本發(fā)明涉及燃氣輪機控制領域，具體涉及一種燃氣輪機控制方法及系統(tǒng)。
背景技術：
：應用于電廠的重型燃氣輪機其控制手段主要包括燃料量和空氣流量，主要為燃料量的控制，由于在燃機運行的不同階段控制目標不同，主流的燃氣輪機控制系統(tǒng)一般都采用最小值選擇的方式選擇不同的控制方案來實現(xiàn)不同的控制目標，除啟動及停機外其他的控制方式都為閉環(huán)PID控制，如圖1所示為現(xiàn)有的PID控制的結構框圖，由圖1易知下述的關系式：Y(s)R(s)=GcGp1+GcGp,]]>Y(s)D(s)=Gp1+GcGp,]]>Y(s)N(s)=-GcGp1+GcGp,]]>其中為控制器，Kp為控制器的比例作用系數(shù)，Ti為控制器的積分時間常數(shù)，Td為控制器的為微分時間常數(shù)，N(s)為噪聲，D(s)為干擾，Y(s)為輸出，R(s)為參考輸入，Gp為被控制對象(根據(jù)PI控制器輸出的燃料量，控制進入燃氣輪機燃燒室的燃料量，從而控制燃氣輪機的工作狀態(tài)，比如轉子速度，或者透平的排氣溫度，或者壓氣機壓比等)。由于參考輸入隨壓比、喘振邊界、或者以一定速率變化，參考 輸入的頻繁變化易造成操作量產(chǎn)生尖脈沖，比如，如果參考輸入信號是階躍信號，此時的控制器采用PID控制器，由于控制作用中存在導數(shù)項，所以操作變量中包含一個脈沖函數(shù)，即使在實際的PID控制器中使用(其中Td為微分時間，s為拉普拉斯算子，γ為變形的微分項系數(shù))代替純導數(shù)項Tds，當輸入階躍信號時操作信號中仍然會有一個尖脈動函數(shù)，這種定點沖擊是在燃機控制中不希望出現(xiàn)的情況，所以主流燃機控制系統(tǒng)的各個控制方式都去掉了微分控制即D控制，即實際的控制方式包括轉速PI控制、溫度PI控制、壓比PI控制等。這種一刀切的做法將微分項的缺陷避開，但同時將微分項超前調節(jié)的優(yōu)點也丟棄掉了。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于，提供一種燃氣輪機控制方法及系統(tǒng)，能夠在不消除微分項的情況下避免常規(guī)PID控制器使操作信號出現(xiàn)尖脈沖的情況。為此目的，本發(fā)明提出一種燃氣輪機控制方法，包括：獲取燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準和實際的狀態(tài)參數(shù)；將所述狀態(tài)參數(shù)基準作為參考輸入和所述實際的狀態(tài)參數(shù)作為測量值，傳輸至預先建立的PID控制器，得到燃氣輪機的燃料量；其中，所述PID控制器的積分控制位于前向通道中，微分控制位于反饋通道中；根據(jù)所述燃氣輪機的燃料量控制所述燃氣輪機的工作狀態(tài)。另一方面，本實施例公開一種燃氣輪機控制系統(tǒng)，包括：狀態(tài)參數(shù)采集傳感器、減法器、PID控制器和執(zhí)行器；其中，所述狀態(tài)參數(shù)采集傳感器，用于采集燃氣輪機實際的狀態(tài)參數(shù)；所述減法器，用于將預先存儲的燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準與所述燃氣輪機實際的狀態(tài)參數(shù)進行減法運算；所述PID控制器，用于對所述減法運算的結果進行計算，得到燃氣輪機的燃料量；其中，所述PID控制器的積分控制位于前向通道中，微分控制位于反饋通道中；所述執(zhí)行器，用于根據(jù)所述燃氣輪機的燃料量執(zhí)行相應的操作，對所述燃氣輪機的燃料量進行控制，以控制所述燃氣輪機的工作狀態(tài)。本發(fā)明實施例所述的燃氣輪機控制方法及系統(tǒng)，通過在在前向通道中去掉微分項，在反饋通道中加入微分項，相當于在PID控制器的前面參考輸入端加入了濾波環(huán)節(jié)，以應對參考輸入的頻繁突然變化，從而能夠在不消除微分項的情況下避免常規(guī)PID控制器使操作信號出現(xiàn)尖脈沖。附圖說明圖1為現(xiàn)有的PID控制器結構框圖；圖2為本發(fā)明燃氣輪機控制方法一實施例的流程示意圖；圖3為本發(fā)明燃氣輪機控制方法另一實施例中PID控制器結構框圖；圖4為本發(fā)明燃氣輪機控制方法又一實施例中PID控制器結構框圖；圖5為本發(fā)明燃氣輪機控制系統(tǒng)一實施例的方框結構示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明 保護的范圍。如圖2所示，本實施例公開一種燃氣輪機控制方法，包括：S1、獲取燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準和實際的狀態(tài)參數(shù)；S2、將所述狀態(tài)參數(shù)基準作為參考輸入和所述實際的狀態(tài)參數(shù)作為測量值，傳輸至預先建立的PID控制器，得到燃氣輪機的燃料量；其中，所述PID控制器的積分控制位于前向通道中，微分控制位于反饋通道中；S3、根據(jù)所述燃氣輪機的燃料量控制所述燃氣輪機的工作狀態(tài)。本發(fā)明實施例的燃氣輪機控制方法，通過在在前向通道中去掉微分項，在反饋通道中加入微分項，相當于在PID控制器的前面參考輸入端加入了濾波環(huán)節(jié)，以應對參考輸入的頻繁突然變化，從而能夠在不消除微分項的情況下避免常規(guī)PID控制器使操作信號出現(xiàn)尖脈沖?？蛇x地，在本發(fā)明燃氣輪機控制方法的另一實施例中，所述PID控制器的比例控制位于前向通道中?？