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10’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 18。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1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 了燃气涡轮机的3600U/min的转速(比如申请人的燃气涡轮机GT24) 并且为50Hz的发电机频率分配了3000U/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的很大的功率以 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)；
在电网中出现(短时间的)超过额定频率或者频率过低事件时， 发电厂设备的轴系剧烈加速或者说制动。在这种加速中，储存或者说 释放大量能量。随着这种能量消耗或者说释放，发电厂设备在第一时 刻通过轴的惯性矩来支持电网频率。
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.J.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1600kW IGBT变频器”(Proc. IEEE-IASConf.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(1600kW)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在短时间的超过额 定频率或者频率过低事件中支持电网频率的调节和运行方案(“快速 频率支持”(Fast Frequency Support))。

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，该方法能够对电网中的超过额定频率或者频率过低事件进行快速 响应并且与此同时在发电厂设备中在很大程度上避免不受欢迎的瞬 态。
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，在电网中出现短时间的超过额定频率或者频率过低 事件时能够在不依赖于电网频率的情况下来调节燃气涡轮机的机械 的转速。在电网的频率过低时，使燃气涡轮机的机械的转速的降低程 度大于或者小于电网频率并且在电网超过额定频率时使涡轮机的机 械的转速的提高程度大于或者小于电网频率。
由此通过来自燃气涡轮机的轴系的旋转能量的释放或者取用来 提高频率支持。短时间的电网频率变化在这里是指在几秒或者几十秒 之内产生的如其比如因发电厂的切断或者很大的用电设备的接通而 引起的一样的电网频率变化。在这方面，通常短时间的变化持续几秒 到大约30s的时间。不过，这些变化也会一直持续几分钟并且分阶段 出现，如果比如首先一家发电厂发生故障并且迟延一些时间之后一家 第二发电厂由于电网频率下降而发生故障。这些变化与电网频率的持 续较长时间的变化相反，在电网频率的持续较长时间的变化中电网频 率在较长的时间里在降低了的频率上运行。通常，持续较长时间的变 化超过30s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。在这种情况下，短时间的电网频率变 化后面跟随着电网频率的持续较长时间的变化。
按照本发明的一种设计方案，对燃气涡轮机的转速降低或者说转 速提高进行调节。因为在调节的情况下降低转速，所以合适的预控制 可以将热气温度中的瞬态的上冲和下冲(-und Unterschwinger) 降低到最低限度。
按照本发明的一种另外的设计方案，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的燃气涡轮机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(m×n)-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；
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；
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；
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示出了电网频率变化与燃气涡轮机转速的变化之间的比例 对频率过低事件的影响，
