燃氣輪機發(fā)電機組運行控制模式探討

王 飛

(南京汽輪電機(集團)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

1 研究燃氣輪機發(fā)電機組運行控制模式的重要性

對于燃氣輪機簡單循環(huán)的熱效率來說，其在現(xiàn)實情況中隨著技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)了提高的趨勢，熱效率的提高間接擴大了燃氣輪機技術(shù)的應(yīng)用空間，其是清潔動力裝置的基礎(chǔ)技術(shù)，為了對不同的需求進行滿足，燃氣輪機在型譜方面也變得十分豐富，既能夠在發(fā)電領(lǐng)域運行，也可以在機械驅(qū)動領(lǐng)域運行。而對于燃氣輪機的發(fā)電組來說，當(dāng)其被應(yīng)用為醫(yī)院以及相關(guān)場所的應(yīng)急電源時，就可能是單機運行，而在較為偏遠的地區(qū)往往就會由多機并列組成孤網(wǎng)。還有部分規(guī)模較大的區(qū)域也會出現(xiàn)特定的機組，特定機組中不同模式會出現(xiàn)隨機、人為切換的情況，這也對控制系統(tǒng)提出了更高的要求，體現(xiàn)了研究燃氣輪機發(fā)電機組運行控制模式的重要性。

2 燃氣輪機發(fā)電機組運行控制模式的具體研究

2.1 燃氣輪機發(fā)電機組及具體的組網(wǎng)模式

從燃氣輪機發(fā)電機組及具體的組網(wǎng)模式來看，發(fā)電機是燃氣輪機的負荷，而對于發(fā)電機來說，電力輸出側(cè)連接的用電設(shè)備構(gòu)成了用電網(wǎng)絡(luò)，成為了發(fā)電機組的負荷，所以想要對燃氣輪機發(fā)電機組的運行進行優(yōu)化，就必須要對發(fā)電機組的組網(wǎng)模式進行細致的研究。在電力的建設(shè)規(guī)程當(dāng)中，電網(wǎng)中單機的容量不能超過電網(wǎng)總?cè)萘康囊欢ū壤啾容^而言，單機容量超過電網(wǎng)總?cè)萘康碾娋W(wǎng)被成為小電網(wǎng)，不同組網(wǎng)模式存在著不同的控制算法。先從大電網(wǎng)的角度來看，在大電網(wǎng)中單臺機組的容量占比并不大，即便是某臺機組在運行的過程中消除了負荷，電網(wǎng)自身的功率也會被其他機組進行承接，所以不會對電網(wǎng)的運行產(chǎn)生具體影響，也就是說燃氣輪機發(fā)電組在大電網(wǎng)模式下不需要參與調(diào)頻。

再從小電網(wǎng)的角度來看，小電網(wǎng)與大電網(wǎng)是一種對立的性質(zhì)，而脫離大網(wǎng)獨立運行的小網(wǎng)在現(xiàn)實情況中也被人們稱之為孤網(wǎng)。在孤網(wǎng)中，只有一臺燃氣輪機發(fā)電機組是發(fā)電設(shè)備的單機運行模式，這也是小電網(wǎng)的主要組網(wǎng)方式之一。另外，小電網(wǎng)還存在著多機并列的組網(wǎng)模式，在多機并列的小電網(wǎng)中，由于單臺機組的具體容量占比較大，所以一旦某臺機組出現(xiàn)了故障，就會甩掉負荷，導(dǎo)致其他機組無法對電網(wǎng)所虧功率進行承擔(dān)，進而致使電網(wǎng)的頻率出現(xiàn)大幅下降的情況，在嚴重時甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)瓦解，所以應(yīng)在實際情況中保證每臺機組都能夠有功率儲備，另外每臺機組都必須要具備穩(wěn)定性的特征，只有如此才能夠?qū)﹄娋W(wǎng)頻率的變化進行抑制。

