用于模拟燃气轮机压缩机的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及用于模拟燃气轮机压缩机的系统及方法。具体而言，公开了一种用于模拟燃气轮机的压缩机的方法。该方法大体上可包括基于燃气轮机的模型来确定压缩机的预测压力比和预测质量流量、监测压缩机的实际压力比和实际质量流量、确定预测压力比与实际压力比和预测质量流量与实际质量流量中的至少一个之间的差异值、使用误差校正系统来修正差异值以产生压缩机流动修正因子，以及使用压缩机流动修正因子来调整预测压力比和预测质量流量。

【技术实现步骤摘要】
用于模拟燃气轮机压缩机的系统及方法
本主题大体上涉及用于燃气轮机的控制系统，并且更具体地涉及用于加强对燃气轮机压缩机的模拟的系统及方法。
技术介绍
工业燃气轮机和发电燃气轮机具有监测和控制其操作的控制系统("控制器")。这些控制器管理燃气轮机的燃烧系统以及燃气轮机的其它操作方面。通常，控制器执行调整燃料流量、入口导叶(IGV)的角度以及其它控制输入的调度算法来确保燃气轮机安全和有效的操作。燃气轮机控制器通常接收测量的操作参数和所期望的操作设置(例如，功率输出、排气能量等)的输入值，这些输入值结合调度算法来确定用于控制参数(例如，燃料流量、燃烧器燃料分流、IGV角度、入口流出热流量等)的设置，以实现燃气轮机的期望操作。通常认为的是，通过用于控制参数的调度算法所规定的值将导致燃气轮机在所期望的状态下操作，例如在所期望的功率输出水平下和在限定的排放极限内。因此，调度算法结合了关于燃气轮机例如在某一效率下、在某一流动能力下以及在其它假定条件下操作的假定。然而，当燃气轮机在延长的周期内操作时，构件效率趋于降低并且流动能力和其它操作条件不同于所假定的条件。由于这种恶化，调度算法变得日益失调并导致燃气轮机在从所期望的操作状态日益偏离的状态下操作。为了校正在效率、流动能力和其它操作条件方面的变化，必须周期性地"调节"燃气轮机。通常，这必然伴有工程师或技术人员人工地调整燃气轮机，而这需要使燃气轮机脱机(或离线,off-line)以利用仪器装备进行调节。为了防止人工调节所需的停机时间，美国专利No.7,742,904(授予GeneralElectric公司)公开了一种系统和方法，其自动地调整用于燃气轮机的数学模型来解决在燃气轮机的长期操作期间出现的变化(例如，在构件效率和流动能力方面的变化)。具体而言，该系统和方法使用在模拟的和感测的燃气轮机操作参数方面的差异来用卡尔曼滤波器增益矩阵产生校正因数，然后可用该校正因数来调整燃气轮机的数学模型。尽管美国专利No.7,742,904中公开的系统和方法提供了很多优点，但认识到可对此种系统和方法作出改进以进一步增强数学模型的精确度。例如，可执行对用于预测燃气轮机压缩机的操作参数的方法的具体改进来精细调节模型，且因此加强对压缩机的模拟。因此，用于加强对燃气轮机压缩机的模拟的系统和方法将在本
中受到欢迎。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可根据该描述而清楚，或可通过实施本专利技术而懂得。一方面，本主题公开了一种用于模拟燃气轮机的压缩机的方法。该方法大体上可包括基于燃气轮机的模型来确定压缩机的预测压力比和预测质量流量、监测压缩机的实际压力比和实际质量流量、确定预测压力比与实际压力比和预测质量流量与实际质量流量中的至少一个之间的差异值、使用误差校正系统来修正差异值以产生压缩机流动修正因子(modifier)，以及使用压缩机流动修正因子来调整预测压力比和预测质量流量。另一方面，本主题公开了一种用于模拟燃气轮机的压缩机的方法。该方法大体上可包括基于燃气轮机的模型来确定压缩机的预测压力比、基于模型的压缩机特性图(map)而使用预测压力比来确定压缩机的预测质量流量、监测压缩机的实际压力比和实际质量流量、确定预测压力比与实际压力比和预测质量流量与实际质量流量中的至少一个之间的差异值、使用误差校正系统来修正差异值以产生压缩机流动修正因子，以及使用压缩机流动修正因子来调整结合压缩机特性图使用的预测压力比以确定预测质量流量。另一方面，本主题公开了一种用于模拟燃气轮机的压缩机的系统。该系统大体上可包括构造成用以监测压缩机的实际压力比和实际质量流量的多个传感器以及通信地联接到传感器上的控制器。控制器可构造成用以基于燃气轮机的模型而产生压缩机的预测压力比和预测质量流量。此外，控制器可构造成用以确定预测压力比与实际压力比和预测质量流量和实际质量流量中的至少一个之间的差异值。控制器还可构造成用以将误差校正系统应用于差异值以便产生压缩机流动修正因子，其中，压缩机流动修正因子由控制器用来调整预测压力比和预测质量流量。本专利技术的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求而变得更好理解。并入本说明书且构成说明书一部分的附图示出了本专利技术的实施例，且结合描述一起来解释本专利技术的原理。附图说明参照附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的、包括其最佳模式的本专利技术的完整和能够实施的公开内容，在附图中：图1示出了燃气轮机的一个实施例的示意图；图2示出了燃气轮机、燃气轮机模型和用于燃气轮机模型的误差校正系统的一个实施例的高级框图；图3示出了类似于图2中所示的框图，但包括误差校正系统的一个实施例的更详细的流程图；图4示出了用于模拟燃气轮机压缩机的方法的一个实施例的流程图；以及图5示出了使压缩机压力比与压缩机质量流量相关联的压缩机特性图的一个实施例。零件清单10燃气轮机12压缩机14(多个)燃烧器16涡轮18发电机20入口导管22导叶24排气导管26控制器28促动器30促动器32燃料控制系统34传感器36模型38基本输入40主输出42输出44调节输入46误差校正系统48归一化(或标准化，normalized)50比较52差异信号54KFGM-K56调整因数58调节因数60MSM62乘数64模型66计算68归一化70计算72求和74先前的调整因数76非归一化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压缩机特性图122操作线124速度线128虚线130点132速度线134点。具体实施方式现将更为详细地参照本专利技术的实施例，在附图中示出了其中的一个或多个实例。各实例均是通过解释本专利技术的方式提供而非对本专利技术进行限制。实际上，本领域的技术人员将清楚的是在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可在本专利技术中进行各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例来使用，以产生又一个实施例。因此，期望的是本专利技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。总体上，本主题公开了一种使用适应性燃气轮机模型来估计操作中燃气轮机的操作参数的燃气轮机控制系统及方法。具体而言，燃气轮机模型可构造成用以估计直接地测量或感测的燃气轮机的压缩机的操作参数(以及燃气轮机的其它构件的操作参数)，然后可将这些操作参数与此类操作参数的对应的测量值或感测值相比较。然后，此类估计参数与实际参数的比较可在燃气轮机继续操作时用于自动地调节模型。具体而言，在若干实施例中，此类估计参数与实际参数的比较可用于确定压缩机流动修正因子，然后可将该压缩机流动修正因子应用于模型来调整压缩机的预测操作参数。大体上，应当认识到的是，燃气轮机模型可接收作为输入参数的测量操作条件(例如，环境压力、环境温度、入口压力差、排气压力差、环境比湿度、压缩机入口温度、入口导叶角度、入口流出热流量、燃料流量、燃料温度、发电机速度、第一级喷嘴面积、发电机功率损失、入口导管压力损失以及排气导管压力损失等)。然后，燃气轮机模型可产生用于燃气轮机的估计或预测操作参数。例如，如上文所述，模型可产生用于压缩机的预测操作参数，例如压缩机质量流量、压缩机压力比(即，压缩机入口压力与压缩机排出压力的比)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟燃气轮机的压缩机的方法，所述方法包括：基于所述燃气轮机的模型来确定所述压缩机的预测压力比和预测质量流量；监测所述压缩机的实际压力比和实际质量流量；确定所述预测压力比与所述实际压力比和所述预测质量流量与所述实际质量流量中的至少一个之间的差异值；使用误差校正系统来修正所述差异值以产生压缩机流动修正因子；使用所述压缩机流动修正因子来调整所述预测压力比和所述预测质量流量。

