涡轮机组功率调节方法及实现该方法的设备技术

一种将热功率转换成电功率的涡轮机组（１０）的功率调节方法，借助于此方法可确定发电机输出的电功率（Ｐ↓［Ｇ］），并根据所测得的电功率（Ｐ↓［Ｇ］）调节用于涡轮机（１１）的热功率（Ｐ↓［Ｔ］），上述涡轮机组（１０）包括一台由热功率驱动的涡轮机（１１）和一台与该涡轮机共轴（１７）、由其驱动向电网（１８）输送电功率（Ｐ↓［Ｇ］）的发电机（１６）。补充确定由轴（１７）接收或输出的运动功率（Ｐ↓［ｋｉｎ］），并按照电功率（Ｐ↓［Ｇ］）和运动功率（Ｐ↓［ｋｉｎ］）之和调节上述热功率（Ｐ↓［Ｔ］）。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
涡轮机组功率调节方法、实现该方法的设备及该方法的应用本专利技术属于发电
，它涉及将热能转换成电功率的涡轮机组的功率调节方法，借助于此方法可确定发电机输出的电功率，并根据所测得的电功率对涡轮机的热功率进行调节，上述涡轮机组包括一台由热能驱动的涡轮机和一台与该涡轮机共轴、由其驱动向电网输送电功率的发电机。本专利技术还涉及实现上述方法的设备，它包括一台调节供给涡轮机的热功率的功率调节器以及第一装置，上述第一装置将涡轮机组的输出功率与预定功率值进行比较，将其差值作为控制信号再输入上述功率调节器。本专利技术最后还涉及上述方法的不同应用。通常，对气体涡轮机输出功率进行调节的方式是：测量发电机输出端的输出电功率PG将此测量值与预定值(设定值)PC进行比较，并将得到的差值ΔP=PG-PC作为控制信号再输入功率调节器，通过该调节器调节气体涡轮机的热能。图1示意性地示出了这类公知的功率调节系统的一个实例。它示出了对由燃气轮机15和发电机16组成的涡轮机组10输出的功率进行调节的情况。上述燃气轮机15包括常规涡轮机11，燃烧室12，压缩机13和用于燃烧气体的可调节的入口导向器14(Variable Inlet Guiding Vane VIGH)，上述导向器通常由可调节的入口导向叶片构成。涡轮机11和发电机16与公用轴17相连，它们的旋转频率f由旋转频率传感器25测得。由发电机16发出的电功率PG输入电网18，通常上述电网为三相电网。在减法器19中将发电机16的输出功率PG与预定的功率值PC进行比较，并将差值ΔP输入功率调节器20，该功率调节器通过可调节的入口导向器14对流入压缩机13的燃烧气体量进行调节，并控制流入燃烧室12的燃料的物料流量dmfc/dt。上述预定功率值(设定值)PC由参考功率值PC*和校正值ΔPct之和Pct=Pc*+ΔPct得出。修正值ΔPct本身来自于特性曲线发送器23，上述发送器根据旋转频率给定值fc与旋转频率测量f的偏离按照减法器24中得出的差值Δf和预定的特性曲线ΔPC=K(Δf)得出相应的修正值。此外，还设置有上升限制器，该限制器可限制调节信号的变化速度。-->结果证明，图1中示出的调节系统中若轴急剧加速(正向或反向)则可能导致燃气轮机严重受损。在这种情况下，测出的涡轮机组的输出功率(电功率)PG不完全是燃气轮机15产生的由燃烧气体和燃料流量所确定的热能，而包含了附加的较大的动能部分。因此，可能引起测量的输出功率和产生的热能之间不一致，致使因功率调节(不正确的调节)引起的燃烧气体和燃料流量的变化对气体涡轮机本身和/或连接的电网的稳定性产生不利影响。如果断开上面所公开的发电机系统，由于电网中没有功率通量，所以，在发电机上测出的电功率PG为零。在这种情况下，也将导致测出的输出功率和产生的热能之间不一致，功率调节中包含因了燃气轮机的热状态引起的错误信息，这也是不希望在功率调节中出现的。如果列出燃气轮机转子的下述功率方程式，上述问题的基本原因则很明显：           (1)PG=PT-PKin其中PT代表燃气轮机输出的有效热功率，而           (2)Pkin=4π2θf(df/dt)轴的运动功率包括轴的转动惯量θ，轴的转动频率f和轴的转动频率的变化(加速度)df/dt。从方程式(1)和(2)看出，测量输出功率PG通常不是直接测量燃气轮机的热功率，而是测量轴上的总功率和轴减速或加速时输出的运动功率。从中可看出下述不希望出现的功率调节状况：1、输出动能时热功率降低在这种情况中转子(轴)急剧减速。这种情况通常发生在燃气轮机与电网同步、频率急剧下降的时候。这种下降的结果是转子输出的运动功率值很大，导致测出的输出功率PG突然增加。为了能使测得的输出功率PG接近设定值PC，一般不是改变设定值PC，而是调节功率减小热功率PT。这正好是对调节系统的一种错误做法，因为电网中频率下降是提高功率需求的信号。恰巧相反，具有备用功率的燃气轮机应增大热功率而不是降低热功率，以便维持电网的稳定性。此外，因输出运动功率而引起的燃气轮机的热功率降低将形成无火焰状况，这种状况又将进一步导致电网的功率不足。这些情况综合在一起将严重影响电网的稳定性。2、负荷减少时热能增加此时只考虑与稳定电网同步，在恒定速度和一定热能(例如160MW热能)-->条件下运行的燃气轮机。因为轴的速度恒定(df/dt=0,Pkin=0)，根据方程式(1)，所测得的总电功率PG等于热功率PT。断开发电机线路时，测得的输出电功率PG降至零。虽然热功率实际上没有变化(该例中为160MW)，而功率调节器接收到的却是对应于0MW输出功率的信号。因此，功率调节器以错误的方式运行，按功率设定值的要求将热功率提高到某一值。从理论上讲，可将热功率提高为功率设定值PC的两倍。发电机线路一断开，热功率PT就使转子加速。信号PG的下降以及由此引起的燃气轮机热功率的提高又将使轴进一步加速，所以轴可能达到临界速度范围。本专利技术的任务是提供一种涡轮机组的功率调节方法，该方法克服了上述不足，并对热功率进行调节，防目止因涡轮机组引起的电网不稳和涡轮机组本身过载。采用本文开始时所提到的方法可以完成本专利技术的任务，其方案为：补充确定由轴接收或输出的运动功率，并按照电功率和上述运动功率之和调节热功率。借助于在功率调节过程中计入轴的运动功率，尤其在负荷减小和电网本身不稳时可以消除调节中不希望出现的错误情况。按照本专利技术的方法，第一个优选实施例的特征在于：测量轴的旋转频率以确定运动功率，从所测得的旋转频率以及频率随时间的变化按照公式Pkin=4π2θf(df/dt)(θ=轴的转动惯量)计算出轴的运动功率。因此，通过唯一一个以简单方式安装在轴上的旋转频率传感器就可安全而可靠地确定轴在每一时刻的运动功率。原则上可以在发电机的夹具上对电功率进行测量。另一种不依赖发电机的测量方法是如本专利技术的第二优选实施方式所述，其特征在于：测量轴的旋转频率和轴上的抓握转矩(angreifende Drehmoment)，从这些数据中计算出电功率，以确定由发电机输出的电功率。在确定轴的运动功率时考虑了轴的转动惯量θ。原则上上述转动惯量可以计算出来，或者也可以通过试验确定。如果按照本专利技术的另一优选实施例，为了确定调节中起决定作用的轴的旋转惯量θ使涡轮机组稳定运行一段时间，将发电机与电网切断使之输出为零，确定电功率，并测量该时间内轴的旋转频率和旋转加速度，并选择轴的转动惯量θ的数值，使得按公式Pkin=4π2θf(df/dt)计算出的运动功率等于在上述切断期间内测量出的电功率，则是一种特别简单的确定方法。-->实施本专利技术方法的设备包括一台调节涡轮机热功率的功率调节器以及第一装置，上述第一装置将涡轮机组的输出功率与预定功率值进行比较，并将差值作为控制信号再输入上述功率调节器，其特征在于：还设有测量轴的旋转频率的第二装置、第三装置和第四装置，上述第三装置按照公式Pkin=4π2θf(df/dt)(θ=轴的转动惯量)从所测得的旋转频率和旋转频率随时间的变化df/dt确定出轴的运动功率，上述第四装置将发电机的输出电功率和由第三装置确定的运动功率相加的和作为涡轮机组的输出功率再送入第一装置。按照本专利技术设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
将热功率转换为电功率的轮涡轮机组（１０）的功率调节方法，借助此方法可确定发电机（１６）输出的电功率（Ｐ↓［Ｇ］），并根据所测得的电功率（Ｐ↓［Ｇ］）对涡轮机（１１）的热功率（Ｐ↓［Ｔ］）进行调节，上述涡轮机组（１０）包括一台由热功率驱动的涡轮机（１１）和一台与该涡轮机共轴（１７）并由其驱动向电网（１８）输送电功率（Ｐ↓［Ｇ］）的发电机（１６），其特征在于：补充确定由轴（１７）接收或输出的运动功率（Ｐ↓［ｋｉｎ］），并按照上述电功率（Ｐ↓［Ｇ］）和运动功率（Ｐ↓［ｋｉｎ］）之和调节上述热功率（Ｐ↓［Ｔ］）。

