一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺及驗證方法技術方案

本發明專利技術公開了一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺及驗證方法，該驗證平臺中的燃氣輪機本體仿真系統和燃機輔助系統及聯合循環仿真系統均用于接收燃氣輪機及聯合循環控制系統發送的控制指令，并返回反饋仿真信號；IGV/VGVs調節物理模擬系統包括對頂的驅動力執行機構和負載力執行機構；驅動力執行機構用于模擬IGV/VGVs動作；負載力執行機構用于為驅動力執行機構提供負載力，并接收數據采集及信號模擬系統發送的負載力控制信號；燃料調節物理模擬系統包括燃料控制閥和燃料速比閥，用于根據控制指令調節閥門開度。本發明專利技術提供的技術方案，以解決當前重型燃氣輪機控制系統的驗證方案存在的試驗周期長、試驗成本高、仿真驗證精度差的問題。

【技術實現步驟摘要】
一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺及驗證方法
本專利技術涉及燃氣輪機
，尤其涉及一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺及驗證方法。
技術介紹
燃氣輪機控制系統需要保障重型燃氣輪機長期安全運行，并在各類故障情況下保證機組安全停機，所以在控制系統研制過程中，需要對重型燃氣輪機的工作情況進行各種試驗，驗證控制系統設計的可靠性。目前針對燃氣輪機控制系統的設計驗證有兩種方式。一種是通過試驗的方式，直接在燃氣輪機機組上進行控制系統設計驗證，該方式需在燃機本體研制完成后，才能進行控制系統驗證，并且可能會因為控制系統的缺陷造成機組損傷。另一種是通過仿真的方式，目前的仿真存在關鍵部件仿真精度差、仿真范圍有限等缺點，僅能仿真部分關鍵部件，無法對燃機控制系統的控制邏輯進行全面的驗證。
技術實現思路
本專利技術實施例提供了一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺及驗證方法，以解決當前燃氣輪機控制系統的驗證方案存在的試驗周期長、試驗成本高、仿真驗證精度差等缺點。第一方面，本專利技術實施例提供了一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，包括：燃氣輪機及聯合循環控制系統、燃氣輪機本體仿真系統、燃機輔助系統及聯合循環仿真系統、IGV/VGVs調節物理模擬系統、燃料調節物理模擬系統和數據采集及信號模擬系統；所述燃氣輪機本體仿真系統至少包括壓氣機模型、燃燒室模型、透平模型、轉子模型和燃料系統模型，并通過所述數據采集及信號模擬系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送的控制指令，并向所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送反饋仿真信號；所述燃機輔助系統及聯合循環仿真系統至少包括燃氣輪機輔助系統模型、汽輪機模型和余熱鍋爐模型，并與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，或通過所述數據采集及信號模擬系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統的控制指令，并向所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送反饋仿真信號；所述IGV/VGVs調節物理模擬系統包括對頂的驅動力執行機構和負載力執行機構；所述驅動力執行機構用于模擬IGV/VGVs動作，接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統的控制指令；所述負載力執行機構用于為所述驅動力執行機構提供負載力，并接收所述數據采集及信號模擬系統發送的負載力控制信號；所述燃料調節物理模擬系統包括燃料控制閥和燃料速比閥，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送的控制指令，以調節閥門開度；所述燃料調節物理模擬系統用于將閥門開度信息發送至所述燃氣輪機本體仿真系統和所述燃氣輪機及聯合循環控制系統。第二方面，本專利技術實施例還提供了一種重型燃氣輪機控制系統驗證方法，包括：根據重型燃氣輪機控制系統的設計需求和設計方案，制定所述重型燃氣輪機控制系統的測試大綱和測試方案；所述測試方案至少包括控制柜、燃機主控程序、伺服控制程序、輔助系統控制程序、順序控制程序、保護程序、人界接口驗證和IO分配；制定控制邏輯軟件程序測試用例并進行軟件測試；所述控制邏輯軟件程序至少包括燃機主控程序、伺服控制程序、輔助系統控制程序、順序控制程序、保護程序和人界接口程序；制定所述重型燃氣輪機控制系統的硬件測試用例并進行硬件測試；所述硬件測試用例至少包括控制柜、I/O模塊和通訊網絡；制定系統集成測試用例，進行全工況系統級測試；各個工況至少包括啟動工況、冷拖工況、點火工況、暖機工況、全速空載工況、并網工況、停機工況和多個不同負荷工況。