用基于事件的作用减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法专利检索-迟滞损失车轮和轮胎专利检索查询-专利查询网

用基于事件的作用减弱不希望的 燃气轮机瞬态响应的方法

阅读：363发布：2020-05-12

专利汇可以提供用基于事件的作用减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种管理在燃气轮机运行过程中经常看到的瞬态事件的方法，所述瞬态事件可导致出现不希望的运行和可能的硬件损伤。在某些瞬态运行过程中，可在基准排出物温度与实际涡轮机排出物温度之间看到迟滞现象。该迟滞现象可导致在燃烧系统内出现具有可变幅度和持续时间的点火不足的状况。燃料分流调度算法或控制算法可被设置在这些瞬时状态过程中以便防止出现燃烧动力学问题或火焰损失。燃烧动力学问题已公知地会导致产生损伤，从而使得可能需要更换硬件。一旦瞬时状态结束，就回复到正常的控制运行。，下面是用基于事件的作用减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，其中在测量的基准排出物温度(660)与实际涡轮机排出物温度之间出现的温差可导致出现燃烧动力学问题和火焰损失中的至少一种问题；所述方法包括以下步骤：
感测出与燃气轮机运行参数相关的输入数据(310)；
基于感测到的与运行参数相关的所述输入数据，来确定在一组预定瞬态事件(310)中出现了哪个事件，其中，所述一组预定瞬态事件包括下列项中的至少一项：基本负载到部分负载、冲洗水打开、冲洗水关闭、变为预混合吹扫、入口泄放装置热跳闸、闭路排放控制、蔓延事件或DLN无模态、预混合情况下的甩负载、数据有效/错误、DLN1+回复模式、电网频率过高、电网频率过低、压缩机泄放阀故障、部分加载预选择、部分加载手动负载降低、闭路排放控制装置的冷启动损失，以及蔓延事件-燃烧故障警报；并且
启动与所述确定的事件(310)相关的响应(320)、(350)的预定优先级。
2.根据权利要求1所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述启动响应的预定优先级的步骤包括：
当所述确定的事件需要立即响应时，启动立即响应(350)；
当所述确定的事件需要长期响应时，启动长期响应(320)；并且
当所述确定的事件是需要短期响应和长期响应的事件时，启动立即响应(350)和长期响应(320)。
3.根据权利要求2所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，进一步包括：在发生以下事件中的至少一个事件时启动所述立即响应(350)，所述事件包括：基本负载到部分负载的瞬态；水冲洗打开瞬态；入口泄放装置热跳闸；变为预混合吹扫；电网频率过高(转速控制将下降)事件；和在预混合条件下的甩负载。
4.根据权利要求2所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述启动立即响应的步骤包括：
启动燃料分流调度中的步阶变化(360)；
保持燃料分流调度中的所述步阶变化(370)达预定延迟时间；并且
在所述预定延迟时间期满以后使所述燃料分流调度返回正常的燃料分流调度(380)。
5.根据权利要求4所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述保持燃料分流调度中的所述步阶变化达预定延迟时间的步骤包括：
如果在尚未期满的预定延迟时间期间确定出需要立即响应的接连发生的事件，则延长所述预定延迟时间。
6.根据权利要求2所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述方法进一步包括：
在发生以下事件中的至少一个事件时启动长期响应(320)，所述事件包括：水冲洗关闭瞬态；水冲洗打开瞬态；闭路排放控制装置进行不超过预定事件的调节；蔓延事件；干式低NOx无模态事件；热浸期间闭路排放控制装置的冷启动损失。
7.根据权利要求2所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述启动长期响应的步骤包括：
启动排放模型增益中的步阶变化(340)；并且
通过闭路排放控制算法调节排放。
8.根据权利要求7所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述启动排放模型算法增益中的步阶变化的步骤进一步包括：
由于出现了需要所述长期响应的事件而在所述排放模型增益中进行每次步阶变化时增加允许的计数；
在通过所述闭路排放控制算法进行每次调节时减少所述允许的计数；并且允许所述排放模型增益算法进行步阶变化，直至已经达到最大的允许计数值(330)。
9.根据权利要求7所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述启动排放模型算法增益中的步阶变化的步骤进一步包括：
通过增加输入到可调节涡轮机排出物基准温度控制算法中的所述排放模型增益输入来升高涡轮机排出物基准温度。
10.根据权利要求7所述的利用基于事件的作用来减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法，所述启动排放模型算法增益中的步阶变化的步骤进一步包括：
通过增加输入到修正参数控制算法中的所述排放模型增益输入来升高涡轮机排出物基准温度。

