[发明专利]一种微型燃气轮机的燃烧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气轮机的燃烧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。目前燃气轮机的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。随着计算机技术和只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。采用只能控制技术，可设计智能PID和进行PID只能整定。在调试初期本控制装置采用传统的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，本控制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

本发明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烧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)。

燃机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。

本发明即燃烧控制装置所依赖的硬件环境包括压气机、透平、燃烧室、回热器、空气轴承、喷油系统组成，系统工作过程如下：清洁的空气经过压气机增压后，进入回热器，与透平经调解阀排出的尾气进行热交换后，送入燃烧室，与燃料喷油嘴喷出的燃料混合燃烧，推动透平作功，带动轴输出转速，如图2所示。

燃烧控制装置通过传感器从燃烧室的测到转速、温度信号，同时输出电流信号控制燃烧室的给油量、温度。如图3所示。主要控制的变量有：

·燃料流量；

·燃料阀入口前的燃料压力；

·燃机转速；

·透平入口燃气温度T₁^*；

·转速加速度；

·温升率；

燃烧控制装置的硬件结构框图如图4所示，RAM、ROM、EEPROM、值班喷嘴、工作喷嘴、三路变送器、速度传感器、二路驱动电路、光耦、二路D/A转换器分别与数字信号处理器相连，压力传感器、大气温度、透平温度分别与三路变送器相连，放气阀与继电器相连，再与一路驱动电路相连；点火线圈与继电器相连，再与一路驱动电路相连；二路燃料调解阀分别与二路D/A转换器相连。

燃气轮机(简称燃机)运行时，燃烧控制装置对燃气轮机参数进行在线辨识，并实时控制，要求软件代码简洁，执行效率高。为达到这个要求，我们采用汇编语言进行燃烧控制装置的程序编写。燃烧控制装置的控制方法分为控制装置初始化和自检、燃烧器点火、功率闭环调节、停机控制和燃机性能指标实时监控五大模块。

1、控制装置初始化和自检模块