[发明专利]燃烧振荡现象的预警监测方法及装置

说明书

本发明公开了一种燃烧振荡现象的预警监测方法及装置，方法包括：对系统离散化，通过高阶扩张状态观测器获得观测信号及其各阶导数；通过相位补偿算法对观测信号及其各阶导数进行补偿；根据计算时间、实际观测质量及所需预测步长，选取预设步长，使用补偿后的观测信号及其各阶导数计算预设步长的预测结果；将预测结果与报警上下限阈值进行比较，在超出报警上下限阈值时，发出预警信号。由此可提前进行控制，避免燃烧振荡现象的出现，实现预警监测功能。

技术领域

本发明涉及燃气轮机和航空发动机技术领域，特别涉及一种燃烧振荡现象的预警监测方法及装置。

背景技术

随着人们对燃烧产物中氮氧化物NOx含量的要求越来越严格，贫燃预混燃烧技术逐渐成为重要的研究方向，特别是应用在重型燃气轮机的高效清洁发电方面。但是在贫燃条件下，燃烧室中容易出现剧烈的压力波动，即燃烧振荡，也叫热声振荡或热声不稳定。这种剧烈的燃烧振荡现象不仅会产生巨大的噪声，降低燃烧效率，而且不利于燃烧设备安全稳定运行，减少燃烧室寿命，甚至损害燃烧室结构，因此燃烧振荡严重限制了贫燃预混燃烧技术在燃气轮机中的应用和发展。因此有必要对燃烧时可能发生的振荡进行预警，并提前施加控制以保证良好工况。

相关技术中，针对燃烧振荡现象提出了多种预警监测方法。采集多个动力学信号，通过加权平均融合算法判断是否产生了燃烧振荡，该方法需要布置多个传感器，结构复杂，且不同的权重系数需依靠经验给定，适用性不广；使用自相关系数与Kendall秩相关系数对燃烧室内脉动压力脉动时间序列的发展进行在线预测，计算复杂，且无法预测具体何时将出现燃烧振荡现象；此外，还有采用火焰数字成像、光谱分析等方法来检测燃烧不稳定性，这些方法速度慢，并且准确度较低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种燃烧振荡现象的预警监测方法，该方法解决了现有技术中计算、结构复杂，准确率不高等问题，利用串联扩张状态观测器进行观测，及相位补偿，实现对燃烧振荡现象的预警监测。

本发明的另一个目的在于提出一种燃烧振荡现象的预警监测装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种燃烧振荡现象的预警监测方法，包括以下步骤：

对系统离散化，通过高阶扩张状态观测器获得观测信号及其各阶导数；

通过相位补偿算法对所述观测信号及其各阶导数进行补偿；

根据计算时间、实际观测质量及所需预测步长，选取预设步长，使用补偿后的观测信号及其各阶导数计算所述预设步长的预测结果；

将所述预测结果与报警上下限阈值进行比较，在超出所述报警上下限阈值时，发出预警信号。

另外，根据本发明上述实施例的燃烧振荡现象的预警监测方法还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，所述对系统离散化，包括：使用欧拉离散算法将系统离散化，公式为：

其中，t表示计算步序，h代表采样步长，代表变量x的一阶导数。

可选地，通过串联多个低阶扩张状态观测器得到所述高阶扩张状态观测器，串联低阶扩张状态观测器的个数与观测的导数阶数相同。

可选地，在低阶扩张状态观测器为三阶扩张状态观测器时，第一个三阶扩张状态观测器输入为实测信号，第一个三阶扩张状态观测器的第一路输出信号与第二个三阶扩张状态观测器的输入信号相连，第一个三阶扩张状态观测器的第二路输出信号与第三个三阶扩张状态观测器的输入信号相连，第n个扩张状态观测器的输入信号与第n-1个扩张状态观测器的第二路输出信号相连，第n个扩张状态观测器的第二路输出信号与第n+1个扩张状态观测器的输入信号相连，其中，n≥4。