证了燃空比随低排放机组运行状态的实时调整需求，降低了氮氧化物、一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物等的排放。

根据本发明的实施例，具体的，根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：在目标温度偏差的绝对值小于第一预设温度偏差阈值的情况下，生成用于维持压气机放气阀的当前阀门开度的第一控制指令。

根据本发明的实施例，当目标温度偏差的绝对值小于第一预设温度偏差阈值时，可以将目标温度偏差记为0。

根据本发明的实施例，当目标温度偏差的绝对值小于第一预设温度偏差阈值时，表明计算平均温度与目标火焰温度的偏差较小，燃气轮机的实际运行状态接近最佳运行状态，因此无需调整压气机放气阀的阀门开度。

例如：当前阀门开度为40％，设定第一预设温度偏差阈值为10，某一时刻的目标温度偏差为5。由于目标温度偏差小于第一预设温度偏差阈值，因此将目标温度偏差记为0，并生成第一控制指令，用于维持当前的阀门开度(40％)。

根据本发明的实施例，通过将目标温度偏差的绝对值与第一预设温度偏差阈值比较，可以简单准确地判断出是否需要调节阀门开度。

根据本发明的实施例，根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令还可以包括：

在目标温度偏差的绝对值大于第二预设温度偏差阈值的情况下，根据目标温度偏差计算得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数，其中，第二预设温度偏差阈值大于第一预设温度偏差阈值；根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令。

根据本发明的实施例，当目标温度偏差的绝对值大于第二预设温度偏差阈值时，表明计算平均温度与目标火焰温度的偏差较大，燃气轮机的实际运行状态相对于最佳运行状态偏离较大，因此需要调节压气机放气量从而调节燃空比，从而使燃气轮机的实际运行状态接近最佳运行状态。

根据本发明的实施例，可以通过调节压气机放气阀的阀门开度，调节压气机放气量。

例如，当前阀门开度为40％，设定第二预设温度偏差阈值为20，某一时刻的目标温度偏差为25。由于目标温度偏差大于第二预设温度偏差阈值，因此需要调整压气机放气阀的阀门开度，从而调节压气机放气量。

根据本发明的实施例，积分气流分数可以用于表征阀门开度。

根据本发明的实施例，具体的，根据目标温度偏差计算得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数包括：

操作11，根据预定复数变量、预定增益系数，计算得到目标比例系数；其中，预定复数变量是进行时域和频域转换的必要变量；

操作12，根据目标温度偏差和目标比例系数，计算得到对应于目标调控时刻的压气机放气量增量；

操作13，计算基于目标调控时刻，压气机放气量增量在时间维度上的积分值，得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数。

根据本发明的实施例，在操作11，在计算得到目标比例系数之前，需要对目标温度偏差进行滤波，从而去除非正常数据，提高计算的精度。

根据本发明的实施例，当目标温度偏差的绝对值大于第二预设温度偏差阈值时，需要调节压气机放气量，使燃气轮机的运行状态接近理想状态。进一步地，在燃气轮机的运行过程中，每一运行时刻的目标温度偏差可能不同，因此需要实时调节压气机放气量。

根据本发明的实施例，通过调节压气机放气量，可以调节燃空比，从而调整目标温度偏差。

例如可以是：在运行10秒时，目标温度偏差1的绝对值大于第二预设温度偏差阈值，因此需要调整压气机放气量为放气量1；在运行11秒时，目标温度偏差2的绝对值也大于第二预设温度偏差阈值，因此需要在放气量1的基础上继续调整压气机放气量，得到放气量2；在运行12秒时，目标温度偏差3的绝对值同样大于第二预设温度偏差阈值，因此需要在放气量2的基础上继续调整压气机放气量，得到放气量3。

根据本发明的实施例，在操作12，压气机放气量增量可以用于表征：与上一目标调控时刻的压气机放气量相比，下一目标调控时刻需要增加或减少的压气机放气量。

对应于目标调控时刻的压气机放气量增量可以通过下式(2)计算：

n＝ m×(1+s×τ₁)/(1+s×τ₂)×τ₁ (2)

其中，n为压气机放气量增量值；τ₁、τ₂为预定增益系数，预定增益系数可以通过燃气发生器换算转速计算获得；s为预定复数变量。

根据本发明的实施例，在操作13，由于需要基于上一目标调控时刻的压气机放气量增量计算下一目标调控时刻的压气机放气量增量，因此可以不断对放气量增量进行积分，得到积分气流分数。基于积分气流分数可以确定目标调控时刻的压气机放气量，通过调整阀门开度可以调整压气机放气量。

