用于模擬燃氣輪機壓縮機的系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及用于模擬燃氣輪機壓縮機的系統及方法。具體而言，公開了一種用于模擬燃氣輪機的壓縮機的方法。該方法大體上可包括基于燃氣輪機的模型來確定壓縮機的預測壓力比和預測質量流量、監測壓縮機的實際壓力比和實際質量流量、確定預測壓力比與實際壓力比和預測質量流量與實際質量流量中的至少一個之間的差異值、使用誤差校正系統來修正差異值以產生壓縮機流動修正因子，以及使用壓縮機流動修正因子來調整預測壓力比和預測質量流量。

【技術實現步驟摘要】
用于模擬燃氣輪機壓縮機的系統及方法
本主題大體上涉及用于燃氣輪機的控制系統，并且更具體地涉及用于加強對燃氣輪機壓縮機的模擬的系統及方法。
技術介紹
工業燃氣輪機和發電燃氣輪機具有監測和控制其操作的控制系統("控制器")。這些控制器管理燃氣輪機的燃燒系統以及燃氣輪機的其它操作方面。通常，控制器執行調整燃料流量、入口導葉(IGV)的角度以及其它控制輸入的調度算法來確保燃氣輪機安全和有效的操作。燃氣輪機控制器通常接收測量的操作參數和所期望的操作設置(例如，功率輸出、排氣能量等)的輸入值，這些輸入值結合調度算法來確定用于控制參數(例如，燃料流量、燃燒器燃料分流、IGV角度、入口流出熱流量等)的設置，以實現燃氣輪機的期望操作。通常認為的是，通過用于控制參數的調度算法所規定的值將導致燃氣輪機在所期望的狀態下操作，例如在所期望的功率輸出水平下和在限定的排放極限內。因此，調度算法結合了關于燃氣輪機例如在某一效率下、在某一流動能力下以及在其它假定條件下操作的假定。然而，當燃氣輪機在延長的周期內操作時，構件效率趨于降低并且流動能力和其它操作條件不同于所假定的條件。由于這種惡化，調度算法變得日益失調并導致燃氣輪機在從所期望的操作狀態日益偏離的狀態下操作。為了校正在效率、流動能力和其它操作條件方面的變化，必須周期性地"調節"燃氣輪機。通常，這必然伴有工程師或技術人員人工地調整燃氣輪機，而這需要使燃氣輪機脫機(或離線,off-line)以利用儀器裝備進行調節。為了防止人工調節所需的停機時間，美國專利No.7,742,904(授予GeneralElectric公司)公開了一種系統和方法，其自動地調整用于燃氣輪機的數學模型來解決在燃氣輪機的長期操作期間出現的變化(例如，在構件效率和流動能力方面的變化)。具體而言，該系統和方法使用在模擬的和感測的燃氣輪機操作參數方面的差異來用卡爾曼濾波器增益矩陣產生校正因數，然后可用該校正因數來調整燃氣輪機的數學模型。盡管美國專利No.7,742,904中公開的系統和方法提供了很多優點，但認識到可對此種系統和方法作出改進以進一步增強數學模型的精確度。例如，可執行對用于預測燃氣輪機壓縮機的操作參數的方法的具體改進來精細調節模型，且因此加強對壓縮機的模擬。因此，用于加強對燃氣輪機壓縮機的模擬的系統和方法將在本
中受到歡迎。
技術實現思路
本專利技術的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或可根據該描述而清楚，或可通過實施本專利技術而懂得。一方面，本主題公開了一種用于模擬燃氣輪機的壓縮機的方法。該方法大體上可包括基于燃氣輪機的模型來確定壓縮機的預測壓力比和預測質量流量、監測壓縮機的實際壓力比和實際質量流量、確定預測壓力比與實際壓力比和預測質量流量與實際質量流量中的至少一個之間的差異值、使用誤差校正系統來修正差異值以產生壓縮機流動修正因子(modifier)，以及使用壓縮機流動修正因子來調整預測壓力比和預測質量流量。另一方面，本主題公開了一種用于模擬燃氣輪機的壓縮機的方法。該方法大體上可包括基于燃氣輪機的模型來確定壓縮機的預測壓力比、基于模型的壓縮機特性圖(map)而使用預測壓力比來確定壓縮機的預測質量流量、監測壓縮機的實際壓力比和實際質量流量、確定預測壓力比與實際壓力比和預測質量流量與實際質量流量中的至少一個之間的差異值、使用誤差校正系統來修正差異值以產生壓縮機流動修正因子，以及使用壓縮機流動修正因子來調整結合壓縮機特性圖使用的預測壓力比以確定預測質量流量。