发电站设备及其运行方法

摘要

本发明涉及一种组合式发电站(10)，具有：至少一个轴系(60)，该轴系由蒸汽涡轮机(24)和由蒸汽涡轮机(24)直接驱动的、产生交流电的第二发电机(8)组成，该第二发电机的输出端与带有给定的电网频率(F)的电网(21)连接；和至少一个涡轮机系(11)，该涡轮机系由燃气涡轮机(12)和由燃气涡轮机(12)直接驱动的、产生带有工作频率的交流电的第一发电机(18)组成，该第一发电机的输出端与带有预设的电网频率的电网(21)连接，其中在第一发电机(18)与电网(21)之间布置了电子去耦装置或可变化的电子变速器(27)，该电子去耦装置使工作频率从电网频率中去耦。这样的设备不仅允许高的总效率的灵活的稳定运行，而且也允许灵活的瞬时运行。

权利要求

1.一种发电站设备(10)，具有：至少一个轴系(60)，所述轴系由蒸汽涡轮机(24)和由所述蒸汽涡轮机(24)直接驱动的、产生交流电的第二发电机(8)组成，所述第二发电机的输出端与带有给定的电网频率(F)的电网(21)连接；和至少一个涡轮机系(11)，所述涡轮机系由燃气涡轮机(12)和由所述燃气涡轮机(12)直接驱动的、产生带有工作频率的交流电的第一发电机(18)组成，所述第一发电机的输出端与带有给定的电网频率(F)的所述电网(21)连接，其特征在于，在所述第一发电机(18)与所述电网(21)之间布置了变频器(27)，以及所述第二发电机(8)相关于频率地直接耦合于带有所述电网频率(F)的所述电网(21)。

2.如权利要求1所述的发电站设备，其特征在于，所述变频器(27)作为电子去耦装置(27)运行，所述电子去耦装置使所述燃气涡轮机(12)的工作频率从所述电网频率(F)中去耦。

3.如权利要求1所述的发电站设备，其特征在于，所述变频器(27)作为可变化的电子变速器(27)运行，所述电子变速器利用机械转速(nmech)和电网频率(F)之间的变换比(X)通过所述第一发电机(18)将转速强加于所述燃气涡轮机(12)。

4.如权利要求3所述的发电站设备，其特征在于，所述变换比(X)是可调节的。

5.如权利要求3所述的发电站设备，其特征在于，所述变换比(X)是固定值。

6.如权利要求1至5中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)的工作频率是50Hz，以及所述至少一个蒸汽涡轮机(24)的工作频率等于60Hz；以及这也是所述电网频率(F)。

7.如权利要求1至5中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)的工作频率是60Hz；以及所述至少一个蒸汽涡轮机(24)的工作频率等于50Hz，以及这也是所述电网频率(F)。

8.如权利要求1至7中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述变频器(27)是矩阵变换器。

9.如权利要求8所述的发电站设备，其特征在于，所述矩阵变换器包括多个布置在(m×n)矩阵中的、可控制的双向开关(32)，所述开关由调节器(31)控制地将m个输入端可选择地和n个输出端相连接，其中m大于n，以及其中在所述输入端设置了用于确定电流符号的第一装置(34)和在所述输入端之间设置了用于确定电压符号的第二装置(33)，以及其中所述第一和第二装置(34或33)与所述调节器(31)通过信号线路(38)连接。

10.如权利要求1至9中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)构造为具有连续燃烧的燃气涡轮机。

11.如权利要求1至10中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)设计用于小于50Hz的设计频率。

12.如权利要求1至11中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)设计用于小于正/负10％的空气动力转速的变化。

13.如权利要求1至12中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)的压缩机(13)在满负载和设计条件的情况下相对于喘振界限有小于10％的空气动力转速的差别。

14.如权利要求1至13中任一项所述的发电站设备，其特征在于，所述水-蒸汽循环(25)设计用于所述至少一个燃气涡轮机(12)的排气质量流量的小于正/负5％的满负载变化。

15.如权利要求1至14中任一项所述的发电站设备，其特征在于，输出到所述电网(21)上的电流通过由所述至少一个第一发电机(18)产生的和通过至少一个矩阵变换器(27)输出到所述电网(21)上的电流与由所述至少一个第二发电机(8)产生的电流的叠加而变得平滑。

16.一种用于运行根据权利要求1至15中任一项所述的发电站设备(10)的方法，其特征在于，所述蒸汽涡轮机(24)的转速固定地耦合于所述电网(21)的电网频率(F)，以及调节所述至少一个燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一发电机(18)通过电子去耦装置(27)与所述电网频率(F)分离，并且可以与所述电网频率无关地调节所述至少一个燃气涡轮机(12)的转速。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，通过机械转速(nmech)和电网频率(F)之间的变换比(X)调节所述至少一个燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，将由所述燃气涡轮机的调节装置(39)形成的额定转速传输至所述可变化的电子变速器(27)的调节器。

20.如权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速作为所述发电站设备(10)的一个或多个参数的函数来调节。

21.如权利要求16至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速作为排气热含量的和/或排气温度的和/或排气质量流量的函数来调节。

22.如权利要求16至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮机(12)包括用于压缩燃烧用空气的压缩机(13)；测量所述压缩机(13)的最终压力和/或最终温度和/或测量由所述压缩机分流的冷却空气的馈送条件；以及所述燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速作为压缩机最终压力的和/或压缩机最终温度的和/或由所述压缩机分流的冷却空气的馈送条件的函数来调节。

23.如权利要求16至22中任一项所述的方法，其特征在于，设置目标功率(ZL)用于所述燃气涡轮机(12)的运行；以及所述燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速作为所述目标功率(ZL)的函数来调节。

24.如权利要求16至23中任一项所述的方法，其特征在于，一旦达到机械或另外的边界值，就将所述机械转速(nmech)调节到恒定值。

25.如权利要求16至24中任一项所述的方法，其特征在于，与所述发电站设备的安装条件相关地优化调节目标。

26.如权利要求16至25中任一项所述的方法，其特征在于，所述蒸汽涡轮机转速随着所述电网频率而变化；以及当所述电网频率的变化持续时间较长时，所述燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速保持恒定并且没有延迟地匹配所述燃气涡轮机(12)的功率。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，在预期的过低频率事件之前，提高所述燃气涡轮机(12)的转速(nmech)。

28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，在预期的过高频率事件之前，降低所述燃气涡轮机(12)的转速(nmech)。

29.如权利要求27或28中任一项所述的方法，其特征在于，发电站功率在所述燃气涡轮机(12)的转速匹配期间保持恒定。

30.如权利要求16至25中任一项所述的方法，其特征在于，将所述至少一个燃气涡轮机(12)的机械或空气动力转速与所述电网频率(21)的比例调节到恒定值。

31.如权利要求16至29中任一项所述的方法，其特征在于，当在所述电网(21)中出现短时间的过高频率事件或过低频率事件时，蒸汽涡轮机转速随着所述电网频率发生变化；

以及调节地匹配所述燃气涡轮机(12)的机械转速(nmech)。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，在所述电网(21)的过低频率情况下，所述燃气涡轮机(12)的机械转速(nmech)与所述电网频率相比更强地或更弱地降低。

33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，在所述电网(21)的过高频率情况下，所述燃气涡轮机(12)的机械转速(nmech)与所述电网频率(F)相比更强地或更弱地提高。

34.如权利要求31至33中任一项所述的方法，其特征在于，调节所述燃气涡轮机(12)的转速梯度，以便从所述轴系(19)中提取预设的动力功率以及作为电功率馈送到所述电网(21)中。

35.如权利要求16至34中任一项所述的方法，其特征在于，由所述水-蒸汽循环的调节器(55)形成的额定转速传输至所述燃气涡轮机的调节装置(39)和/或所述可变化的电子变速器(27)的调节器。

说明书

发电站设备及其运行方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发电站技术的领域。本发明涉及一种组合式发电站设备，该设备具有：燃气涡轮机与电网之间的电子去耦装置或电子的变频装置，以及直接通过发电机连接到电网上的蒸汽涡轮机，本发明还涉及一种用于运行这种发电站的方法。

背景技术

[0002] 大型发电站设备的功率范围大于100MW，在这些发电站设备中，产生电流的发电机由燃气涡轮机和/或蒸汽涡轮机驱动并且产生的电功率被馈送到具有预设的电网频率(例如50或60Hz)的电网中，这些发电站设备通常具有在涡轮机的(机械的)转速与电网频率之间的固定耦合。发电机的输出端通过电网连接部与电网频率固定地(frequenzstarr)连接，而其由涡轮机或者直接地(1-轴设备)或者通过机械变速器(Getriebe)转速耦合地驱动。发电站设备的这种配置在图2和3中极其简化地表示。借助于变速器，仅仅可在电网频率与涡轮机之间实现固定的变换比。但也可以考虑如下的解决办法，其中发电机由动力涡轮机驱动，该涡轮机可以以一种与原本的燃气涡轮机不同的转速运行。

[0003] 图2以极其简化的示图示出已知类型的发电站设备10′，该发电站设备借助于燃气涡轮机12以及借助于蒸汽涡轮机24产生电流并且将电流馈送至电网21中，燃气涡轮机12带有耦合的第一发电机18而蒸汽涡轮机24带有耦合的第二发电机8。燃气涡轮机12和发电机18通过共同的轴19相连接并且构成了涡轮机系(Turbinenstrang)11。燃气涡轮机在最简单的情况下包括压缩机13，该压缩机通过空气入口16吸入并且压缩燃烧用空气。压缩机13可以由多个相继连接的分压缩机组成，这些分压缩机在升高的压力水平上工作并且在需要时能够实现压缩空气的中间冷却。在压缩机13中压缩的燃烧用空气到达燃烧室15中，通过燃料供给17将液态的(例如油)或气态的(例如天然气)燃料喷入该燃烧室中并且在消耗燃烧用空气的情况下燃烧。

