CN113217197A - 用于运行发电厂的方法以及发电厂 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于运行发电厂的方法以及发电厂”。本发明公开了一种用于运行包括至少一个气体涡轮引擎(10,20)和至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)的发电厂(1)的方法。该方法包括通过公用供应管线(51)供应燃料气体(5)，将该燃料气体压缩到至少一个运行的燃料气体压缩机中的发电厂供应压力，并将所压缩的燃料气体供应到发电厂供应管线(52)。根据功率需求信号以设定功率输出运行该至少一个气体涡轮引擎。如果检测到运行的燃料气体压缩机的故障，则将至少一个气体涡轮引擎的功率输出降低到低于设定功率输出的应急功率输出，并且将至少一个气体涡轮引擎的功率输出限制到应急功率输出。该功率输出的降低在一个单个步骤中执行并由至少一个前馈控制信号控制。

Description

用于运行发电厂的方法以及发电厂

技术领域

本公开涉及用于运行发电厂的方法以及被配置为根据如权利要求中所述的方法运行的发电厂。

背景技术

气体涡轮或组合循环发电厂包括一个或多个气体涡轮引擎，并且如果气体涡轮引擎旨在使用燃料气体运行，则包括燃料气体供应系统。燃料气体供应系统通常包括至少一个燃料气体压缩机或还原设备，或两者的组合。燃料气体压缩机可专用于一个单一气体涡轮引擎，或者可被配置为使用连接到多个气体涡轮引擎的公用集箱运行。

为了在气体涡轮稳态操作期间提供稳定的气体供应压力，燃料气体供应系统包括压力控制器，该压力控制器通常工作缓慢，以便避免供应给气体涡轮引擎的燃料气体的供应压力的陡峭压力梯度和显著振荡。发电厂的负载控制也相对缓慢地工作，以便考虑发电厂固有的反馈信号的延迟时间。

虽然这些系统产生了发电厂的气体涡轮引擎和其他旋转设备的稳定操作，但如果发生意料不到的瞬态，则这些控制机构可能太慢。

为了发电厂经济性(包括节省发电厂和助剂的自耗)以及投资成本，燃料气体压缩机通常被设计和操作以便在燃料质量流量和压力刚好足以在额定负载下以稳态操作一个或多个气体涡轮引擎时接近满负载运行。因此，在一个或多个气体涡轮引擎以设定功率输出运行的情况下，燃料气体压缩机的故障可导致控制系统可能无法对其作出反应的设备燃料气体供应压力的快速下降。因此，气体涡轮引擎可能由于控制系统缺乏调节燃料控制阀的能力或者仅仅只是在最小所需的发电厂燃料气体供应压力缺乏足够的燃料气体质量流而突然关闭。在组合循环发电厂中，一个或多个气体涡轮引擎的关闭还导致快速的蒸汽涡轮关闭。主要旋转设备的突然关闭(也称为TRIP)导致气体涡轮和蒸汽涡轮的热负载部分中的应力较大，并因此导致高寿命消耗，并且可能需要延迟直到发电厂再次向电网供电。

本公开主题的概述

本发明所公开的主题的目的是提供用于运行最初提到的类型的发电厂的方法和适于根据所述方法运行的发电厂。在更具体的方面，将提供一种方法，该方法允许在燃料气体压缩机发生故障时避免发电厂的主要旋转设备的突然关闭。在更具体的方面，可以发现，期望能够返回到正常例如不受限制的负载控制操作模式，以便向电网提供预定或所需的功率输出。

这通过独立权利要求所述的主题来实现。

无论是否明确提及，所公开的主题的进一步的效果和优点将根据以下提供的公开内容而变得显而易见。

应当注意，在本公开的框架内，不定冠词“一个”或“一种”的使用绝不规定单数性，也不排除存在多个所命名的构件或特征。因此，应当以“至少一个”或“一个或多个”的意义来解读。

