理论教育 起动特性的闭环控制机制及时间耗费分析

起动特性的闭环控制机制及时间耗费分析

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:当电流减小至某一特定值时,斩控整流桥截止,停止向起动机供电,此后发电机运行在发电状态。为了解决这个问题,一般采用闭环控制,以保证涡轮机驱动始终能按最佳上升曲线跟踪起动机的上升转速,来克服外界因素的影响。整个起动过程耗时约2min,这与该机的实际运行是一致的。

起动特性的闭环控制机制及时间耗费分析

燃气轮机发电机组具有可靠的点火系统。采用点火方式起动,能在寒冷气候条件下,在2min内起动并达到带额定负荷的能力,起动成功率达到99%以上。

起动初始阶段,高速永磁发电机用作起动机,处于电动状态,蓄电池组经DC-DC单元投入直流母线,斩控整流桥逆变为0~400Hz的交流电供给起动机,带动微型燃气轮机的涡轮机转速从零逐渐升高。当燃机的转速被驱动到15000r/min(可调)的转速时,压缩机向燃烧室喷入高压燃气,执行点火程序,经燃烧的高温气体带动涡轮机转动。这时燃气轮机由起动机与涡轮机共同驱动,从点火到转速上升至空载转速的95%前,这一过程采用闭环控制。微型燃气轮机控制系统实时检测起动机电流。当电流减小至某一特定值时,斩控整流桥截止,停止向起动机供电,此后发电机运行在发电状态。此时,按供油关系,燃机由涡轮机独立驱动,转速继续上升。当燃气轮机转速上升到额定空载转速后,起动过程结束。

早期的控制系统中,从微型燃气轮机点火到转速上升,再到空载转速的95%之前,一般都采用开环控制。这种控制方法的最佳上升数据曲线需反复试验才能得到,而由于曲线受外界环境,如大气温度、压力燃料焓值等因素的影响很大。即使在某种条件下获得了,当条件变化时,该曲线又变为不是最佳。影响严重时,易将永磁同步发电机带失步而损坏。为了解决这个问题,一般采用闭环控制,以保证涡轮机驱动始终能按最佳上升曲线跟踪起动机的上升转速,来克服外界因素的影响。实验表明,闭环控制方案完全可行,取得了很好的效果。

微型燃气轮机的起动是一个动态过程。当确定了起动过程线以后,机组起动过程参数的变化规律就确定了,因而选择合理的起动方式(即起动过程线)作为起动控制的目标是十分重要的。起动过程线的选择需考虑两个因素:

1)不能超过喘振线。起动过程线越贴近喘振线,起动过程越快,因此微型燃气轮机常可选择贴近喘振线的起动过程线,只是需要留一定的安全裕量。沿这样的起动过程线起动,起动时间短,可以在几十秒之内。但起动过程中涡轮机进口温度很高,并且有剧烈的变化,会减少热部件的寿命。(www.daowen.com)

2)热应力的限制。如果温度变化太快会造成很大的热应力,对部件的结构强度和寿命带来不良影响。因此采用涡轮机入口温度-转速双目标参数控制的起动方式,起动过程参数曲线见图2-19。

从第2章的图2-29a可以看出,采用这种起动方式,在初始由起动机约6s加速到暖机转速19200r/min,暖机时间为20s左右,然后继续加速,此时涡轮机入口温度为控制参数,使其符合图2-28所示的起动曲线;从图2-29b可以看出,大约在67s实现“脱扣”,起动机转为发电机方式,至满负荷附近,进入转速-涡轮机入口温度联合控制状态,直至系统进入稳态。整个起动过程耗时约2min,这与该机的实际运行是一致的。

微型燃气轮机在起动和停止等转换的时候,需要电池来帮助支持负荷。这些电池可以取下,而且必须在不同的间隔时间检测它,以保证它是饱和并准备好工作。

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