某型燃气轮机发电模块控制系统半物理仿真研究

发布时间：2017-09-30 00:04

  本文关键词：某型燃气轮机发电模块控制系统半物理仿真研究

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【摘要】：随着舰船推进系统的飞速发展，世界各国都将研究的重点放在了船舶综合电力推进系统上，它以效率高、可靠性高、安全性好、操作性优越、平均故障间隔时间长以及续航能力强等优点，被视为现今船舶推进动力的发展方向。燃气轮机以其单机功率大、体积小、机动性好等优点成为综合电力系统中发电模块理想的原动机选择。近年来某型三轴燃气轮机在地面燃机电站、舰船推进、天然气管道运输等诸多工程方面的应用，为燃气轮机作为综合电力推进系统的原动机模块积累了大量的实际经验，燃气轮机已经成为舰船综合电力系统发电模块大功率优选机型。鉴于燃气轮机发电模块是舰船综合电力系统的能源的基础单元，因此其控制技术是舰船综合电力系统的核心技术之一 本文以某型三轴燃气轮机及十二相同步整流发电机的技术参数为基础，建立了燃气轮机主要部件以及等效的三轴同步发电机的数学模型。在Matlab/Simulink仿真软件平台上，按照模块化的建模思想建立了以数学模型为基础的燃气轮机发电模块仿真模型。通过罗克韦尔ControlLogix控制系统和ADI rtX实时仿真机物理连接构建了半物理仿真试验平台。根据综合电力系统燃气轮机发电模块的性能要求，制定了在燃气轮机和发电机起动和工况运行时的控制策略和算法，完成了控制软件开发，通过半物理仿真试验平台进行了对于控制策略和算法的半物理仿真实验验证，通过半物理仿真实验和实机试验的结果对比，表明制定的以增量式PID算法的燃气轮机和发电机控制策略满足综合电力系统燃气轮机发电模块的性能要求。 本课题的研究结果可为后续的舰船燃气轮机发电机组控制系统的试验研究以及实机控制提供参考。
【关键词】：燃气轮机 发电模块 负荷突变 控制策略 半物理仿真
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.2 国内外的研究发展现状12-16
• 1.2.1 发电模块的发展与应用12-13
• 1.2.2 燃气轮机仿真技术的研究现状13-15
• 1.2.3 燃气轮机控制系统的发展现状15-16
• 1.3 本论文的主要研究内容16-18
• 第二章 燃气轮机发电模块模型的建立18-36
• 2.1 燃气轮机发电模块原动机数学模型18-23
• 2.1.1 压气机数学模型18-19
• 2.1.2 燃烧室数学模型19-20
• 2.1.3 涡轮数学模型20
• 2.1.4 转子的数学模型20-21
• 2.1.5 容积模块数学模型21-22
• 2.1.6 放气模块数学模型22-23
• 2.2 燃气轮机发电模块发电机数学模型23-25
• 2.2.1 等效三相同步发电机数学模型23-24
• 2.2.2 发电机整流系统等效数学模型24
• 2.2.3 发电机励磁系统数学模型24-25
• 2.2.4 电力负载数学模型25
• 2.3 发电模块原动机仿真模型25-30
• 2.4 发电模块发电机仿真模型30-33
• 2.5 发电模块仿真模型33-34
• 2.6 仿真模型说明34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第三章 燃气轮机发电模块控制系统设计36-50
• 3.1 控制系统控制指标的要求36-37
• 3.1.1 燃气轮机控制指标要求36-37
• 3.1.2 发电机控制指标要求37
• 3.2 发电模块控制系统功能37-39
• 3.3 发电模块控制算法的选取39-40
• 3.4 增量式 PID 控制器40-41
• 3.5 燃气轮机的控制策略41-48
• 3.5.1 起动阶段的控制策略42-43
• 3.5.2 高压压气机转速的控制策略43-45
• 3.5.3 动力涡轮转速控制的控制策略45-48
• 3.6 发电机的控制策略48-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第四章 半物理仿真试验平台的搭建50-59
• 4.1 Allen-Bradley ControlLogix 控制系统50-52
• 4.1.1 ControlLogix 控制系统的硬件构成50-52
• 4.1.2 控制系统软件平台52
• 4.2 ADI rtX 仿真机52-54
• 4.2.1 ADI rtX 仿真机的硬件组成53-54
• 4.2.2 ADI rtX 仿真机的软件平台54
• 4.3 仿真试验平台的构建54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 半物理仿真结果与分析59-74
• 5.1 仿真模型的半物理仿真验证59-62
• 5.1.1 燃气轮机仿真模型验证59-60
• 5.1.2 发电机仿真模型验证60-62
• 5.2 燃气轮机起动阶段仿真结果62-63
• 5.3 燃气轮机高压压气机转速控制仿真结果63-65
• 5.3.1 单机组高压压气机转速控制仿真结果63-64
• 5.3.2 双机组功率控制仿真结果64-65
• 5.4 燃气轮机动力涡轮转速控制仿真结果65-67
• 5.5 燃机控制与励磁控制结合的仿真结果67-70
• 5.6 半物理仿真结果分析与研究70-73
• 5.7 本章小结73-74
• 结论74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录（一） 攻读硕士期间发表论文81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 杨涛;王志涛;李淑英;;船用分轴燃气轮机的模块化建模与动态仿真[J];汽轮机技术;2008年04期

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4 金焘;;国外舰船电力推进技术发展概况[J];上海造船;2006年02期

5 范啸平;王敏;;现代舰船综合电力推进技术综述[J];上海造船;2007年04期

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本文编号：944971