用于控制用于发电的燃气轮机设备的控制方法和设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供用于控制燃气轮机设备(1)的控制方法和设备,燃气轮机设备至少具有燃气轮机(5)、燃烧室(4)和压缩机(3);所述方法包括步骤:?设置用于设备(1)的各个运行参数的复数个参考值;?检测激活条件;?如果激活条件被检测到,则激活一个或多个参考值的修正;其中,检测激活条件的步骤包括:?检测指示电能的参数的第一值(IGVPOS(T1))大于在第一瞬时(t1)的第一阈值;?检测指示电能的参数的第二值(IGVPOS(T2))低于在第二瞬时(t2)的第二阈值,其中第二瞬时包括在领先于第一瞬时(t1)的时间窗口内。
【专利说明】
用于控制用于发电的燃气轮机设备的控制方法和设备
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于控制用于发电的燃气轮机设备的控制方法和设备。
【背景技术】
[0002]在近年,能源市场的变化需求已经影响发电设备的经营者永远确保电能的高峰输送。
[0003]已知控制设备因此被配置为保证所有时间最大电能输送,同时保证在最大能量输送期间设备的可靠性。
[0004]然而,已知的方案导致在固定运行期间设备性能退化,在固定运行期间内,电能高峰是不必要的。
[0005]事实上,为了保证甚至在暂态期间的设备可靠性,其中在暂态期间电能输出上需要显著的增加,受控变量的参考值被强力的限制。在暂态期间这样的限制是必要的,其中在暂态期间需要增加输送的能源以防止损坏系统,但是在设备的固定运行期间它是额外的。在设备的固定运行期间,这使系统效率承受很大程度的减小。
[0006]大体上,为了处理特别的市场需求,已知的控制设备在固定运行期间会牺牲设备的效率。
【发明内容】
[0007]因此,本发明的一个目标是提供一种控制方法,其免于在此涉及的现有技术的缺点;特别地,本发明的一个目标是提供一种控制燃气轮机设备的控制方法,其能满足市场的能量需求,并且同时,相较于已知的方案以简单和效能成本合算的方式增加设备效率。
[0008]根据这样的目标,根据权利要求1本发明涉及一种用于控制用于发电的燃气轮机设备的控制方法.
[0009]本发明的进一步目标是提供一种用于控制燃气轮机电的、能保证设备灵活性以足够适应市场要求,并且同时,能保证相较于现有技术的解决方案提高设备效率的控制设备。
[0010]根据这样的目标,根据权利要求13本发明涉及一种用于控制用于发电的燃气轮机设备的控制方法和设备。
【附图说明】
[0011]本发明的进一步特征和优点会从下面的纯粹通过示例方式给出的示例性非限制【具体实施方式】和参照附图的描述中变得明显,其中:
[0012]-图1是包括根据本发明的控制设备的用于发电的燃气轮机设备的示意图;
[0013]-图2是根据本发明的控制设备的示意框图;
[0014]-图3是图2中的控制设备的第一细节示意框图;
[0015]-图4是图2中的控制设备的第二细节示意框图;
[0016]-图5是图2中的控制设备的第三细节示意框图;
[0017]-图6是图2中的控制设备的第四细节示意框图;
【具体实施方式】
[0018]在图1中,附图标记I表示用于发电的燃气轮机设备,包括压缩机3,燃烧室4、燃气涡轮5和发电机7,其转换由涡轮5供应的机械能为电能以将其供应到通过开关9连接到发电机7的电网8。
[0019]设备I进一步设有数据监测单元11和控制设备12,数据监测单元11被配置为监测复数个设备I的参数。
[0020]—个没有示出的变体提供设备I以形成组合循环类型,并且除包括燃气涡轮5和发电机7外,还包括蒸汽涡轮。
[0021]燃气涡轮5沿着纵轴线A延伸并且设有轴13(也是沿着轴A延伸),压缩机3和发电机7也被连接到轴13上。
