燃气轮机机组MarkV控制系统设计特点分析
燃气轮机原理及控制调节
Centaur 40 燃气轮机
发电机
VP40(98)-006
Centaur 40 发电机组
VP40(98)-007
Centaur 40双轴燃气轮机
喷嘴壳体和喷嘴总成
排气收集器
燃料喷嘴 压缩机扩散器总成 压缩机壳体总成 压缩机转子总成
附属驱动装置总成
涡轮排气扩散器 驱动轴总成
燃烧室总成 气体燃料歧管 压缩机可变导叶总成 进口空气总成
有二次调频的能力。
图2-5负荷—转速串级控制
燃气轮发电机组的功率－频率静态特性根据其 采用的调节算法而不同。当转速采用P 调节时, 其静态特性见图2-6 。
在P 调节作用下,稳态时实际转速n 与其给定值 nc 是有差的。在不同的转速给定值nc 下，Ne －n 的静态特性线不同； nc 越高,稳态时同一 转速值所对应的功率Ne 越高；在同一nc 下， Ne 随着n 的升高而降低。
－转速的串级调节策略；外回路为功率调节 回路，它根据功率偏差ΔNe = Nec - Ne 来改 变转速设定值nc , 为保证功率的无差调节，外 回路中设置积分器；内回路为转速的P调节算 法，它根据外回路输出的转速给定值进行有 差调节，输出为燃料量指令Gf。
图2－9
图2－4
有差转速控制算法
• 根据要求的转速基准信号(Speed Reference）TNR与实际转速 TNH之差，正比例地改变FSR，实现
产品改进
• 使用Centaur 50 叶片,挡板和轮盘 • 减小叶片应力
标准 Centaur 40 动力涡轮 转子
改进转子采用Centaur 50挡板叶片 设计和 Centaur 40 轮毂
VP40(98)-015
Centaur 40 燃气轮机
安萨尔多AE94.3A燃气轮机控制方式解析
安萨尔多AE94.3A燃气轮机控制方式解析摘要：安萨尔多AE94.3A燃气轮机在结构设计、燃烧方式、最大出力和联合循环效率等方面越来越受到世界F系列燃气轮机的青睐。
介绍了燃气轮机调节控制系统的划分，并在主控制系统的基础上，分析了安萨尔多AE94.3A燃气轮机调节控制逻辑。
为了控制不同运行阶段的燃烧系统，利用IGV控制系统协调燃料在燃烧过程的空气比。
关键词：安萨尔多AE94.3A；燃气轮机；设计；技术特点随着经济快速的发展，燃气轮机需要达到低污染、高效率的技术，引起大家的关注。
燃气轮机控制系统主要由供电系统、保护系统、顺序控制系统以及调节控制系统等部分组成。
本文主要研究并分析调节控制系统，其中调节控制系统分为燃油控制系统、IGV控制系统以及主控制系统。
1 主控制系统解析燃气轮机控制系统的主要组成部分是主控制系统，它是燃气轮机从点火到控制其运行稳定的主要作用。
以及为了控制燃料量的单变量，就是使用最小值选择逻辑（见图1）。
当选择加速控制器时，通过控制燃料量，可以根据特定的启动曲线增加单变量速度。
为了让燃气轮机组控制带额定负荷或者并网转速时，可利用转速负荷控制器。
保证机组运行稳定，排气温度控制器可以让温度低于允许值。
载荷的极限、压力比的极限和冷却空气的极限是控制系统的约束，以确保机组的安全运行。
图１燃气轮机主控制系统示意图1.1 起步升速控制系统当发动机启动时，起步升速控制系统不会直接启动。
燃气轮机的启动依赖于启动变频器燃气轮机在驱动下发出的能量满足燃气轮机系统的能耗时（即压气机产生的空气质量流量和由起步升速控制器调节输出的燃料流量达到足够数量，足以使燃气轮机能够在燃烧做工下实现加速为止），燃气轮机进入独立的运行状态。
同时，由最小值选择器选择起步升速系统的信号，燃气轮机的转速根据一定的提速曲线提高，直到接近额定转速时，最小值合理地选择速度/负荷控制系统。
启动控制系统退出操作。
控制逻辑图如图2所示。
图２起步升速控制系统示意图起步升速系统由起步升速器、跳机逻辑和转速测量模块组成。
mark6使用手册
第二章MARK VI控制系统1、系统概貌本厂采用三重冗余型（TMR）结构的MARK VI控制盘，由3套微处理机模块组成，分别是<R><S><T>三台控制处理机、HMI人机接口、<P>保护处理机和输入模块。
MARK VI在<R><S><T>控制模块分别都有专门的通讯卡件VCMI。
由通讯卡件完全数据交换网络的通讯交换和数据表决。
并把数据传送到主处理卡UCVX。
轮控盘的各个模块却分别配备了独立的电源。
特别对于保护模块的<X><Y><Z>三重冗余也配备了三个独立电源，以期提高可靠性。
主控制器包括了<R><S><T>控制模块。
它完成控制、保护和监视的功能。
