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摘要：燃气轮机发电模块中的燃气轮机运行状态由高压压气机转速控制、慢车、动力涡轮转速控制构成。本文根据燃气轮机发电模块特性，对燃气轮机控制方法进行了分析，具体包含高压压气机转速与启动阶段的控制以及动力涡轮转速的控制等。
关键词：燃气轮机；发电；模块控制
引言
燃气轮机发电模块利用燃气轮机带动整个发电机同步发电，燃气轮机对于起动装置，它要求整个燃气轮机就起动到慢车的时间在4min以内，起动到能带动整个发电机的工作时间在22min以内。转子转速能影响整个发电机的输出电能，发电机转子则是燃气轮机电力涡轮带动，所以它能确保整个燃气轮机涡轮拥有稳定的转速。单独的发电模块与机组通常是单独工作的，机组负荷和发电模块功率一致，而动力涡轮转子则处在平衡的稳定转速状态下。在这期间，发电模块负荷出现变化，燃气轮机内部燃烧室的流量没有任何变化，之前的转子平衡被迫影响，动力涡轮转速势必也会出现变化。不管是从电能输出的角度来看，还是就转子叶片的角度来看，转子转速变化都不被允许，因此发电模块必须具备燃气轮机转速。
1 起动时期的控制方法
起动期间的燃气轮机，第一步是燃机利用变频电机促使低压压气机进行旋转，在电机拖动的过程中，低压压气机旋转促使低压涡轮进行旋转，如此燃气轮机进口就会不断有空气进入，低压压气机带动整个空气做气体流动，让高压涡轮转子促使高压压气机出现传动，如此气体通过低压压气机与高压压气机进行工作，最后带动整个高压压气机工作，生成高压高温的空气进入燃气轮机燃烧室外部。与此同时，向燃烧室内部灌注燃料，并且让燃料自喷嘴喷出生成雾化燃料气和高温高压空气整合，受点火器影响最终生成火焰，形成高压高温气体堆积以推动后方低压涡轮与高压涡轮工作，同时带动涡轮的对外工作，高压压气机转速符合既定的慢车转速之后，那么燃气轮机就会进入慢车起动流程。
上述谈到的是燃气轮机起动过程，起动期间控制系统专门负责并结合预先设立的工作流程完成电机起动的燃料供给、一速二速与点火指令。对于本课题的仿真指令与起动指令发放后，先发出的是起动电机的一速指令，电机起动后再带动低压压气机转子旋转，并且带动低压涡轮进行旋转，从而生成气流压促使高压涡轮转子旋转，最终促使高压压气机进行旋转，半分钟后再起动二速转机指令，当起动电机频率逐渐升高时，再提高高压压气机转速与低压压气机转速。当二速指令发出的50秒内给出燃机点火指令，在这期间调节燃料量属于开环控制，在一定时段内燃料量不会出现变化，根据现实要求自动调节系统，调整后的燃料量变化速度和高壓压气机转速关系调节阀被打开，高压压气机转速临近6200rmp时宣告燃气机完成起动工作，然后入驻慢车工作。大部分燃气轮机起动时的燃料量变化都会结合燃机原有的起动燃料曲线设置，但大多数燃气机在运转期间所在的环境温度差异、燃机是暖机还是冷机起动都会影响到整个燃机的起动过程，若燃机的入口温度较小、初始燃料量较少都可能让点火失败，环境温度太高则可能出现超温停机，而机组不同的冷暖状态也会让其出现点火是被或者超温跳机。对于影响起动的原因，本课题借助仿真实验修正了起动过程与相关数据，同时对起动燃料量进行了如下控制：
在这期间，起动过程的总体燃料量，最大值会受到燃料限制曲线左右。另外，还有起动最初的燃料量、燃机入口空气温度对燃料量的函数、起动过程燃料增速率、高压压气机转速对增速率的完善、低压涡轮对燃气温度与燃料增速率的更正、起动时间与计量。
2 控制高压压气机转速的方法
完成起动工作的燃气轮机会立即进入到慢车工作状态，在更改燃料量的同时，优化燃气轮机工作状态。燃气轮机步入慢车工况后，它会以增量PID的方式调整燃料量，从而掌控燃气机工作状态，在这期间的控制量属于高压压气机转速。而正常的发电模块机组是在动力涡轮转速符合额定转速的状态下实施的，高压压气机转速对于发电模块燃气机控制具有以下三点作用：
