[发明专利]一种燃气轮机启动控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机启动控制装置及方法，用来控制燃气轮机启动过程的燃料量，属于燃气轮机控制和保护技术领域。

背景技术

燃气轮机是一种把热能转换为机械功的复杂旋转式动力机械，它在运行过程中通过协调压气机，燃烧室和透平几大部件共同工作，而燃气轮机的启动过程最容易发生故障，因为在这一过程中，燃气轮机的燃料量变化范围很大。当燃料量太大时，容易发生压气机喘振、透平超温等现象，而当燃料量供应过小时，燃气轮机又容易发生熄火，如果燃料量突大突小变化剧烈，又容易生产较大的热应力，导致材料的热疲劳而缩短使用寿命。

另一方面，燃气轮机作为旋转机械，一个重要的特性就是存在临界转速，当燃气轮机处于临界转速状态时，燃气轮机的转子会发生强烈振动。而燃气轮机在启动过程中可能需要穿越1～2阶临界转速，如果在此区域停留过长，会导致燃气轮机振动过大而损坏，因此燃气轮机在启动时，应快速通过这些临界转速区域。

因此，本发明的目的是为了提供一种燃气轮机启动控制装置及方法，它可以保证燃气轮机快速的通过临界转速区域，同时又保持相对缓慢而又稳定的燃料量供应，以求获得较小的热应力，减轻热疲劳强度。

发明内容

为了实现上述目地，本发明提出了一种燃气轮机启动控制装置及方法，其特征在于包括以下步骤：

燃气轮机应至少装有2个及2个以上的转子转速传感器，可以实时的获取燃气轮机转子转速SPD和加速度ASPD；根据燃气轮机转速SPD通过插值表插值获得转子加速度指令值ASPDR，并输出显示转速SPD到操控界面，以便于操作员判断燃气轮机所处的运行状态；根据加速度指令值ASPDR和加速度实测值ASPD，结合鲁棒PI控制器得到计算燃料量FSRC；计算燃料量FSRC受燃料量最大值FSRMAX和最小值FSRMIN限制后，得到最终的输出燃料量FSR。

进一步地，如果燃气轮机转子加速度ASPD无法直接测量，可以采用公式ASPD(t)＝SPD(t)-SPD(t-1)得到，其中t表示当前时刻，t-1表示上一时刻，ASPD(t)表示当前时刻的转子加速度，SPD(t)表示当前时刻的转子转速，SPD(t-1)表示上一时刻的转子转速。

进一步地，如果燃气轮机转子转速测量传感器为3个，最终转子转速SPD为三个转速测量值的中间值或平均值。

进一步地，燃气轮机在启动过程中，如果燃气轮机转速SPD已经进入或在临界转速区域，

则给出高转子加速度指令值，否则给出正常转子加速度指令值，具体实现通过燃气轮机转速SPD与转子加速度指令值ASPDR的插值表实现。

进一步地，燃气轮机转速SPD与转子加速度指令值ASPDR的插值表的插值方式可以是线性或非线性。

进一步地，PI控制器的结构为，其中Kp和Ki的参数则可以根据各类鲁棒控制器设计方法获得，包括典型控制理论和现代控制理论。

进一步地，其特征在于，燃料量最小值FSRMIN为燃气轮机在不同转子转速下对应的熄火边界，在具体实现过程中，同样通过燃气轮机转速SPD与燃料量最小值FSRMIN的插值表实现，插值方式可以是线性或非线性。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①通过采用转子加速度控制燃气轮机启动燃料量，可以保证不同的燃气轮机具有一致的启动特性；②分段控制，使得它既可以保证燃气轮机快速的通过临界转速区域，又可以保证在非临界区域有相对缓慢而又稳定的燃料量供应，保证启动过程较小的热应力；③算法简单，PI控制器设计部分无需改用现有的控制架构，PI参数的选取采用鲁棒控制器设计，从而保证控制器具有强抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种燃气轮机启动控制装置及方法方块图；

图2是基于本发明的燃气轮机启动控制装置示意图；

图3是基于本发明的某型燃气轮机启动过程转子振动变化图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一