专利名称：用于运行发电厂设备的方法
技术领域：
本发明与发电厂技术的领域有关。本发明涉及一种按权利要求1 前序部分所述的用于运行发电厂设备的方法。
背景技术：
在大型的具有处于大于100MW的范围内的功率的发电厂设备 中，产生电流的发电机由燃气涡轮机和/或蒸汽涡轮机来驱动并且将 所产生的电功率馈入具有预先给定的电网频率(比如50或者60Hz) 的电网中。大型的发电厂设备通常拥有在涡轮机的(机械的或者空气 动力的)转速与电网频率之间的固定的耦合装置。发电机的输出端在 此通过连接结构在频率耦合的情况下与电网相连接，而该发电机则要 么直接地(单轴设备)由所述涡轮机来驱动要么通过机械的传动机构 在转速耦合的情况下由所述涡轮机来驱动。发电厂设备的这样的配置 在图2和3中极为简化地示出。借助于传动机构，在电网频率与涡轮 机之间仅仅能够实现固定的传动比。但也可以设想一些解决方案，在 这些解决方案中发电机由有效涡轮机来驱动，所述有效涡轮机可以用 有别于本来的燃气涡轮机的转速来运行。
图1以极为简化的示意图示出了公知的类型的发电厂设备10，， 该发电厂设备IO，借助于燃气涡轮机12连同所耦合的发电机18来产 生电流并将其馈入电网21中。所述燃气涡轮机12和发电机18通过 共同的轴19相连接并且形成单轴-涡轮机段(Turbinenstrang ) 11。 所述燃气涡轮机在最简单的情况下包括一台压缩机13，该压缩机13 通过进气口 16吸入燃烧用空气并对其进行压缩。所述压缩机13可以 由多台先后布置的分压缩机所组成，所述分压缩机在上升的压力水平 上工作并且必要时能够对被压缩的空气进行中间冷却。在压缩机13 中被压缩的燃烧用空气到达燃烧室15中，通过燃料输入管路将液态 的(比如油)或者气态的(比如天然气)燃料喷入所述燃烧室15中 并且在消耗燃烧用空气的情况下燃烧。
从燃烧室15中流出的很热的气体在接下来的涡轮机14中在工作 功率下膨胀并且就这样驱动所述压缩机13和用法兰连接的发电机
418。在从涡轮机中流出时依然比较热的废气可以额外地穿过接下来的 废热蒸汽发生器23，用于在单独的水-蒸汽-回路25中产生用于运行 蒸汽涡轮机24的蒸汽。这样的组合称为组合发电厂。所述蒸汽涡轮 机24在此可以在与涡轮机14对置的一侧上与发电机18相耦合。但 是所述蒸汽涡轮机24也可以驱动自身的发电机。
在图l的单轴设备中，所述燃气涡轮机12的转速与在发电机18 中产生的交流电压频率处于固定的比例中，所述交流电压频率必须等 于电网21的电网频率。在目前常见的大型的具有超过100MW的功 率的燃气涡轮机单元中，为60Hz的发电机频率或者说电网频率分配
并且为50Hz的发电机频率分配了 3000 U/min的转速(比如申请人的 燃气涡轮机GT26)。
如果应该在燃气涡轮机12的转速与发电机频率或者说电网频率 之间实现另一种比例，那么按照图2原则上可以在发电厂设备10" 中在所述燃气涡轮机12的轴19与所述发电机18 (涡轮机段11，)之 间插入一个机械的传动机构26，该传动机构26通常构造为减速器并 且由此能够实现燃气涡轮机12的更高的转速和更小的结构。但是， 这样的机械的传动机构26出于强度原因仅仅能够用于大约130MW 以下的功率。另一方面，每燃气涡轮机超过100MW的^艮大的功率以 及很高的效率首先用比较慢地旋转的单轴机器来实现。
从涡轮机转速与电网频率之间的固定的耦合中产生以下缺点
-只能受限制地在电网上进行稳定的运行；
-在通过燃气涡轮机进口温度的提高来进行动态调节以支持电网 频率时在涡轮机上出现功率扰动或者说出现很高的热负荷和机械负
荷；
-不可能不依赖于电网频率或者说不依赖于用电设备对发电厂设 备进行功率调节；
-不可能不依赖于电网频率或者说不依赖于用电设备对发电厂设 备进行效率优化；