[0022]压缩机3优选地是多级轴向压缩机。特别地,压缩机3沿轴A延伸并且包括空气进口14(通常所谓“空气入口”),和具有可变几何形状的进口级15。进口级15包括复数个进口导叶16(在图1示意性地示出),通常称为IGV(进口导叶),它的倾斜可以被改变以调整通过压缩机3自身吸入的空气流体率。
[0023]特别地,进口导叶16的端部分别被耦合到内环和外环(为了简化在附图中未示出),所述内环和外环以轴A为中心。进口导叶16被布置成彼此等间距。
[0024]复数个进口导叶16的倾斜通过调节器17被调节,所述调节器通过UIGV控制信号被控制单元12控制。所述调节器17优选地是液压制动器,其被提供有工作流体并且被连接到复数个进口导叶16上以在最小关闭位置和最大开启位置之间的复数个位置上移动它们,其中在最小关闭位置进口导叶16被定向以使进入压缩机3的空气流体最小,并且在最大开启位置进口导叶16被定向以使进入压缩机3的空气流体最大。
[0025]燃烧室4优选地是环形燃烧室并且大体上是螺旋管形。
[0026]燃烧室4进一步设有燃料供给回路20,其包括至少一个引燃供应线21和主动力线22,其每一个依次馈送到各自的燃烧室4的主岐管,之后被连接到复数个燃烧器(也为了简化未示出)为了简化在附图中未示出)。
[0027]引燃供给线21设有引燃调节阀23,其通过控制单元12用信号UPILOT被控制,如后面可见详细描述。
[0028]主供应线22设有主调节阀24,其通过控制单元12被控制。
[0029]数据监测单元11包括复数个配置为检测要被供给到控制设备12的涉及设备I的复数个参数10的传感器(为了简化在附图中未示出);特别地,数据检测单元11检测至少下面的参数:
[0030]-压缩机3的进口导叶16的位置IGVPOS;
[0031]-如果设备I是组合循环和单轴类型,则通过燃气轮机或通过整个设备I供给的能量 PEL;
[0032]-燃气轮机5的排出气体的温度TETC。
[0033]数据检测单元11还可以包括能检测要供给到控制设备12的附加参数的传感器,附加参数例如燃料的热值、供给燃料的成分、燃料温度、压缩机3的进口温度和压力、环境条件(温度和大气压力,相对湿度)、输出能量的变化梯度、输出能量的变化方向(能量的增加或减小)等等。
[0034]参照附图2,控制单元12包括用于计算参考值的模块25、设备控制模块26和修正组28,其中模块25配置为计算设备I的一些控制参数的参考值,设备控制模块26配置为基于由数据检测单元11获得的设备参数值和基于输入参数值来调节设备I的操作,并且修正组28配置为在发生瞬时激活条件正通过模块25计算得到的参考值。
[0035]参照图3,修正组28包括激活模块30、第一修正模块31、第二修正模块32和第三修正模块33。
[0036]需要明白的是修正模块的数量可能会根据随着瞬时激活条件的检测而采取的修正操作而变化。
[0037]激活模块30被配置为计算指示瞬时激活条件的激活信号UATT。
[0038]特别地,所生成的信号UATT是具有值O和值I的二值信号,如果激活条件未被满足则具有值O,并且如果激活条件被满足则具有值I。
[0039]特别地,当下面两个条件都被满足时,激活模块30被配置为产生等于I的激活信号UATT:
[0040].指示电能的参数的第一值(IGVPOS(tl))低于在第一瞬时(tl)的第一阈值;
[0041].指示电能的参数的第二值(IGVP0S(t2))高于在包括跟着第一瞬时值(tl)的时间窗口的第二瞬时(t2)的第二阈值。
[0042]其中所述时间窗口具有默认宽度,优选地在15至30分钟之间。
[0043]如果上述限定的两个条件不符合,则所产生的激活信号UATT会等于0.