说明书全文

用基于事件的作用减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法

技术领域

[0001] 本发明主要涉及用于燃气轮机的燃烧系统的控制器。特别是，本发明涉及一种用于干式低NOx(DLN)燃烧器的燃烧器控制装置。

背景技术

[0002] 工业用燃气轮机和发电用燃气轮机包括控制系统，所述控制系统具有监控和控制所述燃气轮机的运行的控制器。这些控制器对燃气轮机的燃烧系统进行操控。为了最小化氮氧化物(NOx)的排放，已经开发并使用了干式低NOx燃烧系统。控制器执行控制调度算法从而使干式低NOx燃烧系统进行运转。常规的干式低NOx算法接收涡轮机的排出物温度和实际的运行压缩机压力比作为输入测量值。干式低NOx燃烧系统通常仅依赖于涡轮机排出物温度和压缩机压力比就能确定燃气轮机的运行状况，例如涡轮机排出物温度。

[0003] 图1示出了燃气轮机10，所述燃气轮机具有压缩机12、燃烧器14和被传动地联接至该压缩机的涡轮机16以及控制系统或控制器18。压缩机的入口20将环境空气且有可能将注入的水供给至压缩机。该入口可具有导管、过滤器、筛网和吸声装置，这些装置可能都会促使通过入口20流入压缩机的入口导流叶片21内的环境空气产生压力损失。用于涡轮机的排出导管22将燃烧气体从涡轮机的出口引导通过具有例如排放控制装置和吸声装置的导管。涡轮机可驱动产生电功率的发电机24。

[0004] 可通过检测涡轮机、发电机和环境的各种状况的多个传感器26来监控燃气轮机的运行。例如，温度传感器可监控燃气轮机周围的环境温度、压缩机排放温度、涡轮机排气温度和通过燃气轮机的气体流的其它温度测量值。压力传感器可对环境压力和位于压缩机入口和出口处、和涡轮机排出口处、以及气体流中的其它位置处的静态和动态压力水平进行监控。进一步地，湿度传感器如干湿球温度计对压缩机的入口导管中的环境湿度进行测量。传感器26还可包括流量传感器、速度传感器、火焰检测器传感器、阀位置传感器、导流叶片角度传感器或对与燃气轮机10的运行相关的各种参数进行感测的类似传感器。正如本文所使用地，“参数”和相似术语指的是可用来限定涡轮机的运行状况的项目，例如可用来表示给定涡轮机运行状况的位于涡轮机的限定位置处的温度、压力和流量。

[0005] 燃料控制系统28对从燃料供应装置流向燃烧器14的燃料进行调节，且对在流入各个喷嘴内的燃料与在流入燃烧区带之前与空气混合的燃料之间进行的分流进行调节，且所述燃料控制系统可选择用于燃烧器的燃料类型。所述燃料控制系统可以是独立的单元或可以是更大的控制器18中的部件。

[0006] 控制器可以是通用电气公司的SPEEDTRONICTM燃气轮机控制系统。控制器18可以是计算机系统，所述计算机系统具有一个或多个处理器，所述一个或多个处理器利用传感器输入和来自操作人员的指令而执行程序从而控制燃气轮机的运行。由控制器18执行的程序可包括用于调节通往燃烧器14的燃料流的调度算法。由控制器产生的指令导致燃气轮机上的致动器例如对介于燃料供应装置与燃烧器之间的调节燃料流和燃料类型的阀、压缩机上的入口导流叶片21和燃气轮机上的其它控制设定值进行调整。

[0007] 控制器18部分地基于控制器的计算机存储器中存储的算法来调节燃气轮机。这些算法使得控制器18能够将涡轮机排出物中的NOx和一氧化碳(CO)排放保持在特定的预定限值内，并且能够将燃烧器的点火温度保持在预定温度限值内。所述算法包括用于目前的压缩机压力比、压缩机排放温度、环境比湿度、入口压力损失和涡轮机排出物背压的参数。

