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摘 要： 燃气一蒸汽联合循环机组在实际的使用过程中具有热效率高、调峰性能强等特点，在世界范围内被广泛应用，带动了我国电力工业行业的迅速发展，也是我国电力工业行业的发展趋势，本文以三菱公司M701F型燃机为对象，分析其转速控制逻辑原理及应用。

关键词： M701F燃机；燃机转速；转速控制

燃气轮机是一种清洁能源发电机组，能源利用效率可高，并且其燃烧有着低NOX、无SO2、无烟尘排放等优点，对环境的影响较常规电厂低的多。中海油珠海天然气发电有限公司燃气-蒸汽联合循环机组采用三菱公司M701F型燃机及东方汽轮机厂制造蒸汽轮机，有着启停快，适合快速调峰运行，设备可靠，能长时间满负荷运转等优点。

M701F型燃机控制系统使用的是三菱提供的DIASYS Netmation控制系统。本文主要介绍控制系统中的转速控制功能。

1 M701F燃汽轮机主控制系统（GT CONTROL）介绍

三菱公司M701F型燃机在我国应用广泛，它的TCS燃机控制系统使用的是三菱提供的DIASYS Netmation控制系统。燃机启动至全载的各主要控制过程简述如下：

（1）燃機点火前（MDO）：FLCSO被钳制在-5%，达到最小，CSO=FLCSO，使各燃料阀紧密地关闭；

（2）燃机点火时（FIRE）：维持燃料充分，以保证能够可靠点燃。此时FLCSO=20-10*（点火转速-500），点火转速约550rpm（与T1有关），此时，FLCSO<0，通过小选门，但是无法通过大选门，无法输出

（3）升速阶段（WUP）：维持燃料流量，防止火焰熄灭，并足以预热及加速达到额定转速。当转速到达约1090rpm，FLCSO 通过小选门，并开始大于暖机升速阶段的最小CSO，使CSO=FLCSO；

（4）加速后快达到额定转速时（MIN）：维持最低地燃料流量以防止火焰瞬间在瞬变操作时熄灭；

（5）转速达到2990rpm左右时，GVCSO 将小于FLCSO，通过小选择门，使CSO=GVCSO，燃机开始进行空载和同期的调速阶段，直到并网带负荷；

（6）满载后，达到温控条件，BPCSO＼EXCSO最小，通过小选门，进入BPCSO＼EXCSO控制。

查询实际的启动曲线后得知，GVCSO在停运、启动、点火、升速时，一直保持100%的输出，只有当转速上升至2815rpm左右时，开始从100%下降，直至当转速达到2990rpm附近时，其值小于FLCSO，经小选门后燃机进入GVCSO控制。

2 M701F燃汽轮机转速控制系统

如上图所示，燃机转速控制的核心部分为AM模块。在燃机正常带负荷运行（AM模块的Ts为0时），AM模块接收输出值升或降的指令，改变输出转速设定值，AM转速输出设定值再通过换算形成燃机转速设定值和燃机GVCSO，最终改变燃料量。转速设定值升或降的判断依据是燃机实际负荷和燃机负荷设定（ALR SET）的差值（当差值大于0.05为升；当差值小于-0.05为降）。

所以燃机转速控制的最终目的是保证燃机负荷设定值与ALR SET保持一致，途径是通过改变燃机转速设定值，从而改变GVCSO。从逻辑上我们可以看出控制的变量有两个，即转速和功率。

3 转速控制和功率调节的关系

如图所示，燃机转速控制采用了内外两个闭环回路（蓝色线所表示的功率外闭环回路和红色线所表示的转速内闭环回路）.

转速内闭环回路：转速控制闭环回路采用比例环节来控制，也就是燃机转速设定与实际转速的负反馈做差然后再乘于一个数值，最后输出GVCSO改变燃机的转速。比例环节两个输入一定保持有一定偏差，因为若转速设定值等于实际转速，比例环节的输出将为0，GVCSO=0。所以燃机转速设定值一定会大于燃机转速实际值3000rpm。而燃机转速不等率=（燃机满负荷时转速设定-燃机空载运行时转速设定）/燃机额定转速。

功率外闭环回路：功率控制闭环回路采用bang-bang控制环节，逻辑上由AM模块和两个阀值分别为0.05和-0.05的比较器配合实现。bang-bang控制环节简单来说就是开关控制：当功率偏差大于一定值时，控制环节会降低转速设定值，减少GVCSO；当功率偏差小于一定值时，控制环节会增加转速设定值。最终控制环节会实现燃机负荷和设定值的偏差控制在一定范围内。若这个范围在误差允许之内，则可以说功率闭环控制是无差调节（实际功率=功率设定）。

值得注意的是：燃机未带负荷时，AM模块的“升”或“降”功能不起作用，AM模块的输出值锁定为0.2，经过换算得出转速设定值锁定为3006rpm。燃机转速设定3006rpm对应的GVCSO正好能克服燃机空载运行阻力，将燃机转速维持在3000rpm。而燃机并网时，即MCB合闸时，AM模块的“升”或“降”功能不起作用，AM模块的输出值等于上一时刻输出值增加+0.05。这样导致在并网瞬间，输出值通过正反馈不断疊加逐渐增大，GVCSO不断增大，这样能保证燃机并网后能带上负荷。当MCB合闸脉冲过去后，AM模块的“升”或“降”功能起作用，燃机功率被调节成初始负荷设定值15MW。极端情况下，燃机进入孤岛运行模式时，AM模块的“升”或“降”功能不起作用，AM模块的输出值锁定为0.25，经过换算得出转速设定值锁定为3007.5rpm，对应的GVCSO正好保证燃机转速维持到3000rpm，并带厂用电运行。若厂用电负荷增加/减少，导致燃机转速降低/升高，在转速闭环回路内会是比例环节输出增加/减少，导致GVCSO增加/减少，最终维持转速稳定。

综上所述，燃机转速控制实现了燃机功率无差调节，燃机转速有差调节。

4 结束语

三菱M701F燃气轮机控制系统自动化程度高，运行稳定性强，保证各控制方式在机组启停过程及各工况运行时按需切换，以控制燃气轮机安全运行。子系统转速控制设计合理，转速与功率的内外环回路相互配合最终实现燃机负荷和设定值的偏差控制在一定范围内，完成转速及功率调节。■

参考文献

[1] 杨顺虎.燃气蒸汽联合循环发电设备及运行.中国电力出版社，2004.3.

[2] 章素华.燃气轮机发电机组控制系统.中国电力出版社.2013.5.

[3] 姚秀平.燃气轮机与联合循环.中国电力出版社.2010.5.