备用保护包括了<X><Y><Z>，它完成紧急超建和同期检查的保护功能。
无论是输入输出网（Ionet）还是和人机接口HMI的通讯均采用以太网实现。
后者采用了GE公司的UDH（机组数据总线）。
人机接口的软件支持使用了WINDOWS NT 操作系统和CIMPLICITY的图形显示系统。
整个MARK VI系统和DCS的通讯可以采用多种方式。
即可以采用RS232 MODBUS通讯，以这种方式通讯MARK VI可以作为从站也可以作为主站方式。
第二种方式用以太网TCP—IP MODBUS协议通讯，它作为从站进行设置。
第三种方式为以太网TCP—IP GSM方式。
该通讯网络称之为PDH（电厂数据总线）。
无论是UDH和PDH一般都采用双重冗余方式来保证通讯的可靠性。
MARK VI系统的组态见下图。
1．1 硬件配置控制模块<R><S><T>都采用了21槽口标准的UME型机架。
机柜的中心部分自上而下分别为<P><R><S>和<T>。
MARK VI控制系统故障分析与软件优化
运 行 监 控 与操 作 和 机 组 数 据 总 线 （ ｎｔ ａａＨｉ — Ｕ ｉ Ｄ ｔ ｇ ｈ ｗｙ Ｕ ａ ， ＤＨ） 责 机 组 级 的 数 据 交 换 。控 制 系 统 的 负
设 备 分 燃 机 、汽 机 、余 热 锅 炉 、Ｇ Ｓ４部 分 ，机 岛 Ｉ
设 备 （ 机 、汽 机 、发 电 机 ） 用 美 国 Ｇ 燃 选 Ｅ公 司 生 产 的 Ｓ Ａ ０ Ｆ Ｓ机 型 ，单 轴 布 置 。 采 用 Ｇ Ｔ Ｇ１ ９ Ａ Ｓ Ｅ 公 司 开 发 的 ＭＡ Ｋ Ｖ 控 制 系 统 Ｒ Ｉ
通 过 对 ＭＡＲ Ｉ 制 系 统 中 典 型 硬 件 故 障 的 分 ＫＶ 控 析及 对 软件 优 化 案 例 的介 绍 ，可 为 同类 型 机组 运 行提 供 参 考 。
１ Ｍ ＡＲＫ 控 制 系 统 简 介 ＶＩ
１１ Ｍ ＡＲ ＶＩ 制 系 统 的 网 络 架 构 ． Ｋ 控 ＭＡ 控 制 系统 的 网 络 架 构 如 图 １ 示 ． ＲＫ ＶＩ 所
作 为 国家 “ 气 东 输 ” 程 的首 批 重 点 项 目 ， 西 工
杭 州 华 电 半 山 发 电 有 限 公 司 的 ３台 ＧＥ ９ Ｆ级 大 型燃气 轮机从 ２０ ０ ５年 末 至 今 已运 行 ４年 ，对 于 ＭＡ Ｋ Ｖ 控 制 系统 积 累 了 一 定 的运 行 维 护 经 验 。 Ｒ Ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈｓ ｐ ｐ ｒ ａ ａｙ ｅ ａ ｌｓ ｏ ａ ｄ ｒ ｓ ｉｃ ｕ ｉ ｇ ｃ ｒ ｓ，ｐ ｗｅ ｕ ｐｙ ｅｗｏ ｋ ｅ ｕｐ ｎ ｓ ｅｃ ｔａ ｔ ｉ ａ ｅ ｎ ｌｚ ｓ ｆｕ ｔ ｆｈ ｒ ｗａ ｅ ｎ ｌｄ ｎ ａｄ ｏ ｒ ｓ ｐ ｌ，ｎ ｔ ｒ ｑ ｉｍｅ ｔ ｔ ． ａ ｄ ｉ ｒ ｄ ｃ ｓｓ ｆ ｒ ｐｔ ｚ ｔ ｎ ｃ ｓ ｓ ｉ ｏｖｎ ｎ ｅ ｌｃ ｒ ｔｃｉｎ ｌｇ ｃｓｎ ｅ ｔ ｅ ｏ ｅ ａｉｎ ｏ ｎ ｎｔ ｕ ｅ ｏ ｔ ｅ ｏ ｉ ａｉ ａ ｅ ｎｖ ｌｉ ｇ ｉｔ ｒｏ ｋ ｐ ｏｅ ｔ ｏ ｉ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒｔｏ ｆＭＡＲＫ ｏ ｗａ ｍｉ ｏ ｏ ＶＩ
PG9171E 燃气轮机发电机组一次调频改造
燃气轮机发电技术第14卷 第3/4期2012年10月ＰＧ９１７１Ｅ燃气轮机发电机组一次调频改造黄雪成（惠州深能源丰达电力有限公司，广东 惠州 ５１６０２５）摘要：针对目前ＰＧ９１７１Ｅ燃气轮机发电机组不具备一次调频功能的现状，通过优化Ｍａｒｋ Ｖ控制系统逻辑组态，使机组具有全行程负荷状态下一次调频功能，以满足电网要求。
关键词：燃气轮机；一次调频；死区；频差；附加负荷；附加温控线0 概述惠州深能源丰达电力公司一期工程共建2台PG9171E型燃气-蒸汽联合循环发电机组，总装机容量为2×180 MW。
其中燃气轮机为GE公司所生产，采用Mark V控制系统；余热锅炉、汽轮机采用ABB-BAILEY公司的SYMPHONY控制系统。
根据南方电网的要求，在网电厂均须具有一次调频功能，并根据一次调频的指标对电厂考核。
该厂机组均不具有完整的一次调频功能，故需要对控制系统优化，使之具备一次调频功能。
以下主要讨论燃气轮机Mark V控制系统一次调频的改造。
