專利名稱：：用于燃?xì)廨啓C(jī)控制的系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體涉及燃?xì)廨啓C(jī)，更具體的涉及燃?xì)廨啓C(jī)的燃料控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：至少某些所知工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制系統(tǒng)依賴于穩(wěn)定的燃料壓力，該燃料壓力處于一組并列設(shè)置用于適當(dāng)操作的燃?xì)饪刂崎y的上游。因此，在該組并列燃?xì)饪刂崎y的上游處緊接著設(shè)置一個(gè)壓力控制閥用于調(diào)節(jié)該壓力。燃?xì)廨啓C(jī)燃料系統(tǒng)的壓力控制期望改進(jìn)的是壓力控制閥的響應(yīng)。響應(yīng)速度慢和帶寬低會導(dǎo)致控制系統(tǒng)對受控參數(shù)跟蹤作用的下降。算法可以改善燃料控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，包括縮短響應(yīng)的上升時(shí)間和對更高的頻率指令參考信號得到更好的跟蹤作用，從而改善整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種控制系統(tǒng)，包括部件模型，其用來調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)的燃料供應(yīng)壓力；壓力傳感器，用于檢測供應(yīng)到燃料輪機(jī)中的燃料壓力；和包含積分加狀態(tài)反饋的反饋模塊，為該部件模型提供正反饋參考信號，使得有助于減小燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制系統(tǒng)對燃料壓力改變的響應(yīng)時(shí)間。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種在燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制系統(tǒng)中用來控制燃料控制閥動態(tài)響應(yīng)的方法，包括使用部件^^莫型調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料供應(yīng)壓力，檢測燃?xì)廨啓C(jī)燃料供應(yīng)壓力，并且對該部件模型應(yīng)用積分加狀態(tài)反饋，從而有助于降低燃料控制閥對燃料供應(yīng)壓力變化的響應(yīng)時(shí)間和增力口燃料控制閥響應(yīng)的帶寬中的至少一項(xiàng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置，該裝置包括通過燃料供應(yīng)控制闊從燃料供應(yīng)系統(tǒng)接收燃料流的燃燒器，和控制系統(tǒng)，可方便控制燃料控制閥的動態(tài)響應(yīng)，其中該控制系統(tǒng)包括處理器，適于使用部件模型調(diào)節(jié)輸入到燃燒器中的燃料供應(yīng)壓力，接收燃燒器燃料供應(yīng)的壓力信號，并對該部件模型應(yīng)用積分加狀態(tài)反饋，從而縮短燃料控制閥對于燃燒器燃料供應(yīng)壓力變化的響應(yīng)時(shí)間。圖1是一個(gè)示例控制系統(tǒng)的示意圖，該控制系統(tǒng)用于發(fā)電設(shè)備中燃?xì)廨啿艓字?。圖2是一個(gè)可用于圖1所示燃?xì)廨啓C(jī)中控制系統(tǒng)的部分原理圖。圖3是一個(gè)曲線圖，圖示了在級間壓力P2階躍變化下燃料控制子系統(tǒng)的響應(yīng)過程。具體實(shí)施方式圖1顯示了一個(gè)示例性控制系統(tǒng)10,其用于一個(gè)包括燃?xì)廨啓C(jī)14的發(fā)電設(shè)備12。在本示例性實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)14通過一根整軸20以組合循環(huán)的形式連接到汽輪機(jī)16和發(fā)電機(jī)18上。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)14可以以筒單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的形式連接到發(fā)電機(jī)上。用于產(chǎn)生其他原動機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)附加構(gòu)造也包含在本發(fā)明的其他實(shí)施例中。在示例本實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)14由控制系統(tǒng)10通過燃?xì)廨啓C(jī)和燃料控制子系統(tǒng)22控制。其他裝置例如汽輪機(jī)16,熱回收節(jié)蒸汽鍋爐24和輔助裝置26都由控制系統(tǒng)10通過發(fā)電設(shè)備12的相應(yīng)控制子系統(tǒng)來控制。相應(yīng)的子系統(tǒng)適于與連接在裝置上的傳感器和控制部件(未示出)通信，并提供作該裝置操作參數(shù)的函數(shù)的信號。每個(gè)單元的子系統(tǒng)互相通信，并與發(fā)電設(shè)備控制系統(tǒng)28通過單元數(shù)據(jù)總線30通信，該數(shù)據(jù)總線可為單冗余、雙冗余或者三冗余總線系統(tǒng)。發(fā)電設(shè)備控制系統(tǒng)28與工程工作站32、至少一個(gè)操作者工作站34、和其他顯示設(shè)備和人機(jī)界面36通信，這些設(shè)備例如為打印機(jī)以及接收和存儲從通過單元數(shù)據(jù)總線30連接的各子系統(tǒng)發(fā)送來的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)記錄。