本專利技術中，將整個重型燃氣輪機控制系統驗證平臺設置成為半實物仿真平臺，燃氣輪機及聯合循環控制系統，作為總控制器能夠發出控制指令和接收反饋信號；燃氣輪機本體仿真系統和燃氣輪機輔助系統及聯合循環仿真系統均采用軟件仿真實現，而該驗證平臺的IGV/VGVs調節物理模擬系統和燃料調節物理模擬系統，均采用實物執行機構，具體的，通過IGV/VGVs調節物理模擬系統的驅動力執行機構和負載力執行機構，模擬真實的IGV/VGVs動作，從而在接收燃氣輪機及聯合循環控制系統的控制指令后，反饋較為真實的反饋仿真信號，燃料調節物理模擬系統包括燃料控制閥執行機構和燃料速比閥執行機構，用于為燃氣輪機控制系統提供較為真實的控制對象，便于燃氣輪機及聯合循環控制系統對閥門開度進行精準控制，本實施可真實的驗證燃氣輪機控制系統的的各個工況，不需要等待燃機本體研制完成后進行驗證，極大的降低燃氣輪機控制系統的研發的風險，縮短研發時間，降低驗證成本，且半實物仿真的方案極大的提高了重型燃氣輪機控制系統驗證平臺的仿真精度。附圖說明圖1是本專利技術實施例提供的一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺的結構示意圖；圖2是本專利技術實施例提供的另一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺的結構示意圖；圖3是本專利技術實施例提供的另一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺的結構示意圖；圖4是本專利技術實施例提供的一種重型燃氣輪機控制系統驗證方法的流程示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本專利技術，而非對本專利技術的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本專利技術相關的部分而非全部結構。本專利技術實施例提供了一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，如圖1所示，圖1是本專利技術實施例提供的一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺的結構示意圖，包括：燃氣輪機及聯合循環控制系統1、燃氣輪機本體仿真系統7、燃機輔助系統及聯合循環仿真系統8、IGV/VGVs調節物理模擬系統5、燃料調節物理模擬系統6和數據采集及信號模擬系統4；燃氣輪機本體仿真系統7至少包括壓氣機模型、燃燒室模型、透平模型、轉子模型和燃料系統模型，并通過數據采集及信號模擬系統4與燃氣輪機及聯合循環控制系統1連接，用于接收燃氣輪機及聯合循環控制系統1發送的控制指令，并向燃氣輪機及聯合循環控制系統1發送反饋仿真信號；燃機輔助系統及聯合循環仿真系統8至少包括燃氣輪機輔助系統模型、汽輪機模型和余熱鍋爐模型，并與燃氣輪機及聯合循環控制系統1連接，或通過數據采集及信號模擬系統4與燃氣輪機及聯合循環控制系統1連接，用于接收燃氣輪機及聯合循環控制系統1的控制指令，并向燃氣輪機及聯合循環控制系統1發送反饋仿真信號；IGV/VGVs調節物理模擬系統5包括對頂的驅動力執行機構51和負載力執行機構52；驅動力執行機構51用于模擬IGV/VGVs動作，接收燃氣輪機及聯合循環控制系統1的控制指令；負載力執行機構52用于為驅動力執行機構51提供負載力，并接收數據采集及信號模擬系統4發送的負載力控制信號；燃料調節物理模擬系統6包括燃料控制閥61和燃料速比閥62，用于接收燃氣輪機及聯合循環控制系統1發送的控制指令，以調節閥門開度；燃料調節物理模擬系統6用于將閥門開度信息發送至燃氣輪機本體仿真系統7和燃氣輪機及聯合循環控制系統1。本專利技術中，將整個重型燃氣輪機控制系統驗證平臺設置成為半實物仿真平臺，燃氣輪機及聯合循環控制系統，作為總控制器能夠發出控制指本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，包括：燃氣輪機及聯合循環控制系統、燃氣輪機本體仿真系統、燃機輔助系統及聯合循環仿真系統、IGV/VGVs調節物理模擬系統、燃料調節物理模擬系統和數據采集及信號模擬系統；/n所述燃氣輪機本體仿真系統至少包括壓氣機模型、燃燒室模型、透平模型、轉子模型和燃料系統模型，并通過所述數據采集及信號模擬系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送的控制指令，并向所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送反饋仿真信號；/n所述燃機輔助系統及聯合循環仿真系統至少包括燃氣輪機輔助系統模型、汽輪機模型和余熱鍋爐模型，并與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，或通過所述數據采集及信號模擬系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統的控制指令，并向所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送反饋仿真信號；/n所述IGV/VGVs調節物理模擬系統包括對頂的驅動力執行機構和負載力執行機構；所述驅動力執行機構用于模擬IGV/VGVs動作，接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統的控制指令；所述負載力執行機構用于為所述驅動力執行機構提供負載力，并接收所述數據采集及信號模擬系統發送的負載力控制信號；/n所述燃料調節物理模擬系統包括燃料控制閥和燃料速比閥，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送的控制指令，以調節閥門開度；所述燃料調節物理模擬系統用于將閥門開度信息發送至所述燃氣輪機本體仿真系統和所述燃氣輪機及聯合循環控制系統。/n...