1 燃气轮机Mark V燃料控制系统燃气轮机Mark V控制系统设置了6种燃料基准，并通过最小选择参与机组燃料的控制，6种燃料基准FSR(Fuel Stroke Reference)分别为：FSRSU，启动控制燃料基准，在点火和升速阶段参与控制；FSRACC，加速度控制燃料基准，在燃气轮机升速阶段参与控制，在空载满速或带载后处于后备状态，防止燃气轮机超速；FSRT，温度控制燃料基准，满负荷状态下参与控制，其它阶段处于后备状态；FSRMAN，手动控制燃料基准，在手动状态参与控制；FSRSD，停机控制燃料基准，在停机过程中参与控制；FSRN，速度控制燃料基准，在燃气轮机空载满速和部分负荷状态参与控制，其它阶段处于备用状态。
故只有燃料基准FSRN和FSRT可以参与机组的一次调频控制。
2 机组调频现状２．１ 燃气轮机部分负荷下一次调频状态燃气轮机部分负荷状态下，速度燃料基准FSRN 参与机组燃料控制。
PG9351FA型燃气轮机进口可转导叶的控制
No.5/2008总第123期第29卷中图分类号：TM611.24文献标识码：B文章编号：1006-8449（2008）05-0078-050引言PG9351FA 型燃气轮机为重载、箱装式发电机组，燃料为天然气。
主要部件为压气机、透平和燃烧室。
由美国通用电气公司制造。
在ISO 工况下燃用天然气时其基本负荷为256MW ，简单循环热效率为36.9%，压气机压比为15.4，透平一级静叶后的燃气最高温度为2420℉（1326.7℃）。
PG9351FA 型燃气轮机由18级轴流式压气机、18个逆流分管DLN2.0＋型燃烧室、3级燃气透平组成。
压气机由转子和气缸构成，在气缸中安装了18级压气机静叶，1级进口可转导叶（IGV ）和2级出口导叶。
当PG9351FA 型燃气轮机与余热锅炉、汽轮机组成单轴联合循环发电机组时其功率为冷端（压气机端）输出。
ISO 工况下其基本负荷为394MW ，联合循环热效率为57.43%。
1IGV 的作用1.1防止喘振根据多级压气机特性曲线可知：在压气机特性曲线的左侧，有一条喘振边界线，当流经压气机的空气流量减小到一定程度，就会使运行工况进入喘振边界线的左侧，造成整台压气机不能稳定工作。
那里的空气流量和压力会出现波动，严重时会使气流从压气机进口倒流出来，同时发出低频怒吼声，机组伴随强烈振动，这种现象通称为喘振。
在实际运行中，决不能允许压气机在喘振工况下工作，因为当严重喘振发生时，往往会造成压气机叶片断裂，导致灾难性事故发生。
喘振现象的发生与压气机通流部分的气流脱离密切相关。
压气机在设计工况运行时，气流进入工作叶栅的冲角接近于零。
当压气机偏离设计工况运行时，必然会出现气流的正冲角或负冲角。
当冲角增大到一定程度时，气流就会同叶面分离形成气流脱离现象。
如图1a ）中的2所示，当空气容积流量超过设计流量时，将产生负冲角，当冲角增大到一定程度时，在叶片内弧面就会发生气流脱离现象。
但由于气流在叶片内弧侧流动，在惯性力作用下，气流脱离区会朝着叶片内弧面方向挤拢和靠近，从而防止脱离区的进一步发展。
燃气轮机原理及控制调节
图2－7 Ne－n 静态特性( PI 调节作用下)
在考虑并网机组的情况时, 首先应考虑大电网的 功率－频率静态特性(见图2－8中的实线所 示) 。当燃气轮发电机组并入大电网后，其转
速受电网频率的钳制，为恒定的频率值，一般 只有很小的波动。在不考虑频率ωe 扰动的前
提下，不需要考虑转速调节。对并入大电网的 机组进行功率调节，就是要在机组的Ne－n 静
1.4、温度控制系统
3、排气温度信号的处理
1.4、温度控制系统
4、温度控制基准
1.4、温度控制系统
压气机：级数：18级；压比（ISO）：16.5
1.4、温度控制系统
4、温度控制基准
图2－8
图2－11
图2－12
图2－13
图2－14
图2－15
图2－16
三、燃气轮机的IGV控制系统
动力涡轮转子总成 燃气发生器透平钻子总成
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Centaur 40单轴燃气轮机
透平箱体和喷嘴 排气阀
燃烧室外罩
卷轴结合
燃料喷嘴 压缩机转子 附属驱动
输出轴
透平排气扩容器和排气 集箱
透平转子 燃料歧管 压缩机扩容器 压缩机可变进口导叶
空气进口 主减速齿轮箱
VP40(98)-014
Centaur 40 压缩机 /机械驱动
• FSRN – FSRN0=（TNR-TNH）×KDrooop （2-1） • 式中FSRN——有差转速控制的输出FSR； • FSRN0——燃气轮机在额定转速下空载的FSR值（在这里作
