燃气轮机控制系统概况
航空发动机控制
燃气涡轮发动机控制系统介绍
现代燃气涡轮发动机闭环控制系统大致分为控制器、传感器、执行器与附件。最简单的发动机控制系统是通过调节燃油流量来产生期望的发动机推力的系统。但是实际上，飞行过程中获取飞机的推力是不现实的，而发动机的转子转速n 与发动机的增压比（EPR ）是容易获取的且能够表征推力的变化，通常被选择为被控参数。控制变量为燃油流量，或者执行器（燃油流量计量阀）的位移。
飞机包线：典型的飞机包线表示为飞行高度与飞行马赫数之间关系。对于涡喷与涡扇发动机，还包括环境温度坐标，也即三维图像。
发动机控制包线是一个允许发动机的工作范围，是以主控制变量燃油流量与发动机转子转速（在EPR 控制的情况下是增压比）之间的关系。由于燃油流量比（油气比）比燃油流量更适合做主控制变量。燃油流量比定义为燃油流量Wf 与压气机出口压力p3的比值RU=Wf/p3。
发动机建模与仿真
一、稳态发动机模型
二、动态发动机模型
燃气涡轮发动机的三个基本动力学方程：转子动态方程、压力动态方程与温度动态方程。 单轴发动机转子动力学：单轴发动机可以近似为一个一阶惯性环节。从输入变量燃油流
量至输出变量的传递函数为：Y(s)cb d Wf (s)s a
=+-，其中1111Q Q y y a ,b ,c ,d J n J W f J n J W f
∆∆∆∆====∆∆∆∆。 双轴发动机转子动力学：为二阶模型。表示为状态空间为：
[]1111212212221212n a a n n a a n n y c c dWf n ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦
汽轮机控制系统
汽轮机控制系统
汽轮机控制系统组成
一般来讲，汽轮机控制系统由人机界面、测量元件、控制装置、执行机构等部分组成。
人机界面为各种操作显示设备，如CRT，各种指示灯/表，鼠标，操作按钮/开关等。
测量元件为各种传感器，如测速头，热电偶，变送器，行程开关等。它们将各种工艺过程变量转换成不同形式的电子信号，送往控制装置。
控制装置是整个控制系统的核心，实现系统的各种控制功能。目前常用的控制装置都是以微处理器和网络技术为基础的数字式控制系统。通常由通过网络连接的控制站、操作员站、工程师站以及电源装置和必要的机柜等辅助设备构成。其中，控制站包括运算处理部件和I/O转换部件。
由于汽轮机是一种大型高速旋转设备。其执行机构必须具有较大出力和快速响应，所以普遍采用液压型执行机构，也称作油动机。因此，还必须配备液压动力源向执行机构提供液压工作介质。根据设计的不同，可以采用汽轮机润滑油作为工作介质，也可以配置独立油源。
另外，在数字式控制系统中还有大量的不同功能的软件程序分布在系统各部件中，与硬件设备协同工作，共同完成控制任务。
汽轮机作为一种在高温、高压、高速条件下连续运行的大型机械设备，其高可靠性既是工艺过程的要求，也是自身安全的需要。所以在配置汽轮机控制系统时必须给予高度重视。冗余技术、自诊断技术和分散结构被广泛采用。
在控制装置内部，均采用双网结构，防止信息传送故障。CPU处理器采用三冗余配置，3取2表决机制或双机热备配置，裁决机制，一用一备。对重要信号，从一次元件到I/O通道都采用3冗余或双冗余配置。
执行器一般采用双线圈伺服阀；双泵供油，一用一备，自动连锁。
燃机三菱控制系统简述解读
用于通过单元网络交换过程数据和使用Browser OPS通过Internet 或者Intranet交换数据。
• TSI系统：透平监视系统，监视信号包括缸涨、轴向位移、 振动、键相(上述信号由本特利系统监视)，零转速，单元 机组燃气流量，火焰状态等信号的监视，并转化为Tcs及 TPS能够接受的信号形式转送给TCS系统和TPS系统。
Diasys Netmation控制系统概述
• 单元GWC系统：单元部分各站通过以太网方式通 过单元GWC建立通信，包括HRSG系统，PCS系统 ，单元ECS系统，各上位机操作站电脑和工程师站 电脑，单元部分各PLC从站通过MODBUS协议接入 本站，包括单元系统ECS部分信号，各机组的炉水 处理，实现与DCS之间的通信。
Diasys Netmation控制系统概述
工程师站（EMS）
