GE燃氣輪機孤網(wǎng)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(chǎn)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(tǒng)的運行受到影響，進而出現(xiàn)停電事故，不僅造成巨大的經(jīng)濟損失，還對社會生產(chǎn)生活產(chǎn)生嚴重影響。在進行停電恢復時，恢復的質(zhì)量在很大程度上受機組孤網(wǎng)運行的影響。因此對GE燃氣輪機的孤網(wǎng)進行相應的控制具有重要意義，并且具有必要性。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機;孤網(wǎng)運行;控制策略

受電力系統(tǒng)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(guī)模的停電事故出現(xiàn)。此時局部電網(wǎng)與主網(wǎng)相分離，為保障社會供電及時恢復，應保障孤網(wǎng)運行的穩(wěn)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(wǎng)總?cè)萘恐姓紦?jù)比例在8%以上的電網(wǎng)，可以稱之為小網(wǎng)。而該小網(wǎng)處于孤立運行的狀態(tài)，則可以稱之為孤網(wǎng)。一般情況下可將孤網(wǎng)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(tài)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(wǎng)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(wǎng)的運行控制策略

2.1 速度的控制

應用速度的控制方法通?？蓱迷趦H具有一臺燃氣輪機的孤網(wǎng)運行中，針對燃氣輪機類型的不同，可分成變長數(shù)不等率孤網(wǎng)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(diào)節(jié)器進行控制。在燃氣輪機的調(diào)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(xiàn)一定的線性關(guān)系。在不等率燃氣輪機的調(diào)速器中，其轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)為25MW，轉(zhuǎn)速基準為101%。實際的轉(zhuǎn)速會隨著大電網(wǎng)頻率的改變而發(fā)生改變，因此設(shè)大電網(wǎng)頻率為穩(wěn)定狀態(tài)，當電網(wǎng)為50赫茲時，實際轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)。則此時轉(zhuǎn)速基準和實際轉(zhuǎn)速二者的偏差可ton過相應的調(diào)節(jié)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(wǎng)具有相對較大的波動，則會在一定程度上導致燃機轉(zhuǎn)速出現(xiàn)波動，此時會導致實際轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，而轉(zhuǎn)速基準則未發(fā)生改變。二者的變差會發(fā)生一定的變化，進而導致燃氣輪機的輸出功率發(fā)生一定的改變，從而使大電網(wǎng)的頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過相應的分析，發(fā)現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)的頻率自動維持在穩(wěn)定狀態(tài)下。當孤網(wǎng)中出現(xiàn)標準不等率燃氣輪機的運行時，應結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)闊o差控制。通過相應的對比，可以發(fā)現(xiàn)將孤網(wǎng)運行中對基準轉(zhuǎn)速的控制增加作為偏置值，則孤網(wǎng)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(diào)節(jié)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(wǎng)系統(tǒng)頻率狀態(tài)需求的實際燃料的基準值進行計算。利用在燃氣輪機中調(diào)節(jié)相應的燃料量，使機組轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定狀態(tài)，使孤網(wǎng)的運行頻率得以保持。而在變常數(shù)不等率的控制中，變常數(shù)不等率的機組其燃機的負荷、燃料則不一定存在線性關(guān)系。該系統(tǒng)與標準的不等率控制系統(tǒng)具有一定的差別，將燃機負荷引入該參數(shù)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(guān)系，通過相應的調(diào)節(jié)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(wǎng)的頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)時，保障輸出功率的正確性。

機組切到孤網(wǎng)運行模式時，燃機調(diào)速系統(tǒng)被控量為透平轉(zhuǎn)速，同樣進入轉(zhuǎn)速無差調(diào)節(jié)，一旦轉(zhuǎn)速存在偏差，則PI控制器會調(diào)節(jié)燃機燃料，以保持燃機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值，保持孤網(wǎng)運行時的頻率穩(wěn)定。無論是處于標準的不等率下進行運行模式，還是變常數(shù)不等率下的孤網(wǎng)運行模式，如果只有1臺機組在孤網(wǎng)上運行，那么孤網(wǎng)負荷和燃機的負荷調(diào)節(jié)能力就一定要匹配;如果當孤網(wǎng)負荷超出燃機的負荷調(diào)節(jié)能力，那么孤網(wǎng)頻率穩(wěn)定不再能維持。當需要多臺機組并列運行在同一孤網(wǎng)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(wǎng)運行速度控制模式。因為如果有2臺燃機同時投人孤網(wǎng)運行速度控制模式，那么每臺燃機PI調(diào)節(jié)器都會起作用去控制孤網(wǎng)轉(zhuǎn)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(wǎng)運行的那臺機組，將調(diào)整自身的負荷輸出去匹配當前孤網(wǎng)上的負荷變動來穩(wěn)定孤網(wǎng)頻率。而如果穩(wěn)定運行，則要確保孤網(wǎng)運行燃機的調(diào)整能力可以覆蓋孤網(wǎng)運行時的負荷變化，否則需要通過手動調(diào)節(jié)其它機組負荷來匹配孤網(wǎng)的負荷擺動，用來保證孤網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

2.2 備用控制

孤網(wǎng)運行的備用控制用于2臺并列機組同時運行獨立孤網(wǎng)上，共同為孤網(wǎng)供電。其中1臺機組運行在孤網(wǎng)速度控制模式，另1臺機組可以被選擇為備用模式。當孤網(wǎng)運行的機組發(fā)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(wǎng)運行模式。在控制系統(tǒng)實現(xiàn)此功能時，是通過增加硬接線信號來聯(lián)系2臺機組，而備用燃機則通過判斷主燃機的狀態(tài)來切換“孤網(wǎng)運行備用”和“孤網(wǎng)運行”兩種狀態(tài)。通過該模式實現(xiàn)2臺燃機孤網(wǎng)運行功能互為備用，為孤網(wǎng)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(wǎng)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(diào)整等弊端。如果投用該功能，所有孤網(wǎng)_上的燃機機組可以像同1臺機組一樣進行頻率調(diào)節(jié)控制，以維持孤網(wǎng)的正常運行。該模式下的被控量同樣為轉(zhuǎn)速基準和實際轉(zhuǎn)速的偏差，此偏差經(jīng)過P調(diào)節(jié)器或者PI調(diào)節(jié)器的運算處理，去調(diào)節(jié)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(jīng)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(jié)束語

通過對GE燃氣輪機孤網(wǎng)的運行控制策略進行研究和分析，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。機組孤島具有的調(diào)節(jié)特性具有一定的重要性，對停電事故發(fā)生后的恢復質(zhì)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(wǎng)的運行更具穩(wěn)定性，通過相應的調(diào)節(jié)和控制，使整體電網(wǎng)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(jié)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

[1]梁偉.GE燃氣輪機孤網(wǎng)控制策略分析[J].電力與能源，2011（5）.

[2]田玉柱.GE9FA燃氣輪機降壓運行研究及實踐[D].華北電力大學（北京），2008.

[3]喬振廣.燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠孤網(wǎng)運行淺析[J].燃氣輪機技術(shù)，2007，20（4）：61-64.

[4]湯燕.含分布式電源的智能小區(qū)微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度與孤網(wǎng)運行下的調(diào)頻策略研究[D].2014.