为控制常数存入存储单元）； • KDroop——决定有差转速控制不等率的控制常数（调峰的燃
气轮机δ一般取4%）。
1000
东汽50_MW重型燃气轮机控制系统功能介绍
·50李鑫1,2,田晓晶1,2,徐玲玉1,2,袁国凯1,2,傅颖1,2,孔祥林1,2(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:目前世界上的主流商业燃机均已实现了机组一键启停自动运行保护的功能。
而实现这一功能的主体便是燃机控制系统。
燃机控制系统作为整个机组运行的神经中枢,是关系到燃机运行安全的核心部件。
我国虽然通过“打捆”招标的方式引进了国外先进燃气轮机的制造技术,但控制系统的研发技术依然牢牢掌握在国外厂商手中。
东方汽轮机有限公司在研发国产重型燃机的过程中,同步推进控制系统的自主研发,通过开展专项试验研究,逐步开发出符合国产燃机特性的燃机控制系统。
文章对控制系统的主要功能和研发过程中所开展的试验项目进行了简要介绍,为同类型控制系统的研发指明了有效的方向。
关键词:燃气轮机,控制系统,试验中图分类号:TK477文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)04-0010-04 Function Introduction of Dongqi50MW Heavy Duty GasTurbine Control SystemLI Xin,TIAN Xiaojing,XU Lingyu,YUAN Guokai,FU Yin,KONG Xianglin(1.State key Laboratory of Clean and Effient Turbomachiney Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;2.Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:At present,main stream gas turbine products in the world have realized the function of one-button start-stop and auto⁃matic protection.The main component to realize this function is the gas turbine control system.Gas turbine control system is a key component related to gas turbine safe operation as the nerve center of the whole unit operation.Although some advanced manufac⁃turing technologies of gas turbines has introduced through"bundling"bidding,but the research and development technology of the control system is still firmly in the hands of foreign manufacturers.In the process of developing domestic heavy duty gas turbine, Dongfang Turbine Co.,Ltd.started the research and development of the control system at the same time,through the implementation of special experimental research,the gas turbine control system in line with the characteristics of domestic gas turbine has been gradually developed.In this paper,the main functions of the control system and the test items carried out during the development process are briefly introduced,it points out the effective direction for the research and development of the same type of control sys⁃tem.Key words:gas turbine,control system,test第一作者简介:李鑫(1984-),男,学士,高级工程师,毕业于重庆大学自动化专业,主要从事燃气轮机测控与试验技术的研究工作。