2.2 燃氣輪機發(fā)電機組的運行控制模式

對于燃氣輪機發(fā)電機組的運行控制模式來說，與其他的發(fā)電機組一樣，燃氣輪機發(fā)電機組存在著不同的運行控制模式，無論是有差控制模式還是無差控制模式，亦或是功率控制模式都需要包括在其中。先從無差控制模式的角度來看，無差控制也就是指通過相關(guān)算法對燃氣輪機的燃料流量進行一定程度上的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對發(fā)電機轉(zhuǎn)速進行閉環(huán)控制的目的，對其進行控制是為了讓電網(wǎng)的頻率始終保持在額定值附近，由于轉(zhuǎn)速無差控制始終注重實測值與設(shè)定值之間的具體偏差，所以從理論角度來看，無差控制模式在發(fā)電機組控制中不具備較強的可行性。

對于有差控制來說，其具體的方式來源于傳統(tǒng)的機械調(diào)速器，雖然傳統(tǒng)的機械調(diào)速器在現(xiàn)實中瀕臨被淘汰的邊緣，但是實事求是地說，其在現(xiàn)實情況中仍然具備一定程度上的應(yīng)用價值，這種調(diào)速器能夠?qū)Πl(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化進行響應(yīng)，進而對燃料閥的開度進行自動調(diào)節(jié)，達到對發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化進行抑制的目的。有差控制本質(zhì)上屬于一種閉環(huán)控制，也就是根據(jù)具體的比例對規(guī)律進行控制，如果轉(zhuǎn)速設(shè)定值沒有發(fā)生變化，那么發(fā)電機的轉(zhuǎn)速就會在發(fā)電機輸出功率偏多時進行提升，有差控制一旦檢測到轉(zhuǎn)速升高就會對燃料基準進行降低，燃料一旦減少，機組的發(fā)電負荷就會出現(xiàn)下降的情況，影響到具體的轉(zhuǎn)速方面，可達到對發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化進行抑制的目的。

最后需要提到功率控制的模式，其主要是指讓機組在給定的負荷狀態(tài)下運行并保證穩(wěn)定性，如果功率控制不會對發(fā)電機頻率的變化進行響應(yīng)，也就不會參與到電網(wǎng)的調(diào)頻過程當(dāng)中，所以功率控制的具體模式只適合并入大電網(wǎng)的組網(wǎng)模式。

2.3 燃氣輪機發(fā)電機組運行控制模式的選擇

對燃氣輪機發(fā)電機組的運行控制模式進行選擇需要以現(xiàn)實情況為基礎(chǔ)，如果選擇的運行控制模式不夠合理，就會影響燃氣輪機發(fā)電機組的穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致燃氣輪機發(fā)電機組損壞，所以必須要合理地對問題進行研究。在運行過程中，機組組網(wǎng)模式一旦發(fā)生改變，運行控制模式也需要合理地進行切換，在切換的過程中不應(yīng)該對機組的運行狀態(tài)進行影響，所以在暫時不會發(fā)生變化的控制算法中必須保證有一個參數(shù)能夠?qū)C組當(dāng)前的運行狀態(tài)進行跟蹤，這一參數(shù)也就是跟蹤參數(shù)。

例如，當(dāng)控制模式還是進行變化時，由有差控制切換為無差控制，那么就必須要以當(dāng)前的轉(zhuǎn)數(shù)作為跟蹤參數(shù)，之后將其傳遞給控制器，在啟用控制器后就可以循序漸進地將轉(zhuǎn)速設(shè)定值調(diào)節(jié)到額定值上，如果控制模式從無差控制轉(zhuǎn)換到了有差控制，就應(yīng)該將當(dāng)前的燃料基準轉(zhuǎn)換為有差控制的具體轉(zhuǎn)速設(shè)定值，之后再對有差控制模式進行啟用。

3 結(jié)論

綜上所述，燃氣輪機技術(shù)既存在著單機運行的情況，也存在著多機并列組成孤網(wǎng)運行的情況，另外還有很多并入規(guī)模較大的區(qū)域都可能出現(xiàn)不同模式的切換，這也對機組的控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。所以在運行過程中，機組組網(wǎng)模式一旦發(fā)生改變，運行控制模式也需要合理地進行切換。