例如，在运行10秒时，压气机放气量为放气量1；在运行11秒时，计算得到压气机放气量增量a；则此时的压气机放气量为放气量1+a，调节阀门开度为40％；在运行12秒时，对压气机放气量增量a进行积分，得到积分气流分数，基于积分气流分数可以得到压气机放气量增量b，则此时的压气机放气量为放气量1+a+b，调节阀门开度为60％；在运行13秒时，对压气机放气量增量b进行积分，得到压气机放气量增量c，则此时的压气机放气量为放气量1+a+b+c，调节阀门开度为90％。

根据本发明的实施例，当目标温度偏差为正数时，积分气流分数为正数，表明阀门开度需要增加；当目标温度偏差为负数时，积分气流分数为负数，表明阀门开度需要减小。

根据本发明的实施例，为了避免积分无限累加，可以设置预定积分上限以及预定积分下限：阀门开度最大为100％，最小为0％；当积分气流分数达到预定积分上限时，表明阀门开度已达到100％，阀门开度无法再增加，此时停止积分并锁定阀门开度为100％；当积分气流分数达到预定积分下限时，表明阀门开度已达到0％，压气机放气阀已完全闭合，阀门开度无法再减小，此时停止积分并锁定阀门开度为0％。

根据本发明的实施例，基于积分气流分数可以确定阀门开度，设置预定积分上限以及预定积分下限可以避免积分无限累加，避免无效计算。

根据本发明的实施例，根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

操作21，将积分气流分数与预定积分下限值和预定积分上限值进行比较；

操作22，在积分气流分数大于预定积分下限值，且小于预定积分上限值的情况下，根据积分气流分数和燃气发生器转速，计算得到对应于目标调控时刻压气机放气阀的目标开度；

操作23，根据目标开度，生成针对压气机放气阀的第二控制指令。

根据本发明的实施例，在操作22，当积分气流分数大于预定积分下限值，且小于预定积分上限值时，表明阀门开度在0％-100％之间，阀门开度并未处在锁定状态，因此可以调节阀门开度。

根据本发明的实施例，在操作23，第二控制指令用于控制压气机放气阀达到目标开度。

例如，在运行第5秒时，积分气流分数a大于预定积分下限值，且小于预定积分上限值，计算得到该时刻的目标开度为10％，生成第二控制指令控制压气机放气阀的开度为10％；在运行第6秒时，积分气流分数b也大于预定积分下限值，且小于预定积分上限值，计算得到该时刻的目标开度为50％，生成第二控制指令控制压气机放气阀的开度为50％；在运行第7秒时，积分气流分数c同样大于预定积分下限值，且小于预定积分上限值，计算得到该时刻的目标开度为90％，生成第二控制指令控制压气机放气阀的开度为90％。

根据本发明的实施例，根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

在积分气流分数大于等于预定积分上限值的情况下，生成第三控制指令，以便通过第三控制指令控制压气机放气阀的调控开度为100％，且锁定压气机放气阀，并在目标温度偏差小于预设解锁阈值的情况下，解除压气机放气阀的锁定状态；

在积分气流分数小于等于预定积分下限值的情况下，生成第四控制指令，以便通过第四控制指令控制压气机放气阀的调控开度为0％，且锁定压气机放气阀，并在目标温度偏差大于预设解锁阈值的情况下，解除压气机放气阀的锁定状态。

根据本发明的实施例，第三控制指令用于使压气机放气阀的开度锁定在100％，不再调整压气机放气阀的开度。

根据本发明的实施例，可以设定预设解锁阈值，当目标温度偏差小于预设解锁阈值的情况下，解除压气机放气阀的锁定状态，即可以调节压气机放气阀的开度。

例如：设定预设解锁阈值为0。在运行10-15秒时，积分气流分数持续大于预定积分上限值，在此时间段内通过第三控制指令控制阀门开度始终为100％；当运行16秒时，目标温度偏差小于预设解锁阈值0，此时解除压气机放气阀的锁定状态，可以调节压气机放气阀的开度。

根据本发明的实施例，第四控制指令用于使压气机放气阀的开度锁定在0％，不再调整压气机放气阀的开度。当目标温度偏差大于预设解锁阈值的情况下，解除压气机放气阀的锁定状态，即可以调节压气机放气阀的开度。