因此，本发明公开了一种用于运行发电厂的方法，其中该发电厂包括至少一个气体涡轮引擎和至少一个燃料气体压缩机。该方法包括通过公用供应管线供应燃料气体，其中公用供应管线中的燃料气体处于管线供应压力。通过公用供应管线供应并且处于管线供应压力的燃料气体随后在至少一个燃料气体压缩机中被压缩到发电厂供应压力，并且处于设备供应压力的所压缩的燃料气体被供应到发电厂供应管线。技术人员将容易理解，从发电厂供应管线通过每个气体涡轮引擎的至少一个燃料气体控制阀将所压缩的燃料气体供应到至少一个气体涡轮引擎。技术人员还将理解，至少一个燃料控制阀可包括用于控制到相应气体涡轮引擎的总燃料气体质量流的控制阀，但是除此之外或另选地，还包括用于将燃料气体质量流分配到例如但不限于不同燃料喷枪、喷焰器、喷焰器的燃料排放开口或气体涡轮引擎内的燃烧区的控制阀或止动阀。该方法最初包括根据功率需求信号以设定功率输出运行气体涡轮引擎。即，换句话讲，气体涡轮引擎的运行由负载控制器控制并且根据外部预定需求信号以与控制输入匹配的功率输出控制。该方法还包括检测运行的燃料气体压缩机是否经历故障。该功能可例如但不限于包括在燃料气体压力控制器中。根据本文所公开的方法，如果检测到运行的燃料气体压缩机的故障，这意味着该燃料气体压缩机可能不再运行，则至少一个气体涡轮引擎的功率输出降低到低于设定功率输出的应急功率输出。在这方面，术语“应急功率输出”被广义地解释，并且在实施方案中，该方法可包括将至少一个气体涡轮引擎下载到“全速-无负载”的步骤；也就是说，到电网的功率输出为零，但是至少一个气体涡轮引擎保持以至少基本上与电网频率同步的速度运行。然而，如下文更详细地概述，如果来自该至少一个气体涡轮引擎的燃料气体用于在组合循环发电厂中生成蒸汽，则这可能需要关闭蒸汽涡轮，因为在“全速-无负载”下燃料气体的质量流和温度可能不足以维持最小所需的实时蒸汽温度和/或质量流。随后将该至少一个气体涡轮引擎的功率输出限制为应急功率输出。功率输出的降低在单个步骤中执行，并且具体地可以是以基本上不连续的阶梯状方式的突然减载，并且由至少一个前馈信号控制。即，一个或多个控制信号由控制系统直接设定并且馈送到特定硬件控制构件而不涉及闭环控制器。该至少一个前馈控制信号不依赖于控制回路，因此提供比闭环控制信号显著更快的动态特性。在实施方案中，该方法包括向至少一个气体涡轮引擎的至少一个燃料流控制阀提供前馈控制信号，并且将阀位置改变为预定义的应急位置，并且随后在应急功率输出下以负载控制模式运行至少一个气体涡轮引擎。技术人员将容易理解，前馈信号也可被发送到至少一个气体涡轮引擎的其他硬件部件(例如可变入口导向叶片行)，并且前馈信号可用于调节应急功率输出的另外的运行参数。在特定实施方案中，至少一个燃料流控制阀的预定义的应急位置可例如在测试运行期间被确定为适于在大约应急功率输出下安全地运行至少一个气体涡轮引擎的阀位置。换句话讲，预先确定的应急阀位置是对应于燃料流控制阀在闭环控制下运行时在应急功率输出下期望的位置的阀位置。在提供前馈控制信号时，气体涡轮引擎非常快速地减载至大约应急功率输出，其中然后可以通过闭环负载控制来实现对应急功率输出的实际功率输出的精细调整。因此，非常快速地降低至少一个气体涡轮引擎的燃料气体消耗，使得缓冲在由发电厂供应管线提供和/或与发电厂供应管线连通的缓冲容积中的燃料气体可在足够高的发电厂供应压力更长地维持燃料气体向至少一个气体涡轮引擎的供应。如上所述，至少一个燃料控制阀可包括用于控制到相应气体涡轮引擎的燃料气体质量流的控制阀，但是除此之外或另选地，还包括用于将燃料气体质量流分配到例如但不限于不同燃料喷枪、喷焰器、喷焰器的燃料排放开口或气体涡轮引擎内的燃烧区的控制阀或止动阀。

通常应当理解，燃料气体压缩机根据压力比对入口质量流的特征图运行，或者在公用供应管线中提供恒定压力的情况下，根据发电厂供应压力对质量流的特性图运行。此外，至少一个气体涡轮引擎在每个动力输出处具有燃料质量流和所需最小燃料气体压力的特征对。如果在至少一个气体涡轮引擎在特定功率输出处所需的质量流低于至少一个燃料气体压缩机在所述特定功率输出处所需的最小燃料气体压力可输送的质量流，则可获得稳态操作。因此，如果在燃料气体压缩机发生故障时，至少一个气体涡轮引擎的功率输出降低到应急功率输出，在该应急功率输出下消耗的燃料质量流低于则保持运行的至少一个燃料气体压缩机可在所述功率输出下所需的最小燃料气体压力可输送的质量流，该至少一个气体涡轮引擎在应急功率输出下的运行可持续基本上无限的时间。在其他情况下，如下所述，可能存在管线供应压力足以维持至少一个气体涡轮引擎在应急功率输出下的运行的情况。然而，如果没有保持运行的燃料气体压缩机，则在所需燃料气体压力保持运行的至少一个燃料气体压缩机不能供应所需燃料质量流，则可以认为至少发电厂供应管线提供缓冲容积，该缓冲容积最初是在燃料气体压缩机发生故障时填充有初始压力的缓冲燃料气体。如果一个或多个燃料气体压缩机中的任何一个保持在运行中，则该缓冲燃料气体可用于弥补至少一个气体涡轮发动机的燃料质量流需求与供应能力之间的差异。在这种情况下，随着燃料气体的净提取发生，发电厂供应管线中的发电厂供应压力稳定下降。这样，至少一个气体涡轮引擎的运行可持续有限的时间。理想的是，所述时间足以恢复完全燃料气体供应能力，或者至少用于至少一个气体涡轮引擎的正常关闭，其中寿命消耗显著低于突然的非预定熄火。因此，将至少一个气体涡轮引擎的功率输出降低到应急功率输出用于以下目的中的至少一者：(a)将由至少一个气体涡轮引擎消耗的燃料质量流和所需的最小燃料压力降低到可由燃料气体供应系统在容量减小或没有附加燃料气体压缩的情况下维持的值，和/或(b)降低由至少一个气体涡轮引擎消耗的燃料质量流和所需的最小燃料压力，以便延长时间直到发电厂供应管线中的压力下降到低于应急功率输出下的所需最小燃料压力。

