一种燃气轮机性能仿真自适应方法技术

准确的性能仿真对于燃气轮机预警和自适应诊断至关重要，而性能仿真精度取决于部件特性图的准确性。本专利针对燃气轮机的制造公差、装配和检修操作造成的部件特性图偏差，提出一种基于粒子群算法的性能仿真自适应方法。选择通用解析解作为部件特性图的解析式，提取通用解析解关键敏感系数，定义为更新因子。采用基于改进粒子群优化算法的更新因子优化方法，成功确定改进通用解析解的精确表达式。该方法可以补充当前部件特性参数非线性关系识别手段的不足，提高燃气轮机性能仿真精度，为燃气轮机早期预警和自适应诊断提供理论支撑。燃气轮机早期预警和自适应诊断提供理论支撑。燃气轮机早期预警和自适应诊断提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机性能仿真自适应方法


[0001]本专利技术涉及燃气轮机性能仿真、自适应领域，特别是性能仿真自适应。

技术介绍

[0002]准确的性能预测对于燃气轮机预警和自适应诊断至关重要，而性能预测与部件特性图的准确性高度相关。
[0003]部件特性图是昂贵的试验台测试的结果，是燃气轮机制造商的专有信息，燃气轮机客户无法获得实际的部件特性图，部件用户可能获得同型号燃气轮机的通用部件特性图。然而，由于燃气轮机的制造公差、装配和检修的结果存在微小差异，同型号燃气轮机的部件特性图也必然存在差异。此外，发动机维护或检修时进行的拆卸或改装操作，也会影响真实部件特性图的形状。部分燃气轮机用户无法获取燃气轮机部件特性图，只能获得部分燃气轮机性能离散数据，甚至只能获取燃气轮机性能仿真数据。因此部件特性参数之间的非线性关系仍值得进一步研究。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利设计了一种燃气轮机性能仿真自适应方法，选择通用解析解作为部件特性图的解析式，提取通用解析解关键敏感系数，定义为更新因子，采用基于改进粒子群优化算法的更新因子优化方法，成功确定改进通用解析解的精确表达式，通过该方案可实现部件特性图的自适应，技术方案内容如下：
[0005]1.一种燃气轮机性能仿真自适应方法，通过提取通用解析解关键敏感参数，定义为更新因子，基于粒子群算法优化更新因子，确定改进通用解析解，准确捕捉部件特性参数的非线性关系，其特征在于，该方法包括如下步骤：
[0006]1)选取鲁棒性强的通用解析解作为燃气轮机部件特性图的初始表达式，通用解析解包括压气机通用解析解、燃气涡轮通用解析解和动力涡轮通用解析解，各部件通用解析解分别由流量解析解和等熵效率解析解组成，通过切割类抛物线二维曲面描述压气机质量流量特性，采用弗吕格尔公式描述涡轮的质量流量特性，各部件的等熵效率特性均采用完整的类抛物线二维曲线描述。
[0007]2)提取通用解析解关键敏感参数，定义为更新因子，选择附属系数(α
t
,m
t
,p
t
)作为压气机质量流量解析解的更新因子，将压气机效率解析解的常量系数1.54和0.54转换为变量系数(γ
t
和γ
t
‑
1)并定义为压气机效率特性更新因子，将涡轮质量流量解析解的常量0.232转换为变量系数χ
t
并定义为涡轮质量流量特性更新因子，将涡轮效率解析解的常量1.61和0.61转换为变量系数(φ
t
和φ
t
‑
1)并定义为涡轮效率特性更新因子，动力涡轮特性更新因子与涡轮保持一致。
[0008]3)粒子群算法的加速度常数c1和c2设置为c1＝c2＝1.2，r1和r2设置为0到1范围内的随机值，种群数设为60，代数设为80，改进传统的粒子群算法，为惯性权重W增加约束，限制惯性权重从最大惯性权重W
max
线性减小到最小惯性权重W
min
，搜索部件特性更新因子全
局最优值。
[0009]4)部件特性更新因子寻优，采用改进粒子群算法调整部件特性更新因子，匹配参考燃气轮机性能实测数据，直到适应度达到要求精度或者达到最大代数，α
i
的寻优范围从α
i
到α
i
+3δ
k
，m
t
的寻优范围从m
t
‑
δ
k
到m
t
+δ
k
，p
t
的寻优范围从p
t
‑
δ
k
到p
t
+δ
k
，γ
t
的寻优范围从γ
t
‑
δ
k
到γ
t
+δ
k
，χ
t
的寻优范围从χ
t
‑
δ
k
到χ
t
+δ
k
，φ
t
的寻优范围从φ
t
‑
δ
k
到φ
t
+δ
k
，δ
k
＝1。
[0010]2.根据权利要求1所示的一种燃气轮机性能仿真自适应方法，其特征在于，所述步骤1中，
[0011]选取鲁棒性强的通用解析解作为燃气轮机部件特性图的初始表达式，采用通用解析解表征折合转速(n
c
,n
t
)、压比(π
c
,π
t
)、折合流量(G
c
,G
t
)和等熵效率(η
c
,η
t
)等参数之间的数学关系，形如G＝f(n,π)和η＝g(n,G)，通用解析解包括压气机通用解析解、燃气涡轮通用解析解和动力涡轮通用解析解，各部件通用解析解分别由流量解析解和等熵效率解析解组成，通过切割类抛物线二维曲面描述压气机质量流量特性，采用弗吕格尔公式描述涡轮的质量流量特性，各部件的等熵效率特性均采用完整的类抛物线二维曲线描述，通用解析解采用归一化折合参数(例如归一化折合流量表示，
[0012]1)压气机通用解析解
[0013]压气机通用解析解表示折合转速压比折合流量和等熵效率之间的非线性数学关系，公式如下，
[0014][0015][0016]其中
[0017][0018][0019][0020]其中p＝0.5。
[0021]2)涡轮通用解析解
[0022]采用改进的弗吕格尔公式近似描述涡轮的质量流量特性，涡轮通用解析解表示折合转速压比折合流量和等熵效率之间的非线性数学关系，公式如下，
