CN218844438U - 燃气轮机负荷控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种燃气轮机负荷控制装置，属于燃气轮机技术领域，所述装置包括转速控制回路、负荷控制回路、前馈控制回路、PID调节器、加法器、预混阀控制器以及预混阀；转速控制回路和负荷控制回路均连接PID调节器，前馈控制回路的输出与PID调节器的输出经加法器连接；加法器的输出连接预混阀控制器，预混阀控制器的输出连接预混阀。本实用新型在负荷控制系统中增加了前馈控制回路，将前馈控制回路的输出和PID调节器的输出经加法器进行叠加，利用PID调节器的输出结果对前馈控制回路输出的预混阀开度进行微调，可实现快速调节燃气量，且避免了对PID参数的过多调节，容易实现。

Description

燃气轮机负荷控制装置

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机控制技术领域，具体涉及一种燃气轮机负荷控制装置。

背景技术

燃气-蒸汽联合循环机组的工艺流程如下：天然气通过关断阀和预混阀进入燃烧室，压气机不断地从大气中吸入空气并对其进行压缩，压缩空气进入燃烧室，与喷射的燃料混合后燃烧成高温气体，然后流入燃气轮机透平完成膨胀做功，带动透平叶轮一起旋转，直接驱动发电机发电，将做功后的高温烟气送至余热锅炉，其热量可以产生高温高压蒸汽，再驱动发电机组发电，形成高效的燃气-蒸汽联合循环。

通常来说，负荷调节器的主要调节对象是负荷设定值与实际负荷之间的偏差。同时，根据功率、频率一致的原理，还可以通过转速偏差来实现负荷控制，机组对电网频率偏差响应的一次调频回路就是将频率偏差转换为负荷偏差叠加到负荷调节器的输入端，达到调频目的。由于燃气轮机的静态特性决定了功率和频率存在对应关系，转速和负荷可以通过转速不等率进行相互转换，实际上可以看作是同一个被调量。因此，在燃气轮机控制系统中，转速和负荷控制共用一个PID调节器，如图1所示。

但传统的PID调节器的输入分别是机组实际负荷与负荷设定值，机组实际负荷与负荷设定值的偏差经过PID运算后，得出燃气轮机燃料阀的开度，具有传统PID调节器控制所普遍存在的燃料调节速度慢，PID参数调节麻烦等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于如何迅速调节燃气量。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

提出了一种燃气轮机负荷控制装置，所述装置包括转速控制回路、负荷控制回路、前馈控制回路、PID调节器、加法器、预混阀控制器以及预混阀；

所述转速控制回路和所述负荷控制回路均连接所述PID调节器，所述前馈控制回路的输出与所述PID调节器的输出经所述加法器连接；

所述加法器的输出连接所述预混阀控制器，所述预混阀控制器的输出连接所述预混阀。

本实用新型对传统燃气轮机负荷PID控制系统进行了优化，在负荷控制系统中增加了前馈控制回路，将前馈控制回路的输出和PID调节器的输出经加法器进行叠加，利用PID调节器的输出结果对前馈控制回路输出的预混阀开度进行微调，可实现快速调节燃气量，且避免了对PID参数的过多调节，容易实现。

进一步地，所述前馈控制回路包括输入寄存器、支持向量机、元件映像寄存器以及输出锁存器，输入寄存器的输出连接所述支持向量机，所述支持向量机的输出连接所述元件映像寄存器，所述元件映像寄存器的输出了连接所述输出锁存器，所述输出锁存器与所述加法器连接。

进一步地，所述转速控制回路包括转速卡件和转速控制器，所述转速卡件的输入端连接测速装置，所述转速卡件的输出端连接所述转速控制器。

进一步地，所述负荷控制回路包括功率变送器和线性光电隔离电路，所述功率变送器的输入连接燃机轮机组，所述线性光电隔离电路接入所述功率变送器的信号输入端。

进一步地，所述预混阀采用液动执行机构。

进一步地，所述装置还包括：启动升速控制回路、排汽温度控制回路和输出小选功能块；

所述启动升速控制回路和所述排汽温度控制回路并行连接于所述输出小选功能块，所述转速控制回路和所述负荷控制回路经所述PID调节器连接后接入所述输出小选功能块。

进一步地，所述启动升速控制回路包括燃气轮机启动器和升程限制器，所述燃气轮机启动器和所述升程限制器连接。

进一步地，所述排汽温度控制回路中设置有装配式K型热电偶，所述装配式K型热电偶接入排汽温度测点。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型对传统燃气轮机负荷PID控制系统进行了优化，在负荷控制系统中增加了前馈控制回路，将前馈控制回路的输出和PID调节器的输出经加法器进行叠加，利用PID调节器的输出结果对前馈控制回路输出的预混阀开度进行微调，可实现快速调节燃气量，且避免了对PID参数的过多调节，容易实现。