用于控制系统组态和维护整个Diasys NetMation系统 所有数据维护采用ORCA（Object Relation Control Architecture）集成 数据库管理，维护人员不许具备复杂的数据库知识。 硬件采用DellPowerEdge1800服务器，配千兆以太网卡，1G内存； 软件采用DIASYS IDOL++，包含逻辑组态工具（FLIPPER）、画面 组态工具(MARLIN)、文档组态工具(CORAL)和操作面板组态工具 (SCALLOP)。
燃气轮机控制系统的设计及性能分析
燃气轮机控制系统的设计及性能分析
燃气轮机控制系统是指控制燃气轮机运行的一套电气系统，主要由控制器、传感器和执行器等组成。它的设计和性能直接影响着燃气轮机的可靠性、安全性和经济性。本文旨在探讨燃气轮机控制系统的设计及性能分析，帮助读者更好地了解和运用这一领域的知识。
一、燃气轮机控制系统的设计
1. 控制目标与策略
燃气轮机控制的目标主要是控制其转速和负载，在保证燃气轮机安全可靠的情况下，最大限度地提高其效率。控制策略包括速度控制和负荷控制两种方式，其中速度控制是通过调节燃气轮机的燃气流量来控制转速，负荷控制是通过调节冷却水流量或蒸汽流量来控制负荷。控制策略的选取应根据具体情况和需要进行综合考虑。
2. 控制器的选型与布置
燃气轮机控制器是实现以上控制策略的核心部件，其选型应有以下几个方面的考虑：性能要求、可靠性、扩展性、易用性和经济性。控制器的布置应考虑控制面板、控制站和控制中心的统一管理，采用现代化的网络化控制手段，提供远程控制和状态监测功能。
3. 传感器的选择与安装
燃气轮机控制系统需要大量的传感器来测量各种物理量，如转速、温度、压力、流量等参数，以便进行更准确的控制。传感器的选择应考虑测量范围、准确度、可靠性、安全性和适应性等因素，而传感器的安装应考虑其位置、数量和要求，保证传感器读取的数据准确无误。
4. 执行器的选用与安装
燃气轮机控制系统需要执行器来执行控制器发出的命令，如电动机、风门和水阀等。执行器的选用应考虑其可靠性、速度、精度和功率等因素，而执行器的安装应考虑其位置、数量和要求，其操作应简单、耐用、安全可靠。
东汽50_MW重型燃气轮机控制系统功能介绍
·
50
李鑫1,2,田晓晶1,2,徐玲玉1,2,袁国凯1,2,傅颖1,2,孔祥林1,2
(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)
摘要:目前世界上的主流商业燃机均已实现了机组一键启停自动运行保护的功能。而实现这一功能的主体便是燃机控制系统。燃机控制系统作为整个机组运行的神经中枢,是关系到燃机运行安全的核心部件。我国虽然通过“打捆”招标的方式引进了国外先进燃气轮机的制造技术,但控制系统的研发技术依然牢牢掌握在国外厂商手中。东方汽轮机有限公司在研发国产重型燃机的过程中,同步推进控制系统的自主研发,通过开展专项试验研究,逐步开发出符合国产燃机特性的燃机控制系统。文章对控制系统的主要功能和研发过程中所开展的试验项目进行了简要介绍,为同类型控制系统的研发指明了有效的方向。关键词:燃气轮机,控制系统,试验
中图分类号:TK477文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)04-0010-04 Function Introduction of Dongqi50MW Heavy Duty Gas
Turbine Control System
LI Xin,TIAN Xiaojing,XU Lingyu,YUAN Guokai,FU Yin,KONG Xianglin
(1.State key Laboratory of Clean and Effient Turbomachiney Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;
燃气轮机控制系统的设计与优化
燃气轮机控制系统的设计与优化燃气轮机是一种重要的动力装置，广泛应用于发电、航空等领域。
燃气轮机控制系统的设计与优化是提高其性能和效率的关键。本文将
从控制系统的需求分析、设计原理与方法、系统优化等方面进行论述。
一、需求分析
在设计燃气轮机控制系统之前，首先需要对系统的需求进行分析。
燃气轮机控制系统需要满足以下基本需求：
1. 系统稳定性：控制系统应能够保持燃气轮机的稳定运行，确保其
输出功率的稳定性。
2. 响应速度：控制系统应具备快速响应的能力，能够实时调整燃气