[0044]在所述和在此示出的非限制例子中,电能的指示值是进口导叶16的位置IGVP0S。通常,进口导叶16的位置IGVPOS是相对于最大开启位置的百分比项。如果进口导叶是在最小关闭位置,则检测的位置IGVPOS等于0%;如果进口导叶在最大开启位置,则检测的IGVPOS位置等于100 %。
[0045]如果在第一瞬时IGVPOS(tl)被检测的进口导叶16的位置小于第一阈值并且如果在预定义的时间窗口内的至少一个第二瞬时IGVPOS(t2)内进口导叶16的位置高于第二阈值,则激活模块30因此被配置为产生等于I的激活信号UATT。
[0046]在此描述和显示的非限制例子中,所述第一阈值等于30%并且表示接近最小输出负荷,同时第二阈值等于75%并且表示接近最大输出负荷。
[0047]因此,如果进口导叶16的位置IGVPQS高于开启的75%,例如如果在先前的25分钟内相同的位置IGVPOS被记录为低于30%,则激活条件被检测。
[0048]用于激活模块的第一变量被配置为还考虑电能PEL的曲线。在这种情况下,当上述的两个激活条件满足并且电能正在增加时,激活模块被配置为产生等于I的激活信号UATT。
[0049]如果电能在下降,激活模块与进口导叶的位置无关地产生等于O的信号。
[0050]用于提供指示电能的值的第二变量是被检测的电能PEL的值。
[0051 ]用于提供指示电能的值的第三变量是归一化(normal i z ed)的电能PNORM的值。其中,对于已被检测的归一化电能值,我们意味着被检测的当前电能PEL和设备I最大输出电能PMAX之间的比值(PNORM=PEL/PMAX)。
[0052]激活信号UATT被传递到第一修正模块31,第二修正模块32和第三修正模块33。
[0053]因此,第一修正模块31,第二修正模块32和第三修正模块33选择性地被预先激活。
[0054]在这种情况下,不同的配置可以被实施。例如,对于某些类型的设备,仅仅激活三个之中的一个修正模块可能就已经足够;同时,对于其它类型设备,三个之中的至少两个修正模块或甚至所有修正模块可能都需要被激活。
[0055]因此,每个修正模块31、32、33接收各自的输入配置信号CONFIG 1C0NFIG2C0NFIG3,如果各修正模块31、32、33被激活则各自的配置信号等于1,或如果各修正模块31、32、33是非激活各自的配置信号等于O。
[0056]详细地,第一修正模块31被配置为:对于设备I的两个运行条件,改变通过计算模块25计算出的燃气轮机排气温度TETCref STD的参考值;
[0057]最大负荷条件(也称为“基础负荷”),其中由设备I供给的电能是最大输出;
[0058]部分负荷条件,其中由设备I供给的电能在最大输出负荷(基础负荷)和最小输出负荷(技术最小)之间。
[0059]参照图4,第一修正模块31配置为如果激活信号UATT和配置信号⑶NFIGl等于I则计算在最大负荷下的排气温度的新的参考值TETCsetNEWBL和在部分负荷下排气温度的新的参考值 TETCsetNEWpL ο
[0060]在最大负荷下的排气温度的新的参考值TETCsetNEWBL是基本地通过从由计算模块25计算出的排气温度的参考值TETCrefSTD减去第一限定值Vbl计算的。第一限定值Vbl根据设备I的特性而预先设定。
[0061 ]在部分负荷下排气温度的新的参考值TETCsetNEWPL基本地通过从由计算模块25计算的排气温度参考值TETCref STD减去第二值VPLf (IGVPOS)计算。该值VPLf (IGVPOS)作为进口导叶16的当前位置IGVPOS的函数被计算。另外,第二值VPLf(IGVP0S)是以这样的方式计算的:当进口导叶16的位置IGVPOS关闭到100 %时,在部分负荷的排气温度的新的参考值TETCsetNEWPL比在最大负荷的排气温度的新的参考值TETCsetNEWBL低至少一个等级(TETCsetNEWpL<TETCsetNEWBL-l)。
