[发明专利]一种燃气轮机负荷控制装置及方法

说明书

本发明提供了一种燃气轮机负荷控制装置，包括负荷燃料控制模块，负荷燃料控制模块根据负荷需求生成预输入燃料量，负荷燃料控制模块包括根据负荷需求生成第一燃料量的负荷前馈控制模块和根据负荷需求生成第二燃料量的负荷控制模块，第一燃料量由负荷前馈控制模块根据预设定的负荷与燃料量的关系直接生成，第二燃料量由负荷控制模块根据预设定的负荷与燃料量的关系、通过反馈控制生成，负荷燃料控制模块将第一燃料量和第二燃料量的加和确定为预输入燃料量。本发明还包括了相应的控制方法。本发明可实现对大功率燃气轮机进行快速负荷调节；改善了原有控制系统的动态特性，燃气轮机在响应负荷变化时灵活性更高。

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机负荷控制装置及方法，尤其涉及一种燃气轮机快速增减负荷控制装置及方法。

背景技术

燃气轮机的能源综合利用效率高，其使用燃料为清洁能源，无烟尘和SO₂排放，设备可靠性高。同时，燃气轮机运行灵活，可适应各种发电需求，并且具备稳健的调控能力，包括满足健壮性前提下的快速启动、快速加载、快速变负荷以及深度调峰的能力等。近年来，随着燃气轮机技术的发展，燃气轮机的功率越来越大，燃气轮机单机功率已经大于500MW，变负荷速率已经达到了88MW/min。

传统燃气轮机的负荷控制通常采用“Min-Max”多回路控制方案。具体来说，燃气轮机在负荷调节过程中，燃料控制由负荷控制回路进行主控，并且和加速度限制控制回路、温度限制控制和压比限制控制回路计算出的燃料量送入“MIN”门进行低选。另外，整个控制回路以熄火边界作为下限，防止燃料量瞬态过低，而发生熄火。进而通过将熄火边界与“MIN”门选择出来的燃料量同时输入到“MAX”门进行一个高选，从而实现对燃料量的多回路控制。

传统“Min-Max”多回路控制方案存在以下缺点：

(1)由于燃气轮机的容腔效益，温度、压力等“时滞”信号无法真实反应出快速增减负荷时燃气轮机的状态，从而导致燃料量的快速变化被抑制；

(2)“Min-Max”多回路控制方案为保守设计，其基于燃气轮机的最坏情况来考虑，牺牲了燃气轮机的灵活性来保证安全裕度；

(3)系统依赖PID控制器闭环调节，无法快速响应燃气轮机的动态特性。

专利CN1112190A公开了燃气轮机装置及其控制装置。控制装置包括起动控制装置、加速度控制装置、速度/负载控制装置、负载限制装置、废气温度控制装置，并从以上五个控制装置的输出控制信号中选择最小信号。其预先将离心式压缩机的旁通阀与燃料流需要量的关系存储在控制系统中，当负载突然变化时，离心式压缩机旁通阀的开度可快速进行响应，使离心式压缩机的排气压力限制在低于其上限值的范围上，从而使得燃气轮机可工作在所需转速的范围中，提高使燃气轮机装置的可靠性。专利CN1112190A公开了包括加速度控制、负载限制以及废气温度控制等多回路控制装置，并且公开了负荷变化时离心式压缩机旁通阀的快速响应方法，但是专利并不涉及对燃料量进行控制以响应负荷的快速变化，也不涉及对负荷的检测以及对温度和压力的计算。

专利CN102256869A公开了船舶内燃发动机的控制设备，包括反馈控制部和前馈控制部，反馈控制部基于给定的推进器的目标转数与实际转数之间的差来控制喷射到内燃发动机的基础燃料量，前馈控制部基于总体动力输出和推进器的转数来计算喷射到内燃发动机的燃料量的修正量。通过从反馈控制部计算的基础燃料量中减去由前馈部获得的修正量来对基础燃料量进行修正，防止由于船舶负载的迅速变化而导致的船舶速度的迅速变化。该专利公开了燃料量的控制方法，但仅仅用于负载突然降低的情况，也并不涉及通过负荷、温度、加速度等多回路对燃料量进行控制。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃气轮机负荷控制装置，包括负荷燃料控制模块，所述负荷燃料控制模块根据负荷需求生成预输入燃料量，其特征在于，