轮机的输出功率，以适应外部负荷的变化。
3. 控制精度：控制系统应能够精确控制燃气轮机的输出功率，以满
足设定的要求。
4. 安全性：控制系统应具备多重保护机制，及时检测和处理燃气轮
机的故障状态，保证系统的安全运行。
基于以上需求，设计和优化燃气轮机控制系统需要考虑以下几个方面。
二、设计原理与方法
1. 控制策略选择：燃气轮机控制系统可以采用PID控制器、模糊控制、神经网络控制等不同控制策略。根据燃气轮机的特性和应用需求，选择合适的控制策略。
2. 信号采集与处理：通过传感器采集燃气轮机的运行状态、环境参
数等信息，并进行信号处理和滤波，以获得准确可靠的系统反馈信息。
3. 控制算法设计：根据控制策略和系统需求，设计控制算法，实现
对燃气轮机输出功率的调节和控制。常用的算法包括PID控制算法、
模糊控制算法、神经网络控制算法等。
4. 控制系统实现：将设计的控制算法实施到实际的硬件平台上，通
过控制器对燃气轮机进行控制。同时，需要实现对燃气轮机其他相关
部件的控制，如燃料供给系统、鼓风系统等。
7-燃气轮机控制系统
完成4项基本控制： 1、设定启动和正常的燃料极限 2、控制燃机转子的加速 3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控制燃机转子的转速 4、限制燃机的透平进口的温度
第一节 燃机的主控系统
一、启动控制系统
启动控制系统仅控制燃气轮机从点火开始直到启动程 序完成这一过程燃油量Gf。
起动过程的要求：燃气轮机热通道部件的低周疲劳为 最小，既保证迅速的起动又不能产生太大的热应力。
停机程序也是自动完成的。
第二节 燃机的顺序控制系统
一、转速级逻辑 燃气轮机采用电涡流式磁性传感器测量转速，通过8个
复合型比较器，当转速达到一系列关键值时将发出一系列 控制指令使相应设备动作。
第二节 燃机的顺序控制系统
（一）燃料分解器（Fuel Splitter）
为适应液\气混合燃料运 行，计算机控制算法把FSR 分解为FSR1（液体燃料行程 基准）和FSR2（气体燃料行 程基准）两部分，并保持 FSR1+FSR2=FSR。右图为 燃料分解器算法示意图。
13
二、液体燃料控制
“硬件表决”将三个 控制器输出的电信号通过 伺服阀线圈的磁场叠加起 来，相当于受三个控制输 出的平均值。
当电枢铁芯带动喷射 管左偏滑阀左端油压高于 右端，滑阀右移，喷射管 在反馈弹簧力作用下回到 中间位置，滑阀两端压力 相等，但滑阀已在偏右位 置，高压油进入液压执行 器左端，推动活塞右移。
燃气轮机控制系统的控制方法浅述
燃气轮机控制系统的控制方法浅述
燃气控制系统控制是控制燃气轮机燃烧过程和输出功率。燃气轮机的燃烧过程涉及到多种变量，其中最主要的包括：燃料比，空气供应量，进气温度，燃料水平，火焰位置，压缩比等。为了能够控制好这些参数，燃气控制系统需要控制包括燃料调节阀，压缩比调节阀，进气流量控制器，涡轮增压器及方向控制阀在内的多个控制部件。
机械控制系统控制主要是控制燃气轮机机械部件，包括涡轮机械，冷却系统及辅助系统等。其中涡轮机械包括轴承控制，涡轮叶片控制，涡轮控制件等。涡轮叶片控制的主要是叶片固定和调节叶片，其中安装叶片一般采用全自动的设备完成，调节叶片则通过定期调整叶片的调节杆完成以改变叶片倾斜角和叶片偏离角来改变涡轮机械性能。调整时，一般可采用自动操纵阀的控制方式，也可采用步进伺服电机的控制方式来实现调节。
燃气轮机控制系统概况
燃气轮机控制系统概况
摘要:本文介绍了燃气轮机及其操纵系统的进展历程,以及燃气轮机操纵系统—SPEEDTRONIC Mark V的工作原理及要紧功能,并列举了几个燃气轮机操纵系统的例子。
关键词:燃气轮机;操纵系统
SPEEDTRONIC Mark V Gas Turbine Control System Abstract: This paper introduce the development history of gas turbines and their control system, and the functional principle and main features of gas turbine control systems, accompanied by some exemplifying system.