例如：设定预设解锁阈值为0。在运行17-20秒时，积分气流分数持续小于预定积分下限值，在此时间段内通过第四控制指令控制阀门开度始终为0％；当运行21秒时，目标温度偏差大于预设解锁阈值0，此时解除压气机放气阀的锁定状态，可以调节压气机放气阀的开度。

根据本发明的实施例，根据基础测量参数，计算得到对应于目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度包括：

根据压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，计算得到中间测量参数，其中，中间测量参数包括：压气机出口焓值、燃料焓值、燃烧室燃空比、压气机入口流量估计值、基于计算平均火焰温度的燃空比、燃烧室总压；

根据燃料低热值、压气机出口焓值、燃料焓值、燃烧室燃空比、压气机入口流量估计值、基于计算平均火焰温度的燃空比、燃烧室总压，计算得到计算平均火焰温度。

根据本发明的实施例，计算得到中间测量参数例如可以通过下式(3)计算：

[a,c,d,e,g,h]＝f₃(t₁,p₁,t₂,p₂,z,b,w,z) (3)

其中，f₃为函数关系式，t₁为压气机入口温度、p₁为压气机入口压力、t₂为压气机出口温度、p₂为压气机出口压力、z为燃气发生器转速、b为燃料低热值、w为燃料需求总量、z为燃烧模式状态参数、a为燃气轮机压气机出口焓值；c为燃料焓值；d为燃烧室燃空比；e为压气机入口流量估计值；

根据本发明的实施例，计算得到计算平均火焰温度例如可以通过下式(4)计算：

T＝(f₁((a+(b+c)*d)/(1+j+e),g)+(d-k₁)*((h-k₂)/k₃-k₄))*f₂((a+(b+c)*d)/(1+d+e)) (4)

其中，g为基于火焰温度的燃空比，h为燃烧室总压，k₁、k₂、k₃、k₄为常系数。

图2示出了根据本发明实施例的用于燃气轮机的阀门控制方法的控制示例。

参考图2，例如：设置第一预设温度偏差阈值为10，第二预设温度偏差阈值为20：

在运行0～15秒内，由于目标温度偏差持续＞0，且偏差绝对值持续＞20，因此放气阀阀门开度持续增加，直到达到100％后，锁定压气机放气阀；

从15秒开始目标温度偏差开始＜0，但目标温度偏差绝对值在10以内，因此放气阀阀门开度保持为100％；

从18秒开始目标温度偏差持续＜-20，即目标温度偏差绝对值持续＞20，放气阀阀门开度逐渐减小直到达到0％后，锁定压气机放气阀；

从35秒左右目标温度偏差再次＞0，由于目标温度偏差绝对值在10以内，因此压气机放气阀阀门开度保持不变；

在37秒左右目标温度偏差＞20，压气机放气阀的阀门开度重新增加；

在50秒左右目标温度偏差再次＜-20，压气机放气阀阀门开度下逐渐降并随目标温度偏差稳定而不再变化。

图3示意性示出了根据本发明实施例的根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令的流程图。

如图3所示，该实施例的根据积分气流分数，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令方法包括操作S301～操作S306。

在操作S301，对目标温度偏差进行滤波；

在操作S302，得到积分气流分数；

在操作S303，判断积分气流分数是否大于预设下限值且小于预设上限值，当大于预设下限值且小于预设上限值时，生成第二控制指令；

在操作S304，当不满足大于预设下限值且小于预设上限值时，锁定压气机放气阀；

在操作S305，当阀门开度为100％时，判断目标温度偏差是否小于预设解锁阈值，当大于预设解锁阈值时，继续锁定压气机放气阀；当目标温度偏差小于预设解锁阈值时，解除压气机放气阀的锁定状态；

在操作S306，当阀门开度为0％时，判断目标温度偏差是否大于预设解锁阈值，当小于预设解锁阈值时，继续锁定压气机放气阀；当目标温度偏差大于预设解锁阈值时，解除压气机放气阀的锁定状态。

根据本发明的实施例，在生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令后，还包括：

操作31，通过设置在压气机放气阀处的位置传感器，采集得到压气机放气阀在目标调控时刻的实际开度；

操作32，计算实际开度与目标开度的开度偏差，其中，目标开度为控制指令所指示的开度；

操作33，基于目标开度、预设时间系数、预定复数变量，计算得到目标开度在时间维度上的变化趋势表征值；

操作34，根据开度偏差、燃气发生器转速、变化趋势表征值，确定是否发出针对压气机放气阀的故障报警提示。

根据本发明的实施例，在操作31至操作32，针对压气机放气阀的控制指令可以表征压气机放气阀的目标开度。需要说明的是，目标开度为理想值，燃气轮机的运行过程中的实际开度可能与目标开度存在偏差。