另一方面，本主題公開了一種用于模擬燃氣輪機的壓縮機的系統。該系統大體上可包括構造成用以監測壓縮機的實際壓力比和實際質量流量的多個傳感器以及通信地聯接到傳感器上的控制器。控制器可構造成用以基于燃氣輪機的模型而產生壓縮機的預測壓力比和預測質量流量。此外，控制器可構造成用以確定預測壓力比與實際壓力比和預測質量流量和實際質量流量中的至少一個之間的差異值。控制器還可構造成用以將誤差校正系統應用于差異值以便產生壓縮機流動修正因子，其中，壓縮機流動修正因子由控制器用來調整預測壓力比和預測質量流量。本專利技術的這些及其它特征、方面和優點將參照以下描述和所附權利要求而變得更好理解。并入本說明書且構成說明書一部分的附圖示出了本專利技術的實施例，且結合描述一起來解釋本專利技術的原理。附圖說明參照附圖的說明書中闡述了針對本領域普通技術人員的、包括其最佳模式的本專利技術的完整和能夠實施的公開內容，在附圖中：圖1示出了燃氣輪機的一個實施例的示意圖；圖2示出了燃氣輪機、燃氣輪機模型和用于燃氣輪機模型的誤差校正系統的一個實施例的高級框圖；圖3示出了類似于圖2中所示的框圖，但包括誤差校正系統的一個實施例的更詳細的流程圖；圖4示出了用于模擬燃氣輪機壓縮機的方法的一個實施例的流程圖；以及圖5示出了使壓縮機壓力比與壓縮機質量流量相關聯的壓縮機特性圖的一個實施例。零件清單10燃氣輪機12壓縮機14(多個)燃燒器16渦輪18發電機20入口導管22導葉24排氣導管26控制器28促動器30促動器32燃料控制系統34傳感器36模型38基本輸入40主輸出42輸出44調節輸入46誤差校正系統48歸一化(或標準化，normalized)50比較52差異信號54KFGM-K56調整因數58調節因數60MSM62乘數64模型66計算68歸一化70計算72求和74先前的調整因數76非歸一化78性能修正因子100方法102方法元素104方法元素106方法元素108方法元素110方法元素120壓縮機特性圖122操作線124速度線128虛線130點132速度線134點。具體實施方式現將更為詳細地參照本專利技術的實施例，在附圖中示出了其中的一個或多個實例。各實例均是通過解釋本專利技術的方式提供而非對本專利技術進行限制。實際上，本領域的技術人員將清楚的是在不脫離本專利技術的范圍或精神的情況下，可在本專利技術中進行各種修改和變型。例如，示為或描述為一個實施例的一部分的特征可結合另一個實施例來使用，以產生又一個實施例。因此，期望的是本專利技術包含歸入所附權利要求及其等同物的范圍內的這些修改和變型。總體上，本主題公開了一種使用適應性燃氣輪機模型來估計操作中燃氣輪機的操作參數的燃氣輪機控制系統及方法。具體而言，燃氣輪機模型可構造成用以估計直接地測量或感測的燃氣輪機的壓縮機的操作參數(以及燃氣輪機的其它構件的操作參數)，然后可將這些操作參數與此類操作參數的對應的測量值或感測值相比較。然后，此類估計參數與實際參數的比較可在燃氣輪機繼續操作時用于自動地調節模型。具體而言，在若干實施例中，此類估計參數與實際參數的比較可用于確定壓縮機流動修正因子，然后可將該壓縮機流動修正因子應用于模型來調整壓縮機的預測操作參數。大體上，應當認識到的是，燃氣輪機模型可接收作為輸入參數的測量操作條件(例如，環境壓力、環境溫度、入口壓力差、排氣壓力差、環境比濕度、壓縮機入口溫度、入口導葉角度、入口流出熱流量、燃料流量、燃料溫度、發電機速度、第一級噴嘴面積、發電機功率損失、入口導管壓力損失以及排氣導管壓力損失等)。然后，燃氣輪機模型可產生用于燃氣輪機的估計或預測操作參數。例如，如上文所述，模型可產生用于壓縮機的預測操作參數，例如壓縮機質量流量、壓縮機壓力比(即，壓縮機入口壓力與壓縮機排出壓力的比)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于模擬燃氣輪機的壓縮機的方法，所述方法包括：基于所述燃氣輪機的模型來確定所述壓縮機的預測壓力比和預測質量流量；監測所述壓縮機的實際壓力比和實際質量流量；確定所述預測壓力比與所述實際壓力比和所述預測質量流量與所述實際質量流量中的至少一個之間的差異值；使用誤差校正系統來修正所述差異值以產生壓縮機流動修正因子；使用所述壓縮機流動修正因子來調整所述預測壓力比和所述預測質量流量。