应当理解，优选地，应急功率输出足够高，以便保持气体涡轮引擎的发电机连接到电网。

在另外的非限制性实施方案中，该方法包括基于保持在运行中的一个或多个燃料气体压缩机的燃料气体质量流/输出压力特征来确定可持续的临界气体涡轮引擎功率输出，以及确定该应急功率输出低于或最多等于该临界功率输出。因此可避免至少一个气体涡轮引擎的关闭。

在另外的非限制性实施方案中，该方法包括引导至少一个气体涡轮引擎的废气质量流通过至少一个热回收蒸汽发生器，生成蒸汽，并且将所生成的蒸汽供应到蒸汽涡轮以驱动该蒸汽涡轮，其中该应急功率输出高于或至少等于生成最小质量流、压力和温度的蒸汽以驱动该蒸汽涡轮所需的最小气体涡轮引擎功率输出。因此可避免蒸汽涡轮引擎的关闭。

因为主要的旋转设备，即气体和任选的蒸汽涡轮引擎，保持运行并且避免静置，大大减少了寿命消耗，并且避免了完全从静置启动的延迟时间，从而两种措施都产生了显著的经济和技术优势。

在频繁应用的实施方案中，发电厂包括冗余燃料气体压缩能力，这意味着例如三个燃料气体压缩机中的仅两个需要在额定功率输出下运行发电厂。在这方面，在燃料气体压缩机发生故障时，发电厂至少一个燃料气体压缩机不运行。在这些情况下，本文所公开的方法可包括启动先前不运行的燃料气体压缩机并且使其开始运行。

然后，该方法还可包括：确定该至少一个气体涡轮引擎在应急功率输出下运行的最小所需发电厂供应压力，确定先前不运行的燃料气体压缩机的启动时间，并且提供适于缓冲燃料气体并流体布置在至少一个燃料气体压缩机和至少一个气体涡轮引擎之间的缓冲容积，其中该缓冲容积足够大，以在燃料气体压缩机故障之后并且在先前不运行的燃料气体压缩机完全运行之前向在该应急功率输出下运行的至少一个气体涡轮引擎供应燃料气体，而该缓冲容积中的压力不下降到低于最小所需发电厂供应压力。在实施方案中，缓冲容积在发电厂供应管线中并由发电厂供应管线提供，即燃料供应管线从至少一个燃料气体压缩机的下游延伸到至少一个气体涡轮引擎。该方法可具体地在非限制性实施方案中实现，包括提供具有足够大横截面或更具体地具有直径的燃料供应管线以便提供足够的缓冲容积。

一旦先前不运行的燃料气体压缩机完全允许，就可终止将功率输出限制到应急功率输出，并且至少一个气体涡轮引擎的功率输出可由功率需求信号控制，以便返回到发电厂的正常运行。

在特定发电厂中，旁路管线被安装成连接公用供应管线和发电厂供应管线并绕过至少一个燃料气体压缩机，并且其中止回阀安装在该旁路管线中以避免燃料气体从发电厂供应管线回流到公用供应管线中，同时使得燃料气体能够从公用供应管线流动到发电厂供应管线。具体地讲，可能的情况是，由公用供应管线中的公用设施提供的管线供应压力足够高，使得至少一个气体涡轮引擎可与来自公用供应管线的管线供应压力一起运行。在这种情况下，该方法可包括确定与管线供应压力可持续的临界气体涡轮功率输出，以及确定应急功率输出低于或最多等于所述临界功率输出。如果至少一个燃料气体压缩机在燃料气体压缩机发生故障之后保持运行，则该方法还可包括确定与供应管线压力可持续的至少一个气体涡轮引擎的功率输出、与保持运行的至少一个燃料气体压缩机可持续的至少一个气体涡轮引擎的功率输出，以及，如果与该供应管线压力可持续的至少一个气体涡轮引擎的所述功率输出大于与保持运行的至少一个燃料气体压缩机可持续的至少一个气体涡轮引擎的功率输出，则将保持运行的至少一个燃料气体压缩机与发电厂供应管线流体隔离。

