Способ управления газовой турбиной при частичных нагрузках

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах автоматического регулирования высокоскоростных генерирующих агрегатов, присоединенных с помощью преобразователя частоты к энергосистеме.

Известен способ управления газотурбинной системой, включающей компрессор, систему сжигания топлива и газовую турбину (опубл. US №20130125557, МПК F02C 9/22, опубл. 23.05.2013), согласно которому определяют текущее значение мощности турбины, требуемое значение мощности газовой турбины, измеряют текущие значения параметров режима компрессора и системы сжигания топлива, рассчитывают значение расхода воздуха компрессора, соответствующее требуемому значению мощности газовой турбины, но не ниже допустимого значения, определяют параметры работы системы сжигания топлива в соответствии с непревышением допустимого уровня эмиссии СО, СН, NO_x и изменяют значение мощности газовой турбины до требуемого, а значения расхода воздуха и параметров системы сжигания до расчетных значений.

Недостатком данного технического решения является низкий КПД газовой турбины при работе с частичными нагрузками.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления газовой турбиной при частичных нагрузках (патент US №6748744, МПК F02C 9/44, опубл. 15.06.2004), согласно которому измеряют скорость вращения турбины, получают задание по мощности и скорости вращения вала газовой турбины, определяют соответствующее заданной мощности значение расхода топлива и реализуют его посредством дозатора расхода топлива.

Недостатком указанного технического решения является низкий КПД газовой турбины при работе с частичными нагрузками.

Техническая задача изобретения состоит в обеспечении наибольшего возможного значения КПД газовой турбины при заданном значении развиваемой газовой турбиной мощности в эксплуатационном диапазоне.

Технический результат изобретения заключается в снижении расхода топлива в газовой турбине при производстве электроэнергии в составе высокооборотного генерирующего агрегата, присоединенного с помощью преобразователя частоты к энергосистеме.

Это достигается тем, что в известном способе регулирования газовой турбины при работе с частичными нагрузками, включающем получение задания величины мощности газовой турбины, измерение скорости вращения вала газовой турбины в режиме реального времени, для заданной величины мощности по графику зависимости скорости вращения от мощности газовой турбины по критерию минимального расхода топлива определяют уставку скорости вращения вала газовой турбины, сравнивают с ней текущее значение скорости вращения и формируют команду на изменение подачи топлива и воздуха в камеру сгорания газовой турбины для достижения значения уставки по скорости вращения.

Таким образом, обеспечивается максимально возможное значение КПД при текущем значении развиваемой газовой турбиной мощности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором для реализации способа управления газовой турбиной при частичных нагрузках изображена функциональная схема генерирующего агрегата с преобразователем частоты.

Функциональная схема генерирующего агрегата с преобразователем частоты содержит генерирующий агрегат, включающий газовую турбину 1, соединенную валом 2 с генератором 3, который подключен к первому входу преобразователя частоты 4, являющемуся силовым. Второй вход преобразователя частоты 4, являющийся сигнальным, подключен к системе управления 5, а выход присоединен к приемной системе 6. К валу 2 подключен датчик скорости вращения 7, соединенный с первым входом регулятора скорости 8, второй вход которого подсоединен к блоку уставки оптимальной скорости вращения 9, а выход соединен с системой управления подачей газа и воздуха в турбину 10, подключенной к турбине 1.

Реализация предлагаемого способа регулирования газовых турбин при частичных нагрузках осуществляется следующим образом.

В режиме выдачи мощности генерирующим агрегатом в приемную систему 6 осуществляют постоянное измерение скорости вращения вала 2 датчиком скорости вращения 7 и мощности газовой турбины 1 с целью поддержания величины выдаваемой в приемную систему 6 мощности, равной уставке. Преобразователь частоты 4 обеспечивает преобразование тока генератора 3, имеющего переменную частоту, а в ряде случаев существенно отличающуюся от частоты переменного тока приемной системы 6, в ток с частотой, характерной для приемной системы 6. Уставка величины выдаваемой мощности подается в блок уставки оптимальной скорости вращения 9 и систему управления 5 преобразователем частоты 4.

При получении нового значения уставки величины выдаваемой мощности в соответствии с ним производят выбор уставки скорости вращения вала 2 газовой турбины 1 по характеристике блока уставки оптимальной скорости вращения 9, которая отражает зависимость скорости вращения вала 2 газовой турбины 1 от выдаваемой ею мощности по критерию наибольшего значения КПД газовой турбины 1. Выбранное значение уставки скорости вращения вала 2 передается в регулятор скорости 8, который формирует управляющее воздействие для управления подачей газа и воздуха в турбину 10, в результате чего устанавливается скорость вращения вала 2 газовой турбины 1, при которой обеспечивается наибольшее возможное значение КПД (минимально возможное потребление топлива) при выдаче генерирующим агрегатом заданной величины активной мощности.

Использование изобретения обеспечивает снижение расхода топлива при частичных нагрузках газовых турбин и повышает экономичность выработки электрической энергии на высокооборотных газотурбинных установках с преобразователями частоты.