[0008] 燃烧器14可以是干式低NOx燃烧系统。可对控制系统18进行编程和变型以便控制干式低NOx燃烧系统。

[0009] 涡轮机运行温度和基准涡轮机运行温度是燃气轮机运行的控制中很重要的参数。Morgan等的美国专利US 7,100,357描述了一种系统，所述系统通过调整目标基准排出物温度来控制燃气轮机，该系统包括多个环境因素，所述多个环境因素被包括在用于计算涡轮机排出物的基准温度(reference temperature)的算法中。该算法基于NOx排放限制算法、CO排放限制算法、目标涡轮机点火温度算法和目标涡轮机点火温度限制算法来设立限制性的涡轮机排出物温度。该过程可被用来将涡轮机排放和点火温度保持处在目标水平或低于目标水平，特别是当环境条件和涡轮机运行参数产生变化时更是如此。控制器对燃料控制装置进行调整从而实现目标涡轮机排出物温度。该算法被称作修正参数控制(CPC)。

[0010] 多种正常的瞬态运行状况可导致在基准涡轮机运行温度与实际涡轮机运行温度之间出现暂时的温差。一个实例是，当对单元进行卸载时，由于燃料首先被减少，因此使得基准排出物温度通常高于实际温度。随后，入口导流叶片对实际温度与基准温度相比的误差作出反应，但并不是对燃料的减少作出反应从而保持点火温度。

[0011] 令人遗憾的是，入口导流叶片是利用涡轮机排出物热电偶来控制的，且在涡轮机排出物热电偶内存在已公知的迟滞现象。在涡轮机排出物热电偶达到更低的温度时，燃料已经持续减少了。这会导致在卸载时入口导流叶片总是“落后于(trailing)”燃料，从而形成了点火不足(underfired)的状况。

[0012] 通常情况下，由于点火不足没有明显的负面影响，因此对于燃烧系统而言仍留有许多余地。然而，随着技术向着超低排放燃烧系统方向的进步，留有的余地比以前收窄。瞬态点火不足可导致出现燃烧动力学问题或导致火焰损失。燃烧器内的燃烧动力学问题已公知地对硬件会有所损伤。燃烧过程中的火焰损失可产生严重的火焰蔓延，且火花塞被点燃，从而使得返回到贫燃(Lean Lean)模式，所述贫燃模式是一种高排放的运行模式。在火焰蔓延严重的情况下还可导致出现单元跳闸的现象。

[0013] 因此，需要新的控制算法来识别燃气轮机单元并对所述燃气轮机单元进行瞬态定位，从而防止出现燃烧动力学问题或火焰损失。

发明内容

[0014] 根据本发明的一个方面，控制器被设置在具有压缩机、燃烧器和涡轮机的燃气轮机中，所述控制器具有燃料分流调度算法。所述控制器包括接收与实际燃气轮机运行参数相关的数据的传感器输入且包括根据运行参数对燃料分流进行调节的燃料控制系统。

[0015] 所述控制器中的处理器执行程序，所述程序包括一组预定的燃气轮机瞬态事件，对于所述事件而言，在测量的基准排出物温度与实际涡轮机排出物温度之间出现的迟滞可导致出现燃烧动力学问题和火焰损失中的至少一种问题。所述处理器包括基于传感器输入来识别来自燃气轮机运行参数的瞬态事件的函数。该过程提供了程序化的响应以便减弱燃气轮机瞬态事件给燃烧动力学问题和火焰损失带来的影响。

[0016] 根据本发明的另一方面，提供了一种对燃气轮机运行中的瞬态事件作出响应的方法，对于所述事件而言，在测量的基准排出物温度与实际涡轮机排出物温度之间出现的迟滞可导致出现燃烧动力学问题和火焰损失中的至少一种问题。所述方法包括感测出与实际燃气轮机运行参数相关的输入数据并基于感测到的运行参数来确定在一组预定瞬态事件中出现了哪个事件。所述方法进一步启动了用于预定瞬态事件的响应的预定优先级。

