燃气轮机控制系统_SPEEDTRONICMark_
探讨燃气轮机控制系统的控制方法
探讨燃气轮机控制系统的控制方法摘要：本文针对燃气轮机的结构特点，分析研究了其控制系统GEMARKVI的运作原理，并就其控制方式，机器启动与停止、温度控制、转速控制、DLN燃烧控制等方面的问题进行了探讨和研究。
希望能通过本文的研究，为燃气轮机更好地在生产领域获得科学的应用做出积极的贡献。
关键词：燃气轮机；控制；方法燃气轮机属于一种采用气体作为动力介质，用气体动力推动叶轮运动，实现热能向动能转换的内燃式动力装置。
其组成单元主要包括了压气机、燃气透平与燃烧室三方面的主要结构，为了维护机器运转功能，机器的构成部件还包括了进气装置、气体过滤装置、排气装置与附件齿轮箱等。
燃气轮机属于发电方面先进的动力机组，其可以通过使用高效率的能源利用技术，而把热能转换为电能，其在能源转换方面的效率最高可达百分之九十，相对于以往的发电涉笔，以燃气轮机作进行发电能够极大降低发电成本，提升电力能源输出效率。
另外，因为燃气轮机主要以气体做为动力传输与转换介质，因而属于清洁能源，这可以极大地减少发电上的有害固形物和有害气体的排放，因而在节能环保上具有优于一方发电装置的显著优势。
燃气轮机灵活性十分突出，能够自由调节热能与电能转换比例，因此能够适应多种不同工作场景的电力供应需求。
同时燃气轮机可以长时间连续运作，因而能够适应需要连续供能的很多工作任务，而且在日常运转方面，机器的日常维护成本支出不高，因而将其应用在很多生产领域燃气轮机都具有十分突出的优势。
一、燃气轮机的系统机器的系统构成大致可以分成四个主要结构：一是由加热气体作为动力而驱动的启动透平，一般在启动时或设备功率较低情况下才启动使用；二是是由气压机、燃烧室与高压透平组成的气体发生器，压气机主要由高压透平传输的动力作为驱动，气压机、燃烧室和高压透平在同一个轴上就叫做高压轴；三是动力透平，其与压缩机在相同轴上时，也被叫做低压轴；四是由低压缸、齿轮箱、高压缸等装置构成的气体压缩模块。
燃气轮机控制系统概况
燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V摘要:本文介绍了燃气轮机与其控制系统的开展历程,以与燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V的工作原理与主要功能,并列举了几个燃气轮机控制系统的例子。
关键词:燃气轮机;控制系统SPEEDTRONIC Mark VGas Turbine Control System Abstract: This paper introduce the development history of gas turbines and their control system, and the functional principle and main features of gas turbine control systems, acpanied by some exemplifying system.Keywords: Gas Turbine; control system1.燃气轮机控制系统的开展燃气轮机开场成为工矿企业和公用事业的原动机组始于40年代后期,其最初被用作管道天然气输送与电网调峰。
早期的控制系统采纳了液压机械式气轮机调速器,并辅以气动温控,启机燃料限制稳定与手动程控等功能。
其余诸如超速、超温、着火、熄火、无润滑油与振动超标等保护均由独立的装置来实现。
随着控制技术的飞快开展，燃气轮机控制系统出现了以燃料调节器为代表的液压机械操动机构,以与用于启、停机自动控制的继电器自动程序控制。
继电器自动程序控制,结合简单的报警监视亦可和SCADA(监控与数据采集)系统接口,用于连续遥控运行。
这便是于1966年美国GE公司推出的第一台燃机电子控制系统的雏形。
该套系统,也就是后来被定名为SPEEDTRONIC MARK I的控制系统,以电子装置取代了早期的燃料调节器。
MARK I系统采用固态系列元件模拟式控制系统，大约50块印刷电路板，继电器型顺序控制和输出逻辑。
GE Mark VI主控系统
FSRSU=FSKSUWU（14.4%FSR）， 建立暖机值
暖机FSRSU较点火FSRSU低，其间过渡采用一阶滤波器，时间常数为 FSKSU_TC。
暖机过程中FSRSU保持不变；转速逐渐上升，燃料流量随之缓慢增加， 透平逐渐被加热。
暖机持续60秒后结束，给出暖机完成逻辑L2WX=1.
