月亮湾电厂地处华南的深圳，属亚热带地区，每年受热带风暴袭扰频繁。而深圳电网建设相对落后，电网在热带风暴来袭时，经常会遭到雷电破坏故障。比如在2003年5月、7月受强台风破坏，电网发生故障，月亮湾电厂与电网系统脱离，变为孤网运行。而此时电厂的主力机组是GE公司的一套PG9171E型一拖一机组。因此PG9171E机组在孤网运行时的自适应能力强弱关系到电厂的自身安全生产，及区域供电用户的用电安全。
GE公司的PG9171E机组配置的控制系统是SPEEDTRONIC Mark-V燃气轮机控制系统。其包括4个功能子系统：主控制系统、顺序控制系统、保护系统、电源系统。而机组的孤网运行能力主要由主控制系统决定。主控系统的主要功能就是控制进入燃烧室燃料量，从而来控制燃机的转速和负荷。燃机主控系统的控制基准叫FSR（Fuel Stroke Reference燃料行程基准），就是用来表示进入燃烧室的燃料量，也可以直接理解为燃料阀门的开度。下图是燃机主控系统的一个原理图。
由图可见，主控系统就是从FSRSU(启动基准)、FSRACC(加速基准)、FSRN（转速基准）、FSRT（温度基准）、FSRSYN（同期基准）、FSRMAN（手动基准）、FSRSD（停机基准）中选取最小值，作为FSR输出，以保证燃机在任何工况下都不超温，安全经济运行。
那么在机组孤网运行时，主控系统能否控制机组不超温、超速，而稳定运行，保证对外供电呢。
一．首先，看看月亮湾9E机组在孤网运行时的实际表现。
07月24日凌晨，9E机组并网基本负荷运行，受台风“伊布都”的影响，电网在03：07分、07：26分两次出现故障，导致9E机组孤网运行，维持局部地区供电。故障过程中，DCS系统采集到的燃机主要参数变化曲线图一、二：
图一03:07时9E机组孤网运行
图二 07:26时9E机组孤网运行
03：06分故障情况如图一：在发生故障前的A点，故障后燃机控制系统动作负荷降至的最低点B点，开始升负荷后至预选负荷稳定值的C点，及系系统恢复稳定后的D点，燃机各主要响应参数值如下表：
时刻
TNH(%)
FSRN(%)
DWATT(MW)
FSR(%)
FQL1(%)
TTXM(℃)
TNR(%)
A点
03:07:00
100.13
65.77
104.77
62.78
62.9
542.18
104.22
B点
03:07:12
101.49
50.59
79.17
50.24
51.11
540.55
104.22
C点
03:11:42
102.32
53.31
87.63
53.38
54.07
537.29
105.52
D点
03:19:36
99.95
65.32
104.97
62.9
62.95
542.53
104.09
二．9E机组孤网运行时，控制系统调节能力分析
A点:燃机受温度FSRT控制，即FSR=FSRT=62.78%,燃机基本负荷运行，DWATT=104.77MW;
B点:燃机受速度FSRN控制，即FSR=FSRT=50.59%；但我们分析：在由A点至B
点的过程开始很短时间里，燃机是受加速FSRACC控制，控制了燃机转速（网频）
的升速率不超过1％/秒；之后才是受速度FSRN控制；只是DCS采样周期为5秒，
加速FSRACC控制部分曲线上未能表现出来（采样时间相对太长，加速控制部分
未能采样到）；因在系统故障燃机控制系统调节初期，TNR是不变化的，从曲线
即采样数据上也能看得出来。
在故障前稳定得A点：FSRN高出FSRT(FSR)的值为2.99%，根据上述FSRN的计
算公式，我们可以算出当△TNH*15%/%≥2.99%时，即：△TNH≥0.2％时，且燃机
转速的加速趋势小过1％/秒后， FSRN将参与调节控制。该时的燃机对应转速为
(100.13＋0.2)%=100.23%:相当于网频f=50.11 Hz 5时;大家可能会提出疑问：
在正常运行时，网频f的波动都可能超过50.115Hz,为什么FSRN不参与控制呢？
这一点我们还得从FSRN的算法上找搭案：我们已经知道：
FSRN=FSR+(TNR-DWATT*0.037%/MW-TNH)* 15%/%
注意：上述算式中红色的FSR是实际参与控制机组的基准，而且是上次采样值。
在正常运行时，FSR=FSRT,若网频向上波动，只要向上的加速率不超过1%/秒，
即加速FSRACC未进入控制，TNR也将随着TNH一起向上波动，FSRN始终高过FSRT
约(3％～6％)左右；但在系统故障时，因瞬间的加速率很大，导致加速FSRACC
参与了控制，即上式中的红色FSR就不再是FSRT而是FSRACC;此时的FSRACC已
低过FSRT有一定数值，同时在FSRACC作用下，燃机功率已降低较多（如上图），
功率下降后，燃机排烟温度TTXM也有较大下降，导致FSRT升高。故在网频升高
率低过1％/秒后，速度控制FSRN即参与控制。从DCS曲线上看，燃机负荷甩至
79MW,汽机负荷甩至56MW,总甩掉的负荷为28MW.此时机组转速为101.49％（网
频：50.745Hz）;我们分析：系统在故障发生时刻，我厂出力超过用电负荷过多，