[0017] 根据本发明的又一方面，提供了一种燃气轮机，所述燃气轮机可包括压缩机；燃烧器；涡轮；提供与实际燃气轮机运行参数相关的数据的传感器；和燃料控制系统，包括取决于运行参数的燃料分流调度算法。所述燃气轮机还包括接收传感器输入的控制器，所述传感器输入接收与实际燃气轮机运行参数相关的数据。所述控制器进一步包括执行程序的处理器。所述程序可包括一组预定燃气轮机瞬态事件，其中在测量的基准排出物温度与实际涡轮机排出物温度之间出现的迟滞可导致出现燃烧动力学问题和火焰损失中的至少一种问题；基于传感器输入识别来自燃气轮机运行参数的瞬态事件的函数，以及用来减弱燃气轮机瞬态事件给燃烧动力学问题和火焰损失带来的影响的程序化响应。附图说明

[0018] 当结合附图对下面的详细描述进行阅读时将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，在所有的附图中，使用相似的附图标记表示相似的部件，其中：

[0019] 图1示出了具有燃料控制系统的燃气轮机；

[0020] 图2示出了在现有技术的控制方案下的从基本负载到部分负载(base-load to part-load)的瞬态事件；

[0021] 图3示出了在现有技术的控制方案下的水冲洗打开瞬态事件；

[0022] 图4示出了本发明的基于瞬态事件的控制算法的一个实施例；

[0023] 图5示出了在本发明的控制算法的一个实施例中的从基本负载到部分负载的瞬态事件；

[0024] 图6示出了在本发明的控制算法的一个实施例中的水冲洗打开瞬态事件；和[0025] 图7示出了包括用来利用基于事件的作用(event-based action)而减弱不希望出现的燃气轮机瞬态的长期响应的控制器。

具体实施方式

[0026] 本发明的以下实施例具有多个优点，所述优点包括防止在出现指定瞬态状况的过程中产生燃烧动力学问题和熄火问题以及允许在目标NOx水平下持续进行运行。

[0027] 本发明涉及一种管理瞬态事件的方法，所述瞬态事件在燃气轮机运行过程中可经常看到且可导致出现不希望的运行和可能的硬件损伤。在某些瞬态运行过程中，可看到在基准排出物温度与实际涡轮机排出物温度之间产生迟滞现象。该迟滞现象可导致在燃烧系统内出现具有可变幅度和持续时间的点火不足的状况。燃料分流调度算法或控制算法可被设置在这些瞬时状态过程中以便防止出现燃烧动力学问题或火焰损失。燃烧动力学问题已公知地会导致产生损伤，从而使得可能需要立即更换硬件。一旦瞬时状态结束，就会回复到正常的控制运行。

[0028] 此外，在运行过程中，系统控制器被设计成基于运行平均值将排放且特别是将NOx排放限制在最大水平。如果没有本发明，将不可能实现在目标NOx水平下的长期运行。

[0029] 图2示出了在现有技术的控制方案下出现的从基本负载到部分负载的事件。在从基本负载到部分负载的功率瞬态过程中监测包括入口导流叶片位置210、兆瓦功率输出215、排出物温度220和燃料基准230在内的运行参数。燃料基准230在1处开始移动。入口导流叶片210直到2才开始关闭，从而允许涡轮机瞬间变冷，正如排出物温度220所示。
排出物温度继续响应于燃料的减少而下降，直到约3为止，随后该温度则进行回复。除非迅速提供燃料，否则由于在燃料基准的减少与入口导流叶片210的关闭之间出现的迟滞260而导致排出物温度220产生的瞬间下降可导致出现燃烧动力学问题或贫油熄火。

[0030] 图3示出了在现有技术的控制方案下出现的水冲洗打开瞬态事件。曲线中示出的运行参数包括入口导流叶片位置310、燃料分流320、兆瓦功率输出330和水冲洗打开次序340。在1处，水冲洗打开过程340被启动且在2处达到满流。兆瓦功率输出330在3处对水冲洗作出快速响应，上升约1.5兆瓦。然而，对于现有技术的控制而言，未能响应于由于流入涡轮机内的水导致功率输出的上升来对燃料分流320作出立即调节。因此，导致在涡轮机内出现了降温冷却，这可能会导致燃烧动力学问题或熄火。