6F级燃气轮机温度匹配功能及其运行优化分析
2022.7 上 EPEM99发电运维Power Operation6F级燃气轮机温度匹配功能及其运行优化分析江苏国信高邮热电有限责任公司 宦 林摘要：通过对联合循环机组冷态启动投用燃机温度匹配前后数据分析对比，表明燃机温度匹配功能可以有效缩短机组冷态启动时间和提高机组启动过程中的经济性。
关键词：联合循环；温度匹配；燃机；排气温度；运行优化某6F 级燃机联合循环机组采用GE 公司设计制造的6F.03型燃气轮机，燃机采用MARK VIe 控制系统。
机组自投产以来经过多年的运行，在机组启动过程中燃机与汽机的协调匹配问题越来越突出：联合循环机组冷态启动时首先启动燃气轮机，燃气轮机发启动令后自动运行至全速空载状态，燃机在全速空载阶段的排气温度比较高，以6FA 燃气轮机为例，排气温度可达450℃，余热锅炉受热后升温升压，通过过热器减温水将过热蒸汽最低降至350℃，若汽机冷态启动时，导致汽轮机冲转时进汽温度与缸温偏差近330℃（汽机冷态时缸温以20℃计）。
以这种状态启动时容易造成汽轮机的金属热应力过大，汽轮机热冲击增大，汽机冲转后需要长时间暖机来缓解膨胀不均，不仅空消耗热量，也严重影响汽轮机的使用寿命[1]。
为优化燃气联合循环机组冷态启动方式，使机组启动时主汽温与汽机缸温相协调匹配，缩短机组启动时间和减缓汽机热冲击，开发利用燃气轮机温度匹配功能。
本文通过对联合循环机组冷态启动投用燃机温度匹配前后数据分析对比，结果表明燃机温度匹配功能可以有效缩短机组冷态启动时间和提高机组启动过程中的经济性。
1 温度匹配原理在联合循环机组中，燃气轮机作为余热锅炉乃至整个联合循环的热量源，控制燃机的排气温度可以实现间接控制余热锅炉的蒸汽温度水平的目的。
燃机在整个联合循环过程中处于前端，由于燃机排气温度可以通过调节燃料量或压气机的进口导叶角度（Inlet Guide Vane,IGV）实现，实质是通过空燃比的变化改变燃烧后的排气温度。
GE公司9E燃气轮机进气加热系统控制分析
GE公司9E燃气轮机进气加热系统控制分析王曙光;朱本刚【摘要】本文通过对GE公司9E燃气轮机进气加热系统(IBH)控制程序算法的深入分析,结合MARK VIe程序中ANSI/ISA-75.01.01中流体流量的计算方法,得出控制阀指令的定量计算公式,对评估IBH控制阀的开度具有重要意义.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2017(030)004【总页数】4页(P47-50)【关键词】燃气轮机;进气加热;IBH【作者】王曙光;朱本刚【作者单位】南京汽轮电机(集团)有限责任公司 ,南京 210037;南京汽轮电机(集团)有限责任公司 ,南京 210037【正文语种】中文【中图分类】TK472对比国内几个9E燃气轮机电厂的实际运行情况，发现有些机组进气加热系统(Inlet Bleed Heating System，以下简称IBH)阀门在运行过程中的开度存在异常。
通过对Mark VIe控制逻辑的分析，找出了IBH阀门开度异常的原因。
本文将对IBH控制阀的控制程序算法进行详细的阐述和分析。
1 IBH简介为了获取更宽的低NOx排放运行范围，更早进入预混燃烧模式，需要提高燃烧基准温度(TTRF1)。
减小IGV角度，降低掺混空气量是行之有效的手段，但是会引起低温时压气机进口结露结冰，威胁前几级叶片的运行安全。
流量减小的同时，也会使压气机的喘振裕度减小，增加安全风险。
设置进气加热系统可以让燃气轮机在更小的IGV(压气机进气可转导叶)开度下平稳运行，不会超过运行压比限制，增大喘振裕度，从而获取更高的燃烧基准温度，还可以有效防止低温下的结露结冰[1]。
IBH是从压气机排气缸抽出一部分高温高压空气，引至燃气轮机进气系统入口，通过一系列喷嘴喷出，与吸入的空气掺混加热。
系统流程示意图见图1，从压气机排气抽出的空气经过手动阀(VM15-1)、气动控制阀(VA20-1，含过滤调压模块、控制气源通断电磁阀20TH-1、控制阀定位调节器等组件)后进入进气室。