DE69009710T2 - Regelsystem für eine Gasturbine mit einem Aufnahmebegrenzer der maximalen unmittelbaren Leistung. - Google Patents

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet der Verbrennungsturbinen und im einzelnen das Gebiet der Steuersysteme zum Steuern des Kraftstoffdurchsatzes während der Lastübergänge. Obwohl die vorliegende Erfindung besonders geeignet sein mag für die Anwendung auf dem Gebiet von Gasturbinen in Stromkraftwerken und auch in Beziehung auf ein solches Gerät beschrieben wird, läßt sich die Erfindung auch auf Verbrennungsturbinen für andere Zwecke einsetzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Stromkraftwerke mit Gasturbinen werden für Stromsystemanwendungen der sogenannten Grundlast, Mittellast und Spitzenlast eingesetzt. Für Grundlast- und Mittellast-Anwendungen werden gewöhnlich kombinierte zyklische Anlagen eingesetzt, während das Stromkraftwerk mit einer einzigen Gasturbine als Generatorantrieb sehr sinnvoll bei Anwendungen im Spitzenlastbereich ist, da sie relativ kostengünstig ist.
• Beim Betrieb von Gasturbinen, insbesondere in Stromkraftwerken, werden verschiedene Arten von Steuersystemen eingesetzt, angefangen von Druckluftrelaissystemen, bis zu elektronischen Analogsteuerungen, digitalen Steuerungen und in jüngster Zeit Computer-Steuerungen mit besonderer Software. Das US-Patent Nr. 4,308,463 - Giras et al., übertragen auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung, das durch Querverweis Teil der vorliegenden Erfindung ist, führt verschiedene derartige System des bisherigen Stands der Technik auf. Dieses Patent offenbart auch ein digitales Computersystem zum Einsatz in Stromkraftwerken mit Gasturbinen. Man kann sagen, daß das in US-Patent Nr. 4,308,463 beschriebene Steuersystem ein Vorläufer des in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Systems ist. Es wird bemerkt, daß das Patent von Giras et al. zur Familie der Patente gehört, auf das hierin durch Querverweis Bezug genommen wird.
• In Anschluß an das Patent von Giras et al. wurden weitere Steuersysteme von Westinghouse Corporation aus Pittsburgh/Pennsylvania unter den Bezeichnungen POWERLOGIC und POWERLOGIC II eingeführt. Ähnlich dem Patent von Giras et al. werden diese Steuersysteme zur Steuerung von Gasturbinen in Stromkraftwerken eingesetzt. Dennoch sind solche Steuersysteme in erster Linie Computersysteme auf Mikroprozessorbasis, d.h. die Steuersysteme sind in Software implementiert, während Steuersysteme des bisherigen Stands der Technik in elektrischer und elektronischer Hardware implementiert sind.
• Die Betriebsphilosophie hinter den Steuersystemen POWERLOGIC und POWERLOGIC II ist, daß es dem Bediener möglich sein soll, die Turbine aus einer sogenannten startbereiten Position mittels Drücken eines einzigen Knopfes auf volle Leistung zu bringen. Alle Betriebsarten des Turbinengenerators einschließlich der Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes während großschrittiger Veränderungen in der erforderlichen Stromleistung müssen gesteuert werden.
• Die vorliegende Erfindung bildet eine Verbesserung des POWERLOGIC-II-Systems. Während großschrittiger Veränderung der erforderlichen Stromleistung würden Systeme des bisherigen Stands ein theoretisches Lastmaximum von 25% bei einer schrittweisen Leistungsänderung erbringen, die in einer Steuerung ohne Rückkopplung implementiert ist, die den Steuersignalausgang (CSO) auf das Krafstoffventil begrenzt. Eine solche rückkopplungslose Steuerung unterliegt nicht nur Fehlern bei der Kalibrierung, sondern schränkt auch die Ventilbewegung während des Lastübergangs ein. Diese Einschränkung der Ventilbewegung verhindert einer schnelle Wiederherstellung während der Übergänge.
• Obwohl der Betrieb eines Stromkraftwerks mit einer Gasturbine und das POWERLOGIC-II-Steuersystem hierin allgemein beschrieben werden, muß bemerkt werden, daß die Erfindung besonders die Kraftstoffsteuerung in der Gasturbine betrifft und insbesondere eine Verbesserung der Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes während eines Lastübergangs ist.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnelle Reaktion auf Laständerungen in einem Stromkraftwerk mit einer Verbrennungsturbine zu verwirklichen.
• Unter Berücksichtigung dieser Aufgabe beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes in einer Verbrennungsturbine, in der ein Lastsignal ausgegeben wird, das für die Belastung der Verbrennungsturbine repräsentativ ist, und in der eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoffdurchsatzes in der Verbrennungsturbine in Reaktion auf das Steuersignal vorgesehen ist, gekennzeichnet durch einen Regler zur Erzeugung eines Steuersignals, das für den Unterschied zwischen dem Lastsignal und einem Grenzsignal repräsentative ist, und um das Steuersignal zu der Vorrichtung zu schicken; und einen Begrenzer zur Erzeugung des Grenzsignals, so daß das Grenzsignal repräsentativ für die Summe aus dem Lastsignal und einem maximalen, augenblicklichen Lastwert ist, wobei der Begrenzer das Grenzsignal über die Zeit von einem ersten Wert bis zu dieser Summe variiert.
• Die Erfindung wird verständlicher anhand der folgenden Beschreibung einer dargestellten, bevorzugten Ausführungsform und der beispielhaften begleitenden Zeichnungen, wobei
• Fig. 1 die Draufsicht eines Stromkraftwerks mit einer Gasturbine ist, die so angeordnet ist, daß sie gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung arbeitet;
• Fig. 2 und 3 stellen entsprechende elektrische Systeme dar, die im Betrieb des Stromkraftwerks mit einer Gasturbine aus Fig. 1 eingesetzt werden können;
• Fig. 4 ist die schematische Darstellung eines drehbaren Gleichrichtererregers und eines Generators, die in dem Gasturbinenkraftwerk mit aus Fig. 1 eingesetzt werden;
• Fig. 5 ist der vordere Aufriß einer industriellen Gasturbine, die in dem Kraftwerk aus Fig. 1 eingesetzt wird.
• Die Figuren 6-8 stellen eine Kraftstoffdüse und Teile daraus dar, die in der Gasturbine aus Fig. 5 eingesetzt werden;
• Die Figuren 9 und 10 sind jeweils schematische Diagramme der Gas- und Flüssigtreibstoff-Zuführsysteme, die in der Gasturbine aus Fig. 5 eingesetzt werden;
• Fig. 11 stellt ein Blockdiagramm eines digitalen Computer- Steuerungssystems dar, das zum Betrieb des Gasturbinenkraftwerks aus Fig. 1 eingesetzt wird;
• Fig. 12 zeigt ein schematisches Diagramm einer Steuerschleife, die zum Betrieb des Computer-Steuerungssystems aus Fig. 11 eingesetzt werden kann; und
• Fig. 13 zeigt ein schematisches Diagramm der Steuerschleife zur Erzeugung der maximalen unmittelbaren Lastaufnahme- Grenzsignals der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Ein neues und neuheitliches System zur Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes in einem Verbrennungsturbinengenerator während Lastübergängen wird hierin mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben, im besonderen zum Einsatz bei der Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes während großschrittiger Veränderungen der erforderlichen Stromausgangsleistung. Obwohl die vorliegende Erfindung sowohl in Software als auch in Hardware implementiert werden kann, ist sie in der bevorzugten Ausführungsform in einer Software implementiert, die in einem hier zu beschreibenden Zentralrechner enthalten ist. Bevor jedoch das spezielle Programm der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, halten wir zuerst eine allgemeine Beschreibung der Betriebsumgebung der Erfindung, nämlich eines gasturbinenbetriebenen Stromkraftwerks, für angebracht. Obwohl die Erfindung in bezug auf Gasturbinen-Stromkraftwerke dargelegt wird, speziell in bezug auf Spitzenlast-Stromsysteme, in denen eine einzige Gasturbine zum Antrieb des Generators eingesetzt wird, wird zu verstehen gegeben, daß die Erfindung einen breiteren Anwendungsbereich hat.
• In Fig. 1 wird ein Gasturbinen-Stromkraftwerk 100 dargestellt, das einen durch eine Verbrennungs- oder Gasturbine 104 betriebenen Wechselstromgenerator 102 beinhaltet. In der hierin beschriebenen Ausführungsform ist die Gasturbine 104 vorzugsweise vom Typ W 501D5, hergestellt von Westinghouse Electric Corporation.
• Ein typischer Einsatz des Kraftwerks 100 findet statt, wenn kontinuierliche Stromerzeugung gewünscht wird und die Abwärme der Gasturbine 104 zu einem besonderen Zweck eingesetzt werden soll, wie z.B. die Erwärmung von Speisewasser, Boilern oder Gasvorwärmern. Zusätzlich zum Vorteil der relativ niedrigen Investitionskosten, kann das Kraftwerk 100 aufgrund seiner Systemanforderungen relativ nahe an Lastzentren stehen, d.h. an bewohnten Zentren oder Fabriken, ohne daß eine Kühlwasserzufuhr erforderlich wird, was Einsparungen bei den Leitungsanlagen zur Folge hat. Ferner kann das Kraftwerk 100 relativ unbeaufsichtigt bleiben und unter Fernsteuerung automatisch betrieben werden.
• Die allgemeine Akzeptanz des Kraftwerks 100 wird erhöht durch den Einsatz von Einlaß- und Abgasschalldämpfern 108 und 110, die jeweils mit Einlaß- und Abgasrohrleitungen 112 und 114 gekoppelt sind. Ein schnelles Anlaufen und niedrige Bereitschaftskosten sind zusätzliche Betriebsvorteile, die das Kraftwerk 100 kennzeichnen.
• Das Kraftwerk 100 kann mit einem Gehäuse (nicht dargestellt) in Form eines starren, rahmenartigen Profilstahlgebäudes ausgestattet werden. Gebäude dieser Art umfassen normalerweise starre Baustahlrahmen, abgedeckt von Strukturstahlblechen auf dem Dach und an den Wänden. Die Dach- und Wandkonstruktion ist für minimalen Wärmeverlust und minimale Geräuschkulisse konstruiert und kann bei Bedarf vollständig abgebaut werden.
• Um eine Vorstellung über die Größe des hierin beschriebenen Kraftwerks zu gewinnen, ist das Fundament des Kraftwerks 100 etwa 32 m lang, wenn eine Leitstation für ein einzige Kraftwerkseinheit vorhanden ist. Die Länge des Fundaments kann sich erhöhen, wie durch Bezugszahl 116 angezeigt ist, um Platz für eine Hauptreglerstation zu bieten. Eine Hauptreglerstation wird erforderlich, wenn zusätzliche Kraftwerkseinheiten zusammen mit dem Kraftwerk 100 gemeinsam gesteuert werden sollen. Obwohl die vorliegende Erfindung in einem Hauptreglerstandort für mehrere Kraftwerke eingesetzt werden kann, wird die Erfindung hierin der Einfachheit halber nur in bezug auf einen einzigen Turbinengenerator beschrieben.
