燃气_蒸汽联合循环机组模型研究.pdf

山东电力高等专科学校学报
第13卷第2期JournalofShandongElectricPowerCollege41

·应用研究·
燃气－蒸汽联合循环机组模型研究
ResearchonGasTurbineCombined-cyclePowerPlantModels

张建国魏静

山东电力工程咨询院济南250013

【摘要】以某联合循环电站燃气轮机的控制系统为原型，利用Matlab/Simulink对该型联合循环
燃气轮机控制系统建模，并进行了全工况仿真。仿真结果与实际物理过程相吻合，说明此模型
可以用于联合循环机组控制系统的研究。
【关键词】联合循环燃气轮机模型仿真
【中图分类号】TM611.31【文献标识码】A

0引言系统、加速度控制系统、温度控制系统都产生相应
典型联合循环电站是由燃气轮机、余热锅炉和燃料给定值，经低选器选择输出最小的燃料给定
蒸汽轮机三大子系统组成的，无补燃的余热锅炉型值，燃料给定值和转速的乘积后作为燃料供给模块
联合循环是目前最为常见的联合循环类型之一。在的燃料信号，燃料控制系统动作，改变燃料量，从而
无补燃的余热锅炉型燃气－蒸汽联合循环系统中，实现改变燃气轮机工况的目的。压气机IGV控制
只有燃气轮机是主动的，余热锅炉随动于燃气轮系统，通过入口导叶执行机构角度IGV，使透平排
机，为了最大限度的利用燃气余热，蒸汽轮机一般气温度保持在最佳的设定点。在这些控制系统中，
较多的采用滑压运行方式，此时汽机进汽阀门全转速控制系统和压气机入口导叶控制系统在稳态
开，不做调节。因此可以近似认为，无补燃型联合循运行时占主导地位。
环的输出功率可以通过仅改变单个燃气轮机功率1.1燃气轮机转速/负荷控制系统
控制的给定值来进行调节。显然，燃气轮机的控制转速/负荷控制是燃气轮机最基本的控制系
是联合循环电站控制的重点，本文以GE统，当发电机并网运行时转速控制为有差控制，以
MS7001EA型燃气轮机为研究对象，通过分析其非便对负荷进行调节，转速控制器是一个比例模块，
线性状态空间方程，从控制角度及能量转化的角度其增益值在10~50之间，相应的不等率在10%~2%
建立联合循环的燃气轮机模型，并在Matlab/之间。在实际的并网运行中，通过调整转速基准，改
Simulink仿真软件环境下，实现该型燃气轮机控制变转速基准与实际转速之间的偏差，从而改变输出
系统全工况仿真运行实验。的燃料基准值，最终达到调整负荷的目的。转速控
制器的传递函数为转速不等率取
W/（Ys+Z），
1燃气轮机的控制系统0.04，转速调节器的参数W=1/δ=25，Y=0.05，Z=1。
燃气轮机加速度控制系统
联合循环的燃气轮机控制系统主要包括转速/1.2
加速度控制系统作用是在某些特殊情况下限
负荷控制系统、加速度控制系统、温度控制系统以，
制转子的角加速度不超过其给定值以保证燃气轮
及压气机入口导叶（IGV）控制系统。转速/负荷控制，
机的机组安全，燃气轮机的加速度控制系统起到了
收稿日期：2010－01-15
非常重要的作用同温度控制系统一样加速度控
作者简介：张建国（1982-），工学硕士，从事电站热控设计。。，
42张建国：燃气－蒸汽联合循环机组模型研究Vol.13No.2

制系统只起到限定作用，在正常情况下它不起作IGV的执行机构———一个惯性环节中，执行机构完
用，只有在燃气轮机突然甩负荷抑止动态超速或起成改变IGV角度的任务。
动过程限制燃气轮机的起动加速率，以减少热部件
的热冲击时起作用。速度信号经过一个微分环节，2联合循环电站模型
计算出实际的加速度，然后，此加速度去与加速度联合循环电站模型包括：燃气轮机模块、余热
的额定值进行比较，得出的偏差输入到加速度控制锅炉模块和蒸汽轮机模块。燃气轮机是联合循环机
器———积分调节器：组电站的最主要组成部分，也是联合循环机组建模
100与控制的核心部分。从参考文献［1］得知，燃气轮机
G（s）=（1）
s模块可化分为4个功能模块：燃料供给执行机构和
积分的结果产生加速度燃料基准当实际加速
。燃烧室模块、转子模块、排气流量计算模块以及排
度大于加速度的给定值时积分的结果使燃料基准
，气温度计算模块。文献［2］中给出了这4个模块的
降低使燃料量减少限制加速度的升高
，，。微分方程模型，分别表示如下：
燃气轮机温度控制系统
1.31）燃料供给执行机构和燃烧室模块
温度控制系统的主要作用是限制透平进口温
·α（t）=-20α（t）+20u（t）n（t）（4）
度以避免对透平的进口叶片产生损害在实际11f
T3*，。
式中：0.15≤u（t）≤1.0
控制系统中温度控制系统并不直接对进行控f
，T3*
·
制而是通过对排气温度进行控制而实现对α3（t）=-2.5α2（t）+2.5α1（t）