用于调节和/或控制燃烧系统中的燃气轮机的操纵变量的方法技术方案

技术编号:13466755 阅读:44 留言:0更新日期:2016-08-04 22:38
发明专利技术涉及用于使用根据发明专利技术的三个子模型调节和/或控制燃烧系统中的燃气轮机的操纵变量(25)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
专利技术涉及用于调节和/或控制燃烧系统中的燃气轮机的操纵变量的方法
技术介绍
燃气轮机是连续流机器,其一般包括压气机、涡轮机和燃烧室部分。吸入的环境空气在压气机中被压缩并且压缩空气最终被给送至燃烧室部分。通常具有压缩空气被供给至其中的多个燃烧器的至少一个燃烧室被布置在燃烧室部分中。除压缩空气之外,燃料被另外地供给至燃烧器,其与空气混合并且燃烧。在该情况中在燃烧室中产生的热燃烧排气被供给至膨胀涡轮机,在那里它们膨胀并冷却下来并且同时使燃气轮机旋转。以该方式,燃烧排气的热能被转化成机械功,其一方面用来驱动压气机,并且另一方面用来驱动消耗器、例如用于生成电流的发电机。有必要设定特定的气体质量流以设定期望的燃气轮机功率。该气质量流被分配到不同的燃烧器级内。若干参数被并入该分配内。这些参数对不同燃气轮机系统而言是变化的,即使它们在结构上相同。这些变化的原因是不同的环境条件(燃气轮机系统的设置场所)、气体质量和特定的消耗器要求。另外,燃气轮机参数可能会在燃气轮机系统的操作期间经受随时间的改变。这导致燃烧参数的耗时的重新设定或重新调整会变得必要。由设定过程引起高成本和停机时间。在燃烧室中的燃烧期间,需要确保提供稳定的火焰。火焰的不稳定特别是作为谐振热释放变化的结果而发生并且可能会引起燃烧室的振荡和振动,这降低了燃烧室的使用寿命并缩短了维修间隔。另外,可能由此导致增加的污染物排放。燃烧振荡的发生也称作蜂鸣(buzzing)。火焰的稳定性受到大量干扰变量的影响。在燃气轮机中,燃料的至各种燃烧器级的分配对蜂鸣表现和排放具有决定性影响。两个变量必须被最小化或至少保持低于阈值。然而蜂鸣和排放也受到例如环境状态、老龄化效应、弄污等的“干扰变量”的影响。进一步的干扰变量的示例是环境温度、燃料的密度和热值,而且还有燃气轮机系统、特别是燃烧室和燃烧器的结构条件。迄今为止,将用于各操作状态的值分派给操纵变量的特性图已存储在控制技术中。操纵变量在该情况中是用于调节工业系统的设定变量,其中操纵变量也可以优选地对应于技术系统的状态变量。如果干扰变量能够计量地获取到,则仍然可以引入特定的校正函数,例如,取决于环境温度的燃料比例的调制。因为操纵变量和干扰变量的对蜂鸣和排放的影响仅不充分地已知并且一些干扰变量甚至不能计量地获取到,所以基于特性图的该控制总是导致增加的排放或不许可地强的蜂鸣。
技术实现思路
因此专利技术的目的是提供一种降低或避免上述问题的方法的规范。目的通过一种用于调节和/或控制燃烧系统中的燃气轮机的操纵变量的方法的规范来实现,其中至少-制备燃气轮机的具有描述了燃烧系统中的燃气轮机的排放表现的第一预期值的一个第一子模型,-制备燃气轮机的具有描述了燃气轮机的稳定性表现的第二预期值的一个第二子模型,-制备具有描述了燃气轮机的热力学性能的第三预期值的一个第三子模型,-并且其中第一子模型在燃气轮机的启动之前制备并且第二子模型和第三子模型在燃气轮机的启动期间制备,-并且其中操纵变量至少在由第一、第二和第三子模型供给的第一预期值、第二预期值和第三预期值的帮助下设定,使得能够实现燃气轮机的优化操作,-其中第一子模型、第二子模型和第三子模型在燃气轮机的操作期间被以时间追踪的方式更新,在于通过各自的子模型计算出的预期值被调适成与预期值相关联并且测量出的测得值,-并且其中在操作状态的改变的情况中,操纵变量在时间追踪的子模型的基础上设定,使得能够实现燃气轮机的优化操作。根据专利技术已认识到,在现代多级燃烧系统中,作为增加数量的操纵变量、例如多个燃料分解的结果,可能不再执行燃烧表现的“手动”优化。在该情况中,操作状态上的改变包括例如与年龄有关的改变或者还有干扰变量的值的改变。根据专利技术,现在制备至少三个子模型。第一子模型描述了燃烧系统的排放表现并且可以例如在燃烧器测试台上查明,即,第一子模型供给描述了燃烧系统中的燃气轮机的排放表现的预期值。第一子模型在与预期值相关联的测量数据的基础上被以时间追踪的方式更新。在该情况中,更新是在运行操作期间以某一时间延迟进行。第二子模型描述了稳定性表现并且在燃气轮机的操作期间制备并且在燃气轮机的运行操作期间被以时间追踪的方式更新。在该情况中,第二子模型可以在燃烧启动期间制备。还制备具有描述了燃气轮机的热动力性能的第三预期值的第三子模型。这例如是燃气轮机进口温度。在该情况中,第三子模型可以在当前测量数据的帮助下在操作中被以时间追踪的方式更新。根据专利技术,单个模型的输入参数的数量通过分成子模型而减少。因此,例如,排放表现可以在不考虑燃气轮机限制值(机器限制)的情况下获取到。如果操纵变量尤其例如是燃料的分配,则这些燃料的比例因此可以根据专利技术被设定为“操纵变量”,使得在改变干扰变量的情况中,蜂鸣和排放被最小化或者至少保持在每一个负载点时的阈值以下。