燃氣發電機組調速控制系統設計及應用

李文樂

摘 要：文章主要針對燃氣發電機組展開介紹，先是圍繞燃氣發電機組的節能控制技術展開，然后指出了燃氣發電機組調速控制的優點和主要設計方案，希望可以將其廣泛應用于發電領域。

關鍵詞：燃氣發電機組；調速控制系統；設計；應用

1 前言

發電機組在電力行業發揮著十分重要的作用，燃氣發電機組的調速控制系統需要相關人員提高重視程度，在機組內部調速控制系統可以很好地推動其勻速工作，減少出現的問題，保證燃氣發電機組的正常運行。

2 燃氣發電機組

2.1 燃氣發電機組的含義

燃氣發電機組是適應世界環保要求和市場新環境而開發的新型發電機組。天然氣發電機組主要分為兩種，一種是聯合循環燃氣輪機，一種是燃氣內燃機。燃氣輪機功率比較大，主要用在大、中型電站，燃氣內燃機功率比較小，主要用在小型的分布式電站。它是取代燃油、燃煤機組的新型綠色環保動力[1]。

2.2 燃氣發電機組的簡介

燃氣發電機充分利用各種天然氣或有害氣體作為燃料，變廢為寶、運行安全方便，成本效益高，排放污染低，并適宜熱、電聯產等優點，市場前景十分廣闊。我國的天然氣資源十分豐富，相對于我國豐富的天然氣儲量，天然氣在我國一次能源消費中所占比例顯得太小，未來具有大幅提高的潛力。在我國，由于受到天然氣供應的影響，天然氣發電尚處于初始階段。真正大面積的天然氣發電作為分布能源站還要假以時日。小規模天然氣發電主要是在油田、氣田以及機場、酒店、醫院等。可以預計，隨著天然氣供應的愈加充足、供應范圍的不斷擴大，近幾年天然氣發電將會得到一個飛速的發展[2]。

2.3 燃氣發電機組的優點

燃氣發電機組具有輸出功率范圍廣，啟動和運行可靠高、發電質量好、重量輕、體積小、維護簡單、低頻噪聲小等優點。由于發電機組工作時只有旋轉運動，電調反應速度快，工作特別平穩，發電機輸出電壓和頻率的精度高，波動小，在突加空減50%和75%負載時，機組運行非常穩定，優于柴油發電機組的電氣性能指標。從冷態啟動成功后到滿負載的時間僅為30秒鐘，而國際規定柴油發電機啟動成功后3分鐘帶負載。燃氣輪發電機組可以任何環境溫度和氣候下保證啟動的成功率。由于燃汽輪機處于高速旋轉狀態，它的振動非常小，而且低頻噪聲優于柴油發電機組。瓦斯氣、桔梗氣、沼氣等燃料的發電機組不僅運行可靠，成本低，而且能變廢為寶，不會產生污染[3]。

2.4 燃氣發電機組的注意事項

燃氣發電機組機房應遠離明火區域；燃氣發電機組機房應寬敞、明亮且要求安裝換氣扇以保證良好的通風；燃氣發電機組安裝時底盤與地基應用平墊鐵找平。接觸面積應在60%以上，且分布均勻；室內安裝照明、開關、線路及其電器應采用防爆措施，且固定牢固；燃氣發電機組機房內應符合消防要求，配備滅火器等消防器械；燃氣發電機組機房內安裝可燃氣體報警裝置，可燃氣體泄露時能及時發現；60kw以下單臺燃氣發動機燃氣管路的外部主要管道內徑應不小于2吋，靠近發動機的部分內徑應不小于1吋。60kw以上燃氣發電機組則分別是3吋和兩吋。且必須安裝燃氣閥門（不銹鋼球閥）、型放水閥、防回火裝置，燃氣管路焊接完成應清理焊渣（用高壓空氣）；燃氣必須脫硫、脫水、除塵[4]。