图7示出了电网频率变化与燃气涡轮机转速的变化之间的比例 对预期的频率过低事件的影响，
图8示出了在具有固定连接时的频率过低事件的情况，
图8a示出了在频率过低事件中且在具有固定连接时的燃气涡轮 机转速和动态的功率的曲线走向，
图8b示出了在频率过低事件中燃气涡轮机转速和动态的功率的 曲线走向，其中使用了电子的退耦装置和受调节的转速梯度，
图9示出了频率过低事件的情况，其中使用了电子的退耦装置和 恒定的燃气涡轮机转速，
图10示出了频率过低事件的情况，其中使用了电子的退耦装置 并且预料到频率过低事件。

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与负载30的相 位L1、...L3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m＊n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(6×3)-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G1、...、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G1、...、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。在固定 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；
-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CO2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()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、空气压力尤其由装配高度引起的空 气压力、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。
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 11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机。
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用于调节或者控制燃气涡轮机12。相应的调节信号 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到涡轮机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机18上记录下来并且通过测量线路48输入到 调节机构39中。为测量电网21中的电网频率，可以设置一个电网频 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F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(Verdichtervorleitreihe)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nmech。退耦装置27在这种 情况下作为可变的传动机构以燃气涡轮机的机械的转速nmech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，在电网中出现短时间的超过额定频率或频率过低事 件时，机械的转速没有在很大程度上保持恒定，而是设备以如下方式 运行：
i在频率过低事件中，通过变频使由燃气涡轮机12和发电机18 构成的轴系的降低程度大于电网频率。通过更大程度地降低机械的转 速的做法，通过旋转能量的释放来提高频率支持的力度。因为在这种 情况下有规则地降低转速，所以合适的预控制可以将热气温度中的瞬 态的上冲()和下冲(Unterschwinger)降低到最低 限度。
ii类似地在电网21的超过额定频率事件中使燃气涡轮机12的机 械的转速的提高程度大于电网频率。通过更大程度地提高机械的转速 的做法，通过轴系中的旋转能量的取用提高频率支持的力度。在这种 情况下合适的预控制也可以将热气温度中的瞬态的上冲和下冲降低 到最低限度。
图6到图10借助于频率过低事件示范性地对电网频率事件的曲 线走向以及电气退耦装置对这样的事件的曲线走向的可能的影响进 行解释。图6到图10为50Hz的电网21而说明，但类似地也能够用 于60Hz的电网21或者具有其它的设计频率的电网21。通过类推法， 由此也为本专业技术人员提供了相应的关于超过额定频率事件的方 案。干扰信号、电网频率F的高频的很小的振动或者噪声在此被忽略 并且没有示出。