[0004] 从燃烧室15中选出的热气体在后面的涡轮机14中在做功的情况下膨胀并且因此驱动压缩机13和耦合的第一发电机18。当从涡轮机中排出时还是相对较热的排气被输送经过后面的余热蒸汽发生器23，以便在单独的水-蒸汽-循环25中产生用于驱动蒸汽涡轮机24的蒸汽。冷凝器、给水泵和水-蒸汽-循环25的另外的系统出于简化视图的原因未示出。这种燃气涡轮机-和蒸汽发电站的组合被称为组合式发电站。燃气涡轮机24可以与第一发电机18在与涡轮机14相对的侧上耦合；燃气涡轮机12、第一发电机18和蒸汽涡轮机24随后构成了所谓的“单轴传动系”。蒸汽涡轮机24但也可以，如图2中所示地，在单独的轴系60上驱动自身的第二发电机8。对于多轴设备来说，不同的组合是已知的。例如，广泛流行的是所谓的2合1装置，在该装置中，通过两个连接在燃气涡轮机12后方的锅炉(Kesseln)23为具有第二发电机8的轴系60上的蒸汽涡轮机24供给蒸汽。燃气涡轮机12分别布置在具有自身的第一发电机18的涡轮机系11上。类似地，也存在如下的装置，在该装置中，蒸汽被三个或更多的连接在燃气涡轮机12后方的锅炉23利用，以用于驱动蒸汽涡轮机24。

[0005] 在根据图2的1-轴-燃气涡轮机中，燃气涡轮机12的转速与在第一发电机18中产生的交流电压的频率之间成固定比例，且该频率必须等于电网21的电网频率。在当今常见的、功率超过100MW的大型燃气涡轮机单元中，60Hz的发电机频率或电网频率对应于3600U/min的燃气涡轮机的转速(例如申请人的燃气涡轮机GT24)，并且50Hz的发电机频率对应于3000U/min的转速(例如申请人的燃气涡轮机GT26)。

[0006] 如果达到了燃气涡轮机12的转速与发电机-或电网频率之间的另一个比例，则根据图3在发电站设备10″中原则上可以在燃气涡轮机12的轴19与第一发电机18(涡轮机系11′)之间插入机械变速器26，该机械变速器通常设计为减速器并且因此能够实现燃气涡轮机12的更高的转速和更小的结构形式。相应的减速器也通常用于运行小型的蒸汽涡轮机。这种机械变速器26然而出于坚固性的原因典型地仅仅用于小于100MW至120MW的功率。在另一方面，每个燃气涡轮机的超过100MW的大功率以及高的效率首先利用相对较慢旋转的1-轴-机器来实现。

[0007] 随后得出在图1中示出的情况：在大约100MW的有效功率之上存在单个的1-轴-燃气涡轮机，这些涡轮机设计为固定转速，为3000U/min(对于50Hz；GT26)或
3600U/min(对于60Hz；GT24)并且得到优化(F.Joos等人.，Field experience with the sequential combustion system of the GT24/GT26 gas turbine family，ABB Review no.5，p.12-20(1998))。在100Hz之上和当功率在100MW之下时，通过具有动力涡轮机或变速器的配置，或者通过多轴燃气涡轮机可实现几乎任意的交流电压频率(图1中画阴影线的区域)。燃气涡轮机的在频率上的功率遵循曲线A，而效率η遵循曲线B。具有高效率的大功率就首先可以在低转速时实现，在那里然而仅仅提供了个别的解决办法。

[0008] 为了在个别的解决办法中减少制造成本，在US-A-5,520,512中已经提出了，在燃气涡轮机设备中对于不同的电网频率将至少部分涡轮机设计成相同的。在燃气涡轮机的转速与电网频率之间的固定耦合然而在此保持不变。

[0009] 在US-B2-6,628,005中提出了，由涡轮机和发电机组成的1-轴设备利用预设的转速通过如下方式可用于50Hz和60Hz的不同电网频率，选择两个电网频率之间的发电机频率，例如55Hz，并且根据电网频率借助于频率微分器加上或减去5Hz。在此也保持获得了固定耦合。

[0010] 由涡轮机转速与电网频率之间的固定耦合对于现存的、带有现存的涡轮组件的设备方案在对稳定的运行进行优化时产生了限制。此外对瞬态的性能产生了不利影响。例如导致了在涡轮机中的功率下降(einbruechen)，或导致了当动态调节以便通过提高燃气涡轮机入口温度来支持电网频率时的高的热负载和机械负载。此外，快速的瞬态导致了提高的负载。

[0011] 在组件或发电站设备的新型设计中的优化也由于涡轮机转速与电网频率之间的固定耦合而受到限制。发电站涡轮机特别地由于预设的到电网频率的耦合而在其功率大小方面受到限制(参见图1的曲线A)。

[0012] 由US-A-5,694,026已知了一种不带有减速装置(Untersetzungsgetriebe)的1-轴-涡轮机-发电机-组，其中在发电机的输出端与电网之间布置了静态的变频器，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。当启动燃气涡轮机时，将发电机作为发动机来使用，其从电网通过静态的变频器获取能量。变频器包含了由电感构成的直流电流中间电路。

[0013] 由US-B2-6,979,914已知了一种具有由燃气涡轮机和发电机组成的1-轴-装置的发电站设备，其中同样也在发电机输出端与电网之间设置了变频器，以便使得由发电机产生的交流电压匹配于电网频率。在此，在变频器中布置了直流电压中间电路。

[0014] 由L.J.J.Offringa，L.J.J.等人.的文章“A 1600KW IGBT converter with interphase transformer for high speed gas turbine power plants”，Proc.IEEE-IAS Conf.2000.4，8-12 October 2000，Rome，2000，pp.2243-2248，已知了一种具有快速旋转的燃气涡轮机(18000U/min)和相对较小的输出功率(1600KW)的发电站设备，其中在发电机与电网之间的频率去耦通过具有直流电压中间电路的变频器实现。

[0015] 在具有通过带有直流电流-或直流电压中间电路的变频器实现的、发电机输出端与电网之间的去耦的已知发电站设备中缺点在于，变频器自身带来不能忽视的功率损失，其在带有1-轴-涡轮机系和大于100MW的功率的发电站设备中又使得一部分的在该区域中获得的效率改善丧失。

发明内容

[0016] 本发明的目的在于：提出一种组合式发电站设备，其特征在于在在同时高效率的情况下灵活的运行；以及一种用于该设备的优化运行的方法。

[0017] 本发明的基本思想在于，借助于电子装置使组合式发电站的至少一个燃气涡轮机-发电机-组相关于频率地与电网相分离以及通过发电机相关于频率地在电网上耦合地驱动至少一个蒸汽涡轮机。

[0018] 由此，可以在设计点中和运行中针对不同的边界条件最佳地调节和调整发电站，而不会明显降低高的设计效率。除了稳定运行之外，通过提出的方法也公开了在过低频率事件和过高频率事件时的运行优化。

[0019] 在引入转速调节用于优化发电站运行和用于发电站的与电网频率无关的运行时，首先看起来显然的是，蒸汽涡轮机和燃气涡轮机完全相同地与电网去耦。

[0020] 值得注意的是，不同地对待燃气涡轮机和蒸汽涡轮机，不仅相对于两个组件与电网的常规固定耦合，而且也相对于两个组件与电网的显然的(naheliegend)去耦，都是有利的。

[0021] 具有蒸汽涡轮机的固定电网耦合以及相关于频率地与电网去耦的燃气涡轮机的设备不仅允许灵活稳定的、以高的总效率的运行，而且也允许灵活的瞬态运行。

[0022] 不同类型的变频器适合于作为用于使燃气涡轮机-发电机组与电网之间相关于频率分离的电子装置。

[0023] 矩阵变换器例如是一种类型的合适变频器。

[0024] 通过燃气涡轮机的与电网频率无关的运行，利用转速得出用于优化发电站运行的新的附加调节参数。其除了其它之外还允许：

[0025] -燃气涡轮机的稳定的、与电网频率无关的运行，

[0026] -发电站设备的与电网频率无关的功率调节，

[0027] -发电站设备的与电网频率无关的效率优化，

[0028] -发电站设备的与电网频率无关的部分负载优化，

[0029] -燃气涡轮机的改善的排放调节。

[0030] 燃气涡轮机的与电网频率无关的运行还能够实现发电站设计的更好优化。其例如允许了：

[0031] -将压缩机和涡轮机设计在最佳点，这在固定的频率耦合的情况下是不可能的，[0032] -燃气涡轮机的成本最优的相应于功率的设计，这在通过预设的转速和空气动力的或机械的设计边界而限制到固定的50Hz-或60Hz的电网频率时是不可能的，[0033] -压缩机和涡轮机的更好的调谐，

[0034] -针对变化的外界环境条件的最佳调谐。

[0035] 燃气涡轮机的与电网频率无关的运行除了由于缓慢的设计转速或设计频率引起的更好的设计之外，也允许了燃气涡轮机的增大。相应于在60Hz与50Hz之间常见的缩放，可以通过在50Hz降低设计转速进一步缩放燃气涡轮机的大小和功率。大小和功率与转速的平方成反比。

[0036] 燃气涡轮机的与电网频率无关的运行不仅仅允许了，燃气涡轮机与周围的边界条件无关地在其最佳情况附近运行，而且也允许了，减少排气质量流量和排气温度的变化。即，可以更好地调节对于至少一个锅炉和因此对于至少一个由该锅炉馈送的蒸汽涡轮机的边界条件。由于这种更好的调节可能性，大大降低了蒸汽涡轮机的转速调节的附加改善可能性。

[0037] 此外，与非常昂贵的研发那种不能在所有部件中、例如燃烧室简单地几何缩放的燃气涡轮机相比，研发用于不同转速的蒸汽涡轮机是相对没有问题且成本低的。燃气涡轮机研发由于受限制的可定标性和集成的高复杂性、特别是压缩机、燃烧室和涡轮机的集成，而非常昂贵。此外，当一种用于50Hz和60Hz的类型在市场上可以出售时，在制造时由于提高的件数而节约的可能性，对于复杂的燃气涡轮机来说明显比对于蒸汽涡轮机要高。在燃气涡轮机方面，改善的运行性能，更好优化的设计的可能性和节约性相对于额外花费以及对于电子去耦出现的功率-和效率损失是占优势的。与此不同，在连接于转速调节的燃气涡轮机后面的水-蒸汽循环中，可能的节约明显更小并且可能的在运行性能中和在设计中的附加获益非常小。此外，对于蒸汽涡轮机的电子去耦出现的特殊成本以及相对功率-和效率损失与对于燃气涡轮机的处于相同的数量级。通过成本-有效性比例的移动，在本发明中不考虑蒸汽涡轮机的电子去耦并且提出了一种用于运行相应的组合式发电站的方法以及所属的发电站。

[0038] 根据本发明的一个设计方案，燃气涡轮机的工作频率明显不同于电网频率，其中特别是工作频率小于电网频率，并且电网频率为50Hz或60Hz。在一个优选的实施方式中，电网频率为60Hz并且工作频率为50Hz。