[0062]参照如图4所示的示例性图,激活信号UATT和配置信号C0NFIG1被供给到“与(AND)”类型逻辑门34,其控制开关35。如果逻辑门34的输出等于0,则开关35提供等于O的输出值,并且如果逻辑门输出34等于I,则提供等于VBL的值。
[0063]开关35被连接到减法器节点36,减法器节点36配置成通过从排气温度的归一值TETCrefSTD减去开关35的输出值来计算在最大负荷下的排气温度的新的参考值TETCsetNEWBL。
[0064]在部分负荷下的排气温度的新的参考值TETCsetNEWPL基本地通过从由计算模块25计算的排气温度参考值TETCrefSTD减去由模块38计算的第二值VPLf (IGVPOS)(由减法器节点37)来计算。模块38配置为计算作为入口导叶16的当前位置IGVPOS的函数的第二值VPLf(IGVPOS)。另外,模块38配置为以这样的方式计算第二值VPLf (IGVPOS):即当进口导叶16的位置IGVPOS是关闭到100%时,在部分负荷的排气温度的新的参考值TETCsetNEWPL是比在最大负荷的排气温度参考值TETCsetNEWBL低至少一个等级(TETCsetNEWpL<TETCsetNEWBL-l)。
[0065]参照图3,第二修正模块32被配置为修正由计算模块25计算出的引燃流率参考值QPrefSTD。特别地,第二修正模块32被配置为计算作为引燃流率参考值QPrefSTD和在压缩机3的进口导叶16的当前位置IGVPOS的基础上计算的修正值CORR的和的引燃流率的新的参考值QPrefNEW。参照图5示出的示例性图,激活信号UATT和配置信号⑶NFIG2被供给到“与(AND)”类型逻辑门43,其控制开关45。如果逻辑门43的输出值等于O则开关45供给等于O的输出值,并且如果逻辑门输出43等于I则开关45供给修正值CORR。
[ΟΟ??]修正值CORR通过计算模块46被计算。计算模块46被配置成基于进口导叶16的当前位置IGVPOS提供修正值CORR。
[0067]开关45被连接到加法器节点47,加法器节点47被配置为通过向引燃流率的参考值QPrefSTD加上开关55的输出值而计算引燃流率的新的参考值QPrefNEW。
[0068]以这种方式,被提供向燃烧室4的引燃气流率在存在更高负荷需求的瞬时周期内被增加。
[0069]参照图3,第三修正模块33被配置为修正通过计算模块25计算的电能梯度的参考值GRADrefSTD。
[0070]特别地,第三修正模块33被配置为计算电能梯度的新的参考值GRADrefNEW,其相较于基于检测的归一化电能值PNORM的归一化电能梯度的参考值GRADrefSTD是减少的。[0071 ]其中,对于已检测的归一化电能值PNORM,我们意思是检测的当前电能值PEL和设备I的最大输出电能值PMAX之间的比值(PNORM=PEL/PMAX)。
[0072]参照图6所示的示例性图,激活信号UATT和配置信号⑶NFIG3被供给到“与(AND)”类型逻辑门53,其控制开关55。如果逻辑门53的输出等于O则开关55提供等于梯度参考值GRADrefSTD的输出值,并且如果逻辑门53的输出等于I则开关55提供等于新的梯度参考值GRADrefNEW0
[0073]新的梯度参考值GRADrefNEW通过在梯度参考值GRADrefSTD上乘以在O和I之间的修正因子FCORR而获得。
[0074]修正因子FCORR基于检测的归一化电能值PNORM由计算模块56被计算。
[0075]大体地,第一修正模块31的修正动作确定在部分负荷和在最大负荷下两者的排气温度参考值TETCref STD的减小,对燃烧稳定性具有显著的好处。