燃气轮机启动控制
温度控制系统
TTXD2_n剔除故障热电偶信号，再去除最高值和最低值后，对剩余温度信号进行平均 得到TTXM。
X=(TTXD2_2)-TTKXCO
温度控制系统
温度控制系统
4. 温度控制基准
温控基准随环境温度而变化。 ✓ 等排气温度温控线；
TTKn_I=常数
✓ 压气机排气压力CPD偏置温控线
TTRXP=TTKn_I-[CPD-TTKn_C]×TTKn_S
➢ 仅限制转速增加的动态过程的加速度，对稳态及减速过程 不起作用。
加速控制系统
2.加速控制作用的两个加速过程
➢ 燃机突然甩负荷后帮助抑制动态超速。 ➢ 启动过程中限制轮机加速率，以减小热部件的热冲击。
转速控制系统输出 FSRN=(TNR-TNH) ×FSRN2+FSRN1。
启动过程中FSRN总是大于FSKRN1。 在运行转速附近通过加入加速度控制限制加速度，延缓到 达运行转速的加速过程，间接抑制温度上升，缓和启动 结束阶段温度变化。
保护系统； 电源系统。
燃气轮机主控系统
1.概述：
主控系统是指燃气轮机的连续调节系统。包括启动控制系统 （FSRSU）、转速控制系统(FSRN)、加速控制系统(FSRACC)、 温度控制系统(FSRT)、停机控制系统(FSRSD)、压气机压比控制系 统(FSRCPR)、输出功率控制系统(FSRDWCK)、手动燃料行程基 准控制系统(FSRMAN)等。
MARK VIe燃气轮机控制系统的软硬件应用
机 电工 程 技 术 ，２００８，３７（７）．
器 电压 ，并同时调节好这两个控制对象 。根据 进行 参数 测 试拥 有 比较 高 的精 度 ，通过 ＲＳ．
电流控制的要求， 电流可分为斜线上升 、下降 ２３２和 Ｒｓ＿４８５通 讯方 式 实现 了上、 下位机 的 作者简介
和水平保持三个分段类型 。每完成一个分段将 数据交换，并实现了多路数据采集和实时交换 邹存 名 （１９８２一）， 男，辽宁省 大连 市人 。硕
１．１ 系统 概 述
ＭＡＲＫＶｉｅ控制系统由硬件 （ＭＡＲＫ盘 ）、
图 １：硬件组成
软 件 （ＴｏｏｌｂｏｘＳＴ）以及 ＨＭＩ（ＣＩＭＰＬＩＣＩＴＹ） 系统还采用 了大量的 ＤＩＯ卡件 ，来减少错误 ，
组成，系统 最大 的特点就 是采用 三冗余 ＴＭＲ 确保机组反应更加）
该系统采 用采 用 ＧＥ公 司产 的最新的控制 器 －ＵＣＳＢ，该控制 器可 直接用 ｕ盘 下载程 序 到 ＵＣＳＢ中，相对 以前的控制器更加方便快捷 。
＜＜上 接 １７３页
节磁粉制 动器 的电压 ，作为 电机速度的设定值。 开发 ，运 行于 ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操 作系统 。它能够 ［２】李 纯 ，刘和 平 ，高苏州 ．一种新 型电机参
在 电机综 合性 能高低温 耐久试验 中，工控 全退 出】六个菜单 ，部分菜单含 有附属子菜单 ， ［４】葛鲍鹏 ，崔群等 ．上 下位机 通信在汽 车组
机通 过 ＲＳ４８５设置 高、低 温 箱的 温控 仪，温 该软件界面友好丰富 ，操作灵活方便 。
合 仪 表检验 台中的应 用 … ．安徽 工程 科
设定新分段的温度设定值 ，以及计算 、输 出新 处理数据等功能，有效抑制多路 电机 同时测试 士研究生 学历 。现为 大连科技 学院讲 师。主要
燃机控制系统讲义
第一节燃气轮机的主控系统主控系统是指燃气轮机的连续调节系统，单轴燃气轮机控制系统设置了几种自动改变燃气轮机燃料消耗率的主控制系统(见表11—1)和每个系统对应的输出指令——FSR（FUEL STROKE REFERENCE燃料行程基准）．此外还设置了手动控制燃料行程基准。