[0039] 燃气涡轮机的工作频率但也可以大于电网频率，电网频率优选为50Hz或60Hz。特别地，电网频率可以是50Hz并且工作频率为60Hz。

[0040] 本发明的另一个设计方案的特征在于，该设计方案包括带有多个布置在(m×n)-矩阵中的、可控制的双向开关的矩阵变换器，这些开关由调节器控制地将m个输入端可选择地和n个输出端相连接，其中m大于n，以及其中在输入端中设置了用于确定电流符号的第一装置和在输入端之间设置了用于确定电压符号的第二装置，以及其中第一和第二装置与调节器有效连接。双向开关可由一个部件构成但也可由多个部件构成。例如两个反向并联的、带有相反的连接方向的晶闸管可以用作可控制的双向开关。用于确定电流和电压符号的装置例如可以是电流计或电压计。可替换地例如也可以应用仅仅输出符号的、二进制的发送器。

[0041] 根据本发明的另一个设计方案，将变频器用作可变化的电子变速器。因此可以实现与电网连接的燃气涡轮机的可靠的转速调节。该可变化的电子变速器例如可以通过矩阵变换器来实现。

[0042] 转速调节通过如下方式实现，将额定转速传输至可变化的电子变速器并且通过发电机将转速强加于燃气涡轮机。发电机通过可变化的电子变速器在此相对于与燃气涡轮机相比近似静态的电网获得支持并且通过在燃气涡轮机的机械转速和电网频率之间的频率比的调节强加额定转速。

[0043] 根据本发明的一个设计方案，燃气涡轮机转速与可变化的电子变速器的电网频率的变换比小于一。其特别例如为六分之五。

[0044] 燃气涡轮机转速与可变化的电子变速器的电网频率的变换比但也可以大于一。其特别例如为五分之六。

[0045] 另一个设计方案允许了围绕设计转速比的灵活的转速调节。

[0046] 与燃气涡轮机的设计和运行条件相关地确定燃气涡轮机的额定转速。这例如可以在燃气涡轮机的调节中实现，从那里将额定转速传输至可变的变速器的调节器。也可以考虑在单独的调节器或上一级的所谓的单元控制器中确定额定转速，该控制器协调组合式发电站中的燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的调节。

[0047] 通过燃气涡轮机特性的随着转速调节的明显更平坦的曲线和对于水-蒸汽循环的边界条件中的少的变化，整个组合式发电站的特征曲线明显更平坦。这表明，当运行条件与设计条件有区别时发电站的功率-和效率变化小于在常规发电站中的变化。特别地，功率-和效率降低在高的周围温度下明显减少，其对于许多电网表示关键的运行情况并且其中对于电流可实现的价格典型地最高。

[0048] 本发明的另一个设计方案的特征在于一种发电站设备，其已经在其设计中在与电网电子去耦的燃气涡轮机中针对运行得到优化。主要地，燃气涡轮机的设计对于与电网频率无关的运行可以得到优化。此外，水-蒸汽循环可以在与转速调节的燃气涡轮机的组合的情况下相应于上述减少的、边界条件的变化更好地在设计运行上得到优化，并且在设计中需要考虑的安全余地可以减少。因此，水-蒸汽循环的设计效率和设计功率可以得到改善。

[0049] 另一个具有特别高的效率和低的排放值的设计方案的特征在于，燃气涡轮机构造为具有连续燃烧(sequentieller Verbrennung)的燃气涡轮机。

[0050] 根据本发明的另一个设计方案，燃气涡轮机与电网之间的相关于频率的分离的可能性不仅用于稳定的负载运行，而且也用于改善瞬态的运行。特别的优点通过与电网频率无关的调节在过低频率-或过高频率事件时获得。

[0051] 通过这种方案，在下面几点实现了燃气涡轮机的运行性能和使用寿命消耗方面的改善之处：

[0052] -通常，发电站在过低频率时首先失去功率；只有当通过相应的再调整补偿了低功率之后，发电站才可以主动地通过提高功率支持电网。相反地，发电站在过高频率时首先提高了功率，只有当通过相应的再调整补偿了高功率之后，发电站才可以主动地通过降低功率支持电网。

[0053] -在新方案中没有延迟，并且发电站可以从当前的负载点出发立刻加负载并且支持频率。在此，或者可以恒定地保持转速并且放弃来自于燃气涡轮机的涡轮机系的动态功率的输出或消耗，或者调节地改变涡轮机系的转速。通过转速的调节，燃气涡轮机的运行条件的变化受到控制并且可以实现对燃气涡轮机的另外的调节参数的预先控制。

[0054] -在频率波动时减少瞬态：

[0055] ·在过低频率时首先减少吸入质量流量；这在(第一瞬间恒定的燃料质量流量中)导致了过度燃烧和通常由于调节器干预在这之后很快导致燃烧不足。

[0056] ·类似地，在过高频率时存在着燃烧不足，随后是过度燃烧。

[0057] ·利用新的与电网频率无关的运行方案避免了这些瞬态或者通过预先控制缓和，并且进而减少了使用寿命损耗，以及避免了强制地在瞬态的运行中超过设计转速出现的(当过度燃烧时的NOx和当燃烧不足时的CO)排放。

[0058] 下面的设计方案的主题是在用于运行组合式发电站的方法中的方面，其优化了在短时间的和在长持续时间的过低频率-或过高频率事件中的调节。在此，短时间的电网频率变化理解为在几秒或几十秒之内产生的电网频率变化，这例如通过发电站的断开(Trip)或接通大的用电设备而引起。通常在这个上下文中将短时间的变化理解为从几秒直至大约30s的时间段。这当然也可以持续直至几分钟并且逐步出现，当例如首先一个发电站失灵并且随着延迟，第二发电站由于下降的电网频率也失灵时。其与电网频率的较长持续时间的变化(其中电网频率在较长的时间段上以降低的频率运行)相反。通常将较长持续时间的变化理解为30s以上的时间段。这当然也可能保持直至几分钟，在特别情况下甚至可能保持直至几小时。在此，短时间的电网频率变化之后可以跟随电网频率的较长持续时间的变化。

[0059] 对于较长持续时间的频率变化来说目的在于，避免燃气涡轮机的瞬态和与之相联系的排放的升高，以及实现设备组件的提高的使用寿命。

[0060] 对于根据本发明的方法的这个部分方面来说重要的是，在电网频率的较长持续时间的变化中，将燃气涡轮机的机械或空气动力转速保持为恒定并且无延迟地匹配燃气涡轮机的功率。相应地，避免了排气质量流量的与转速相关的变化以及被提供给水-蒸汽循环的排气能量与燃气涡轮机的功率匹配成比例地改变。蒸汽涡轮机功率因此可以恒定地保持在第一个近似值中或与燃气涡轮机的功率匹配成比例地改变，而不需要蒸汽涡轮机的转速调节。

[0061] 对于短时间的或快速的频率变化来说，目的在于提出一种方法，即能够对电网中的过高频率-或过低频率事件(Ueber-oder Unterfrequenz-Ereignisse)快速回应并且在此尽可能地避免或限制发电站设备中的不期望的瞬态。

[0062] 对于根据本发明的方法的这个部分方面来说重要的是，当电网中出现短时间过高频率-或过低频率事件时，可以与电网频率无关地调节燃气涡轮机的机械转速。在电网的过低频率的情况下，燃气涡轮机的转速可以与电网频率相比更强地或更弱地降低，并且在电网的过高频率的情况下可以与电网频率相比更强地或更弱地提高。由此通过释放或吸收来自燃气涡轮机的轴系的旋转能量来提高频率支持。

[0063] 根据本发明的一个设计方案，调节地进行燃气涡轮机的转速降低-或升高。由于调节地进行转速降低，因此合适的预先控制可以使得热气体温度中的瞬态的上冲和下冲最小化。

[0064] 根据本发明，在电网中的短时间过高频率事件或过低频率事件中，机械转速很大程度上不恒定地保持，而是该设备如下述地运行：

[0065] i.在过低频率事件中，通过变频，由燃气涡轮机和第一发电机组成的轴系相比于电网频率更强地降低。通过机械转速的更强的降低，通过释放旋转能量来提高频率支持。由于在这种情况下，调节地进行转速降低，因此合适的预先控制可以使得热气体温度中瞬态的上冲和下冲最小化。

[0066] ii.类似地，在电网的过高频率事件中，燃气涡轮机的机械转速相比于电网频率可以更强地提高。通过机械转速的更强的提高，通过在轴系中吸收旋转能量来提高频率支持。在这种情况下，合适的预先控制也可以使得热气体温度中的瞬态的上冲和下冲最小化。

附图说明

[0067] 下面根据实施例联系附图详细说明本发明。图中示出：

[0068] 图1在图表中示出燃气涡轮机的可能的功率(曲线A)和效率(曲线B)与工作频率之间的关系；

[0069] 图2示出根据现有技术的、具有燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的组合式发电站的极其简化的线路图；

[0070] 图3示出根据现有技术的、具有燃气涡轮机和机械变速器以及蒸汽涡轮机的组合式发电站的极其简化的线路图；

[0071] 图4示出根据本发明的一个实施例的、具有燃气涡轮机和电子去耦装置以及蒸汽涡轮机的组合式发电站的极其简化的线路图；

[0072] 图5示出矩阵变换器的示例性的内部结构，如其作为电子去耦装置可以在根据图4的设备中使用；

[0073] 图6示出根据本发明的具有不同的调节可能性的、可与图4相比较的设备；

[0074] 图7示出下转速界限与压缩机入口温度之间的关系。

[0075] 图8示出压缩机效率与空气动力转速的关系；

[0076] 图9示出空气动力转速n*和机械转速nmech在压缩机入口温度Tkl上的调节；

[0077] 图10示出燃气涡轮机的冷却空气系统的标准化的冷却空气压力比πcool和标准化的冷却空气质量流量mcool在压缩机入口温度Tkl上的曲线；

[0078] 图11示出在根据现有技术的固定耦合中较长的过低频率事件的随时间变化的曲线；

[0079] 图12示出带有电子去耦的较长的过低频率事件的随时间变化的曲线；

[0080] 图13示出带有电子去耦和预期的过低频率事件的较长的过低频率事件的随时间变化的曲线；

[0081] 图14示出电网频率变化和燃气涡轮机转速变化的比例对于短时间的过低频率事件的影响；

[0082] 图15示出电网频率变化和燃气涡轮机转速变化的比例对于预期的短时间的过低频率事件的影响；

[0083] 图16示出在固定耦合情况下短时间的过低频率事件；

[0084] 图16a示出在短时间过低频率事件和固定耦合情况下燃气涡轮机转速和动态功率的随时间变化的曲线；

[0085] 图16b示出在具有电子去耦和调节的转速梯度的短时间过低频率事件情况下燃气涡轮机转速和动态功率的随时间变化的曲线；

[0086] 图17示出带有电子去耦和恒定燃气涡轮机转速的短时间过低频率事件；和[0087] 图18示出带有电子去耦和预期的过低频率事件的短时间过低频率事件。

具体实施方式

[0088] 在图4中在极其简化的线路图中示出根据本发明的一个实施例的、具有燃气涡轮机和电子去耦装置以及蒸汽涡轮机的组合式发电站。发电站设备10包括具有压缩机13和连续燃烧的燃气涡轮机12，其中第一燃烧室15利用通过第一燃料供给17的第一燃料产生热气体，即在第一涡轮机14a中膨胀，随后被引导到第二燃烧室15′中，在那里利用通过第二燃料供给17′的第二燃料引起热气体温度的第二次提高，随后其在第二涡轮机14b中膨胀。替代在效率方面特别有利的连续燃烧，也可以设有单级的燃烧。发电站设备10的其余部分相应于在图2或3中具有相同标号的部分。