-不可能不依赖于电网频率或者说不依赖于用电设备对发电厂设 备进行部分负荷优化；
-只能在受限制的情况下对燃气涡轮机进行排放调节；-传统上在频率过低时发电厂首先失去功率；只有在通过相应的 再调整对功率不足进行平衡之后，发电厂才能积极地通过过剩功率来 支持电网。相反，在超过额定频率时发电厂首先提高功率；只有在通 过相应的再调整对过剩功率进行平衡之后，发电厂才能积极地通过功 率降低来支持电网。
-在频率波动时产生瞬态
-在频率过低时，首先降低吸入质量流量；这(在燃料质量流量 在第一时刻恒定的情况下)导致过烧并且通常随后通过调节影响导致 燃烧不足(Unterfeuer);
-类似地在超过额定频率时出现燃烧不足，随后出现过烧；
.这些瞬态导致使用寿命降低以及排放增加(在过烧时为NOx并 且在燃烧不足时为CO);
-为支持频率在频率过低时提高热气温度，其不利后果是降低了 构件的使用寿命并且增加NOx-排放。
从US-A-5，694，026中公开了 一种没有减速器的单轴-涡轮机-发电 机组，在该单轴-涡轮机-发电机组中在发电机的输出端与电网之间布 置了一台静态的变频器，借助于该变频器将由发电机产生的交流电压 -频率转换为电网的频率。在起动燃气涡轮机时，将发电机用作马达， 从电网中通过所述静态的变频器向该马达供应能量。
从US-B2-6,979，914中公开了 一种具有由燃气涡轮机和发电机构 成的单轴装置的发电厂设备，在该发电厂设备中同样在发电机输出端 与电网之间设置了变频器，用于使由发电机产生的交流电压与电网频 率相匹配。
从L丄J Offringa、 L.J.J.等人的论文"用于高速燃气涡轮机动力 厂的具有相间变压器的1600 kW IGBT变频器，，(Proc. IEEE-IAS Conf.2000.4， 8-12 October 2000， Rome, 2000， pp.2243-2248 )中公
开了一种具有快速旋转的燃气涡轮机(18000 U/min)和较低的输出 功率(1600 kW)的发电厂设备，在该发电厂设备中在发电机与电网 之间通过变频器进行频率退耦。
但是，从这些公开文献中不能得知专门的用于支持电网频率的调 节和运行方案
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于运行频率退耦的发电厂设备的方法，该方法避免瞬态并且突出之处尤其在于降低了排放并且提高了设备组件的使用寿命。
该任务通过权利要求1所述全部特征得到解决。对按本发明的方法来说重要的是，在电网频率的变化持续较长时间时将燃气涡轮机的
延地得i调整。与如其比如在几秒或者数十^少之内因发电厂的切断或者很大的用电设备的接通而产生的一样的突然的电网频率变化相反，电网频率的持续较长时间的变化应该是指一些事件，在这些事件中电网频率在较长的时间里在降低的频率上似稳地运行。通常在这方面持
续较长时间的变化是指30s以上的时间。当然这些时间也可能一直持续几分钟，在特殊情况下甚至可能一直持续数小时。
按照本发明的一种设计方案，在此使用具有大于100MW的功率的燃气涡轮机并且作为电子的退耦装置使用矩阵变频器形式的变频器。
一种另外的设计方案的突出之处在于，工作频率明显有别于电网频率或者说第二工作频率，其中尤其电网频率或者说工作频率为50Hz或者60Hz。通常对这种设计方案来说，作为电网与工作频率之间的明显的差别应该设置大于5%的偏差。对于在60Hz的电网中使用50Hz的发电厂设备的情况或者相反的情况来说，可以预料20%数量级的差别。在应用到慢速运行的大型机器上时，偏差也可能明显超过100%。
优选作为燃气涡轮机也使用具有顺序的燃烧结构的燃气涡轮机。