电网频率F的高频的很小的振动或者噪声对调节机构的影响可 以通过抑制频带(Totband)来抑制。这意味着，只有在超过极限值 之后才对频率变化作出反应。
因为电网频率可能缓慢地从抑制频带中偏移出来但是不应该用 燃气涡轮机的快速的负荷变化对这种缓慢的频率偏移作出响应，所以 在调节机构中可以用相对于电网频率的一个滑动的平均值加上抑制 频带偏差了这个平均值的频率偏差进行工作。抑制频带以及也称为平 均的电源网络频率的滑动的平均值对于在电网21与燃气涡轮机12之 间没有电气退耦装置的传统的燃气涡轮机12来说在EP0858153中得 到详细说明。EP0858153及其在相对于电网21具有电子退耦装置的 燃气涡轮机12上的应用是本申请的组成部分。
图6和7借助于理想化的实施例对在燃气涡轮机12的轴系的转 速变化过程中输出的动态功率Pdyn进行探讨。
图6示意示出了在频率过低事件过程中燃气涡轮机转速nmech的 曲线走向以及由所述燃气涡轮机轴系输出给电网的动态的功率Pdyn。 在该实施例中，电网频率F以恒定的梯度在时间T2和T3之间从50Hz 下降到49Hz。由于所述轴系的动力的旋转能量的变化，在转速变化 时输出与转速变化的梯度成比例的动态的功率Pdyn。在这里也作为标 准化的电网频率fG示出的电网频率以预先给定的方式变化时电网频 率变化与燃气涡轮机转速的变化之间的比例的对频率过低事件的影 响借助于3种比例关系来解释。在原始情况中，燃气涡轮机轴系的机 械的转速nmech，1与电网频率F之间处于如其对于固定的机械连接来说 也势必是这种情况一样的比例1∶1中。相应地，在转速变化过程中输 出标准化的动态的功率Pdyn，1。该动态的功率Pdyn，1与转速变化的梯度 且与转速成比例，其中这里简化地仅仅示出了相对于转速梯度的依赖 关系。
在第二种情况中，转速以2∶1的比例比电网频率fG下降得多。相 应地可以输出双倍的动态的功率Pdyn，2。不过为此必须忍受机械的转 速nmech，3的双倍的下降程度。
在第三种情况中，转速以1∶2的比例不如电网频率fG下降得多。 相应地可以输出一半的动态的功率Pdyn，3。不过为此仅仅将机械的转 速nmech，3降低一半。
图7示意示出了在预期的频率过低事件中电网频率变化与电子 的退耦装置的燃气涡轮机转速的变化之间的比例的影响。为进行比 较，再次示出了第一种情况，在第一种情况中所述轴系的转速变化 nmech，1精确地跟随标准化的电网频率fG的变化，并且由此在时间T2 与T3之间的瞬态过程中导致动态的功率Pdyn，1的输出。在该实施例中， 向操作员通知了面临的如比如较大的发电厂从电网上断开或者将较 大的用电设备接通到电网上一样的会导致频率扰动的事件。相应地， 操作员在时刻T0选择燃气涡轮机的准备模式。为了为频率过低事件 作好准备，现在燃气涡轮机的机械的转速nmech上升并且在时刻T1达 到更高的机械转速nmech。相应地由所述轴系取用动态的功率Pdyn(未 示出)。
在关于预期的频率过低事件的第一种实施例中，燃气涡轮机12 的机械的转速nmech，4首先在时刻T0和T1之间提高了1％。此外，在 T2与T3之间的电网频率扰动过程中所述燃气涡轮机轴系的转速 nmech，4以1∶2的比例不如电网频率fG下降得多。相应地，只能输出一 半的动态功率Pdyn，4。不过，所述机械的转速nmech，4为此仅仅下降一 半的程度并且在电网频率扰动结束时所述燃气涡轮机12还以设计转 速来运行。
在一种关于预期的频率过低事件的第二实施例中，燃气涡轮机的 机械的转速nmech，5首先在T0和T1之间提高了2％。此外，在T2和 T3之间的电网频率扰动过程中所述燃气涡轮机轴系的转速以2∶1的比 例比电网频率fG下降得多。相应地可以输出双倍的动态的功率Pdyn，5。 所述机械的转速nmech，5为此也以双倍的程度降低。但是由于在电网频 率扰动之前提高的转速，燃气涡轮机在电网频率扰动结束时还总是以 和在电网21与燃气涡轮机12之间具有固定连接的基准情况中相同的 转速nmech运行。
在图8、9和10中忽略了上面所探讨的动态的功率Pdyn并且示出 了最重要的过程参数以及燃气涡轮机12的似乎静态的功率Prel。作为 似乎静态的功率这里应该理解为所述燃气涡轮机12在静态的运行中 由于热方面的边缘条件在相应的转速上输出的功率。在此示范性地借 助于图8a和8b来探讨所述动态的功率Pdyn的曲线走向。
