[发明专利]用自适应卡尔曼滤波器进行燃气轮机建模的方法和系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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