此外有利的是，所使用的矩阵变频器包括多个以(mxn)-矩阵布置的能够控制的双向开关，所述开关在调节器的控制下可选将m个输入端与n个输出端相连接，其中m大于n,并且其中设置了用于确定输入端中的电流的符号的第一器件和用于确定输入端之间的电压的符号的第二器件，并且其中所述第一及第二器件与所述调节器处于有效连接之中。双向开关可以由一个构件制成，不过也可以由多个构件构成。比如可以将两个反并联的具有相反的连通方向的晶闸管用作能够控制的双向开关。用于确定电流和电压的符号的器件比如可以是电压表或者说电流计。作为替代方案，也能够使用二元的仅仅输出符号的传送器。
下面借助于实施例结合附图对本发明进行详细解释。其中
图1是按现有技术的具有燃气涡轮机和单轴-涡轮机段的发电厂
设备的极为简化的线路图2是按现有技术的具有燃气涡轮机和机械的传动机构的发电
厂设备的极为简化的线路图3是如其可以用于实现本发明的一样的具有燃气涡轮机和电
子的退耦装置的发电厂设备的极为简化的线路图4示出了如其可以作为电子的退耦装置用在按图4的设备中一
样的矩阵变频器的示范性的内部构造；并且
图5示出了类似于图4的用于实施按本发明的方法的设备装置，
图6示出了在固定连接时的频率过低事件的情况，
图7示出了在使用电子退耦装置时的频率过低事件的情况，
图8示出了在使用电子退耦装置时的频率过低事件以及预期的
频率过低事件的情况。
具体实施例方式
图3示出了如其适合于实施按本发明的方法一样的具有燃气涡 轮机和电子的退耦装置的发电厂设备的极为简化的线路图。所述发电 厂设备10包括一台具有压缩机13和顺序的燃烧结构的燃气涡轮机 12，在所述燃烧结构中一个第一燃烧室15用一种第一燃料通过一条 第一燃料输入管路17来产生热气，所述热气在一台第一涡轮机14a 中膨胀，而后被导入一个第二燃烧室15，中，在那里热气用一种第二 燃料通过一条第二燃料输入管路17，引起热气的中间过热，而后热气 在第二涡轮机14b中膨胀。不过也可以代替在效率方面特别有利的顺 序的燃烧结构而设置单级的燃料结构。设备的其余部件相应于图1或 2中具有相同的附图标记的部件。
发电机18用法兰直接连接到燃气涡轮机12的轴19上。由此该 发电机18以和燃气涡轮机12相同的转速旋转。但是，现在在该发电 机18的输出端与电网12之间布置了一个电子的退耦装置27，该退 耦装置27使在发电机18中产生的工作频率或者说燃气涡轮机12的 转速从电网的预先给定的电网频率上退耦。所述电子的退耦装置27-为了限制损耗功率-优选构造为没有直 流中间电路的矩阵变频器。 一种这样的由于其触发结构而以损耗特别 少的方式工作的矩阵变频器在EP-A2-1 199 794中在结构方面并且在 作用原理方面得到说明。关于这样的矩阵变频器在EP-A1-1 561 273、 DE-A1-10 2004 016 453、 DE-A1-10 2004 016 463和DE-A1-10 2004 016 464中已经得到进一步解释。图4示出了具有6个输入相位和3 个输出相位的矩阵变频器的原理线路图。该矩阵变频器(27)以时间 次序将作为电源的发电机18的6个相位G1、 ...、 G6与负栽30的相 位L1、..丄3相连接。为此所需要的功率件29包括18个双向的以反 并联的晶闸管为形式的开关32 (在通常情况下有mxn个用于m个 输入/电源-相位和n个输出/负载-相位的开关)。所述开关32布置在 一个(6x3)-矩阵中。为触发所述开关32设置了一个控制器或者调 节器31,该调节器31从节拍发生器28中得到时间信号(节拍频率)。 所述开关32的开关状态(接通、切断)受到监控并且相应地通过一 条第一信号线路36报告给调节器31。开关32由所述调节器31相应 地通过控制线路35来触发。
在所述发电机18的单个的相位Gl..... G6中分别布置了一个
电流测量装置34，该电流测量装置34通过一条第二信号线路37将 相电流的符号报告给调节器31。此外，在所述发电机18的单个的相
