联合循环电站燃气轮机控制系统的建模研究

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2023年第19期·19·文章编号：2095-6835（2023）19-0019-03燃气-蒸汽联合循环机组T-S 模型研究与分析陈玉良1，张雨蓉1，王沛沛2，王全康2，王冉冉2（1.国电双维内蒙古上海庙能源有限公司，内蒙古鄂尔多斯016200；2.国能智深控制技术有限公司，北京102209）摘要：针对燃气轮机内部结构复杂，非线性和耦合性强，选用数据驱动的T-S 模糊辨识建模方法，在参考了理论和实验的基础上，将燃气轮机简化为两输入两输出的模型。

基于T-S 模糊辨识的原理，使用兼具结果修正和递推方式的最小二乘法来辨识模型参数，获得了具备模糊语句的线性规则表达的数学模型，最后通过实验验证了模型的有效性和通用性。

关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；燃气轮机；T-S 模型；参数辨识中图分类号：TM611.31文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.19.006燃气-蒸汽联合循环机组属于火力发电，不同于传统的燃煤机组，联合循环机组的燃烧系统由燃气轮机完成，燃气轮机包括压气机、燃烧室、透平3个部分，燃烧产生的上千摄氏度的烟气，推动透平做功，带动燃机联轴发电机；做功后的排气仍具有较高温度，参与到余热锅炉的烟气系统，加热余热锅炉汽包中的水成为蒸汽，蒸汽再通过汽轮机带动电机发电，这种结合了燃气轮机的布雷顿循环和蒸汽轮机中蒸汽的朗肯循环，使得联合循环效率高于传统的燃煤机组[1-2]。

本文为了验证所建燃气轮机模型的泛化能力，将它与动态矩阵预测控制相结合，并应用在输出预测控制策略上。

主要分为动态矩阵预测控制的原理介绍和输入输出数据之间传递函数的辨识，通过多模型预测控制将非线性预测控制转化为线性预测控制，最后通过实验结果验证了T-S 模糊模型的有效性和通用性。

1燃气-蒸汽联合循环机组T-S 模型建立燃气轮机是机组中最关键的部分，燃气轮机的运行效果影响着整个机组的出力与效率。

基于IGV控制的先进燃气轮机联合循环运行优化研究发布时间：2021-03-26T15:19:56.953Z 来源：《电力设备》2020年第32期作者：唐军[导读] 摘要：IGV是压气机进口导叶控制系统，主要通过IGV叶片转角变化，实现对压气机空气流量有效控制。

（国家电投揭东能源有限公司 515500）摘要：IGV是压气机进口导叶控制系统，主要通过IGV叶片转角变化，实现对压气机空气流量有效控制。

本分析了IGV控制系统在燃气轮机中实践应用，通过构建联合循环模型对控制原理进行解析，并对控制系统设计条件和产生具体结果进行说明，着重论述了燃气轮机参数，旨在说明余热和联合循环运行之间关系，并研究了联合循环运行优化策略，以期达到防喘振、提高联合循环效率目标。

关键词：IGV控制；运行优化；联合循环；先进燃气轮机前言：研究表明，为保证燃气轮机稳定连续运行，达到理想的工作效率，需要将燃机的排气温度控制在较高的温度值，并保证温度值恒定不变。

在实践应用环节，使用IGV控制系统满足相关控制条件是必然选择，即：当汽轮机在部分负荷运行状态下，通过关小IGV的方式减少空气流量，进而保持较高的温度值。

文章结合联合循环模型，对这一控制理论进行了解释。

1建立联合循环模型本文所研究联合循环的顶循环为燃气轮机，底循环为有机朗肯循环，有机工质对蒸发器所提供排气余热进行吸收，达到联合循环的目的。

笔者出于对联合循环特性加以模拟的考虑，遂决定借助模块建模法，对子系统模型进行建立，具体如下： 1.1联合循环1.1.1ORC透平ORC透平对应输出功计算公式为：其中，qm,orc代表有机工质的质量流量，ηorc,t代表ORC透平的效率，ηe,orc代表发电机效率，h5o,s代表ORC透平处于等熵过程的出口焓，h4o代表入口焓。

1.1.2换热器该循环所用换热设备以回热器、冷凝器和蒸发器为主，根据换热器传热系数，估计其运行特性。

单相换热区域可利用j因子对传热系数h进行计算，公式如下：其中，j代表传热系数，Pr代表普朗特数，Aflow代表自由流动面积，cp代表比定压热容，qm代表流体的质量流量。