[0031] 在该实例中，水冲洗流的持续时间达到至少曲线的持续时间(144秒)到4处为止，然而，水冲洗的频率和持续时间是由各个现场操作员来确定的。水冲洗可持续甚至数小时。进一步地，被推入单元内的水量取决于被冲洗的机器数量、堵塞的水冲洗喷嘴的数量和其它因素，而不受燃气轮机制造者的控制。因此，对水冲洗所带来影响的预测无法固定。因此，既需要立即响应也需要长期响应来保持平稳的操作和NOx控制。

[0032] 本发明的多个方面被分为两个部分。燃料分流作用对于立即响应而言是首要的。控制算法作用通过调节排放模型增益而将单元进一步推离运行边界从而作出更长期的响应。

[0033] 在一些情况下，需要立即响应以便对单元进行瞬时定位从而防止出现燃烧动力学问题或火焰损失。对这些瞬态事件的解决方案是迅速移动气体燃料分流装置，这将对燃烧运转性能立即产生影响。由于控制算法的其余部分并未意识到燃料分流装置已经移位，因此在瞬态事件被消除后必须消除(ramped back out)这种变化。

[0034] 在燃气轮机控制装置的现有控制算法内对气体燃料分流装置进行编程。所述分流装置确定有多少气体燃料将会在多条燃料路径之间被分配以便实现特定的运行状况。改变燃料分流装置导致产生了更稳定的火焰，尽管在某种程度上会带来更多排放。改变的燃料分流装置被保持达预定时期。当不再需要燃料分流装置的改变时，则瞬态可消除(rampoff)。运行测试已经表明，对于需要立即响应的多个运行瞬态而言，经过调节的燃料分流装置的这种预定时期可设置为约60秒，然而对于不同的运行瞬态而言，该预定时期可被设置得更短或更长。

[0035] 燃气轮机的NOx控制可具有特定的最大时均PPM输出。因此，在未超出平均的PPM输出的情况下，例如在立即响应的经过调节的燃料分流过程中NOx排放的有限的瞬间增加是可以接受的。

[0036] 当单元处于运行中时，算法连续地寻找已经被识别为潜在风险的瞬态事件。如果瞬态事件被识别且需要进行立即作用来“续存(survive)”的话，则在气体燃料分流中施加步阶变化(step change)。对于经过调节的气体燃料分流而言，对于燃烧动力学问题和贫油熄火而言都存在较宽的余地。

[0037] 一旦渡过风险，则算法使气体燃料分流返回调度。同时出现多个瞬态事件是有可能的。控制器连续地监控事件，每个事件都会启动次序，由此使得如果在短时间范围内出现多个事件则会延长保持时间。当瞬态平息下来时，燃料分流返回调度。对于典型的成组瞬态而言，燃料分流调节的立即响应的保持时间可以是60秒。然而，可能的情况是，可对特定的瞬态事件应用个体化的保持时间。如果在对于第一瞬态的保持时间期间，识别出一个或多个接连发生的瞬态事件，则可添加用于该接连发生事件的保持时间以便延长立即响应的持续时间。在保持时间结束时，立即响应可被消除而返回调度。

[0038] 其它瞬态状况需要长期响应以便防止对涡轮机的运转性能产生负面影响。一个实例将出现在水冲洗过程中。水冲洗是将水和可能的清洗剂引入压缩机内并流过压缩机从而实现清洁压缩机叶片目的的操作过程。当水到达涡轮机部段时，水的质量倾向于对通过涡轮机的所有的流进行冷却，从而使得可能出现燃烧动力学问题或熄火。需要作出立即响应来解决起初的燃烧动力学问题和熄火可能性。