上述6个FSR量进入最小值选择门，选出6个FSR中的最小值作为输出，以此作为该时刻实际执行用的FSR控制信号。
因而虽然任何时刻6个系统各自都有输出，但只有一个控制系统的输出进入实际燃料控制系统(见图11一1)。
一、启动控制系统启动控制系统仅控制燃气轮机从点火开始直到启动程序完成这一过程中燃料Gf (在Mark-V系统中通过启动控制系统输出FSRSU)。
燃气轮机启动过程中燃料需要量变化范围相当大。
其最大值受压气机喘振(有时还受透平超温)所限．最小值则受熄火极限或零功率所限。
这个上下限随着燃气轮机转速大小而变，在脱扣转速时这个上下限之间的范围最窄。
沿上限控制燃料量可使启动最快，但燃气轮机温度变化剧烈，会产生较大的热应力，导致材料的热疲劳而缩短使用寿命。
启动控制过程是开环的，根据程序系统来的一组逻辑信号来分段输出预先设置的FSRSU，整个启动控制的过程用图11-2曲线表示。
图11-3则给出了FSRSU的控制算法。
当燃气轮机被启动机带到点火转速(约20％n0 L14HM=1)并满足点火条件L83SUFI=1时，受其控制的伪触点闭合，控制常数FSKSU-F1（典型值为22 .0％FSR）和压气机气流温度系数CQTC(通常为0. 9—1．25)相乘通过NOT MAX最终赋给FSRSU,以建立点火FSR值。
为了点燃火焰并提供燃烧室之间的联焰，在火花塞打火时，点火FSR相对较大。
当下列条件之一满足时，就算作点火成功：①至少两个火焰检测器检测到火焰并超过2s; ②所有4个火焰检测器均检测到火焰。
如果点火成功，控制系统给出L83SUWU=1, L83SU-F1=0。
燃气轮机设计与控制
燃气轮机设计与控制燃气轮机是一种高效的发电设备，也被广泛应用于工业生产和军事领域。
本文将从机构组成、运行原理、控制技术和设计优化等方面探讨燃气轮机的相关知识。
一、机构组成一台燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮和发电机组成。
其中，压气机和涡轮有多个级别，每个级别都采用特定的转子和定子，细节之处可能存在差异。
压气机负责将空气压缩，燃烧室中喷入燃料点燃后产生高温高压气体，这些气体通过涡轮推动涡轮转动，最终驱动发电机发电。
二、运行原理燃气轮机运行的基本原理是利用燃料燃烧产生高温高压气体来驱动轮转，从而达到产生动力的目的。
具体来说，压缩机将大量空气压缩至高压状态，经过燃烧室燃料燃烧后气体温度急剧升高，气压也相应升高。
高温高压气体进入涡轮，通过涡轮的叶片推动涡轮转动，因此涡轮可以继续推动机械设备发挥功效，例如发电、推动船只等。
三、控制技术燃气轮机控制技术是应用于燃气轮机上的控制系统，主要用于控制燃气轮机的运行稳定性、发电效率等，从而提升机器的整体性能。
燃气轮机的成熟控制技术主要包括以下方面：1.自适应控制：指控制器不断对燃气轮机进行测量和分析，实现自我调整和优化运行的目的。
2.模型预测控制：用于预测燃气轮机未来的运行状况，采取相应措施对不良情况进行过滤，减少运行风险。
3.智能控制：通过人工智能技术使燃气轮机优化运行，收集数据并进行分析，从而实现自我调节和动态控制。
四、设计优化针对燃气轮机的设计优化主要目标是提高机器的性能、效率和稳定性。
在这里，我们主要介绍以下几个方面：1.压气机设计优化：为了提高燃气轮机压缩比和效率，需要对压气机的叶片数量、形状和尺寸进行设计优化。
2.燃烧室设计优化：需要考虑燃料喷嘴、空气进口和出口形状等问题，以提高燃烧效率和稳定性。
3.涡轮设计优化：这包括采用优化形状和数量的涡轮叶片、减小转子和静子之间的间隙等，以降低能量损失和提高效率。
也可以采用更高效的材料和加工技术等改良方式，来提高机器的性能和效率。
GEMarkVI系统
