某重型燃气轮机瞬态模型开发与验证

发布时间：2020-09-16 15:12

　　 近年来,我国政府提出了多个国家战略,在环境污染、产业升级、能源转型、关键装备突破等方面提出了更高的要求,由于燃气轮机污染小、热效率高且调峰性能好,在航空、发电、舰船上具有独特优势,使得我国的燃气轮机发电技术正面临巨大的发展机遇,在气体化石能源产量稳步提高的大环境下,燃气轮机联合循环发电所占比重越来越高,必将日渐成为发电领域的中坚力量。无论从国家发展的要求角度,还是发电市场的需求角度,燃气轮机的自主研发设计体系都是至关重要的,建立精确的燃气轮机瞬态仿真模型就是其中重要的技术环节之一。燃气轮机瞬态仿真模型可以通过数字仿真实验来研究机组的动力学特性,对深入了解高性能燃气轮机及其联合循环机组的机理和特性,掌握先进的控制系统设计和控制规律,分析解决机组运行中发生的问题,对引进设备、技术的消化吸收与以后的自主研发设计均具有十分重要的现实意义。本文首先对燃气轮机瞬态模型的开发方法及平台做了详细的调研与总结;研究了燃气轮机关键部件的特性获取方法;然后基于Matlab/Simulink仿真平台采用模块化、基于机理建模的非线性模型方法建立了燃气轮机部件以及关键控制器等仿真模型,并搭建起单轴燃气轮机瞬态模型;在此次研究过程中将搭建的燃气轮机模型应用到某重型燃气轮机的启动过程仿真,从而指导该重型燃气轮机的设计工作,取得了良好的仿真效果。结果表明,搭建的燃气轮机瞬态性能仿真模型,不仅在设计工况下具有较好的仿真精度,还可以对燃气轮机启动等瞬态过程进行较好的仿真模拟。故本文所建立的燃气轮机瞬态性能仿真模型对于机组运行特性分析与预测,控制系统的调试与优化和系统与设备的故障诊断等方面均具有实际的工程意义。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK472
【部分图文】：

量、相对效率值、相对压比的形式。以 IGV=100%时为例，选取折合转速=1.0 下的数据，就可以得到 IGV=100%下的一条等转速线，取一系列转速，就可以得到该 IGV开度下的压气机特性线。如某重型燃气轮机IGV=100%时压气机效率特性如图1所示。图 1 某重型燃气轮机压气机 IGV=100%效率特性线Fig.1 Compressor characteristic line of a heavy duty gas turbine at IGV=100%由于受到三维软件计算的限制，从压气机设计人员得到的特性数据点并不能遍布整个压气机特性线，所得特性数据并不完整，如图 1 所示。如果直接进行变工况计算，系统迭代中部件特性会超出已有压气机特性数据范围，导致迭代计算速度慢，计算误差大，甚至会不收敛。因此，需要对已经得到的特性数据做进一步处理，即使用一定的数学方法对部件特性进行规范化处理并补充完整。补充部件特性线本质上属于曲线拟合延长。目前特性线拟合方法主要有：多项式拟合、神经网络法、外推法、偏最小二乘法等，或者几种方法相结合。多项式拟合方法只是数据的单纯数学拟合，在特性线延长计算中，计算的特性值与实际特性值出入较大。由于各个转速下从 OEM 厂家数据分析得到的特性线的压比区间不同

完整的某重型燃气轮机压气机IGV=100%效率特性线

图 4 单轴燃气轮机瞬态物理模型Fig.4 Transient physical model of a single shaft gas turbine是单轴燃气轮机的动力学的物理模型，决定其热力系统瞬态特性的性、容积惯性和热惯性。其中，转动惯量主要为包括压气机、透平内的转动惯量，以 I 表示；容积惯性主要包括位于压气机、透平之间

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本文编号：2820011