热工燃气轮机的控制调节.docx

燃气轮机的自动控制技术
PB13209120 王储

摘要： 燃气轮机是热机发动机的一种，通常意义上的燃气轮机指的是燃气涡轮引擎。燃气轮机在船舶、车辆、发电机组等领域被广泛应用。随着工程科学的发展，燃气轮机也取得了一些技术上的突破，燃气轮机的自动控制技术同样得到了很大程度的发展。
关键词： 燃气轮机；自动控制技术
1. 燃气轮机的组成
燃气轮机包括电子控制器、液压执行装置、相关软件三部分。
电子控制器主要是用来控制软件和机组状态等方面的信息。通过数学运算和判断的方式控制信号的输出，使得机器可以安全有效的运行。现在的电子控制器大多联网使用，与云数据搭配，一些多个设备共同监控的监控操作系统不断通过各种方法满足其技术需要。
液压执行装置是链接电子控制器和控制燃机的纽带。电子控制器的相关信息必须通过液压执行器才能得到执行。
控制软件则是燃机数控系统软件的一部分。这个软件通过电子控制器搜集和发布各种信息，计算机也要通过通讯接口才能完成处理信号、监视机器的各种状态、处理历史记录、控制各种计算等工作。
控制的功能具体包括利用滤波平滑和消颤的方式采集各种模拟量、频率量和开关量信号；机械故障检测；传感器的故障诊断等各种功能。最重要的目的就是让机器在安全允许的范围内运行，满足负荷方面的需求，保证机械的使用寿命，确保经济效益。编写软件要求设计人员对系统结构，电子硬件，控制规律等方面都有全面的理解和把握。即便如此，软件的研制效率依然不高。
稳定性和可靠性是燃机控制规律设计中最主要的因素。
补充：燃气轮机结构原理

有效出力=透平产生动力-压缩机驱动力
2. 燃气轮机自动控制技术
启动控制：此时应该充分考虑大气温度变化以及气压的影响。相关程序在设计的过程中也要充分考虑到气压和温度的因素，因地制宜的进行启动设置。通过采用简单的启动供油规律，和涡轮后温度的限制，启动时间通常较为缓慢。
加、减速控制：这种控制方式有很好的安全性。这种方式被广泛应用，不过其使用需要消耗大量时间。
稳态控制：保证燃气轮机在一般状态下长期处于负载状态的过程中中保证运行的稳定。不稳定的运动状态一定会影响燃气轮机的正常运作。带动不同的载荷时需要不同的稳态设置。如果带动的泵、压缩机一类，燃气轮机的稳态控制就应当是对输出轴的转速控制。燃机带动发电机组的过程中，就要注意根据发电机组的工作性质来制定出自动控制过程的控制规律。
负荷控制：一种比较困难的控制方式。在发现电流有很大变化的时候，燃机发电机组可以通过前馈信号的方式，实现前馈控制，采用最快的速度提高供油量使得供油量可以满足负荷的需求，并且利用PID（即比例-积分-微分控制器）来更好的完成燃气轮机的稳态控制。这种负荷方式，必须要有相关的前馈信号的控制，只有控制好前馈信号才能比较容易地实现对负荷的控制。燃气轮机自动控制的过程中野只能采用变参数的PID控制，利用数字仿真和半物理模拟试验的方式，通过不断的调整参数的方式，最大幅度的减少超调量，改善燃气轮机的动态品质。
燃气轮发电机
低值选择器
3. 燃气轮机控制示意图
功率与转速控制
燃料伺服机构
Gf
T4、G
α
1GV伺服机构
传感器
温度控制
110 1

余热锅炉

对应的实际结构：

解释：
转速控制是燃气轮机最基本的控制系统，有“有差控制”和“无差控制”两种控制方式。
低值选择器如果流量流的压力增加到一个危险的水平，压力PID送一个低信号到进料阀告诉它关闭。当这个输出信号降到来自流量PID的信号以下时，控制选择器功能块开始传递压力PID的信号并阻止流量PID的信号。温度PID选择同以上类似。因此低值信号选择器功能属于带有压力和温度超驰的流量控制。
伺服机构，系统经由闭回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。其中被控量为机械位置或机械位置对时间的导数。
余热锅炉，顾名思义是指利用各种工业过程中的废气、废料或废液中的余热及其可燃物质燃烧后产生的热量把水加热到一定温度的锅炉。具有烟箱、烟道余热回收利用的燃油锅炉、燃气锅炉、燃煤锅炉也称为余热锅炉，余热锅炉通过余热回收可以生产热水或蒸汽来供给其它工段使用。

4. 区别
燃气轮机的负荷控制系统与火电厂的负荷控制系统有本质的区别，传统燃气轮机负荷控制系统多采用下图所示的负荷——转速串级控制方式。其中转速为有差调节，功率为带不灵敏区的无差调节，保证稳态时功率为设定值。我们给出来的燃气轮机负荷控制系统无一次调频功能，我们不考虑系统频率的扰动，即认为当燃气轮机发电机组并网后，其转速受到电网频率的控制，我们令恒定的频率值N=N0。只有对转速进行有差调节，才能实现机组功率的无差调节，也就是说通过改变转速比例调节器的设定值Ns 来改变机组的输出功率，从而保证机组具有二次调频的能力。

当转速采用P（比例）调节时，稳态时实际转速N与其给定值Nc是有差距的。在不同的转速给定值Nc下，功率Ne—转速N的静态特性曲线不同；Nc越高，稳态时同一转速值所对应的功率Ne越高；在同一Nc下，Ne随着N升高而降低。
Nc
N
Ne