【技术特征摘要】
EP 1997-9-22 97810694.61、将热功率转换为电功率的轮涡轮机组(10)的功率调节方法，借助此方法可确定发电机(16)输出的电功率(PG)，并根据所测得的电功率(PG)对涡轮机(11)的热功率(PT)进行调节，上述涡轮机组(10)包括一台由热功率驱动的涡轮机(11)和一台与该涡轮机共轴(17)并由其驱动向电网(18)输送电功率(PG)的发电机(16)，其特征在于：补充确定由轴(17)接收或输出的运动功率(Pkin)，并按照上述电功率(PG)和运动功率(Pkin)之和调节上述热功率(PT)。2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：将电功率(PG)和运动功率(Pkin)之和与预定的功率值进行比较，如果差值(ΔP)为正值则减小热功率(PT)，如果差值(ΔP)为负值，则提高热功率。3、如权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于：为了确定运动功率(Pkin)，测量轴(17)的旋转频率(f)，根据所测得的放置频率(f)按照公式(Pkin)=4π2θf(df/dt)(θ=轴的转动惯量)计算轴(17)的运动功率(Pkin)。4、如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：涡轮机(11)是燃气轮机(15)的一部分，上述燃气涡机(15)包括一个用于燃烧气体的可调节的入口导向器(14)、一台压缩燃烧气体的压缩机(13)、一个在供给燃烧气体的条件下燃烧燃料的燃烧室(12)和一台涡轮机(11)；调节经可调节的入口导向器(14)流入的燃烧气体流量和燃料(dmcf/dt)的流量以调节热功率，(PT)。5、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：为了确定由发电机(16)输出的电功率(PG)，测量轴(17)的旋转频率(f)和轴(17)的抓握转矩，从这些值中计算出电功率(PG)。6、如权利要求3所述的方法，其特征在于为了确定调节中起决定...

【专利技术属性】
技术研发人员：S赫普纳，HK谢雷尔，
申请(专利权)人：阿尔斯通公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]