3 燃氣發電機組調速控制系統

3.1 變頻調控控制系統設計方案

新一代的技術變頻器能夠采用開環式對轉速和轉矩進行準確的控制，它的控制指標有動態控制和靜態控制。直接轉矩控制是以測量電機電流和直流電壓來即將輸入電機的電流進行控制。這個模型每隔25秒就會產生精確的轉矩和磁通值，轉矩和磁通比較的精確值會與實際要求的值進行比較，然后通過這個比較值來對開關位置進行確定。通過這個環節可以對轉矩和磁通進行測量，然后再調整逆變電路的開關狀態進行控制，從而可以達到精確控制的目的[5]。

3.2 參數的調整

燃氣機調速系統的控制質量取決于組成該系統的各個環節的特性和系統結構。如果控制方案已經確定，則過程控制的各通道的靜態和動態特性就已經確定，這樣，系統的控制質量就取決調節器各個參數的設置。調節器參數的整定是指決定調節器的比例度δ、積分時間TI和微分時間TD的具體數值。整定的實質是通過改變調節器的參數使其特性與過程特性相匹配，改善調速系統的動態和靜態指標及抗擾動能力。為滿足燃氣發電機組的性能，速度調節器主要采用比例積分微分控制規律（PID）。其中比例控制規律（P）是最基本的控制規律，能較快地克服擾動的影響，使系統穩定下來，但有余差；在比例的基礎上引入積分（I），可消除余差；再加入微分（D）作用，能提高系統的穩定性。燃氣發電機組從啟動到轉速穩定，對參數進行調整。一般調整規律是，先增加增益P直到轉速出現不穩定狀態，而后減小P直到轉速重新穩定；再增加積分I直到轉速出現不穩定狀態，而后減小I直到轉速重新穩定；最后增加微分D直到轉速出現不穩定狀態，而后減小D直到轉速重新穩定。

3.3 PID控制

PID控制作為當前一套較為成熟的控制方式，其是經過了大量的實踐經驗得出的。另外，其主要是通過按照偏差的比例積分微分來對機電控制系統進行相應的控制。PID控制系統當中的比例，積分等各項都有其自身特殊的作用。對于PID控制系統積分來說，其作用不僅僅能夠消除靜差，而且在一定程度上還可以提高工作系統的無差度。另外，在比例作用和微分作用的共同工作下，其二者的作用還能夠加快過度過程，進而最大程度的提高控制系統的穩定性，以及有效的對控制系統當中的動態特性進行相應的改善。另一方面，由于相關工作人員對于當前的系統控制對象物理特性的掌握程度還不夠高、而且對于被控對象的精確數學模型也無法獲得，所以在對精確的控制器進行計算時運用古典理論設計是無法完成的，而現代現代控制的理論方式又過于復雜，不利于操作。因此，PID控制得到了有效的應用，其在一定程度上能夠很好的適應燃氣發電機組發動機電控系統控制各種特性的需求。

4 結束語

燃氣發電機組與其它類型的發電機組有很大不同，調速控制系統在其內部也占有十分重要的位置，相關人員需要加強對系統的設計工作，讓其更好地應用于電力行業。

參考文獻

[1]胡清，沈兵，高申德，等.一種模擬船舶發電機調速控制系統的設計[J].機械工程與自動化，2016（4）：179-180.

[2]李建春.發電機調速器的仿真系統設計[D].吉林大學，2016.

[3]李書才，張力，張華.燃氣-蒸汽聯合循環機組自啟停系統（APS）設計應用研究[C]//中國電機工程學會年會.2016.

[4]張廣樂.小型生物質氣內燃發電機組控制器開發[D].山東大學，2016.

[5]張丕峰.燃氣電廠電氣控制系統設計要點探析[J].經貿實踐，2017（14）.

[6]劉軍，李杭.燃氣電廠電氣控制系統設計要點探析[J].低碳世界，2016（23）：41-42.