位Gl..... G6之间分别布置了电压测量装置33，所述电压测量装
置33通过一条第三信号线路38将相应的相差电压报告给调节器31。 关于所述矩阵变频器的运行过程的细节请参照上面提到的公开文献。
利用尤其以所述类型的矩阵变频器为形式的退耦装置27获得电 子退耦装置的以下优点
-可以在宽广的电网频率范围内支持电网21的电网频率。在刚性 的频率耦合中可以在电网频率的5-6%的范围内获得电网频率支持， 而通过所述电子退耦装置则可以在高达20%的范围内获得支持；
-可以依赖于环境条件(比如进口温度)来调整运行最佳值(功 率、效率)；
-可以提高功率；
-可以改进效率；
画可以提高在负载波动时的灵活性以及涡轮机的使用寿命；-涡轮机可以进一步转速恒定地运转。在此省去了以往出现的额
外的因用于支持转速的措施而需要的热负荷或者机械负荷；
-可以改进排放值。可变的转速的额外的自由度允许在转速更高 或者更低时起动所期望的功率。与此相关联的是更低的或者更高的涡 轮机进口温度，其中具有影响C02和NOx的排放的效应。尤其可以 在支持频率的情况下避免增加排放。
按照本发明可以在发电厂设备内部在不依赖于电网频率的情况 下以所期望的(设计)转速稳定地运行涡轮机段-涡轮机和发电机， 这种占优先地位的方案有助于电网的稳定。在频率扰动时，发电厂必 须能够保持在标准的电网频率上输出的功率，或者说在理想情况下甚 至将更高的功率输出给电网。以往的发电厂系统仅仅能够在受限制的 程度上保证这一点。固定地与电网频率相耦合的系统将电网频率的降 低视为在涡轮机和发电机上的不受欢迎的转速降低。这在其它情况下 工作参数相同时降低了所输出的功率。涡轮机系统在这种情况下以明 显增加的燃料供给作出反应，这在涡轮机内部导致热气温度增加。这 又显著降低涡轮机的使用寿命，从而增加设备的运行费用。以NOx
为形式的有害物质排放在这个运行阶段中同样明显增加。由此早已定 义了两个在电网频率下降时大大限制功率提高的界限-使用寿命和排 放。作为第三方面，机械的相容性起重要作用。剧烈的超过6%的频 率下降导致发电厂设备被切断，因为这些发电厂设备没有能力以相应 的降低了的转速来运行。
在使用电网频率-退耦的系统的情况下，消除所有上面所描述的 缺点。在最小允许的频率波动方面没有限制，因为所述涡轮机段没有 感觉到明显的(aufgepragt)转速波动。因此也不会出现增加有害物 质并且丧失使用寿命的情况。
不依赖于电网频率的发电厂系统的一个另外的积极的方面是设 备与不同的工厂条件之间的更好的匹配能力。早已提到的电网稳定性 是一个重要的方面，这个方面决定性地依赖于工厂所在地。此外，首 先是不同的环境条件如外部温度、空气湿度还有燃料成分影响了发电 厂的运行状态。不依赖于电网频率的转速调节的额外的自由度允许根 据当前的环境条件来产生相应优化的运行条件。在此不仅可以改进效 率而且可以提高功率。
10如上面早已提到的一样，通过根据转速使燃气涡轮机从电网频率 或者说所连接的用电设备的工作频率上退耦的做法能够改进燃气涡 轮机的运行状态。燃气涡轮机将在所有的运行范围内在不依赖于电网 频率或者说工作频率的情况下以尽可能接近于空气动力学上的设计 转速的转速来运行，以便优化性能也就是效率和功率。
图5示出了发电厂设备10的简化的线路图，该线路图为按本发 明的运行方法而设计。具有燃气涡轮机12和发电机18的涡轮机段 ll相应于图4中的涡轮机段。这也适用于电子的退耦装置27和所连 接的电网21。电网21可以是普通的供电电网，但也可以是电气铁道
的供电网络。在此出于空间位置的原因放弃示出可能的额外的具有相 应的水/蒸汽回路的蒸汽涡轮才几。