在另一方面，其中至少一个燃料气体压缩机在燃料气体压缩机发生故障之后保持运行，在实施方案中，该方法可包括：确定临界气体涡轮功率输出，该临界气体涡轮功率输出与能够由保持运行的至少一个燃料气体压缩机和管线供应压力维持的发电厂供应压力的最大压力可持续，以及确定应急功率输出低于或最多等于所述临界功率输出。

在另外的方面，本发明公开了一种发电厂，该发电厂包括至少一个气体涡轮引擎、至少一个燃料气体压缩机以及连接至少一个燃料气体压缩机的下游端部和至少一个气体涡轮引擎的发电厂供应管线，其中该至少一个燃料气体压缩机的上游端部连接到公用供应管线。该发电厂还包括燃料气体压力控制系统和气体涡轮引擎控制系统。控制管线从燃料气体压力控制系统提供给气体涡轮控制系统，并且被适配以及被配置为将燃料气体压缩机故障信号从燃料气体压力控制系统转发到气体涡轮引擎控制系统。响应于燃料气体压缩机故障信号，该气体涡轮引擎控制系统被适配以及被配置为将预设前馈应急控制信号至少转发到至少一个气体涡轮引擎的至少一个燃料流控制阀。在非限制性更具体的实施方案中，该发电厂还包括缓冲容积，该缓冲容积适于缓冲燃料气体并且将燃料气体流体布置在至少一个燃料气体压缩机与至少一个气体涡轮引擎之间，其中该缓冲容积足够大以在从静置启动燃料气体压缩机所需的时间期间向在应急功率输出下运行的至少一个气体涡轮引擎供应燃料气体，而该缓冲容积中的压力不下降到低于在应急功率输出下运行至少一个气体涡轮引擎所需的最小所需发电厂供应压力。

应当理解，上文所公开的特征和实施方案可与彼此组合。还应当理解，在本公开和要求保护的主题的范围内能够设想其他实施方案，这些实施方案对于技术人员而言是显而易见的。

附图说明

在将通过附图所示的所选择的示例性实施方案来更详细地解释本公开的主题。附图示出

图1发电厂的示例性实施方案；并且

图2上述方法的示例性实施方案的流程图。

应当理解，附图是高度示意性的，并且为了便于理解和描绘，可以省略说明目的所不需要的细节。还应当理解，附图仅示出所选择的示例性实施方案，并且未示出的实施方案仍可完全在本文所公开和/或要求保护的主题的范围内。

执行本公开的教导内容的示例性模式

图1描绘了示例性联合循环发电厂1。组合循环发电厂1包括两个气体涡轮引擎10和20。以技术人员熟悉的方式，每个气体涡轮引擎10和20包括相应的压缩机11和21、相应的燃烧室12和22、相应的膨胀涡轮13和23以及相应的发电机15和25。每个气体涡轮引擎的相应膨胀涡轮、压缩机和发电机通过轴机械地联接，使得来自膨胀涡轮的机械功率驱动压缩机和发电机。在运行期间，压缩机11和21压缩环境空气。所压缩的环境空气流到相应的燃烧室12、22，在那里与燃料混合。燃料在燃烧室内的所压缩的空气中燃烧，并且所得高压燃料气体被引导到相应的膨胀涡轮13、23并在其中膨胀，由此涡轮生成有用的轴动力并驱动压缩机和发电机，从而生成相应气体涡轮引擎的电力输出。以本领域技术人员熟知的方式，气体涡轮引擎还包括控制系统，该控制系统尤其控制电力输出。当前图示中未示出控制系统；然而，技术人员完全熟悉分别在气体涡轮引擎和发电厂中的控制系统。每个气体涡轮引擎的控制系统接收功率需求信号，将其与来自相应发电机的实际电功率输出进行比较，并且向相应燃料控制阀16和26发送致动信号，从而控制提供给燃烧室的燃料的质量流，使得该实际电力输出与对应于该功率需求信号的设定功率输出匹配。如将容易理解的，每个气体涡轮引擎的燃料控制阀因此在闭环控制中运行。此外，技术人员将会理解，控制参数被设定成使得控制回路相对缓慢地工作，以便避免控制信号的不稳定性和振荡。技术人员还知道，现有技术的气体涡轮引擎通常设置有多个燃料控制阀，以便一方面控制总燃料质量流，另一方面将总燃料质量流分配到不同的喷焰器、燃烧区、燃料排放孔口、燃烧器等。技术人员还熟悉气体涡轮引擎可包括多个燃烧器、涡轮和压缩机的事实。然而，这与对本公开的主题的理解无关，因此已经选择了相当基本的非限制性示例来概述本公开的主题，其中气体涡轮引擎的燃料控制系统由一个单个燃料气体控制阀表示。