[0089] 第一发电机18直接耦合于(ankuppeln)燃气涡轮机12的轴19。因此，第一发电机18以与燃气涡轮机12相同的转速旋转。然而，从现在起在第一发电机18的输出端与电网21之间布置了电子去耦装置或可变化的电子变速器27，其引起在第一发电机18中产生的工作频率或燃气涡轮机12的转速与电网的预设电网频率之间的去耦并且允许了燃气涡轮机12的机械转速nmech的调节。

[0090] 在从燃气涡轮机中排出时还相对较热的排气通过后续的余热蒸汽发生器23引导，以便在单独的水-蒸汽-循环25中产生用于驱动蒸汽涡轮机24的蒸汽。第二发电机8机械地直接耦合于蒸汽涡轮机24的轴19并且直接与电网频率电耦合。冷凝器、给水泵和水-蒸汽-循环25的另外的系统出于简化视图的原因未示出。

[0091] 电子去耦装置或可变化的电子变速器27-为了对损失功率加以限制-优选地构造为不带有直流电流中间电路的矩阵变换器。这种矩阵变换器基于其控制而特别损失少地工作，在EP-A2-1 199 794中在结构和作用方式方面对该矩阵变换器进行了描述。对于这种矩阵变换器的另外的实施方式在EP-A1-1 561 273、DE-A1-10 2004 016 453、DE-A1-102004 016 463和DE-A1-10 2004 016 464中实施。在图5中示出了具有6个输入端相和
3个输出端相的矩阵变换器的原理线路图。矩阵变换器(27)以时间上的顺序将作为源的第一发电机18的6个相G1，...，G6与负载30的3个相L1，...，L3连接在一起。为此所必需的功率部分29包括18个反向并联连接的晶闸管的形式的双向开关32(在一般情况下存在有m×n个开关用于m个输入端/源-相和n个输出端/负载-相)。开关32布置在(6×3)-矩阵中。为了对开关32进行控制，设有控制器或调节器31，其从时钟发生器28获得时间信号(时钟脉冲)。开关32的开关状态(开，关)被监控并且分别通过第一信号线路36通知给调节器31。开关32由调节器31分别通过控制线路35进行控制。

[0092] 在第一发电机18的各个相G1，...，G6中分别布置了一个电流测量装置34，该电流测量装置将相电流的符号通过第二信号线路37通知给调节器31。此外，在第一发电机18的相G1，...，G6之间布置了电压测量装置33，该电压测量装置将相应相电压差的符号通过第三信号线路38通知给调节器31。关于矩阵变换器的驱动过程的细节可参阅上述的文献。

[0093] 对于第一发电机18的输出端与电网21之间的纯粹的频率去耦的备选方案是，去耦装置27可以实施为可变化的电子变速器27，该电子变速器通过第一发电机18调节地将工作频率或转速nmech强加于燃气涡轮机，该工作频率或转速与电网频率F无关。与额定转速51和实际的电网频率F相关地确定可变化的电子变速器27的变换比X。

[0094] 利用可变化的电子变速器或去耦装置27，特别是以所述类型的矩阵变换器的形式，得出了以下优点：

[0095] -在固定的频率耦合情况下，燃气涡轮机的驱动仅仅在直至与电网频率有5-6％的频率差别的情况下是可能的。这种限制实际上被取消了。

[0096] -对电网的电网频率的支持在另一个电网频率范围中是可能的。当在固定的频率耦合中可以实现电网频率的5-6％的范围内的电网频率支持的同时，可以通过电子去耦装置或电子的可变化的变速器的频率比的调节实现明显大于10％的范围中的支持。

[0097] -与外部环境条件(例如出口温度)相关的运行最佳情况(功率，效率)的匹配是可能的。

[0098] -可以提高功率。

[0099] -可以改善效率。

[0100] -在负载波动情况下的灵活性以及涡轮机的使用寿命可以得到改善。涡轮机可以继续转速恒定地运行。到现在为止出现的附加的热的或机械的负载(其是用于转速支持的措施所必需的)被取消或减小。

[0101] -排放值可以得到改善。可变化的转速的附加的自由度允许了在较高的或较低的转速时启动期望的功率。与此相联系的是，在燃气涡轮机作为驱动装置的情况下，较低的或较高的涡轮机入口-温度带有对于CO2和NOx的排放施加影响的效果。特别地，可以在频率支持的情况下避免提高的排放。

[0102] -频率去耦或可变化的频率比允许了发电站的如下构造，其中可以使用于期望功率的结构尺寸最小化，并且通过附加的自由度，因此可以与电网频率无关地调节转速(例如3300U/min的涡轮机的构造明显小于3000U/min的涡轮机)。由此也可以减少制造成本。

[0103] -频率去耦或可变化的频率比允许了在如下功率范围中的发电站的构造，即利用可比较的驱动技术到目前为止还不能实现该功率范围(例如在2400U/min的涡轮机中，相对于现有的3000U/min的涡轮机的功率增加可能为大约60％)。

[0104] 燃气涡轮机的运行与电网频率或用电设备的工作频率无关，这能够进一步实现设计的优化，这是因为在常规的燃气涡轮机设计中对于偏离设计运行条件需要很大的余地(Margen)。主要的优点是：

[0105] -通过降低的机械转速nmech在低的周围温度Tamb时得出了在最佳组件效率时的低的压缩机最终压力并且在压缩机和涡轮机中的压力曲线(压力比)未发生移动：

[0106] ·壳体设计、冷却空气冷却器和外部的线路随着对于极端Tamb的降低的余地而得到优化。

[0107] ·降低了最大的燃料压力。相应地，对于燃料分配系统FDS(Fuel Distribution System)的设计余地以及对用于气态燃料的压缩机的要求都降低。

[0108] -从恒定的、降低的转速出发，结果是在压缩机-和涡轮机出口处的相同速度三角形(在基本负载时)。由此引起了更好地在设计上优化的扩散器。

[0109] -在压缩机中不存在压力形成的移动。用于冷却空气供给的压力比不再(或以更低的程度)与外界环境温度Tamb相关。不必为了冷却空气系统中的Tamb中的变化而建立在冷却空气压力比中的余地或仅需减少的余地。相应地可以在设计条件上进行优化，从而得到了更好的效率和更高的功率：

[0110] ·这附加地改善了在Tamb上的校正曲线；特别是在高的Tamb时不会不必要地消耗很多冷却空气。

[0111] -得到了在Tamb上的轴向推力的更小的变化。较小的轴向轴承就足够了。这引起了成本节约，此外还引起了轴承的更少的损失功率(更小的润滑油系统)。由此也得到了功率和效率的改善。

[0112] 首要的可能性，根据本发明涡轮机系-涡轮机和发电机-在发电站设备之内能够与电网频率无关地稳定地在期望的转速下运行，支持了电网的稳定性。当频率下降时，发电站必须能够将在正常电网频率中输出的功率保持住，理想地甚至将提高的功率输出至电网。到目前为止的发电站系统仅能够在被限制的程度上确保这一点。固定地与电网频率耦合的系统觉察到电网频率的下降，作为在涡轮机和发电机上的不期望的转速下降。在一个短的阶段之后(在该阶段期间从燃气涡轮机-发电机-轴系中通过转速延迟将动能馈送到电网中)，输出的功率下降。燃气涡轮机系统在这种情况下以减少的吸入质量流量和明显提高的燃料输送来作出反应，这导致了在涡轮机之内提高的热气体温度。这又显著降低了涡轮机的使用寿命，这提高了设备的运行成本。以NOx形式的污染物排放在这种运行阶段中同样也明显升高。因此已经定义了两个限制，其在电网频率下降时大大限制了功率提高-使用寿命和排放。作为第三个方面，机械的和空气动力的协调性起到重要作用。严重的、超过6％的频率下降导致了发电站设备的关闭，这是因为其在机械方面不能以相应降低的转速运行。在更低的空气动力转速

[0113]

[0114] 的情况下，运行还受到压缩机的喘振界限(Pumpgrenze)的限制(参看图7；C＝机械转速界限，D＝负载减少和E＝压缩机泵保护)。

[0115] 在电网频率-去耦的系统或具有可调节的频率比的系统的情况下，所有上述的缺点被取消。在最小允许的电网频率方面不存在限制，这是因为涡轮机系不必遵循电网频率。因此也没有出现污染物提高和在使用寿命方面的损害。

[0116] 除了电网稳定性之外，这样的发电站系统也允许了各个工作点的功率或效率优化，特别是也在部分负载工作点的情况下。通过与工作点相关的、合适的转速调节，在允许的机械限制的范围内，或者是通过涡轮机效率的提高实现了排放和燃料节约，或者是可替换地实现了功率提高，其在峰值负载的覆盖方面提高了发电站的灵活性。

[0117] 与电网频率无关的发电站系统的另一个积极的方面是设备在不同的位置条件的更好的匹配能力。已经描述过的电网稳定性是一个重要的方面，其决定性地取决于位置。此外最重要的是不同的外界环境条件，如外部温度、空气压力、特别是以安装高度为条件的空气压力、空气湿度、以及对发电站的驱动状态施加影响的燃料成分。独立转速调节的附加自由度允许：相应于当前的外界环境条件分别产生优化的运行条件。此外，效率改善或还有功率提高是可能的。