图8首先示意示出了一种用于在燃气涡轮机12与电网21之间具 有固定连接的情况下频率过低事件的实施例。从全负荷运行开始，在 时间T2和T3之间出现频率扰动，在频率扰动时电网频率F从50Hz 下降到49Hz。相应地，机械的转速nmech从100％下降到98％。所述 燃气涡轮机12的吸入质量流量(未示出)与转速成比例地下降，这 对于首先恒定的燃料质量流量(同样未示出)而言导致热气温度Thot 的上升。燃气涡轮机功率Prel由于吸入质量流量减少而降低。在这种 情况下，功率损失在第一时刻由于热气温度Thot的上升而很小。随着 时间迟延，所述燃气涡轮机12的调节机构39试图抵抗热气温度Thot 的陡峭上升。在实际上，这一点按频率过低事件的瞬态的曲线走向、 测量链的速度和调节机构39的时间常数导致热气温度Thot的下冲 (Unterschwingung)。在该实施例中在时刻T3达到最小的热气温度 Thot。在这个时刻，这里电网频率F也稳定在49Hz上。根据在时刻 T3较低的机械的转速nmech和较低的热气温度Thot，燃气涡轮机功率 Prel受到明显的扰动。调节器只有在迟延的情况下在时间T4时将热气 温度Thot置于为支持频率相对于设计值提高了的额定值。在该实施例 中纯粹偶然地在时间T3达到热气温度Thot中的最小值。
在图8a中再次示出了图8的在燃气涡轮机12和电网21之间具 有固定连接的情况下频率过低事件的实施例的燃气涡轮机转速nmech 的曲线走向。此外，关于时间示意示出了所属的标准化的动态的功率 Pdyn。根据频率变化的曲线走向，在最陡峭的转速梯度的时刻，产生 动态功率Pdyn中的最大值。所示出的标准化的动态的功率Pdyn用该最 大值得到统一。
按频率过低事件和轴系的惯性矩，这个最大值可以达到燃气涡轮 机12的全负荷功率的数量级。在此应该相应地设计发电厂尤其燃气 涡轮机12的轴系以及电气设备。
通过电气退耦装置，可以避免动态功率Pdyn中的这样的最大值。 为进行比较在图8b中示出，如何以机械的转速nmech中的恒定的梯度 在T2与T3之间的时间间隔中输出和在图8a的实施例中相同的动力 能量。但是，将动态的功率Pdyn限制到图8a的实施例的最大值的60％ 上。相应地，具有退耦装置或者受调节的或者受限制的转速梯度的发 电厂可以为更低的最大值而设计。在以恒定的不依赖于电网21的燃 气涡轮机转速nmech运行时，完全可以放弃用于动态的功率Pdyn的设 计参数。
在一种运行方案中燃气涡轮机12的转速nmech在受到调节的并且 从电网21上退耦的情况下运行，在选择该运行方案时调节机构39可 以近似地预先计算吸入质量流量的变化以及所述燃气室15、15’的边 缘条件的变化并且相应地对调节阀17、17’进行预控制。由此可以改 进瞬态的行为并且避免或者降低热气温度中的最大值。
与图8相类似，图9示意示出了在具有电子的退耦装置和恒定的 燃气涡轮机转速的情况下相同的频率过低事件。所述燃气涡轮机的机 械的转速nmech在不依赖于电网频率的情况下保持恒定。相应地也不 会看到在时刻T2电网频率F的对热气温度Thot和燃气涡轮机功率Prel 的直接影响。只有在短暂的迟延之后所述调节机构39才提高热气温 度Thot，用于为支持频率而提高燃气涡轮机功率Prel。电网频率F在 时刻T3稳定在49Hz上。通过燃气涡轮机12、测量机构和调节机构 39的惯性，该燃气涡轮机12只有在很小的时间迟延之后在时刻T4 上以恒定的功率Prel和热气温度Thot进行似乎静态的运行。
作为另一种实施例，图10示意示出了频率过低事件，其中存在 着电子的退耦装置、预料到频率过低事件以及在频率扰动过程中保持 恒定的燃气涡轮机转速nmech。在该实施例中，向操作员通报了所面 临的如比如将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，他在时 刻T0选择燃气涡轮机12的准备模式。为了为频率过低事件作好准备， 现在燃气涡轮机的机械的转速nmech上升并且在时刻T1比如达到 101％。为了将负荷Prel恒定地保持在设计全负荷上，根据提高了的 转速nmech来降低热气温度Thot。在此，相对于以设计转速100％及设 计热气温度进行的运行可能要忍受效率损失。根据提高了的转速，由 轴系取用动态的功率Pdyn(未示出)。此外，降低机械的转速nmech 中的相对于减少负荷的间距以进行超速。
在时刻T2开始所预料的频率过低事件。由于燃气涡轮机转速 nmech和电网频率F的退耦，所述燃气涡轮机12可以进一步在提高了 的转速nmech上运行。根据在提高转速nmech的情况下在时间T0与T1 之间降低热气温度Thot的情况，现在可以为提高功率而将热气温度 Thot提高到全负荷数值。作为结果，所述燃气涡轮机12在设计热气 温度上以提高了的转速nmech运行并且在该实施例中可以为支持频率 而输出处于全负荷功率之上的标准化的功率。这个功率在该实施例中 大约为将近101％。这可以在没有否则为支持频率而普遍忍受使用寿 命损失的情况下来实现。
