GE燃氣輪機孤網控制策略分析

龍文明

摘 ?要：隨著社會的不斷進步，人們對電力的需求日漸增加。電力成為社會生產生活不可或缺的重要能源，而受多方面因素的影響會導致電力系統的運行受到影響，進而出現停電事故，不僅造成巨大的經濟損失，還對社會生產生活產生嚴重影響。在進行停電恢復時，恢復的質量在很大程度上受機組孤網運行的影響。因此對GE燃氣輪機的孤網進行相應的控制具有重要意義，并且具有必要性。

關鍵詞：燃氣輪機;孤網運行;控制策略

受電力系統自身故障的影響，以及滑坡、泥石流、地震、暴雪等自然災害的影響，均會導致大規模的停電事故出現。此時局部電網與主網相分離，為保障社會供電及時恢復，應保障孤網運行的穩定性和安全性。從而對事故進行有效處理，及時恢復供電。

1 研究背景

通常情況下，單機的容量在電網總容量中占據比例在8%以上的電網，可以稱之為小網。而該小網處于孤立運行的狀態，則可以稱之為孤網。一般情況下可將孤網分成以下幾種情況：其一為在其中具有多臺并列運行的機組，其二為其中僅有一臺機組，處于帶負荷的狀態運行，其三為甩負荷帶廠用電運行。在GE燃氣輪機中，可通過三種方式對孤網的運行進行控制，即控制速度、控制負荷共享以及備用控制等。

2 GE燃氣輪機孤網的運行控制策略

2.1 速度的控制

應用速度的控制方法通常可應用在僅具有一臺燃氣輪機的孤網運行中，針對燃氣輪機類型的不同，可分成變長數不等率孤網運行的速度控制、標準不等率的控制等，該兩種方式均需要借助PID調節器進行控制。在燃氣輪機的調速器中不可或缺的重要控制功能便是不等率控制，在眾多的電氣中，均表明通過標準不等率對機組進行控制，使得燃氣輪機的負荷與燃料的值二者呈現一定的線性關系。在不等率燃氣輪機的調速器中，其轉速的基準在一定程度上手動燃氣輪機實際的不等率、負荷設定值等的影響。若燃氣輪機的不等率為4%，而額定的負荷為100MW，則將負荷設為25MW，轉速基準為101%。實際的轉速會隨著大電網頻率的改變而發生改變，因此設大電網頻率為穩定狀態，當電網為50赫茲時，實際轉速為每分鐘3000轉。則此時轉速基準和實際轉速二者的偏差可ton過相應的調節器運算，最終獲得當燃氣輪機的輸出功率為25MW時，可獲取燃料的基準沖程。并進行相應的篩選，最終獲取最佳的燃料基準沖程。

若大網具有相對較大的波動，則會在一定程度上導致燃機轉速出現波動，此時會導致實際轉速發生改變，而轉速基準則未發生改變。二者的變差會發生一定的變化，進而導致燃氣輪機的輸出功率發生一定的改變，從而使大電網的頻率處于穩定狀態。通過相應的分析，發現對標準不等率進行控制時，則是對速度有差進行控制。若在孤網中，單純的采用該方法對回路的單獨運行進行控制，則無法使孤網的頻率自動維持在穩定狀態下。當孤網中出現標準不等率燃氣輪機的運行時，應結合實際情況和需求進行控制，保障選擇的控制策略具有針對性，從而使對速度有差控制轉變為無差控制。通過相應的對比，可以發現將孤網運行中對基準轉速的控制增加作為偏置值，則孤網的運行對速度基準進行控制與實際的速度間存在的偏差則可作被控量。通過比例調節器，可以獲取相應的燃料基準沖程，并與實時的基本符合的燃料基準沖程進行運算，并保障運算的快速性，從而獲取相應的燃料基準偏置值。通過該偏置值對不等率進行相應的控制，或增加或減少，對當前保持孤網系統頻率狀態需求的實際燃料的基準值進行計算。利用在燃氣輪機中調節相應的燃料量，使機組轉速保持穩定狀態，使孤網的運行頻率得以保持。而在變常數不等率的控制中，變常數不等率的機組其燃機的負荷、燃料則不一定存在線性關系。該系統與標準的不等率控制系統具有一定的差別，將燃機負荷引入該參數中當做導前信號并計算微分。通過將該導前微分的計算增加，最終獲取TNRL。在此種情況下，盡管輸出功率與燃料量二者間不具有線性關系，通過相應的調節器也可將燃料基準沖程進行有效計算，且保持計算的準確性。在電網的頻率處于穩定狀態時，保障輸出功率的正確性。

