CN110173358A - 一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法 - Google Patents

Abstract

一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，涉及孤网发电用燃气轮机发电机组领域。为解决现有技术在应用时，当甩负荷时会出现燃油流量计算值低于最小燃油流量线现场，引起积分饱和问题，燃油流量输出会出现严重的超调震荡，会引起机组长时间不能稳定至发电许可转速范围带，会影响到电力系统的稳定性、用电设备的安全性和电网的电力品质的问题。在压气机级间及出口增设放气卸能装置，燃气轮机触发放气卸能逻辑；具有抗积分饱和功能PID控制器控制器计算出燃油流量的值；将计算出的燃油流量值与标准值进行比较，释放部分燃气轮机能量，降低燃气轮机输出转速峰值。本发明适用于发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节领域。

Description

一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法

技术领域

本发明涉及孤网发电用燃气轮机发电机组领域，涉及一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法。

背景技术

在孤网发电系统中，燃气轮机驱动发电机运行时，由发电机后配电柜系统或发电机自身电气故障可能引起燃发机组与电网脱离，燃气轮机就会脱掉负载，引起燃气轮机甩负荷。

燃气轮机用于发电，均以燃气轮机输出转速为控制目标，采用闭环控制算法实现发电机定转速控制，发出具有稳定电力品质的电力供应。为了保证燃发机组的安全运行，在控制系统中通常会设置最大、最小燃油流量限制线，温度限制线，燃油升速率限制值多条限制曲线，传统的转速调节方法往往采用闭环PID控制算法，甩负荷时会出现燃油流量计算值低于最小燃油流量线现象，引起积分饱和问题，燃油流量输出会出现严重的超调震荡，从而引起机组长时间不能稳定至发电许可转速范围带，会影响到电力系统的稳定性、用电设备的安全性和电网的电力品质。

发明内容

本发明为解决现有技术在应用时，当甩负荷时会出现燃油流量计算值低于最小燃油流量线现象，引起积分饱和问题，燃油流量输出会出现严重的超调震荡，从而引起机组长时间不能稳定至发电许可转速范围带，会影响到电力系统的稳定性、用电设备的安全性和电网的电力品质的问题，而提出一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法。

本发明的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，具体步骤如下：

步骤一、在压气机级间及出口增设放气卸能装置，当燃气轮机触发放气卸能逻辑时，将高温、高压空气进行卸放；

步骤二、采用具有抗积分饱和功能的PID控制器计算出燃油流量的值；

步骤三、将计算出的燃油流量值与系统设定值进行比较，释放部分燃气轮机能量，降低燃气轮机输出转速峰值；

所述的步骤一中燃气机触发放气卸能逻辑为，当输出转速加速度大于a，转速大于c时，放气卸能装置逻辑开关开启，压气机级间及出口处放气阀开始放气；当转速加速度小于b，转速小于d时，放气卸能装置逻辑开关关闭，压气机级间及出口处放气阀关闭放气；

所述的步骤二中抗积分饱和算法的具体方法如下：

步骤二一、当燃油流量计算值触及最大燃油流量线或最大温度限制线时，即r(t)-e(t)＜0，表明控制系统输出的燃油流量值低于燃油流量计算值，此时反向积分失效，正向积分生效；

步骤二二、当燃油流量计算值触及最小燃油流量限制线时，即r(t)-e(t)＞0时，表明控制系统输出的燃油量信号高于最小燃油流量值，此时反向积分生效，与正向积分抵消，达到抗积分饱和作用，停止积分累计；

r(t)的含义为最终得出的燃油流量，e(t)的含义为燃油流量计算值；

所述的步骤三、将计算出的燃油流量值与标准值进行比较，调节转速的具体方法如下：

步骤三一、将燃油流量计算值与最大燃油流量限制线、燃气轮机最高温度对应的燃油流量值、最高燃油升速率对应的燃油流量值进行逻辑判断选取四者之中燃油流量最小值；

步骤三二、将所得的燃油流量最小值与最小燃油流量限制线进行逻辑判断取燃油流量的最大值；

步骤三三、将燃油流量最大值的指令传递到燃油执行机构中；

步骤三四、燃油执行机构将燃油流量调节到步骤三三所述的燃油流量的最大值，给到燃气轮机中，来调整燃气轮机输出转速。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明克服了现有技术的缺陷，避免了甩负荷时会出现燃油流量计算值低于最小燃油流量线现场，引起积分饱和问题。