从燃气轮机系统表现和当前状态的知识出发,现在可以使用发明来执行操纵变量的优化,例如以便在维持没有延长的测试阶段的边界参数的情况下实现期望的性能。使用根据专利技术的用于至少三个子模型的组合的方法,现在能够关于多个目标变量(排放、蜂鸣、涡轮机进口温度)实现操纵变量(燃料质量流、燃料比例)的自动优化。在优选实施例中,在子模型的时间追踪的更新之后,第一、第二和第三时间追踪的子模型返回改变的第一、第二和第三预期值,其中改变的第一、第二和第三预期值中的至少一个不同于原始的第一、第二和第三预期值,并且其中操纵变量中的至少一个至少在这些改变的第一、第二和第三预期值的帮助下被改变使得能够实现燃气轮机的优化操作。在优选实施例中,在目标函数的条件优化的基础上确定优化操作,其中三个子模型的至少返回的预期值被并入条件内。当测得值中的至少一个与从各自的子模型返回的相关联的预期值的差异达到预定阈值时,优选首先进行时间追踪的更新。该阈值是以模型特定的方式且与子模型有关地建立。阈值随着增加的老化而增加。如果该模型特定的阈值被超过,那么受影响的子模型被调适成当前状态、即被追踪。各种方法可以被用于该追踪,例如最小二乘、卡尔曼滤波器。在优选实施例中,燃烧排气中的NOx含量和/或燃烧气体中的CO含量和/或经由燃烧器室的压降被用作第一子模型的至少一个预期值。燃气轮机优选地具有至少一个燃烧器,其中至少本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于调节和/或控制燃烧系统中的燃气轮机的操纵变量(25)的方法,其特征在于,至少‑制备所述燃气轮机的具有描述了所述燃烧系统中的所述燃气轮机的排放表现的第一预期值(1c)的一个第一子模型(1),‑制备所述燃气轮机的具有描述了所述燃气轮机的稳定性表现的第二预期值(2c)的一个第二子模型(2),‑制备具有描述了所述燃气轮机的热力学性能的第三预期值(3c)的一个第三子模型(3),‑并且其中所述第一子模型(1)在所述燃气轮机的启动之前制备并且所述第二子模型(2)和所述第三子模型(3)在所述燃气轮机的启动期间制备,‑并且其中所述操纵变量(25)至少在由所述第一、第二和第三子模型(1,2,3)供给的所述第一预期值(1c)、所述第二预期值(2c)和所述第三预期值(3c)的帮助下设定,使得能够实现所述燃气轮机的优化操作,‑其中所述第一子模型(1)、所述第二子模型(2)和所述第三子模型(3)在所述燃气轮机的操作期间被以时间追踪的方式更新(1n,2n,3n),在于通过各自的子模型(1,2,3)计算出的所述预期值(1c,2c,3c)被调适成与所述预期值(1c,2c,3c)相关联的并且测量出的测得值(1b,2b,3b),‑并且其中在操作状态的改变的情况中,所述操纵变量(25)在所述时间追踪的子模型(1,2,3)的基础上设定,使得能够实现所述燃气轮机的优化操作。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 DE 102013226409.71.一种用于调节和/或控制燃烧系统中的燃气轮机的操纵变量
(25)的方法,其特征在于,至少
-制备所述燃气轮机的具有描述了所述燃烧系统中的所述燃气
轮机的排放表现的第一预期值(1c)的一个第一子模型(1),
-制备所述燃气轮机的具有描述了所述燃气轮机的稳定性表现
的第二预期值(2c)的一个第二子模型(2),
-制备具有描述了所述燃气轮机的热力学性能的第三预期值
(3c)的一个第三子模型(3),
-并且其中所述第一子模型(1)在所述燃气轮机的启动之前制
备并且所述第二子模型(2)和所述第三子模型(3)在所述燃气轮
机的启动期间制备,
-并且其中所述操纵变量(25)至少在由所述第一、第二和第
三子模型(1,2,3)供给的所述第一预期值(1c)、所述第二预期
值(2c)和所述第三预期值(3c)的帮助下设定,使得能够实现所
述燃气轮机的优化操作,
-其中所述第一子模型(1)、所述第二子模型(2)和所述第
三子模型(3)在所述燃气轮机的操作期间被以时间追踪的方式更新
(1n,2n,3n),在于通过各自的子模型(1,2,3)计算出的所述
预期值(1c,2c,3c)被调适成与所述预期值(1c,2c,3c)相关联
的并且测量出的测得值(1b,2b,3b),
-并且其中在操作状态的改变的情况中,所述操纵变量(25)
在所述时间追踪的子模型(1,2,3)的基础上设定,使得能够实现
所述燃气轮机的优化操作。
2.如权利要求1所述的用于调节和/或控制的方法,
其特征在于,在所述子模型的所述时间追踪的更新之后,所述
第一、第二和第三时间追踪的...

【专利技术属性】
技术研发人员:C·阿曼B·贝克曼E·多伊克K·卡道B·F·科克G·罗尔曼S·施米茨M·茨温根贝格
申请(专利权)人:西门子股份公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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