用自适应卡尔曼滤波器进行燃气轮机建模的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用自适应卡尔曼滤波器进行燃气轮机建模的方法和系统。一种用于对燃气轮机组件(5)建模的系统和方法包括构造成测量涡轮组件(5)的多个运行参数(52)的多个传感器(28)。该系统进一步包括构造成比较多个运行参数(52)与多个预测参数(41)以确定差异值(62)的模型(38)。系统的卡尔曼滤波器(64)构造成评估差异值(62)，以有利于调节模型(38)。卡尔曼滤波器(64)进一步构造成适应多个运行参数(52)中的缺失的运行参数(52)，以有利于调整模型(38)。

【技术实现步骤摘要】
用自适应卡尔曼滤波器进行燃气轮机建模的方法和系统
本专利技术涉及用于燃气轮机的控制系统，并且更具体而言，涉及在运行参数不可用或错误时，在控制系统中调节燃气轮机的模型的方法和系统。
技术介绍
至少一些已知的燃气轮机包括监测和控制它们的运行的控制器。控制器管理燃气轮机的燃烧系统和燃气轮机的其它运行方面，并且典型地执行调节控制输入的调度算法，以有利于燃气轮机安全且高效地运行。燃气轮机控制器典型地接收实测运行参数和期望的运行设置的输入值，它们结合调度算法来确定关于控制参数的设置，以实现期望的运行。实测运行参数可包括压缩机入口压力和温度、压缩机出口压力和温度、涡轮排气温度和发电机功率输出。期望的运行设置可包括发电机功率输出和排气能量。典型的控制参数包括燃料流量、燃烧器燃料分流、导叶位置，以及进气热流。调度算法可使燃气轮机以期望的状态运行，诸如以期望的功率输出水平运行，以及/或者在限定的排放极限内运行。至少一些已知的控制器包括卡尔曼(Kalman)滤波器，以使实测燃气轮机性能数据与来自燃气轮机循环模型的预测性能一致。用于燃气轮机的已知的滤波器构造需要关于至少压缩机出口压力和温度、涡轮排气温度和净轴输出功率的实测数据参数。当实测参数中的一个不可用或错误时，数据一致化可为困难的。例如，净轴功率可能在其中涡轮轴驱动多个构件(即，其中蒸汽轮机和燃气轮机联接到同一轴上)的燃气轮机中不可用或者难以测量。这个构造可使得难以量化燃气轮机和蒸汽轮机的功率贡献。当燃气轮机轴功率的度量不可用作滤波器的输入时，滤波器可能欠约束，或者滤波器可能不那么有效地使实测燃气轮机性能数据一致。专利技术内容在一方面，提供一种用于对燃气轮机建模的方法。该方法包括使用燃气轮机组件的模型来产生多个预测运行参数，以及在燃气轮机组件的运行期间，感测多个运行参数。该方法还包括确定多个实测运行参数和多个预测运行参数之间的差异值。确定多个感测运行参数中的缺失的感测运行参数和错误的感测运行参数中的至少一个，以及基于缺失的感测运行参数和错误的感测运行参数中的该至少一个来产生合成输出参数。另外，该方法包括基于合成输出参数来构造卡尔曼滤波器，以产生调节参数。对模型应用调节参数，以有利于在燃气轮机组件的运行期间，调节涡轮组件的模型。在另一方面，提供一种用于对燃气轮机建模的方法。该方法包括使用燃气轮机组件的模型来产生多个预测运行参数。另外，该方法包括在燃气轮机组件的运行期间，感测多个运行参数，多个预测运行参数包括在燃气轮机组件的运行期间涡轮组件的压缩机出口压力、压缩机出口温度和涡轮排气温度中的至少一个。该方法还包括确定多个实测运行参数和多个预测运行参数之间的差异值。确定多个感测运行参数中的缺失的感测运行参数和错误的感测运行参数中的至少一个，以及基于缺失的感测运行参数和错误的感测运行参数中的至少一个来产生合成输出参数。另外，该方法包括基于合成输出参数来构造卡尔曼滤波器，以产生调节参数。对模型应用调节参数，以有利于在燃气轮机组件的运行期间，调节涡轮组件的模型。另外，在另一方面，提供一种用于运行燃气轮机组件的控制和建模系统。该系统包括构造成测量燃气轮机组件的多个运行参数的多个传感器。该系统进一步包括联接到多个传感器上、用于接收指示实测运行参数的多个信号的控制器，控制器包括构造成调整燃气轮机组件的运行模型。该模型包括存储在其中的多个预测参数，以用于通过比较多个预测参数与多个实测运行参数来确定多个预测参数和多个运行参数之间的至少一个差异值。模型构造成确定多个感测运行参数中的缺失的感测运行参数和错误的感测运行参数中的至少一个，以及产生合成输出参数。该系统还包括联接到控制器上的卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波器构造成通过产生调节参数来适应关于多个运行参数中的缺失的运行参数和错误的运行参数中的至少一个的合成输出参数。卡尔曼滤波器还构造成对模型应用调节参数，以有利于调整运行模型。附图说明图1是包括示例性控制系统的示例性燃气轮机的示意图。图2是图1中显示的燃气轮机和用于图1中显示的控制系统的模型和卡尔曼滤波器的框图。图3是应用于图2中显示的卡尔曼滤波器的加权因子的图形表示。图4是对图1的燃气轮机建模的示例性方法的流程图。