【技术特征摘要】
2011.09.15 US 13/233,3611.一种用于模拟燃气轮机的压缩机的方法，所述方法包括：基于所述燃气轮机的模型来确定所述压缩机的预测压力比和预测质量流量；监测所述压缩机的实际压力比和实际质量流量；确定所述预测压力比与所述实际压力比之间的差异值和/或所述预测质量流量与所述实际质量流量之间的差异值；使用误差校正系统来修正所述差异值以产生压缩机流动修正因子；使用所述压缩机流动修正因子来调整所述预测压力比和所述预测质量流量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述燃气轮机的模型来确定所述压缩机的预测压力比和预测质量流量包括基于所述模型的压缩机特性图来确定所述预测质量流量，所述压缩机特性图使所述预测压力比与所述预测质量流量相关。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用所述压缩机流动修正因子来调整所述预测压力比和所述预测质量流量包括使用所述压缩机流动修正因子来调整结合所述压缩机特性图使用的所述预测压力比以确定所述预测质量流量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述压缩机流动修正因子来调整所述预测压力比和所述预测质量流量包括调整随所述压缩机流动修正因子和增益因数而变化的所述预测压力比。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，调整随所述压缩机流动修正因子和增益因数而变化的所述预测压力比包括根据以下等式调整所述预测压力比：PR_PRED＝(PR_MAP-1)*[(KCMP_FLW-1)*GAIN+1]+1其中，PR_PRED对应于所述预测压力比，PR_MAP对应于未调整的压力比，KCMP_FLW对应于所述压缩机流动修正因子，以及GAIN对应于所述增益因数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用误差校正系统来修正所述差异值以产生压缩机流动修正因子包括使用在所述燃气轮机的操作期间实时地持续产生的卡尔曼滤波器增益矩阵来修正所述差异值以产生所述压缩机流动修正因子。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监测所述压缩机的实际压力比和实际质量流量包括利用设置在所述压缩机内或所述压缩机附近的多个传感器来监测所述实际压力比和所述实际质量流量。8.一种用于模拟燃气轮机的压缩机的方法，所述方法包括：基于所述燃气轮机的模型来确定所述压缩机的预测压力比；使用所述预测压力比来基于所述模型的压缩机特性图而确定所述压缩机的预测质量流量；监测所述压缩机的实际压力比和实际质量流量；确定所述预测压力比与所述实际压力比之间的差异值和/或所述预测质量流量与所述实际质量流量之间的差异值；使用误差校正系统来修正所述差异值以产生压缩机流动修正因子；使用所述压缩机流动修正因子来调整结合所述压缩机特性图使用的所述预测压力比以确定所述预测质量流量。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用所述压缩机流动修正因子来调整结合所述压缩机特性图使用的所述预测压力比以确定所述预测质量流量包括调整随所述压...

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