燃氣輪機發電機組運行控制模式探討

王 飛

(南京汽輪電機(集團)有限責任公司，江蘇 南京 210000)

1 研究燃氣輪機發電機組運行控制模式的重要性

對于燃氣輪機簡單循環的熱效率來說，其在現實情況中隨著技術的不斷發展而出現了提高的趨勢，熱效率的提高間接擴大了燃氣輪機技術的應用空間，其是清潔動力裝置的基礎技術，為了對不同的需求進行滿足，燃氣輪機在型譜方面也變得十分豐富，既能夠在發電領域運行，也可以在機械驅動領域運行。而對于燃氣輪機的發電組來說，當其被應用為醫院以及相關場所的應急電源時，就可能是單機運行，而在較為偏遠的地區往往就會由多機并列組成孤網。還有部分規模較大的區域也會出現特定的機組，特定機組中不同模式會出現隨機、人為切換的情況，這也對控制系統提出了更高的要求，體現了研究燃氣輪機發電機組運行控制模式的重要性。

2 燃氣輪機發電機組運行控制模式的具體研究

2.1 燃氣輪機發電機組及具體的組網模式

從燃氣輪機發電機組及具體的組網模式來看，發電機是燃氣輪機的負荷，而對于發電機來說，電力輸出側連接的用電設備構成了用電網絡，成為了發電機組的負荷，所以想要對燃氣輪機發電機組的運行進行優化，就必須要對發電機組的組網模式進行細致的研究。在電力的建設規程當中，電網中單機的容量不能超過電網總容量的一定比例，相比較而言，單機容量超過電網總容量的電網被成為小電網，不同組網模式存在著不同的控制算法。先從大電網的角度來看，在大電網中單臺機組的容量占比并不大，即便是某臺機組在運行的過程中消除了負荷，電網自身的功率也會被其他機組進行承接，所以不會對電網的運行產生具體影響，也就是說燃氣輪機發電組在大電網模式下不需要參與調頻。

再從小電網的角度來看，小電網與大電網是一種對立的性質，而脫離大網獨立運行的小網在現實情況中也被人們稱之為孤網。在孤網中，只有一臺燃氣輪機發電機組是發電設備的單機運行模式，這也是小電網的主要組網方式之一。另外，小電網還存在著多機并列的組網模式，在多機并列的小電網中，由于單臺機組的具體容量占比較大，所以一旦某臺機組出現了故障，就會甩掉負荷，導致其他機組無法對電網所虧功率進行承擔，進而致使電網的頻率出現大幅下降的情況，在嚴重時甚至會導致電網瓦解，所以應在實際情況中保證每臺機組都能夠有功率儲備，另外每臺機組都必須要具備穩定性的特征，只有如此才能夠對電網頻率的變化進行抑制。

2.2 燃氣輪機發電機組的運行控制模式

對于燃氣輪機發電機組的運行控制模式來說，與其他的發電機組一樣，燃氣輪機發電機組存在著不同的運行控制模式，無論是有差控制模式還是無差控制模式，亦或是功率控制模式都需要包括在其中。先從無差控制模式的角度來看，無差控制也就是指通過相關算法對燃氣輪機的燃料流量進行一定程度上的調節，進而實現對發電機轉速進行閉環控制的目的，對其進行控制是為了讓電網的頻率始終保持在額定值附近，由于轉速無差控制始終注重實測值與設定值之間的具體偏差，所以從理論角度來看，無差控制模式在發電機組控制中不具備較強的可行性。

對于有差控制來說，其具體的方式來源于傳統的機械調速器，雖然傳統的機械調速器在現實中瀕臨被淘汰的邊緣，但是實事求是地說，其在現實情況中仍然具備一定程度上的應用價值，這種調速器能夠對發電機轉速的變化進行響應，進而對燃料閥的開度進行自動調節，達到對發電機轉速變化進行抑制的目的。有差控制本質上屬于一種閉環控制，也就是根據具體的比例對規律進行控制，如果轉速設定值沒有發生變化，那么發電機的轉速就會在發電機輸出功率偏多時進行提升，有差控制一旦檢測到轉速升高就會對燃料基準進行降低，燃料一旦減少，機組的發電負荷就會出現下降的情況，影響到具體的轉速方面，可達到對發電機轉速變化進行抑制的目的。

最后需要提到功率控制的模式，其主要是指讓機組在給定的負荷狀態下運行并保證穩定性，如果功率控制不會對發電機頻率的變化進行響應，也就不會參與到電網的調頻過程當中，所以功率控制的具體模式只適合并入大電網的組網模式。

2.3 燃氣輪機發電機組運行控制模式的選擇

對燃氣輪機發電機組的運行控制模式進行選擇需要以現實情況為基礎，如果選擇的運行控制模式不夠合理，就會影響燃氣輪機發電機組的穩定性，甚至會導致燃氣輪機發電機組損壞，所以必須要合理地對問題進行研究。在運行過程中，機組組網模式一旦發生改變，運行控制模式也需要合理地進行切換，在切換的過程中不應該對機組的運行狀態進行影響，所以在暫時不會發生變化的控制算法中必須保證有一個參數能夠對機組當前的運行狀態進行跟蹤，這一參數也就是跟蹤參數。

例如，當控制模式還是進行變化時，由有差控制切換為無差控制，那么就必須要以當前的轉數作為跟蹤參數，之后將其傳遞給控制器，在啟用控制器后就可以循序漸進地將轉速設定值調節到額定值上，如果控制模式從無差控制轉換到了有差控制，就應該將當前的燃料基準轉換為有差控制的具體轉速設定值，之后再對有差控制模式進行啟用。

3 結論

綜上所述，燃氣輪機技術既存在著單機運行的情況，也存在著多機并列組成孤網運行的情況，另外還有很多并入規模較大的區域都可能出現不同模式的切換，這也對機組的控制系統提出了挑戰。所以在運行過程中，機組組網模式一旦發生改變，運行控制模式也需要合理地進行切換。