[0118] 例如可以简化地与压缩机入口温度成反比地调节机械转速，以便将燃气涡轮机的空气动力转速保持恒定。从基准转速出发，与压缩机入口温度的方根(Wurzel)成比例地调节燃气涡轮机的额定转速。

[0119] 此外，例如根据所应用的燃料气体来对基准转速进行校正可能是有利的。从燃气涡轮机的设计出发，例如对于ISO甲烷来说，随着可燃气体的具体热值的减少，可燃气体容积流量增加并且进而燃烧室压力和压缩机最终压力升高。为了对此加以补偿提出了，与可燃气体的热值成反比地降低基准转速。这例如在燃烧合成气体时是重要的。

[0120] 相关于电流产生位置该新型的技术的效率改善可能性可以在典型的应用情况下在涡轮机中处于3％(乘法)数量级中。相关于电流产生位置明显大于10％的功率提高是想得到的。电网频率限制是微不足道的。

[0121] 所有上述的方面可能已经应用于已存在的涡轮机。此外展现了不同的可能性，比如，如果燃气涡轮机的转速不受到电网频率的限制，则能够优化燃气涡轮机。

[0122] 涡轮组件、压缩机和涡轮机可以以新的边界条件来设计。到目前为止在稳定的燃气涡轮机的情况下也需要的是，从设计条件出发，将减少的转速的最小的大约为+/-10％的工作范围考虑为安全窗口。因此确保了，燃气涡轮机不仅能够承受以电网频率波动为条件1/2
的机械转速波动，而且也能够承受以比例1/(Tkl) 到达降低的转速的入口温度的变化。作为设计条件，典型地选择了ISO-条件，也就是说15℃、60％相对空气湿度以及1013mbar的外界环境条件。如果通过优化的运行方案对需要的、降低的转速范围加以限制，那么可以通过压缩机-和涡轮叶片的新型设计实现效率和功率的获益。

[0123] 在常规的组合式发电站中，排气质量流量在满负载时随着压缩机特性和周围的边界条件剧烈变化。如果例如在必须确保未被限制的运行的最冷的日子压缩机入口温度比发电站的设计点低30K，那么因此在满负载时对于该最冷的日子应该将相对于满负载设计点大约提高10％的排气质量流量考虑在内以及对水-蒸汽循环相应地进行设计。作为被限制的降低的转速范围的结果(其中燃气涡轮机以上述的方法运行)，在满负载排气质量流量中的变化可以降低到一个程度或者被完全避免。根据燃气涡轮机的设计，燃气涡轮机的转速调节可以通过限制机械转速界限来进行。相应地随后不能在排气质量流量中避免变化并且例如需要对于在排气质量流量为正/负5％的变化设计水蒸汽循环。

[0124] 另一个利用相对于电网频率的灵活性的可替换方案在于如下可能性：将燃气涡轮机和发电机在转速范围中加以开发，这到目前为止不能实现。因此可以通过转速相对于电网频率的降低，例如到45Hz，实现较大的发电站单元。

[0125] 在转速范围中(在这里燃气涡轮机不再能配有变速器，但其还处于电网频率之上)得到了如下可能性：更紧凑地并且进而成本更低地制造燃气涡轮机，条件是在给定电网频率的情况下功率在界限功率之下。发电机的优点同样在于，能够通过更高的转速更紧凑地制造。

[0126] 作为在当今的、具有变速器的涡轮机的范畴中另外的选择，得到了如下可能性：放弃变速器并且将发电机设计用于涡轮机转速。发电机也在这种情况下变得更小和更便宜。

[0127] 在图6中示出了组合式发电站的发电站设备10的简化的示意图，该发电机设备设计用于根据本发明的运行方法。具有燃气涡轮机12和第一发电机18的涡轮机系11以及具有蒸汽涡轮机24的轴系60对应于图4。这也适用于可变化的电子变速器或电子去耦装置27以及连接上的电网21。电网21可以是一般的供电网，但也可以是牵引电网(Bahnstromnetz)。替代电网21，也可以连接用电设备、例如工业的驱动装置或用于天然气液化设备的压缩机。蒸汽涡轮机24的第二发电机8与其连接的电网21或用电设备可以是与连接在燃气涡轮机12的第一发电机18上的电网或用电设备不同的另一个电网21或另一个用电设备。冷凝器、给水泵和水-蒸汽-循环25的另外的系统的示图出于位置原因而未被示出。

[0128] 在压缩机13的输入端上的至少一列可调节的压缩机导向叶片42以及在通向燃烧室15，15′的燃料供给17或17′中的调节阀40和41都用于控制或调节燃气涡轮机12。相应的控制信号来自于控制装置或调节装置39，按照确定的输入参数，其可以单独地或在可选择的组合中应用。一个可能的参数是压缩机入口温度，其利用布置在空气入口16上的第一测量值传感器43来测量。另外的可能参数是压缩机最终温度和压缩机最终压力，其利用压缩机的输出端上的第二和第三测量值传感器44或45来测量。布置在从压缩机13送往燃气涡轮机12的热负载部件的冷却空气供给装置50上(例如在两个涡轮机14a和14b中)的另一个测量值传感器46测量冷却空气的压力和/或温度和/或流量。另一个测量值传感器47可以布置在第二个燃烧室15′处，以便测量该燃烧室中的压力。第一和第二涡轮机14a，14b的出口温度可以通过测量值传感器52a，b测量。燃气涡轮机12的转速例如可以在第一发电机18处获取并且通过测量线路48输入到调节装置39中。对于电网21中的电网频率的测量，可以设置电网频率传感器49。最后，可以在调节装置39中输入用于目标功率ZL的值。

[0129] 当与电网电子去耦时，调节装置39根据一个或多个这些参数来调节燃气涡轮机12和第一发电机18的空气动力的或机械转速nmech，而不会对电网21的电网频率F的转速产生影响。

[0130] 转速的调节可以可替换地例如也通过如下方式实现，即将燃气涡轮机的调节装置39中计算出的额定转速51传输到可变化的电子变速器27的调节器31上并且额定转速51通过发电机强加到燃气涡轮机12上。第一发电机18在此通过可变化的电子变速器27支持与燃气涡轮机12相比近似稳定的电网21并且通过调节电网F与燃气涡轮机的机械转速nmech之间的频率比而强加额定转速51。近似稳定的电网21在此上下文中意味着，电网频率F由于转速nmech或由所涉及的燃气涡轮机12输出到电网21上的功率的变化而发生的变化非常小并且在调节过程中是可以忽略的或可以容易地加以补偿的。这特别意味着，在强加的燃气涡轮机转速的匹配中，可能引起的电网频率F的变化小一个数量级。通常，引起的电网频率F的变化在电网的噪声中不能测量到或仅能困难地测量到。

[0131] 水-蒸汽循环25在该实例中通过水-蒸汽循环调节器55来调节。该调节器恰好如同燃气涡轮机12的调节装置39那样从单元控制器56获得其调节信号并且与其通过信号线路58进行信号交换。水-蒸汽循环调节器55通过信号线路57获得对于锅炉23的调节来说必需的所有驱动状态，如温度、质量流量或阀的位置以及锅炉的压力，通过线路57将调节信号发送给锅炉23。作为另外的输入值，燃气涡轮机14b的出口温度52b可以直接传输到水-蒸汽循环调节器55上。基于蒸汽涡轮机24的驱动状态，在这里对其的代表是蒸汽状态、也就是说温度和压力，在蒸汽涡轮机24之前和之后通过测量值传感器53和54显示，以及其转速48，这由水-蒸汽循环调节器55调节。调节信号通过信号线路57交换。

[0132] 在实践中，水-蒸汽循环大多不通过水-蒸汽循环调节器55调节，而是通过与单元控制器56通信的一列调节器。这例如可能是用于蒸汽涡轮机的调节器、用于锅炉的调节器或者用于辅助系统、如冷凝器和给水泵的调节器。

[0133] 图7简化地示出了在压缩机入口温度Tkl上的常规的需要重视的标准化的、燃气涡轮机12的最小转速，通过负载减少D来保护燃气涡轮机12不会使其过低。其由机械转速界限C和压缩机泵保护E组成。

[0134] 燃气涡轮机的灵活性和运行范围的另一个改善可以在本发明的范畴中通过如下方式实现，即，燃气涡轮机12可以稳定地在电网21上运行所处的绝对转速范围可以明显扩展到低的转速nmech。对于稳定的运行来说，在常规的燃气涡轮机12中，机械转速nmech通过固有频率的激励被向下限制。其例如可以是叶片的固有频率。可以仅仅瞬态地经过固有频率在其中被激励的转速范围。这在燃气涡轮机12高负载运转或停止工作时发生，条件是该燃气涡轮机不与电网21同步。闭锁区域(Sperrbereich)围绕着可导致固有频率的激励的转速nmech，燃气涡轮机12在该闭锁区域中不能稳定地运行。在燃气涡轮机12的工作频率下方的最上面的闭锁区域通常建立了机械转速界限C。所提出的、脱离电网频率的燃气涡轮机转速的调节允许了，在燃气涡轮机向电网输出功率期间瞬态地经过闭锁区域运行并且燃气涡轮机在转速nmech情况下在闭锁区域下方运行。在利用电子去耦装置或可变化的电子变速器27的运行中需要重视的是，可以在确定的频率情况下由电子装置通过第一发电机18将激励施加到轴系上。如果这导致了在轴19、叶片或轴系的另外的组件中的关键的固有振动，则这些频率也应该避免。闭锁区域可以结合在燃气涡轮机39的调节中。由于这些激励取决于电子装置，因此在一个实施方式中，闭锁区域存储在可变化的电子变速器27的调节器31中。如果额定转速51落入这种闭锁区域中，那么其在调节器31中校正到在闭锁区域之下或之上的下一个更高的或下一个更小的值，并且相应于校正的值来调节可变化的电子变速器。

