燃气轮机电厂负荷管理解决方案

工作研究
燃气轮机电厂负荷管理解决方案
魏 巍
（中航世新安装工程（北京）有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110000）
摘 要：以燃气轮机为主的电厂已经成为目前电力能源行业主要的发展方向之一，而燃气轮机通过不断的更新与发展，也已经成为目前主要的分布式发电设备。

燃气轮机发电项目在分布式发电中的运用，提升了电力能源供应质量和安全稳定性，具有非常好的发展前进。

更好的解决燃气轮机电厂负荷的管理与分配将是重要的课题。

结合多台燃机并列运行的方式，探究并提出了负荷管理解决办法，使燃气轮机系统在分布式发电中更具有前景和运用效果。

关键词：燃气轮机；负荷管理；工厂
前言
燃气轮机从20世纪50年代开始出现在发电工业领域，由于其相对于常规燃煤火电厂具有效率高（联合循环供电）、造价低、建设周期短、用地用水少、可以快速启动、可用率高、污染物排放低等多项优势，在全球发电领域取得了长足的发展，近年来，随着节能环保的要求日益增强，许多企业都在努力研发燃气轮机发电设备的制造及应用技术，取得了可喜的成果，燃气轮机电厂负荷的管理与分配的解决方案也成为了重要课题。

1 负荷管理分配的意义
大型工业厂区大多配置自备电厂，由多台燃气轮机发电机组并网运行的自备电站，当与外部电网无法并网运行时，可以有效的保证工业厂区内用电需求；与外部电网并网运行时，可以有效的管理负荷的变化，从而提升电厂的消耗，达到经济效益的最大化。

2 负荷管理分配
2.1按燃机性能特征曲线计算出每台燃机在当前大气条件下的最大输出功率，（或在性能试验时将功率修正到当前大气条件下的功率值ｘ0.95）负荷分配计算时使燃机不超载。

监视电网运行参数，如功率、频率等变化，分析负载变化情况，如电网频率下降、储备负载不足时，发相应报警，提示启动备用机组。

机故障甩负荷时，负荷分配应能均匀分配每台燃机负荷，不使个别燃机超载，如果燃机功率不足，按给定的优先等级分断负荷断路器。

（或按燃机不足的功率负荷值，由负荷管理系统按优先等级算出一组负荷，一次分断一组负荷断路器）对应多台机组的有功功率控制（燃料调节）和无功功率控制（励磁调节）。

负荷分配同时包含DCS控制功能，对电站内所有相关数据进行监控，包括燃机机组运行状态参数与曲线、运行历史记录、故障记录、系统运行状态，振动、温度、压力等状态参数的监视；厂区内每级用电负荷的监控与控制，对应性能数据记录通过通讯进行交换，保证全系统的稳态运行。

2.2负荷分配功能
维持系统频率：系统频率应在49～51Hz之间，控制要求：
在燃机功率储备合适或计算功率不小于实际功率时，应维持系统频率在49.8～50.2Hz之间。

当频率超出以上范围时，向运行中的燃机发出加/减负荷命令，使频率到达50Hz；
当燃机功率储备不足，而又有燃机或断路器跳闸时，系统应快速切断部分负载，频率变化范围应控制在49～51Hz之间。

显示每路负荷功率，运行时检查负荷余量，当储备容量不足时，提示操作员启动备用机组或进行负荷分配；
燃气轮机实时发电功率和储备功率计算；当输出功率大于燃机输出实时计算值时，或运行中的机组有跳闸时，系统将发出报警信号，按给定的优先等级分断负荷断路器。

2.3负荷分配原则
机组全部投入运行时，备用功率至少需一台机组的最大计算功率。

如下式：
PS≤（N-1）PJ。

式中：PS ----实际负载功率；
PJ ----计算输出功率；
N ----系统中并列运行的燃气轮机数量；
在保证机组安全情况下，尽量保证有一台燃机带站用电运行，以便尽快恢复正常供电。