• Computer mit Mikroprozessoren und andere Steuersystem- Stromkreise in Schrank 118 ermöglichen den Betrieb und die Steuerung des Kraftwerks 100. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Schrank 118 die von Westinghouse Electric Corporation vertriebene WDPF-Ausrüstung und kann zwei dezentrale Datenverarbeitungseinheiten, eine Ingenieurskonsole und ein Registriergerät enthalten. Solche anderen Steuersystem-Stromkreise beinhalten einen geeigneten Input/Output (I/O)-Stromkreis, der zur Herstellung einer Schnittstelle zwischen Computer-Steuersystem und zahlreicher Bedienerausrüstung und Zustandssensoren nötig ist. Ein Bedienerschrank 120, der dem Steuerschrank 118 zugeordnet ist, beinhaltet einen Schwingungsmonitor, Elektronik für UV- Flammendetektoren, eine Phasenlampe, verschiedene Druckknopfschalter, einen industriellen Computer und elektromechanische Zähler und Taktgeber. Ein automatischer Sender/Empfängerdrucker 122 und ein Relaisschutzschild 124 zum Erfassen abnormer Bedingungen im elektrischen Stromsystem sind dem Steuerschrank 118 zugeordnet.
• Die Anlauf- oder Anlaßleistung für das Kraftwerk 100 wird von einem Anfahrmotor 126 geliefert, der in der bevorzugten Ausführungsform eine Wechselstrommotoreinheit ist. Der Anfahrmotor 126 ist auf einer Hilfsgrundplatte montiert und über eine Anfahrgetriebeeinheit 128 mit der Antriebswelle der Gasturbine 104 gekoppelt. Während der Anfahrzeit bewirkt der Wechselstrommotor 128 über eine Drehvorrichtung 130 und ein Anfahrgetriebe 132 den Antrieb der Gasturbine. Sobald die Turbine 104 annähernd 20 Prozent der Solldrehzahl erreicht hat, findet die Zündung statt. Der Wechselstrommotor 128 läuft weiter, bis die Turbine 104 eine selbsterhaltende Drehzahl erreicht hat. Der Wechselstrommotor 128 kann über längere Zeiträume betrieben werden, wenn die Temperatur im Turbinenscheiben-Hohlraum zu hoch wird, um ein temperaturbedingtes Verbiegen der Welle zu vermeiden.
• Auf der Hilfsgrundplatte ist auch ein Motorsteuerzentrum 134 montiert und beinhaltet Motoranlasser und sonstige Vorrichtungen, die den Betrieb der verschiedenen Hilfseinrichtungen ermöglichen, die dem Kraftwerk 100 zugeordnet sind. Elektrische Unterbrecher für das Motorsteuerzentrum 134 sind vorzugsweise vorne montiert. Verschiedene Signale von Sensoren oder Kontaktelementen, die dem Motorsteuerzentrum 134 und anderen auf der Hilfsgrundplatte montierten Vorrichtungen zugeordnet sind, werden zur Anwendung im Steuersystem übertragen, wie in Verbindung mit Fig. 11 noch genauer erläutert wird.
• Eine Anlagenbatterie 135 ist an einem Ende der Hilfsgrundplatte oder auf einem Gleitunterbaus angeordnet. Ein in bezug auf Fig. 11 beschriebenes Batterieladegerät ist durch einen Unterbrecher (nicht dargestellt) mit dem Motorsteuerzentrum 134 verbunden. Die Batterie kann eine Hochleistungssteuerbatterie wie z.B. die EHGS-17 EXIDE sein, die mit 60 Zellen für 125 Volt ausgelegt ist. Auf jeden Fall muß die Batterie 135 genug Strom für die Notbeleuchtung, Hilfsmotorlast, Wechselstrom-Computerversorgungsspannungen und weitere Steuerleistung nach Ausfall des Kraftwerks 100 noch eine Stunde lang liefern.
• Ein mögliches internes elektrisches Stromsystem zum Einsatz im Kraftwerk 100 ist allgemein in Fig. 2 dargestellt. Wenn das Kraftwerk 100 einmal in Betrieb ist, wird der vom Generator 102 erzeugte Strom durch den Generatorunterbrecher 136 ins Stromsystem übertragen, durch den 13,8kV-Bus 137 zu einem Haupttransformator (nicht dargestellt) und einem Netzausschalter 138. Der Hilfsstrom für das Kraftwerk 100 wird vom internen Stromsystem durch einen Hilfsausschalter 139 und einen Hilfsstrom 480V-Bus 140 erhalten. Der Generatorunterbrecher 136 dient als synchronisierende und schützende Ausschaltvorrichtung für das Kraftwerk 100.
• Wenn im internen Stromsystem keine geeignete 480V-Quelle verfügbar ist, kann ein Hilfsstromtransformator 141 vorgesehen werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Ein Unterbrecherschalter 142 liegt zwischen dem Transformator 141 und dem 13,8kV-Bus 137 der Station. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung kann einen sogenannten Anlagen-Schwarzstart ermöglichen. Mit dieser Anordnung kann die Gasturbine 104 jederzeit gestartet werden, da die Hilfsmittel entweder vom Generator 102 oder vom internen Stromsystem geliefert werden können, je nachdem, welches erregt wird. Bei einem Schwarzstart, d.h. einem toten System, kann die Gasturbine 104 jederzeit angelassen werden, um als sogenannte mitlaufende Ersatzstromquelle zur Verfügung zu stehen, auch wenn das externe Stromsystem, an das das Kraftwerk 100 angeschlossen ist, nicht bereit ist, Strom aus dem Generator 102 aufzunehmen. Ferner gestatten die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Schaltungen, daß das Kraftwerk 100 von einem nicht funktionierenden externen Stromnetz getrennt wird, ohne die Gasturbine 104 abzuschalten. Der dem Verbrauchsnetz nächste Unterbrecher schaltet dann ab, um die Last abzwerfen und den Generator 102 weiterlaufen zu lassen, um seine eigenen Hilfssysteme zu versorgen.
• Ein weiterer Vorteil des in Fig. 3 dargestellten Schemas ist der vorgesehene Schutz, wenn die Verbindung zum Stromnetz anfällig für einen ständigen Fehler zwischen dem Kraftwerk 100 und dem nächsten Unterbrecher im Netz ist. In diesem Falle wird der Unterbrecher 138 bei Eintreten eines solchen Fehlers zum Freischaltunterbrecher, und das Hilfssystem wird weiter durch den Generator 102 mit Energie versorgt, was ein ordentliches Abschalten der Gasturbine 104 bzw. einen fortgesetzten Betrieb als Reserve gestattet.
• Die Anordnung aus Fig. 3 ist vorzuziehen, wenn die Gasturbine 104 so programmiert ist, daß sie bei einem Netzspannungsabfall oder einem Frequenzabsinken anläuft. In einem solchen Fall kann ein automatisches Anlaufen die Turbine 104 auf Drehzahl bringen, den Generatorunterbrecher 136 schließen und die Hilfslast mit Strom versorgen. Die Turbinengeneratoreinheit läuft dann und ist bei Bedarf sofort verfügbar. Die Anordnung aus Fig. 3 kann auch eingesetzt werden, wenn ein Unterfrequenz- oder Unterspannungssignal verwendet werden muß, um die Gasturbine 104 vom Netz zu trennen.
• Für die 15kV Schaltanlagen 144, 145 und 146 ist eine Schaltanlagenkonsole 143 vorgesehen, die einen Generatorabschalter 136 aufweist. Hilfsstromtransformator 141 und Trennschalter 142 sind ebenfalls auf der Schaltanlagenkonsole 143 angeordnet, wenn diese vom Anwender zur Benutzung ausgewählt werden. Ebenfalls auf der Schaltanlagenkonsole 143 enthalten ist eine Eregerschaltanlage 150, die mit dem Generatorerregersystem verbunden ist. Wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird, akzeptiert die I/O-Schaltung des Schranks 118 Signale aus bestimmten Sensor- oder Kontaktelementen, die mit den verschiedenen Vorrichtungen der Schaltanlagenkonsole verbunden sind.
• Ein Druckschalter- und Meßschrank 152 ist ebenfalls auf der Hilfsgrundplatte angeordnet. Der Schrank 152 nimmt die Druckschalter, Meßgeräte, Regler und verschiedene andere Elemente auf, die zum Betrieb der Gasturbine nötig sind.
• Wenn auch nicht besonders dargestellt, ist darauf hinzuweisen, daß das Kraftwerk 100 auch ein Turbinen-Hochdruck- Kühlsystem und einen Wasser-Öl-Kühler vom Wärmestrahlungstyp zur Kühlung des Schmieröls beinhaltet. Solche Vorrichtungen können in jeder bekannten Art konstruiert sein.
• Der Generator 102 mit dem bürstenlosen Erreger 154 ist in Fig. 4 schematisch in weiteren Einzelheiten dargestellt. Die Drehelemente des Generators 102 und Erregers 154 werden von einem Lagerpaar 158 und 160 gehalten. Herkömmliche Generator- Schwingungsmeßwandler 162 und 164 sind zum Zwecke der Erzeugung von Inputdaten für das Anlagensteuersystem an die Lager 158 und 160 gekoppelt. Zur Erdung des Generatorsternpunkts ist ein Erdverteilertransformator mit sekundären Widerständen (nicht dargestellt) vorgesehen.
• In der Statorwicklung eingebettete Widerstandstemperaturfühler (RTD) 181 A-F sind zur Messung der Einlaß- und Auslaßlufttemperaturen und der Lagerölablaßtemperaturen installiert, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Signale von den Temperatursensoren und Schwingungsmeßwandlern 162 und 164 werden zum Steuersystem, d.h. zum Schrank 118 übertragen.
• Im Betrieb des Erregers 154 wird ein Permanentmagnetfeld- Glied 165 zur Induzierung einer Spannung in einem Hilfserregeranker 166 rotiert, der über einen Spannungsregler (nicht dargestellt) an ein stationäres Wechselstromerregerfeld 168 gekoppelt ist. Dadurch wird in einem auf dem rotierenden Erregerelement ausgebildeten Wechselstromerregeranker 172 Spannung induziert und durch mit Sicherungen montierte Dioden auf ein Diodenrad 174 übertragen, um das Drehfeldelement 176 des Generators 102 zu erregen. Die Generatorspannung wird in einer stationären Ankerwicklung 178 induziert, die durch einen Generatorunterbrecher 136 Strom an das Netz liefert, wenn das Kraftwerk 100 synchronisiert ist und am Netz liegt. Ein Transformator 180 liefert ein Rückkopplungssignal für den Regler 170 zur Steuerung der Erregungshöhe des Erregerfelds 168. Das Signal vom Transformator 180 wird auch als Generator-Megawatt-Signal benutzt, ein Steuersignal, das an den Schrank 118 geleitet wird.
• Im allgemeinen läuft der Erreger 154 ohne den Einsatz von Bürsten, Kontaktringen und externen Verbindungen zum Generatorfeld. Bürstenabnutzung, Kohlestaub, Bürsten-Wartungsanforderungen und Austausch der Bürsten werden so vermieden.
• Die gesamte zur Erregung des Generatorfelds 176 notwendige Energie wird von der Erreger-Generatorwelle geliefert. Der einzige externe elektrische Anschluß besteht zwischen dem stationären Wechselstromerregerfeld 168 und der Erregerschaltanlage 150 (Fig. 1).
• In der bevorzugten Ausführungsform werden alle Erregerteile vom Generator 102 getragen. Der Generatorrotor kann installiert und abgenommen werden, ohne daß der Erregerrotor von der Generatorwelle abgebaut werden muß.
• Der bürstenlose Erregersystemregler 170 reagiert auf die durchschnittliche Drehstromspannung mit Frequenzintensität bei der Bestimmung des Erregerniveaus des bürstenlosen Erregerfelds 168. Wenn der Regler 170 abgetrennt wird, wird ein motorbetriebener Grundeinstellregelwiderstand 170 durch ein Computer-Ausgangssignal aus dem Schrank 118 eingestellt. Die Regelwiderstandsausgabe wird durch eine Summierschaltung 173 an eine Thyristorsteueranschlußsteuerung 175 gelegt. Wenn der Regler 170 in Funktion ist, bleibt der Grundeinstell- Regelwiderstand in einer voreingestellten Grunderregerposition, und ein motorbetriebener Bezugsspannungseinstell- Regelwiderstand 177 wird computergesteuert, um eine Feinsteuerung der Generatorspannung zu liefern.
