联合循环电站燃气轮机控制系统的建模研究
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第２ ４卷
第１ 期
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ １２ ．１ Ｍ ａ ．， ０１１ ｒ ２
２ １年 ３月 ０１
ＧＡＳ ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮｏＬＯＧＹ
wk.baidu.com
联 合 循 环 电 站 燃 气 轮 机 控 制 系统 的 建 模 研 究
魏 静， 陈艳 军 ， 建 国 张
１ 燃 气 轮 机 的控 制 系统
联 合 循 环 的燃 气 轮 机控 制 系 统 主要 包 括转 速／ 负荷控 制系统 、 速度 控制 系统 、 加 温度 控制 系统 以及
压 气机 人 口导 叶 （Ｇ 控 制 系 统 。转 速／ ＩＶ） 负荷 控 制 系统 、 速度控 制 系统 、 加 温度 控制 系统 都产 生相 应燃
热 冲击 时起作 用 。速 度信 号 经 过 一 个微 分 环 节 ， 计 算 出实 际 的加速 度 ， 然后 ， 此加 速度 去与加 速度 的额
燃气轮机工况的 目的。压气机 Ｉ Ｖ控制系统 ， Ｇ 通过 入 口导 叶执 行 机 构 改变 角 度 。 ， 透 平 排 气 温 度 使
定 值 进 行 比 较 ， 出 的 偏 差 输 入 到 加 速 度 控 制 得
加 速度 控 制 系 统作 用 是 在某 些 特 殊情 况 下 ， 限
制转 子 的角加 速度 不 超 过 其 给定 值 ， 以保 证 燃 气轮 机 的机组 安全 ， 气 轮机 的加 速 度 控 制 系统 起 到 了 燃 非常 重要 的作 用 。 同温 度 控 制 系统 一 样 ， 速 度控 加 制系 统 只起 到 限定 作用 ， 在正 常情 况下 它不起 作用 ，
器— — 积分 调节 器 ：
收稿 日期 ：０９—１ ０ 改 稿 日期 ：０ ０— ４—１ ２０ １— ２ ２１ ０ ４ 作者 简介 ： 魏静 （９ ３一） 男 ， １７ ， 江苏徐州人 ， 工学硕士 ， 高级 工程 师 ， 从事 电站热控 系统设计 。
４ ６
１０ ０
——
Ｓ
燃气 轮机 技 术
第２ ４卷
ｂＬ Ｓ
厂’ ，
、
ｆ） １
给 出了 ４个模块 的微 分方程模 型 ， 别表示 如下 ： 分 燃料 供给执 行机 构和燃 烧室模块 可表 示 为
＆ （）＝ 一２ ａ （ ）＋２ ｕ （ ） （ ） 式 中 ：． ５ ｔ ０ 。ｔ ０ ｆｔｎ ｔ ， ０ １
地 采用 滑压 运行 方式 ， 此时 汽机 进汽 阀 门全开 ， 不做
负荷进 行 调节 ， 转速 控制 器是 一个 比例模块 ， 增益 其 值在 １ ０～５ ０之 间 ， 应 的 不 等 率 在 １％ ～２ 之 相 ０ ％ 间 。在 实 际的并 网运 行 中 ， 通过 调整 转速 基准 ， 改变
调 节 。因此 可 以近似 认 为 ， 补 燃 型 联 合 循环 的输 无
出功率 可 以通 过仅 改 变单个 燃气 轮机 功率 控制 的给
定值 来进 行调 节 。显 然 ， 气 轮 机 的 控制 是联 合 循 燃
环 电站 控 制 的 重 点 ， 文 以 Ｇ ７ ０ Ｅ 型 燃 气 本 Ｅ ＭＳ ０ １ Ａ
１ １燃气 轮机 转速／ 荷控 制 系统 ． 负 转 速／ 负荷 控 制是燃 气轮 机最 基本 的控 制系统 ， 当发 电机并 网运 行 时 转 速控 制 为有 差 控 制 ， 以便 对
只有燃 气轮 机是 主动 的 ， 热锅 炉随 动 于燃 气 轮机 ， 余
为 了最 大 限度地 利用 燃 气 余 热 ， 汽 轮 机 一 般较 多 蒸
２０１） ５ ０ ３
（ 东电力 工程咨 询 院 ， 南 山 济
摘
要： 以某联合循环电站燃气轮机 的控制 系统为原 型， 利用 Ｍ ｔ ｂ Ｓｍ ｌ ｋ对该型联合 循环燃气 轮机控制 ａｌ ／ ｉ ｕｉ ａ ｎ
系统建模 ， 并进行 了全工况仿真 。仿真结果与实 际物理过 程相吻合 ， 说明此模 型可 以用 于联合循环 机组控制
