[发明专利]用于控制燃气轮机的输出功率的方法及相应的燃气轮机系统

说明书

技术领域

本公开内容总体上涉及燃气轮机，且更具体地涉及用于燃气轮机的灵活控制和操作的系统和方法。

背景技术

燃气轮机广泛用于商业发电运营。燃气轮机典型地包括位于前部的压缩机、围绕中部的一个或更多燃烧器、以及位于后部的涡轮机。压缩机可以包括附装到转子上的多级压缩机叶片。作为工作流体的环境空气进入压缩机的进口，并且压缩机叶片的旋转逐渐压缩工作流体。压缩机可以包括一个或更多可变叶片列，诸如可以用于控制进入压缩机的环境空气的流量的进口导叶(IGV)和可变定子轮叶(VSV)。

一部分经压缩的工作流体经抽取端口从压缩机被抽取以作他用，而其余工作流体离开压缩机并流向燃烧器。工作流体在燃烧器中与燃料混合，并且混合物点燃而产生具有高温、高压和高速的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧器并流向涡轮机，燃料气体在涡轮机中膨胀以做功。

电力需求典型地随着环境温度升高而增加。由于当电力需求和价格随环境温度逐步提高时的大量创收的商业机会，随着升高的环境温度不时使燃气轮机的输出最大化是有利的。然而，利用燃气轮机供电的能力通常随着环境温度升高而降低。这归咎于升高的环境温度对涡轮机的密度和气流容量的负面影响。因此，对于典型的燃气轮机，升高的环境温度为增加的经济机会提供了降低的满足能量需求的能力。

也可以通过提供电网频率稳定服务来增加发电收入。例如，如果需求超过容量——例如由于过多HVAC单元运行，则电网会经历“欠频”事件。对频率稳定服务的需求由于连接到电网上的可再生能源的不断上升的贡献而不断增加。特别地，间歇能源如风力涡轮机和太阳能电池板会促成施加至电网的功率的瞬间过剩，从而导致“超频”事件。例如，风力涡轮机可以由于风力涡轮机地点的风力增强而向电网提供瞬间过剩的功率。随着日出并且太阳射线入射在光伏阵列上，光伏阵列可以向电网提供瞬间过剩的功率。这种瞬间过剩的功率供给会导致超频事件。相反，随着可再生功率源例如由于低风速或阴天而减弱，会发生“欠频”事件，尤其是在发电需求超过连接到电网上的资源的容量的状况下。

燃气轮机可以操作以通过向电网提供更多或更少的输出功率来提供频率稳定服务。例如，燃气轮机可以操作成响应于欠频事件而向电网输出较多功率。备选地，燃气轮机可以操作成响应于超频事件而向电网输出较少功率。

燃气轮机的转速不是可以调节以提供用于电网的频率稳定的参数。燃气轮机的转速与电网频率同步。例如，标称转速对于50 Hz电网而言为约3000 RPM，而对于60 Hz电网而言为约3600 RPM。为了提供频率稳定，典型地利用诸如湿压缩、自动过烧和根据补偿流量需求的可变叶片列计划来调节可变叶片列之类的技术来提高燃气轮机的输出功率而不具备用户选择能力。这些技术典型地未向用户提供控制燃气轮机的输出以提供用于创收的最佳输出的灵活性。

因此，需要向操作员提供控制燃气轮机以提供用于增加创收的增强输出或者备选地操作燃气轮机以提供频率稳定服务的灵活性的系统和方法。可以降低升高的环境温度对燃气轮机输出的影响的系统和方法将尤其有用。

发明内容

本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述变得明显，或者可通过实践本发明而获悉。

本公开内容的一个示范性实施例针对一种用于控制燃气轮机的输出功率的方法。该方法包括从压缩机供给经压缩的工作流体以供燃气轮机使用。该压缩机在气流容量方面是超大的。该方法还包括经一个或更多可变叶片列将气流提供到压缩机中并接收使燃气轮机系统在标称模式、受控输出模式或频率补偿模式下操作的请求。当使燃气轮机在标称模式下操作时，该方法包括按照预定的标称可变叶片列位置计划来控制一个或更多可变叶片列的位置。该方法包括从在标称可变叶片列位置计划中设置的标称位置调节一个或更多可变叶片列的位置，以使燃气轮机在受控输出模式下或者在频率补偿模式下操作。