• Ein Fehlerdetektor 179 legt ein Fehler-Ausgabesignal an die Summierschaltung 173, wobei das Fehler-Ausgabesignal repräsentativ für den Unterschied zwischen dem an die Spannungsbezugs-Regelwiderstände 177 angelegten Computerausgangsbezugswert und das Generatorspannungs-Rückkopplungssignal aus dem Transformator 180 ist. Die Summierschaltung 173 addiert das Fehlersignal und das Grundregelwiderstandssignal und generiert den Output, der an die Steueranschlußsteuerung 175 gekoppelt ist. Im Fehlerdetektor 179 wird die Bezugsspannung im wesentlichen durch Einsatz einer Temperaturausgleichs- Zenerdiode konstant gehalten. In der Steueranschlußsteuerung 175 wird eine Halbleiter-Thyristor-Zündschaltung zur Erzeugung eines Auftastimpulses eingesetzt, der zwischen 0º und 180º bezüglich der an die Thyristoren d.i. Silizium-gesteuerten Gleichrichter 180 gelieferten Spannung variierbar ist.
• Die siliziumgesteuerten Gleichrichter 180 sind in einer (nicht dargestellten) Wechselrichter-Brückenschaltung verbunden, die sowohl positive als auch negative Spannung zum Erzwingen des Erregerfelds liefert. Jedoch kann der Erregerfeldstrom nicht umgekehrt werden. Entsprechend steuert der Regler 170 die Erregerhöhe im Erregerfeld 168 und seinerseits die Generatorspannung durch Steuern des Zykluswinkels, bei dem die siliziumgesteuerten Gleichrichter 180 in jedem Zyklus als Ausgangshöhe aus der Steueranschlußsteuerung leitend gemacht werden.
• Mit Bezug auf Fig. 5 ist die Gasturbine 104 der bevorzugten Ausführungsform eine W 501D5, eine einfache Kreisprozeßturbine mit einer Nenndrehzahl von 3600 U/Min. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich wird, beinhaltet die Turbine 104 eine Zweilager-Einfachwellenkonstruktion, Kaltende-Kraftabtrieb und axialem Angasaustritt. Gefilterte Eingangsluft tritt vom Eintrittsgehäuse 112 durch einen angeflanschten Eingangsverteiler 183 von Einlaßleitungen 112 in einen Mehrstufen- Axialstromverdichter 185 ein. Eine Eintrittsleitschaufelanordnung 182 beinhaltet Leitschaufeln, die über dem Verdichtereingang gehaltert werden, um Pumpen, besonders beim Anfahren, zu verhindern. Der Winkel, in dem alle Leitschaufeln gegenüber dem Gasstrom angeordnet sind, ist einheitlich und wird durch einen druckluftbetriebenen Anschlagring (nicht dargestellt) gesteuert, der an die Leitschaufeln in der Eintrittsleitschaufelanordnung gekuppelt ist.
• Der Verdichter 185 ist mit einem Gehäuse 184 versehen, das entlang einer horizontalen Ebene in eine Boden- und eine Deckhälfte geteilt ist. Die Turbinengehäusestruktur mit dem Verdichtergehäuse 184 bietet durch Lager 188 und 189 eine Halterung für ein Turbinendrehelement, d.h. eine Turbinenwelle. Schwingungsmeßwandler (Fig. 11), ähnlich den in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen sind für die Gasturbinenlager 188 und 189 vorgesehen. Die Verdichterläuferstruktur 186 ist auf jede beliebige bekannte Art an der Turbinenwelle befestigt.
• Das Verdichtergehäuse 184 trägt auch stationäre Schaufeln 190 in aufeinanderfolgenden stationären Schaufelreihen entlang dem Luftströmungsweg. Ferner dient das Gehäuse 184 als Druckgefäß zur Aufnahme des Luftstroms, wenn er verdichtet wird. Eine Abblasströmung wird unter Ventilsteuerung aus Verdichterzwischenstufen gemäß bekannten Verfahren erhalten, um Pumpen während des Anlaufens zu verhindern.
• Die Verdichtereintrittsluft strömt ringförmig durch die Verdichterstufen 185. Mittels Scheiben 194 am Läufer 186 befestigte Laufschaufeln 192 sind nach aerodynamischen und strukturellen Gesichtspunkten für den gewünschten Zweck geeignet konstruiert. Sowohl die Verdichtereintritts- als auch Austrittslufttemperaturen werden durch geeignet gehalterte Thermoelemente (Fig. 11) gemessen.
• Betrachten wir nun das Verbrennungssystem. Unter Druck stehende Verdichteraustrittsluft wird in ein Verbrennungssystem 196 bestehend aus insgesamt sechzehn ringförmigen Brennkammern 198 geleitet, die in einem Abschnitt 200 des Gehäuses 184 über die Längsachse der Gasturbine 104 konisch angeordnet sind. Der Brennkammergehäusedruck wird durch einen geeigneten Sensor (Fig. 11) erfaßt, der an die Verdichter- Brennkammer-Strömungspfade gekoppelt ist und ein Signal an Schrank 118, Druckschalter- und Meßschrank 152 liefert.
• Die Brennkammern 198 sind in Fig. 6 als zu Zündungszwecken durch Querfeuerrohre 202 untereinander verbunden dargestellt. Ein computergestütztes Zündfolgesystem 204 beinhaltet Zünder 206 und 208, die jeweils aus vier Brennkammern 198 bestehenden Gruppen zugeordnet sind. In jeder Gruppe sind die Brennkammern 198 in Reihe querverbunden, und die beiden Gruppen sind nur an einem Ende querverbunden, wie durch Bezugszahl 210 dargestellt ist. Das computergenerierte Auslösesignal wird später beschrieben.
• Im allgemein beinhaltet das Zündsystem 204 einen Kondensatorentladungszünder mit Verkabelung zu den entsprechenden Zündkerzen, die Teil der Zünder 206 und 208 sind. Die Zündkerzen sind auf einfahrbaren Kolben in den Zündern 206 und 208 montiert, so daß die Zündkerzen nach erfolgter Zündung aus dem Brennbereich zurückgezogen werden können.
• Ein Paar Ultraviolett-(UV)-Flammendetektoren 212 und 214 sind jeder Endbrennkammer in den jeweiligen Gruppen zugeordnet, um die Zündung und fortgesetzte Verbrennung in den vierzehn Brennkammerkörben 198 zu überprüfen. Wegen der heißen Umgebung des Flammendetektors ist eine Redundanz des Flammenfühlvermögens besonders wünschenswert.
• Im allgemeine reagiert der UV-Flammendetektor auf ultraviolette Strahlung bei Wellenlängen im Bereich von 1900-2900 Ångström, die in unterschiedlichen Mengen durch einfache Brennkammerflammen, aber nicht in maßgeblichen Mengen durch andere Elemente der Brennkammerkorb-Umgebung erzeugt werden. Detektorimpulse werden erzeugt, integriert und verstärkt, um ein Flammenrelais zu aktivieren, wenn eine Flamme vorhanden ist. Ultraviolette Strahlung erzeugt einen Gasspannungsabfall, der eine Impulsfolge auslöst. Der Flammenmonitor addiert die Zeitverzögerung vor Auslösen des Flammenrelais, wenn die Impulsfolge die Zeitverzögerung überschreitet.
• In Fig. 7 wird die Vorderansicht einer Dual-Kraftstoffdüse 216 gezeigt, die am Verdichterende jeder Brennkammer 198 montiert ist. Eine Öldüse 218 sitzt im Zentrum der Dualdüse 216, und eine Zerstäuber-Luftdüse 220 ist darum herum angeordnet. Zur Vervollständigung der Kraftstoffdüsenanordnung 216 ist eine weitere Gasdüse 222 um die Zerstäuber-Luftdüse 220 angeordnet.
• Wie in der Schnittansicht in Fig. 8 dargestellt, tritt Kraftstofföl oder ein anderer flüssiger Kraftstoff durch einen Kanal 224 in die Öldüse 218 ein, während Zerstäuberluft durch eine Bohrung 228 in die Verteilerleitung 228 eintritt. Kraftstoff in Gasform wird nach Durchströmen des Eingangsrohrs 230 und der Verteilerleitung/Mehrfachdüsenanordnung 232 durch die Düse 222 ausgeblasen. Die Regulierung des Kraftstoffdurchsatzes durch die Kanäle 224 und 230 wird später beschrieben.
• Im allgemeinen können entweder flüssiger oder gasförmiger Kraftstoff oder flüssiger und gasförmiger Kraftstoff im Turbinenverbrennungsvorgang verwendet werden. Es können verschiedene gasförmige Kraftstoffe einschließlich Hochofengase mit niedrigem BTU-Gehalt bis zu Gasen mit hohem BTU- Gehalt wie Erdgas, Butan oder Propan verbrannt werden. Die heutigen strengen Umweltschutzvorschriften begrenzen den Kraftstoff jedoch auf Erdgas, #2-Destillat und aus Kohle gewonnenes Gas mit niedrigem BTU-Gehalt, das in einem integrierten kombinierten Vergasungs-Kreisprozeß-Kraftwerk gewonnen wurde.
• Um zu verhindern, daß Kondensflüssigkeit aus dem Brenngas die Düsen 216 erreicht, können geeignete Abscheider und Erhitzer in die Kraftstoff-Zuführungsleitung eingesetzt werden. Der maximale Wert des Staubgehalts ist auf 0,01 Korn pro Standard Kubikfuß festgesetzt, um übermäßigen Bodensatz und Erosion zu verhindern. Weitere Korrosion wird durch Begrenzung des Schwefelgehalts im Brenngas in Form von H&sub2;S auf einen Wert nicht höher als 5% (Molprozent) minimiert.
• In bezug auf flüssige Kraftstoffe muß die Vsikosität unter 100 SSU an der Düse liegen, um eine einwandfreie Zerstäubung sicherzustellen. Die meisten Destillate entsprechen dieser Anforderung. Die meisten Rohöle und Kraftstoffrückstände bedürfen jedoch noch zusätzlicher Behandlung, um den chemischen Spezifikationen zu entsprechen, auch wenn die Viskositätsanforderung erfüllt ist. Um zu großen Ablagerungen auf den Laufschaufeln vorzubeugen, ist der Aschegehalt des flüssigen Kraftstoffs auf Maximalwerte korrosiver Bestandteile, einschließlich Vanadium, Natrium, Kalzium und Schwefel, begrenzt.
• Ein Teil des Verdichteraustrittsluftstroms verbindet sich in jeder Brennkammer 198 mit dem Kraftstoff, um nach der Zündung eine Verbrennung zu erzeugen, und der Rest des Verdichteraustrittsluftstroms verbindet sich mit den Verbrennungsprodukten, um durch die Brennkammern 198 in eine mehrstufige Reaktionsturbine 234 (Fig. 5) zu strömen. Der Brennkammer- Gehäuseabschnitt 200 ist durch eine vertikale Gehäuseverbindung 238 an ein Turbinengehäuse 236 gekoppelt. Zwischen dem Verdichter 185 und der Turbine 234 ist keine Hochdruckluft oder Öldichtung erforderlich.
• Betrachten wir nun den in Fig. 5 dargestellten, Drehmomenterzeugenden Teil der Turbine 104. Der Drehmoment- oder Turbinenteil 234 ist mit vier Reaktionsstufen ausgerüstet, durch welche der Gasstrom aus dem Mehrfachstrom-Verbrennungssystem in ein ringförmiges Strömungsmuster geleitet wird, um die kinetische Energie des erhitzten, unter Druck stehenden Gases in Turbinendrehung zum Antrieb des Verdichters 185 und des Generators 102 umzuwandeln. Der Turbinenläufer wird durch vier Laufschaufel-Scheibenanordnungen 240, 242, 244 und 245 gebildet, die mittels Schrauben an einem Wellenstummel montiert sind. Temperaturfühlende Thermoelemente (Fig. 11) werden in den Scheibenhohlräumen gehaltert, um Hohlraumtemperatursignale an das Steuersystem zu liefern.