燃气轮机系统的建模与仿真燃气轮机是一种高效可靠的能源转换设备，可以广泛应用于发电、飞行、航海等领域。

燃气轮机系统由多个部件组成，包括压气机、燃烧室、涡轮机等。

为了更好地设计、优化和控制燃气轮机系统，建立燃气轮机系统的模型并进行仿真是非常重要的。

一、燃气轮机系统的建模方法1. 基于物理学原理的建模方法这种建模方法基于燃气轮机系统的物理特性，通过对控制方程和能量平衡方程的建立，得出燃气轮机系统的数学模型。

这种方法的优点是能够准确地反映燃气轮机系统的物理特性，但是需要大量的计算和模型参数的确定，适用于研究燃气轮机系统的基本特性。

2. 基于统计方法的建模方法这种建模方法基于大量的实验数据，通过对实验数据的分析和处理，建立燃气轮机系统的统计模型。

这种方法的优点是不需要精确的物理特性和模型参数，可以通过实验数据进行建模，但是需要大量的实验数据和数据分析技能。

3. 基于神经网络的建模方法这种建模方法基于神经网络的模式识别能力，通过对燃气轮机系统的输入和输出数据进行学习，建立燃气轮机系统的神经网络模型。

这种方法的优点是能够学习系统的复杂非线性关系，但是需要大量的学习数据和神经网络模型的优化。

二、燃气轮机系统的仿真方法1. 基于模型的仿真方法这种仿真方法基于燃气轮机系统的数学模型，通过数值模拟的方法，进行燃气轮机系统的仿真。

这种方法的优点是可以对燃气轮机系统进行全面的仿真和测试，但是需要精确的物理模型和大量的计算资源。

2. 基于实验数据的仿真方法这种仿真方法基于实验数据的统计模型，通过对实验数据的模拟和处理，进行燃气轮机系统的仿真。

这种方法的优点是可以通过实验数据进行仿真，但是需要大量的实验数据和数据分析技能。

3. 基于混合方法的仿真方法这种仿真方法综合使用基于模型和基于实验数据的方法，通过建立精确的数学模型和处理实验数据，进行燃气轮机系统的仿真。

这种方法的优点是综合了两种方法的优点，可以比较准确地进行燃气轮机系统的仿真。

燃气轮机系统建模与性能分析摘要：燃气轮机机组具有超强的北线性，人们掌握它的具体实施工作过程运行规律是很难得。

在我过电力工业中对它的应用又不断加强。

为了更加透彻的解决这个问题，本文将通过建立燃气轮机机组系统建模及模拟比较研究机组设计和运行中存在的问题，从而分析它的性能。

关键词：燃气轮机；系统建模；性能1模拟对象燃气轮机的物理模型在标准IS0工况条件(15℃101.3kpa及相对湿度60%)下，压气机不断从大气中吸入空气，进行压缩。

高压空气离开压气机之后，直接被送入燃烧室，供入燃料在基本定压条件下完成燃烧。

燃烧不会完全均匀，造成在一次燃烧后局部会达到极高的温度，但因燃烧室内留有足够的后续空间发生混合、燃烧、稀释及冷却等复杂的物理化学过程，使得燃烧混合物在离开燃烧室进入透平时，高温燃气的温度己经基本趋于平均。

在透平内，燃气的高品位焙值(高温、高压势能)被转化为功。

1.1燃气轮机数值计算模型与方法本文借助于 GateCycle软件平台，搭建好的燃气轮机部件模块实现燃气轮机以上物理模型的功能转化，进行燃气轮机的热力学性能分析计算的。

在开始模拟燃气轮机之前，首先对燃气轮杋部件模块数学模型及计算原理方法进行简单介绍。

1.2压气机数值计算模型式中，q1、q2、ql分别为压气机进、出口处空气、压气机抽气冷却透平的空气的质量流量；T1*、 p1*分别为压气机进出口处空气的温度、压力；T2*、 p2*分别为压气机出口处空气的温度、压力ηc 、πc分别为压气机绝热压缩效率，压气机压比γa 为空气的绝热指数；ρa为大气温度；∅1为压气机进气压力损失系数ιcs 、ιc分别为等只压缩比功和实际压缩比功i*2s、i*2、i*1分别为等只压缩过程中压气机出口处空气的比焓，实际压缩过程中压气机出日处空气的比烩和压气机进日处空气的比焓；当压气机在非设计工况下工作时，一般计算方法是将压气机性能简单处理编制成数表，通过插值公式求得计算压气机的参数，即在压气机性能曲线上引入多条与喘振边界平行的趋势线，这样可以把压比，流量，效率均视为平行于喘振边界的等趋势线和转速的函数。