Keywords: Gas Turbine; control system
1.燃气轮机操纵系统的进展
燃气轮机开始成为工矿企业和公用事业的原动机组始于40年代后期,其最初被用作管道天然气输送及电网调峰。早期的操纵系统采纳了液压机械式气轮机调速器,并辅以气动温控,启机燃料限制稳固及手动程控等功能。其余诸如超速、超温、着火、熄火、无润滑油及振动超标等爱护均由独立的装置来实现。
随着操纵技术的飞速进展，燃气轮机操纵系统显现了以燃料调剂器为代表的液压机械操动机构,以及用于启、停机自动操纵的继电器自动程序操纵。继电器自动程序操纵,结合简单的报警监视亦可和SCADA(监控与数据采集)系统接口,用于连续遥控运行。这便是于1966年美国GE公司推出的第一台燃机电子操纵系统的雏形。该套系
燃气轮机控制系统方案
控制功能
实现船舶航行过程中的燃气轮机速度控制、负 荷分配、自动并车与解列等功能。
应用特点
适应船舶复杂多变的运行环境，具备高可靠性和强抗干扰能力。
案例三：某工业领域燃气轮机控制系统应用
应用背景
针对工业领域对燃气轮机控制系统的特殊需 求，定制开发专用控制系统。
控制方案
采用先进的控制算法和策略，实现燃气轮机 高精度控制，同时优化能源消耗。
04
控制策略与算法
经典控制策略
如PID控制，实现燃气轮机基本运行控制。
现代控制策略
如模糊控制、神经网络控制等，提高燃气轮 机控制精度和响应速度。
优化算法
如遗传算法、粒子群算法等，用于燃气轮机 控制参数优化。
自适应控制
根据燃气轮机实时运行状态调整控制策略， 提高系统适应性。
故障诊断与处理技术
故障诊断方法
仿真模拟与实验验证
仿真模拟
基于燃气轮机控制系统数学模型，进 行仿真模拟实验，验证控制系统的性 能和稳定性。
实验验证
在实际燃气轮机上进行实验验证，测 试控制系统的实际控制效果，并与仿 真结果进行对比分析。
性能评估结果分析
性能评估报告
根据评估指标体系，对控制系统性能进行全 面评估，并生成详细的性能评估报告。
软件架构
设计模块化、可扩展的软件架构，方便后期维护和升级。
燃气轮机燃料控制器介绍
燃气轮机燃料控制器介绍
燃料控制器是燃气轮机的闭环控制的核心，由七个控制器组成，分别为：启动升程器(Startup function)，速度控制器(SPEED Controller)，功率控制器(POWER Controller)，排气温度控制器(TETC Controller)，负荷限制器(LOAD Limiter)，压比控制器( Compressor RatioLimiter)，冷却空气限制控制器(Cooling Air LimitingController)。这七个控制器经过小选输出，并由燃料分配器把燃料分配给值班阀和预混阀。
1.启动升程器：依据燃气轮机启动所需的燃料需求特性，根据预设的初始燃料量和燃料需求速率为燃气轮机升速提供必需的燃料。在燃机转速大于30Hz时，燃料阀由值班阀控制模式切换为值班和预混混合控制模式。
2.转速控制器：在燃气轮机速度大于47.5Hz时，控制器由启动升程器切换至转速控制器（PID调节），从而使燃机转速稳定至额定转速（FSNL）。之后，燃料阀由值班和预混混合控制模式切换为预混控制模式。
3.功率控制器：在燃机发电机并网（GCB与UCB闭合）后，控制器由转速控制器切换至功率控制器，通过功率控制器（PID调节）控制燃机的负荷和升负荷率。
4.排气温度控制器：当IGV全开后，控制器由负荷控制器切换为排气温度控制器，控制燃机的排气温度值，防止燃气轮机透平入口超温。
5.负荷限制器：设定负荷高限值，防止燃气轮机超出最大机械负荷设计值。
6.压比控制器：根据压气机特性曲线，设定安全的压气机压比边界，防止燃气轮机发生喘振。
燃气轮机设备、系统介绍
燃气轮机设备、系统介绍
1．燃气轮机设备、系统介绍。
