GE燃气轮机孤网控制策略分析

龙文明

摘  要：随着社会的不断进步，人们对电力的需求日渐增加。电力成为社会生产生活不可或缺的重要能源，而受多方面因素的影响会导致电力系统的运行受到影响，进而出现停电事故，不仅造成巨大的经济损失，还对社会生产生活产生严重影响。在进行停电恢复时，恢复的质量在很大程度上受机组孤网运行的影响。因此对GE燃气轮机的孤网进行相应的控制具有重要意义，并且具有必要性。

关键词：燃气轮机;孤网运行;控制策略

受电力系统自身故障的影响，以及滑坡、泥石流、地震、暴雪等自然灾害的影响，均会导致大规模的停电事故出现。此时局部电网与主网相分离，为保障社会供电及时恢复，应保障孤网运行的稳定性和安全性。从而对事故进行有效处理，及时恢复供电。

1 研究背景

通常情况下，单机的容量在电网总容量中占据比例在8%以上的电网，可以称之为小网。而该小网处于孤立运行的状态，则可以称之为孤网。一般情况下可将孤网分成以下几种情况：其一为在其中具有多台并列运行的机组，其二为其中仅有一台机组，处于带负荷的状态运行，其三为甩负荷带厂用电运行。在GE燃气轮机中，可通过三种方式对孤网的运行进行控制，即控制速度、控制负荷共享以及备用控制等。

2 GE燃气轮机孤网的运行控制策略

2.1 速度的控制

应用速度的控制方法通常可应用在仅具有一台燃气轮机的孤网运行中，针对燃气轮机类型的不同，可分成变长数不等率孤网运行的速度控制、标准不等率的控制等，该两种方式均需要借助PID调节器进行控制。在燃气轮机的调速器中不可或缺的重要控制功能便是不等率控制，在众多的电气中，均表明通过标准不等率对机组进行控制，使得燃气轮机的负荷与燃料的值二者呈现一定的线性关系。在不等率燃气轮机的调速器中，其转速的基准在一定程度上手动燃气轮机实际的不等率、负荷设定值等的影响。若燃气轮机的不等率为4%，而额定的负荷为100MW，则将负荷设为25MW，转速基准为101%。实际的转速会随着大电网频率的改变而发生改变，因此设大电网频率为稳定状态，当电网为50赫兹时，实际转速为每分钟3000转。则此时转速基准和实际转速二者的偏差可ton过相应的调节器运算，最终获得当燃气轮机的输出功率为25MW时，可获取燃料的基准冲程。并进行相应的筛选，最终获取最佳的燃料基准冲程。

若大网具有相对较大的波动，则会在一定程度上导致燃机转速出现波动，此时会导致实际转速发生改变，而转速基准则未发生改变。二者的变差会发生一定的变化，进而导致燃气轮机的输出功率发生一定的改变，从而使大电网的频率处于稳定状态。通过相应的分析，发现对标准不等率进行控制时，则是对速度有差进行控制。若在孤网中，单纯的采用该方法对回路的单独运行进行控制，则无法使孤网的频率自动维持在稳定状态下。当孤网中出现标准不等率燃气轮机的运行时，应结合实际情况和需求进行控制，保障选择的控制策略具有针对性，从而使对速度有差控制转变为无差控制。通过相应的对比，可以发现将孤网运行中对基准转速的控制增加作为偏置值，则孤网的运行对速度基准进行控制与实际的速度间存在的偏差则可作被控量。通过比例调节器，可以获取相应的燃料基准冲程，并与实时的基本符合的燃料基准冲程进行运算，并保障运算的快速性，从而获取相应的燃料基准偏置值。通过该偏置值对不等率进行相应的控制，或增加或减少，对当前保持孤网系统频率状态需求的实际燃料的基准值进行计算。利用在燃气轮机中调节相应的燃料量，使机组转速保持稳定状态，使孤网的运行频率得以保持。而在变常数不等率的控制中，变常数不等率的机组其燃机的负荷、燃料则不一定存在线性关系。该系统与标准的不等率控制系统具有一定的差別，将燃机负荷引入该参数中当做导前信号并计算微分。通过将该导前微分的计算增加，最终获取TNRL。在此种情况下，尽管输出功率与燃料量二者间不具有线性关系，通过相应的调节器也可将燃料基准冲程进行有效计算，且保持计算的准确性。在电网的频率处于稳定状态时，保障输出功率的正确性。