（1）发电模块中的原动机三轴燃气轮拥有自由的动力涡轮，当燃气机步入慢车工况之后，高压压气机转速更能展现燃气轮机工作变化。在这期间，利用高压压气机转速控制就能让动力涡轮满足额定工作转速要求，满足动力涡轮转速控制要求后让发电模块步入正常的工作状态。在整个过程，高压压气机转速都以过渡的方式呈现。
（2）高压压气机转速对于整个燃气轮机有着良好的保护效果，一旦动力涡轮转速控制小于某个限度，它就会自动进入高压压气机转速的控制状态，同时切换目标防范，将动力涡轮转速视为控制指标。
（3）另外，高压压气机转速还有着很好的保护与限制功能，正常的发电模块下，燃气轮机处在动力涡轮控制状态，并且结合高压涡轮转速展现该环境下的限制线功率、燃料限制曲线与最大燃料量，达到燃料限制约定的系数后，高压转速值就是高压压气机转速进行控制，并且保护整个燃气轮机。
3控制动力涡轮转速的方法
当燃气机启动高压压气机、慢车转速真正完成后，动力涡轮转速将达到2850rpm，同时由动力涡轮进行转速控制。在这期间，动力涡轮转速控制作为发电模块燃气轮机控制的关键内容，发电模块的输出部分是在燃气轮机动力涡轮转速控制的状态下实施。从工作目标来看：动力涡轮转速控制能确保发电模块在负载突变的状态下进行，转速能快速回到额定转速区间。为了让燃气轮机适应各种工况，不管负载出现怎样的变化，控制系统都能较好的达成机组对各种燃气轮机品质控制的要求，本文也列举了几种解决方案，希望借助仿真实验等方式，不断改进并优化控制策略的有效性与可行性，最终找到最佳的燃气轮机动力涡轮装束的控制方案。
参考文献：
[1]燃气轮机控制技术综述[J]. 薛银春，孙健国. 航空动力学报. 2005（06）
[2]燃气轮机最优控制研究[J]. 曾进，任庆生，翁史烈，孙薇荣. 热能动力工程. 2000（06）
[3]船用燃气轮机发电系统建模与仿真研究[J]. 吕文超，毕大强，吕飞鹏. 船电技术. 2014（08）
关键词：燃气轮机；发电；模块控制
引言
燃气轮机发电模块利用燃气轮机带动整个发电机同步发电，燃气轮机对于起动装置，它要求整个燃气轮机就起动到慢车的时间在4min以内，起动到能带动整个发电机的工作时间在22min以内。转子转速能影响整个发电机的输出电能，发电机转子则是燃气轮机电力涡轮带动，所以它能确保整个燃气轮机涡轮拥有稳定的转速。单独的发电模块与机组通常是单独工作的，机组负荷和发电模块功率一致，而动力涡轮转子则处在平衡的稳定转速状态下。在这期间，发电模块负荷出现变化，燃气轮机内部燃烧室的流量没有任何变化，之前的转子平衡被迫影响，动力涡轮转速势必也会出现变化。不管是从电能输出的角度来看，还是就转子叶片的角度来看，转子转速变化都不被允许，因此发电模块必须具备燃气轮机转速。
1 起动时期的控制方法
起动期间的燃气轮机，第一步是燃机利用变频电机促使低压压气机进行旋转，在电机拖动的过程中，低压压气机旋转促使低压涡轮进行旋转，如此燃气轮机进口就会不断有空气进入，低压压气机带动整个空气做气体流动，让高压涡轮转子促使高压压气机出现传动，如此气体通过低压压气机与高压压气机进行工作，最后带动整个高压压气机工作，生成高压高温的空气进入燃气轮机燃烧室外部。与此同时，向燃烧室内部灌注燃料，并且让燃料自喷嘴喷出生成雾化燃料气和高温高压空气整合，受点火器影响最终生成火焰，形成高压高温气体堆积以推动后方低压涡轮与高压涡轮工作，同时带动涡轮的对外工作，高压压气机转速符合既定的慢车转速之后，那么燃气轮机就会进入慢车起动流程。
