一种燃机电站机电一体化控制装置.pdf

一种燃机电站机电一体化控制装置，它适合于做各种燃气轮机或高技术水平发电站的控制装置，特别适合于需要无人或少量人管理的电站的使用。
    迄今无止，燃气轮机电站（或其他燃气轮机组）的控制均为“燃机控制”及“电机控制”两个部分，它们各自分别控制调节，输出功率随负荷变化而变化。由于负荷是随时在变化的，为了随时适应负荷变化，需要分别各自跟踪调节，有的系统用一套凸轮机构来协调各个调节参数。因燃气轮机的结构复杂，调节环节的技术要求很高，因而国外少数厂商控制了“燃调”的技术。近年来，“燃调”开始采用了单板机，例如GE公司的MK-Ⅳ燃调就是使用了三个80C86单板机。无论是电调或燃调都是通过液压伺服系统完成发动机调节操作。机组的控制环节甚多，改用的控制办法是各个单元各自设定一个控制值，每当负荷或外界条件变化引起偏离这个值时，各自的单调系统控制调节相应部位动作，调节执行器使之达到新的平衡状态。由于各个调节环节互不相关，遇到复杂情况时不能整体随机协调操作，因而不能做到整体最佳状态控制，遇到复杂的情况只能人工手动操作，由人按照当时的实际情况协调各个操作环节，否则机组有可能因某项操作值达到最大允许值而使机组出现“保护停机”。同时，由于控制是分散的，在多台机组组成电站时，其各机组间的协调也需用人工进行，调整复杂而且困难。由于控制柜需放入控制室中，控制柜与燃气轮机以及发电机之间的连线很多，用硬逻辑方法进行控制，其逻辑交会点数目与输入线和输出线的乘积成正比。数量随控制的复杂成度急巨增加，可靠性下降。既给维修增加了难度，也加大了电站搬迁时的拆装的工作量。

    本发明的目的是发明一种机电一体化地燃气轮机电站机一体化控制装置。它对燃气轮机、发电机以及其它辅助设备进行统一控制，简化控制室结构，提高控制精度。

    本发明的结构框图如附图1所示，它有燃气轮机、发电机以及辅助设备的控制执行元件组（3），系统参数测量元件组（4）和中央控制计算机（5），其特征在于：在燃气轮发电机组近旁有标准工业控制介面（6），控制执行元件组（3）中的每一个执行元件都有一个插于标准工业控制介面（6）中的执行适配模块（7）与之相连，组成一个控制执行单元，参数测量元件组（4）中的每一个测量元件都有一个插于标准工业控制介面（6）中的测量适配模块（8）与之相连，组成一个测量执行单元，标准工业控制介面（6）通过串行通讯接口与中央控制计算机（5）相连。

    在附图1中，还有燃气轮发电机组（1）和辅助设备（2）。

    本发明采用由一个执行元件配一个插入工业控制介面（RTU）（6）中的执行适配模块构成一个控制执行单元，该单元只完成一个特定的工作。如燃气轮机的功率状态控制执行单元，它只完成对燃气轮机燃料计量阀大小的控制，而燃气轮机的进气量控制单元只调节进气道中的导向叶片。同样，由一个测量元件配一个插入RTU（6）中的测量适配模块构成一个系统参数测量单元，每一个测量单元只完成系统中某一处的一个特定物理量的测量。如燃气轮机排气温度测量单元就只是由放入排气道中的一个热电偶加上插入RTU（6）中的一个模/数转换测量适配模块组成，它们都只完成单一的基础功能。中央控制计算机（5）通过串行通讯接口输出不同的地址通选指令，通过RTU（6）选通不同的控制适模块（7）和测量适配模块（8），进而计算机可以发送命令让控制执行元件组（3）中的执行元件动作或是接收测量元件组（4）中的测量元件传来的已数字化了的所测物理量，而所有的控制策略都决定于软件。计算机通过测得的系统参数和操作人员的输入，用软件进行决策，发出相应的控制命令。一方面它可以测量很多的系统参数（只要插入相应的测量元件和测量适配模块，就可以扩充测量范围，而且可插入测量如象用电系统参数这样的测量单元），另一方面，它的软件决策程度可以是如象专家系统的程序。用软件对燃气轮机和发电机进行综合控制，可以协调燃气轮机与发电机之间的关系，可大大减少某项操作单项达到最大允许值而发生“保护停机”的情况。此外，计算机的运算速度快，测量的系统参数多，可以用较复杂、精确的决策策略进行控制，有很高的控制精度，能使系统运行在最佳工作状态。由于安放于控制室中的只是中内控制计算机（5），RTU（6）就近放置于机组近旁，RTU（6）与中央控制计算机（5）之间只有一根串行通讯电缆相连，控制室搬迁时的拆装非常方便，也容易维护。

    本发明的所有设备全都可以使用标准产品，如各种控制执行元件、测量元件及相应的适配模块都是固态组件。只要配接不同规格的控制执行元件和测量元件，并稍稍修改一下控制软件，就可以适配各种规模的电站，而且可以只用扩充RTU的数目和控制执行单元及参数测量单元的数目就可以对多台燃气轮发电机组（1）进行群控。

    本发明可以用两套相同的装置对同一燃气轮发电机组（1）进行控制。一套装置处于主控状态，另一套装置处于监控状态，通过比较器对两装置的输出结果进行比较，如果处于主控运行的装置发生故障时，可以进行在线切换，让处于监控状态的控制装置转为主控态运行，而对有故障的装置进行检测和维修。一般情况下，故障装置发生的多为软故障，只须进行复位和重新起动即可排除。使用双机运行可大大提高整个机组的运行可靠性。

    本发明中的RTU（6）就近放置于机组（1）近旁，各个控制执行元件和测量元件都只引线到RTU（6）处。一般的RTU（6）有16或32个插槽，如果插槽数不够，可以用多个RTU串联，这样可使交合点相应减少，控制连线也可以简化。