示例性发电厂1还包括热回收蒸汽发生器40和蒸汽涡轮引擎30。引导来自气体涡轮引擎膨胀涡轮13和23的膨胀废气通过热回收蒸汽发生器40，从而以技术人员已知的方式与进料至热回收蒸汽发生器的给水交换热量并生成蒸汽。所述蒸汽被引导至膨胀蒸汽涡轮33并在该膨胀蒸汽涡轮中膨胀，从而产生用于驱动蒸汽涡轮引擎发电机35的有用的轴动力并产生附加的电功率输出。

燃料气体5由公用设施在管线供应压力提供给公用供应管线51。当在所有运行状态下运行时，供应管线压力可能不足以供应气体涡轮引擎。因此，提供了燃料气体压缩机53、54和55，用于将燃料气体从管线供应压力压缩到发电厂供应压力。燃料气体在发电厂供应压力通过发电厂供应管线52进料到燃烧室12和22，由此燃料质量流由燃料控制阀16和26控制。气体涡轮引擎的燃烧系统包括喷嘴，燃料气体通过该喷嘴注入到燃烧室内的所压缩的空气中。因此，当燃料气体被提供到燃烧室中时，必须在最小所需燃料气体压力供应燃料气体，如将被理解的那样，通常作为经验法则，最小所需燃料气体压力越高，燃料质量流或气体涡轮引擎的功率输出越高。换句话讲，如果发电厂供应压力下降到低于某个阈值，则这限制了可由气体涡轮引擎生成的功率输出。一般来讲，为了增加发电厂可靠性，此处冗余的燃料气体压缩机，即，所有燃料气体压缩机的累积压力/质量流量高于在额定功率输出下运行的气体涡轮的需求。例如，在所示的示例性实施方案中，每个燃料气体压缩机能够提供在最大功率输出下运行的气体涡轮引擎累积所需的最大燃料气体质量流的50％，或略高于50％。因此，为了避免过度发电厂辅助功率损耗，可以仅运行三个燃料气体压缩机中的两个燃料气体压缩机。例如，燃料气体压缩机53和54可运行，而燃料气体压缩机55不运行。应当理解，在这方面，分别将每个燃料气体压缩机与公用供应管线51和发电厂供应管线52连接的管线中的至少一个管线配备有止回阀或截止阀，以便避免燃料气体通过不运行的压缩机从发电厂供应管线回流到公用供应管线。还应当理解，每个燃料气体压缩机可配备有管线和阀系统，从而允许在该压缩机运行的同时启动燃料气体压缩机中的另一个压缩机。为了清楚起见，从附图中省略了理解本文所公开的主题而不立即需要的燃料气体压缩机的所述辅助系统，但是这些辅助系统是本领域技术人员熟悉的。这些燃料气体压缩机由压力控制系统控制，该压力控制系统未示出，但为技术人员所熟知。