根据本发明的实施例，在操作33，变化趋势表征值例如可以通过下式(5)计算：

其中，τ₃为预设时间系数，p为根据计算平均火焰温度以及目标火焰温度的温度偏差确定的压气机放气阀的理想目标开度，目标开度值的具体计算方法参考前述有关实施例的具体计算方法，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，在操作34，根据开度偏差、燃气发生器转速、变化趋势表征值，确定是否发出针对压气机放气阀的故障报警提示包括：

在开度偏差大于预设开度偏差阈值，且燃气发生器转速大于预设转速阈值，且变化趋势表征值小于预设表征值阈值的情况下，发出针对压气机放气阀的故障报警提示。

根据本发明的实施例，当发出故障报警提示后，由燃气轮机的控制系统发出警报，同时不允许燃气轮机启动正常运行模式。

根据本发明的实施例，基于开度偏差、燃气发生器转速、变化趋势表征值，可以确定是否发出针对压气机放气阀的故障报警提示，从而可以及时确定压气机放气阀是否发生故障。

图4示意性示出了根据本发明实施例的压气机放气阀控制方法的流程图。

如图4所示，该实施例的压气机放气阀控制方法包括操作S401～操作S406。

在操作S401，基于计算平均火焰温度，以及针对目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于目标调控时刻的目标温度偏差；

在操作S402，对目标温度偏差进行滤波；

在操作S403，计算积分气流分数；

在操作S404，生成控制指令；

在操作S405，采集压气机放气阀的实际开度；

在操作S406，确定是否发出故障报警提醒。

在本发明的另一方面，还提供了一种用于燃气轮机的阀门控制系统。

图5示意性示出了根据本发明实施例的用于燃气轮机的阀门控制系统的示意图。

如图5所示，根据本发明实施例的用于燃气轮机的阀门控制系统500包括：

数据传输存储装置501，被配置为存储和/或传输在目标调控时刻与燃气轮机有关的基础测量参数，其中，基础测量参数包括：压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，燃烧模式状态参数对应于在目标调控时刻燃气轮机的目标运行状态，目标运行状态为燃气轮机全程运行包含的多个运行状态之一；数据传输存储装置501例如可包括数据采集单元(例如采集压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速等)、输入输出单元(例如用于各类数据、以及控制指令的传输下发等)、数据存储单元(例如用于存储各类数据、各种指令等)。

处理器502，与数据传输存储装置通信连接，被配置为执行以下操作：从数据传输存储装置接收基础测量参数；根据基础测量参数，计算得到对应于目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度；基于计算平均火焰温度，以及针对目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于目标调控时刻的目标温度偏差；根据目标温度偏差，生成在目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令；

执行机构503，与处理器通信连接，被配置为接收控制指令，并根据控制指令执行对压气机放气阀的驱动动作；

位置传感器504，例如可采用线性位移传感器，可设置在压气机放气阀附近，用于采集压气机放气阀在目标调控时刻的实际开度，并将开度信息回传给处理器502，以便判断压气机放气阀是否发生故障，并执行相应的保护动作指令。

数据传输存储装置501与处理器502之间、处理器502与执行机构503、处理器502与位置传感器504之间通过网络线连接。

应该理解，图5中的数据传输存储装置501、处理器502、执行机构503、位置传感器504的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以调整数据传输存储装置501、处理器502、执行机构503、位置传感器504的数目。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于燃气轮机的阀门控制方法，包括：

获取在目标调控时刻与燃气轮机有关的基础测量参数，其中，所述基础测量参数包括：压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，所述燃烧模式状态参数对应于在所述目标调控时刻燃气轮机的目标运行状态，所述目标运行状态为燃气轮机全程运行包含的多个运行状态之一；

根据所述基础测量参数，计算得到对应于所述目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度；

基于所述计算平均火焰温度，以及针对所述目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于所述目标调控时刻的目标温度偏差；

根据所述目标温度偏差，生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述目标温度偏差，生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

在所述目标温度偏差的绝对值小于第一预设温度偏差阈值的情况下，生成用于维持压气机放气阀的当前阀门开度的第一控制指令。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所述目标温度偏差，生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