负荷分配系统监控画面能显示每台燃机发电功率、每路负载功率、断路器开关状态等。

并能用软开关对负载回路进行切断操作。

负荷优先级别可在监控画面中随时进行更改。

当只有一台发电机的断路器闭合时，此机组必须选择“无差”运行方式。

应该在此机组起动时选择无差方式运行，或跳机组后剩一台机组运行时手动选择无差方式运行。

单机运行时，机组燃料调节方式选择“无差”（所带负载为外界负载，机组不能调节负载而只能跟随外界负载的变化而变化）；双机以上并列运行时，机组燃料调节方式可选择“有差”（外界负载在几台机组间分配。

负荷分配系统可做成将几台机组所带负荷自动平均分配，并保证系统频率在50±0.2Hz之内。

也可解除自动负荷分配，手动分配机组所带负荷。

电压在发电机励磁柜中自动/手动调节）。

负荷分配时，同时对发电机的无功功率进行分配，保证并列运行中的发电机无过载。

通讯数据至少包括：发电机三相电压、电流、频率、功率因数、断路器状态等。

在运行时发生储备容量过高、运转储备容量低低、频率低、频率低低时，给出相应报警。

3 负荷管理分配可靠性
实现自动负荷分配功能，当机组并网运行时，应考虑不使电站任一一台机组出现逆功率运行，保证机组与系统可靠并网运行，对于每一台新投运的机组均有此项功能，保证负荷自动合理分配，满足运行的合理性、可靠性和经济性。

负荷分配系统在运行时应保证电网频率和电压的稳定，实时调节系统频率／负荷和电压．两台以上机组并网运行时，外界负荷发生变化时负荷分配系统可将运行的机组所带负荷自动平均分配。

保证系统频率在50±0.2HZ范围内运行，同时对运行机组的有功功率和无功功率进行合理分配，保证运行的发电机组不超载。

负荷分配系统应设计成自动、手动调节，可手动分配各机组所带负荷。

负荷分配系统要能自动发出调节频率/负荷与电压的开关量信号，并能可靠的控制和调节燃气轮机频率/负荷与电压。

能适应燃机在有差、无差和有无差混合方式调节状态下的负荷分配功能。

对每一台参与负荷分配的机组，应按当时大气条件下的最大（或计算）负荷减去5%作为负荷量参与负荷分配，确保机组留有一定的负荷余量。

4 结语
工厂自备燃机电站具有一定的独立性，能够实现分段控制，这样能改善传统方式带来的弊端，即使供电系统大网络出现故障或损坏等问题，供电网络也不会出现大范围停电的问题，系统能够完成正常供电工作，弥补了传统供电系统存在安全性和稳定性不足的问题，因此具有负荷管理分配的燃机电厂具有比较高的稳定性；由于其使用清洁能源作为主要工作燃料，因此燃机发电机组发电系统具有比较好的环保性，可以广泛应用在城市中心、住宅区、商业区或农村乡镇等；燃机发电机组发电系统的发电损耗和供电损耗比较小，甚至可以忽略不计，因此能够降低工厂供电企业的运营成本，降低配电损耗，给企业带来比较高的经济效益。

电力能源的发电方式已经出现了巨大变革，推动电力能源产业逐渐向更清洁、更高效的方向发展。

燃气轮机发电机组负荷管理分配，具有比较广阔的发展空间。

各单位已经将提升燃气轮机应用技术和应用效果作为目前主要研究课题，努力将其发展成为分布式发电产业中的重要技术，力争在电力能源供应过程中发挥出积极作用，从而推动市场经济和电力产业的健康发展。

参考文献：
[1]伍赛特.微型燃气轮机技术特点研究及其应用于分布式发电领域
的前景展望[J].通信电源技术，2019年6月。

[2]大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书，中国华电集团公司，
2015年10月。

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