题目：燃气蒸汽联合循环(50MW机组)燃气系统研究内容提要：本文主要以我单位设计的涟钢燃气蒸汽联合循环发电工程的燃气系统为研究对象，该工程已于2007年3月25日顺利实现了机组满负荷运行（06年2月开工），总体来说，本工程的进展还是比较顺利，相对以前三菱在沙钢和邯钢的同样M251S 机组都比较顺利，在国内也创下了三菱M251S机组占地最小，从燃机交货到点火带负荷工期最短的记录。

我从土建施工服务结束就来到了涟钢现场，一直到机组72小时试运行，对本工程的施工和调试都有一个比较全面的总体的认识，现在我对燃料供应系统及涟钢现场情况做一个简单介绍，并对现场实际问题的提出一些解决办法：一．工程概况及三菱M251S机组配套燃气供应系统综述；二．燃气管道系统问题及解决办法；三．对类似工程的一些个人想法和建议；1.工程概况及三菱M251S机组配套燃气供应系统简介；1.1 工程概况：该工程厂址位于湖南华菱涟源钢铁集团有限公司的西部，其主体装置布置在已建的高炉煤气发电站主厂房的北面。

建设目的为利用涟钢生产富余的高炉煤气等二次能源生产电力，减少环境污染，节约能源。

建设规模为：一套分轴式燃气/蒸汽联合循环发电装置，额定输出功率50.5MW，其中燃气轮发电机扣除煤气压缩机耗功后输出功率28.5MW，汽轮发电机输出功率22MW。

燃气轮机采用日本三菱重工高砂制作所生产的重型，轴向排气，室外式燃气轮机，汽轮发电机采用南汽生产的次高压次高温补汽凝汽式汽轮机，余热锅炉采用德尔塔动力设备(中国)公司生产的双压余热锅炉。

占地面积：0.755公顷，投资约3.9亿元。

1.2主燃料系统:低热值的主燃料BFG由涟钢厂区现有的两根DN1800管道接出，主管管径DN1800（最大流量约134500Nm3/h）,经过高炉煤气流量计、U型水封、盲板圈、电动水封碟阀、BFG/COG混合器、BFG/N2混合器、湿式电除尘器（在净化），送往燃机的主煤气压缩机升压后进入燃机燃烧室主燃烧器与空气混合燃烧。

燃气轮机发电系统的建模与仿真研究随着能源需求不断增长，燃气轮机发电已经成为了一种重要的发电方式。

燃气轮机发电系统由气体压缩机、燃烧室、涡轮机和发电机等部分组成。

其中涡轮机是系统的核心部件，负责将高温高压气体的动能转换为机械能，从而驱动发电机工作，实现电能的转换。

针对燃气轮机发电系统的建模与仿真研究，可以为该系统的优化设计和运行管理提供重要参考。

下面对燃气轮机发电系统的建模与仿真研究进行探讨。

一、建模燃气轮机发电系统的建模过程可以分为以下几个步骤：（1）系统分析与功能划分首先需要对系统进行深入的分析，对系统进行功能划分和功能分析，以确定系统中各个部件的工作原理和功能要求。