在所述目标温度偏差的绝对值大于第二预设温度偏差阈值的情况下，根据所述目标温度偏差计算得到对应于所述目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数，其中，所述第二预设温度偏差阈值大于所述第一预设温度偏差阈值；

根据所述积分气流分数，生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述积分气流分数，生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

将所述积分气流分数与预定积分下限值和预定积分上限值进行比较；

在所述积分气流分数大于预定积分下限值，且小于预定积分上限值的情况下，根据所述积分气流分数和所述燃气发生器转速，计算得到对应于所述目标调控时刻所述压气机放气阀的目标开度；

根据所述目标开度，生成针对压气机放气阀的第二控制指令。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述积分气流分数，生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令包括：

在所述积分气流分数大于等于预定积分上限值的情况下，生成第三控制指令，以便通过所述第三控制指令控制所述压气机放气阀的调控开度为100％，且锁定所述压气机放气阀，并在所述目标温度偏差小于预设解锁阈值的情况下，解除所述压气机放气阀的锁定状态；

在所述积分气流分数小于等于预定积分下限值的情况下，生成第四控制指令，以便通过第四控制指令控制所述压气机放气阀的调控开度为0％，且锁定所述压气机放气阀，并在所述目标温度偏差大于预设解锁阈值的情况下，解除所述压气机放气阀的锁定状态。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述目标温度偏差计算得到对应于所述目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数包括：

根据预定复数变量、预定增益系数，计算得到目标比例系数；

根据所述目标温度偏差和所述目标比例系数，计算得到对应于所述目标调控时刻的压气机放气量增量；

计算基于所述目标调控时刻，所述压气机放气量增量在时间维度上的积分值，得到对应于所述目标调控时刻压气机放气阀的积分气流分数。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述基础测量参数，计算得到对应于所述目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度包括：

根据压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，计算得到中间测量参数，其中，所述中间测量参数包括：压气机出口焓值、燃料焓值、燃烧室燃空比、压气机入口流量估计值、基于计算平均火焰温度的燃空比、燃烧室总压；

根据燃料低热值、压气机出口焓值、燃料焓值、燃烧室燃空比、压气机入口流量估计值、基于计算平均火焰温度的燃空比、燃烧室总压，计算得到所述计算平均火焰温度。

8.根据权利要求1所述的方法，在生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令后，还包括：

通过设置在所述压气机放气阀处的位置传感器，采集得到所述压气机放气阀在所述目标调控时刻的实际开度；

计算所述实际开度与目标开度的开度偏差，其中，所述目标开度为所述控制指令所指示的开度；

基于所述目标开度、预设时间系数、预定复数变量，计算得到所述目标开度在时间维度上的变化趋势表征值；

根据所述开度偏差、燃气发生器转速、所述变化趋势表征值，确定是否发出针对所述压气机放气阀的故障报警提示。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，根据所述开度偏差、燃气发生器转速、所述变化趋势表征值，确定是否发出针对所述压气机放气阀的故障报警提示包括：

在所述开度偏差大于预设开度偏差阈值，且所述燃气发生器转速大于预设转速阈值，且所述变化趋势表征值小于预设表征值阈值的情况下，发出针对所述压气机放气阀的故障报警提示。

10.一种用于燃气轮机的阀门控制系统，包括：

数据传输存储装置，被配置为存储和/或传输在目标调控时刻与燃气轮机有关的基础测量参数，其中，所述基础测量参数包括：压气机入口温度、压气机入口压力、压气机出口温度、压气机出口压力、燃气发生器转速、燃料低热值、燃料需求总量、燃烧模式状态参数，所述燃烧模式状态参数对应于在所述目标调控时刻燃气轮机的目标运行状态，所述目标运行状态为燃气轮机全程运行包含的多个运行状态之一；

处理器，与所述数据传输存储装置通信连接，被配置为执行以下操作：

从数据传输存储装置接收所述基础测量参数；

根据所述基础测量参数，计算得到对应于所述目标调控时刻燃气轮机燃烧室的计算平均火焰温度；

基于所述计算平均火焰温度，以及针对所述目标运行状态预先设定的目标火焰温度，计算得到对应于所述目标调控时刻的目标温度偏差；

根据所述目标温度偏差，生成在所述目标调控时刻针对压气机放气阀的控制指令；

执行机构，与所述处理器通信连接，被配置为接收所述控制指令，并根据所述控制指令执行对所述压气机放气阀的驱动动作。