一种燃气轮机透平冷却空气系统冷却水流量控制方法与流程

本发明涉及燃气轮机控制，具体涉及一种燃气轮机透平冷却空气系统冷却水流量控制方法。

背景技术：

1、在碳达峰、碳中和总体目标下，新能源装机占比逐年上升，但风、光等发电方式具有间歇性与波动性，对电力系统的稳定性提出了挑战。重型燃气轮机发电方式具有启停迅速，负荷响应速度快等优点，可以为新型电力系统的稳定性提供支撑。燃气轮机的燃气温度极高，必须对透平高温部件进行冷却。通常做法是从压气机抽气作为透平冷却空气，利用透平冷却空气冷却透平的高温部件，防止高温部件损坏。为进一步降低透平冷却空气的温度以达到更好的冷却效果，透平冷却空气系统利用余热锅炉给水来冷却透平冷却空气。

2、透平冷却空气系统冷却水来自高压给水泵，经透平冷却空气系统后可返回凝汽器或者高压汽包，分别由余热锅炉侧流量调节阀fcvh(flow control valve of heatrecovery steam generator side)和凝汽器侧流量调节阀fcvc(flow control valve ofcondenser side)调节返回高压汽包与凝汽器的冷却水流量，透平冷却空气系统如图1所示。余热锅炉侧流量调节阀fcvh和凝汽器侧流量调节阀fcvc开度的变化都会影响透平冷却空气系统冷却水流量。在目前的燃气轮机控制逻辑中，对fcvc采取闭环控制，由燃气轮机发电功率计算凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量的设定值，与实际透平冷却空气系统冷却水流量做差，经pid控制器计算fcvc的开度。对fcvh采取开环控制，由燃气轮机发电功率计算余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值，由预先设定的函数关系计算fcvh的开度。在燃机发电功率较小时，通过fcvc控制透平冷却空气系统冷却水流量，fcvh处于全关状态，透平冷却空气系统冷却水全部返回凝汽器；当燃气轮机发电功率较大时，fcvh开启，fcvc逐渐关闭，通过fcvh控制透平冷却空气系统冷却水流量，透平冷却空气系统冷却水进入高压汽包。

3、在目前的控制逻辑中，对fcvh采取开环控制，这就要求在计算fvch开度过程所涉及到的函数关系必须非常准确。在燃气轮机机组服役时间较短时，开环控制可以满足控制要求，随着机组服役时间的增加，机组出现老化等原因会导致机组特性发生变化，如果仍采取开环控制，由于开环控制的有差特性，会导致透平冷却空气系统冷却水流量无法稳定在设定值附近，控制效果变差。透平冷却空气系统冷却水流量过大会导致透平冷却空气温度过低，影响机组发电效率；透平冷却空气系统冷却水流量过小会影响透平冷却效果，甚至触发跳机信号，导致机组跳机。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决现有的燃气轮机机组特性发生改变后，开环控制导致透平冷却空气系统冷却水流量无法稳定在设定值附近，控制效果下降的问题，本发明提供了一种燃气轮机透平冷却空气系统冷却水流量控制方法，使得即使在机组特性发生改变后，也能实现对透平冷却空气系统冷却水流量的精确控制。

2、本发明提供了一种燃气轮机透平冷却空气系统冷却水流量控制方法，包括：

3、获取燃气轮机发电功率p、压气机进口温度t1、透平冷却空气系统出口透平冷却空气实际温度ta、实际透平冷却空气系统冷却水流量f；

4、基于燃气轮机发电功率p及第一预设函数计算修正前余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh0，并基于压气机进口温度t1及预设修正函数对fsvh0进行修正，得到修正后余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh1；基于燃气轮机发电功率p及第二预设函数计算透平冷却空气系统出口透平冷却空气温度的设定值tasv，将其与透平冷却空气系统出口透平冷却空气实际温度ta的差值输入第一pid控制器对所述修正后余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh1进行进一步修正，得到余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh；

5、将余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh与实际透平冷却空气系统冷却水流量f之差输入第二pid控制器计算余热锅炉侧流量调节阀fcvh的开度uh，并将余热锅炉侧流量调节阀fcvh前后的压差δp作为前馈信号经过前馈函数处理后输入第二pid控制器；

6、基于燃气轮机发电功率p及第三预设函数计算修正前凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvc0，并基于压气机进口温度t1及预设修正函数对fsvc0进行修正，得到凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvc；

7、将凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvc与实际透平冷却空气系统冷却水流量f的差值输入第三pid控制器计算并基于预设上下限进行限幅后得到凝汽器侧流量调节阀fcvc的开度uc；

8、根据不同的工况对余热锅炉侧流量调节阀fcvh和凝汽器侧流量调节阀fcvc设置相应的协调策略共同控制透平冷却空气系统冷却水流量。

9、在一种可选的实施例方式中，所述第一pid控制器对所述修正后透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh1进行进一步修正，并根据预设修订量的上下限值对进一步的修正量限幅。