[0076]第二修正模块32做出对引燃流率的参考值QPrefSTD的修正,该修正处理在要求能量的瞬时期间的设备I的性能差异。
[0077]第三修正模块33减少在电量增加的瞬时期间的电负荷的增加的梯度达到50%以上,因此,减小了燃烧稳定性上和连续性转子-定子差动膨胀上的过快增加的影响。
[0078]修正模块31、32和33被逐步检测。换句话说,各种参数的参考值以逐步的形式被返回到初始值以防止设备I的不平衡。
[0079]有利地,在要求宽幅能量变化的瞬时期间,由第一修正模块31、第二模块32和第三模块33制造的修正动作敏锐地修正受控参数的参考值以保证设备I的可靠性。以这样的方式,在设备I的固定运行期间,可能防止设定太有限的参考值作为预防。
[0080]总之,感谢本发明有可能保证设备I的运行可以满足由市场描述的弹性需求而不用其性能作为代价。在电能存在宽幅变化的瞬时期间,受控参数的参考值实际上被重新计算作为预防,并且在电能需求的异常条件的结束时被恢复为原始值。
[0081]最后,清楚的是在此描述的设备和方法可以被修改和变化而不脱离附加的权利要求的范围。
【主权项】
1.一种用于控制燃气轮机设备(I)的控制方法,所述燃气轮机设备(I)至少具有燃气轮机(5)、燃烧室(4)和压缩机(3);所述方法包括步骤: -设置用于设备(I)各个运行参数的复数个参考值; -检测激活条件; -如果激活条件被检测到,则激活一个或多个参考值的修正; 其中,检测激活条件的步骤包括: -检测指示电能的参数的第一值(IGVPOS (Tl))小于在第一瞬时(11)的第一阈值; -检测指示电能的参数的第二值(IGVPOS(T2))大于在第二瞬时(t2)的第二阈值,其中第二瞬时被包括在跟随第一瞬时(tl)的时间窗口内。2.根据权利要求1所述的方法,包括步骤: 如果激活条件未检测到,则不激活一个或多个参数值的修正。3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述时间窗口具有被包括在15和30分钟之间的长度。4.根据前述权利要求任一项所述的方法,其中,指示电能的参数是压缩机(3)的进口导叶(16)的位置(IGVPOS)。5.根据前述权利要求任一项所述的方法,其中,设置复数个参数值的步骤包括设置燃气轮机的排气温度的参考值(TETCrefSTD)、引燃气流率参考值(QPrefSTD)、电能梯度参考值(GRADrefSTD)中的至少一个的步骤。6.根据权利要求5所述的方法,其中激活一个或多个参考值的修正的步骤包括:修正燃气轮机的排气温度的参考值(TETCrefSTD)、引燃气流率参考值(QPrefSTD)、电能梯度参考值(GRADrefSTD)中的至少一个的步骤。7.根据权利要求5或6所述的方法,其中激活一个或多个参考值的修正的步骤包括减少燃气轮机排气温度参考值(TETCrefSTD)的步骤。8.根据权利要求6所述的方法,其中减少燃气轮机排气温度参考值(TETCrefSTD)的步骤包括步骤: -计算在基础负荷下燃气轮机排气温度的新的参考值(TETCsetNEWBL),其比燃气轮机排气温度的参考值(TETCrefSTD)低;和 -计算在部分负荷下燃气轮机排气温度的新的参考值(TETCsetNEWPL),其比在基础负荷下燃气轮机排气温度的新的参考值(TETCsetNEWBL)要低。9.根据权利要求5-8任一项所述的方法,其中激活一个或多个参考值的修正的步骤包括向引燃气流率的参考值(QPr ef STD)应用修正(CORR)的步骤。10.根据权利要求9所述的方法,其中向引燃气流率的参考值(QPrefSTD)应用修正(CORR)的步骤包括向引燃气流率的参考值(QPrefSTD)增加一个在压缩机(3)的进口导叶(16)的位置(IGVPQS)的基础上计算出的修正值(CORR)。