[发明专利]一种微型燃气轮机的燃料压力控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于微型燃气轮机技术领域，特别涉及一种微型燃机燃料压力控制装置及控制方法。

背景技术

微型燃气轮机在未来我国电力、动力等国民经济领域和国家安全等方面具有重要作用和战略意义，先进燃气轮机技术是21世纪能源动力系统中的核心关键技术，对于我国相关领域如能源、电力、航空、航天、船舶、车辆、军事等国民经济和国防建设中的高新技术发展有着重大意义。微型燃气轮机是由高速旋转的叶轮构成，将燃料燃烧产生的能量经过透平对外做功而产生电能给负载供电。其主要由压缩机、燃烧室、透平以及一些发电机组、回热器组成，基本技术特征是采用径流式叶轮机械(向心式透平和离心式压气机)，在转子上两者叶轮为背靠背结构，回热器一般为高效板翅式，一些机组还采用空气轴承，不需要润滑油系统，这样结构更简单。微型燃气轮机发电机组具有高效率、低噪声、重量轻、体积小、低污染、以及多台集成扩容等一系列优点。

燃料压力控制装置是微型燃气轮机的重要组成部分，本发明涉及的燃烧控制装置实质并不局限于微型机，而是通用设备方案。微型燃机燃料压力控制装置是实现燃料储罐内的燃料压力恒定的模块，是燃料压力控制装置的主要功能模块。燃气轮机简称燃机使用的燃料主要分为两种：一种是气体燃料，主要是天然气；另一种是液体燃料，主要是柴油。本发明针对的燃料为气体燃料。气体燃料压力控制主要是保持燃料储罐内的燃料压力恒定，燃料储罐中压力保持恒定是燃气轮机正常运行的前提条件。如果燃料压力不够燃机将不能正常启动，也就无法对外做功，使整个机组处于瘫痪阶段；如果燃料大于设定压力值，又会对燃机自身造成伤害，严重时会发生重大事故。所以燃料压力控制对燃机正常投入使用，以及在获得经济效益上都是一个重要的保证。目前燃料压力控制器产品品种繁多，而控制技术多采用可编程控制器(PLC)实现，属二次开发，成本较高，升级换代过于复杂。采用数字信号处理器(DSP)作为主控方式的仍为空白。

实际的过程控制与运动控制系统中，PID家族占有相当的地位，据统计，工业控制控制器中PID类控制器占有90％以上。PID控制器具有结构简单，各个控制参数有着明显的物理意义，调整方便的特点，其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。然而在实际工业生产过程中控制系统往往具有非线性、时变不确定性以及无法建立精确的数学模型，因此采用常规PID不能达到理想的控制效果。同时在实际生产的现场，由于受到参数整定方法复杂的限制，利用常规PID控制器参数往往整定不良，性能欠佳，对现场系统的运行适应性很差。随着计算机技术和智能控制理论的发展为复杂动态系统的控制停工了新的途径。采用智能控制技术，可设计智能PID和进行PID智能整定。在调试初期本装置采用传统的PID控制，但是由于本系统具有时变，非线性、滞后性等特点，采用传统的PID控制显示出弊端，为了能够得到更好的控制效果，本发明将利用传统的PID控制结合模糊控制理论，使该控制系统具有在线参数自校正功能。进一步提高了控制精度和系统的安全性、稳定性。从理论上说，本装置所涉及的装置和控制方法可成为通用控制技术，应用到其他需要燃料压力控制的场合。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种微型燃气轮机的燃料压力控制装置及控制方法(该项成果为国家高技术研究发展计划(“863”计划)课题成果)。

燃料控制系统包括上位机、显示及通讯装置、中央控制装置、燃烧控制装置、燃料压力控制装置、逆变控制装置、软启动控制装置、电池管理装置；其中显示及通讯装置分别与上位机、中央控制装置相连，燃烧控制装置、燃料压力控制装置、逆变控制装置、软启动控制装置、电池管理装置相连，如图1所示。

燃料压力控制装置所依赖的硬件装置包括燃料压缩机、变频器、压力传感器、燃料储罐，燃料压力控制装置、阀W52、阀W53、散热器、过滤器1、过滤器2、燃料调节阀、燃烧室。其中燃料压力控制装置与CAN总线相连，燃料压力控制装置内的D/A转换输出控制信号控制变频器、压力传感器采集的信号输入燃料压力控制装置内的A/D转换相连，压力传感器与燃料储罐相连，阀W52与过滤器1相连，过滤器1与燃料压缩机相连，燃料压缩机与散热器相连，散热器与燃料储罐相连，燃料储罐与过滤器2相连，过滤器2与阀W53相连，阀W53与燃料调节阀、燃气轮机的中央控制装置相连，燃料调节阀分别与燃烧室、燃气轮机的燃机控制装置相连；如图2所示。