部件列表5燃气轮机组件10涡轮12压缩机14燃烧器18控制器20入口管道22导叶24排气管道26发电机28传感器32处理器34信号38模型40输入参数41预测参数41’归一化预测参数42调节参数44压缩机流量DMM46压缩机效率DMM48燃烧器效率DMM50涡轮效率DMM52运行参数52’归一化输出参数54压缩机出口压力56压缩机出口温度58涡轮排气温度60净轴功率61合成输出参数62差异值63归一化参数64卡尔曼滤波器66修正参数68加权参数78合成输出参数400调节涡轮组件的方法405通过燃气轮机的模型来产生多个预测参数410产生待测量的运行参数415使所述多个预测参数与待测量的多个运行参数相互关联420在所述燃气轮机的运行期间测量所述多个运行参数425比较运行参数与预测参数430确定所述多个实测运行参数和所述多个预测参数之间的差异值435接收指示差异信号的输入信号440通过对所述模型应用差异值来构造所述模型的卡尔曼滤波器，以确定修正参数445产生性能乘数450通过使用等式阵列来计算性能乘数455优化乘数，以有利于最大程度地减小预测参数和运行参数之间的差异460将所述卡尔曼滤波器构造成适应所述多个运行参数中的缺失的运行参数，以产生关于所述缺失的运行参数的调节参数465应用所述修正参数和调节参数，以有利于调节所述燃气轮机的所述模型。具体实施方式本文描述的实施例包括使用自适应燃气轮机模型来预测燃气轮机的某些运行参数的示例性控制系统和方法。模型包括使得能够用燃气轮机的至少两个构件之间的性能约束来代替缺失的数据的方法。在该示例性实施例中，系统还适应与实测轴输出功率有关的数据的缺乏，以使得能够调整模型。但是，系统可适应与燃气轮机的任何运行参数有关的数据的缺乏。图1示出了燃气轮机系统5的示意图。在该示例性实施例中，燃气轮机5包括涡轮10、压缩机12、燃烧器14和计算机控制器18。通往压缩机12的入口管道20对压缩机12馈送环境空气。入口管道20可包括导致流过入口20且进入到压缩机12的入口导叶22中的环境空气有压力损耗的多个管道、滤波器、滤网和/或吸声装置。排气管道24引导燃烧气体通过排放控制和吸声装置，该装置会对涡轮10引起背压。入口压力损耗和背压的量可随着时间的过去而改变，因为会对管道20和IGV22添加/移除构件，或者由于灰尘和污垢堵塞入口管道20，以及/或者由于排气管道24的原因。在涡轮10驱动产生电功率的发电机26时，压缩机12的入口损耗和涡轮排气压力损耗往往是通过压缩机12的经修正的流量的函数。在该示例性实施例中，燃气轮机5的运行由若干个传感器28监测，传感器28检测涡轮10、发电机26和周围环境的多种可观测的状况。传感器28也可测量在不同的相对位置处的同一运行状况。例如，可使用成组的冗余的温度传感器28来监测环境温度、压缩机排出口温度、涡轮排气温度，以及通过燃气轮机5的气体流的其它温度度量。类似地，成组的其它冗余的压力传感器28监测环境压力，以及在压缩机入口和出口处、在涡轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对燃气轮机组件(5)建模的方法，包括：使用所述燃气轮机组件(5)的模型(38)来产生多个预测运行参数(41)；在所述燃气轮机组件(5)的运行期间，感测多个运行参数(52)；确定多个实测运行参数(52)和所述多个预测运行参数(41)之间的差异值；确定多个感测运行参数(52)中的缺失的感测运行参数(52)和错误的感测运行参数(52)中的至少一个，并且基于缺失的感测运行参数(52)和错误的感测运行参数(52)中的所述至少一个来产生合成输出参数；基于所述合成输出参数来构造卡尔曼滤波器(64)，以产生调节参数(42)；以及对所述模型(38)应用所述调节参数(42)，以有利于在所述燃气轮机组件(5)的运行期间，调节所述涡轮组件的所述模型(52)。

【技术特征摘要】
2011.08.24 US 13/2165711.一种用于对燃气轮机组件(5)建模的方法，包括：提供控制器，所述控制器包括构造为调节所述燃气轮机组件的运行模型(38)；使用所述燃气轮机组件(5)的所述模型来产生多个预测运行参数(41)；在所述燃气轮机组件(5)的运行期间，使用多个传感器来感测多个感测运行参数；确定多个感测运行参数和所述多个预测运行参数(41)之间的差异值；确定所述多个感测运行参数中的缺失的感测运行参数和错误的感测运行参数中的至少一个，并且基于所述缺失的感测运行参数和所述错误的感测运行参数中的所述至少一个来产生合成输出参数；构造连接到所述控制器的卡尔曼滤波器(64)，以基于所述合成输出参数来产生调节参数(42)；以及对所述模型(38)应用所述调节参数(42)，以有利于在所述燃气轮机组件(5)的运行期间，调节所述燃气轮机组件的所述模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了产生所述调节参数(42)，产生压缩机流量、压缩机效率、涡轮效率和燃烧器效率中的至少一个。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，测量包括压缩机出口压力、压缩机出口温度和涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：KW威尔克斯，RS罗森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：