在此基础上，建立系统的整体模型。

（2）部件建模接着，需要对系统中涉及的气体压缩机、燃烧室、涡轮机和发电机等主要部件进行建模。

可以采用基于物理的建模方法，将各个部件的工作原理和影响因素用数学模型描述出来。

（3）系统集成在完成各个部件的建模后，需要将各个模型相互集成，形成整个系统的模型。

系统集成时需要考虑参数传递、组件接口等因素。

（4）验证与修正最后，需要对建立的系统模型进行验证与修正，以确保模型能够准确地反映实际系统的特性和性能。

可以通过实验数据对模型进行验证和修正。

二、仿真燃气轮机发电系统的仿真可以分为静态仿真和动态仿真两个部分。

（1）静态仿真静态仿真主要用于对系统各部件性能和工作情况的分析，包括燃气轮机性能参数、系统能效、各部件的压力、温度、流量等。

静态仿真可以用于系统的设计和调试阶段，通过改变系统结构、部件参数等方式，分析不同参数对系统性能的影响，优化系统设计。

（2）动态仿真动态仿真主要用于对系统在动态工况下的性能分析，包括系统启动、停止、负荷变化等。

通过动态仿真可以预测系统在不同工况下的工作性能，优化系统控制策略，提高系统运行效率和可靠性。

在仿真过程中，需要对系统的各个参数和变量进行监测和分析。

通过与实际数据进行对比，可以对仿真结果进行修正和调整，确保系统仿真结果的准确性和可靠性。

燃气轮机及联合循环一次调频控制分析摘要：当前，人们对能源的需求也越来越大，因此对燃气轮机的要求也在不断的提高和更新。

目前国内的燃气轮机机组主要是采用定子结构，定子是由转子叶片和定子外的旋转部件构成的一个整体。

本文主要研究燃气轮机及联合循环一次调频控制分析。

关键词：燃气轮机；联合循环；一次调频；控制分析引言由于单级的燃气轮机换热器效率低，所以为了解决这一问题，需要将单级的换热器进行改进，它具有三个优点:一是它的功率比较大，而且体积较小，二是它的重量较轻，三是其可靠性高，并且能承受高温。

本文针对传统的换热管式燃气轮机的二次调频系统的研究现状，提出了一种新的控制方案，并对该控制系统的控制做详细的分析说明。

一、相关理论概述燃气轮机的主要作用就是将燃气的热能转换为机械能，从而实现对燃料的利用和输送[1]。

在实际的生产中，由于工质的特性和工作环境的不同，会产生很多的热交换，因此需要对其进行优化处理。

目前常用的燃气轮机的热力系统有两种，一种是直接加热，另一种是间接冷却。

其中最常见的有三种，分别为蒸汽涡轮式、离心式、喷射式。

这三种方式都属于传统的热力设备，但是它们的缺点在于效率低，而且运行成本较高。

本文所研究的循环一次调频控制系统，采用的是离心循环调频控制技术，它具有节能环保的优点；同时它还可以提高机组的可靠性以及稳定性，减少了维修维护的费用；另外，该方法也能有效地防止故障的发生与扩大，保证了机组的安全可靠。

二、燃气轮机及联合循环一次调频控制分析（一）联合循环一次调频控制方法在联合循环调频控制系统中，主要有两种控制方法:主回路控制和副系统控制。

主控单元通过对机组的运行状态进行监测，并根据数据的变化情况，采取相应的措施对其实施调节，使整个过程处于最佳的工作状况[2]。

主控单元的作用是将各个工况下的工况信息传递给副控制器，从而实现对各机段的操作和调整。

同时，也可以将副控单元的参数反馈给PLC，然后再把这些信号传输给单片机，进而完成对各机段的监控任务。

燃气蒸汽联合循环机组模型建立研究作者：李伟来源：《科技资讯》2013年第19期摘要：近年来，燃气蒸汽联合循环机组由于具有装机容量大、环境污染小、启停快捷以及能量利用率高等优点，因而在电力系统中的应用日益引起人们的重视。

本文利用Matlab/Simulink对某联合循环电站燃气轮机的控制系统进行模型组建，并对其全工况进行仿真分析，得出其仿真结果切实符合其实际物理过程，由此证明，该模型能够用来对燃气蒸汽联合循环机组进行研究。

关键词：燃气蒸汽循环机组研究中图分类号：TM611.31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0086-02通常情况下，燃气—蒸汽联合循环机组由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机三大部分构成，而目前最常见的燃气蒸汽联合循环机组是无补燃的余热锅炉型，在该系统中，燃气轮机处于主动的地位，余热锅炉则伴随燃气轮机的转动而运动。

同时，蒸汽轮机通常为尽可能地利用燃气余热，一般运行方式采取滑压式。

本文通过对型号为GEMS7001EA的燃气蒸汽联合循环机组的非线性状态空间方程加以分析，从动能与热能之间的互相转化及其控制等方面对建立燃气蒸汽联合循环机组模型进行研究。

1 联合循环机组燃气轮机的控制系统一般来说，联合循环机组燃气轮机控制系统主要包括转速及负荷控制、转子角加速度控制、透平温度控制和压气机入口导叶控制四大控制系统组成。

转速及负荷控制系统。

作为燃气轮机最基本的控制系统，负荷/轉速控制系统是指为方便对负荷加以调节，其转速控制在发电机并网运行时为有差控制，并且这时的转速控制器保持10～50之间的增益值和2%～10%的不等率。

此外，在燃机轮机实现并网运行的过程中，为了调整其负荷，通常首先对其转速基准进行调整，使其与实际转速之间产生一定量的差值，以便令输出燃料的基准值得到改变，最终实现负荷得以调整的效果。

当转速不等率去4%时，利用W/（Y+Z）这一传递函数，可得W=1/转速不等率=25；其中Y=0.05.Z=1。