[0023][0024][0025]动力涡轮通用解析解形式与涡轮一致，不再赘述。
[0026]3.根据权利要求1所示的一种燃气轮机性能仿真自适应方法，其特征在于，所述步骤2中，
[0027]提取燃气轮机各部件通用解析解关键敏感参数，定义为更新因子，
[0028]1)选择附属系数(α
t
,m
t
,p
t
)作为压气机质量流量解析解的更新因子，公式如下，
[0029][0030]α
t
＝(α
i
+3δ
k
)
·
e
‑
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0031][0032]m
t
＝(m
i
+δ
k
)
·
e
‑
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0033]p＝p
t
＝(p
i
+δ
k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机性能仿真自适应方法，通过提取通用解析解关键敏感参数，定义为更新因子，基于粒子群算法优化更新因子，确定改进通用解析解，准确捕捉部件特性参数的非线性关系，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)选取鲁棒性强的通用解析解作为燃气轮机部件特性图的初始表达式，通用解析解包括压气机通用解析解、燃气涡轮通用解析解和动力涡轮通用解析解，各部件通用解析解分别由流量解析解和等熵效率解析解组成，通过切割类抛物线二维曲面描述压气机质量流量特性，采用弗吕格尔公式描述涡轮的质量流量特性，各部件的等熵效率特性均采用完整的类抛物线二维曲线描述，2)提取通用解析解关键敏感参数，定义为更新因子，选择附属系数(α
t
,m
t
,p
t
)作为压气机质量流量解析解的更新因子，将压气机效率解析解的常量系数1.54和0.54转换为变量系数(γ
t
和γ
t
‑
1)并定义为压气机效率特性更新因子，将涡轮质量流量解析解的常量0.232转换为变量系数χ
t
并定义为涡轮质量流量特性更新因子，将涡轮效率解析解的常量1.61和0.61转换为变量系数(φ
t
和φ
t
‑
1)并定义为涡轮效率特性更新因子，动力涡轮特性更新因子与涡轮保持一致，3)粒子群算法的加速度常数c1和c2设置为c1＝c2＝1.2，r1和r2设置为0到1范围内的随机值，种群数设为60，代数设为80，改进传统的粒子群算法，为惯性权重W增加约束，限制惯性权重从最大惯性权重W
max
线性减小到最小惯性权重W
min
，搜索部件特性更新因子全局最优值，4)部件特性更新因子寻优，采用改进粒子群算法调整部件特性更新因子，匹配参考燃气轮机性能实测数据，直到适应度达到要求精度或者达到最大代数，α
i
的寻优范围从α
i
到α
i
+3δ
k
，m
t
的寻优范围从m
t
‑
δ
k
到m
t
+δ
k
，p
t
的寻优范围从p
t
‑
δ
k
到p
t
+δ
k
，γ
t
的寻优范围从γ
t
‑
δ
k
到γ
t
+δ
k
，χ
t
的寻优范围从χ
t
‑
δ
k
到χ
t
+δ
k
，φ
t
的寻优范围从φ
t
‑
δ
k
到φ
t
+δ
k
，δ
k
＝1。2.根据权利要求1所示的一种燃气轮机性能仿真自适应方法，其特征在于，所述步骤1中，选取鲁棒性强的通用解析解作为燃气轮机部件特性图的初始表达式，采用通用解析解表征折合转速(n
c
,n
t
)、压比(π
c
,π
t
)、折合流量(G
c
,G
t
)和等熵效率(η
c
,η
t
)等参数之间的数学关系，形如G＝f(n,π)和η＝g(n,G)，通用解析解包括压气机通用解析解、燃气涡轮通用解析解和动力涡轮通用解析解，各部件通用解析解分别由流量解析解和等熵效率解析解组成，通过切割类抛物线二维曲面描述压气机质量流量特性，采用弗吕格尔公式描述涡轮的质量流量特性，各部件的等熵效率特性均采用完整的类抛物线二维曲线描述，通用解析解采用归一化折合参数(例如归一化折合流量表示，1)压气机通用解析解压气机通用解析解表示折合转速压比折合流量和等熵效率之间的非线性数学关系，公式如下，之间的非线性数学关系，公式如下，
其中其中其中其中其中p＝0.5，2)涡轮通用解析解采用改进的弗吕格尔公式近似描述涡轮的质量流量特性，涡轮通用解析解表示折合转速压比折合流量和等熵效率之间的非线性数学关系，公式如下，之间的非线性数学关系，公式如下，动力涡轮通用解析解形式与涡轮一致，不再赘述。3.根据权利要求1所示的一种燃气轮机性能仿真自适应方法，其特征在于，所述步骤2中，提取燃气轮机各部件通用解析解关键敏感参数，定义为更新因子，1)选择附属系数(α
t
,m
t
,p
t
)作为压气机质量流量解析解的更新因子，公式如下，α
t
＝(α
i
+3δ
k
)
·
e
‑
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)m
t
＝(m
i
+δ
k
)
·
e
‑
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)p＝p
t
＝(p
i
+δ
k
)
·
e
‑
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)其中α
i
＝0.1，m
i
＝1.25，p
i
＝0.5，δ
k

【专利技术属性】
技术研发人员：闫斌斌，冯坤，李周正，江志农，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：