[发明专利]微型燃气轮机容错控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种微型燃气轮机容错控制系统及其控制方法，所述的控制系统中，微型燃气轮机带动永磁发电机发电，经过整流器和逆变器后输出工频交流电供用户使用，然后微型燃气轮机将其转速的负反馈与指令转速相加得到转速误差传递给ICA算法优化模块，ICA算法优化模块接受故障模块处理的信息、转速误差以及负载信息对模糊控制器进行优化，模糊控制器的输出量及保护限制模块的输出量一同输出给小值选择器取最小值，燃油执行模块按照小值选择器的输出控制量为微型燃气轮机发电系统提供燃油。本发明的容错控制系统对微型燃气轮机实行转速闭环控制，根据微型燃气轮机转速及负载工况的变化情况实时调整燃料的供给量。

技术领域

本发明属于燃气轮机控制技术，具体涉及一种微型燃气轮机容错控制系统及其控制方法。

背景技术

微型燃气轮机(Micro Gasturbine,简称微燃机)是分布式能源系统的重要发展方向之一，将其作为发电设备并产热冷负荷使用可以获得很高的能源利用效率、微燃机的功率一般在几十到几百千瓦之间，由于一系列新技术的应用使它相对于传统内燃机具有了一些新的特点，具备与内燃机竞争的优势。其余热回收装置可以用来供热或者供冷，即冷热电三联供系统，具有很高的应用前景。

微型燃气轮机发电系统主要由涡轮机、压气机、高速永磁发电机、燃烧室、回热器与电力变换器组成。采用空气轴承支撑高速永磁发电机，消除了润滑油泄漏的可能。其中压气机、涡轮机、高速永磁发电机三者安装在一根旋转轴上同速旋转。其发电工作原理如下：微型燃气轮机在运行过程中，高速永磁发电机、压气机和涡轮机同轴旋转，压气机将吸入的空气进行压缩，压缩后的高压空气经过涡轮机排气在回热器预热后进入入燃烧室，高温压缩空气与高压燃气在燃烧室中燃烧产生高温高压气体，高温高压气体进入涡轮机中做功推动叶片高速旋转，进而带动高速永磁发电机转动发电，如此不断循环，其发出的三相交流电经整流、斩波逆变后输出符合国家相关标准的三相工频交流电。

为满足微型燃气轮机的稳定运行，系统实时监测供电负荷，根据用电负荷的需求和微型燃气轮机转速的变化情况，实时调整燃料的供给量，进而对微型燃气轮机转速实现闭环控制，使微型燃气轮机稳定运行在稳定发电状态中。其中的关键控制量为微型燃气轮机转速，涡轮排气温度，燃料喷嘴开度即燃料控制量执行机构。

发明内容

发明目的：为了更好实现对上述微型燃气轮机的稳定运行的控制和优化，本发明的第一目的是提供一种微型燃气轮机容错控制系统，第二目的是提供一种微型燃气轮机容错控制系统的控制方法。

技术方案：本发明的微型燃气轮机容错控制系统包括微型燃气轮机发电系统、燃油执行模块、小值选择器、以及容错控制器；其中，微型燃气轮机发电系统包括微型燃气轮机、永磁发电机、整流器、逆变器及用电负载端；微型燃气轮机带动永磁发电机发电，经过整流器和逆变器输出工频交流电供用户使用；所述的容错控制器包括故障模块、ICA算法优化模块、模糊控制器、加速度及温度保护限制模块；微型燃气轮机将其转速的负反馈与指令转速相加得到转速误差传递给ICA算法优化模块，同时将其转速和微型燃气轮机的涡轮前温度传递给加速度及温度保护限制模块，微型燃气轮机还将其负载信息和故障信号分别传递给ICA算法优化模块和故障模块，ICA算法优化模块接受故障模块处理的信息、所述的转速误差以及负载信息对模糊控制器进行优化，模糊控制器根据ICA算法优化模块的优化结果输出给小值选择器，燃油执行模块按照小值选择器的输出燃油输出量给微型燃气轮机系统提供燃油。

进一步，所述的加速度及温度保护限制模块限制微型燃气轮机的加速度和涡轮前温度不超过设定的上限值。

本发明还给出了一种微型燃气轮机容错控制系统的控制方法，包括如下控制步骤：

(1)建立微型燃气轮机的进气道、压气机、燃烧室、涡轮以及回热器共同工作方程，其方程表达式为：