三菱M701F型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制分析

陳珂+吳攀

摘 要： 燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組在實(shí)際的使用過(guò)程中具有熱效率高、調(diào)峰性能強(qiáng)等特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，帶動(dòng)了我國(guó)電力工業(yè)行業(yè)的迅速發(fā)展，也是我國(guó)電力工業(yè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，本文以三菱公司M701F型燃機(jī)為對(duì)象，分析其轉(zhuǎn)速控制邏輯原理及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： M701F燃機(jī)；燃機(jī)轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速控制

燃?xì)廨啓C(jī)是一種清潔能源發(fā)電機(jī)組，能源利用效率可高，并且其燃燒有著低NOX、無(wú)SO2、無(wú)煙塵排放等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境的影響較常規(guī)電廠低的多。中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用三菱公司M701F型燃機(jī)及東方汽輪機(jī)廠制造蒸汽輪機(jī)，有著啟?？欤m合快速調(diào)峰運(yùn)行，設(shè)備可靠，能長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

M701F型燃機(jī)控制系統(tǒng)使用的是三菱提供的DIASYS Netmation控制系統(tǒng)。本文主要介紹控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制功能。

1 M701F燃汽輪機(jī)主控制系統(tǒng)（GT CONTROL）介紹

三菱公司M701F型燃機(jī)在我國(guó)應(yīng)用廣泛，它的TCS燃機(jī)控制系統(tǒng)使用的是三菱提供的DIASYS Netmation控制系統(tǒng)。燃機(jī)啟動(dòng)至全載的各主要控制過(guò)程簡(jiǎn)述如下：

（1）燃機(jī)點(diǎn)火前（MDO）：FLCSO被鉗制在-5%，達(dá)到最小，CSO=FLCSO，使各燃料閥緊密地關(guān)閉；

（2）燃機(jī)點(diǎn)火時(shí)（FIRE）：維持燃料充分，以保證能夠可靠點(diǎn)燃。此時(shí)FLCSO=20-10*（點(diǎn)火轉(zhuǎn)速-500），點(diǎn)火轉(zhuǎn)速約550rpm（與T1有關(guān)），此時(shí)，F(xiàn)LCSO<0，通過(guò)小選門(mén)，但是無(wú)法通過(guò)大選門(mén)，無(wú)法輸出

（3）升速階段（WUP）：維持燃料流量，防止火焰熄滅，并足以預(yù)熱及加速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)約1090rpm，F(xiàn)LCSO 通過(guò)小選門(mén)，并開(kāi)始大于暖機(jī)升速階段的最小CSO，使CSO=FLCSO；

（4）加速后快達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)（MIN）：維持最低地燃料流量以防止火焰瞬間在瞬變操作時(shí)熄滅；

（5）轉(zhuǎn)速達(dá)到2990rpm左右時(shí)，GVCSO 將小于FLCSO，通過(guò)小選擇門(mén)，使CSO=GVCSO，燃機(jī)開(kāi)始進(jìn)行空載和同期的調(diào)速階段，直到并網(wǎng)帶負(fù)荷；

（6）滿載后，達(dá)到溫控條件，BPCSO＼EXCSO最小，通過(guò)小選門(mén)，進(jìn)入BPCSO＼EXCSO控制。

查詢實(shí)際的啟動(dòng)曲線后得知，GVCSO在停運(yùn)、啟動(dòng)、點(diǎn)火、升速時(shí)，一直保持100%的輸出，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至2815rpm左右時(shí)，開(kāi)始從100%下降，直至當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到2990rpm附近時(shí)，其值小于FLCSO，經(jīng)小選門(mén)后燃機(jī)進(jìn)入GVCSO控制。

2 M701F燃汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

如上圖所示，燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制的核心部分為AM模塊。在燃機(jī)正常帶負(fù)荷運(yùn)行（AM模塊的Ts為0時(shí)），AM模塊接收輸出值升或降的指令，改變輸出轉(zhuǎn)速設(shè)定值，AM轉(zhuǎn)速輸出設(shè)定值再通過(guò)換算形成燃機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值和燃機(jī)GVCSO，最終改變?nèi)剂狭?。轉(zhuǎn)速設(shè)定值升或降的判斷依據(jù)是燃機(jī)實(shí)際負(fù)荷和燃機(jī)負(fù)荷設(shè)定（ALR SET）的差值（當(dāng)差值大于0.05為升；當(dāng)差值小于-0.05為降）。

所以燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制的最終目的是保證燃機(jī)負(fù)荷設(shè)定值與ALR SET保持一致，途徑是通過(guò)改變?nèi)紮C(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，從而改變GVCSO。從邏輯上我們可以看出控制的變量有兩個(gè)，即轉(zhuǎn)速和功率。

3 轉(zhuǎn)速控制和功率調(diào)節(jié)的關(guān)系

如圖所示，燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制采用了內(nèi)外兩個(gè)閉環(huán)回路（藍(lán)色線所表示的功率外閉環(huán)回路和紅色線所表示的轉(zhuǎn)速內(nèi)閉環(huán)回路）.