子系統(tǒng)包括例如發(fā)電機(jī)勵(lì)^t和保護(hù)子系統(tǒng)38，靜態(tài)啟動器子系統(tǒng)40,汽輪機(jī)和旁通控制子系統(tǒng)42,熱回收蒸氣鍋爐(HRSG)和蒸氣循環(huán)機(jī)械輔助子系統(tǒng)44,以及單元輔助控制子系統(tǒng)46。圖2是系統(tǒng)10的燃?xì)廨啓C(jī)控制燃料控制部分的原理圖，其可用在燃?xì)廨啓C(jī)14上(如圖1所示)。在本示例性實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)從一個(gè)或多個(gè)均包含燃料控制閥104的燃料分配線102處接收燃料供應(yīng)。燃料分配線102從位于燃料控制閥104上游的壓力控制閥106處接收燃料流。燃料供應(yīng)壓力傳感器108與壓力控制閥106上游的燃料供應(yīng)相流連通地連接，而級間壓力傳感器IIO與壓力控制閥106下游的燃油供應(yīng)相流連通地連接。燃料供應(yīng)壓力傳感器108產(chǎn)生信號P1，其為壓力控制閥106上游燃料供應(yīng)壓力的函數(shù)，而級間壓力傳感器110產(chǎn)生級間壓力信號P2，其為壓力控制閥106下游燃油控制壓力的函數(shù)。壓力控制閥106的位置由與其相連的促動器112控制。促動器112由燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制子系統(tǒng)114的輸出y控制。燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制子系統(tǒng)114包括部件模型116,其適于表示包括閥、管路和傳感器的燃油供應(yīng)部件對參數(shù)處理的響應(yīng)，該參數(shù)作用在控制系統(tǒng)10和積分加狀態(tài)反饋模塊117上。積分加狀態(tài)反饋模塊117的內(nèi)環(huán)路是反饋參數(shù)118。燃料供應(yīng)壓力信號P1為燃料控制系統(tǒng)114提供前饋。級間壓力信號P2是控制子系統(tǒng)114的受控參數(shù)。級間壓力信號P2和來自控制系統(tǒng)10的壓力設(shè)定點(diǎn)信號進(jìn)行求和產(chǎn)生誤差信號120,該誤差信號輸入到積分器122并應(yīng)用增益124。積分的誤差信號126和狀態(tài)反饋信號128在求和器130處結(jié)合。其結(jié)果信號傳送到部件模型116作進(jìn)一步的處理。在部件模型116中用來描述燃料供應(yīng)部件的參數(shù)的不確定性或作用在燃料供應(yīng)部件上的擾動都會造成穩(wěn)態(tài)控制的誤差。為了防止這種影響，在燃料控制系統(tǒng)114內(nèi)環(huán)路中運(yùn)用狀態(tài)反饋配置。在操作中，隨著所被應(yīng)燃料的燃?xì)廨啓C(jī)增大機(jī)械輸出以例如電網(wǎng)供應(yīng)增大的電力負(fù)荷，燃料的需求可能隨之發(fā)生緩慢改變。除此以外，燃料的需求也可發(fā)生快速改變，例如電力負(fù)荷的快速增長導(dǎo)致需求的階躍增長。壓力傳感器108和IIO分別檢測他們各自線路由于燃料需求增長而產(chǎn)生的壓力變化。Pl為部件模型116提供壓力前饋信號，并且將級間壓力信號P2與從控制系統(tǒng)IO接受到的級間壓力設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行求和。對誤差信號120進(jìn)行積分并應(yīng)用預(yù)定增益。其結(jié)果的積分信號與來自部件模型116的增益調(diào)節(jié)狀態(tài)反饋信號進(jìn)行求和。接著部件模型應(yīng)用該模塊參數(shù)和壓力前饋信號Pl到處理的誤差參數(shù)以產(chǎn)生控制輸出y,該控制輸出y被輸入到促動器112以調(diào)節(jié)壓力控制閥106，從而調(diào)整級間燃料壓力回到設(shè)定點(diǎn)值。在燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制子系統(tǒng)114中使用積分加狀態(tài)反饋控制回路能夠改善已知的燃料控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。這種改善的動態(tài)響應(yīng)包括響應(yīng)于控制參數(shù)階躍變化的更小上升時(shí)間和對更高頻指令參考信號的改進(jìn)跟蹤作用。圖3是曲線圖300,圖示了對級間壓力P2階躍變化的燃料控制子系統(tǒng)的響應(yīng)。曲線圖300包4舌一個(gè)以時(shí)間單位為刻度的x軸302和一個(gè)以級間壓力P2為單位刻度的y軸304。曲線圖300包括一個(gè)記錄線306,圖示了級間壓力信號P2的階躍增大。記錄線308圖示了現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制子系統(tǒng)對階躍增大的響應(yīng)，而記錄線310圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制子系統(tǒng)114對階躍增大的響應(yīng)。在本示例實(shí)施例中，記錄線308在記錄線306圖示的階躍變化發(fā)生后大約2.41秒達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)值。而示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制子系統(tǒng)114的響應(yīng)的記錄線310則在圖示記錄線306圖示的階躍變化發(fā)生后大約0.48秒達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)值。現(xiàn)有技術(shù)的子系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的子系統(tǒng)之間的響應(yīng)上的差表明本發(fā)明在響應(yīng)速度提高了大約5倍，同時(shí)相應(yīng)在帶寬也大約提高了5倍。