• Hochtemperaturlegierungs-Laufschaufeln 246 sind auf der Scheibe montiert und bilden zusammen die Läufereinheit. Die Laufschaufelfüße werden einzeln durch Luft gekühlt, die aus dem Austritt des Verdichters 185 abgezogen wird und auf beliebige geeignete Weise durch ein Kühlsystem strömt. Die Laufschaufelfüße dienen so als Wärmesenke für die umlaufenden Laufschaufeln 246. Kühlluft strömt auch über jede Turbinenscheibe, um eine relativ niedrige Metalltemperatur über den Einheits-Betriebslastbereich zu erzielen.
• Die zwei Unterstützungslager 188 und 189 für die Turbinenumlaufstruktur sind vorzugsweise sogenannte Kippsegement- Gleitlager. Die Lagergehäuse liegen außerhalb der Lagerstruktur, um mühelosen Zugang durch das Eintritts- bzw. Austrittsende der Struktur zu haben. Die gesamte Turbinen- Halterungsstruktur kann ohne Störung der Wellenausrichtung frei erweitert und verkleinert werden.
• Zusätzlich zu seiner Funktion als Druckbehälter der Turbine 234 trägt das Turbinengehäuse 236 stationäre Schaufeln 248, die stationäre Schaufelreihen bilden, die zwischen den Laufschaufelreihen angeordnet sind. Der Gasstrom wird aus der Turbine 234 im wesentlichen bei atmosphärischem Druck durch einen angeflanschten Abgaskrümmer 250 ausgeblasen, der an dem Abluftrohr 114 befestigt ist.
• Die Generator- und Gasturbinen-Schwingungsmeßwandler (Fig. 11) können herkömmliche Drehzahlmeßwandler sein, wie z.B. von der Art, die Grundschwingungssignale auf einen Schwingungsmonitor zur Eingabe in das Steuersystem, z.B. das Bently- Nevada Schwingungsmonitorsystem übertragen. Ein Paar herkömmlicher Drehzahlfühler (Fig. 12) werden an geeigneten Stellen der Turbinengeneratorwelle gehaltert. Von den Drehzahlfühlern erzeugte Signale werden vom Steuersystem benutzt, um den Betrieb des Stromkraftwerks zu regeln.
• Eine Anzahl von Thermoelementen sind den Lagerölrücklaufleitungen der Gasturbine zugeordnet. Ferner werden Thermoelemente für den Laufschaufel-Strömungsweg um die innere Peripherie des Abgaskrümmers 250 auf bekannte Weise gehaltert, um eine schnelle Reaktionsanzeige der Laufschaufeltemperatur für den Einsatz im Steuersystem besonders während des Anlaufzeitraums zu liefern. Abgastemperaturfühler sind in den Abgasleitungen 114 primär zum Zwecke der Bestimmung einer durchschnittlichen Abgastemperatur für den Einsatz im Steuersystem während des Lastbetriebs des Kraftwerks 100 angeordnet. Geeignete hochreagierende abgeschirmte Thermoelemente für die Gasturbine 104 sind solche, die eine kompakte Aluminiumisolierung mit dünnwandiger, hochlegierter geschmiedeter Hülle benützen, oder durch eine getrennte schwere Wandführung gut gehaltert sind. Die Bedeutung der oben beschriebenen Thermoelemente und anderer Temperaturfühler wird in bezug auf Fig. 11 beschrieben.
• Betrachten wir nun das Kraftstoffsystem der Turbine 104. Mit Bezug auf Fig. 9 ist ein Kraftstoffsystem für die Zuleitung gasförmigen Kraftstoffs zu den Gasdüsen 222 unter gesteuertem Kraftstoffventilbetrieb vorgesehen. Gas wird aus einer Gasquelle zu einem membranbetriebenen Druckregelventil 254 geleitet. Es wird an diesem Punkt der Beschreibung angemerkt, daß die IEEE-Schaltgerätnummern, soweit geeignet, hier allgemein benutzt werden, wenn sie im amerikanischen Standard C37.2-1956 enthalten sind.
• Ein Startventil 256 bestimmt den Gaskraftstoffdurchsatz zu den Düsen 222 bei Turbinendrehzahlen bis zu 3600 U/Min. Das Ventil 256 wird durch einen Druckluftschalter 261 in Reaktion auf ein computergeneriertes Steuersignal mit Druckluft in Stellung gebracht. Zur Zündung wird das Ventil 256 teilweise geöffnet, wenn der Druckluftschalter 261 in voll geschlossener Stellung steht. Das Druckregelventil 257 liefert konstanten Druck und somit bei Zündung einen konstanten Gasdurchsatz für wiederholbare Zündung in den Brennkammerkörben.
• Wenn der maximale Strömungsbereich der Ventile 257 und 256 erreicht ist, öffnet das Ventil 258 zur Steuerung des Gasstroms für maximale Belastung der Verbrennungsturbinen.
• Ein druckluftbetätigtes Abschaltventil 260 stoppt den Gasstrom unter mechanischer Auslösung, wenn die Turbinen-Überdrehzahl einen vorbestimmten Wert, wie z.B. 110% der Solldrehzahl überschreitet. Ein druckluftbetätigtes Entlüftungsventil 262 ermöglicht, daß eingeschlossenes Gas vom Abschaltventil 260 in die Atmosphäre entlüftet wird, wie auch das durch Druckluft ein/ausgeschaltete Sperrventil 264. Die Ventile 262 und 264 sind beide im Ruhezustand geschlossen. Die Kraftstoffsteuerung des Sperrventils wird durch eine elektronisches Steuersignal ausgelöst, das durch den Druckschalter und den Meßschrank 152 (Fig. 1 und Fig. 11) eingespeist wird.
• Mit Bezug auf Fig. 10 liefert ein Flüssigkraftstoff-Zufuhrsystem 266 flüssigen Kraftstoff aus jeder geeigneten Kraftstoffquelle mittels der Pumptätigkeit der motorgetriebenen Hauptkraftstoffpumpe 268 zu vierzehn Düsen 218 (von denen nur acht dargestellt sind). Der Pumpenaustrittsdruck wird zwecks Verwendung im Steuersystem von einem Detektor 267 abgetastet. Ein Umgehungsventil 271 wird durch einen elektropneumatischen Wandler 270 und ein Verstärkerrelais 272 zur Bestimmung des Flüssigkraftstoff- Umgehungsstroms in einer Rückführleitung und damit Regelung des Flüssigkraftstoff-Förderdrucks durch Druckluft betrieben. Ein computergeneriertes Steuersignal dient zur Steuerung des Pumpenaustrittsdrucks, und im besonderen dient es als Hochfahrpumpenaustrittsdrucksteuerung während des Anlaufens der Turbine. Ein Drosselventil 272 wird während des Hochfahrdruck-Steuervorgangs am Austrittsdruckregelventil 270 in einer Minimalstellung gehalten. Ein Druckschalter 271 zeigt an, ob die Pumpe 268 einen unter Druck stehende Eintrittsstrom hat.
• Nach dem Druckanstieg wird das druckluftbetätigte Drosselventil 272 so eingestellt, daß es den Flüssigkraftstoffdurchsatz zu den Düsen 218 wie er durch den pneumatischen Stellzylinder 274 und das Verstärkerrelais 276 bestimmt wird, steuert. Ein computergeneriertes Steuersignal bestimmt die Wandlerstellungssteuerung für das Drosselventil 272. Während dieses Vorgangs ist das Umgehungsventil 270 weiter in Betrieb, um den Kraftstoffaustrittsdruck konstant zu halten.
• Wie in dem Gaskraftstoffsystem 251 stoppt ein mechanisch betätigtes und druckluftbetätigtes Überdrehzahl-Abschaltventil 278 den Flüssigkraftstofffluß bei Überdrehzahl der Turbine. Ein geeigneter Filter 280 ist im Flüssigkraftstoff-Strömungspfad enthalten, und wie im Gaskraftstoffsystem 251 ermöglicht ein elektrisch betätigtes und druckluftbetätigtes Sperrventil 282 die Ein/Aus-Steuerung des Flüssigkraftstoffflusses zu einem Flüssigkeitsverteiler 283.
• Vierzehn Verdrängerpumpen 284 (von denen nur acht dargestellt sind) sind jeweils in den einzelnen Kraftstoffflußleitungen zu den Düsen 218 angeordnet. Die Pumpen 284 sind auf einer einzigen Welle angeordnet und werden durch den Ölstrom aus dem Verteiler 283 angetrieben, um im wesentlichen gleiche Düsenkraftstoffflüsse zu erzeugen. Rückschlagventile 286 verhindern einen Rückfluß von den Düsen 218.
• Betrachten wir nun das Steuersystem, das zur Steuerung des Kraftwerks 100 eingesetzt wird. Das Kraftwerk 100 wird unter der Steuerung eines computergestützten integrierten Turbinengenerator-Steuersystems 300 betrieben, das in Fig. 11 schematisch dargestellt wird. Das Kraftwerk-Steuersystem 300 beinhaltet im Steuerschrank 118 angeordnete Elemente, den Druckschalter- und Meßschrank 152 und sonstige in dem elektrischen Stromkraftwerk 100 aus Fig. 1 enthaltene Elemente. Wenn mehrere Kraftwerke betrieben werden müssen, beinhaltet das Steuersystem 300 ferner eine zusätzliche Schaltung für den Betrieb der zusätzlichen Kraftwerke.
• Das Steuersystem 300 ist gekennzeichnet durch einen zentralisierten Systemkompaktbau. So beherbergt der in Fig. 1 dargestellte Steuerschrank ein vollständiges Drehzahl/Lastpaket, ein automatisches Kraftwerkbetriebsablaufpaket und ein Systemüberwachungspaket.
• Als weiteren Vorteil für den Kraftwerksbediener sind die Bedienungsfunktionen von Turbine und Generator in der bevorzugten Ausführungsform auf einem einzigen Bedienerpult in Übereinstimmung mit der durch das Steuersystem 300 vorgesehenen integrierten Turbinen-Generator-Kraftwerksteuerung zusammengefaßt.
• Das Steuersystem 300 sieht eine automatische, zuverlässige und effiziente Ablauffolge beim Anfahren und Abschalten des Kraftwerksbetriebs, Überwachung und Alarmfunktionen zum Kraftwerksschutz, und genaue, verläßliche und leistungseffiziente Drehzahl/Laststeuerung während des Anfahrens, im laufenden Betrieb und beim Herunterfahren vor. Der Kraftwerksbediener kann wahlweise den Turbinenanlaufzyklus durch diskrete Schritte im manuellen Betrieb beschleunigen.
• Unter automatischer Steuerung kann das Kraftwerk 100 unter lokaler Bedienersteuerung oder aber unbeobachtet und unter ferngesteuerter Überwachung betrieben werden. Ferner wird das Kraftwerk 100 aus der Abschaltstellung angelassen und unter genauer und effizienter Steuerung vorzugsweise in einem festen Zeitraum auf synchrone Drehzahl beschleunigt, um im allgemeinen Fall einen längeren Zeitraum zwischen Turbineninstandsetzungen zu gewinnen, und zwar manuell oder automatisch mit dem Netz synchronisiert und unter bevorzugter Hochfahrsteuerung auf eine vorwählbare Konstante oder auf durch einen Temperaturgrenzwert gesteuertes Niveau hochgefahren werden, wodurch ein besseres Kraftwerksmanagement erzielt wird.
• Um das Kraftwerk 100 anzulassen, benötigt das Steuersystem 300 zunächst gewisse Statusinformationen, die durch Bedienerschalter, Temperaturmessungen, Druckschalter und sonstige Sensorvorrichtungen generiert werden. Nachdem festgestellt wurde, daß der Gesamt-Kraftwerkstatus zufriedenstellend ist, wird der Kraftwerkstart unter programmierter Computersteuerung begonnen. Die Kraftwerkvorrichtungen werden, wenn möglich, parallel gestartet, um die Verfügbarkeit des Kraftwerks für die Energieerzeugung zu erhöhen. Unter Programmsteuerung initiiert der Abschluß eines Ablauffolgeschrittes den nächsten Ablauffolgeschritt, sofern kein Abschaltalarm auftritt. Die Kraftwerksverfügbarkeit wird ferner durch eine Ablauffolge erhöht, die im Falle eines Zündungsfehlers mehrfache Zündungsversuche vorsieht.
• Die Startsequenz umfaßt im allgemeinen das Anlaufen und den Betrieb der Anlassermotors zum Hochfahren der Gasturbine 104 aus niedriger Drehzahl, Anhalten des Drehgetriebes, Zünden des Kraftstoffes im Verbrennungssystem bei etwa 20% der Solldrehzahl, Hochfahren der Gasturbine auf etwa 60% der Solldrehzahl und Stoppen der Anlassermaschine, Hochfahren der Gasturbine auf synchrone Drehzahl und Einspeisen des Stroms nach Schließen des Generatorunterbrechers 136. Zum Herunterfahren wird der Kraftstoffzufluß unterbrochen, und die Gasturbine 104 läuft im Freilauf aus. Das Drehgetriebe wird angelassen, um das Umlaufelement der Turbine während der Abkühlzeit anzutreiben.