系统的研究 。 关 键 词 ： 合 循 环 ； 气 轮 机 ； 型 ； 真 联 燃 模 仿 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０９—２８ （０ １ ０ ０ ４ １０ ８ ９ ２ １ ）１— ０ ５—０ ６
中 图分 类 号 ：Ｋ ７ Ｔ ４１
典 型联 合循 环 电站 是 由燃 气 轮 机 、 热 锅 炉 和 余 蒸汽 轮机 三大子 系 统 组成 的 ， 补燃 的余 热 锅 炉 型 无
料 给定值 ， 经低 选 器选择 输 出最小 的燃 料 给定值 ， 燃 料给 定值 和转 速乘 积后 作为燃 料供 给模 块 的燃料 信 号 ， 料控 制 系统 动作 ， 变 燃 料量 ， 而实 现 改 变 燃 改 从
只有 在燃气 轮 机突然 甩 负荷 时抑止 动态 超速或 起动 过程 限制燃 气 轮机 的起 动 加 速率 ， 以减 少 热 部件 的
转 速基 准 与实 际转 速 之 间 的 偏 差 ， 而改 变 输 出 的 从 燃 料基准值 ， 达到调整负 荷 的 目的 。转速 控制器 最终 的传 递 函数为 （ ｓ ） 转 速 不等 率 ６取 ０ ０ ， Ｙ＋ ， ．４ 转 速调 节器 的参数 Ｗ＝１３＝ ５ Ｙ＝ ．５ ＝１ ／ ２ ， ００ ， 。 １ ２燃气 轮 机加 速度 控制 系统 ．
轮机 为研 究对 象 ， 过分 析其 非线 性状 态空 间方 程 ， 通
从控 制 角度及 能量 转化 的角 度建立 联合 循环 的燃 气 轮机模 型 ， 在 Ｍａａ／ ｉｕｉｋ仿 真 软 件 环 境 下 ， 并 ｔｂ Ｓｍ ｌ ｌ ｎ
实现该 型燃 气轮 机控 制 系统全 工况 仿真 运行 实验 。
联合循 环是 目前 最为 常见 的联 合循 环类 型之 一 。在 无补燃 的余 热锅 炉 型燃 气 一蒸 汽 联 合 循 环 系统 中 ，
保持 在最 佳 的设 定 点 。在 这 些 控制 系统 中 ， 速控 转
制 系统 和压气 机人 口导 叶控 制 系统 在稳 态运 行 时 占
主导地 位 。
第１ 期
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ １２ ．１ Ｍ ａ ．， ０１１ ｒ ２
２ １年 ３月 ０１
ＧＡＳ ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮｏＬＯＧＹ
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联 合 循 环 电 站 燃 气 轮 机 控 制 系统 的 建 模 研 究
魏 静， 陈艳 军 ， 建 国 张
１ 燃 气 轮 机 的控 制 系统
联 合 循 环 的燃 气 轮 机控 制 系 统 主要 包 括转 速／ 负荷控 制系统 、 速度 控制 系统 、 加 温度 控制 系统 以及
压 气机 人 口导 叶 （Ｇ 控 制 系 统 。转 速／ ＩＶ） 负荷 控 制 系统 、 速度控 制 系统 、 加 温度 控制 系统 都产 生相 应燃
热 冲击 时起作 用 。速 度信 号 经 过 一 个微 分 环 节 ， 计 算 出实 际 的加速 度 ， 然后 ， 此加 速度 去与加 速度 的额
燃气轮机工况的 目的。压气机 Ｉ Ｖ控制系统 ， Ｇ 通过 入 口导 叶执 行 机 构 改变 角 度 。 ， 透 平 排 气 温 度 使
定 值 进 行 比 较 ， 出 的 偏 差 输 入 到 加 速 度 控 制 得
加 速度 控 制 系 统作 用 是 在某 些 特 殊情 况 下 ， 限
制转 子 的角加 速度 不 超 过 其 给定 值 ， 以保 证 燃 气轮 机 的机组 安全 ， 气 轮机 的加 速 度 控 制 系统 起 到 了 燃 非常 重要 的作 用 。 同温 度 控 制 系统 一 样 ， 速 度控 加 制系 统 只起 到 限定 作用 ， 在正 常情 况下 它不起 作用 ，
器— — 积分 调节 器 ：
收稿 日期 ：０９—１ ０ 改 稿 日期 ：０ ０— ４—１ ２０ １— ２ ２１ ０ ４ 作者 简介 ： 魏静 （９ ３一） 男 ， １７ ， 江苏徐州人 ， 工学硕士 ， 高级 工程 师 ， 从事 电站热控 系统设计 。
