刘忠明
辽宁福鞍燃气轮机有限公司
摘要：本文主要介绍了GE公司的SpeedtronicTM系列控制系统,分析了从Mark Ⅴ至MarK Ⅵ的发展特点。最后,对未来应用于燃气轮机的自动控制技术的发展趋势进行了部分讨论。
关键词：燃气轮机;自动控制技术;技术发展
随着国家电能的需求越来越大，提倡绿色能源新兴发电技术的应用，以燃气轮机为核心动力装置的发电技术越来越广泛获得关注。在燃气轮机技术使用的同时，燃气轮机的控制系统性能显得越来越重要。在一定程度上,燃气轮机的控制系统性能决定着相应的动力装置的变工况性能、经济性和安全性能。
一、从Mark Ⅴ到Mark Ⅵ GE燃气轮机控制技术日益成熟
与其他动力机械一样,燃气轮机的自动控制系统也经历了从机械液压式、模拟电子式到全数字电子式三个标志性技术阶段。Mark Ⅴ控制系统是GE公司于1991推出的完全可编程的轮机控制系统。它采用先进的软件实现的容错技术。它用微型计算机中的算术控制算法程序替代以前的以运算放大器为核心的模拟运算电路；以微型计算机中的逻辑控制算法程序替代以前的以继电器。
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从控制系统的功能而言,Mark Ⅴ控制系统已经完全可以满足当今电力行业的需要，它既可以满足燃气轮机和蒸汽轮机等的全部的重要控制功能,也可以提供综合的监视功能。同时，它的许多内置功能可以自动保护透平和发电机机组,使其不会在诸如超速、过热等异常条件下运行。
尽管Mark Ⅴ控制系统所有的微处理器都是实时的、多任务的,但 是其基本核心还是基于DOS的编程实现方式,不能实现真正的基于WINDOWS的多窗口、多线程。既不能很好的保证系统的开放性,同时也不能很好的满足随着网络技术的发展而带来的电站信息化管理模式。
二、Mark Ⅵ和ICS—GE先进的一体化的控制技术
GE的一体化控制系统(Integrated Control System—以下简称ICS 系统)将电站中的燃气轮机控制、汽轮机控制、发电机励磁和保护控制、余热锅炉控制以及辅助系统(BOP)控制等集成在一起,并且构成一个紧密的一体化结构。这些组成的功能与电站的其他辅助功能相互耦合,在控制上相互兼容,而且所有的控制都通过一个公共的人机界面(HMI)以图形化的方式显示给电站操作人员 ,从而为电站用户进行整体的电站控制提供了能。
如图2所示，从图中可以看出:
(1)ICS的人机界面(HMI)技术。它通过一个强有力的、灵活的和用户友好的操作界面,把叶轮机械过程的实时控制和监测所需要的功能和显示全部集成在一起。HMI也能够通过编程控制和监测辅助设备、驱动设备和与电站控制有关的过程诊断报警。作为电站ICS的操作员界面,HMI可以进行一系列电站系统组态。这些系统包括燃气轮机、蒸汽轮机、水轮机、发电机励磁系统、静态启动设备、压缩机、余热锅炉和电站其它辅助设备(BOP) 。
（2）ICS的EX2000系统。它是GE的第二代励磁控制系统,可应用于蒸汽、燃气和水力轮机发电使用的AC发电机的同步。EX2000励磁控制系统采用最新的硬件和软件技术,它可以作为一个完全静态系统,也可以作为一个调节器系统。EX2000励磁系统可以与GE的Mark Ⅴ或者 Mark Ⅵ轮机控制系统相连接,给操作员和轮机和发电机组的工程人员提供一个内嵌的界面EX2000励磁系统也可以与用户管理控制和数据采集(SCADA)系统相连接。
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（3）ICS系统将所有的轮机部件控制器和BOP控制器以及HMI连接成为网络形式,以减少操作和维护机组所需的资源。机组的操作数据、 报警监视以及控制基准都可以通过网络来完成,通过远程通讯可以在任何地方查看电站的状态和查找故障,从而避免了大量的互连线。而传统的电站控制系统必须借助于这些电线来实现控制器、操作员站和通讯器等之间的数据与命令传送。新的形式可以降低安装费用,缩短检验时间,同时改善控制系统的性能和可靠性。
三、燃气轮机控制技术发展趋势分析
燃气轮机是工程热物理、信息电子、材料冶金、机械制造及自动控制等多种技术集成的产物,是各种先进动力系统的核心技术,燃气轮机及其总能系统是世界各国21世纪经济持续发展的动力基础。燃气轮机的自动控制技术发展将越来越引起制造厂家、用户的关注。通过多年的国内燃机使用经验和技术发展，我们的控制系统也在逐渐的更新换代。
(1)全生命周期的一体化控制技术:随着计算机技术,尤其是网络技术的广泛应用,将其与现有的轮机DCS技术相结合,将使燃气轮机的控制系统技术达到高度的信息集成,从而导致综合燃气轮机及其总能系统的全生命周期,基于运行优化、寿命管理、环保要求、投入产出效益、以及运行安全可靠性、电站管理等的一体化控制技术的应用。
(2)智能控制技术的应用:控制理论大体可分为两类。一类是以严格的数学模型为基础的常规控制论。另一类是近年来发展起来的不依赖于系统模型的控制理论,即所谓的智能控制。它又可分为模糊控制、专家系统控制和神经元网络控制等。
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采用智能控制技术,实质上是计算机去执行操作人员的控制策略,因而可以避开复杂的数学模型,从而可以容易的设计出相应的智能控制器。其中尤其是智能控制中的模糊控制,由于它具有不依赖于系统模型及较好的动态响应等优点,已在电站控制的应用研究中展现出强大的生命力,并获得了一定的研究成果。图3所示为标准模糊控制系统原理示意图。
参考文献:
[1]倪维斗,等.热动力系统建模与控制的若干问题[M].北京:科学出版社,1996.
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