10、在一种可选的实施例方式中，所述根据不同的工况对余热锅炉侧流量调节阀fcvh和凝汽器侧流量调节阀fcvc设置相应的协调策略共同控制透平冷却空气系统冷却水流量，包括：

11、当燃机负荷小于余热锅炉侧流量调节阀fcvh处于备用状态的负荷阈值时，将余热锅炉侧流量调节阀fcvh的开度uh设置为0％，通过凝汽器侧流量调节阀fcvc控制透平冷却空气系统冷却水流量；

12、当燃机负荷大于或等于余热锅炉侧流量调节阀fcvh处于备用状态的负荷阈值时，使余热锅炉侧流量调节阀fcvh的开度uh不再固定0％保持全关状态，由第二pid控制器计算其开度，余热锅炉侧流量调节阀fcvh开度逐渐开大，同时使凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvc小于余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh，在第三pid控制器的作用下，fcvc会逐渐关闭；待凝汽器侧流量调节阀fcvc全关后，由余热锅炉侧流量调节阀fcvh调节透平冷却空气系统冷却水流量。

13、当透平冷却空气系统冷却水流量低信号触发时，将第一pid控制器和第二pid控制器设定为跟踪状态，跟踪值为透平冷却空气系统冷却水流量低信号触发的前一时刻各自对应输出值，将凝汽器侧流量调节阀fcvc的最小开度设置为预设值，并根据燃气轮机发电功率调节透平冷却空气系统冷却水流量，待透平冷却空气系统冷却水流量低信号消失预设时间后，取消第一pid控制器和第二pid控制器的跟踪状态，并将凝汽器侧流量调节阀的最小开度值恢复为0％，若此时燃气轮机发电功率小于余热锅炉侧流量调节阀fcvh处于备用状态的负荷阈值，则fcvh开度固定为0％，由凝汽器侧流量调节阀fcvc调节透平冷却空气系统冷却水流量；若燃气轮机发电功率大于或等于余热锅炉侧流量调节阀fcvh处于备用状态的负荷阈值，则第三pid控制器控制凝汽器侧流量调节阀逐渐关闭，由余热锅炉侧流量调节阀fcvh调节透平冷却空气系统冷却水流量。

14、本发明实施例对余热锅炉侧流量调节阀fcvh和凝汽器侧流量调节阀fcvc设置相应的协调策略，使两个调节阀在不同工况下协调配合，避免互相干扰。

15、在一种可选的实施例方式中，所述第一预设函数为燃气轮机发电功率与修正前余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值之间的对应关系，第三预设函数为燃气轮机发电功率与修正前凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值之间的对应关系。

16、在一种可选的实施例方式中，所述预设修正函数为燃气轮机压气机进口温度与修正系数之间的对应关系。

17、在一种可选的实施例方式中，所述前馈函数为：

18、

19、其中，uff为第二控制器的前馈量，k为待调系数。

20、在一种可选的实施例方式中，所述透平冷却空气系统出口透平冷却空气温度的设定值tasv与透平冷却空气系统出口透平冷却空气实际温度ta的差值、余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh与实际透平冷却空气系统冷却水流量f的差值、凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvc与实际透平冷却空气系统冷却水流量f的差值均通过减法器获取。

21、在一种可选的实施例方式中，所述开度uh、开度uc、预设修订量的上下限取值均通过对应数值的常数块设置。

22、在一种可选的实施例方式中，将修正后余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh1与修正量fsvhpi求和后再与凝汽器侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvc取大值后得到余热锅炉侧透平冷却空气系统冷却水流量设定值fsvh。

23、本发明实施例避免了fsvh低于fsvc，当燃机负荷大于或等于余热锅炉侧流量调节阀fcvh处于备用状态的负荷阈值时，一旦fsvh低于fsvc，会错误地使fcvh逐渐关闭，而fcvc打开，使透平冷却空气系统的冷却水未做功便直接返回凝汽器，造成能量的浪费，且会对凝汽器真空泵造成额外的负担。

24、本发明实施例通过设计pid控制器，将fcvh的开环控制调整为闭环控制，即使机组特性发生改变，也可以使透平冷却空气系统冷却水流量稳定在设定值附近，提高控制效果；在fcvh的控制过程中考虑了压气机进口温度、透平冷却空气系统出口透平冷却空气温度以及fcvh阀前后差压等因素的影响，合理调节透平冷却空气系统冷却水流量，提高机组发电效率；通过设计fcvc与fcvh两个冷却水流量调节阀的协调策略，使两个调节阀在不同工况下协调配合，避免互相干扰，共同实现对透平冷却空气系统冷却水流量的控制。