图2概述了如本文所述的方法200的示例性实施方案。为了结合图2借助图1概述本文公开的方法，如上文所指出的那样，现在假设最初燃料气体压缩机53和54正在运行，而燃料气体压缩机55不运行。如上所述，气体涡轮引擎以闭环负载控制模式运行，其中到气体涡轮引擎的燃料质量流由燃料控制阀控制，以便在设定功率输出下并根据外部提供的负载需求信号来运行气体涡轮引擎。在210处指示该初始运行状态。在步骤220处，确定运行的燃料气体压缩机是否出现故障。如果情况并非如此，则在210处，气体涡轮引擎根据功率需求信号在设定功率输出下继续在负载控制模式下操作。然而，如果检测到运行的燃料气体压缩机(例如燃料气体压缩机53)的故障，则在230处，生成故障信号100，并且在240处，将启动信号103发送到不运行的燃料气体压缩机55。然而，这需要一定的启动时间，直到先前不运行的燃料气体压缩机55可以完全替换先前由有故障的压缩机53提供的压缩和燃料质量流。如果气体涡轮引擎以高于某个阈值的功率输出运行，则剩余的燃料气体压缩机54可能无法在所需最小发电厂供应压力维持所需的燃料质量流，以便根据功率需求信号在功率输出下运行气体涡轮引擎。因此，如果发电厂供应管线中的压力下降到低于对应于气体涡轮引擎的功率输出的所需最小压力，则气体涡轮引擎将可能突然被关断。即，燃烧室内的燃烧突然从高功率电平熄灭，从而在气体涡轮引擎内引起高温梯度，继而导致高热引起的应力和寿命消耗。应当理解，气体涡轮引擎的关闭还将导致蒸汽涡轮引擎的关闭。除了发动机的高寿命消耗之外，发电厂完全停止产生电力。再次启动发电站可能需要延长的延迟时间。因此可以发现，避免主要旋转设备(即，主要是气体涡轮引擎，而且还有蒸汽涡轮引擎)的完全关闭是最受关注的。在燃料气体压缩机发生故障时，发电厂供应管线52在发电厂供应压力填充有燃料气体，因此用作压缩的燃料缓冲容积。气体涡轮引擎可使用来自该缓冲容积的燃料运行，只要缓冲容积中的压力不下降到低于在特定功率输出下运行气体涡轮引擎所需的最小压力。应当理解，对于给定的缓冲容积和初始压力，发生一定的压降越慢，每个时间单位消耗的燃料越少，即，气体涡轮引擎运行的功率输出越低。此外，通常且合理地假设，维持气体涡轮引擎的运行所需的关键最小发电厂供应压力越低，气体涡轮引擎的功率输出越低。因此，在250处，启动气体涡轮引擎10和20的快速前馈减载。就此而言，在本文所示的示例性实施方案中，前馈控制信号101、102响应于燃料气体压缩机故障信号而生成并被转发到气体涡轮引擎的燃料控制系统，如由燃料流控制阀16和26简单地表示。如上所述，燃料控制系统可显著更复杂并且包括多个燃料流控制阀，这些燃料流控制阀控制到气体涡轮引擎的总燃料质量流和/或总燃料质量流的部分在气体涡轮引擎的燃烧系统内的分布。前馈控制信号还可作用于一行或多行可变入口导向叶片的位置，以便减少通过气体涡轮引擎的空气质量流。前馈控制信号101、102被非常快地传输，并且是不经受闭环控制的预先确定的固定信号。前馈控制信号101和102是预先确定的，使得提供给气体涡轮引擎中的每一个气体涡轮引擎的总燃料质量流对应于在大约应急功率输出下运行气体涡轮引擎所需的燃料质量流。燃料流控制阀和其他运行参数由前馈控制信号101、102控制为预先确定的值，这确保了气体涡轮引擎在应急功率输出下的安全运行。前馈控制信号101和102的定量值可取决于发电站供应管线52中的实际初始发电站供应压力、燃料的类型以及本领域普通技术人员熟悉的其他参数，例如环境条件或发电站运行状态。应当容易理解，方法步骤240和250的顺序可以颠倒，或者它们可以至少基本上同时实现。技术人员将理解，燃料气体压缩机启动信号103和前馈控制信号101、102应在几秒内生成并提供给相应的部件。在功率输出已经以基本上不连续的阶梯状方式降低以减少总燃料质量流之后，在260处，气体涡轮引擎可以闭环负载控制模式在应急功率输出下运行。在步骤270中，验证先前不运行的燃料气体压缩机55是否已完全运行。只要不是这样的情况，在步骤260中继续在应急功率输出下运行气体涡轮引擎。然而，如果燃料气体压缩机55是完全运行的并且能够完全替换发生故障的燃料气体压缩机53，则终止将气体涡轮功率输出限制到应急功率输出，并且气体涡轮引擎的功率输出斜升，使得在步骤210中，气体涡轮引擎可根据功率需求信号在设定功率输出下再次运行。

在方法步骤260期间，由保持在运行中的由燃料气体压缩机54提供的剩余燃料质量流加上在由发电厂供应管线52提供的缓冲容积中缓冲的燃料质量的质量流组成气体涡轮引擎消耗的燃料质量流减少。如果可由燃料气体压缩机54维持的质量流低于气体涡轮引擎在应急功率输出下消耗的燃料质量流，则发电厂供应管线52中的压力随时间推移而下降。一旦发电厂供应管线52中的实际压力下降到低于临界所需最小压力以在应急功率输出下运行气体涡轮引擎，就必须关闭气体涡轮引擎。因此，应急功率输出可被选择为使得由燃料气体压缩机54提供的燃料质量流加上缓冲在发电厂供应管线52中的燃料质量足以在燃料气体压缩机55运行所需的时间期间在应急功率输出下运行气体涡轮引擎。技术人员将理解，气体涡轮引擎的应急功率输出应优选地为气体涡轮引擎的发电机保持连接到电网的功率输出，即，相关的电网开关不应断开，虽然在实施方案中，可以将气体涡轮引擎逐步下载到“全速-无负载”，即，以与电网频率至少基本上同步的速度运行，但是电网开关断开，如上所述。这至少为允许的应急功率输出提供了较低的限制。其他运行考虑因素可提供对较低允许的应急功率输出的进一步限制。在实施方案中，燃料供应管线52的设计和尺寸被设定成提供足够大的缓冲容积，以便在先前不运行的燃料气体压缩机完全运行期间在最小允许的应急功率输出下运行气体涡轮引擎。例如，这可在设计具有足够大横截面的发电厂供应管线时实现。在发电厂供应管线已经存在的其他情况下，可提供与发电厂供应管线52流体连通的外部缓冲容器。