上述谈到的是燃气轮机起动过程，起动期间控制系统专门负责并结合预先设立的工作流程完成电机起动的燃料供给、一速二速与点火指令。对于本课题的仿真指令与起动指令发放后，先发出的是起动电机的一速指令，电机起动后再带动低压压气机转子旋转，并且带动低压涡轮进行旋转，从而生成气流压促使高压涡轮转子旋转，最终促使高压压气机进行旋转，半分钟后再起动二速转机指令，当起动电机频率逐渐升高时，再提高高压压气机转速与低压压气机转速。当二速指令发出的50秒内给出燃机点火指令，在这期间调节燃料量属于开环控制，在一定时段内燃料量不会出现变化，根据现实要求自动调节系统，调整后的燃料量变化速度和高壓压气机转速关系调节阀被打开，高压压气机转速临近6200rmp时宣告燃气机完成起动工作，然后入驻慢车工作。大部分燃气轮机起动时的燃料量变化都会结合燃机原有的起动燃料曲线设置，但大多数燃气机在运转期间所在的环境温度差异、燃机是暖机还是冷机起动都会影响到整个燃机的起动过程，若燃机的入口温度较小、初始燃料量较少都可能让点火失败，环境温度太高则可能出现超温停机，而机组不同的冷暖状态也会让其出现点火是被或者超温跳机。对于影响起动的原因，本课题借助仿真实验修正了起动过程与相关数据，同时对起动燃料量进行了如下控制：
在这期间，起动过程的总体燃料量，最大值会受到燃料限制曲线左右。另外，还有起动最初的燃料量、燃机入口空气温度对燃料量的函数、起动过程燃料增速率、高压压气机转速对增速率的完善、低压涡轮对燃气温度与燃料增速率的更正、起动时间与计量。
2 控制高压压气机转速的方法
完成起动工作的燃气轮机会立即进入到慢车工作状态，在更改燃料量的同时，优化燃气轮机工作状态。燃气轮机步入慢车工况后，它会以增量PID的方式调整燃料量，从而掌控燃气机工作状态，在这期间的控制量属于高压压气机转速。而正常的发电模块机组是在动力涡轮转速符合额定转速的状态下实施的，高压压气机转速对于发电模块燃气机控制具有以下三点作用：
（1）发电模块中的原动机三轴燃气轮拥有自由的动力涡轮，当燃气机步入慢车工况之后，高压压气机转速更能展现燃气轮机工作变化。在这期间，利用高压压气机转速控制就能让动力涡轮满足额定工作转速要求，满足动力涡轮转速控制要求后让发电模块步入正常的工作状态。在整个过程，高压压气机转速都以过渡的方式呈现。
（2）高压压气机转速对于整个燃气轮机有着良好的保护效果，一旦动力涡轮转速控制小于某个限度，它就会自动进入高压压气机转速的控制状态，同时切换目标防范，将动力涡轮转速视为控制指标。
（3）另外，高压压气机转速还有着很好的保护与限制功能，正常的发电模块下，燃气轮机处在动力涡轮控制状态，并且结合高压涡轮转速展现该环境下的限制线功率、燃料限制曲线与最大燃料量，达到燃料限制约定的系数后，高压转速值就是高压压气机转速进行控制，并且保护整个燃气轮机。
3控制动力涡轮转速的方法
当燃气机启动高压压气机、慢车转速真正完成后，动力涡轮转速将达到2850rpm，同时由动力涡轮进行转速控制。在这期间，动力涡轮转速控制作为发电模块燃气轮机控制的关键内容，发电模块的输出部分是在燃气轮机动力涡轮转速控制的状态下实施。从工作目标来看：动力涡轮转速控制能确保发电模块在负载突变的状态下进行，转速能快速回到额定转速区间。为了让燃气轮机适应各种工况，不管负载出现怎样的变化，控制系统都能较好的达成机组对各种燃气轮机品质控制的要求，本文也列举了几种解决方案，希望借助仿真实验等方式，不断改进并优化控制策略的有效性与可行性，最终找到最佳的燃气轮机动力涡轮装束的控制方案。
参考文献：
[1]燃气轮机控制技术综述[J]. 薛银春，孙健国. 航空动力学报. 2005（06）
[2]燃气轮机最优控制研究[J]. 曾进，任庆生，翁史烈，孙薇荣. 热能动力工程. 2000（06）
[3]船用燃气轮机发电系统建模与仿真研究[J]. 吕文超，毕大强，吕飞鹏. 船电技术. 2014（08）