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摘要：控制系统对于燃气轮机性能的优劣以及整个燃气轮机的性能具有重要的影响，燃气轮机的控制技术研究已经成为燃气轮机领域一个重要的分支，在燃气轮机未来的发展过程中将会扮演越来越重要的角色。本文分析了燃气轮机控制系统的组成；然后讨论了燃气轮机控制系统的设计需求及技术难点；最后，根据国内外先进燃气轮机的发展计划及燃气轮机控制体统的特点，总结了未来燃气轮机控制系统的关键技术。
关键词：燃气轮机；控制系统；电子控制器
1. 引言
国内燃气轮机多采用的相应控制系统大多数都是从国外进口的，但是随着国内燃气轮機国产化程度的不断提高以及燃气轮机技术的不断发展，定会对燃气轮机控制系统的自动化程度以及可靠性提出更高的要求。本文主要围绕燃气轮机的控制系统展开讨论，主要包括燃气轮机控制系统的组成、燃气轮机控制系统的设计需求及技术难点以及新型的燃气轮机控制技术。
2. 燃气轮机控制系统组成
2.1控制系统的电子控制器
作为燃气轮机控制系统核心部件的电子控制器，它主要完成诸如运行控制软件、进行逻辑判断和数学运算、采集燃气轮机机组状态信息、输出控制信号以及保证燃气轮机机组按照既定程序可靠安全地工作。
电子控制器主要采用双通道结构的方式，目的是保证系统运行的可靠性。电子控制器中两个完全相同的通道中均包含有电源模块、CPU模块、输入/输出模块等。两个通道之间的数据交换是通过DMA或者采用串行通讯协议的方式进行的，其中一个通道为主控通道，一个为热备份通道。当主控通道发生故障时，系统将会使备份通道工作；当两个通道均出现故障时，控制系统将自动急停运行。
2.2控制系统的液压执行装置
由控制系统的电子控制器发出的信号并不能直接的对燃气控制器的工作状态进行控制，需要通过液压放大机构和电液转换装置才能够得到燃气轮机诸如压气机进口导叶角度以及燃油流量等的输入变量，这就需要液压机械执行装置。
燃气轮机控制系统的燃油计量阀主要由中心油滤、进口油滤、定压活门、计量活门、压差活门、安全活门、放气活门以及电液伺服阀等组成，国产的燃油计量阀基本都是由设计单位自行研制的。
2.3控制系统的控制软件
燃气轮机控制系统重要组成部分的控制软件主要实现以下功能：（1）采集频率量、模拟量以及开关信号，进行消颤和滤波平滑等处理；（2）输出开关量信号和模拟量信号；（3）对传感器的故障诊断；（4）对燃气起动机的控制；（5）对电子控制器的机内故障进行检测；（6）实现燃气轮机的过滤态和稳态的燃油控制；（7）对起动机的控制；（8）实现发电机机组的减载以及加载控制；（9）实现燃气轮机的超温限制；（10）实现燃气轮机的超转限制；（11）实现燃气轮机的应急停车和正常停车；（12）压气机放气活门或者导叶等的防喘控制；（13）实现双通道之间以及与监控装置之间的通讯控制。
自制的电子控制器是早期的燃气轮机的控制系统，是嵌入式软件。随着工业控制领域中计算机控制系统的广泛应用，产生了组态软件，它集成了各种工业控制的强大功能，将数据采集、流程控制、网络数据传输、设备控制与输出、工程报表、双机热备份以及曲线与数据动态显示等功能实现模块化的设计，支持国内外众多的数据输出与采集设备。
3. 燃气轮机控制系统的设计需求及技术难点
根据燃气轮机的控制需要，燃气轮机控制系统主要实现以下四项基本控制：（1）燃气轮机的加速度与转速限制的控制；（2）给定加/减负、启动以及停止过程的燃料量控制；（3）燃气轮机的输出功率控制；（4）燃气轮机燃烧区域的温度控制[1]。
根据燃气轮机性能控制需要，其控制指标为：（1）达到±0.2%的转速控制精度；（2）达到±0.3%的功率控制精度；（3）达到±0.5%的排气温度限制控制精度[2]。
但是随着日益尖锐的燃气轮机市场竞争，我们在设计控制系统时需要将整个市场竞争力与控制系统的设计需要紧密结合在一起，主要有以下几个方面：（1）功能型需求；（2）低成本需求；（3）可靠性需求；（4）环保需求。为了适应新的控制系统需求，需要设计更加复杂的燃气轮机，这就需要更加复杂的控制系统来实现其控制。总得来说， 目前燃气轮机控制系统发展所面临的技术难点主要包括电子控制器的高性能要求、控制规律的先进设计、自适应高精度的在线燃气轮机建模技术以及软件设计的先进技术等。