大气经过空滤器进入压气机，经过17级压气机、环形布置的14个燃烧室进行增温增压，形成高温高压的气体对透平做功，将热能转化为机械能，然后再通过发电机发电，将机械能转化为电能。
2．燃气轮机性能参数
(1).机组主要规范特性如下：
型号：PG9171E
功率：119.9MW/120.9MW重油／轻油（ISO工况下）
额定转速：3000rpm
(2).压气机主要规范特性如下：
压气机为轴流式，共有17级
压力比：125：1
(3).燃烧室主要规范特性如下：
有14个燃烧筒
燃气柴油时，雾化空气与燃料比为：1.4:1；燃烧重油时，雾化空气与燃料比为：1.7:1
(4).透平主要规范特性如下：
3级；进气温度1093℃，排气温度524℃
监界转速为：一阶：1292rpm(透平）二阶：2492rpm(发电机)
(5).发电机主要规范特性如下：
型号：9H2
型式：氢冷
转速：3000rp
容量：143.4MV A
功率因数：0.8
3．略
4．机组在运行、停机状态下的检查路线和巡检、抄表项目
检查PEECC小室
1.机组报警信号已经检查，确认
2.根据重油来源，检查确定使用“国产油”或者“进口油”
3.Mark V <R><R><S>控制器显示正常
4.发电机DGP保护屏显示正常
5.MCC盘上各辅机电源指示正常，操作开关均在“AUTO”位置。
6.辅助润滑油泵马达电流正常
选择模块及其周边
1.油溶性抑矾剂模块溶液箱液位正常
2.燃油选择模块各排污阀处于关闭位置
3.燃油进辅机间Y型滤网排污阀处于关闭位置
汽轮机控制系统简介2.22
上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂自控中心
Shanghai Turbine Plant
启动过程
机组挂闸，建立安全油压。 高压主汽门关闭，中压主汽门，高中压调门全开。 高压主汽门打开控制机组转速到2900r/min。
高压调门关闭，至转速下降到2870r/min保持，主汽门
按汽轮机的用途分
电站汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机
按进汽压力分
低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、亚临界汽轮机、超临界 汽轮机、超临界汽轮机
按冷却方式分
水冷汽轮机、空冷汽轮机
上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂自控中心 Shanghai Turbine Plant
转速不等率
n nmax nmin
△n △p1 △p2
当外界负荷发生变化时，将使电网频率发生变化，从而引起电网中各 机组均自动地按其静态特性承担一定的负荷变化，以减少电网频率地改变。 转速不等率越大、机组的额定功率越小，分配给该机组地变化负荷量就越 小；反之则越大。因此带基本负荷的机组其转速不等率应选大一些，使电 网频率变化时负荷变化较小，即减少参加一次调频作用。而带尖峰负荷的 调频机组，转速不等率应选小一些调频能力更强。 转速不等率一般为3-6%，常用5%。
液压调节
通过安装在汽轮机轴上的旋转阻尼， 产生与汽轮机转速的平方成正比的一次 油压，经过放大器放大后形成二次油压， 送到控制阀门开度的油动机，从而控制 汽轮机的进汽量。
燃气轮机发电系统的模型与控制研究
燃气轮机发电系统的模型与控制研究
燃气轮机发电系统是一种高效的能量转换设备，它广泛应用于各个领域。为了
保证燃气轮机发电系统的性能和稳定性，研究人员对其模型和控制技术进行了深入的研究。
一、燃气轮机发电系统的基本模型
燃气轮机发电系统的基本模型包括燃气轮机模型、发电机模型和控制系统模型。其中，燃气轮机模型主要考虑燃气轮机的物理特性，包括空气进口、燃烧、膨胀等过程。发电机模型主要考虑发电机的电气特性，包括电流、电压、功率等参数。控制系统模型主要考虑控制系统的结构和参数，包括PID控制器、内部模型控制器等。