导致机组转速有较大的加速上升趋势，TNHA=dTNH/dT已远远大过燃机控制系统
设定的加速限制率TNHAR（1％/秒），根据FSRACC的控制算法，该时，FSRACC
已较快的速度下降，直接参与控制燃油基准降低喷油量，燃机负荷快速下降；燃
机负荷下降后，因燃机排烟温度TTXC及排气量的下降，汽机功率也随后下降，
这样，机组出力与系统负荷差额减少，机组加速率减缓；加速控制FSRACC退出；
FSRN开始参与控制。在故障时，机组响应后的B点，系统频率不能达到正常运
行时的50Hz左右的原因是1＃燃机及2＃汽机不参与系统调频。
C点：当FSRN参与控制后，在运行人员未选择预选负荷干预时（实际上预选负
荷目标值是按一定的速率：12MW/MIN变化至命令值的），燃机依然按正常的
升负荷率（TNR按0.3％/MIN）上升，直到达预选负荷值（选择预选负荷干预后）
或达基本负荷值。03:06分故障，运行人员已进行了选择预选负荷87MW的干预，
且在C点时，2＃机的负荷已由60MW降至55MW,总出力为142MW,较稳定运行时的
负荷低20MW,系统频率则上升至51.16Hz(机组转速：102.32％)。考虑到发出的
功率必须在用电方消耗的平衡原则，我们分析网频上升的原因为：在有B点至C
点的过程中，由于尚不明确用电负荷的变化情况（主要是电动设备），在此暂假
定用电额定负荷不变，但其实际负荷是与电网频率f（衡转速电动设备）或电网
频率的二次方f2（变转速电动设备）呈正比关系。虽然用电负荷的实际消耗与网
电压也有关系，但当时1＃，2＃机励磁调节方式为选择电压控制方式，网电压
因在控制范围内；我厂机组出力的增加（MW）必须由用电设备消耗，但在假定用
电额定负荷不变（没有退出运行的设备也没有再投入运行的设备）的情况下，必
然会导致系统频率的增加，用电方的实际消耗功率增加。
D点：系统恢复后，我厂机组出力恢复额定满负荷出力，从上图及表中可以看出，
它同故障发生前A点运行参数一致。
07：26分故障情况如图二：在发生故障前的A点，故障后燃机控制系统动作负荷降至的最低点B点，开始升负荷后至预选负荷稳定值的C点，及系系统恢复稳定后的D点，燃机各主要响应参数值如下表：
时刻
TNH(%)
FSRN(%)
DWATT(MW)
FSR(%)
FQL1(%)
TTXM(℃)
TNR(%)
A点
07:26:00
100.14
67.13
103.16
62.17
62.01
543.19
104.28
B点
07:26:06
101.88
44.89
73.48
45.83
45.56
491.42
104.28
C点
07:28:00
101.88
50.84
78.81
51.09
51.18
542.81
104.77
D点
07:38:36
99.97
64.84
103.56
62.32
61.54
543.57
104.05
本次系统故障同03：06分时机组的响应一致，只是在B点至C点过程中，运行人员在有了上次经验后，提前将预选负荷设定值选定在80MW左右，而没有发生在第一次故障时选择预选负荷干预后，由于预选负荷设定值向目标值变化是按一定速率变化的（12MW/MIN）,导致负荷干预变缓；本次提前选定预选负荷后，在B点～C点的过程中，燃机负荷控制较好，同时汽机岗人员也通过人为调小调门，控制汽机负荷导致网频的上升较03:06分故障时少，本次网频最高为50.91Hz(机组转速101.88％)。另外一个同03：06分故障过程不同点就是：在B点～C点的过程中，随着我厂机组出力的不断增加，系统频率呈缓慢下降趋势（见图二）。对于这一点，我们认为主要原因是我厂所带区域负荷（孤网）在缓缓增加，但在07：34分通过南电母连并网前，我厂出力还是要高出区域用电的额定负荷，网频依然偏高。在07：34分同系统并网后，频率恢复正常，我厂机组也逐渐升至基本负荷的D点。
三．结论
通过对Mark-V主控制系统分析，及孤网运行时机组的实际表现，说明PG9171E燃机在故障发生时的负荷调节能力是相当强的，响应速度是非常迅速的。9E燃机原则上的调节负荷能力应在0～100MW范围以上：即燃机满负荷至燃机脱网；另因9E机组在速度控制FSRN的算法中引入了功率DWATT的负反馈，而6B燃机的速度控制FSRN的算法未引入功率DW的负反馈，这样9E机组在加速限制退出后的速度控制中FSRN的上升速度较6B机组慢，从曲线上看燃机出力的上升也不象6B机组那么快，这样有两个好处:
1）在上述燃机升负荷过程中，负荷上升缓慢，调节系统不易出现超调，保证系统稳定；
2）在燃机开始升负荷后，由于负荷上升缓慢，能够给出一定时间让运行人员调节汽机负荷，使得故障时网频不致过高。在03：06分的故障中，由于上述两方面的好处，系统频率最高51.16Hz(机组转速：3070RPM),未达到2＃汽机OPC的超速保护动作转速3090RPM,保证了汽机不跳闸；我们分析，若9E燃机的FSRN控制算法中未引入功率的负反馈，其升负荷曲线可能同6B机组一样较快，2＃汽机将很有可能因OPC动作跳闸，导致系统的进一步波动。