轉(zhuǎn)速內(nèi)閉環(huán)回路：轉(zhuǎn)速控制閉環(huán)回路采用比例環(huán)節(jié)來(lái)控制，也就是燃機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定與實(shí)際轉(zhuǎn)速的負(fù)反饋?zhàn)霾钊缓笤俪擞谝粋€(gè)數(shù)值，最后輸出GVCSO改變?nèi)紮C(jī)的轉(zhuǎn)速。比例環(huán)節(jié)兩個(gè)輸入一定保持有一定偏差，因?yàn)槿艮D(zhuǎn)速設(shè)定值等于實(shí)際轉(zhuǎn)速，比例環(huán)節(jié)的輸出將為0，GVCSO=0。所以燃機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值一定會(huì)大于燃機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值3000rpm。而燃機(jī)轉(zhuǎn)速不等率=（燃機(jī)滿負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速設(shè)定-燃機(jī)空載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速設(shè)定）/燃機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

功率外閉環(huán)回路：功率控制閉環(huán)回路采用bang-bang控制環(huán)節(jié)，邏輯上由AM模塊和兩個(gè)閥值分別為0.05和-0.05的比較器配合實(shí)現(xiàn)。bang-bang控制環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是開(kāi)關(guān)控制：當(dāng)功率偏差大于一定值時(shí)，控制環(huán)節(jié)會(huì)降低轉(zhuǎn)速設(shè)定值，減少GVCSO；當(dāng)功率偏差小于一定值時(shí)，控制環(huán)節(jié)會(huì)增加轉(zhuǎn)速設(shè)定值。最終控制環(huán)節(jié)會(huì)實(shí)現(xiàn)燃機(jī)負(fù)荷和設(shè)定值的偏差控制在一定范圍內(nèi)。若這個(gè)范圍在誤差允許之內(nèi)，則可以說(shuō)功率閉環(huán)控制是無(wú)差調(diào)節(jié)（實(shí)際功率=功率設(shè)定）。

值得注意的是：燃機(jī)未帶負(fù)荷時(shí)，AM模塊的“升”或“降”功能不起作用，AM模塊的輸出值鎖定為0.2，經(jīng)過(guò)換算得出轉(zhuǎn)速設(shè)定值鎖定為3006rpm。燃機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定3006rpm對(duì)應(yīng)的GVCSO正好能克服燃機(jī)空載運(yùn)行阻力，將燃機(jī)轉(zhuǎn)速維持在3000rpm。而燃機(jī)并網(wǎng)時(shí)，即MCB合閘時(shí)，AM模塊的“升”或“降”功能不起作用，AM模塊的輸出值等于上一時(shí)刻輸出值增加+0.05。這樣導(dǎo)致在并網(wǎng)瞬間，輸出值通過(guò)正反饋不斷疊加逐漸增大，GVCSO不斷增大，這樣能保證燃機(jī)并網(wǎng)后能帶上負(fù)荷。當(dāng)MCB合閘脈沖過(guò)去后，AM模塊的“升”或“降”功能起作用，燃機(jī)功率被調(diào)節(jié)成初始負(fù)荷設(shè)定值15MW。極端情況下，燃機(jī)進(jìn)入孤島運(yùn)行模式時(shí)，AM模塊的“升”或“降”功能不起作用，AM模塊的輸出值鎖定為0.25，經(jīng)過(guò)換算得出轉(zhuǎn)速設(shè)定值鎖定為3007.5rpm，對(duì)應(yīng)的GVCSO正好保證燃機(jī)轉(zhuǎn)速維持到3000rpm，并帶廠用電運(yùn)行。若廠用電負(fù)荷增加/減少，導(dǎo)致燃機(jī)轉(zhuǎn)速降低/升高，在轉(zhuǎn)速閉環(huán)回路內(nèi)會(huì)是比例環(huán)節(jié)輸出增加/減少，導(dǎo)致GVCSO增加/減少，最終維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

綜上所述，燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)現(xiàn)了燃機(jī)功率無(wú)差調(diào)節(jié)，燃機(jī)轉(zhuǎn)速有差調(diào)節(jié)。

4 結(jié)束語(yǔ)

三菱M701F燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，保證各控制方式在機(jī)組啟停過(guò)程及各工況運(yùn)行時(shí)按需切換，以控制燃?xì)廨啓C(jī)安全運(yùn)行。子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制設(shè)計(jì)合理，轉(zhuǎn)速與功率的內(nèi)外環(huán)回路相互配合最終實(shí)現(xiàn)燃機(jī)負(fù)荷和設(shè)定值的偏差控制在一定范圍內(nèi)，完成轉(zhuǎn)速及功率調(diào)節(jié)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 楊順虎.燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運(yùn)行.中國(guó)電力出版社，2004.3.

[2] 章素華.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng).中國(guó)電力出版社.2013.5.

[3] 姚秀平.燃?xì)廨啓C(jī)與聯(lián)合循環(huán).中國(guó)電力出版社.2010.5.