应当理解，气体涡轮引擎的功率输出对用于在热回收蒸汽发生器40中为蒸汽涡轮引擎30生成蒸汽的气体涡轮燃料气体的质量流和温度具有直接影响。一方面，这意味着蒸汽涡轮引擎的功率输出也降低，由此功率输出的这种降低由于热回收蒸汽发生器的热惯性而延迟。如果来自气体涡轮引擎的燃料气体的温度下降到低于某个阈值，则在热回收蒸汽发生器中生成的蒸汽可能不再处于足以维持蒸汽涡轮引擎的运行的温度和压力。因此，可能需要关闭该蒸汽涡轮引擎。在这方面，可限定气体涡轮引擎的应急功率输出，使得可在热回收蒸汽发生器40中提供最小温度和压力，以便在蒸汽涡轮引擎发生器35保持连接到电网的情况下维持蒸汽涡轮引擎的运行。由发电厂供应管线52提供的缓冲容积可被设计成使得发电厂供应管线中的压力从标称发电厂供应压力开始，不下降到低于在应急功率输出下运行气体涡轮引擎时在应急功率输出下运行气体涡轮引擎所需的燃料压力，并且由该燃料气体压缩机提供的减少的质量流保持在运行中。

根据管线供应压力，上述方法可以略微不同的方式进行。如果管线供应压力足以在应急功率输出下运行气体涡轮引擎，则燃料气体压缩机可在先前不运行的燃料气体压缩机的运行期间，与发电厂供应管线完全隔离，并且燃料可通过旁路管线57和止回阀56供应到发电厂供应管线，旁路管线57和止回阀56在公用供应管线51和发电厂供应管线52之间提供旁路连接，绕过燃料气体压缩机。提供止回阀56以避免燃料从发电厂管线52回流到公用管线51中，但允许燃料从公用管线51流动到发电厂管线52。在另一个变型中，只要发电厂供应管线52中的实际发电厂供应压力高于公用供应管线51中的管线供应压力，即，只要止回阀56闭合，则可运行保持运行的压缩机53并将压缩的燃料气体从公用供应管线51提供到发电厂供应管线52。然而，如果检测到止回阀56通过旁路线57断开公用供应管线51与发电厂供应管线52之间的流体连通，则燃料气体压缩机与发电厂供应管线52流体隔离，并且气体涡轮引擎通过旁路线57以管线供应压力从公用供应管线51供应燃料气体。在这些运行模式下，发电厂供应管线52中的压力(即，可用于气体涡轮引擎的燃料压力)将基本上不下降到低于管线供应压力。因此，可根据管线供应压力来选择气体涡轮引擎的应急功率输出，并且使得相关联的最小所需燃料气体压力低于或最多等于该管线供应压力。

虽然已经通过示例性实施方案解释了本公开的主题，但是应当理解，这些绝不旨在限制要求保护的本发明的范围。应当理解，权利要求书涵盖本文未明确示出或公开的实施方案，并且与在执行本公开的教导内容的示例性模式中公开的那些实施方案偏离的实施方案将仍然被权利要求书所涵盖。

Claims (13)

1.一种用于运行发电厂(1)的方法(200)，所述发电厂包括至少一个气体涡轮引擎(10,20)和至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)，所述方法包括：

通过公用供应管线(51)供应燃料气体(5)，其中所述公用供应管线中的所述燃料气体处于管线供应压力；

将所述燃料气体压缩到至少一个运行的燃料气体压缩机中的发电厂供应压力，并将所压缩的燃料气体供应到发电厂供应管线(52)；

根据功率需求信号以设定功率输出运行(210)所述至少一个气体涡轮引擎，

检测(220)运行的燃料气体压缩机是否具有故障；

以及，如果检测到运行的燃料气体压缩机的故障，则将所述至少一个气体涡轮引擎的功率输出降低到低于所述设定功率输出的应急功率输出，并且将所述至少一个气体涡轮引擎的所述功率输出限制到所述应急功率输出；

其中所述功率输出的所述降低在一个单个步骤中执行并且由至少一个前馈控制信号控制。

2.根据前述权利要求所述的方法，包括向所述至少一个气体涡轮引擎的至少一个燃料流控制阀(16,26)提供(250)前馈控制信号，并且将所述阀位置改变为预定义的应急位置，并且随后在所述应急功率输出下以负载控制模式运行(260)所述至少一个气体涡轮引擎。

3.根据前述权利要求所述的方法，其中所述预先确定的应急阀位置是对应于所述燃料流控制阀在所述应急功率输出下期望的所述位置的阀位置。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法包括基于保持运行的一个或多个燃料气体压缩机(53,54,55)的燃料气体质量流/输出压力特征来确定可持续的临界气体涡轮引擎功率输出，以及确定所述应急功率输出低于或最多等于所述临界功率输出。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法包括引导所述至少一个气体涡轮引擎(10,20)的所述废气质量流通过至少一个热回收蒸汽发生器(40)，生成蒸汽，并且将所生成的蒸汽供应到蒸汽涡轮(32)以驱动所述蒸汽涡轮，其中所述应急功率输出高于或至少等于生成最小质量流、压力和温度的蒸汽以驱动所述蒸汽涡轮所需的最小气体涡轮引擎功率输出。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，包括启动先前不运行的燃料气体压缩机并且使其开始运行(240)。