二、本发明克服了现有技术的缺陷，在应用时避免了燃油流量输出出现严重的超调震荡。

三、本发明采用此种调节方法，提高了电力系统的稳定性，和用电设备的安全性，并且提高了电网的电力品质。

附图说明

图1为本发明所述的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法原理图；

图2为传统燃油闭合控制原理框图；

图3为本发明中具有抗积分饱和的燃油闭合控制原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，该方法主要分为两方面：

第一方面，在压气机级间及出口增设放气卸能装置，当燃气轮机触发放气卸能逻辑时，将高温、高压空气进行卸放，释放部分燃气轮机能量，降低燃气轮机输出转速峰值，防止转速过高引起机组超速；通过卸放空气，可避免燃烧油气比过小引起机组贫油熄火停机；所述燃气机触发放气卸能逻辑为：当输出转速加速度大于a，转速大于c时，放气卸能装置逻辑开关开启，压气机级间及出口处放气阀开始放气。

第二方面，在放气的同时采用具有抗积分饱和功能的PID控制器控制燃气轮机输出转速。

并在满足逻辑：转速加速度小于b，转速小于d时，放气卸能装置逻辑开关关闭，压气机级间及出口处放气阀关闭放气。

第二方面所述的具有抗积分饱和功能的PID控制器控制燃气轮机输出转速的具体过程为：当输出转速n与转速基准n₀产生偏差时，转速差△n＝n-n₀，在正常PID控制器的基础上引入抗积分饱和算法，参见图2所示，正常PID控制器包括比例、微分、积分，此处积分为正向积分，正常PID控制器调整后输出的流量计算值e(t)与四条逻辑限制曲线进行逻辑比较，输出的流量控制值r(t)发送给执行机构，并按此值输出对应的燃油给燃气轮机。参见图1所示，四条逻辑限制线包括最大燃油流量限制线、最小燃油流量限制线、燃油升速率限制线和温度限制线。

最大燃油流量限制线：为防止燃气轮超温，设置了最大燃油流量限制线；

最小燃油流量限制线：为防止燃气轮机熄火，设置的最小燃油流量限制线；

燃油升速率限制线：燃气轮机加速过程中的最大燃油升速率；

温度限制线：为防止燃气轮超温，设置了温度限制曲线；

燃油量计算值：PID控制器计算得出的燃油量；

燃油升速率限制线和温度限制线都对应一个燃油流量值。

本实施方式在正常PID控制器基础上引入反向积分环节，当燃油流量计算值e(t)小于最小燃油流量限制线时，会启动PID控制器中的反向积分环节，正向积分实时生效，此时反向积分与正向积分相互抵消，积分项积分累计不再增加，由此缩短PID控制算法中不利于系统稳定的积分作用，燃油流量计算值实现回转；当燃油流量计算值大于最小燃油流量线时，反向积分累计终止，积分项继续累计，恢复至正常的PID控制过程，直至燃气轮机输出转速恢复至发电许可转速范围。

所述的采用具有抗积分饱和功能的PID控制器计算燃油流量值的具体步骤如下：

步骤二一、采用具有抗积分饱和功能的PID控制器计算出燃油流量的值，当燃油流量计算值触及最大燃油流量线或最大温度限制线时，不启动反向积分环节，直接采用普通PID控制器计算燃油流量的值，进而控制燃气轮机的输出转速；

由于燃油量输出值受到燃油流量限制线限制，当燃油量计算值超出燃油流量限制线范围时，就会出现输出值不再是计算值的现象，而只能输出燃油流量限制线极值；

步骤二二、当燃油流量计算值触及最小燃油流量限制线时，启动反向积分环节，令反向积分与正向积分抵消，达到抗积分饱和作用，停止积分累计；然后再采用PID控制器计算燃油流量的值，进而控制燃气轮机的输出转速；