[0135] 需要重视的转速界限，如其在图7中在作为低转速情况下的压缩机泵保护E的负载减少的实例中简化示出地一样，是由前述的相反的两个方面形成的折中：一方面燃气涡轮机12的工作范围应该尽可能少地受到限制，另一方面压缩机13应该尽可能接近于喘振界限运行，这是因为其效率在那里最高。在图8中示意性地示出了与喘振界限ns的差别Δn对于在运行期间实现的压缩机效率ηcomp的影响。最高的压缩机效率ηopt在最佳空气动力转速nopt情况下容易地在喘振界限ns上方实现。在该转速情况下，常规的燃气涡轮机12在设计条件中不运行，这是因为与喘振界限ns的差别Δnmech必须被遵守。这导致了在设计转速nd情况下更低的压缩机设计效率ηcompd。

[0136] 在用于具有可调节的转速的燃气涡轮机12的新型设计中，压缩机13可以利用与喘振界限ns的更小的差别Δn实现优化并且设计用于接近于最佳转速nopt或在最佳转速*nopt的运行，这是因为空气动力转速n 由于压缩机入口温度Tkl的变化而发生的变化能够通过机械转速nmech的调节来补偿。此外，可以减小对于电网频率F的变化的余地或者将其完全取消。因此改善了压缩机13的效率以及最终改善了整个发电站的效率。

[0137] 在图9中示出在其中将机械转速nmech作为压缩机入口温度Tkl的函数进行调节的调节装置39。机械转速nmech与压缩机入口温度Tkl成比例地升高，以便恒定地保持空气动力转速：

[0138]

[0139] 还可以考虑的是，一旦达到机械或另外的界限值、例如压力或温度，则将机械转速nmech调节或再调节到恒定值。具体地，从设计温度Tkld出发(其中利用机械转速nmech达到了最佳空气动力转速nopt)，利用提高的压缩机入口温度Tkl提高了机械转速nmech，直到达到机械转速的上限nmax为止。类似地，利用降低的压缩机入口温度Tkl降低机械转速nmech，直到达到机械转速的下限nmin为止。从达到机械界限起，在该实例中恒定地保持机械转速nmech。

[0140] 可以与压缩机入口温度Tkl和转速无关地调节涡轮机14a，b的入口温度或热气体*温度。其例如调节到恒定值。在这种情况下，用来恒定地保持压缩机的空气动力转速n 的机械转速的调节导致了涡轮机14a，b的空气动力转速与机械转速成比例地改变。这还导致了，涡轮机14a，b的工作点移动并且改变了其效率。随着效率发生变化的有涡轮机功率和涡轮机出口温度52a，b、排气热含量以及由此对于水-蒸汽-循环25的在后连接的锅炉23的边界条件。与常规的、以恒定机械转速nmech运行的燃气涡轮机12相比，而是明显减少了边界条件的变化。当压缩机入口温度Tkl发生变化时，用于水-蒸汽-循环的边界条件中产*
生的变化在调节到压缩机的恒定空气动力转速n 的燃气涡轮机情况下通常比在以恒定的机械转速运行的燃气涡轮机情况下大约小一个数量级。基于用于水-蒸汽循环的边界条件中的产生的小变化，电子去耦或转速调节对于蒸汽涡轮机可能没有显著的积极效果，因此与电子去耦或转速调节相联系的损失可能不被补偿。

[0141] 在水-蒸汽循环的边界条件方面，对于调节到压缩机的恒定空气动力转速n*来说可替换的是也可以在燃气涡轮机的转速界限的范围内将燃气涡轮机转速调节到恒定的涡轮机出口温度52b或恒定的排气热含量。

[0142] 在两种情况下，水-蒸汽-循环可以更好地在设计运行上实现优化并且在设计中需要考虑的安全余地被减少。随着燃气涡轮机特征的明显更平坦曲线以及用于水-蒸汽-循环的边界条件中少量的变化，整个组合式发电站的特征曲线明显更加平坦。这表明，在运行条件与设计条件有区别时发电站功率-和效率变化小于常规的发电站。

[0143] 在图10中作为实例示意性地示出了用于燃气涡轮机12的冷却空气系统的压缩机入口温度Tkl上的标准化的冷却空气压力比πcool和标准化的冷却空气质量流量mcool的曲线，该系统由压缩机的中间部分供给冷却空气50。与从压缩机末端提取的、强制性地始终利用压缩机出口压力提供的冷却空气相反，在从压缩机中提取冷却空气时，不为所有的驱动状态确保恒定的压力比，这是因为在压缩机中的压力形成随着运行条件移动。这在冷却空气系统的设计中加以考虑，从而在整个设计范围中，在至少必需的冷却空气压力比πcool的情况下提供了至少必需的冷却空气量mcoold。

[0144] 在传统的燃气涡轮机中，标准化的冷却空气压力比πcool和标准化的冷却空气质量流量mcool随着压缩机入口温度Tkl升高。这在ISO条件中已经导致了提高的冷却空气消耗mcool，其随着压缩机入口温度继续升高并且导致功率-和效率损失。随着机械转速nmech的提高，标准化的冷却空气压力比πcool和产生的标准化的冷却空气质量流量mcool可以降低。类似地，可以通过机械转速nmech的降低使标准化的冷却空气压力比πcool和产生的标准化的冷却空气质量流量mcool升高。相应地，可以通过转速调节将冷却空气比与压缩机入口温度无关地调节到设计条件并且因此保持在设计值上。

[0145] 后面的实施例在过低频率事件和过高频率事件情况下公开了本发明的优点。其描述用于具有电网21之间的电去耦的设备。需要的转速调节和同样的操作方式可以通过调节可变化的电子变速器27的变换比实现。

[0146] 在图11至13中示意性地示出了持续时间较长的过低频率事件的实例。其描述用于在50Hz的电网21中运行的燃气涡轮机12，但也类似地可用于在60Hz的电网21中或带有另外的设计频率的电网21中的运行。通过类比法，在此对于技术人员来说也展示出相应的、用于过高频率事件的方案。干扰信号、电网频率F的高频小变化或噪声是可以忽视的并且未示出。

[0147] 在图11中示意性地示出了持续时间较长的过低频率事件的曲线，用于带有与电网21的固定耦合的常规的燃气涡轮机12。燃气涡轮机12直到时间t2为止在满负载和设计转速情况下运行。在时间t2与t3之间，电网频率F从50Hz降到49Hz。在固定耦合到电网21上的情况下，燃气涡轮机12的利用设计转速标准化的转速nmech相应地从100％减少到98％。如果不考虑在转速减小时变为自由的轴系动能，则燃气涡轮机的相对功率Prel首先与转速nmech成比例地减小。在此，Prel是相对于100％转速时的满负载功率的相对功率Prel。如果假设了，燃气涡轮机12的调节防止了热气体温度由于随着转速下降而减少的吸入质量流量而升高，则热气体温度Thot首先保持恒定。热气体温度Thot在这个实例中随着短暂的延迟，作为调节装置39对于以转速为条件的功率下降的回应，才升高。热气体温度Thot升高到满负载-热气体温度的100.4％导致了，功率下降被部分地补偿并且燃气涡轮机(12)在这个实例中在具有99％的相对功率Prel的较长过低频率事件期间在仅仅98％的标准化的机械转速nmech情况下运行。在所述的实例中，热气体温度Thot的升高是适度的。如果不能承受功率损失并且电网频率更剧烈地下降，则需要明显更高的、对使用寿命关键的提高。从时间点t4起(在该时间点又开始恢复电网频率F)，标准化的机械转速nmech相应地升高并且因此燃气涡轮机12的相对功率nmech也相应地升高。当电网频率在t4与t5之间升高期间，燃气涡轮机的相对功率Prel超过用于频率支持的、电网21所需的功率并且相应地，热气体温度Thot再次降低，直至在时刻t5达到在设计温度下的正常的满负载运行为止。

[0148] 如果在t4与t5之间电网频率F返回到其标称值50Hz，则热气体温度Thot可以首先再次降低到其设计值。与提高热气体温度Thot超过满负载值相联系的是提高的使用寿命消耗。根据电网需求，可以达成在用于频率支持的功率供给与使用寿命消耗之间的折中。

[0149] 图12借助一个具有在电网21与燃气涡轮机12之间的电去耦的设备的实例示意性地示出了在同样的持续时间较长的过低频率事件期间运行参数的曲线。在这种情况下，尽管电网频率F从50Hz降低到49Hz，燃气涡轮机12的标准化的机械转速nmech仍保持在100％。相应地，燃气涡轮机12的相对功率Prel和热气体温度Thot在过低频率事件开始时在紧接t2之后首先保持恒定。首先作为反应，调节器对电网频率F的值得注意的下降作出反应，并且热气体温度Thot升高，以便进而也提高燃气涡轮机的相对功率Prel。在该实例中，通过将Thot提高到100.4％可以不仅仅避免燃气涡轮机功率下降，而且将满负载功率的101％的相对功率Prel输出到电网21上。从时刻t4起恢复电网频率F并且随后可以降低相对功率Prel以及相应地降低Thot，直到时刻t5再次达到正常的满负载运行。

[0150] 在图13中示意性地示出了预期的带有电子去耦的过低频率事件的曲线。在该实例中，告知操作人员即将来临的事件，例如从电网21断开较大的发电站或者将较大的用电设备接到电网21上，从而可能导致频率下降。相应地，在时刻t0他选择燃气涡轮机12的待机模式。为了对过低频率事件做准备，现在燃气涡轮机12的机械转速nmech提高并且在时刻t1例如达到101.5％。为了将负载恒定地保持在设计满负载上，相应于提高的转速nmech降低热气体温度Thot。在此，相对于在设计转速100％时的运行和设计-热气体温度可能发生效率降低。

[0151] 在时刻t2，开始了预期的过低频率事件。基于燃气涡轮机转速nmech和电网频率F的去耦，燃气涡轮机12可以继续以提高的转速nmech运行。相应于在时间t0与t1之间的转速nmech提高时进行的热气体温度Thot的降低，现在热气体温度Thot可以提高以便使功率提高到满负载值。作为结果，燃气涡轮机在设计热气体温度情况下以提高的转速nmech运行并且可以在该实例中为了频率支持的目的输出满负载功率之上的标准化的功率。其在该实例中为100.8％。这可以在不出现对使用寿命下降的容忍(其它情况下对于频率支持这是常见的)的情况下实现。从时刻t4起恢复电网频率F并且随后可以降低相对功率Prel以及相应地降低转速nmech，直到在时刻t5再次实现正常的满负载运行。

[0152] 为了将组合式发电站的净功率在预期的过低频率事件之前在从t1至t2的时段中恒定地保持，燃气涡轮机功率Prel必须最终提高。通过提高的转速nmech，通过涡轮机的质量流量和进而压力比升高。此外，燃气涡轮机的热气体温度降低。两者导致了涡轮机出口温度的下降，这可能尽管在升高的排气质量流量的情况下也对蒸汽涡轮机的功率产生不利影响并且通过燃气涡轮机功率Prel补偿。

