[发明专利]用于检测和转变到电孤岛运行的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于公用电力事业的发电且特别地涉及电厂发电机的“孤岛化(island)”。

背景技术

孤岛控制典型地涉及从并网运行到隔离运行，另外地已知为孤岛模式的过渡和随后的稳态孤岛模式运行。典型地孤岛模式运行用于支持相对地小的局部“家用”负荷。并网运行典型地将电力供给到外部电负荷。作为将发电机与外部电负荷联接的联络线断路器切断的结果发生到孤岛模式的过渡，在此期间涡轮机保持运行以支持局部电厂电负荷。在过渡到孤岛模式期间，控制系统响应于联络线断路器的断开且激活孤岛速度控制调控器以自动地维持每孤岛速度设定点的系统频率。

燃气涡轮机孤岛模式可运行性典型地涉及两个阶段：电网分离阶段和孤岛调控器控制阶段。在电网分离阶段期间，燃气涡轮机经历甩负荷(load rejection)。发电机上的负荷突失可能导致燃气涡轮机显著加速到超速情况。为应对轴加速和超速，例如下垂(droop)调控器的速度调控器通过迅速地降低燃料而做出响应，以限制加速和避免燃气涡轮发电机的超速。源自速度调控器响应的燃料迅速降低在电网分离阶段施加了涡轮机可运行性限制。在下一个阶段期间，孤岛调控器采取控制且调节频率到孤岛速度设定点。

经常要求发电厂在意外的与电网断开后提供不中断的发电以支持在瞬态电网分离期间和以后的局部电负荷。刚好在电网分离前的局部厂电负荷需求和输出到电网的电力的量之间的差异(“净负荷不平衡”)指示了在电网分离阶段的电瞬态和燃气涡轮发电机响应。如果净负荷不平衡大，则作为结果燃气涡轮发电机速度和加速度响应可能相当大。作为结果的燃气涡轮发电机响应可以确定在电网分离阶段期间支持局部厂电负荷的能力。

常规地，在与电网并网运行时调节燃气涡轮机的相同的下垂调控器用于燃气涡轮机到孤岛模式的过渡。下垂调控器调节了驱动发电机的燃气涡轮机的燃料命令以维持用于电网的希望的频率。当从电网断开时，下垂调控器响应于作为局部负荷变化的结果发生的孤岛频率的变化。在从电网模式运行到孤岛模式运行的过渡期间发生的负荷和频率的变化可能是快速的和大的。在此过渡期间，下垂调控器可能不能完全地响应于变化。进一步地，下垂调控器可能在孤岛模式期间不能将发电机频率恢复到标称频率。例如预设和修整算法的另外的功能性已经添加到常规的下垂调控器以允许在孤岛调控器控制中修正和恢复标称频率。

在电网分离时，燃气涡轮机燃料调控器通过迅速地降低送到燃烧器的燃料而对作为结果的轴加速起作用。加速增加了到燃气涡轮机的空气流量。与燃气涡轮机空气流量改变相关联燃料削减导致了可能超过燃气涡轮机干式低NOx可运行性设计规格的瞬态燃烧器燃料/空气混合物。

应对此瞬态的传统的方法是过渡到稳健的燃烧运行模式，该模式可以支持在瞬态期间的迅速的燃料和空气改变。此常规方法限制了在瞬态期间的最大电力孤岛负荷需求，且在一些情况中要求电厂内局部的明显的负荷脱离(load shedding)。替代地，在电网分离前在电厂运行限制了电厂输出电力因此限制了在电网断开时刻的净负荷不平衡时进行对燃气涡轮机运行的谨慎的管理。此常规方法可能限制在正常运行期间燃气涡轮发电机可获得的最大负荷。

存在对于提供了改进的孤岛模式运行和到孤岛模式过渡的燃气涡轮机控制系统的长期需求。进一步地，也存在对于不受例如以上所描述的常规控制系统的一些或全部限制的控制系统的长期需求。

发明内容

开发了为多个连接的燃气涡轮机的燃料输送回路提供瞬态燃料控制的方法，方法包括：基于燃气涡轮机的燃料命令的迅速改变和涡轮机轴的加速度中的至少一个的指示检测瞬态电网事件；当指示了瞬态电网事件时，命令燃气涡轮机控制器将燃气涡轮机转变到至少一个中间负荷；在瞬态电网事件期间调整燃料分离以维持燃烧器稳定性；和使用预先确定的孤岛负荷需求信号来在连接的燃气涡轮发电机之间分配总的电厂孤岛负荷需求。

开发了另一个方法为多个连接的燃气涡轮机的燃料输送回路提供瞬态燃料控制，方法包括：基于燃气涡轮机的燃料命令的迅速改变或涡轮机轴的加速度中的至少一个的指示检测瞬态电网事件；作为瞬态电网事件的结果加速燃气涡轮机；当指示了瞬态电网事件时，命令燃气涡轮机控制器将燃气涡轮机转变到至少一个中间负荷；在瞬态电网事件期间调整燃烧器燃料分离以维持燃烧器稳定性；和使用预先确定的孤岛负荷需求信号来在连接的燃气涡轮发电机之间分配总的电厂孤岛负荷需求。