步骤二三、将燃油流量计算值与最大燃油流量限制线、燃气轮机最高温度对应的燃油流量值、最高燃油升速率对应的燃油流量值进行逻辑判断选取四者之中燃油流量最小值；

步骤二四、将所得的燃油流量最小值与最小燃油流量限制线进行逻辑判断取燃油流量的最大值；

步骤二五、将燃油流量最大值的指令传递到燃油执行机构中；

步骤二六、燃油执行机构将燃油流量调节到步骤三三所述的燃油流量的最大值，给到燃气轮机中，来调整燃气轮机输出转速。

本具体实施方式采用此种方法，对燃气轮机发电机组甩负荷时降低动力涡轮转速峰值避免超速停机并避免燃气轮机油气比过小熄火引起停机，通过在控制系统中引入抗积分饱和环节，解决控制环节系统稳定时间过长问题；

由此可见，本具体实施方式提供的发电用带自由涡轮的燃气轮机甩负荷时的转速调节方法对保证燃气轮机发电机组的安全稳定运行和电网供电具有重要意义。

具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的系统设定值为四条逻辑线对应的流量值，四条逻辑线包括最大燃油流量限制线、最小燃油流量限制线线、燃油升速率限制线和温度限制线。

具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的具有抗积分饱和功能的普通PID控制器和反向积分环节，其中普通PID控制器包括比例、微分和正向积分环节。

Claims (6)

1.一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，其特征在于：所述转速调节方法的具体步骤如下：

步骤一、在压气机级间及出口增设放气卸能装置，当燃气轮机触发放气卸能逻辑时，将高温、高压空气进行卸放；

步骤二、采用具有抗积分饱和功能的PID控制器计算出燃油流量的值；

步骤三、将计算出的燃油流量值与系统设定值进行比较，择优值作为执行机构输出流量来，释放部分燃气轮机能量，降低燃气轮机输出转速峰值。

2.根据权利要求1所述的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，其特征在于：所述的步骤一中燃气机触发放气卸能逻辑为，当输出转速加速度大于a，转速大于c时，放气卸能装置逻辑开关开启，压气机级间及出口处放气阀开始放气；当转速加速度小于b，转速小于d时，放气卸能装置逻辑开关关闭，压气机级间及出口处放气阀关闭放气。

3.根据权利要求1所述的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，其特征在于：所述的系统设定值为四条逻辑线对应的流量值，四条逻辑线包括最大燃油流量限制线、最小燃油流量限制线线、燃油升速率限制线和温度限制线。

4.根据权利要求1所述的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，其特征在于：所述的具有抗积分饱和功能的普通PID控制器和反向积分环节，其中普通PID控制器包括比例、微分和正向积分环节。

5.根据权利要求4所述的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，其特征在于：步骤二中采用具有抗积分饱和功能的PID控制器计算出燃油流量的值的过程为：

步骤二一、当燃油流量计算值触及最大燃油流量线或最大温度限制线时，不启动反向积分环节，直接采用普通PID控制器计算燃油流量的值，进而控制燃气轮机的输出转速；

步骤二二、当燃油流量计算值触及最小燃油流量限制线时，启动反向积分环节，令反向积分与正向积分抵消，达到抗积分饱和作用，停止积分累计；然后再采用PID控制器计算燃油流量的值，进而控制燃气轮机的输出转速。

6.根据权利要求5所述的一种发电用带自由涡轮燃气轮机甩负荷时的转速调节方法，其特征在于：步骤三中将计算出的燃油流量值与系统设定值进行比较，择优值作为执行机构输出流量来释放部分燃气轮机能量，降低燃气轮机输出转速峰值的过程为：

步骤三一、将燃油流量计算值与最大燃油流量限制线、燃气轮机最高温度对应的燃油流量值、最高燃油升速率对应的燃油流量值进行逻辑判断选取四者之中燃油流量最小值；

步骤三二、将所得的燃油流量最小值与最小燃油流量限制线进行逻辑判断取燃油流量的最大值；

步骤三三、将燃油流量最大值的指令传递到燃油执行机构中；

步骤三四、燃油执行机构将燃油流量调节到步骤三三所述的燃油流量的最大值，给到燃气轮机中，来调整燃气轮机输出转速。