4. 未来燃气轮机控制系统的关键技术
考虑到国内外先进燃气轮机的发展计划及燃气轮机控制体统的特点[3]，新型燃气轮机控制系统的发展趋势为：（1）不断向低成本、高效率、大型化以及低污染方向发展；（2）将向航空燃气轮机的电子信息技术和控制系统靠近，采用先进的测量手段和控制算法；（3）适应燃煤联合循环产业化及燃料能源多元化需求。
根据新型燃气轮机控系统的发展趋势，其关键技术主要包括：（1）低排放燃烧控制技术；（2）主动间隙控制技术；（3）延寿控制技术；（4）自适应控制技术；（5）远程网络控制技术；（6）智能传感器与执行机构技术。
5. 结论
控制系统对于燃气轮机性能的优劣以及整个燃气轮机的性能具有重要的影响。世界上著名的燃气轮机生产厂商均花费巨资研究燃气轮机的新型控制技术。因此，燃气轮机的控制技术研究已经成为燃气轮机领域一个重要的分支，在燃气轮机未来的发展过程中将会扮演越来越重要的角色。
本文首先对燃气轮机控制系统的组成进行分析；然后，燃气轮机控制系统的设计需求及技术难点；最后，根据国内外先进燃气轮机的发展计划及燃气轮机控制体统的特点，总结了未来燃气轮机控制系统的关键技术，希望能够为研制我国自主产权的燃气轮机控制系统提供一定的参考。
参考文献
[1] 中国华电集团公司.大型燃气—蒸汽联合循环发电技术丛书： 控制系统分册[M]. 北京： 中国电力出版社，2009.
[2] 薛银春，孙建国. 燃气轮机控制技术综述[J]. 航空动力学报，2005，20（ 6） ： 1066-1071.
[3] LIEUWEN TIMOTHY C，YANG VIGOR. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines： Operational Experience，Fundamental Virginia： American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc.，2005.
关键词：燃气轮机；控制系统；电子控制器
1. 引言
国内燃气轮机多采用的相应控制系统大多数都是从国外进口的，但是随着国内燃气轮機国产化程度的不断提高以及燃气轮机技术的不断发展，定会对燃气轮机控制系统的自动化程度以及可靠性提出更高的要求。本文主要围绕燃气轮机的控制系统展开讨论，主要包括燃气轮机控制系统的组成、燃气轮机控制系统的设计需求及技术难点以及新型的燃气轮机控制技术。
2. 燃气轮机控制系统组成
2.1控制系统的电子控制器
作为燃气轮机控制系统核心部件的电子控制器，它主要完成诸如运行控制软件、进行逻辑判断和数学运算、采集燃气轮机机组状态信息、输出控制信号以及保证燃气轮机机组按照既定程序可靠安全地工作。
电子控制器主要采用双通道结构的方式，目的是保证系统运行的可靠性。电子控制器中两个完全相同的通道中均包含有电源模块、CPU模块、输入/输出模块等。两个通道之间的数据交换是通过DMA或者采用串行通讯协议的方式进行的，其中一个通道为主控通道，一个为热备份通道。当主控通道发生故障时，系统将会使备份通道工作；当两个通道均出现故障时，控制系统将自动急停运行。
2.2控制系统的液压执行装置
由控制系统的电子控制器发出的信号并不能直接的对燃气控制器的工作状态进行控制，需要通过液压放大机构和电液转换装置才能够得到燃气轮机诸如压气机进口导叶角度以及燃油流量等的输入变量，这就需要液压机械执行装置。
燃气轮机控制系统的燃油计量阀主要由中心油滤、进口油滤、定压活门、计量活门、压差活门、安全活门、放气活门以及电液伺服阀等组成，国产的燃油计量阀基本都是由设计单位自行研制的。
2.3控制系统的控制软件