【技術特征摘要】
2011.09.15 US 13/233,3611.一種用于模擬燃氣輪機的壓縮機的方法，所述方法包括：基于所述燃氣輪機的模型來確定所述壓縮機的預測壓力比和預測質量流量；監測所述壓縮機的實際壓力比和實際質量流量；確定所述預測壓力比與所述實際壓力比之間的差異值和/或所述預測質量流量與所述實際質量流量之間的差異值；使用誤差校正系統來修正所述差異值以產生壓縮機流動修正因子；使用所述壓縮機流動修正因子來調整所述預測壓力比和所述預測質量流量。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述燃氣輪機的模型來確定所述壓縮機的預測壓力比和預測質量流量包括基于所述模型的壓縮機特性圖來確定所述預測質量流量，所述壓縮機特性圖使所述預測壓力比與所述預測質量流量相關。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，使用所述壓縮機流動修正因子來調整所述預測壓力比和所述預測質量流量包括使用所述壓縮機流動修正因子來調整結合所述壓縮機特性圖使用的所述預測壓力比以確定所述預測質量流量。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述壓縮機流動修正因子來調整所述預測壓力比和所述預測質量流量包括調整隨所述壓縮機流動修正因子和增益因數而變化的所述預測壓力比。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，調整隨所述壓縮機流動修正因子和增益因數而變化的所述預測壓力比包括根據以下等式調整所述預測壓力比：PR_PRED＝(PR_MAP-1)*[(KCMP_FLW-1)*GAIN+1]+1其中，PR_PRED對應于所述預測壓力比，PR_MAP對應于未調整的壓力比，KCMP_FLW對應于所述壓縮機流動修正因子，以及GAIN對應于所述增益因數。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，使用誤差校正系統來修正所述差異值以產生壓縮機流動修正因子包括使用在所述燃氣輪機的操作期間實時地持續產生的卡爾曼濾波器增益矩陣來修正所述差異值以產生所述壓縮機流動修正因子。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，監測所述壓縮機的實際壓力比和實際質量流量包括利用設置在所述壓縮機內或所述壓縮機附近的多個傳感器來監測所述實際壓力比和所述實際質量流量。8.一種用于模擬燃氣輪機的壓縮機的方法，所述方法包括：基于所述燃氣輪機的模型來確定所述壓縮機的預測壓力比；使用所述預測壓力比來基于所述模型的壓縮機特性圖而確定所述壓縮機的預測質量流量；監測所述壓縮機的實際壓力比和實際質量流量；確定所述預測壓力比與所述實際壓力比之間的差異值和/或所述預測質量流量與所述實際質量流量之間的差異值；使用誤差校正系統來修正所述差異值以產生壓縮機流動修正因子；使用所述壓縮機流動修正因子來調整結合所述壓縮機特性圖使用的所述預測壓力比以確定所述預測質量流量。9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，使用所述壓縮機流動修正因子來調整結合所述壓縮機特性圖使用的所述預測壓力比以確定所述預測質量流量包括調整隨所述壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：JB德羅漢，RS羅森，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：