[0153] 如在图11和图12的实例中，如果想要在过低频率期间还(在对于频率支持常见的对使用寿命下降的容忍的情况下)提高热气体温度Thot超过设计值，则燃气涡轮机功率Prel还可能继续升高超过满负载值。

[0154] 根据燃气涡轮机的驱动状态和燃气涡轮机12的运行方案，与转速提高相联系的功率升高的补偿并不通过Thot，而是通过另一个调节参数、例如可调节的压缩机导向叶片42、或调节参数的组合来实现。

[0155] 在图中示出的相对功率Prel涉及似稳的运行中的功率。动力学的功率部分，如其在轴系的转速变化中出现地一样，是可以忽略的。

[0156] 对于在图11至13中示出的实例来说，蒸汽涡轮机功率的质量曲线典型地对应于燃气涡轮机12的相对功率Prel。对于根据图11的燃气涡轮机12的固定的电网耦合的常规情况来说，排气质量流量和为水-蒸汽循环提供的热量随着燃气涡轮机12的机械转速nmech减少。基于减少的质量流量和升高的热气体温度Thot，然而燃气涡轮机12的排气温度52升高，因此蒸汽涡轮机24的功率损失比燃气涡轮机12的功率损失更小。在排气温度52剧烈升高时，蒸汽涡轮机12的功率甚至可以保持恒定或升高。在图12和13中示出的过低频率事件期间，蒸汽涡轮机24的功率基于提高的排气能量而升高并且因此有助于频率支持。

[0157] 燃气涡轮机12的快速的电网频率事件的曲线以及可能的通过电去耦在这种事件的曲线上施加的影响在图14至图18中借助过低频率事件示例性地说明。其针对于50Hz的电网21描述，但也类似地可用于60Hz的电网21或带有另外设计频率的电网21。通过类比法，也为技术人员展示了用于过高频率事件的相应的方案。干扰信号、电网频率F的高频的小变化或噪声是可以忽略的并且未示出。

[0158] 电网频率F的高频的小变化或噪声对于调节的影响可以通过死区加以抑制。这表明，在超过界限值之后才对频率变化作出反应。

[0159] 由于可能的是，电网频率缓慢地从死区中出来，对于这种缓慢的、但不具有快速的燃气涡轮机12的负载变化的频率移动应作出回应，可以在调节装置中以相对于电网频率的滑动平均值加上围绕该平均值的死区的频率偏差来处理。死区和滑动平均值、也称为平均的供电频率，针对于没有电网21和燃气涡轮机12的电去耦的常规的燃气涡轮机12，在EP0858153中详细地加以描述。EP0858153和其在具有与电网21的电子去耦的燃气涡轮机12上的应用是该申请的组成部分。

[0160] 在图14和15中根据理想化的实例探讨了动态功率Pdyn，其在燃气涡轮机12的轴系的转速变化期间输出。

[0161] 在图14中示意性地示出了在过低频率事件期间从燃气涡轮机轴系输出到电网上的动态功率Pdyn，以及燃气涡轮机转速nmech的曲线。在该实例中，电网频率F在时间T2与T3之间以恒定的梯度而从50Hz下降到49Hz。基于轴系的旋转动能的变化，在转速改变时，动态功率Pdyn被输出，其与转速变化的梯度成比例。电网频率变化与燃气涡轮机转速的变化之间的比例在预设的电网频率变化情况下对于过低频率事件的影响(其在这里显示为标准化的电网频率fG)借助3个比例说明。在初始情况下，燃气涡轮机轴系的机械转速nmech，1以比例1∶1，如其强制地也对于固定的机械耦合的情况那样，随着电网频率F变化。相应地在转速变化期间，输出了标准化的动态功率Pdyn，1。这与转速变化的梯度以及与转速成比例，其中在此简化地仅仅示出了与转速梯度的关系。

[0162] 在第二种情况下，转速相比标准化的电网频率fG以2∶1的比例更剧烈地下降。相应地，可以输出双倍的动态功率Pdyn，2。为此而必须忍受机械转速nmech，3的双倍量的降低。

[0163] 在第三种情况下，转速相比标准化的电网频率fG以1∶2的比例更弱地下降。相应地，可以输出仅仅一半的动态功率Pdyn，3。机械转速nmech，3为此而仅一半剧烈地降低，因此燃气涡轮机的似稳的功率不剧烈地下降并且与可能的压缩机泵的间距保持更大。

[0164] 在图15中示意性地示出了在预期的过低频率事件的情况下，电网频率变化与电子去耦的燃气涡轮机转速的变化之间的比例的影响。为了进行比较再次示出了第一种情况，其中轴系的转速变化nmech，1，恰好遵循了标准化的电网频率fG的变化并且进而在时间T2与T3之间的瞬态期间导致了动态功率Pdyn，1的输出。在该实例中，操作人员被告知即将来临的事件，例如从电网断开较大的发电站或者将较大的用电设备接到电网上，从而可能导致频率下降。相应地，在时刻T0选择燃气涡轮机的待机模式。为了对过低频率事件做准备，现在燃气涡轮机的机械转速nmech提高并且在时刻T1达到提高的机械转速nmech。相应地，由轴系接收动态功率Pdyn(未示出)。

[0165] 在对于预期的过低频率事件的第一实例中，燃气涡轮机12的机械转速nmech，4首先在T0与T1之间提高了1％。此外在T2与T3之间的电网频率下降期间，燃气涡轮机轴系的转速nmech，4相比标准化的电网频率fG以1∶2的比例更弱地下降。相应地，可以输出仅仅一半的动态功率Pdyn，4。机械转速nmech，4为此仅一半剧烈地降低，并且在电网频率下降的最后，燃气涡轮机12还以设计转速运行。

[0166] 在对于预期的过低频率事件的第二实例中，燃气涡轮机的机械转速nmech，5首先在T0与T1之间提高了2％。此外在T2与T3之间的电网频率下降期间，燃气涡轮机轴系的转速相比标准化的电网频率fG以2∶1的比例更剧烈地下降。相应地，可以输出双倍的动态功率Pdyn，5。为此也双倍剧烈地降低机械转速nmech，5。基于在电网频率下降之前的提高的转速，燃气涡轮机在电网频率下降的最后一直还以相同的转速nmech运行，如同在具有电网21与燃气涡轮机12之间的固定耦合的基准情况下那样。

[0167] 在图16，17和18中忽略了上面探讨过的动态功率Pdyn并且示出了燃气涡轮机12的似稳的功率Prel以及最重要的过程参数。似稳的功率在此理解为如下功率，即稳态运行中的燃气涡轮机12基于热的边界条件在各个转速情况下可能输出的功率。动态功率Pdyn的曲线是借助图16a和16b示例性地探讨的。

[0168] 在图16中首先示意性地示出了带有在燃气涡轮机12与电网21之间的固定耦合的过低频率事件的实例。从满负载运行出发，在时间T2与T3之间存在频率下降，其中电网频率F从50Hz降低到49Hz。相应地，机械转速nmech从100％降低到98％。燃气涡轮机12的吸入质量流量与转速成比例地下降(未示出)，这在首先是恒定的燃料质量流量情况下(同样也未示出)导致了热气体温度Thot的升高。基于降低的吸入质量流量，燃气涡轮机功率Prel下降。在此，在第一瞬间的功率损失基于热气体温度Thot的升高而很小。随着时间延迟，燃气涡轮机12的调节装置39尝试对抗热气体温度Thot的陡的升高地起作用。在实际中，这根据过低频率事件的瞬态曲线、测量链的速度以及调节装置39的时间常数导致了热气体温度Thot的下冲(Unterschwingung)。最小的热气体温度Thot在该实例中在时刻T3实现。在该时刻，电网频率F在此也稳定在49Hz。相应于低的机械转速nmech和低的热气体温度Thot，在时刻T3，燃气涡轮机功率Prel经历了一个明显的下降。随着延迟，调节器在时刻T4才将热气体温度Thot调节到用于频率支持的、相对于设计值提高的额定值。在热气体温度Thot中的最小值在该实例中纯粹偶然性地在时间T3实现。该最小值可以根据调节的动态和具体过低频率事件的时间曲线在时间T3之前或之后实现。

[0169] 在图16a中再次示出了根据图16的、带有在燃气涡轮机12与电网21之间的固定耦合的过低频率事件的实例的燃气涡轮机转速nmech的曲线。此外示意性地示出了在时间上的所属的标准化的动态功率Pdyn。相应于频率变化的曲线，在最陡的转速梯度的时刻，得到了动态功率Pdyn的最大值。利用该最大值将示出的标准化的动态功率Pdyn标准化。

[0170] 根据过低频率事件和轴系的惯性矩，该最大值可以达到燃气涡轮机12的满负载功率的数量级。相应地设计发电站、特别是燃气涡轮机12的轴系和电子设备。

[0171] 通过电子去耦可以避免动态功率Pdyn的这种最大值。在图16b中为了进行比较示出了，如何利用机械转速nmech的恒定梯度在T2与T3之间的时间段中输出相同的动能，如根据图16a的示例中一样。但是根据图16a的实例，动态功率Pdyn被限制到最大值的60％。相应地，具有去耦合和被调节的或被限制的转速梯度的发电站可以设计到更低的最大值。当以恒定的、与电网21无关的燃气涡轮机转速nmech来运行时，可以完全放弃对于动态功率Pdyn的设计。

[0172] 当选择如下运行方案时，其中燃气涡轮机12的转速nmech调节地并且与电网21去耦地运行，则调节装置39可以近似地预先计算出吸入质量流量的变化和燃烧室15，15*的边界条件的变化并且相应地对调节阀17，17*进行预先控制。因此可以改善瞬态的行为并且避免或降低热气体温度中的最大值。

[0173] 在图17中类似于图16示意性地示出带有电子去耦和恒定的燃气涡轮机转速的同一个过低频率事件。燃气涡轮机的机械转速nmech与电网频率F无关地保持恒定。相应地，在时刻T2也没有见到电网频率F对热气体温度Thot和燃气涡轮机功率Prel的直接影响。随着短时间的延迟，调节装置39才使得热气体温度Thot升高，以便为了频率支持而提高燃气涡轮机功率Prel。电网频率F在时刻T3稳定在49Hz。通过燃气涡轮机12、测量装置和调节装置39的惯性，燃气涡轮机12随着小的时间延迟才在时刻T4实现了具有恒定功率Prel和热气体温度Thot的似稳的运行。