在建立燃气轮机发电系统模型时，需要考虑多种因素，如燃气组成、环境温度、高压比和负载变化等。通过建立准确的模型，可以为系统的控制和优化提供有力的支持。
二、燃气轮机发电系统的控制技术
针对燃气轮机发电系统的控制技术，目前主要有以下几种方式：
1.传统PID控制
传统PID控制是一种简单、可靠的控制方式，主要通过比例、积分、微分三部
分来控制系统的输出。传统PID控制的优点是结构简单，易于实现。但是，在复
杂的控制任务中，传统PID控制器的性能受到很大的限制。
2.高级控制技术
高级控制技术包括模型预测控制、自适应控制、最优控制等。这些控制技术适
用于复杂的非线性系统，可以提高系统的控制精度和稳定性。但是，高级控制技术的计算量较大，需要充分考虑计算资源的限制。
3.组合控制
组合控制是将多种控制技术相结合的一种控制方式，可以充分发挥各种控制技
术的优点，提高系统的控制精度和稳定性。组合控制也是目前燃气轮机发电系统控制的主要方向之一。
燃气轮机控制与故障诊断
燃气轮机控制与故障诊断
燃气轮机是一种高效能、高功率、高可靠性的动力发电装置，在电力工业生产中得到广泛应用。然而，由于燃气轮机大量的旋转部件和高压气路系统，使其在运行过程中容易受到振动、热态失控、气路故障等因素的影响。因此，及时发现和排除故障，提高控制的可靠性，对于保障燃气轮机的稳定、安全运行具有重要意义。本文将从控制与故障诊断两个方面对燃气轮机进行分析。
一、燃气轮机控制
燃气轮机控制是指实时监测和控制燃气轮机运行的状态，以保证燃气轮机具有高效率、可控性和经济性。其控制策略主要包括开环控制和闭环控制两种。
1. 开环控制
开环控制是指所有控制信号都是从固定的参考信号开始经过计算后输入到燃气轮机的执行器中。燃气轮机开环控制的目的是保证燃气轮机能够在设定的负荷条件下稳定运行。该控制方式主要体现在以下两个部分：
（1）ECU控制：由电子控制单元(ECU)控制燃气轮机的转速、燃油喷射量、排气温度等参数，以满足燃气轮机的负荷要求。
（2）燃气轮机调速器控制：通过调节燃气轮机的进气门来控制转速，从而达到输出合适的电功率。
然而，开环控制无法针对外部环境变化进行调整和适配，因此
容易引起燃气轮机的失控和损坏。
2. 闭环控制
闭环控制是指以实时反馈的方式根据燃气轮机的输入和输出信
息对燃气轮机进行控制。使得控制信号能根据燃气轮机的实际状
态和负荷变化实时调整，从而提高燃气轮机的运行效率和稳定性。闭环控制主要包括以下两个部分：
（1）检测系统：通过安装各种传感器来对燃气轮机的状态和
运行数据进行测量和监控。如轴承温度、机油温度、振动、压力
燃气轮机启动控制策略与仿真
燃气轮机由压气机、燃烧室和涡轮机等组成。工作过程中，空气经过压气机 压缩后，与燃料混合、燃烧，产生高温高压的燃气，燃气在涡轮机中膨胀做 功，驱动涡轮机转动，对外输出机械功。
燃气轮机的应用领域
电力行业
燃气轮机可用于发电，具有启动快、调节灵活、 运行维护简单等优点。
工业领域
燃气轮机可用于驱动各种工业设备，如泵、压缩 机、离心机等。
由于燃气轮机在启动过程中会发生温度变化，导致热应力的产生，控制策略需要考虑热应力的影响，以确保燃气轮机的安全 运行。
燃气轮机控制系统的复杂性
燃气轮机控制系统通常包含多个子系统，如燃料控制系统、速度控制系统和温度控制系统等，各子系统之间存在相互影响 和耦合，使得启动控制策略的设计变得复杂。
燃气轮机启动过程的稳定性
高能源利用效率。
分布式能源系统
燃气轮机在分布式能源系统中 扮演重要角色，通过与燃料电 池、储能系统等其他能源技术 的组合，实现能源的梯级利用
和高效利用。
02
燃气轮机启动控制策略
燃气轮机启动过程概述
燃气轮机启动过程
燃气轮机的启动过程是指从静止状态到稳定运行状态的过程，此过程中需要遵循 一定的控制策略。