[0039] 然而，当启动水冲洗过程时，实际上进入压缩机内的水的量取决于处在设备制造者控制范围以外的多种因素。这可包括当时进行冲洗的涡轮机数量以及每个单元中塞住的水冲洗喷嘴的数量。由于每次水冲洗的影响是不可能预测的，因此需要涡轮机排放控制算法的长期调节。前面在Morgan等的美国专利7,100,357中描述了修正参数控制(CPC)算法。当控制器识别出需要长期响应的瞬态时，修正参数控制算法被“突出(bump)”出来从而使得单元将瞬间在更高的排放水平下运行，这增加了燃烧动力学问题和熄火可能性的余地。在已经建立起稳态水冲洗运行以后，闭路排放控制装置随后利用排放反馈数据来调节控制器算法从而将单元重新调回所需排放水平。

[0040] 修正参数控制(CPC)算法被用在超低排放程序上，但并不必需作为本发明的一部分。修正参数控制算法产生了排放温度基准，该基准将涡轮机操作保持在特定的边界限值如排放限值内。

[0041] 另一种选择方案是通过对排放模型增益进行逐步改变(stepping)来施加长期响应。典型地，该响应被用于不可预测的瞬态状况。一旦已经对模型增益进行逐步改变，则闭路排放控制装置将模型和涡轮机重新调回稳态运行状况。对排放模型进行逐步改变并不具有直接的燃料分流调度反应，而是将根据需要来调节燃料分流和排出物温度基准。

[0042] 如果在闭路排放控制装置未作用时发生了瞬态事件，则排放模型将仍是步阶变化的。然而在没有闭路排放控制装置来调节单元的情况下，排放可在略高于所需排放的情况下运行。如果发生了将需要长期响应的附加瞬态，则排放模型将继续被逐步改变。在没有边界的情况下，如果在闭路排放控制装置未作用的情况下持续发生这些瞬态，则有可能将涡轮机推出排放应允窗口(compliant window)。因此，计数和许可被加到长期作用上以便防止在闭路排放控制装置未作用的情况下对排放模型调节进行过度的逐步改变。例如，如果发生了多个紧接(back to back)的长期瞬态，则应该使排放模型被锁定而不采取相继的作用，直到已经作出了至少一次闭路排放控制调节。

[0043] 启动立即响应或长期响应的决定或者是否需要两种响应的决定是基于本领域的经验和测试来作出的。附加的瞬态可被识别并被添加到算法中。在检测到瞬态之后作出的响应还可易于从立即响应变为长期响应或反之亦然。已经检查了系统运行中的瞬态事件，该瞬态事件可能是由于基准排出物温度与实际排出物温度之间的失配造成的。与究竟是需要立即响应、长期响应或两种响应都需要相关的典型运行被示于表I中。

[0044] 表I

[0045]事件立即响应长期响应
基本负载到部分负载是否
冲洗水打开是是
冲洗水关闭否是
变为预混合吹扫是否
入口泄放装置热跳闸是否
闭路排放控制装置进行不超否是
过X小时的调节
蔓延事件或DLN无模态否是
预混合情况下的甩负载(load 是否
rejection)
数据有效/错误否是

[0046]DLN1+回复模式否否
电网频率过高-转速控制是否
(FSRN)将下降
电网频率过低-基本负载否否
电网频率过低-部分负载否否
压缩机泄放阀出现故障否否
部分加载/卸载预选择否否
部分加载/卸载手动负载降低否否
部分加载/卸载手动负载升高否否
热浸期间闭路排放控制装置否是
的冷启动损失
蔓延事件-燃烧故障警报否否

[0047] 图4示出了本发明的基于瞬态事件的控制算法的实施例。该算法在步骤300中开始。在步骤310中，为了潜在的瞬态事件而监控系统参数。在步骤320中，确定是否需要长期作用。如果不需要长期作用，则在步骤350中确定是否需要立即作用。

[0048] 如果在步骤320中需要长期作用，则在步骤330中进行检查以便确定允许的计数(permissive counter)是否低于预定限值。如果在步骤330中认为允许的计数不低于限值，则在步骤350中确定是否需要立即作用。如果在步骤330中认为允许的计数低于限值，则对利用增益的排放模型基准作出步阶变化并根据步骤350实施立即作用的检查。在算法的进一步方面中，如果允许的计数保持低于预定限值，则对排放模型基准增益作出变化，而不用进行居间的闭路排放控制调节。