燃气轮机控制系统重要组成部分的控制软件主要实现以下功能：（1）采集频率量、模拟量以及开关信号，进行消颤和滤波平滑等处理；（2）输出开关量信号和模拟量信号；（3）对传感器的故障诊断；（4）对燃气起动机的控制；（5）对电子控制器的机内故障进行检测；（6）实现燃气轮机的过滤态和稳态的燃油控制；（7）对起动机的控制；（8）实现发电机机组的减载以及加载控制；（9）实现燃气轮机的超温限制；（10）实现燃气轮机的超转限制；（11）实现燃气轮机的应急停车和正常停车；（12）压气机放气活门或者导叶等的防喘控制；（13）实现双通道之间以及与监控装置之间的通讯控制。
自制的电子控制器是早期的燃气轮机的控制系统，是嵌入式软件。随着工业控制领域中计算机控制系统的广泛应用，产生了组态软件，它集成了各种工业控制的强大功能，将数据采集、流程控制、网络数据传输、设备控制与输出、工程报表、双机热备份以及曲线与数据动态显示等功能实现模块化的设计，支持国内外众多的数据输出与采集设备。
3. 燃气轮机控制系统的设计需求及技术难点
根据燃气轮机的控制需要，燃气轮机控制系统主要实现以下四项基本控制：（1）燃气轮机的加速度与转速限制的控制；（2）给定加/减负、启动以及停止过程的燃料量控制；（3）燃气轮机的输出功率控制；（4）燃气轮机燃烧区域的温度控制[1]。
根据燃气轮机性能控制需要，其控制指标为：（1）达到±0.2%的转速控制精度；（2）达到±0.3%的功率控制精度；（3）达到±0.5%的排气温度限制控制精度[2]。
但是随着日益尖锐的燃气轮机市场竞争，我们在设计控制系统时需要将整个市场竞争力与控制系统的设计需要紧密结合在一起，主要有以下几个方面：（1）功能型需求；（2）低成本需求；（3）可靠性需求；（4）环保需求。为了适应新的控制系统需求，需要设计更加复杂的燃气轮机，这就需要更加复杂的控制系统来实现其控制。总得来说， 目前燃气轮机控制系统发展所面临的技术难点主要包括电子控制器的高性能要求、控制规律的先进设计、自适应高精度的在线燃气轮机建模技术以及软件设计的先进技术等。
4. 未来燃气轮机控制系统的关键技术
考虑到国内外先进燃气轮机的发展计划及燃气轮机控制体统的特点[3]，新型燃气轮机控制系统的发展趋势为：（1）不断向低成本、高效率、大型化以及低污染方向发展；（2）将向航空燃气轮机的电子信息技术和控制系统靠近，采用先进的测量手段和控制算法；（3）适应燃煤联合循环产业化及燃料能源多元化需求。
根据新型燃气轮机控系统的发展趋势，其关键技术主要包括：（1）低排放燃烧控制技术；（2）主动间隙控制技术；（3）延寿控制技术；（4）自适应控制技术；（5）远程网络控制技术；（6）智能传感器与执行机构技术。
5. 结论
控制系统对于燃气轮机性能的优劣以及整个燃气轮机的性能具有重要的影响。世界上著名的燃气轮机生产厂商均花费巨资研究燃气轮机的新型控制技术。因此，燃气轮机的控制技术研究已经成为燃气轮机领域一个重要的分支，在燃气轮机未来的发展过程中将会扮演越来越重要的角色。
本文首先对燃气轮机控制系统的组成进行分析；然后，燃气轮机控制系统的设计需求及技术难点；最后，根据国内外先进燃气轮机的发展计划及燃气轮机控制体统的特点，总结了未来燃气轮机控制系统的关键技术，希望能够为研制我国自主产权的燃气轮机控制系统提供一定的参考。
参考文献
[1] 中国华电集团公司.大型燃气—蒸汽联合循环发电技术丛书： 控制系统分册[M]. 北京： 中国电力出版社，2009.
[2] 薛银春，孙建国. 燃气轮机控制技术综述[J]. 航空动力学报，2005，20（ 6） ： 1066-1071.
[3] LIEUWEN TIMOTHY C，YANG VIGOR. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines： Operational Experience，Fundamental Virginia： American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc.，2005.