【技術特征摘要】
1.一種重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，包括：燃氣輪機及聯合循環控制系統、燃氣輪機本體仿真系統、燃機輔助系統及聯合循環仿真系統、IGV/VGVs調節物理模擬系統、燃料調節物理模擬系統和數據采集及信號模擬系統；
所述燃氣輪機本體仿真系統至少包括壓氣機模型、燃燒室模型、透平模型、轉子模型和燃料系統模型，并通過所述數據采集及信號模擬系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送的控制指令，并向所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送反饋仿真信號；
所述燃機輔助系統及聯合循環仿真系統至少包括燃氣輪機輔助系統模型、汽輪機模型和余熱鍋爐模型，并與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，或通過所述數據采集及信號模擬系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統的控制指令，并向所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送反饋仿真信號；
所述IGV/VGVs調節物理模擬系統包括對頂的驅動力執行機構和負載力執行機構；所述驅動力執行機構用于模擬IGV/VGVs動作，接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統的控制指令；所述負載力執行機構用于為所述驅動力執行機構提供負載力，并接收所述數據采集及信號模擬系統發送的負載力控制信號；
所述燃料調節物理模擬系統包括燃料控制閥和燃料速比閥，用于接收所述燃氣輪機及聯合循環控制系統發送的控制指令，以調節閥門開度；所述燃料調節物理模擬系統用于將閥門開度信息發送至所述燃氣輪機本體仿真系統和所述燃氣輪機及聯合循環控制系統。


2.根據權利要求1所述的重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，還包括：故障注入系統；
所述故障注入系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于輸入模擬故障信號；所述模擬故障信號至少包括I/O短路故障和I/O斷路故障。


3.根據權利要求2所述的重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，所述故障注入系統包括：故障注入軟件、模擬量輸入故障注入模塊、模擬量輸出故障注入模塊和BOB短路斷路盒；
所述故障注入軟件分別與所述模擬量輸入故障注入模塊、模擬量輸出故障注入模塊和BOB短路斷路盒連接，用于控制所述模擬故障信號的產生，以驗證所述燃氣輪機及聯合循環控制系統的保護功能。


4.根據權利要求1所述的重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，還包括：測量系統；
所述測量系統與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統連接，用于模擬燃氣輪機的轉速信號、壓力測量信號、壓差測量信號和振動測量信號。


5.根據權利要求4所述的重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，所述測量系統包括：轉速模擬系統、壓力壓差模擬系統和信號發生裝置；
所述壓力壓差模擬系統包括壓力泵、截止閥和多個等級的壓力表；通過調節壓力泵的壓力等級實現所述壓力表的不同壓力等級模擬，以模擬壓力及壓差信號；所述壓力壓差模擬系統還用于將所述壓力及壓差信號輸出至所述燃氣輪機及聯合循環控制系統；所述壓力及壓差信號至少包括典型壓力信號、壓差信號和流量信號；
所述轉速模擬系統包括VRB轉速校驗臺和多個轉速傳感器；用于模擬燃氣輪機的轉速信號，并將所述燃氣輪機的轉速信號輸出至所述燃氣輪機及聯合循環控制系統；
所述信號發生裝置用于模擬振動信號，并將所述模擬振動信號發送至述燃氣輪機及聯合循環控制系統，以驗證所述燃氣輪機的振動保護功能。


6.根據權利要求1所述的重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，還包括：配套系統；所述配套系統包括液壓油系統和電氣系統；
所述液壓油系統分別與所述IGV/VGVs調節物理模擬系統和所述燃料調節物理模擬系統連接，用于為所述IGV/VGVs調節物理模擬系統和所述燃料調節物理模擬系統提供液壓油；
所述電氣系統分別與所述燃氣輪機及聯合循環控制系統、燃氣輪機本體仿真系統、燃機輔助系統及聯合循環仿真系統和數據采集及信號模擬系統連接，用于提供電源。


7.根據權利要求6所述的重型燃氣輪機控制系統驗證平臺，其特征在于，所述液壓油系統包括液壓油箱、控制油泵、濾油器、溢流閥、冷油機、電加熱器、蓄能器、空氣濾清器、液位計、液位開關、差壓開關、溫度傳感器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李俊昆，高升，范雪飛，劉傳亮，張緒炎，楊志鵬，
申請(專利權)人：上海發電設備成套設計研究院有限責任公司，
類型：發明
國別省市：上海;31