СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ
METHOD OF CONTROL OVER GAS TURBINE ELECTRIC POWER STATION

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).
Известен способ ручного управления ГТЭС, Константинов В.Н. Системы судовых электроэнергетических систем., Л.: Судостроение, 1972 г., с.33-34.
Недостатком известного способа является его низкая эффективность. Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТЭС, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ, Шевяков А.А. «Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок», М., «Машиностроение», 1985 г., с. 111-113.
Недостатком известного способа управления ГТЭС является следующее. Включение любой электростанции, в том числе газотурбинной со свободной турбиной, на автономную нагрузку выполняется подачей команды на привод высоковольтного выключателя генератора. Для газотурбинной электростанции со свободной турбиной такое включение, уже при наличии нагрузки величиной 10% от номинальной, приводит к глубоким провалам частоты вращения свободной турбины и, следовательно, частоты напряжения генератора. Причина этого состоит в том, что турбокомпрессор, подающий газовый поток на свободную турбину, на режиме холостого хода не может сразу увеличить его до нужной величины. Это снижает надежность работы ГТУ и ГТЭС в целом. Целью изобретения является повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества управления ГТУ, обеспечивающего уменьшение провалов частоты генерируемого напряжения при включении газотурбинной электростанции со свободной турбины на автономную нагрузку.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления газотурбинной электростанцией, заключающемся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ, дополнительно при получении команды на включение высоковольтного выключателя увеличивают заданное значение частоты вращения свободной турбины до 105% и увеличивают расход топлива под управлением автомата приемистости до тех пор, пока измеренное значение частоты вращения свободной турбины не достигнет 105%, после этого выдают команду на привод высоковольтного выключателя и через наперед заданное время, достаточное для срабатывания привода, уменьшают расход топлива до тех пор, пока измеренная частота вращения свободной турбины не снизится обратно до 100% и далее поддерживают эту частоту вращения соответствующим изменением расхода топлива.
На чертеже приведена схема устройства для реализации данного способа.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный блок 2 управления ГТУ (БУД), блок 3 управления дозатором (БУШДГ), дозатор 4, причем дозатор 4 подключен к БД 1, пульт 5 оператора (ПУ), подключенный к БУД 2.
Устройство работает следующим образом.
Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 5 задает режим работы ГТУ: запуск, номинал, максимальный и т.д.
Команда оператора от ПУ 5 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2.
БУД 2 представляет собой специализированную ПЭВМ с устройствами ввода/вывода и вычислителем, в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) которого записано специальное программное обеспечение (СПО), реализующее алгоритмы управления ГТУ.
БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 5 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Шевяков А.А. «Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок», М., «Машиностроение», 1985 г., с.36-38) вычисляет потребный расход топлива в КС ГТУ.
Практически на всех рабочих режимах работы ГТУ в БУД 2 работает регулятор частоты п ст вращения силовой турбины (контур управления п ст). С помощью БД 1 измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное (100%) и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины формируют потребный расход топлива в КС.
По расходной характеристике дозатора 4, которая записывается в энергонезависимую память вычислителя БУД 2 в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, формируют заданное положение дозатора 4, сравнивают его с измеренным в БД 1 положением дозатора, по величине рассогласования формируют управляющее воздействие и выдают его в БУШДГ 3.
БУШДГ 3 является по своей сути электро-механическим преобразователем, выполненным, например, в виде шагового двигателя.
В зависимости от величины управляющего воздействия, полученного от БУД 2, БУШДГ 3 изменяет положение дозатора 4, а соответственно, и расход топлива в КС ГТУ.
Дополнительно в БУД 2 рассчитывают и контролируют приведенную частоту вращения турбокомпрессора, а также фиксируют команды, получаемые от оператора ГТЭС через ПУ 5.
При получении в БУД 2 команды от ПУ 5 на включение высоковольтного выключателя (ВВ, на чертеже не показан) увеличивают заданное значение частоты вращения свободной турбины до 105% и изменяют расход топлива по программе приемистости, например
где
nтк - частота вращения турбокомпрессора;
nтк пр. - приведенная частота вращения турбокомпрессора.
Расход топлива изменяют по команде БУД 2 с помощью БУШДГ 3 и дозатора 4 до тех пор, пока измеренное значение частоты вращения свободной турбины не достигнет 105%.
После этого из БУД 2 выдают команду на привод ВВ (включить ВВ). Включение нагрузки (ВВ) останавливает рост частоты вращения свободной турбины, и так как мощность газового потока увеличилась, то снижения частоты вращения свободной турбины с глубоким провалом ниже номинального значения не происходит.
Через наперед заданное время, достаточное для срабатывания привода (в зависимости от конкретного привода это время может меняться в диапазоне от 1,5 до 2,5 с), уменьшают расход топлива до тех пор, пока измеренная частота вращения свободной турбины не снизится обратно до 100%, и далее поддерживают эту частоту вращения соответствующим изменением расхода топлива.
Таким образом, за счет повышения качества управления ГТУ обеспечивается уменьшение провалов частоты генерируемого напряжения при включении газотурбинной электростанции со свободной турбины на автономную нагрузку, а следовательно, надежность работы ГТЭС.