盡管針對氣體燃料供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了描敘，但本發(fā)明的實(shí)施例并不僅限于此。因此，控制其他燃料形式的燃料供應(yīng)系統(tǒng)也可應(yīng)用于發(fā)明的其他實(shí)施例中。此外，對于燃料控制閥的引用也可包括其他燃料流和壓力調(diào)節(jié)裝置，例如氣流調(diào)節(jié)器、傳送器，和可變速度的風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于有助于減小在被調(diào)節(jié)燃?xì)饧夐g壓力上氣體燃料系統(tǒng)的供應(yīng)壓力變化。上述燃?xì)廨啓C(jī)燃料供應(yīng)控制子系統(tǒng)成本效率高并且極為可靠。該子系統(tǒng)能夠改善燃料供應(yīng)壓力控制閥的動態(tài)響應(yīng)，這樣由于燃料需求變化引起的燃料供應(yīng)壓力變化在相對較短的時(shí)間內(nèi)得到緩和。因此，燃?xì)廨啓C(jī)燃料供應(yīng)子系統(tǒng)以成本低廉和可靠的方式便于燃?xì)廨啓C(jī)的操作。盡管本發(fā)明以各種具體實(shí)施例的形式進(jìn)行描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠意識到本發(fā)明可利用在權(quán)利要求的范圍和主旨內(nèi)的改變進(jìn)行實(shí)施。部件清單<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種控制系統(tǒng)(10)，包括部件模型(116)，適于調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)(14)的燃料供應(yīng)壓力；壓力傳感器(108)，適于檢測供應(yīng)到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料壓力；和反饋模塊(117)，包括積分加狀態(tài)反饋，所述反饋模塊適于為部件模型提供正反饋參考信號，使得有助于減小控制系統(tǒng)對于燃料壓力變化的響應(yīng)時(shí)間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)(10)包括壓力控制閥(106)并且所述部件模型(116)適于表示燃料供應(yīng)中壓力控制閥的響應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)(10)包括壓力傳感器(110)和連接燃料供應(yīng)至燃?xì)廨啓C(jī)(14)的互連管路，并且所述部件模型(116)還適于表示壓力傳感器(108)和燃料供應(yīng)中互連管路的響應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述部件模型(116)還適于表示燃料供應(yīng)中的多個(gè)部件的響應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述積分加狀態(tài)反饋模塊(117)進(jìn)一步包括積分器(112)，該積分器適于對包括與壓力設(shè)定點(diǎn)求和的壓力反饋信號的信號進(jìn)行積分以產(chǎn)生積分信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述積分加狀態(tài)反饋模塊(117)進(jìn)一步包括求和器(130),求和器適于將來自部件模型(116)并乘以控制增益(124)的狀態(tài)反饋信號與該積分信號進(jìn)行求和從而產(chǎn)生積分/求和信號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述積分加狀態(tài)反饋模塊(117)進(jìn)一步包括輸入到所述部件模型(110)中的供應(yīng)壓力前饋信號。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括到燃?xì)廨啓C(jī)(14)的由部件模型(110)的輸出控制的燃料供應(yīng)。9.一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置(14),包括燃燒器，其適于通過燃料供應(yīng)控制閥(104)從燃料供應(yīng)系統(tǒng)接收燃料流；和控制系統(tǒng)(IO)，其適于方便控制燃料供應(yīng)控制閥的動態(tài)響應(yīng)，所述控制系統(tǒng)包括處理器，該處理器適于使用部件模型(116)調(diào)節(jié)到燃燒器的燃料供應(yīng)壓力；接收到燃燒器中燃料供應(yīng)的壓力信號；并且對部件模型應(yīng)用積分加狀態(tài)反饋，從而10^根S權(quán)^要求9所il的系纟;，其、4征在于所述處理器還適于使用部件模型(116)表示在燃料供應(yīng)中的至少一個(gè)部件對燃料壓力和燃料流量中至少一個(gè)的響應(yīng)。全文摘要本發(fā)明提供一種控制系統(tǒng)(10)?？刂葡到y(tǒng)(10)包括部件模型(116)，用于調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)(14)的燃料供應(yīng)壓力；壓力傳感器(108)，用于檢測供應(yīng)到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料供應(yīng)壓力；和反饋模塊(117)，包括積分加狀態(tài)反饋，該反饋模塊適于為部件模型提供正反饋參考信號，使得有助于減小控制系統(tǒng)對于燃料壓力變化的響應(yīng)時(shí)間。文檔編號F02C9/26GK101126352SQ200710140990公開日2008年2月20日申請日期2007年8月15日優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日發(fā)明者M(jìn)·費(fèi)茲申請人:通用電氣公司