一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法
【专利摘要】一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法，涉及并网发电用简单循环或联合循环燃气轮机与同步发电机机组的转速和功率控制。该方法以同步发电机有功功率为输入信号之一，并利用简单循环或联合循环时燃气轮机燃料行程基准与有功功率的映射关系，实现了前馈加反馈的有差转速控制。与传统方法相比，本发明能够兼顾稳态精度和敏捷性，能够提高燃气轮机-同步发电机机组对电网频率的跟随能力，避免和减小在电网频率变化时燃气轮机及同步发电机的转速和功率震荡，有助于改善电网的稳定性和供电品质。
【专利说明】一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及简单循环以及联合循环燃气轮机-同步发电机机组的有差转速控制。【背景技术】
[0002]并网发电用燃气轮机所拖动的负载是同步发电机。在简单循环燃气轮机-同步发电机机组中，燃气轮机将燃料中的化学能以一定效率转换为动能，拖动同步发电机；在联合循环燃气轮机-蒸汽轮机-同步发电机机组中，燃气轮机将燃料中的化学能转换为热能和动能，蒸汽轮机将燃气轮机输出的部分热能转换为机械能，共同拖动同步发电机；无论是在简单循环还是联合循环中，同步发电机都负责将机械能转化为电磁能，输送给电网。现代电网往往由很多同步发电机并联供电，电网中的所有同步发电机都工作在同一频率，而同步发电机的有差特性则是实现并网发电机同频率工作的关键。
[0003]一方面，同步发电机的有差特性是并网机组存在静态工作点的一个必要条件。多机并网发电的本质是相位保持。两台无差调节的同步发电机是无法并联同步发电的，因为无差调节下频率是定值，两台发电机频率的任何微小差异都会最终导致相位的混乱，而无法稳定地并联发电。
[0004]另一方面，同步发电机所呈现的有差特性也是整个电网动态稳定的一个必要条件。电网的负荷时时刻刻在变化，一个稳定的电网需要在负荷波动时仍然保持各并网机组的同步运行。并网同步发电机的有差特性实现了整个电网的负荷对频率的负反馈，是电网稳定的基础，而且并网机组的有差调节特性和参数决定了整个电网的稳定性，从而决定了供电品质。
[0005]现有的燃气轮机控制系统的有差转速控制，要么仅仅根据满负荷和空负荷时的标称燃料量来实现所需的有差调节不等率，比如GE公司的MARK VI ;要么仅仅使用反馈控制来达到所需的有差调节不等率，比如三菱、西门子等的燃气轮机控制系统。第一种方法的优点是结构简单，没有需要设计的参数，但缺点是难以实现高精度的不等率；第二种方法的优点是可以实现较高的调节精度或者实现较好的动态响应，但是缺点是静态工作点由积分环节提供，因此难以同时兼顾稳态精度和动态性能，控制器参数设计不容易。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是改进现有燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制的精度和动态特性。本发明同时使用前馈和反馈两个控制模块完成有差转速控制。在电网频率波动时，反馈控制首先起作用，调节机组的频率-功率动态关系；达到新的稳定状态后，前馈控制起主要作用，燃气轮机燃料行程基准主要由前馈控制给出，而反馈控制的作用是进一步提高此时燃料行程基准的精度。
[0007]为了实现上述技术目的，本发明的技术方案如下:
[0008]一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法，所述的燃气轮机-同步发电机机组为简单循环机组或者联合循环机组，其特征在于该方法包括以下步骤:[0009]I).利用安装于燃气轮机功率输出轴上的转速传感器，测量燃气轮机现行转速，并将其输出给前馈加反馈有差转速控制模块；
[0010]2).利用安装于发电机定子输出端的功率传感器，测量同步发电机现行有功功率，并将其输出给前馈加反馈有差转速控制模块；
[0011]3).利用安装于燃气轮机燃烧室燃料管路上的热值传感器，测量现行燃料低位热值，并将其输出给前馈加反馈有差转速控制模块；
[0012]4).前馈加反馈有差转速控制模块包含一个前馈控制模块和一个反馈控制模块；前馈控制模块根据燃气轮机现行转速和现行燃料低位热值，计算前馈燃料行程基准，计算方法为:
[0013]
【权利要求】
1.一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法，所述的燃气轮机-同步发电机机组为简单循环机组或者联合循环机组，其特征在于该方法包括以下步骤: 1).利用安装于燃气轮机功率输出轴上的转速传感器(5)，测量燃气轮机现行转速，并将其输出给前馈加反馈有差转速控制模块(I); 2).利用安装于发电机定子输出端的功率传感器(4)，测量同步发电机现行有功功率，并将其输出给前馈加反馈有差转速控制模块(I); 3).利用安装于燃气轮机燃烧室燃料管路上的热值传感器(6)，测量现行燃料低位热值，并将其输出给前馈加反馈有差转速控制模块(I); 4).前馈加反馈有差转速控制模块包含一个前馈控制模块(3)和一个反馈控制模块(2);前馈控制模块(3)根据燃气轮机现行转速和现行燃料低位热值，计算前馈燃料行程基准，计算方法为:
2.如权利要求1所述的一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法，其特征在于:对于步骤4)中的现行环境和工况下的热效率函数n(R，P，T，H，Ξ)，在简单循环时，Ξ=0，该函数表示的是，在一定有功功率、大气压力、大气温度、大气湿度时，燃气轮机的现行热效率；在联合循环时，该函数表示的是，在一定有功功率、大气压力、大气温度、大气湿度和余热锅炉-蒸汽轮机现行热效率时，燃气轮机-余热锅炉-蒸汽轮机联合循环的现行总热效率；在多台燃气轮机配单台余热锅炉-蒸汽轮机做联合循环时，该函数表示的是，在一定有功功率、大气压力、大气温度、大气湿度和余热锅炉-蒸汽轮机现行热效率时，本台燃气轮机及其所参与的部分余热锅炉-蒸汽轮机联合循环的现行热效率。
3.如权利要求1所述的一种燃气轮机-同步发电机机组有差转速控制方法，其特征在于:步骤4)中反馈控制模块(2)的PID控制器的模型为:
【文档编号】F02C9/00GK103511086SQ201310329373
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】徐伟科 申请人:北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司