RU2416730C1

RU2416730C1 - Method of control over gas turbine electric power station

Info

Publication number: RU2416730C1
Application number: RU2009139524/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Бурдин (RU); Валерий Владимирович Бурдин; Виктор Александрович Гладких (RU); Виктор Александрович Гладких; Роальд Симонович Динабург (RU); Роальд Симонович Динабург
Original assignee: Закрытое акционерное общество научно-производственная фирма ЗАО НПФ "ГАЗ-система-сервис"
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-04-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention my be used in gas turbine engine ACS electronic circuitry. Said gas turbine engines have free turbine and are operated integrated with gas turbine units to drive electric generators of gas turbine electric power stations. Novelty of proposed invention consists in that free turbine rpm setting is additionally increased unless frequency of voltage generated by electric generator increases supply circuit voltage by magnitude that exceeds self-synchroniser frequency tolerance before synchronising electric generator with unlimited-power supply circuit and before cutting in electric generator to parallel operation.

EFFECT: higher efficiency of electric power station thanks to higher quality of ACS operation.

Description

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).The invention relates to the field of gas turbine engine building and can be used in electronic automatic control systems (ACS) for gas turbine engines (GTE) with a free turbine used in gas turbine units (GTU) for driving electric generators (EG) of gas turbine power plants (GTES).

Известен способ ручного управления ГТЭС (Константинов В.Н. Системы судовых электроэнергетических систем, Л.: Судостроение, 1972 г.).There is a method of manual control of GTES (Konstantinov V.N. Systems of ship electric power systems, L .: Shipbuilding, 1972).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТЭС, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ, ЭГ включают после выхода ГТУ на режим холостого хода (Техническое задание «Система автоматического управления, регулирования, защиты, контроля и диагностики (САУ ГТУ) газотурбинной установки ГТУ-6/8РМ» 8Т1.000.014 ТЗ, ОАО «НПО «Сатурн», г.Рыбинск, 2001 г.).Closest to the present invention, the technical essence is the method of controlling a gas turbine power plant, which consists in measuring the speed of a free turbine, comparing the set and measured values of the speed of a free turbine, depending on the mismatch between the set and measured values of the speed of a free turbine, controlling fuel consumption in the combustion chamber of the gas turbine, gas turbine, include after the gas turbine goes to idle (Terms of Reference "System of automatic control, regulation, protection, trol and diagnosis (ACS GTU) GTU-6 / 8RM "8T1.000.014 TK, JSC" NPO "Saturn", Rybinsk, 2001).

Недостаток известного способа управления ГТЭС заключается в том, что он не исключает возможности перехода ЭГ в двигательный режим, при котором произойдет отключение ЭГ от сети защитой от обратной мощности.A disadvantage of the known method of controlling a gas turbine power plant is that it does not exclude the possibility of transition of the EG to the motor mode, in which the EG is disconnected from the network by protection against reverse power.

Так, например, на ГТЭС-2,5 производства ОАО «Сатурн-ГТ», г.Рыбинск при разности частот в пределах ±0,2 Гц автосинхронизатор выдает команду на включение ГТЭС в сеть. В этот момент вектор ЭДС ЭГ может оказаться как опережающим, так и отстающим относительно вектора сети, независимо от того, чья частота выше. Однако результат включения ЭГ в сеть зависит от того, чья частота выше. С момента включения ЭГ в сеть начнется процесс самосинхронизации ЭГ с сетью, который будет продолжаться в течение всей параллельной работы (благодаря ему и обеспечивается устойчивость параллельной работы). Сеть будет тормозить ротор ЭГ, если вектор его ЭДС окажется впереди, и разгонять ЭГ, если вектор ЭДС ЭГ окажется сзади. В этом случае генератор перейдет в двигательный режим, что приведет к его отключению от сети защитой от обратной мощности и, как следствие, аварийному останову ГТЭС.So, for example, at GTES-2.5 manufactured by Saturn-GT OJSC, Rybinsk, with a frequency difference within ± 0.2 Hz, the auto-synchronizer gives a command to turn on the GTES in the network. At this moment, the EG EMF vector may turn out to be both leading and lagging relative to the network vector, regardless of whose frequency is higher. However, the result of connecting the EG to the network depends on whose frequency is higher. From the moment the EG is connected to the network, the process of self-synchronization of the EG with the network will begin, which will continue throughout the parallel operation (thanks to which the stability of parallel operation is ensured). The network will slow down the EG rotor if its EMF vector is ahead, and accelerate the EG if the EG EMF vector is behind. In this case, the generator will go into motor mode, which will lead to its disconnection from the mains by protection against reverse power and, as a consequence, emergency shutdown of the gas turbine power station.

Это снижает надежность работы ГТЭС.This reduces the reliability of the GTES.