机组切到孤网运行模式时，燃机调速系统被控量为透平转速，同样进入转速无差调节，一旦转速存在偏差，则PI控制器会调节燃机燃料，以保持燃机转速稳定在设定值，保持孤网运行时的频率稳定。无论是处于标准的不等率下进行运行模式，还是变常数不等率下的孤网运行模式，如果只有1台机组在孤网上运行，那么孤网负荷和燃机的负荷调节能力就一定要匹配;如果当孤网负荷超出燃机的负荷调节能力，那么孤网频率稳定不再能维持。当需要多台机组并列运行在同一孤网上，则需注意以下几个方面：

其一只能有1台燃机允许被投人孤网运行速度控制模式。因为如果有2台燃机同时投人孤网运行速度控制模式，那么每台燃机PI调节器都会起作用去控制孤网转速，导致2台机组互相影响，引起燃机负荷摆动。其二被投人孤网运行的那台机组，将调整自身的负荷输出去匹配当前孤网上的负荷变动来稳定孤网频率。而如果稳定运行，则要确保孤网运行燃机的调整能力可以覆盖孤网运行时的负荷变化，否则需要通过手动调节其它机组负荷来匹配孤网的负荷摆动，用来保证孤网的稳定运行。

2.2 备用控制

孤网运行的备用控制用于2台并列机组同时运行独立孤网上，共同为孤网供电。其中1台机组运行在孤网速度控制模式，另1台机组可以被选择为备用模式。当孤网运行的机组发生跳闸或者自动停机等异常情况时，备用机组可以自动从不等率控制切换到孤网运行模式。在控制系统实现此功能时，是通过增加硬接线信号来联系2台机组，而备用燃机则通过判断主燃机的状态来切换“孤网运行备用”和“孤网运行”两种状态。通过该模式实现2台燃机孤网运行功能互为备用，为孤网运行提供更高的安全性和可靠性。

2.3 负荷共享

“负荷共享”模式是为了解决多机并列运行在孤网上时，仅靠单机使用速度控制模式带来的负荷摆动和手动调整等弊端。如果投用该功能，所有孤网_上的燃机机组可以像同1台机组一样进行频率调节控制，以维持孤网的正常运行。该模式下的被控量同样为转速基准和实际转速的偏差，此偏差经过P调节器或者PI调节器的运算处理，去调节FSR，同速度控制的运算非常相似，所不同的是除此之外在控制回路中还增加了1个经过负荷共享控制器运算后负荷偏差输人DWS作为FSR的偏置。

3 结束语

通过对GE燃气轮机孤网的运行控制策略进行研究和分析，对电网的安全稳定运行具有重要意义。机组孤岛具有的调节特性具有一定的重要性，对停电事故发生后的恢复质量和效率具有重要影响。通过相应的运行控制策略，可保障燃气机轮孤网的运行更具稳定性，通过相应的调节和控制，使整体电网的运行得到保障。速度控制、负荷分享等均具有重要意义，在实际工作中，应结合实际情况和需求，进行合理的选择，从而保障控制策略的针对性和有效性。

参考文献

[1]梁伟.GE燃气轮机孤网控制策略分析[J].电力与能源，2011（5）.

[2]田玉柱.GE9FA燃气轮机降压运行研究及实践[D].华北电力大学（北京），2008.

[3]乔振广.燃气轮机联合循环电厂孤网运行浅析[J].燃气轮机技术，2007，20（4）：61-64.

[4]汤燕.含分布式电源的智能小区微网系统经济调度与孤网运行下的调频策略研究[D].2014.