[0049] 如果根据步骤350不需要进行立即作用，则继续进行根据步骤310的对可能瞬态的监控。如果每个步骤350都需要立即作用，则在燃料分流中实施步阶变化并根据步骤360启动保持计时器。在步骤370中，进行检查以确定保持计时器是否完成。如果保持计时器并未完成，则对保持计时器继续检查直至其完成为止。如果保持计时器已经完成，则根据步骤380而停止对燃料分流基准作出的步阶变化。在保持计时器的进一步的方面中，可通过识别需要短期作用的另一瞬态事件而对保持计时器进行重置。随后继续对可能的瞬态事件进行监控。

[0050] 图5A和图5B示出了在本发明的控制算法的实施例下的从基本负载到部分负载的瞬态事件。在从基本负载到部分负载的功率瞬态过程中，对包括入口导流叶片位置510、兆瓦输出515、燃料基准速度520、燃料基准温度525、排出物基准温度530、排出物温度535、瞬态检测540和燃料分流550在内的运行参数进行监测。燃料基准速度520在1处预燃料基准温度525交叉时开始减少，这使得通往燃烧器的燃料开始减少，这与兆瓦输出515从基本负载555向部分负载560发生的功率降低是一致的。入口导流叶片位置510直到2处才开始关闭，从而允许涡轮机开始进行瞬态冷却，正如在过渡期间由排出物温度535在3处所显示地那样。基准排出物温度530升高从而反映出用于部分负载状况的新的升高的设定值570。根据本发明的算法的该实施例，在4处检测到瞬态事件560。在7处以燃料分流550中的步阶变化的形式实施立即响应。燃料分流的变化帮助保持火焰且防止出现燃烧动力学问题，正如前面所述。在预定的立即响应时间结束时，在9处消除燃料分流的变化，该立即响应持续了预定的固定时间。

[0051] 图6示出了在本发明的控制算法的实施例下的水冲洗打开瞬态事件。对包括兆瓦输出615、水冲洗打开状态620、燃料分流630和排放模型增益635在内的运行参数进行监测。如前所述，水冲洗打开瞬态将水引导通过压缩机且引入涡轮机内，从而相对于由燃料分流630表示的提供的燃料而言在4处从涡轮机中抽吸出附加的热量。冷却提高了出现燃烧动力学问题或熄火的可能性。水冲洗打开瞬态620在1处由本发明的控制器感测出来。控制器启动了立即响应从而通过在3处影响燃料分流的变化而改变燃料分布，由此产生作用来稳定火焰。在预定立即响应时间结束时，燃料分流在6处消除。该立即响应持续了预定的固定时间。

[0052] 水冲洗打开瞬态进一步引起了来自控制器的长期响应。排放模型增益635在7处升高，这对应于在1处选择的水冲洗。闭路排放控制装置将排放模型增益调节至在进行水冲洗时保持所需排放所需的值，而在稳态水冲洗打开以后，可在8处获得排放数据。

[0053] 图7示出了控制器的框图，所述控制器包括用来利用基于事件的作用而减弱不希望的燃气轮机瞬态事件的长期响应。长期响应的控制装置可包括闭路排放控制装置和确定出被传送给总的涡轮机运行控制装置的涡轮机排出物基准温度的修正参数控制装置。响应于更高的涡轮机排出物基准温度信号，涡轮机控制装置可影响被传送给燃烧器的燃料量和/或燃料分流的变化，由此在这些长期瞬态过程中为燃烧动力学问题提供增加的余地。

[0054] 图7包括闭路排放控制装置(CLEC)框605和修正参数控制装置(CPC)框625，二者一同建立了用于涡轮机控制装置635的基准排出物温度626。涡轮机控制装置635提供了对燃气轮机640的直接控制。监控来自燃气轮机640的排出物650的参数，所述参数包括来自涡轮机排出物热电偶655的温度656和涡轮机排放660。涡轮机排出物热电偶温度656被反馈回涡轮机控制装置635且通过闭路排放控制装置605的排放监控设备606来感测涡轮机排放660。