４ ６
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燃气 轮机 技 术
第２ ４卷
ｂＬ Ｓ
厂’ ，
、
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给 出了 ４个模块 的微 分方程模 型 ， 别表示 如下 ： 分 燃料 供给执 行机 构和燃 烧室模块 可表 示 为
＆ （）＝ 一２ ａ （ ）＋２ ｕ （ ） （ ） 式 中 ：． ５ ｔ ０ 。ｔ ０ ｆｔｎ ｔ ， ０ １
地 采用 滑压 运行 方式 ， 此时 汽机 进汽 阀 门全开 ， 不做
负荷进 行 调节 ， 转速 控制 器是 一个 比例模块 ， 增益 其 值在 １ ０～５ ０之 间 ， 应 的 不 等 率 在 １％ ～２ 之 相 ０ ％ 间 。在 实 际的并 网运 行 中 ， 通过 调整 转速 基准 ， 改变
调 节 。因此 可 以近似 认 为 ， 补 燃 型 联 合 循环 的输 无
出功率 可 以通 过仅 改 变单个 燃气 轮机 功率 控制 的给
定值 来进 行调 节 。显 然 ， 气 轮 机 的 控制 是联 合 循 燃
环 电站 控 制 的 重 点 ， 文 以 Ｇ ７ ０ Ｅ 型 燃 气 本 Ｅ ＭＳ ０ １ Ａ
１ １燃气 轮机 转速／ 荷控 制 系统 ． 负 转 速／ 负荷 控 制是燃 气轮 机最 基本 的控 制系统 ， 当发 电机并 网运 行 时 转 速控 制 为有 差 控 制 ， 以便 对
只有燃 气轮 机是 主动 的 ， 热锅 炉随 动 于燃 气 轮机 ， 余
为 了最 大 限度地 利用 燃 气 余 热 ， 汽 轮 机 一 般较 多 蒸
２０１） ５ ０ ３
（ 东电力 工程咨 询 院 ， 南 山 济
摘
要： 以某联合循环电站燃气轮机 的控制 系统为原 型， 利用 Ｍ ｔ ｂ Ｓｍ ｌ ｋ对该型联合 循环燃气 轮机控制 ａｌ ／ ｉ ｕｉ ａ ｎ
系统建模 ， 并进行 了全工况仿真 。仿真结果与实 际物理过 程相吻合 ， 说明此模 型可 以用 于联合循环 机组控制
系统的研究 。 关 键 词 ： 合 循 环 ； 气 轮 机 ； 型 ； 真 联 燃 模 仿 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０９—２８ （０ １ ０ ０ ４ １０ ８ ９ ２ １ ）１— ０ ５—０ ６
中 图分 类 号 ：Ｋ ７ Ｔ ４１
典 型联 合循 环 电站 是 由燃 气 轮 机 、 热 锅 炉 和 余 蒸汽 轮机 三大子 系 统 组成 的 ， 补燃 的余 热 锅 炉 型 无
料 给定值 ， 经低 选 器选择 输 出最小 的燃 料 给定值 ， 燃 料给 定值 和转 速乘 积后 作为燃 料供 给模 块 的燃料 信 号 ， 料控 制 系统 动作 ， 变 燃 料量 ， 而实 现 改 变 燃 改 从
只有 在燃气 轮 机突然 甩 负荷 时抑止 动态 超速或 起动 过程 限制燃 气 轮机 的起 动 加 速率 ， 以减 少 热 部件 的
转 速基 准 与实 际转 速 之 间 的 偏 差 ， 而改 变 输 出 的 从 燃 料基准值 ， 达到调整负 荷 的 目的 。转速 控制器 最终 的传 递 函数为 （ ｓ ） 转 速 不等 率 ６取 ０ ０ ， Ｙ＋ ， ．４ 转 速调 节器 的参数 Ｗ＝１３＝ ５ Ｙ＝ ．５ ＝１ ／ ２ ， ００ ， 。 １ ２燃气 轮 机加 速度 控制 系统 ．
轮机 为研 究对 象 ， 过分 析其 非线 性状 态空 间方 程 ， 通
从控 制 角度及 能量 转化 的角 度建立 联合 循环 的燃 气 轮机模 型 ， 在 Ｍａａ／ ｉｕｉｋ仿 真 软 件 环 境 下 ， 并 ｔｂ Ｓｍ ｌ ｌ ｎ
实现该 型燃 气轮 机控 制 系统全 工况 仿真 运行 实验 。
联合循 环是 目前 最为 常见 的联 合循 环类 型之 一 。在 无补燃 的余 热锅 炉 型燃 气 一蒸 汽 联 合 循 环 系统 中 ，
保持 在最 佳 的设 定 点 。在 这 些 控制 系统 中 ， 速控 转
制 系统 和压气 机人 口导 叶控 制 系统 在稳 态运 行 时 占
主导地 位 。