(2)预混阀采用液动执行机构，靠圆形阀芯上下移动以控制阀门开关，具有较好的抗偏离能力，可以提供高推力，保证运行平稳，响应速度快，充分提高燃气轮机的可靠性和可用性，最大限度地延长其使用寿命，降低运行维护成本。

(3)通过设置启动升速控制回路和排汽温度控制回路，对闭环控制系统的升速上限进行控制，以及通过排汽温度设定值来避免燃气轮机出现燃烧超温的难题。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是背景技术部分提及的传统燃气轮机控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中燃气轮机负荷控制装置的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例中前馈控制回路的结构示意图；

图4是本实用新型一实施例中燃气轮机负荷控制装置的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，本实用新型实施例提出了一种燃气轮机负荷控制装置，所述装置包括转速控制回路1、负荷控制回路2、前馈控制回路4、PID调节器3、加法器5、预混阀7控制器6以及预混阀7；

所述转速控制回路1和所述负荷控制回路2均连接所述PID调节器3，所述前馈控制回路4的输出与所述PID调节器3的输出经所述加法器5连接；

所述加法器5的输出连接所述预混阀7控制器6，所述预混阀7控制器6的输出连接所述预混阀7。

本实施例在传统的燃气轮机负荷控制系统中增加了前馈控制回路4和加法器5，将PID调节器3的输出结果和前馈控制回路4的输出结果经加法器5叠加后用于驱动预混阀7动作，利用PID调节器3的输出结果对前馈控制回路4输出的预混阀7开度进行微调，可实现快速调节燃气量，且避免了对PID参数的过多调节，容易实现。

在一实施例中，如图3所示，所述前馈控制回路4包括输入寄存器、支持向量机、元件映像寄存器以及输出锁存器，输入寄存器的输出连接所述支持向量机，所述支持向量机的输出连接所述元件映像寄存器，所述元件映像寄存器的输出了连接所述输出锁存器，所述输出锁存器与所述加法器5连接。

具体地，输入寄存器用于不断刷新所采集的4～20mA电流信号，其中电流信号携带信息包括燃气轮机组现场的负荷指令、IGV开度、天然气温度、天然气压力、天然气热值及环境温度。

支持向量机用于对输入寄存器输出的电流信号进行运算，将运算结果输送至元件映像寄存器中。其中，支持向量机可采用公布号为CN111159844A的中国发明专利文献记载的一种电站燃气轮机排气温度的异常检测方法中的支持向量机模型，通过采用本实施例中的电流信号及预混阀7开度对支持向量机模型进行训练后，部署于前馈控制回路4中即可。

元件映像寄存器将其中的状态转存至输出锁存器中，经过输出模块隔离，转换成预混阀7指令的4～20mA电流信号，并与PID调节器3的运算结果进行叠加计算得出预混阀7的开度，从而进行升降负荷。

在一实施例中，所述转速控制回路1包括转速卡件和转速控制器，所述转速卡件的输入端连接测速装置，所述转速卡件的输出端连接所述转速控制器。

具体到本实施例中，测速装置所采集的转速信号通过转速卡件输入至转速控制器中，转速控制器采用PID控制器，其中，采用ZQC-11型测速装置接入转速测点，转速卡件采用江阴众和8000B-051型转速卡件功能模块，在机组运行0-3300rpm范围内实现高准确度测量与信号传输。

在一实施例中，所述负荷控制回路2包括功率变送器和线性光电隔离电路，所述功率变送器的输入连接燃机轮机组，所述线性光电隔离电路接入所述功率变送器的信号输入端。

具体到本实施例中，负荷控制回路2中设置有智能发电机功率变送器，品牌为CHFUY，产品型号为CS194P-AX1，功率变送器将测量的电参量(电流、电压、频率功率、功率因数等信号)，转换为直流电流和直流电压，并隔离输出模拟信号或数字信号。线性光电隔离电路接入所述功率变送器的信号输入端，变送器采用线性光电隔离，频率响应宽、精度高，仪器使用环境为-30℃-+60℃，满足工业现场需求。