機組切到孤網運行模式時，燃機調速系統被控量為透平轉速，同樣進入轉速無差調節，一旦轉速存在偏差，則PI控制器會調節燃機燃料，以保持燃機轉速穩定在設定值，保持孤網運行時的頻率穩定。無論是處于標準的不等率下進行運行模式，還是變常數不等率下的孤網運行模式，如果只有1臺機組在孤網上運行，那么孤網負荷和燃機的負荷調節能力就一定要匹配;如果當孤網負荷超出燃機的負荷調節能力，那么孤網頻率穩定不再能維持。當需要多臺機組并列運行在同一孤網上，則需注意以下幾個方面：

其一只能有1臺燃機允許被投人孤網運行速度控制模式。因為如果有2臺燃機同時投人孤網運行速度控制模式，那么每臺燃機PI調節器都會起作用去控制孤網轉速，導致2臺機組互相影響，引起燃機負荷擺動。其二被投人孤網運行的那臺機組，將調整自身的負荷輸出去匹配當前孤網上的負荷變動來穩定孤網頻率。而如果穩定運行，則要確保孤網運行燃機的調整能力可以覆蓋孤網運行時的負荷變化，否則需要通過手動調節其它機組負荷來匹配孤網的負荷擺動，用來保證孤網的穩定運行。

2.2 備用控制

孤網運行的備用控制用于2臺并列機組同時運行獨立孤網上，共同為孤網供電。其中1臺機組運行在孤網速度控制模式，另1臺機組可以被選擇為備用模式。當孤網運行的機組發生跳閘或者自動停機等異常情況時，備用機組可以自動從不等率控制切換到孤網運行模式。在控制系統實現此功能時，是通過增加硬接線信號來聯系2臺機組，而備用燃機則通過判斷主燃機的狀態來切換“孤網運行備用”和“孤網運行”兩種狀態。通過該模式實現2臺燃機孤網運行功能互為備用，為孤網運行提供更高的安全性和可靠性。

2.3 負荷共享

“負荷共享”模式是為了解決多機并列運行在孤網上時，僅靠單機使用速度控制模式帶來的負荷擺動和手動調整等弊端。如果投用該功能，所有孤網_上的燃機機組可以像同1臺機組一樣進行頻率調節控制，以維持孤網的正常運行。該模式下的被控量同樣為轉速基準和實際轉速的偏差，此偏差經過P調節器或者PI調節器的運算處理，去調節FSR，同速度控制的運算非常相似，所不同的是除此之外在控制回路中還增加了1個經過負荷共享控制器運算后負荷偏差輸人DWS作為FSR的偏置。

3 結束語

通過對GE燃氣輪機孤網的運行控制策略進行研究和分析，對電網的安全穩定運行具有重要意義。機組孤島具有的調節特性具有一定的重要性，對停電事故發生后的恢復質量和效率具有重要影響。通過相應的運行控制策略，可保障燃氣機輪孤網的運行更具穩定性，通過相應的調節和控制，使整體電網的運行得到保障。速度控制、負荷分享等均具有重要意義，在實際工作中，應結合實際情況和需求，進行合理的選擇，從而保障控制策略的針對性和有效性。

參考文獻

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