Целью изобретения является повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества управления ГТУ, обеспечивающего исключение возможности перехода ЭГ в двигательный режим при подключении ГТЭС к внешней энергосистеме.The aim of the invention is to increase the reliability of gas turbine power plants by improving the quality of control of gas turbines, which eliminates the possibility of the transition of the EG to the motor mode when the gas turbine is connected to an external power system.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления газотурбинной электростанцией, заключающемся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ, ЭГ включают после выхода ГТУ на режим холостого хода, дополнительно до выполнения синхронизации ЭГ с сетью неограниченной мощности до включения ЭГ на параллельную работу увеличивают уставку частоты вращения свободной турбины до тех пор, пока частота напряжения, генерируемого ЭГ, не станет выше частоты напряжения сети на величину, превышающую допуск по частоте автосинхронизатора.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling a gas turbine power plant, which consists in measuring the rotational speed of a free turbine, comparing the set and measured values of the rotational speed of a free turbine, depending on the mismatch between the set and measured values of the rotational speed of a free turbine, control the fuel consumption in GTU, EG combustion chamber is turned on after the gas turbine enters idle mode, additionally, before synchronizing the EG with an unlimited power network, it is turned on EG for parallel operation increases the speed setting of the free turbine until the frequency of the voltage generated by the EG is higher than the network voltage frequency by an amount exceeding the frequency tolerance of the auto-synchronizer.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующая заявляемый способ.The drawing shows a structural diagram of a device that implements the inventive method.

Устройство содержит регулятор 1 частоты (п ст) вращения свободной турбины и датчик 2 п ст, подключенные к первому и второму входам первого сумматора 3, выход сумматора 3 через электрогидропреобразователь (ЭГП) 4 подключен к дозатору 5 топлива, датчик 6 измерения частоты напряжения сети, подключенный ко второму сумматору 7, ко второму входу сумматора 7 подключен датчик 2, а выход сумматора 7 подключен к анализатору 8, выход анализатора 8 подключен к регулятору 1.The device comprises a speed controller 1 (p st) of rotation of a free turbine and a sensor 2 p st connected to the first and second inputs of the first adder 3, the output of the adder 3 through an electrohydroconverter (EHP) 4 is connected to a fuel dispenser 5, a sensor 6 for measuring the network voltage frequency, connected to the second adder 7, the sensor 2 is connected to the second input of the adder 7, and the output of the adder 7 is connected to the analyzer 8, the output of the analyzer 8 is connected to the controller 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В зависимости от полученного в сумматоре 3 рассогласования между заданным регулятором 1 и измеренным датчиком 2 значениями частоты вращения свободной турбины с помощью ЭГП 4 и дозатора 5 обеспечивается требуемое изменение расхода топлива в камеру сгорания. Одновременно датчик 6 определяет частоту напряжения сети, которая в сумматоре 7 сравнивается с частотой свободной турбины (частотой напряжения, генерируемого ЭГ, т.к. в ГТЭС вал свободной турбины и ротор ЭГ связаны жестко), измеренной с помощью датчика 2. Полученная в сумматоре 7 разница поступает в синхронизатор 8.Depending on the discrepancy obtained in the adder 3 between the predetermined controller 1 and the measured sensor 2, the values of the rotational speed of the free turbine using the EGP 4 and the dispenser 5 provide the required change in the fuel consumption in the combustion chamber. At the same time, the sensor 6 determines the frequency of the mains voltage, which in the adder 7 is compared with the frequency of the free turbine (the frequency of the voltage generated by the EG, since in the GTES the shaft of the free turbine and the EG rotor are rigidly connected), measured using the sensor 2. Obtained in the adder 7 the difference goes to synchronizer 8.

При включении ГТЭС в сеть неограниченной мощности в анализатор 8 поступает внешняя команда (от оператора ГТЭС или АСУ ТП) «Включение в сеть». По этой команде анализатор 8 выдает сигнал на включение ЭГ. Одновременно с этим анализатор 8 формирует управляющую команду в регулятор 1, который увеличивает уставку частоты вращения свободной турбины. Управляющая команда из анализатора 8 в регулятор 1 подается до тех пор, пока частота напряжения, генерируемого ЭГ, не станет выше частоты напряжения сети на величину, превышающую допуск по частоте автосинхронизатора.When a gas turbine power station is connected to an unlimited power network, an external command (from a gas turbine power station operator or an automated process control system) “Network connection” is sent to analyzer 8. By this command, the analyzer 8 gives a signal to turn on the EG. At the same time, the analyzer 8 generates a control command in the controller 1, which increases the speed setting of the free turbine. A control command from the analyzer 8 to the regulator 1 is supplied until the frequency of the voltage generated by the EG is higher than the frequency of the mains voltage by an amount exceeding the frequency tolerance of the auto-synchronizer.

Таким образом, за счет повышения качества управления ГТУ исключается возможность перехода ЭГ в двигательный режим, его отключение от сети защитой от обратной мощности и, как следствие, аварийного останова ГТЭС. Это повышает надежность работы ГТЭС.Thus, by improving the quality of GTU control, the possibility of the EG switching to the motor mode, its disconnection from the network by protection from reverse power and, as a consequence, emergency shutdown of the GTES is excluded. This increases the reliability of the GTES.

Claims

The method of controlling a gas turbine power plant (GTES), which consists in measuring the speed of a free turbine, comparing the set and measured values of the speed of a free turbine, depending on the mismatch between the set and measured values of the speed of a free turbine, controlling the fuel consumption in the combustion chamber of a gas turbine installation (GTU), an electric generator (EG) is turned on after the GTU reaches idle mode, characterized in that, in addition to synchronizing the EG with the network Before the EG is switched on for parallel operation, the set frequency of the rotation of the free turbine is increased until the frequency of the voltage generated by the EG is higher than the mains frequency by an amount exceeding the frequency synchronizer tolerance.