11.根据权利要求5-10的任一项所述的方法,其中激活一个或多个参考值的修正的步骤包括向电能梯度(GRADrefSTD)的参考值应用修正因子(FCORR)的步骤。12.根据权利要求11所述的方法,其中所述修正因子(FC0RR)具有包括在基于归一化电能检测值(PN0RM)限定的O到I之间的值。13.—种用于控制燃气轮机设备(I)的控制设备,所述燃气轮机设备(I)具有至少一个燃气轮机(5)、燃烧室(4)和压缩机(3);所述设备包括: 计算模块(25),-配置成设置用于设备(I)的各个运行参数的复数个参考值; -激活模块(30 ),配置成检测激活条件; -至少一个第一修正模块(31,32,33),配置成如果激活条件被激活模块(30)检测到,则激活一个或多个参考值的修正; 其中激活模块(30)被配置成检测激活条件,当: -指示电能的参数的第一值(IGVPOS(tl))比在第一瞬时(tl)的第一阈值低;并且 -指示电能的参数的第二值(IGVP0S(t2))比在第二瞬时(t2)的第二阈值高,其中第二瞬时被包括在跟随第一瞬时(tl)的时间窗口内。14.根据权利要求13所述的设备,其中第一修正模块(31,32,33)被配置为如果激活条件没有被激活模块(30)检测到,则不激活一个或多个参考值的修正。15.根据权利要求13或14所述的设备,其中所述时间窗口具有包括在15至30分钟之间的长度。16.根据权利要求13-15任一项所述的设备,其中指示电能的参数是压缩机(3)的进口导叶(16)的位置(IGVPOS)。17.根据权利要求13-15任一项所述的设备,其中计算模块(25)被配置成设置燃气轮机的排气温度的参考值(TETCref STD)、引燃气流率参考值(QPref STD)和电能梯度参考值(GRADrefSTD)中的至少一个。18.根据权利要求17所述的设备,其中,第一修正模块(31,32,33)被配置成修正燃气轮机的排气温度的参考值(TETCrefSTD)、引燃气流率参考值(QPrefSTD)和电能梯度参考值(GRADrefSTD)中的至少一个。19.根据权利要求17或18所述的设备,其中第一修正模块(31)被配置成减少燃气轮机排气温度的参考值(TETCrefSTD)。20.根据权利要求19所述的设备,其中第一修正模块(31)被配置成: -计算在基础负荷下燃气轮机排气温度的新的参考值(TETCsetNEWBL),其比燃气轮机排气温度的参考值(TETCrefSTD)低;和 -计算在部分负荷下燃气轮机排气温度的新的参考值(TETCsetNEWPL),其比在基础负荷下燃气轮机排气温度的新的参考值(TETCsetNEWBL)低。21.根据权利要求17-20中任一项所述的设备,包括配置成向引燃气流率的参考值(QPrefSTD)应用修正(CORR)的第二修正模块(32)。22.根据权利要求21所述的设备,其中,第二修正模块(32)被配置为向引燃气流率的参考值(QPref STD)增加基于压缩机(3)的进口导叶(16)的位置(IGVPOS)计算出的修正值(CORR)023.根据权利要求17-22的任一项所述的设备,包括第三修正模块(32),其被配置为向电能梯度的参考值(GRADrefSTD)应用修正因子(FCORR)。24.根据权利要求23所述的设备,其中所述修正因子(FCORR)具有包括在基于归一化电能检测值(PN0RM)限定的O到I之间的值。
【文档编号】F23N5/18GK105899785SQ201480060117
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年10月31日
【发明人】保罗·柯司塔
【申请人】安萨尔多能源公司