至少一列能够调节的设在压缩机13的输入端上的压缩机导向叶 片42以及设在通向燃烧室15、15，的燃料输入管路17或者说17，中的 调节阀40和41用于控制或者调节燃气涡轮机12。相应的控制信号 来自于按照特定的可以单个地或者以能够选择的组合使用的输入参 数工作的控制机构或者调节机构39。 一个可能的参数是压缩机进口 温度，用一个布置在进气口 16上的第一量值传感器43来测量所述压 缩机进口温度。其它可能的参数是压缩机终端温度和压缩机终端压 力，在此用设在压缩机输出端上的一个第二及第三量值传感器44或 者说45来测量所述压缩机终端温度和压缩机终端压力。 一个另外的 布置在从压缩机13到渴轮机12的经受热负荷的构件比如两台涡轮机 14a和14b的冷却空气供给管路50中的量值传感器46测量冷却空气 的压力和/或温度和/或流量。一个另外的量值传感器47可以布置在第 二燃烧室15，上，用于测量这个燃烧室中的压力。燃气涡轮机12的转 速比如可以在发电才几18上记录下来并且通过测量线路48输入到调节 才几构39中。为测量电网21中的电网频率，可以i殳置一个电网频率传 感器49。
调节机构39而后可以将燃气涡轮机12的空气动力的或者机械的 转速调节到一个恒定的数值上，而转速没有以其它的方式受到电网 21的电网频率的影响。
燃气涡轮机转速的调节可以在燃气涡轮机12完全从电网21上退 耦的情况下在该燃气涡轮机12上通过相应的参数如燃料质量流量和压缩机进口列(Verdichtervoiieitreihe )的位置来实施。作为替代方 案，转速的调节比如也可以通过以下方式来进行，也就是将在燃气涡 轮机的调节机构39中计算的额定转速51传输给所述退耦装置27的 调节器31并且通过发电机将转速强加到燃气涡轮机12上。所述发电 机18在此通过所述退耦装置27对与燃气涡轮机12相比似乎静态的 电网21形成支持，并且通过所述电网F与燃气涡轮机的机械的转速 nmech之间的频率比的调节来强行施加转速nmeeh 。退耦装置27在这种 情况下作为可变的传动机构以在燃气涡轮机的机械的转速nmeeh与电 网频率F之间的受到调节的传动比来工作。
根据本发明，燃气涡轮机在电网频率波动时在不依赖于电网频率 的情况下根据空气动力的设计转速来运行。通过这种方案，在以下几 点上在燃气涡轮机的运行特性和使用寿命消耗方面实现改进
-传统上发电厂在频率过低时首先失去功率；只有在通过相应的 再调整对功率不足进行平衡之后发电厂才能通过过剩功率来支持电 网。相反，在超过额定频率时发电厂首先提高功率，只有在通过相应 的再调整对过剩功率进行平衡之后发电厂才能积极地通过功率降低 来支持电网。
-在新颖方案中省去这些迟延并且发电厂可以从当前的负载点立 即加栽负荷(auflasten)并且支持频率。 -在频率波动时减少瞬态
.在频率过低时，首先降低吸入质量流量；这(在燃料质量流量 在第一时刻恒定的情况下)导致过烧并且通常随后通过调节影响导致 燃烧不足；
.类似地在超过额定频率时出现燃烧不足，随后出现过烧； .利用新颖的不依赖于电网频率的运行方案来避免这些瞬态，并 且由此降低使用寿命消耗并且避免在超过设计转速进行瞬态运行时 必然出现的排放(在过烧时为NOx并且在燃烧不足时为CO)。
图6到8示意示出了用于持续较长时间的频率过低事件的实施 例。在此针对50Hz电网21对这些实施例进行了说明，但是这些实施 例类似地也能够应用于60Hz电网21或者具有其它设计频率的电网。