• Eine in Fig. 12 dargestellte Steuerschleifenanordnung sieht eine Darstellung der bevorzugten allgemeinen Steuerschleife vor, die im Steuersystem 300 (Fig. 11) eingebaut ist und auf einen weiten Bereich anderer erfindungsgemäßer Anmeldungen angewendet werden kann. Schutz, Abläufe, detailliertere Steuerfunktionen und andere Aspekte des Steuersystembetriebs werden nachstehend näher erläutert. In den Zeichnungen werden SAMA Standard-Funktionssymbole verwendet.
• Die Steuerschleifenanordnung 302 ist ein Blockschaltbild von Prozeß-Steuerschleifen im Betrieb des Gasturbinen-Stromkraftwerks 100. In Fig. 12 gibt es keine Abgrenzung zwischen Hardware- und Softwareelementen, da viele Aspekte der Steuerungsphilosophie sowohl Hardware- als auch in Softwareform implementiert werden können.
• Im allgemeinen wird zur Bestimmung der für eine geforderte Drehzahl benötigten Kraftstoffmenge vorzugsweise eine Vorwärtskopplungs-Kennzeichnung benutzt. Die gemessenen Prozeßvariablen, einschließlich Turbinendrehzahl, Umgebungstemperatur und Druck, gesteuerte Lastvariable oder Kraftwerk- Megawatt, Brennkammergehäusedruck und Turbinenabgastemperatur werden zur Begrenzung, Kalibrierung oder Steuerung des Kraftstoffbedarfs eingesetzt, so daß die Grenzen der Gerätekonstruktion nicht überschritten werden. Die Kennzeichnung der Vorwärtskopplung des Drehzahl-Kraftstoffbedarf, die Anlaufhochfahr-Kraftstoffbedarfsgrenze und der Maximalabgastemperatur-Kraftstoffbedarf sind vorzugsweise nicht linear gemäß den nicht-linearen Merkmalen der Gasturbine, um einen genaueren, effizienteren, verfügbareren und zuverlässigeren Betrieb der Gasturbine zu erreichen. Die Steueranordnung 302 hat Möglichkeiten zur Erhaltung von Zyklustemperatur, Gasturbinendrehzahl, Anfahr-Beschleunigungsfaktor, Belastungsfaktor und Verdichterpumpspielraum.
• Der Kraftstoffbedarf in der Steueranordnung 302 sieht Positionssteuerung der Gas- oder Flüssigkraftstoffventile 256, 258 und 272 vor. Ferner sieht die Steueranordnung 302 gleichzeitige Verbrennung von Gas und Flüssigkraftstoff vor und kann, wenn erforderlich, einen automatischen, stoßfreien Übergang von einer Kraftstoffart zur anderen ausführen. Der Gegenstand des stoßfreien Kraftwerkübergangs zwischen verschiedenen Kraftstoffen und des damit verbundenen Kraftwerkbetriebs ist bekannt und wurde in US-Patent Nr. 3,919,623 geoffenbart, das hier durch Querverweis angezogen ist.
• Bei der Kombination vielfacher, in Fig. 12 dargestellter Steuerschleifenfunktionen wird ein Wahlschalter 316 für niedrigen Kraftstoffbedarf zur Begrenzung des Kraftstoffbedarfs mittels Auswahl aus verschiedenen Kraftstoffbegrenzungsdarstellungen ausgewählt, die von den einzelnen Steuerschleifen erzeugt werden. Diese Begrenzungsdarstellungen werden jeweils durch die Drehzahlsteuerung 303, Anlaßhochfahrsteuerung 305, maximale Abgastemperatursteuerung 307, maximale Megawattsteuerung 306 und den Maximallastaufnahme-Begrenzer 308 erzeugt.
• Beim Anfahren und nach der Zündung liefert die Anlaßhochfahrsteuerung 305 einen rückführlosen Kraftstoffbedarf, um die Turbine 104 auf annähernd 80% der Solldrehzahl hochzufahren. Von 80% der Drehzahl an bis zur und durch die Synchronisierung hindurch steuert die Drehzahlsteuerung 303 die Turbine 104, um eine konstante Beschleunigung und die gewünschte Drehzahl während der Synchronisierung beizubehalten.
• Nach der Synchronisierung des Generators 102 wird die Turbinendrehzahl durch die Netzfrequenz gesteuert, wenn es sich um ein großes Netz handelt. Folglich regelt nach der Synchronisierung die Drehzahlsteuerung 303 den Kraftstoffdurchsatz durch Anstieg des Drehzahlbezugssignals, das bei 304 mit beliebiger, bekanntet Technik erzeugt wird, um einen Anstieg der Megawattausgangsleistung des Generators 102 zu bewirken.
• In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Drehzahlsteuerung 303 einen Proportional-Integral-Differential-(PID)- Regler 312. Ein Megawatt-Rückkopplungssignal, das für die Megawattausgangsleistung des Generators 102 repräsentativ ist, wird bei 309 mit bekannter Technik erzeugt und zum Schalter 310 geleitet. Der Schalter 310 leitet das Megawatt- Rückkopplungssignal zu einem negativen Eingang des Reglers 312, sobald die Generator-Unterbrechersteuerung 311 ein Schließen des Generatorunterbrechers anzeigt. Ein für die Turbinendrehzahl repräsentatives Signal wird vom Sensor 314 auf bekannte Weise erzeugt und zu einem anderen negativen Eingang des Reglers 312 geführt. Das Drehzahlbezugssignal wird auf den positiven Eingang des Steuergeräts 312 gelegt.
• Da die Summe der Eingänge des Reglers 312 Null ergeben muß und das Drehzahlsignal aus dem Sensor 314 bei Synchronisierung im wesentlichen konstant ist, wird das Drehzahlbezugssignal durch das Megawattsignal ausgeglichen, so daß der Ausgang des Reglers 312 repräsentativ für den Anstieg des Drehzahlbezugssignals zur Lastaufnahme ist.
• Wenn sich die Turbinenbelastung, d.h. die Generator-Megawattausgang, erhöht, können die Steuerschleifen 305, 306, 307 und 308 die Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes über den Kraftstoffverbrauch-Wählschalter 316 übernehmen, wenn einer der maximalen Grenzwerte überschritten wird. Dies geschieht tatsächlich, wenn die Abgastemperatur mit steigendem Megawattausgang zunimmt. Die Steuerung 307 der maximal zulässigen Abgastemperatur steuert dann schließlich den Kraftstoffdurchsatz zur Turbine 104 auf die maximal zulässige Temperatur.
• Bei niedrigen Umgebungstemperaturen wird die Maximal-Megawattsteuerung 308 niedrig gewählt, bevor die Maximal-Temperatursteuerung 307 wirksam wird.
• Am Ausgang des Niedrigkraftstoffverbrauch-Wählschalters 316 wird die Kraftstoffverbrauch-Darstellung in eine duale Kraftstoffsteuerung eingespeist, in der das Kraftstoffverbrauchssignal weiterverarbeitet wird, um ein Gaskraftstoffverbrauchssignal zur Einspeisung in die Gasstart- und Drosselventile, oder ein Flüssigkraftstoffverbrauchssignal zur Einspeisung in das Öldrossel- oder Druckumgehungsventil, oder eine Kombination von Gas- und Flüssigkraftstoffverbrauchssignalen zur Einspeisung in die Gas- und Ölventile zusammen zu erzeugen.
• Die Steueranordnung 302 schützt im allgemeinen die Gasturbinenvorrichtung gegen Faktoren wie zu hohe Belastungswerte, zu hohe Drehzahlabweichungen während Lastübergängen, zu hohe Drehzahl beim Schließen des Generatorschalters, zu hoher Kraftstoffdurchsatz, der zu Überlast führen kann, zu geringer Kraftstoffdurchsatz, der in allen definierten Betriebsmodi zum Flammabriß in der Brennkammer führen kann, Verdichterpumpen und übermäßige Turbineneingangs-, Abgas- und Laufschaufelübertemperatur. Ferner erfüllt die Kontrollanordnung 302, die in dem Kontrollsystem 300 verwirklicht ist, alle in der NEMA-Veröffentlichung "Gas Turbine Governors", SM32-1960, gestellten Anforderungen bezüglich Systemstabilität, Lastübergangsreaktion und Einstellfähigkeit.
• Besprechen wir nun das Kontrollsystem 300, das in Fig. 11 detailliert in einem Blockschaltbild dargestellt wird. Es beinhaltet ein für allgemeine Zwecke dienendes Computersystem mit einem Zentralrechner 304 und zugeordneter Ein/Ausgabe- Schnittstellenvorrichtung.
• Im besonderen beinhaltet die Schnittstellenausrüstung des Computers 304 ein Kontaktschluß-Eingabesystem 306, das Kontakt- oder sonstige ähnliche Signale abtastet, die den Status verschiedener Kraftwerks- und Gerätzustände darstellen. Bei den Statuskontakten handelt es sich in der Regel um Quecksilberfilmrelais (nicht dargestellt), die durch Erregerkreise (nicht dargestellt) angetrieben werden und die vorgegebenen Zustände der verschiedenen Kraftwerksvorrichtungen erfassen können. Die Statuskontaktdaten werden beispielsweise für die Verriegelungslogikfunktionen in Steuer- und Ablaufprogrammen, Schutz- und Alarmsystemfunktionen und bei der programmierten Überwachung und Protokollierung eingesetzt.
• Auch Eingangsschnittstellen sind für den Computer 304 durch ein herkömmliches analoges Eingabesystem 328 vorgesehen, das analoge Signale aus dem Gasturbinenkraftwerk 100 in einer vorbestimmten Rate für jede analoge Kanaleingabe abtastet und die Signalmuster in digitale Werte zur Weiterverarbeitung im Rechner umwandelt. Ein herkömmlicher Drucker 330 ist ebenfalls enthalten und wird zu bestimmten Zwecken, wie beispielsweise Protokollausdrucke, eingesetzt, wie durch Bezugszahl 332 angegeben.
• Ausgangsschnittstellen für den Computer sind im allgemeinen durch ein herkömmliches Kontaktschluß-Ausgabesystem 326 vorgesehen. Analoge Ausgaben werden programmgesteuert durch das Kontaktschluß-Ausgabesystem 326 übertragen.
• Die zuvor in Verbindung mit Fig. 1 besprochene Kraftwerksbatterie 135 ist auch dargestellt, da sie die für den Betrieb des Computersystems, für das Steuersystem und sonstige Elemente im Kraftwerk 100 erforderliche Spannungsversorgung liefert. Das Aufladen der Batterie wird durch ein geeignetes Ladegerät 320 gewährleistet.
• Zum Kontaktschluß-Eingabesystem 326 sind Anschlüsse von verschiedenen Kontakten wie Turbine, Schutzrelais, Schaltanlage, Druckschalter und Meßschrank sowie Anlassermotor vorhanden. Zusätzlich sind bestimmte kundenspezifische Kontakte 327D und verschiedene Kontakte 327C, wie im Motorsteuerzentrum 134, mit dem Kontaktschluß-Eingabesystem 326 gekoppelt.
• In das analog/digitale (A/D) Eingabesystem 328 werden die Ausgänge aus verschiedenen Anlagenprozeß-Sensoren oder Detektoren eingespeist, von denen viele bereits kurz erläutert wurden. Verschiedene Analogsignale werden durch Sensoren erzeugt, die mit der Gasturbine 104 zur Eingabe in das Computersystem 334 verbunden sind, wo sie für verschiedene Zwecke verarbeitet werden. Die Turbinensensoren 329 A-K beinhalten mehrfache Laufschaufelweg-Thermoelemente, Scheibenhohlraum-Thermoelemente, Abgasleitungs-Thermoelemente, Lager- Thermoelemente, Verdichtereingang und -ausgang-Thermoelmente und, wie durch den markierten Block angezeigt, verschiedene Sensoren, Ölbehälter-Thermoelemente, Lageröl-Thermoelemente und Hauptkraftstoffeingang-Thermoelemente.