2.四个功能子系统：
主控制系统；是控制系统核心部分。能够实现四项基本控制，即设定 启动和正常的燃料极限；控制燃气轮机转子加速；控制燃气轮机转子 的转速；限制透平进口温度。采用FSR最小选择门控制燃料输入。
顺序控制系统；提供在启动、运行、停机和冷机期间轮机、发电机、 启动装置和辅机的顺序控制。监测保护系统和其他主要系统；发出启 停逻辑信号。
转速控制系统
FSRN由FSRN0增加到额定负荷值FSRNB，转速变化量为额定负荷条 件下(TNR-TNH)，有差转速控制不等率为：
FSRN B FSRN 0 / KDroop
有差转速控制的静特性
转速控制系统
转速基准TNR信号增减，机组静态特性做上下平移。 机组尚未入网，轮机转速TNH随速基准TNR
由中间值选择输出；
最大限制值为107%n0，保证电网频率高达103%时，机 组仍能带满负荷。超速试验上限为111.5%。 第三/四个输入常数为OPERATING（95%n0）和 STARTUP(0)，设置TNR的最小极限。最小限制值由逻 辑 信 号 L83TNROP 决 定 。 L83TNROP=1 ， STARTUP 进 入 中 间 值 选 择 ， 作 为 下 限 。 L83TNROP=0 ， OPERATING进入中间值选择作为下限。保证电网欠功率 条件下可把燃机负荷下降到0。
加速：
暖机结束后：L2WX=1 L83SUAR=1
FSRSU=FSKSU_AR (27.5%FSR)
FSRSU以FSKSU_IA（0.1%FSR或 者0.05%FSR）为斜率进行增加，燃气 轮机转速逐步提高。
RISING=1 切断积分器输入
GE燃气轮机速度控制算法与逻辑分析
GE燃气轮机速度控制算法与逻辑分析摘要：国内从90年代初开始引进美国GE公司燃气轮机，其燃气轮机控制系统从SPEEDTRONIC MARK IV，MARK V，进化到今天主流的MARK VIe。
燃气轮机速度控制FSRN的算法和逻辑是燃机最重要的算法和逻辑，FSRN的算法和逻辑也在逐步优化和完善，但是其核心算法和逻辑没改变；对其研究、分析与优化的方法、思路没有改变。
本文以9E机组MARK V中逻辑组态为主，并结合9FA 机组MARK VI中的组态为研究对象，分析FSRN的算法、逻辑和相关逻辑量的介绍，以及实际运行中FSRN和TNR的具体变化，速度控制升、降速度优化，供同行交流、学习和改进。
关键词：速度控制；FSRN；转速基准；TNR；1 速度控制FSRN算法国内从90年代初开始引进美国GE公司燃气轮机，其燃气轮机控制系统从SPEEDTRONIC MARK IV，MARK V，进化到今天主流的MARKVI。
笔者经历了9E安装、调试、运行、检修和9FA机组的运行，对GE燃气轮机控制系统及其演进有较为深刻的理解。
燃气轮机速度控制FSRN的算法和逻辑是燃机最重要的算法和逻辑，FSRN的算法和逻辑也在逐步优化和完善，但是其核心算法和逻辑没改变；对其研究、分析与优化的方法、思路没有改变。
本文以9E机组MARK V中逻辑组态为主，并结合9FA 机组MARK VI中的组态为研究对象，分析FSRN的算法、逻辑和相关逻辑量的介绍，以及实际运行中FSRN和TNR的具体变化。
速度控制是燃机的一种重要算法，从空载满速到燃机刚刚带满基本负荷，机组都一直处于速度控制之下。
而速度控制FSRN的算法中，转速基准TNR是很重要的参数。
1.1 MARK VI中的速度控制FSRN的逻辑图1 MARK VI中 FSRN图1为MARK VI中的速度控制FSRN的逻辑，它的逻辑已经模块化，如果要研究其内部逻辑和算法，需要借助GE公司的帮助文档，有的模块已经美国GE公司已经保密，不再提供介绍文档，这对工程技术人员分析和研究带来了不便。