蛇x地，參看圖3，在本發(fā)明燃氣輪機控制方法的另一實施例中，所述PID控制器的微分控制的輸入為實際的狀態(tài)參數(shù)與噪聲之和，所述PID控制器的比例控制的輸入和積分控制的輸入為燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準與所述微分控制的輸入之差，所述比例控制的輸出和積分控制的輸出之和與所述微分控制的輸出進行減法運算的結果為所述燃氣輪機的燃料量。本發(fā)明實施例設計的PID控制器，將PI環(huán)節(jié)設置在前向通道中，將D環(huán)節(jié)設置在反饋通道中，整個控制環(huán)節(jié)如圖3所示。當擾動和噪聲都是零時，本實施例的PID控制器的輸出和參考輸入的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Y(s)R(s)=(1+1Tis)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s),]]>當參考輸入和噪聲都為零時，本實施例的PID控制器的輸出和擾動的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Y(s)D(s)=Gp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s),]]>基本PID控制器如圖1所示，當擾動和噪聲都是零時，基本PID控制器的輸出和參考輸入的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Y(s)R(s)=(1+1Tis+Tds)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s),]]>當參考輸入和噪聲都為零時，基本PID控制器的輸出和擾動的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Y(s)D(s)=Gp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s),]]>本實施例的PID控制器與基本PID控制器的相同，對比本實施例的PID控制器的如下：Y(s)R(s)=(1+1Tis)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s)=(1+1Tis)1+1Tis+Tds1+1Tis+TdsKpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s)=(1+1Tis1+1Tis+Tds)(1+1Tis+Tds)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s)=(1+1Tis1+1Tis+TiTds2)(1+1Tis+Tds)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s),]]>以上各式中Y(s)為輸出的拉普拉斯變換，D(s)為擾動的拉普拉斯變換，R(s)為輸入的拉普拉斯變換，Kp為比例作用系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)，Gp(s)為被控對象傳遞函數(shù)，s為拉普拉斯算子。由上述公式可知，根據(jù)本實施例的PID控制器，通過將比例控制和積分控制設置在前向通道中，將微分控制設置在反饋通道中，相當于在基本的PID控制器的前面參考輸入端加入了濾波環(huán)節(jié)，以應對參考輸入的頻繁突然變化，因而能夠防止操作信號出現(xiàn)尖脈沖?？蛇x地，在本發(fā)明燃氣輪機控制方法的另一實施例中，所述PID控制器的比例控制位于反饋通道中?？蛇x地，在本發(fā)明燃氣輪機控制方法的另一實施例中，所述PID控制器的比例控制的輸入和微分控制的輸入為實際的狀態(tài)參數(shù)與噪聲之和，所述PID控制器的積分控制的輸入為燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準與所述微分控制的輸入之差，所述積分控制的輸出，與所述比例控制的輸出和所述微分控制的輸出之和進行減法運算的結果為所述燃氣輪機的燃料量。本發(fā)明實施例設計的PID控制器，將I環(huán)節(jié)設置在前向通道中，將PD環(huán)節(jié)設置在反饋通道中，如圖4所示。當參考輸入和噪聲都為零時，本實施例的PID控制器的輸出和擾動的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Y(s)D(s)=Gp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s).]]>本實施例的PID控制器與基本的PID控制器的相同，對比當擾動和噪聲都是零時本實施例的PID控制器的輸出和參考 輸入的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Y(s)R(s)=(1+1Tis)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s)=(1+1Tis)1+1Tis+Tds1+1Tis+TdsKpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s)=1Tis(1+1Tis+Tds)(1+1Tis+Tds)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s)=11+Tis+TiTds2(1+1Tis+Tds)KpGp(s)1+(1+1Tis+Tds)KpGp(s),]]>其中，Y(s)為輸出的拉普拉斯變換，D(s)為擾動的拉普拉斯變換，R(s)為輸入的拉普拉斯變換，Kp為比例作用系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)，Gp(s)為被控對象傳遞函數(shù)，s為拉普拉斯算子。