• Die Ausgangssignale eines Brennkammergehäuse-Drucksensors, eines Hauptdrehzahlsensors und eines Rückkopplungsdrehzahlsensors sind ebenfalls mit dem analogen Eingabesystem 328 gekoppelt. Ein Turbinenhalterungsmetall-Thermoelement ist in dem Mischblock 329 K enthalten.
• Mit dem Generator 102 und der Kraftwerksschaltanlage verbundene Sensoren 329 L-R sind ebenfalls mit dem Computer 334 gekoppelt. Die Generator-Temperatursensoren beinhalten Statorwiderstand-Temperaturdetektoren, ein Eintrittsluft- Thermoelement, ein Austrittsluft-Thermoelement und Lagerölrückführungs-Thermoelemente. Mit dem Generator 102 und der Gasturbine 104 verbundene Schwingungssensoren sind mit dem analogen Eingabesystem 328 über die Bedienerkonsole 120 verbunden, auf der die Rotationsschwingungen überwacht werden können. Wie in Fig. 11 dargestellt, erzeugen zusätzliche, im Schutzrelaisschrank untergebrachte Sensoren Signale, die die verschiedenen elektrischen Zustände von Bus, Leitungen, Generator und Erreger darstellen.
• Andere durch Kontaktschließausgänge betriebene Vorrichtungen sind u.a. Generatorfeldschalter und die Generator- und Netzschalter 136, 138 und 139. Die motorbetriebenen Generatorerregerfeld-Regelwiderstände 171 und 177 und verschiedene Vorrichtungen im Motorsteuerzentrum 134 sowie der Druckschalter- und Meßschrank 152 funktionieren ebenfalls in Reaktion auf die Kontaktschließausgänge. Der Drucker 330 wird direkt über einen besonderen Eingabe-/Ausgabekanal zum Zentralrechner 334 betrieben.
• Die Art und Weise, wie momentane Lastschwankungen auftreten, ist elektrischen Versorgungsnetzen gemeinsam. Wenn sie unter einem Bruchteil der maximalen Leistung der Turbine 104 drehzahl- oder frequenzgesteuert laufen, wird der Kraftstoffdurchsatz vom Drehzahlregler 303 gesteuert. Wie bereits angegeben, beinhaltet der Regler 303 ein PID-Regler 312 mit drei Eingängen, nämlich Drehzahlbezug, Drehzahl und Megawatt. Unter konstanten Bedingungen ist die algebraische Summe dieser Eingänge gleich Null. Wenn nun vom Stromnetz ein hoher Verbrauch angefordert wird, sinkt das Drehzahlsignal und bewirkt, daß die algebraische Summe ungleich Null wird. Der Regler 312 reagiert durch Erzeugen eines Signals, das durch den Niedrigwählschalter 316 ausgewählt wird und so den Kraftstoffdurchsatz steuert, indem es den Kraftstoffdurchsatz so schnell wie möglich erhöht. Die Erhöhung des Kraftstoffdurchsatzes führt zu einem Anstieg des Megawattsignals. Das Megawattsignal steigt, bis die algebraische Summe der Eingaben an den Regler 312 wieder Null beträgt.
• Der plötzliche Anstieg der Lastanforderung und somit des Kraftstoffdurchsatzes kann aufgrund des plötzlichen Lastübergangs die Turbinenteile der Turbine 104 irreparabel schädigen. Daher ist es wichtig, daß plötzliche Lastanforderungen von außerhalb begrenzt werden, um Schäden zu vermeiden. Eine solche Begrenzung wird durch den maximalen momentanen Lastaufnahmebegrenzer der vorliegenden Erfindung bewirkt.
• Der maximale momentane Lastaufnahmebegrenzer der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 13 dargestellt. Das durch den Lastaufnahmebegrenzer erzeugte Steuersignal wird während Lastübergängen eingesetzt, d.h. bei Anstieg oder Abfall der Lastanforderung zur Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Lastaufnahmebegrenzer in der Software des Zentralrechners 334 implementiert. Folglich wird das im Prozessor 334 erzeugte Steuersignal zur dualen Kraftstoffsteuerung 344 weitergeleitet.
• Wie in Fig. 13 dargestellt, wird ein Lastanforderungssignal, d.h. das im Verhältnis zur am Transformator 180 abgetasteten Spannung erzeugte und auf bekannte Weise zum Einsatz im Prozessor 334 verarbeitete Generator-Megawattsignal, direkt in den negativen, d.i. Rückkopplungseingang des PID-Reglers 400 eingegeben. Das Generator-Megawattsignal wird an ein Proportionalgerät 402 geleitet, das ein Sollwertsignal erzeugt. Das Sollwertsignal stellt die maximale Belastung dar, die die Verbrennungsturbine momentan auf einmal aufnehmen kann. Für die W501D5 der bevorzugten Ausführungsform beträgt diese Belastung 25% des ISO-Grundwerts oder annähernd 25 MW. Dieses Sollwertsignal wird an den Summierer 404 geleitet. Der Summierer 404 addiert das Sollwertsignal mit dem ursprünglichen Generator-Megawattsignal und leitet das Summensignal an den Hochlaufgenerator 406.
• Das zum Hochlaufgenerator 406 geleitete Summensignal stellt den maximalen Megawattwert dar, bis zu dem die Turbine augenblicklich hochfahren kann. Die Rampe 406 erzeugt ein Ausgangsbegrenzungssignal, das während eines Lastübergangs zwischen dem Lastanforderungssignal vor dem Lastübergang und dem Summensignal ansteigt. Dieser "wachsende" Anstiegswert wird auf den höchsten, für die Verbrennungsturbine zulässigen Wert festgesetzt, und beträgt in der bevorzugten Ausführungsform 5 Megawatt pro Minute. Nehmen wir beispielsweise an, daß das Lastanforderungssignal von 50 auf 75 Megawatt angestiegen ist. In dieser Situation steigt das Ausgangsbegrenzungssignal vom Hochlaufgenerator 406 in einer vorgewählten Weise von 50 auf 75 Megawatt.
• Aus den obigen Ausführungen wird verständlich, daß, wenn das Generator-Megawattsignal einen Anstieg der Lastaufnahme anzeigt, der Hochlaufgenerator 406 ein Signal erzeugt, das es ermöglicht, daß die Summe aus Generator-Megawattsignal und größtmöglichem Megawattwert langsam hochfährt. Wenn das Generator-Megawattsignal einen Lastabfall anzeigt, ist es nicht nötig, daß der Hochlaufgenerator 406 langsam nach unten fährt. In der bevorzugten Ausführungsform fährt der Hochlaufgenerator 406 schneller nach unten, wenn ein Lastabfall im Generator-Megawattsignal angezeigt wird, als wenn ein Lastanstieg angezeigt wird. Bei einigen Turbinen, wie z.B. der W501D5, kann die Lastabwurfrate augenblicklich sein.
• Der Ausgang des Hochlaufgenerators 406 wird an den positiven Eingang des PID-Reglers 400 gelegt. Wunschgemäß erzeugt der PID-Regler 400 ein Signal, das für den Unterschied zwischen dem Ausgang des Hochlaufgenerators 406 und dem ursprünglichen Generator-Megawattsignal, d.h. dem Lastanforderungssignal, repräsentativ ist. Dieser Ausgang wird an den Niedrigwählschalter 316 gelegt. Wir erinnern uns, daß der Niedrigwählschalter 316 das Kraftstoffanforderungssignal an eine duale Kraftstoffsteuerung weiterleitet, in der das Kraftstoffanforderungssignal verarbeitet wird, um entweder ein Gaskraftstoffanforderungssignal zur Einspeisung in die Gasstart- und Drosselventile, oder ein Flüssigkraftstoffanforderungssignal zur Einspeisung in das Öldrossel- und Druckumleitungsventil, oder eine Kombination aus Gas- und Flüssigkraftstoffanforderungssignal zur Einspeisung in die Gas- und Ölventile zu erzeugen.
• Wenn also eine Laständerung auftritt, die größer als das vom Proportionalgerät 402 erzeugte maximale Sollwertsignal ist, gestattet der Regler 400, daß die maximale Stufenlast auftritt und jede über der maximalen Stufenlast liegende Belastung mit der normalen Rate hochgefahren wird. Wenn andererseits ein plötzlicher Lastabfall im Generator-Megawattsignal entdeckt wird, begrenzt der PID-Regler 400 den Abfall nicht und läßt zu, daß der Kraftstoffdurchsatz gemäß der normalen Steuerung heruntergefahren wird.
• Hier erkennt man, daß der Ausgang des Summierers 404, der auch Sollwertgenerator genannt werden kann, während konstanter oder sich langsam verändernder Lastanforderungen viel höher ist, als das zum PID-Regler 400 geleitete Rückkopplungssignal, d.h. das Generator-Megawattsignal. So ist der PID-Regler hoch gesättigt und wird nicht niedrig gewählt. Wenn das Generator-Megawattsignal im Gegensatz dazu den Ausgang des Hochlaufgenerators 406 übersteigt, der auch als Grenzwertsignal bezeichnet werden kann, wird der PID-Regler 400 durch den Niedrigwählschalter 316 niedrig gewählt und steuert so das Kraftstoffventil 264. Im Falle eines Lastanstiegs steigt das Grenzwertsignal langsam an, so daß der PID-Regler 400 nicht länger niedrig gewählt bleibt. Unter diesen Umständen kehrt die Steuerung des Kraftstoffventils 264 zu den zuvor besprochenen Drehzahl oder Temperatursteuerungen zurück.
• Wie man ebenfalls erkennt, läßt die vorliegende Erfindung zu, daß das Steuersignal zum Kraftstoffventil durch das aktuelle Megawattsignal gesteuert wird anstatt durch ein proportionales Kraftstoffventilsignal, wodurch höhere Genauigkeit und bessere Wiederholbarkeit erzielt werden.
• Zwar wurde die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben und dargestellt, jedoch erkennt der Fachmann sofort, daß Modifikationen und Variationen ohne weiteres möglich sind, ohne von Umfang und Wesensart der Erfindung abzuweichen, wie sie hier vorstehend beschrieben und in den nachstehenden Ansprüchen beansprucht wird. ANGABE DER IN DEN ZEICHNUNGEN VERWENDETEN BEZUGSZAHLEN LEGENDE REF.-NR. FIGUR Bedienerkonsole Motorsteuerzentrum Batterie Generatorschalter Netzschalter Generatorfeldschalter Lager Temperaturfühler Generatorschwingungsmeßwandler Schwingungsfühler Hilfserreger-Anker Motorbetriebener Grundeinstell-Regelwiderstand Summierer Steuerschlußsteuerung Motorbetriebener Spannungs-Regelwiderstand Generatorerregerfeld-Regelwiderstand Fehlerdetektor Thyristorschalter Zündungssystem Anlassermotor & Steuerung Flammenfühler LEGENDE REF.-NR. FIGUR Gasstart IP Gasstartventil Gasdrossel IP Gasdrosselventil Drucksensor Ölumlenk IP Umlenk-Ölreglerventil Öldrossel IP Öldrosselventil Drehzahlbezug Anlaßhochfahrsteuerung LEGENDE REF.-NR. FIGUR Maximaler Augenblickslastbegrenzer Maximale Abgastemperatur Maximale MW-Steuerung MW-Sensor Schalter Generatorschaltersteuerung PID-Regler Drehzahlsensor Hochfahrdrehzahlsensor Duale Kraftstoffsteuerung Ladegerät Kontaktschluß-Eingabesystem Schutzrelaiskontakte Schaltgerätkontakte Verschiedene Kontakte Kundenspezifische Kontakte Druckschrankkontakte Anlassermotorkontakte Turbinenkontakte A/D Eingabesystem Brennkammerdrucksensor Laufschaufelweg-T-Fühler Abgasleitungs-T-Fühler Scheibenhohlraum-T-Sensor Turbinenlager-T-Sensor Verdichterluft-T-Sensor Generatorstator-T-Sensoren Generatorluftstrom-T-Sensoren Generatorlager-T-Sensor Verschiedene Sensoren Hilfsbus I, V, KW-Sensoren LEGENDE REF.-NR. FIGUR Erreger I, V-Sensoren Generator f, KW, VARS, I, V Sensoren Busspannungssensor Netzspannungssensor System f Sensor Drucker Log Zentralrechner Fernsteuerschaltafel Drehzahlsteuerung Instrumentenausgänge Kontaktschluß-Ausgabesystem Druckschalter Meßschrank & Vorrichtungen Duale Kraftstoffsteuerung Leitschaufel-Steuerung Führungsleitschaufel IP PID-Regler Bezug Summierer Hochlauf

