三菱F-1 三菱M701F燃机控制系统分析与研究
时间：2019-04-07 03:16:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】本文分析了Mitsubishi公司的三菱M701F型燃气轮机主控制系统的原理、框架构成及其设计思想，结合各子系统相关控制逻辑图详细研究了燃机负荷自动调节控制策略、转速控制策略、温度控制及燃机整个启机过程控制策略，对类似电厂控制系统研究、分析和维护有一定的参考价值。
【关键词】燃汽轮机；主控制系统；转速控制; 负荷控制
Study and Analysis of Primary Control System in Mitsubishi M701F Gas Turbine
Sha yingying
Guangzhou Development Industry(Holdings) Co.,Ltd
Abstract: The control system principle, structure and design idea of Mitsubishi M701F gas turbine is analyzed in this paper. The load auto-modulation strategy, speed control strategy, temperature control strategy and the whole start-up process control strategy is studied in detail. It is valuable for the control system analysis and maintenance of similar plant.
Keywords: Gas turbine; Primary control system; Speed control; Load control
1.引言
三菱 M701F 燃气轮机为采用带进气可调导叶（IGV）的17级高效率轴流式压气机。燃烧室由环绕机轴呈环状布置的20只燃烧器组成。透平段包括4级反动式叶片。燃气轮机的特点是高温透平，而且沿用了许多三菱燃气轮机系列发展过程中的特性，燃气轮机叶片装有先进的冷却系统。叶片涂有涂层，以改进耐腐蚀和抗机械磨损的能力[1-4]。
本文详细分析了三菱公司M701F型燃气轮机控制系统的原理、框架构成及其设计思想，结合各子系统相关控制逻辑图详细研究了燃机负荷自动调节控制策略、转速控制策略、温度控制及燃机整个启机过程，对类似电厂控制系统的研究、分析和维护有一定参考价值。
2. 燃气轮机控制基本原理
轴流式压气机从外部吸入经过滤的空气,压缩后送入燃烧室,同时经过热值调整(高炉煤气通过掺入焦炉煤气提高热值,或掺入氮气降低热值)的高炉煤气经煤气压缩机压缩后也喷入燃烧室与压缩空气混合,在定压下点火燃烧,生成高温烟气进入燃气轮机膨胀做功,带动发电机发电,废气排入余热锅炉产生蒸汽[1]。
Mitsubishi公司的M701F型燃机由压气机、燃烧室、燃气透平等部分构成，该机组采用干式低氮环型燃烧室，燃烧器个数为20个，启动方式为静态变频器（SFC）启动，17级压气机，4级透平叶片。控制系统采用Mitsubishi公司自身开发的Diasys Netmation，其控制系统原理如图1所示。
M701F型燃机主要采用转速控制，负荷控制，温度控制，燃料限制方式作为燃料分配的基准，通过小选门和高选门判断得出适合机组正常运行的燃料输出指令CSO。
启动开始时，系统自动选择FLCSO，升速至2880r/min多一点时，选择GVCSO，并网后若选择LOAD LIMIT方式则选择LDCSO，当进入温控制方式时，选择BPCSO或EXCSO。并网后，除FLCSO为100%外，其它信号均跟踪当前的CSO并加上一个+5%的偏置，是通过动态改变PID的高限值来实现。大选逻辑在MDO点火之前，为-5%；FIRE点火时，维持燃料流量以取得可靠点燃；WUP在加速期间，维持燃料流量，防止火焰熄灭，并足以预热及加速达到额定速度；MIN加速后快达到额定速度时，维持最低的燃料流量以防止火焰在瞬变操作期间熄灭。
高选门的作用是防止CSO过分降低，而导致在过渡过程期间贫油熄火。例如在最极端的例子，机组突然甩全部负荷，燃气轮机控制系统回路要把CSO信号迅速压低，而高选门的最小CSO给定值则建立了避免熄火的最小燃料流量值。
2.自动负荷调节控制策略
燃机的自动负荷调节控制（AUTO LOAD REGULATION，ALR）有ALR ON 和 ALR OFF两种方式选择。
当处于ALR ON 方式下，转速和负荷都为自动调节，即控制系统将自动调整调速器参照点SPREF或负荷控制器参照点LDREF，让机组产生的实际负荷与ALR Set的负荷需求等同。此外ALR ON 下有两种方式选择：ALR MAN和 ALR AUTO。ALR MAN下可手动设定目标功率，ALR AUTO下可自动跟踪中调目标指令。然后根据所选的运行方式（GOVERNOR或LOAD LIMIT）来自动调整调速器的参照点SPREF或负荷控制器的参照点LDREF。
在ALR ON 且GOVERNOR 方式下，机组接受ALR LOAD SET 的输出，从而自动调整调速器参照点SPREF，此时机组是基于转速控制，假如机组运行过程中转速降得太快，功率调节将承担起限制负荷过快增加的作用。在ALR ON 且LOAD LIMIT 方式下，机组接受ALR LOAD SET 的输出，控制系统将自动调整负荷控制器的参照点LDREF，此时机组是基于负荷控制，假如机组运行过程中转速升得太快，转速调节也将承担起限制转速过快增加的作用。
3.转速/负荷控制策略
3.1 转速控制
LOAD LIMIT方式是与GOVERNOR方式互斥的模式，系统控制方式不是GOVERNOR方式就是LOAD LIMIT方式。LOAD LIMIT的功率设定值加+5%的偏置，当电网频率突然快速下降时，LOAD LIMIT会限制负荷的快速增加。
