摘 要：近年来，燃气蒸汽联合循环机组由于具有装机容量大、环境污染小、启停快捷以及能量利用率高等优点，因而在电力系统中的应用日益引起人们的重视。本文利用Matlab/Simulink对某联合循环电站燃气轮机的控制系统进行模型组建，并对其全工况进行仿真分析，得出其仿真结果切实符合其实际物理过程，由此证明，该模型能够用来对燃气蒸汽联合循环机组进行研究。

关键词：燃气 蒸汽 循环机组 研究

中图分类号：TM611.31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0086-02

通常情况下，燃气—蒸汽联合循环机组由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机三大部分构成，而目前最常见的燃气蒸汽联合循环机组是无补燃的余热锅炉型，在该系统中，燃气轮机处于主动的地位，余热锅炉则伴随燃气轮机的转动而运动。同时，蒸汽轮机通常为尽可能地利用燃气余热，一般运行方式采取滑压式。本文通过对型号为GEMS7001EA的燃气蒸汽联合循环机组的非线性状态空间方程加以分析，从动能与热能之间的互相转化及其控制等方面对建立燃气蒸汽联合循环机组模型进行研究。

1 联合循环机组燃气轮机的控制系统

一般来说，联合循环机组燃气轮机控制系统主要包括转速及负荷控制、转子角加速度控制、透平温度控制和压气机入口导叶控制四大控制系统组成。

转速及负荷控制系统。作为燃气轮机最基本的控制系统，负荷/轉速控制系统是指为方便对负荷加以调节，其转速控制在发电机并网运行时为有差控制，并且这时的转速控制器保持10～50之间的增益值和2%～10%的不等率。此外，在燃机轮机实现并网运行的过程中，为了调整其负荷，通常首先对其转速基准进行调整，使其与实际转速之间产生一定量的差值，以便令输出燃料的基准值得到改变，最终实现负荷得以调整的效果。当转速不等率去4%时，利用W/（Y+Z）这一传递函数，可得W=1/转速不等率=25；其中Y=0.05.Z=1。

转子角加度速度控制系统。加速度控制系统是指为保证燃气轮机的机组安全，因此在遇到某些特殊情况时，如燃气轮机起动过程的起动加速率受到限制或者突然出现甩负荷抑制动态超速的现象，为使得热部件的热冲击减少，而对转子的角加速度加以限制，使其低于系统所给定的值。其具体过程是，首先将速度信号进行微分，得出实际的加速度，接着，用这个加速度与额定加速度相比较，再将两者的偏差输入积分调节器内，利用公式G（S）=100/S，最后加以积分得到加速度燃料基准[1]。

透平温度控制系统。温度控制系统是指为防止透平的进口叶片产生损害，因此对透平的进口温度T3加以限制。而在实际的温度控制系统操作过程中，温控系统首先通过控制排气温度TX来达到控制T3的效果，并且该系统相当于一个比例积分调节器，其计算公式为：

式中：uf为燃气轮机内的燃料控制信号；n为燃气轮机的转速信号；为控制燃料压力的速比阀输出信号。其中，0.15≤uf（t）≤1.0。

其次，转子模块的微分方程模型为：

（4）

式中：为压气机入口导叶角度；为压气机入口导叶控制器的控制信号。

再次，排气温度计算模块的微分方程为：

（5）

式中：TX为透平的实际温度；为温度场的输出信号。此外，额定排温Tr的值一般设定为538℃。

由于该无补燃的锅炉汽轮机在整个电站中输出功率比例较小，因此可以将蒸汽压力的变化忽略不计，这时得到蒸汽流量与发电功率之间的关系如图1所示。

其中TR与TS分别代表再热器和高压透平的时间常数；C表示在整个蒸汽轮机功率中高压透平功率所占的百分比[4]。

3 燃气蒸汽联合循环机组模型建立研究

通过运用现代科技，将GEMS7001EA型燃气蒸汽联合循环机组的控制系统模型置入Simulink/Matlab软件之中，利用仿真技术对其加以研究，从而对参数及模型的有效性进行验证。

鉴于燃气轮机要实现并网发电时，需要让其转速与电网的频率变化基本保持一致。然而由于在正常情况下电网频率的变动以及单个机组转速的变动均微乎其微，因此，可以将转速的变动给整个电网频率所带来的影响，在进行一次调频的过程中忽略不计。故而，在建立燃气轮机控制系统模型时，可以初步认为燃气轮机的转速保持一个恒定的值。此时，为了是机组功率实现误差调节，并且完成并网发现的目标，燃气轮机的转速需要采取有差转速控制系统。此外，为了保证机组能够一次调频成功，还可通过调节转速基准，将机组转速控制系统的给定值适当增大，以便使得该机组的功率相应增加。其中转速基准是负荷指令的前馈环节，它在燃气机组并网之后通过改变汽轮机出力的升降来达到调节机组转速控制系统给定值的效果。并且通过转速基准调节的出力伴随转速基准的增加而上升[5]。

4 结语

通过在Matlab/Simulink仿真软件环境下对GEMS7001EA型燃气轮机的控制系统模型加以研究分析，使系统能够真实再现燃气蒸汽联合循环机组电站升降符合等工作原理，得出其转速能够基本与额定值保持一致，且负荷的输出相应比较迅速，由此证明燃气轮机可以实现一次调频，并且说明能够用来对实际燃气蒸汽联合循环机组进行研究。

参考文献

[1]李麟章.大型单轴燃气-蒸汽联合循环机组控制系统及其特点[J].电力系统自动化，2006，30（18）：99-102.

[2]周云海，沈广，危雪，等.燃气联合循环机组作为黑启动电源的可行性及其仿真[J].电力系统自动化，2008，32（14）：99-103.

[3]徐清.燃气-蒸汽联合循环机组整体性能保证方式探讨[J].中国电机工程学报，2007，27（z1）：70-74.

[4]李方吉，邓旭东.大型燃气-蒸汽联合循环机组维修策略[J].热力发电，2009，38（9）：89-91.

[5]王兵树，CUI Ning，张聪师，等.燃气-蒸汽联合循环机组热力系统动态仿真模型[J].系统仿真学报，2008，20（12）：3107-3113.