基于数据的燃气轮机建模与控制技术概述

谢稼澍

（单洛阳万众吉利热电有限公司，河南 洛阳 471000）

一、提升燃气轮机效率的具体方法

燃气轮机的运行原理主要是使用一种热循环开式的模式，其动力源泉是大气，同时大气温度还会随着季节的改变而出现一定的变化，从而对燃气轮机的运行效率产生极大的影响。夏季的气温较高，天气炎热，日常运行中的生产设备、生活设备等在运行中对于电量拥有较大的需求，需要保证设备在极端天气状态下依然能够保持良好的运行能力。但因为设备固定运行模式等因素的影响，在天气气温不断上涨的条件下，燃气轮机的运行效率也会相继降低，同时在某种程度上还加重了燃气轮机运行的热损耗。为此导致其在夏季供电过程中容易发生各种效能下降的问题。

结合具体的实验研究发现，燃气轮机运行中的环境温度从原本的十五摄氏度上升至二十五摄氏度时，其输出功率便会降低百分之七左右，而在整个的气温状态提高到三十六摄氏度时，其输出功率便会出现较为明显的下降趋势，降低幅度大概能够达到百分之十五左右，严重的情况下，还会降低更多。在对燃气轮机运行中的各种影响元素和基础原理进行深入的调查研究基础上，相关技术人员最终发现了一种有效的解决方法，便是通过进气冷却装置系统帮助燃气轮机运行中降低温度，能够有效提升燃气轮机的运行效率。燃气轮机效率提升和燃气轮机运行流程改进之间具有密切的联系，包括先进的防腐技术、高温部件冷却技术、优质的高温材料和有效的循环方式等，此外还有先进的机械装备技术和机械加工技术也能够对燃气轮机的运行效率产生积极影响。

二、数据预处理方案

(1)通过原始信号的EMD分解获得每个IMF组件。(2)为所有IMF组件选择阈值确定标准，并执行单个组件阈值估计。(3)选择在降噪后将单个IMF组件与每个组件的阈值估计值一起用于计算降噪的阈值函数。(4)将信号重建为IMF组件，即原始信号降噪后的信号。基于EMD分解方法和小波阈值探测方法的单个IMF组件的阈值处理是可选的，如表达式(1)所示：

式中：x（ji）—处理前的第j层小波分解分量中对应第i系数；x′j—降噪后的第j层小波分解分量中对应的第i系数；λj—第j层的阈值大小。

三、基于数据的人工智能技术

随着人工智能系的发展，人类在许多行业中广泛应用了使用计算机识别、建模和预测系统的数据方法。通过机器学习，人工智能是基于数据的对象建模和控制的基本概念，即通过学习数据中的系统特性来实现建模对象的输出预测，并提供控制信号。这个想法避免了用显式数学关系表示参数关系的传统数学模型的限制，并使用隐式关系表示系统输入和输出属性。由于模型和控制器是基于数据实现的，因此只需更新学习数据即可更新参数关系，从而避免在现有模型和控制器更新中重新计算数学关系的问题。

在燃气轮机领域，目前研究中使用的机械学习工具人工神经网络、支持向量机等已经存在。人工神经网络是模仿人的脑神经结构和行为的技术，具有并行信息处理、模式分类、记忆等功能。使用神经元之间的连接和权重值分配来表示特定信息，不断修改连接权重值，从而进行与理论上任何复杂的非线性系统完全接近的自学教育。人工神经网络模型是非线性时变系统的有效识别工具。神经网络根据结构和原理有所不同，燃气轮机领域使用的主要类型来自逆向传播神经网络、径向基础神经网络和非线性回归神经网络。

四、燃气轮机建模与仿真研究

随着人类社会对能源的需求越来越高，传统能源逐渐枯竭，环境污染问题日益严重，社会经济可持续发展目标受到了严峻挑战。为了解决当前的能源危机，须要不断发展新型、高效、清洁的能源技术，智能电网、分布式能源的概念应运而生。微型燃气轮机作为新能源技术的核心设备，其技术的成熟对推动智能电网、分布式能源的发展起着至关重要的作用。除此之外，由于微型燃气轮机具备高效、安全、灵活、环保等优点，在交通以及国防建设等方面均具有很好的发展前景和应用价值。微型燃气轮机的工作条件具有地域性差异，建立环境温度、海拔高度可变的总体仿真模型，对研制新型实用微型燃气轮机具有重要意义。

通过将仿真结果与C30微型燃气轮机标准性能参数进行对比得到：（1）在不同环境温度下，该模型计算的发电量、效率与标准值的相对误差低于0.7%；（2）不同海拔高度下，该模型计算的发电量比与标准值的相对误差低于3%，验证了模型的准确性。从换算值与标准值绘制成的转速特性曲线中可以得到，在高转速条件下换算值与标准值的相对误差低于8%，在低转速条件下换算值与标准值的相对误差大于60%，说明试验的微型燃气轮机还需要进一步优化。在不同环境温度与海拔高度下，使用该仿真模型计算得到的发电量、发电效率等参数，可以用来分析外界因素对微型燃气轮机性能影响的程度。通过换算模块计算得到的发电量、扭矩等与标准参数之间的比较，可以反映燃气轮机性能的优劣，也可以为部件优化指明方向。

结束语

燃气涡轮机是我们生活中常见的一种机械装置，本质上属于热机器。燃气涡轮机内容多种多样，类型丰富，但不管种类如何变化，其工作原理几乎没有变化。燃气轮机发动机主要是军用船舶、大型车辆、发电机组等设备，是日常生活中常见的一种燃气轮机。