[0174] 作为另外的实例，在图18中示意性地示出了具有电子去耦、预期的过低频率事件和在频率下降期间保持恒定的燃气涡轮机转速nmech的过低频率事件。在该实例中，操作人员被告知即将来临的事件，例如从电网21断开较大的发电站或者将较大的用电设备接到电网21上，从而可能导致频率下降。相应地，他在时刻T0选择燃气涡轮机12的待机模式。为了对过低频率事件做准备，现在燃气涡轮机的机械转速nmech提高并且在时刻T1例如达到
101％。为了将负载Prel恒定地保持在设计满负载上，相应于提高的转速nmech降低热气体温度Thot。在此，相对于在设计转速100％时的运行和设计-热气体温度可能发生效率降低。
相应于转速提高，由轴系接收动态功率Pdyn(未示出)。此外，机械转速nmech中的相对于用于超额转速(Ueberdrehzahl)的负载减少的差别得到降低。

[0175] 在时刻T2开始了预期的过低频率事件。基于燃气涡轮机转速nmech和电网频率F的去耦，燃气涡轮机12可以继续在提高的转速nmech上运行。相应于在时间T0与T1之间的转速nmech提高时进行的热气体温度Thot的降低，现在热气体温度Thot可以提高以便使得功率提高到满负载值。结果是，燃气涡轮机12在设计热气体温度下以提高的转速nmech运行并且可以在该实例中为了频率支持的目的输出满负载功率之上的标准化功率。其在该实例中为几乎101％。这可以在不出现其他情况下对于频率支持常见的对使用寿命下降的容忍的情况下实现。

[0176] 可能的运行方案并不限于所示出实例，而且可由技术人员相应于需求组合和扩展。为了通过高的动态功率Pdyn对电网加以支持，例如可能有利的是，首先利用一个转速梯度来改变燃气涡轮机转速nmech，其高于电网频率变化的梯度。由于燃气涡轮机12的允许的转速范围受到机械的和空气动力的界限的限制，因此在这种输出动态功率Pdyn的情况下当然设置了界限。在到达该界限之前，必须利用足够的安全距离来稳定燃气涡轮机转速nmech。为了不突然地从一个具有非常高的动态功率输出Pdyn的运行方式转变为一个没有动态功率输出Pdyn的运行方式，机械转速nmech可以例如首先以大于电网频率变化的梯度的高梯度降低直到第一界限，其相对于燃气涡轮机12的设计界限还具有比较多的余地。到达该第一界限之后，燃气涡轮机12的转速nmech可以以例如小于电网频率变化的梯度的降低的梯度而继续变化。相应于该降低的梯度，还可以将动态功率Pdyn输出到电网21上，直到达到第二界限为止。该第二界限代表了相对于燃气涡轮机12的设计界限的最小差别，其必须被保持，以便确保安全的运行。由于设计界限包含了机械的界限和空气动力的界限，因此该界限可以是燃气涡轮机12的运行条件的、特别是机械转速nmech的、空气动力转速的以及压力或者压力比的函数。

[0177] 除了具有固定的梯度或比例的运行方式之外(其在界限中逐步地发生变化)，在机械转速nmech的变化和电网频率变化之间的比例还可以作为燃气涡轮机12的当前机械转速nmech和设计界限之间的差别的函数来选择。在此，当机械转速nmech接近于相对于燃气涡轮机12的设计界限的最小差别时，该比例接近于零。

[0178] 如果电网频率F在过小频率-或过大频率事件之后稳定，可以通过电去耦使得燃气涡轮机12与电网频率F的值无关地再次运行到最佳机械转速nmech上。对此，调节地以小梯度加速或延迟轴系。特别当轴系加速时，梯度足够小地选择，以便为了加速所需要的动态功率Pdyn不会导致输出到电网21上的功率的显著降低。梯度通常这样选择，即仅仅最大大约5％的燃气涡轮机功率应用为用于加速的动态功率Pdyn。优选地该部分甚至保持在小于3％。实际上小于1％的部分就足够了。

[0179] 蒸汽涡轮机在过低频率事件或过高频率事件中的性能在图14至18中未示出。基于在电网与蒸汽涡轮机之间的未改变的固定耦合，蒸汽涡轮机的性能在短时间的频率变化中相对于常规的组合式发电站未发生变化。这表明，输出的动态功率类似于在图14至16中对于具有固定耦合的燃气涡轮机所说明的实例的动态功率。蒸汽涡轮机24的似稳的功率无需进一步措施相应于水-蒸汽循环25的热惯性以与通过燃气涡轮机12提供的排气流相关的延迟而改变。如果通过燃气涡轮机的转速调节，燃气涡轮机12的转速降低小于电网频率F的降低，则与常规的发电站相比原则上改善了水蒸汽循环的功率输出。如果燃气涡轮机12的转速降低大于电网频率F的降低，以便短时间地将动态功率Pdyn输出到电网上，则水蒸汽循环的功率输出可能变差。

[0180] 与对于具有连续燃烧的燃气涡轮机12类似的运行方案对于具有简单燃烧室的燃气涡轮机12是可以考虑的。在此，原则上存在如下可能性，将两个燃烧室15，15′的Thot用于调节或者仅仅改变一个燃烧室15，15′的Thot。具有另外的参数的组合在此同样也根据运行方案和工作点可以看出。

[0181] 另外的过程变量、如质量流量、压缩机最终压力、压缩机出口温度、冷却空气温度和压力，以及排气参数以对于技术人员已知的方式与所选择的运行方案相关地变化。

[0182] 转速nmech和热气体温度Thot对于燃气涡轮机功率Prel的影响的比例，以及调节的动态过程，与燃气涡轮机12的结构类型和所实现的调节器以及调节参数强相关。例如在带有连续燃烧的燃气涡轮机12中的第二燃烧室15′的热气体温度Thot的影响显著高于第一燃烧室15的影响。根据燃气涡轮机12的设计标准，例如机械的、空气动力的和冷却要求，以及电网要求，燃气涡轮机12的运行方案可以相应于所示出的实施例加以优化。在此，运行方案不限于所示出的实例，而是可以通过技术人员相应于要求加以组合和扩展。此外例如可能的是具有多个不同的变频器的实施方式和方法，因此例如在应用多级转换器、中间电路转换器或直接转换器、也就是说电流-和/或电压转换器的情况下。

[0183] 参考标号表

[0184] 8 第二发电机

[0185] 9 蒸汽涡轮机的轴

[0186] 10，10′，10″ 发电站设备

[0187] 11，11′ 涡轮机系

[0188] 12 燃气涡轮机

[0189] 13 压缩机

[0190] 14，14a，b 涡轮机

[0191] 15，15′ 燃烧室

[0192] 16 空气入口

[0193] 17，17′ 燃料供给

[0194] 18 第一发电机

[0195] 19 轴

[0196] 20 电网连接(频率耦合的)

[0197] 21 电网

[0198] 22 排气出口

[0199] 23 余热蒸汽发生器

[0200] 24 蒸汽涡轮机

[0201] 25 水-蒸汽-循环

[0202] 26 变速器(机械的)

[0203] 27 去耦装置或可变化的电子变速器或矩阵变换器

[0204] 28 时钟发生器

[0205] 29 功率部分

[0206] 30 负载

[0207] 31 调节器

[0208] 32 开关(双向的)

[0209] 33 电压测量装置

[0210] 34 电流测量装置

[0211] 35 控制线路

[0212] 36，...，38 信号线路

[0213] 39 调节装置

[0214] 40，41 调节阀

[0215] 42 可调节的压缩机导向叶片

[0216] 43，...，47 测量值传感器

[0217] 48 测量线路(发电机频率/转速)

[0218] 49 电网频率传感器

[0219] 50 冷却空气供给装置

[0220] 51 发电机额定转速

[0221] 52，52a，b 涡轮机出口温度

[0222] 53，54 测量值传感器水-蒸汽循环

[0223] 55 水-蒸汽循环调节器

[0224] 56 单元控制器

[0225] 57 调节信号余热蒸汽发生器

[0226] 58 调节信号燃气涡轮机调节/单元控制器

[0227] 59 调节信号水-蒸汽循环调节器/单元控制器

[0228] 60 轴系

[0229] 61 排气

[0230] 62 调节信号蒸汽涡轮机

[0231] G1，...，G6 相(发电机)

[0232] L1，...，L3 相(负载)

[0233] F 频率(转速)

[0234] P 功率

[0235] Prel 燃气涡轮机的相对功率

[0236] A，B 曲线

[0237] ZL 目标功率

[0238] Tkl 压缩机入口温度

[0239] Tkld 设计条件下的压缩机入口温度

[0240] Thot 燃气涡轮机的涡轮机入口前的热气体温度

[0241] t0 时刻：开始提高燃气涡轮机转速nmech

[0242] t1 时刻：提高了燃气涡轮机转速nmech

[0243] t2 时刻：开始降低电网频率

[0244] t3 时刻：降低了电网频率

[0245] t4 时刻：开始恢复电网频率

[0246] t5 时刻：电网频率再次到达标称值

[0247] T 时间

[0248] fG 标准化的电网频率

[0249] Pdyn 燃气涡轮机轴系的动态功率，其基于转速梯

[0250] 度输出至电网

[0251] T0时刻： 开始提高燃气涡轮机的转速

[0252] T1时刻： 提高了燃气涡轮机的转速

[0253] T2时刻： 开始降低电网频率

[0254] T3时刻： 降低了电网频率

[0255] T4时刻： 稳定了GT

[0256] n* 空气动力转速

[0257] nmech 机械转速

[0258] nmech d 设计条件下的机械转速

[0259] nmin 最小允许的机械转速

[0260] nmax 最大允许的机械转速

[0261] nd 常规的压缩机设计转速(空气动力的)

[0262] nopt 最佳压缩机转速(空气动力的)

[0263] mcool 标准化的冷却空气消耗

[0264] mcoold 设计条件下标准化的冷却空气消耗

[0265] πcool 标准化的冷却空气压力比

[0266] πcoold 设计条件下标准化的冷却空气压力比

[0267] ηcomp 缩机效率

[0268] ηcomp d 设计条件下的压缩机效率(常规的设计)

[0269] ηopt 最佳压缩机效率

[0270] Δn 与压缩机的喘振界限的差别