启动过程的特点
燃气轮机的启动过程具有快速性、稳定性和安全性等特点，同时还需要考虑燃料 的消耗和排放等因素。
燃气轮机启动控制策略的设计
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燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V
摘要:本文介绍了燃气轮机及其控制系统的发展历程,以及燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V的工作原理及主要功能,并列举了几个燃气轮机控制系统的例子。
关键词:燃气轮机;控制系统
SPEEDTRONIC Mark V Gas Turbine Control System Abstract: This paper introduce the development history of gas turbines and their control system, and the functional principle and main features of gas turbine control systems, accompanied by some exemplifying system.
Keywords: Gas Turbine; control system
1.燃气轮机控制系统的发展
燃气轮机开始成为工矿企业和公用事业的原动机组始于40年代后期,其最初被用作管道天然气输送及电网调峰。早期的控制系统采纳了液压机械式气轮机调速器,并辅以气动温控,启机燃料限制稳定及手动程控等功能。其余诸如超速、超温、着火、熄火、无润滑油及振动超标等保护均由独立的装置来实现。
随着控制技术的飞快发展，燃气轮机控制系统出现了以燃料调节器为代表的液压机械操动机构,以及用于启、停机自动控制的继电器自动程序控制。继电器自动程序控制,结合简单的报警监视亦可和SCADA(监控与数据采集)系统接口,用于连续遥控运行。这便是于1966年美国GE公司推出的第一台燃机电子控制系统的雏形。该套系
统, 也就是后来被定名为SPEEDTRONIC MARK I的控制系统,以电子装置取代了早期的燃料调节器。
MARK I 系统采用固态系列元件模拟式控制系统，大约50块印刷电路板，继电器型顺序控制和输出逻辑。
MARK II 在1973年开始使用。其改进主要是采用了固态逻辑系统，改善了启动热过渡过程，对应用的环境温度要求放宽了。
在MARK II 的基础上，对温度测量系统的补偿、剔除、计算等进行改型，在70年代后期生产出MARK II＋ITS，即增加了一套集成温度系统。对排气温度的控制能力得以加强，主要是对损坏的排气热电偶能够实现自动剔除。
MARK IV 的出现是在1982年，这是在原来I型II型基础上做了较大的改进。首先是采用冗余微处理器和电路大量的集成化。从操作来讲前三种型号都没有本质上的变化，而MARK IV 更新了操作和显示方式，简化了面板的布置，依靠CRT和辅助显示器及操作软键来控制。还一改手抄运行数据的办法由打印机按要求的时间和内容列出数据表。这里包括他的改进型PLUS。
1991年投入使用的MARK V进一步完善了三重冗余的微机系统，采用彩色图形显示及标准键盘的人机接口，对容错系统由MARK IV的硬件方式改用SIFT的软件容错。提高了运行可靠性以及为在线维修提供了更多的方便。还改进了控制柜的保护系统，提高了安全性。
对SPEEDTRONIC轮控盘的发展可参看下表：
MARK II
系统型号MARK I MARK II
MARK IV MARK V
＋ITS
生产时间1966 1973 1976 1982 1991 数量850 1825 356 562 ――顺序控制继电器分列固态元件
控制