由上述公式可知，根據(jù)本實施例的PID控制器，通過將積分控制設置在前向通道中，將比例控制和微分控制設置在反饋通道中，相當于在基本的PID控制器的前面參考輸入端加入了濾波環(huán)節(jié)，以應對參考輸入的頻繁突然變化，因而能夠防止操作信號出現(xiàn)尖脈沖?？蛇x地，在本發(fā)明燃氣輪機控制方法的另一實施例中，所述燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準為轉子的轉速基準，實際的狀態(tài)參數(shù)為轉子的實際轉速；或者所述燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準為透平的排氣溫度基準，實際的狀態(tài)參數(shù)為透平的實際排氣溫度；或者所述燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準為壓氣機的壓比基準，實際的狀態(tài)參數(shù)為壓氣機的實際壓比。本發(fā)明的控制包括轉速控制、溫度控制或者壓比控制。轉速控制器，參考輸入為轉速基準，實際的轉速為測量值，轉速基準在不同階段以不同的速率變化。溫度控制器，參考輸入為溫度基準，實際的排氣溫度為測量值，溫度基準隨不同工況下壓比或者負荷變化而變化。壓比控制器，參考輸入為壓比基準，實際的壓比為測量值，壓比基準隨不同工況下喘振邊界的變化而變化。本發(fā)明實施例通過轉速控制、溫度控制或者壓比控制來指導燃料閥門的開度，能夠較為準確地對燃氣輪機的燃料量進行控制。如圖5所示，本實施例公開一種燃氣輪機控制系統(tǒng)，包括：狀態(tài)參數(shù)采集傳感器1、減法器2、PID控制器3和執(zhí)行器4；其中，狀態(tài)參數(shù)采集傳感器1，用于采集燃氣輪機實際的狀態(tài)參數(shù)；減法器2，用于將預先存儲的燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準與燃氣輪機實際的狀態(tài)參數(shù)進行減法運算；所述PID控制器3，用于對所述減法運算的結果進行計算，得到燃氣輪機的燃料量；其中，所述PID控制器的積分控制位于前向通道中，微分控制位于反饋通道中；執(zhí)行器4，用于根據(jù)所述燃氣輪機的燃料量執(zhí)行相應的操作，對所述燃氣輪機的燃料量進行控制，以控制所述燃氣輪機的工作狀態(tài)。本發(fā)明實施例的燃氣輪機控制系統(tǒng)，通過在在前向通道中去掉微分項，在反饋通道中加入微分項，相當于在PID控制器的前面參考輸入端加入了濾波環(huán)節(jié)，以應對參考輸入的頻繁突然變化，從而能夠在不消除微分項的情況下避免常規(guī)PID控制器使操作信號出現(xiàn)尖脈沖。可選地，在本發(fā)明燃氣輪機控制系統(tǒng)的另一實施例中，所述PID控制器的比例控制位于前向通道中，所述PID控制器的微分控制的輸入為實際的狀態(tài)參數(shù)與噪聲之和，所述PID控制器的比例控制的 輸入和積分控制的輸入為燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準與所述微分控制的輸入之差，所述比例控制的輸出和積分控制的輸出之和與所述微分控制的輸出進行減法運算的結果為所述燃氣輪機的燃料量。可選地，在本發(fā)明燃氣輪機控制系統(tǒng)的另一實施例中，所述PID控制器的比例控制位于反饋通道中，所述PID控制器的比例控制的輸入和微分控制的輸入為實際的狀態(tài)參數(shù)與噪聲之和，所述PID控制器的積分控制的輸入為燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準與所述微分控制的輸入之差，所述積分控制的輸出，與所述比例控制的輸出和所述微分控制的輸出之和進行減法運算的結果為所述燃氣輪機的燃料量?？蛇x地，在本發(fā)明燃氣輪機控制系統(tǒng)的另一實施例中，所述燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準為轉子的轉速基準，實際的狀態(tài)參數(shù)為轉子的實際轉速；或者所述燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準為透平的排氣溫度基準，實際的狀態(tài)參數(shù)為透平的實際排氣溫度；或者所述燃氣輪機的狀態(tài)參數(shù)基準為壓氣機的壓比基準，實際的狀態(tài)參數(shù)為壓氣機的實際壓比。與現(xiàn)有的技術比較，本發(fā)明的優(yōu)點是:針對燃氣輪機控制中轉速基準在不同階段以不同的速率變化、溫度基準隨不同工況下壓比或功率的變化而變化、壓比基準隨不同工況下喘振邊界的變化而變化等設定值隨動變化的情況，設計PID控制器，使得輸出能夠快速跟蹤輸入，并未消除微分項卻避免了常規(guī)PID控制器使得操作信號出現(xiàn)尖脈沖的情況。雖然結合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3