[发明专利]基于交叉验证的燃气轮机传感器及执行机构故障检测方法

说明书

基于交叉验证的燃气轮机传感器及执行机构故障检测方法，属于燃气轮机技术领域。为解决对燃气轮机的状态监测过程中，如何实现对执行机构和传感器故障的灵敏检测与隔离的问题。本发明方法包括如下步骤：S1、故障发生后，通过传感器故障检测系统和执行机构故障检测系统，进行第一次故障检测，确定故障传感器的数量和执行机构的故障偏差量；S2、去除所有故障传感器，将未发生故障的传感器的实际测量值送至执行机构故障检测系统；同时，通过步骤S1所获得的执行机构的故障偏差量对控制系统输出至执行机构的控制量进行修复，并将其送至传感器故障检测系统；进行第二次故障检测，实现对引起燃气轮机发生故障原因的判定。主要用于对故障检测。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域。

背景技术

燃气轮机是由压气机、燃烧室、涡轮以及一系列辅助系统组成的旋转机械，是重要的原动力装置。其在电力系统、航空航天、舰船等诸多领域得到了广泛应用，是21世纪乃至更长时期内能源高效转化与洁净利用的核心动力装备。燃气轮机被誉为“工业皇冠上的明珠”，其工作原理与内部结构十分复杂，工作环境又十分恶劣，通常需要对其运行状态进行实时监测，并利用监测数据进行系统的状态监测。状态的监测需要利用燃气轮机上遍布的众多传感器，实时采集机组运行数据，送至监测系统进行状态分析和进行系统的故障检测。除系统部件的常见故障外，燃气轮机的执行机构也存在发生故障的情况，且执行机构出现的故障往往会导致燃机诸多监测数据的变化。比如，燃油调节阀的故障会导致进入燃烧室的燃料量异常，进而导致排气温度、压力、转子转速等一系列可测参数的变化，这会影响监测系统对燃机的状态监测。因此，在对燃机进行故障检测前还应确定其执行机构是否出现故障。与燃机状态监测一样，执行机构的故障检测同样依赖于传感器测量的数据。如果传感器出现了故障，其监测到的数据就会发生变化，如果利用错误的数据进行执行机构或燃气轮机的故障检测，就会导致错误的分析、检测结果，甚至影响机组安全、正常的运行。因此，进行燃气轮机的状态监测，必须建立在执行机构和传感器都正常工作的基础上。所以，有必要对执行机构和传感器的状态进行监测，检查它们是否出现故障。

现有的执行机构或传感器的故障诊断方法可分为基于模型的方法和数据驱动的方法。首先，在基于模型的方法中，需要利用所建模型与燃气轮机系统直接进行对比以实现执行机构或传感器的故障检测与隔离；但建模误差、模型不确定性、传感器噪声等干扰因素都会对检测结果产生负面影响从而降低检测灵敏度；因此，为了抑制上述因素的影响，一类基于卡尔曼滤波的方法被设计来提高检测的灵敏性；其次，对于以数据驱动为代表的故障诊断技术，主要有以支持向量机、神经网络、模糊逻辑等为主的基于分类的故障诊断方法和以K-Means聚类、基于密度的聚类方法(DBSCAN)等为主的基于聚类的故障诊断方法。

然而，目前执行机构故障检测系统与传感器的故障检测系统是相对独立的，两个系统能够正确检测出故障的前提条件是，已知故障发生的位置(传感器或执行机构)。但在实际检测过程中，这些是未知的。因此需要一个交叉验证系统来确定故障是发生在传感器还是执行机构。因此，有必要研究用于执行机构和传感器故障的检测方法，实现执行机构和传感器故障的灵敏检测与隔离，为燃气轮机状态监测系统的正常运行提供保障。

发明内容

本发明目的是为了解决对燃气轮机的状态监测过程中，如何实现对执行机构和传感器故障的灵敏检测与隔离的问题，本发明提供了一种基于交叉验证的燃气轮机传感器及执行机构故障检测方法。

基于交叉验证的燃气轮机传感器及执行机构故障检测方法，该方法包括如下步骤：

S1、故障发生后，通过传感器故障检测系统和执行机构故障检测系统，对燃气轮机进行第一次故障检测，确定故障传感器的数量和执行机构的故障偏差量；

S2、去除所有故障传感器，将未发生故障的传感器的实际测量值送至执行机构故障检测系统；同时，通过步骤S1所获得的执行机构的故障偏差量对控制系统输出至执行机构的控制量进行修复，并将修复后控制量送至传感器故障检测系统；