其它的过程参量如质量流量、压缩机终端压力、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知的方式 在依赖于所选择的运行方案的情况下变化。
可以为具有顺序的燃烧结构的燃气涡轮机设想类似的运行方案。 在此，原则上存在着将两个燃烧室15、15’的热气温度Thot用于调节 过程或者仅仅改变一个燃烧室15、15’的热气温度Thot这样的可能性。 在这里同样可以按运行方案和工作点来设置与其它的参数之间的组 合。
转速nmech和热气温度Thot的对燃气涡轮机功率Prel的影响的情况 以及调节机构的动态的流程非常依赖于燃气涡轮机12的结构和所设 置的调节机构39以及调节参数。比如一个第二燃烧室15’的热气温度 Thot的影响在具有顺序的燃烧结构的燃气涡轮机12上就比一个第一 燃烧室15的影响大得多。在依赖燃气涡轮机12的设计标准比如机械 的、空气动力的以及冷却的要求以及电网要求的情况下，可以根据所 示出的实施例来对燃气涡轮机12的运行方案进行优化。在此，运行 方案不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。
为了通过很高的动态的功率Pdyn来支持电网，比如可能有利的 是，首先以一个转速梯度来改变燃气涡轮机转速nmech，该转速梯度 高于电网频率变化的梯度。因为所述燃气涡轮机12的允许的转速范 围通过机械的和空气动力的极限受到限制，所以在输出动态的功率 Pdyn时当然要设置极限。在达到这些极限之前，燃气涡轮机转速nmech 必须用足够的安全间距来得到稳定。为了不是突然地从具有很高的动 态的功率输出Pdyn的运行方式转为没有动态的功率输出Pdyn的运行 方式，所述机械的转速nmech比如首先以比电网频率变化的梯度高的 梯度一直降低到一个第一极限，该第一极限相对于所述燃气涡轮机 12的设计极限还具有许多的差距。在达到这个第一极限之后，所述 燃气涡轮机12的转速nmech以一个降低了的比如比电网频率变化的梯 度小的梯度继续变化。根据这个降低了的梯度，还可以将动态的功率 Pdyn输出给电网21，直至达到一个第二极限。所述第二极限代表着相 对于燃气涡轮机12的设计极限的最小间距，应该遵守该最小间距， 以保证可靠的运行。因为设计极限不仅包含机械的极限而且包含空气 动力的极限，所以所述极限可以是燃气涡轮机12的运行条件尤其机 械的转速nmech、空气动力的转速以及压力的或者压力比的函数。
除了具有固定的梯度或者在极限值上按阶段变化的关系的运行 方式之外，机械的转速nmech的变化与电网频率变化之间的比例可以 作为燃气涡轮机12的当前机械的转速nmech和设计极限的间距的函数 来选择。在此，所述比例在所述机械的转速nmech接近于相对于燃气 涡轮机12的设计极限的最小间距时趋向于零。
如果电网频率F在频率过低事件或者超过额定频率事件之后已 经得到稳定，那就可以通过电气退耦装置在不依赖于电网频率F的数 值的情况下使燃气涡轮机12又运行到最佳的机械的转速nmech上。为 此，轴系以很小的梯度受调节地得到加速或者说减速。尤其在轴系加 速时，所述梯度应该选择得足够小，以便为加速所需要的动态的功率 Pdyn没有使输出给电网21的功率显著降低。在此通常应该如此选择 所述梯度，从而仅仅使用燃气涡轮机功率的最大大约5％作为动态的 功率Pdyn以进行加速。优选该份额甚至应该保持小于3％。在实际上 小于1％的份额就已足够。
附图标记列表：
10、10’、10”发电厂设备
11、11’      涡轮机段
12            燃气涡轮机
13            压缩机
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
G1、...、G6   相位(发电机)
L1、...、L3   相位(负载)
Thot          燃气涡轮机的涡轮机入口之前的热气温度
Prel          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
fG            标准化的电网频率
Pdyn          燃气涡轮机轴系的根据转速梯度输出给电网的
              动态的功率
T0            时刻：燃气涡轮机转速nmech开始提高
T1            时刻：燃气涡轮机转速nmech已提高
T2            时刻：电网频率开始下降
T3            时刻：电网频率已下降
T4            时刻：燃气涡轮机得到稳定