[發明專利]一種微型燃氣輪機的燃燒控制裝置及控制方法

無效

• 申請號: 200710011971.6
• 申請日: 2007-07-05
• 公開（公告）號: CN101078373A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 張化光;閆士杰;李愛平;陳宏志;邊春元;李萌
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00;F02D28/00;F23N5/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 李運萍

技術領域

本發明屬于微型燃氣輪機技術領域，特別涉及一種微型燃氣輪機的燃燒控制裝置及控制方法。

背景技術

微型燃氣輪機在未來我國電力、動力等國民經濟領域和國家安全等方面具有重要作用和戰略意義，先進燃氣輪機技術是21世紀能源動力系統中的核心關鍵技術，對于我國相關領域如能源、電力、航空、航天、船舶、車輛、軍事等國民經濟和國防建設中的高新技術發展有著重大意義。微型燃氣輪機是由高速旋轉的葉輪構成，將燃料燃燒產生的能量經過透平對外做功而產生電能給負載供電。其主要由壓縮機、燃燒室、透平以及一些發電機組、回熱器組成，基本技術特征是采用徑流式葉輪機械(向心式透平和離心式壓氣機)，在轉子上兩者葉輪為背靠背結構，回熱器一般為高效板翅式，一些機組還采用空氣軸承，不需要潤滑油系統，這樣結構更簡單。微型燃氣輪機發電機組具有高效率、低噪聲、重量輕、體積小、低污染、以及多臺集成擴容等一系列優點。目前燃氣輪機的控制器產品品種繁多，而控制技術多采用可編程控制器(PLC)實現，屬二次開發，成本較高，升級換代過于復雜。采用數字信號處理器(DSP)作為主控方式的仍為空白。

實際的過程控制與運動控制系統中，PID家族占有相當的地位，據統計，工業控制控制器中PID類控制器占有90％以上。PID控制器具有結構簡單，各個控制參數有著明顯的物理意義，調整方便的特點，其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應用于過程控制和運動控制中，尤其適用于可建立精確數學模型的確定性控制系統。然而在實際工業生產過程中控制系統往往具有非線性、時變不確定性以及無法建立精確的數學模型，因此采用常規PID不能達到理想的控制效果。同時在實際生產的現場，由于受到參數整定方法復雜的限制，利用常規PID控制器參數往往整定不良，性能欠佳，對現場系統的運行適應性很差。隨著計算機技術和只能控制理論的發展為復雜動態系統的控制停工了新的途徑。采用只能控制技術，可設計智能PID和進行PID只能整定。在調試初期本控制裝置采用傳統的PID控制，但是由于本系統具有時變，非線性、滯后性等特點，采用傳統的PID控制顯示出弊端，為了能夠得到更好的控制效果，本發明將利用傳統的PID控制結合模糊控制理論，使該控制系統具有在線參數自校正功能。進一步提高了控制精度和系統的安全性、穩定性。從理論上說，本控制裝置所涉及的裝置和控制方法可成為通用控制技術，應用到其他需要燃料壓力控制的場合。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，本發明提供一種微型燃氣輪機的燃燒控制裝置及控制方法(該項成果為國家高技術研究發展計劃(“863”計劃)課題成果)。

燃機控制系統包括上位機、顯示及通訊裝置、中央控制裝置、燃燒控制裝置、燃料壓力控制裝置、逆變控制裝置、軟啟動控制裝置、電池管理裝置；其中顯示及通訊裝置分別與上位機、中央控制裝置相連，燃燒控制裝置、燃料壓力控制裝置、逆變控制裝置、軟啟動控制裝置、電池管理裝置相連，如圖1所示。

本發明即燃燒控制裝置所依賴的硬件環境包括壓氣機、透平、燃燒室、回熱器、空氣軸承、噴油系統組成，系統工作過程如下：清潔的空氣經過壓氣機增壓后，進入回熱器，與透平經調解閥排出的尾氣進行熱交換后，送入燃燒室，與燃料噴油嘴噴出的燃料混合燃燒，推動透平作功，帶動軸輸出轉速，如圖2所示。

燃燒控制裝置通過傳感器從燃燒室的測到轉速、溫度信號，同時輸出電流信號控制燃燒室的給油量、溫度。如圖3所示。主要控制的變量有：

·燃料流量；

·燃料閥入口前的燃料壓力；

·燃機轉速；

·透平入口燃氣溫度T₁^*；

·轉速加速度；

·溫升率；

燃燒控制裝置的硬件結構框圖如圖4所示，RAM、ROM、EEPROM、值班噴嘴、工作噴嘴、三路變送器、速度傳感器、二路驅動電路、光耦、二路D/A轉換器分別與數字信號處理器相連，壓力傳感器、大氣溫度、透平溫度分別與三路變送器相連，放氣閥與繼電器相連，再與一路驅動電路相連；點火線圈與繼電器相連，再與一路驅動電路相連；二路燃料調解閥分別與二路D/A轉換器相連。

燃氣輪機(簡稱燃機)運行時，燃燒控制裝置對燃氣輪機參數進行在線辨識，并實時控制，要求軟件代碼簡潔，執行效率高。為達到這個要求，我們采用匯編語言進行燃燒控制裝置的程序編寫。燃燒控制裝置的控制方法分為控制裝置初始化和自檢、燃燒器點火、功率閉環調節、停機控制和燃機性能指標實時監控五大模塊。

1、控制裝置初始化和自檢模塊