7.根据前述权利要求所述的方法，包括：确定所述至少一个气体涡轮引擎(10,20)在所述应急功率输出下运行的最小所需发电厂供应压力，确定所述先前不运行的燃料气体压缩机的启动时间，并且提供适于缓冲燃料气体并流体布置在所述至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)和所述至少一个气体涡轮引擎(10,20)之间的缓冲容积，其中所述缓冲容积足够大，以在燃料气体压缩机故障之后并且在所述先前不运行的燃料气体压缩机的完全运行之前向在所述应急功率输出下运行的所述至少一个气体涡轮引擎供应燃料气体，而所述缓冲容积中的所述压力不下降到低于所述最小所需发电厂供应压力。

8.根据前述两项权利要求中任一项所述的方法，包括在所述先前不运行的燃料气体压缩机完全运行之后，终止对所述功率输出到所述应急功率输出的所述限制，并且通过所述功率需求信号控制所述气体涡轮引擎的所述功率输出。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中旁路管线(57)被安装成连接所述公用供应管线(51)和所述发电厂供应管线(52)并绕过所述至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)，并且其中止回阀(56)安装在所述旁路管线中以避免燃料气体从所述发电厂供应管线(52)回流到所述公用供应管线(51)中，同时使得燃料气体能够从所述公用供应管线(51)流动到所述发电厂供应管线(52)，其中所述方法包括确定与所述管线供应压力可持续的临界气体涡轮功率输出，以及确定所述应急功率输出低于或最多等于所述临界功率输出。

10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中旁路管线(57)被安装成连接所述公用供应管线(51)和所述发电厂供应管线(52)并绕过所述至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)，并且其中止回阀(56)安装在所述旁路管线(57)中以避免燃料气体从所述发电厂供应管线(52)回流到所述公用供应管线(51)中，同时使得燃料气体能够从所述公用供应管线流动到所述发电厂供应管线，并且其中至少一个燃料气体压缩机在燃料气体压缩机发生故障之后保持运行，所述方法包括确定与所述供应管线压力可持续的所述至少一个气体涡轮引擎(10,20)的功率输出、与保持运行的所述至少一个燃料气体压缩机可持续的所述至少一个气体涡轮引擎的功率输出，以及，如果与所述供应管线压力可持续的所述至少一个气体涡轮引擎的所述功率输出大于与保持运行的所述至少一个燃料气体压缩机可持续的所述至少一个气体涡轮引擎的所述功率输出，则将保持运行的所述至少一个燃料气体压缩机与所述发电厂供应管线流体隔离。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)在燃料气体压缩机发生故障之后保持运行，包括：确定所述至少一个气体涡轮引擎的临界功率输出，所述临界功率输出与能够由保持运行的所述至少一个燃料气体压缩机和所述管线供应压力维持的所述发电厂供应压力的最大压力可持续，以及确定所述应急功率输出低于或最多等于所述临界功率输出。

12.一种发电厂(1)，所述发电厂包括至少一个气体涡轮引擎(10,20)、至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)以及连接所述至少一个燃料气体压缩机的下游端部和所述至少一个气体涡轮引擎的发电厂供应管线(52)，其中所述至少一个燃料气体压缩机的上游端部连接到公用供应管线(51)，并且所述发电厂还包括燃料气体压力控制系统和气体涡轮引擎控制系统，其中控制管线从所述燃料气体压力控制系统提供给所述气体涡轮控制系统，并且被适配以及被配置为将燃料气体压缩机故障信号(100)从所述燃料气体压力控制系统转发到所述气体涡轮引擎控制系统，并且其中响应于燃料气体压缩机故障信号，所述气体涡轮引擎控制系统被适配以及被配置为将预设前馈应急控制信号(101,102)至少转发到所述至少一个气体涡轮引擎的至少一个燃料流控制阀。

13.根据前述权利要求所述的发电厂，包括缓冲容积，所述缓冲容积适于缓冲燃料气体并且将所述燃料气体流体布置在所述至少一个燃料气体压缩机(53,54,55)与所述至少一个气体涡轮引擎(10,20)之间，其中所述缓冲容积足够大以在从静置启动燃料气体压缩机所需的时间期间向在应急功率输出下运行的所述至少一个气体涡轮引擎供应燃料气体，而所述缓冲容积中的所述压力不下降到低于在所述应急功率输出下运行所述至少一个气体涡轮引擎所需的最小所需发电厂供应压力。

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