Claims (12)

1. Eine Vorrichtung zur Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes in einer Verbrennungsturbine (104), in der ein Lastsignal ausgegeben wird, das für die Belastung der Verbrennungsturbine repräsentativ ist, und in der eine Vorrichtung (251, 258, 266, 272) zum Steuern des Kraftstoffdurchsatzes in der Verbrennungsturbine (104) in Reaktion auf das Steuersignal vorgesehen ist, gekennzeichnet durch

einen Regler (400) zur Erzeugung eines Steuersignals, das für den Unterschied zwischen dem Lastsignal und einem Grenzsignal repräsentative ist, und um das Steuersignal zu der Vorrichtung (251, 258, 266, 272) zu schicken; und

einen Begrenzer (402, 404, 406) zur Erzeugung des Grenzsignals, so daß das Grenzsignal repräsentativ für die Summe aus dem Lastsignal und einem maximalen, augenblicklichen Lastwert ist, wobei der Begrenzer (402, 404, 406) das Grenzsignal über die Zeit von einem ersten Wert bis zu dieser Summe variiert.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Regler (400) einen proportionalen, integrierten Differentialregler beinhaltet.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in der der Begrenzer (402, 404, 406) gekennzeichnet ist durch ein Referenzglied (402) zur Erzeugung eines Referenzsignals, das repräsentativ für den maximalen, augenblicklichen Lastwert ist, ein Summiermittel (404) zum Summieren des Lastsignals und des Referenzsignals zu einem Summensignal und ein Hochlaufglied (406) zur Erzeugung eines hochlaufenden Ausgangssignals, das sich während eines Lastübergangs zwischen dem Lastsignal vor dem Übergang und dem Summensignal verändert.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3, in der die Verbrennungsturbine (104) zum Antrieb eines Generators (102) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastsignal repräsentativ für die Ausgangsleistung des Generators (102) ist und das Referenzsignal repräsentativ für eine vorgewählte, maximale, augenblickliche Veränderung der Ausgangsleistungsanforderungen an den Generator ist.

5. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4, in der das vorgewählte Maximum 25% der Lastanforderung beträgt.

6. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (402, 404, 406) das Grenzsignal mit unterschiedlicher Geschwindigkeit variieren kann, in Abhängigkeit davon, ob die Last während eines Lastüberganges ansteigt oder abfällt.

7. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (402, 404, 406) während ansteigender Last mit geringerer Geschwindigkeit an des Grenzsignal angepaßt wird als während abfallender Last.

8. Ein Verfahren zur Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes in einer Verbrennungsturbine (104), in der ein Lastsignal ausgegeben wird, das repräsentativ für die Belastung der Verbrennungsturbine (104) ist und wobei die Verbrennungsturbine (104) eine Kraftstoffdurchsatz-Vorrichtung (251, 258, 266, 272) zum Regeln des Kraftstoffdurchsatzes in der Verbrennungsturbine (104) in Reaktion auf ein Steuersignal beinhaltet, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

Erzeugung eines Steuersignals durch Subtraktion dieses Lastsignals von einem Grenzsignal und Leitung dieses Steuersignals an die Kraftstoffdurchsatz-Steuervorrichtung (251, 258, 266, 272);

Erzeugung des Grenzsignals durch Summieren des Lastsignals und eines maximalen augenblicklichen Lastwerts; und

Variieren des Grenzsignals über die Zeit von einem ersten Wert bis zur Summe vor der Subtraktion des Lastsignals.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung des Steuersignals durch ein proportionales integriertes Differentialregelverfahren erreicht wird.

10. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Erzeugung dieses Grenzsignals die Erzeugung eines Referenzsignals, das für den maximalen augenblicklichen Lastwert repräsentativ ist, und die Summierung von Lastsignal und Referenzsignal zu einem Summensignal beinhaltet.

11. Ein Verfahren gemäß Anspruch 10, worin der Schritt des Variierens des Summensignals gekennzeichnet ist durch die Erzeugung eines hochlaufenden Ausgangsleistungssignals, das sich während eines Lastübergangs zwischen dem Lastsignal vor dem Übergang und dem Summensignal verändert.

12. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Variierens des Summensignals mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausgeführt wird, in Abhängigkeit davon, ob die Last während eines Lastübergangs ansteigt oder abfällt.