的方案。干扰信号、电网频率F^的高频的;艮小的振动或者噪声在此被忽 略并且未示出。图6示意示出了传统的设备的持续较长时间的频率过低事件的 曲线变化，设备在电网21与燃气涡轮机12之间具有固定的连接。所 述燃气涡轮机12直到时间T2之前满负荷地并且以设计转速来运行。 在时间T2和T3之间电网频率F从50Hz下降到49Hz。在固定地连接 到电网21上时，相应地燃气涡轮机12的用设计转速来标准化的转速 Ilmech从100%下降到98%。如果在降低转速时忽略轴系的变得自由的动能，那么所述燃气涡轮机的相对功率Prd首先相对于转速n，ch成 比例地下降。在此，Pre,是相对于100%转速时的全负荷功率的相对 功率Pr小在所述燃气涡轮机12的调节机构由于随转速下降而降低的 吸入质量流量来阻止热气温度上升这样的假设下，热气温度Th。t首先 保持恒定。在该实施例中只有在短暂的迟延的情况下作为所述调节机构39的对由转速引起的功率下降的响应来提高所述热气温度。将热 气温度Th。t提高到全负荷-热气温度的100.4%，这导致功率下降部分 地得到平衡并且所述燃气涡轮机12在该实施例中在较长时间的频率 过低事件过程中仅仅以标准化的机械转速nmeeh的98%用相对功率Pre，的99%来运行。在时刻T4上又开始恢复电网频率F，自这个时刻T4起，标准化的机械的转速Ilmeeh相应地上升并且作为结果燃气涡轮机12的相对功 率Pre,同样上升。在电网频率在T4和Ts之间的上升过程中，所述燃 气涡轮机的相对功率P^超过由电网21所要求的用于频率支持的功 率并且相应地所述热气温度Th。t再次降低直至在时刻Ts达到在设计 温度上的标准的全负荷运行。所述热气温度Th。t只有在电网频率F在14和Ts之间返回到其额 定数值50Hz时才又降低到其设计数值。随着所述热气温度Th。t提高 到超过全负荷数值，产生更高的使用寿命消耗。按电网要求，可以在 用于频率支持的功率提供与使用寿命消耗之间达成折衷方案。图7借助于一个用于在电网21与燃气涡轮机12之间具有电退耦 装置的设备的实施例示意示出了在持续相同时间的频率过低事件过 程中运行参数的曲线变化。在该实施例中，尽管电网频率F从50Hz下降到49HZ，但燃气涡轮机12的标准化的机械的转速Ilmeeh则保持 在100%上。相应地燃气涡轮才几12的相对功率Pre,和热气温度Th。t在频率过低事件的一开始紧接在t2之后首先保持恒定。作为对电网频率F的值得一提的扰动的反应，调节器首先作出反应并且提高热气 温度Th。t，以便由此也提高燃气涡轮机的相对功率Prel。在该实施例 中，可以通过将Th。t提高到100.4%的做法来不仅避免燃气涡轮机功 率的下降，而且将全负荷功率的101%的相对功率P^输出给电网21。 自时刻T4起恢复电网频率F并且因此可以降低相对功率Pre,并且可 以相应地降低Th。t，直至在时刻Ts又达到标准的全负荷运行。图8示意示出了在使用电子退耦装置的情况下预期的频率过低 事件的曲线变化。在该实施例中，向操作员通报了关于面临的如较大 的发电厂从电网21上断开或者将较大的用电设备接通到电网21上一 样的可能引起频率扰动的事件。相应地，操作员在时刻To选择燃气 涡轮机12的准备模式。为对频率过低事件作出准备，现在燃气涡轮机12的机械的转速llmeeh上升并且在时刻T!比如达到101.5%。为了 将负载恒定地保持在设计全负荷上，根据提高了的转速llmech来降低热气温度Th。t。在此，相对于在设计转速100%和设计-热气温度情况下的运行而言可能要忍受效率损失。在时刻t2开始预期的频率过低事件。由于燃气涡轮机转速nmech 和电网频率F的退耦，燃气涡轮机12可以继续在提高了的转速nmech 上运行。根据在提高转速n咖ch时在时刻Tq和T!之间降低热气温度 Th。t的情况，现在可以将热气温度Th。t提高到全负荷数值上用于提高功率。作为结果，燃气涡轮机在设计热气温度上以提高了的转速Ilmech来运行并且在该实施例中为支持频率可以输出高于全负荷功率的标准化的功率。这个功率在该实施例中大约为100.8%。这可以在没有 像其它情况 一 样为支持频率而通常要忍受使用寿命损失的情况下来 实现。自时刻T4起恢复电网频率F并且因此可以降低相对功率Prel 并且相应地降低转速n咖eh，直至在时刻Ts又达到标准的全负荷运行。 