保护
显示
输入
容错
在这一阶段中,控制原则(见表2)随着现有技术的发展而发展。该理论依其重要程度排列,分别强调了安全运行、可靠性、灵活性、可维护性及使用的方便性。
1现代燃机控制系统的主要功能
以1991年美国ＧＥ公司推出的SPEEDTRONIC Mark V为代表的燃机控制系统所履行的功能包括了对燃料、进气、排放量等的控制,同时还包括燃机的启、停和冷机等过程中燃料与辅助设备的程序控制,此外,还有其他诸如发电机励磁机及涉及燃机运行的所有主、辅助设备的控制乃至防止违反程序的操作和不利于安全运行工况的保护措施,均在其执行功能之列。这些功能都是以某种集成方式完成的,这种集成方式可按前面提到的先后顺序实现上节所述原则。转速与负荷的控
制功能在部分负荷条件下对燃料流量加以控制以期满足对调速器的要求。温度控制功能则对燃料流量加以限制使之燃烧温度最大程度地符合额定值的要求。进气控制通过多导叶开度的调节使得燃机在热回收工况下运行的热耗值降到最低。
当燃机带余热回收装置或排烟道装有回收可燃排放物的回收袋时,需对燃气通道进行吹扫以保证点火安全。当燃机启动达到吹扫转速时,以此速度恒定运转一段时间,通常为足以使3倍至5倍体积的气流流过燃气通道为宜,亦即在带余热锅炉情况下1ｍｉｎ至10ｍｉｎ不等。该过程结束后便可将燃机转子加速至点火速度。该速度经研究发现无论从热气流通道的热疲劳的承受能力亦或火焰筒可靠点火及联焰的角度而言均为最佳值。点火的过程包括接通火花塞的点火电源和设定点火时的燃料流量等步骤。当位于火花塞对侧的火焰探测器探知火焰时,表明点火与联焰成功。此时将燃料流量降至暖机运行值并持续运行1ｍｉｎ,然后启动机构升至最大出力。倘若在规定时间内未能成功点火,控制系统自动倒回到吹扫程序,并在不需操作人员介入的情况下尝试再次点火。不完全点火的情况极少发生,但一旦发生,因其排放温度升高,火焰监视器可在燃机加载之前便探测到。
在暖机运行过程结束后,可增加燃料流量以使燃机转速迅速上升,当达到额定转速的30%～50%时,燃机进入预定的升速程序,开始时增速速率较小,在临近额定转速之际上升较快。其目的是为减小启动过程中对机件造成的热疲劳。在40%～85%转速之间燃机效率明显提高,从而可以自行维持运转。这时便不再需要外部盘车动力了。当转速进一
步升至80%～90%时,原本在启动初期为防止压气机受到冲击而关闭的压气机进气导叶将开启至全速空载状态。随着燃机运转接近正常工作转速,便可开始同期过程。该过程包括:使燃机发电机所发出的电压周波及数值与母线电源一致。在两者之相位差小于原先整定的数值之瞬间断路器合闸。燃机的转速应与系统频率一致并略有正差,以防止断路器合闸于倒送功率上而跳闸。保护模块中的微处理器采用三冗余准同期方式预测零相角差,并计算出断路器合闸工作补偿时间以保证零相角合闸。三冗余控制处理器相互校验共同确定准同期条件。同期过程完成后,燃机开始进入旋转备用状态,启动过程的最后一个环节,包括燃机发电机的自动加载。其依照预先设定的指令,以正常或加速的方式分别带上腰荷、基荷或峰荷。正常情况下可由运行人员手动发出停机指令,并于断路器分断且燃机转速降至额定值95%前恢复加载。停机过程始于机组自动减载。当倒送功率值达5%时,逆流继电器跳开发电机断路器。控制系统将燃油流量降至仅够维持火焰但无法保持燃机转速的最低值。燃机则将减速至25%～40%额定转速,此时燃料供应完全终止。如前所述,该带火焰停机过程是为减小燃气通道部件的热疲劳。在燃料关断之后,燃机转速逐渐下降至需要借助盘车系统来转动转子。转子应予定期盘动以防止因不均匀冷却而造成轴向弯曲,从而导致再次启动时引起振动。转子在冷却过程中或维修时均需予以盘动。小型燃机通常利用一套棘轮来盘动转子。正常的冷却过程依燃机的大小不同而各异,一般小机在5ｈ左右,而大机则可长达48ｈ。燃机冷却过程可视需要,在任何时候予以中止而重新启动。当系