在一实施例中，所述预混阀7采用液动执行机构。

具体到本实施例中，预混阀7采用液动执行机构，型号为D500防爆型电液执行器；该液动执行机构依靠圆形阀芯上下移动以控制阀门开关。它具有较好的抗偏离能力，可以提供高推力，运行非常平稳，响应速度快，能实现高精度的控制，充分提高燃气轮机的可靠性和可用性，最大限度地延长其使用寿命，降低运行维护成本。

进一步地，如图4所示，所述装置还包括：启动升速控制回路8、排汽温度控制回路9和输出小选功能块10；

所述启动升速控制回路8和所述排汽温度控制回路9并行连接于所述输出小选功能块10，所述转速控制回路1和所述负荷控制回路2经所述PID调节器3连接后接入所述输出小选功能块10。

本实施例中，通过设置启动升速控制回路8、排汽温度控制回路9，并与转速控制回路1和负荷控制回路2并行接入输出小选功能块10，经小选计算输出后，经预混阀7控制器6输出预混阀7指令；每个时刻只有一个控制装置起作用，通过预混阀7控制天然气的进气量，从而改变燃机的负荷。

其中，启动升速控制回路8是燃气轮机启动和升程限制器，该回路在闭环控制中主要起到一个上限作用；转速控制回路1是在机组启动过程中起作用的环节，将燃气轮机从盘车转速提升至空载转速；负荷控制回路2是在燃气轮机并网后起作用的环节；排汽温度控制回路9通过排汽温度设定值来避免燃气轮机出现燃烧超温的难题。

进一步地，所述启动升速控制回路8包括燃气轮机启动器和升程限制器，所述燃气轮机启动器和所述升程限制器连接。

进一步地，所述排汽温度控制回路9中设置有装配式K型热电偶，所述装配式K型热电偶接入排汽温度测点。

具体到本实施例中，排汽温度测点采用BD-TC-JB系列装配式K型热电偶，测温范围-200～+1300℃，测量误差±1.5℃，满足工业现场需求。

本实施例采用基于支持向量机前馈的控制结构，对于燃气轮机负荷控制的准确性高，非常适合应用于工程实践，充分提高燃气轮机的可靠性和可用性，快速调节燃气量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述装置包括：转速控制回路、负荷控制回路、前馈控制回路、PID调节器、加法器、预混阀控制器以及预混阀；

所述转速控制回路和所述负荷控制回路均连接所述PID调节器，所述前馈控制回路的输出与所述PID调节器的输出经所述加法器连接；

所述加法器的输出连接所述预混阀控制器，所述预混阀控制器的输出连接所述预混阀。

2.如权利要求1所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述前馈控制回路包括输入寄存器、支持向量机、元件映像寄存器以及输出锁存器，输入寄存器的输出连接所述支持向量机，所述支持向量机的输出连接所述元件映像寄存器，所述元件映像寄存器的输出了连接所述输出锁存器，所述输出锁存器与所述加法器连接。

3.如权利要求1所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述转速控制回路包括转速卡件和转速控制器，所述转速卡件的输入端连接测速装置，所述转速卡件的输出端连接所述转速控制器。

4.如权利要求1所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述负荷控制回路包括功率变送器和线性光电隔离电路，所述功率变送器的输入连接燃机轮机组，所述线性光电隔离电路接入所述功率变送器的信号输入端。

5.如权利要求1所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述预混阀采用液动执行机构。

6.如权利要求1所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述装置还包括：启动升速控制回路、排汽温度控制回路和输出小选功能块；

所述启动升速控制回路和所述排汽温度控制回路并行连接于所述输出小选功能块，所述转速控制回路和所述负荷控制回路经所述PID调节器连接后接入所述输出小选功能块。

7.如权利要求6所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述启动升速控制回路包括燃气轮机启动器和升程限制器，所述燃气轮机启动器和所述升程限制器连接。

8.如权利要求6所述的燃气轮机负荷控制装置，其特征在于，所述排汽温度控制回路中设置有装配式K型热电偶，所述装配式K型热电偶接入排汽温度测点。

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