对于涉及在组合发电厂中的应用这种情况来说，应该考虑到，为 了在所预期的频率过低事件之前在从Ti到t2的期间将发电厂功率保持恒定，可能必须提高燃气涡轮机功率Prel。通过提高了的转速llmech来通过涡轮机提高质量流量并且由此提高压力比。此外，降低燃气涡 轮机的热气温度。这二者导致涡轮机出口温度降低，尽管提高了废气 质量流量但这会对燃气涡轮机的功率产生负面影响。14如果像在图6和7的实施例中 一样在频率过低事件过程中此外还 要在对于频率支持来说通常要忍受使用寿命损失的情况下将热气温度Th。t提高到超过设计数值，那还要将燃气涡轮机的功率Pw进一步提高到超过全负荷数值。按燃气涡轮机的运行状态和燃气涡轮机12的运行方案，不是通 过Th。t而是通过比如能够调节的压缩机导向叶片42的另外的调节参 数或者调节参数的组合来实现与转速提高相关联的功率增加的补偿。在附图中示出的相对的功率Prel涉及在近似静态的运行中的功 率。在此忽略如其在轴系的转速变化时出现的一样的动态的功率分对于具有顺序的燃烧结构的燃气涡轮机12来说可以设想类似的 运行方案。在此，原则上存在着使用两个燃烧室15、 15，的Tb。t以进 行调节或者仅仅改变一个燃烧室15、 15，的Th。t的可能性。这里同样 可以按运行方案和运行点设置与其它参数的组合。其它的过程参量如质量流量、压缩机压力、压缩机出口温度、冷 却空气温度和压力以及废气温度以本专业技术人员所熟悉的方式依 赖于所选择的运行方案来变化。转速nmeeh和热气温度Tb。t对燃气涡轮机功率Prel的影响的情况以 及调节的动态流程十分依赖于燃气涡轮机12的结构以及所采用的调 节器和调节参数。比如， 一个第二燃烧室15，的热气温度Tb。t的影响 在具有顺序的燃烧结构的燃气涡轮机12上显著大于一个第一燃烧室 15的影响。在依赖于燃气涡轮机12的设计标准比如机械的、空气动 力的要求和冷却要求以及电网要求的情况下，燃气涡轮机12的运行 方案可以根据所示出的实施例得到优化。在此所述运行方案不局限于 所示出的实施例，而是可以通过本专业技术人员根据要求进行组合和 扩展。附图标记列表10、 10,、 10，11、 11，1213发电厂设备涡轮机段燃气涡轮才几14、14a、 b涡轮机15、15，燃烧室16进气口17、17，燃料输入管路18发电机19轴20电网连接(频率耦合的)21电网22排气口23废热蒸汽发生器24蒸汽涡轮机25水-蒸汽-回路26传动机构(机械的)27退耦装置28节拍发生器29功率件30负载31调节器32开关(双向的)33电压测量装置34电流测量装置35控制线路36、…、38信号线路39调节机构40、41控制阀42能够调节的压缩机导向叶片43、…、47量值传感器48测量线路(转速)49电网频率传感器50冷却空气供给管路51发电机额定转速Thot燃气涡轮机的涡轮机入口之前的热气温度PKl 燃气涡轮机的相对功率nmech 燃气涡轮机的标准化的机械的转速 F 以Hz计的电网频率 T。 时刻燃气涡轮机转速Hmech 开始提高L 时刻燃气涡轮机转速T2 时刻电网频率开始下降T3 时刻电网频率已下降T4 时刻电网频率恢复的开始T5 时刻电网频率又达到额定值Gl..... G6 相位(发电机)Ll、…、L3 相位(负载)
权利要求
1.用于运行发电厂设备(10)的方法，所述发电厂设备(10)具有涡轮机段(11)，所述涡轮机段(11)由燃气涡轮机(12)和被所述燃气涡轮机(12)直接驱动的产生具有工作频率的交流电的发电机(18)构成，所述发电机(18)的输出端与具有预先给定的电网频率(F)的电网(21)保持连接，其中在所述发电机(18)与所述电网(21)之间布置了电子的退耦装置(27)，所述电子的退耦装置(27)使工作频率从电网频率(F)上退耦，其特征在于，在电网频率的变化持续较长时间时所述燃气涡轮机(12)的机械的或者空气动力的转速保持恒定并且所述燃气涡轮机(12)的功率没有迟延地得到调整。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有大于100MW 的功率的燃气涡轮机(12)并且作为电子的退耦装置(27)使用以矩 阵变频器为形式的变频器。
3. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工作频率 明显有别于电网频率或者说第二工作频率。
4. 按权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电网频率或者 说工作频率为50Hz或者60Hz。
5. 按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，作为 燃气涡轮机(12)使用具有顺序的燃烧结构的燃气涡轮机。
6. 按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述矩阵变频器包 括多个以(mxn)-矩阵布置的能够控制的双向的开关(32)，所述 开关(32)在调节器(31)的控制下将m个输入端选择性地与n个 输出端相连接，其中m大于n,并且其中设置了用于确定输入端中的 电流的符号的第一器件(34)和用于确定输入端之间的电压的符号的 第二器件(33),并且其中第一及第二器件(34或者说33)通过信 号线路(38)与所述调节器(31)相连接。
7. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述电子的退 耦装置(27)在电网频率波动时避免排放峰值。
8. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，在预期的频率过低 事件之前提高燃气涡轮机(12)的转速(nmecb)。
9. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，在预期的超过额定 频率事件之前降低燃气涡轮机(12)的转速(nmeeh)。
10. 按权利要求8或9中任一项所述的方法，其特征在于，发电 厂功率在燃气涡轮机(12)的转速调整过程中保持恒定。
11. 按权利要求10所述的方法，其特征在于，发电厂功率通过 涡轮机进口温度(Th。t)和/或燃气涡轮机(12)的能够调节的压缩机 导向叶片(42)的位置的调整来保持恒定。
12. 按权利要求8所述的方法，其特征在于，发电厂功率在预期 的频率过低事件之前保持恒定并且在频率过低时提高到超过额定功 率。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行具有涡轮机段(11)的发电厂设备(10)的方法，所述涡轮机段由燃气涡轮机(12)和被所述燃气涡轮机(12)直接驱动的产生具有工作频率的交流电的发电机(18)构成，所述发电机的输出端与具有预先给定的电网频率的电网(21)保持连接，其中在所述发电机(18)与电网(21)之间布置了电子的退耦装置(27)，其使工作频率从电网频率上退耦。通过以下方式来延长设备的使用寿命并且减少排放，即在电网频率的变化持续较长时间时所述燃气涡轮机(12)的机械的或者空气动力的转速保持恒定并且所述燃气涡轮机(12)的功率没有迟延地得到调整。
文档编号F01D15/10GK101657609SQ200880011975
公开日2010年2月24日 申请日期2008年2月12日 优先权日2007年2月14日
发明者J·霍夫曼, T·梅因德尔 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司