[0055] 涡轮机控制系统635的检测元件(示例性元件671-674)识别预定瞬态的发生，该预定瞬态需要长期响应来防止出现燃烧动力学问题。

[0056] 正如Morgan等的美国专利7,100,357所述，修正参数控制装置625利用多种涡轮机运行参数来确定要被提供给涡轮机控制装置635的涡轮机排出物基准温度626。包括排放限制算法629的四个限制算法分别提供了限制温度输出。可根据用于确定涡轮机排出物基准温度634的选择算法630来选择其中一个限制算法输出。

[0057] 在运行过程中，闭路排放控制装置605将排放增益信号624提供给修正参数控制装置625的排放限制算法629。排放增益信号624可基于由排放监控传感器606感测到的排放数据660以及预测的排放信号611。可通过排放预测器610利用来自修正参数控制装置625的排放算法629的输出温度633和涡轮机运行状况参数615来确定预测的排放信号611。

[0058] 当识别出典型的长期瞬态事件671-674时，增益选择器函数623可暂时选择具有增加的增益系数608的增益输入609。增加的增益输入导致到达排放限制算法629的排放增益信号624增加，由此升高了排放限制算法629的限制温度输出633。增加来自排放限制算法629的输出的效应可能升高涡轮机排出物基准温度634和/或燃料分流，由此增加了燃烧动力学问题的余地。

[0059] 作为一个实例，随着涡轮机排出物温度的升高，涡轮机排出物650中的排放660将倾向于增加。排放监控设备606的排放输入660将因此增加。来自闭路排放控制排放监控设备606的差分反馈和预测的排放信号611将倾向于使被提供给修正参数控制装置625的排放增益624回复(被重新调节回)更为正常的值。这种反馈倾向于使排放水平回复到可允许的运行限值内。然而，就长期瞬态事件改变了涡轮机运行状况(例如水冲洗吸取了更多能量)这个方面而言，排放增益624可能不会完全回复。

[0060] 尽管该实施例采用了修正参数控制装置来设定基准排出物温度，但在本发明的范围内，还可考虑可对表示长期瞬态事件的信号作出响应的可调节涡轮机排出物基准温度的其它控制机构。

[0061] 尽管在本文中描述了多个实施例，但从说明书中应该意识到：可对本发明作出元件的各种组合、变型或改进，且这些元件的各种组合、变型或改进处在本发明的范围内。

[0062] 零件表

[0063] 10燃气轮机

[0064] 12压缩机

[0065] 14燃烧器

[0066] 16涡轮机

[0067] 18控制系统

[0068] 20入口

[0069] 21入口导流叶片

[0070] 22排出导管

[0071] 24发电机

[0072] 26传感器

[0073] 28燃料控制系统

[0074] 210入口导流叶片位置

[0075] 215兆瓦功率输出

[0076] 220排出物温度

[0077] 230燃料基准

[0078] 260迟滞

[0079] 310入口导流叶片位置

[0080] 320燃料分流

[0081] 330兆瓦功率输出

[0082] 340水冲洗打开

[0083] 510入口导流叶片位置

[0084] 515兆瓦功率输出

[0085] 520燃料基准-速度

[0086] 525燃料基准-温度

[0087] 530排出物基准温度

[0088] 535排出物温度

[0089] 540瞬态检测

[0090] 550燃料分流

[0091] 555基本负载

[0092] 560部分负载

[0093] 570升高的设定值

[0094] 615兆瓦功率输出

[0095] 620冲洗水打开状态

[0096] 630燃料分流

[0097] 635排放增益模型

标题	发布/更新时间	阅读量
一种露天转地下矿山覆盖层分层控制方法	2020-06-01	452
用基于事件的作用减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法	2020-05-15	22
带增压装置的汽车发电机	2020-05-20	592
弹性传递式节能车轮装置	2020-05-15	200
光伏逆变器的待机控制方法、装置和控制器	2020-05-11	216
加速器踏板踏力控制装置的加速器踏板踏力设定方法	2020-05-18	922
高精度角度轴承和角度调整方法	2020-05-13	157
带增压装置的汽车发电机	2020-05-20	748
带增压装置的汽车发电机	2020-05-27	463
水田旋耕机专用轮胎	2020-05-28	197

用基于事件的作用减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法

用基于事件的作用减弱不希望的燃气轮机瞬态响应的方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：