[发明专利]在动态过程中保持燃气轮机燃烧稳定的方法、计算机可读介质以及燃机控制系统

说明书

本发明提供了一种在动态过程中保持燃气轮机燃烧稳定的方法、计算机可读介质以及燃机控制系统。所述方法包括：对燃料控制阀行程指令δ_f,CLC用燃料流量补偿函数G_f,COMP(s)进行补偿；对VIGV指令θ_VIGV,CLC用空气流量补偿函数G_air,COMP(s)进行补偿；其中，燃料流量补偿函数G_f,COMP(s)与空气流量补偿函数G_air,COMP(s)满足如下关系：G_f,COMP(s)·G_f(s)＝G_air,COMP(s)·G_air(s)，且空燃比即使是在动态过程中也是和成正比。其中，G_f(s)是从燃料控制阀伺服系统到燃烧室入口的燃料通道的总传递函数；G_air(s)是从VIGV伺服系统到燃烧室入口的空气通道的总传递函数。

技术领域

本发明涉及燃气轮机控制系统，尤其涉及燃气轮机控制系统的控制方法。

背景技术

市场对燃气轮机的运行灵活性的要求越来越高。除了通常的频率响应外，快速起动，甩负荷，岛模式运行，扩张频率响应等动态运行也经常被客户要求。燃机在这些动态运行中的稳定性越来越重要。

为了降低NOx排放，现代燃气轮机都采用预混式燃烧。如图1所示，预混式燃烧把两个过程：燃料与空气的混合过程、可燃混合物的稳定化学反应过程，从空间上进行分离。

预混式燃烧一般有两个限制：火焰回火(一般在燃料过多时发生)和火焰熄火(一般在燃料过少时发生)。当燃烧条件接近这两个限制时，燃烧震动就会发生。与扩散火焰相比，预混式火焰的空燃比(即，混合气中空气与燃料之间的质量的比例)的可运行范围通常要窄得多。

如图2所示，燃气轮机实际操作时，为了减少NOx排放量，燃烧会被尽可能地推到贫燃料侧。从燃机控制的角度来说，空燃比必须被更准确地控制。在稳态运行时，这是可以通过控制温度水平来实现。但是，当燃气轮机在进行动态运行时，由于空气通道和燃料通道有不同的动态特性，燃烧室入口处的空燃比很难准确控制。

这是燃烧室的运行线和贫油燃烧极限值之间需要留有足够裕度的主要原因之一。这会导致NOx排放增高。此外，这个瞬态过程中的空燃比不易控制的难点也限制了燃机的动态性能。

因此，本发明亟需一种能在燃机动态过程中提高空燃比控制精度的方法。

发明内容

本发明是一种应用于燃气轮机控制系统的新控制方法。通过动态匹配进入燃烧室的燃料流量和空气流量来达到在动态过程中保持燃烧稳定，减少NOx排放等目的。

本发明提供了一种在动态过程中保持燃气轮机燃烧稳定的方法，所述方法包括：

对燃料控制阀行程指令δ_f,CLC用燃料流量补偿函数G_f,COMP(s)进行补偿；

对VIGV指令θ_VIGV,CLC用空气流量补偿函数G_air,COMP(s)进行补偿；

其中，燃料流量补偿函数G_f,COMP(s)与空气流量补偿函数G_air,COMP(s)满足如下关系：

G_f,COMP(s)·G_f(s)＝G_air,COMP(s)·G_air(s)，且空燃比在动态过程中与成正比；

其中，G_f(s)是从燃料控制阀伺服系统到燃烧室入口的燃料通道的总传递函数；G_air(s)是从VIGV伺服系统到燃烧室入口的空气通道的总传递函数。

在一个实施例中，所述方法包括：