基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)技術(shù)方案

本技術(shù)涉及一種基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制柜連接電液執(zhí)行器，用于采集被調(diào)節(jié)控制的電液執(zhí)行器參數(shù)狀態(tài)，輸出控制指令信號電液執(zhí)行器；電液執(zhí)行器連接汽輪機模型及仿真機，用于將調(diào)節(jié)控制柜輸出的控制指令信號轉(zhuǎn)換為液壓動作，實現(xiàn)對被驅(qū)動的汽輪機模型及仿真機位置的開度控制；汽輪機模型及仿真機通過負載模擬裝置反饋連接電液執(zhí)行器，負載模擬裝置用于根據(jù)仿真機計算輸出的汽輪機調(diào)節(jié)閥負荷力，在調(diào)節(jié)控制柜的控制作用下產(chǎn)生輸出力作用至電液執(zhí)行器，以模擬電液執(zhí)行器驅(qū)動負載時的特性。本技術(shù)能實現(xiàn)汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)性能的高精度仿真驗證，降低調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗資源需求。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能仿真系統(tǒng)，尤其是一種汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)。

技術(shù)介紹

1、調(diào)節(jié)性能是汽輪發(fā)電機組重要的性能指標之一。目前，汽輪發(fā)電機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用deh電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖1所示，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由傳感器、調(diào)節(jié)控制器、伺服控制卡、電液執(zhí)行器等部分組成，由傳感器檢測汽輪機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機功率、電液執(zhí)行器位移等參數(shù)，由調(diào)節(jié)控制器根據(jù)檢測反饋的汽輪機轉(zhuǎn)速、功率相關(guān)參數(shù)，輸出控制指令至伺服控制卡，由伺服控制卡驅(qū)動電液轉(zhuǎn)換閥實現(xiàn)電控制信號至液壓控制信號的轉(zhuǎn)換，從而由液壓執(zhí)行器實現(xiàn)汽輪機進汽調(diào)節(jié)閥的位置開度控制，調(diào)節(jié)進入汽輪機的蒸汽流量完成汽輪機的控制調(diào)節(jié)。

2、汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的仿真需要考慮其調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)特性以及汽輪機特性。目前，針對汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建模仿真通常采用以下兩種方式。

3、一種方式是基于汽輪機及調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的建模方法。該方法的主要代表是美國電氣和電子工程師協(xié)會(ieee)提供的汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)典數(shù)學(xué)模型，其包括了汽輪機及調(diào)節(jié)系統(tǒng)中如蒸汽容積、轉(zhuǎn)子、汽輪機功率、調(diào)速器、電液伺服執(zhí)行機構(gòu)等典型環(huán)節(jié)的特性模型。該方法重點關(guān)注描述對象的外特性響應(yīng)。

4、如轉(zhuǎn)子功率模型方程：

5、

6、式中為轉(zhuǎn)子飛升時間常數(shù)，β為自平衡系數(shù)，

7、

8、如蒸汽容積模型方程：

9、

10、式中為容積時間常數(shù)，其物理含義是：蒸汽流量為額定流量q0時，使該容積中的蒸汽流量自零增加到m0＝vρ0所需的時間。

<p>11、通過參數(shù)辨識的方法，得到如轉(zhuǎn)子飛升時間常數(shù)、蒸汽容積時間常數(shù)、油動機時間常數(shù)等機組的特性參數(shù)，實現(xiàn)汽輪機及調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性模型的構(gòu)建。但該方法是基于汽輪機理想做功等假定狀態(tài)，對實際汽輪機及調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的相關(guān)環(huán)節(jié)進行線性和簡化處理建模，模型主要體現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)性能，且受參數(shù)辨識的限制，針對汽輪機變工況、以及控制系統(tǒng)算法的仿真驗證準確性和適用性不足。

12、另一種方式是基于汽輪機及調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)機理特性表達式的建模方法。該方法是面向汽輪機及調(diào)速系統(tǒng)的實際物理對象，建立描述物理對象輸入、輸出參數(shù)及其特征關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式模型，該方法可以重點體現(xiàn)對象的內(nèi)特性。

13、如汽輪機調(diào)節(jié)閥流量特性表達式：

14、

15、

16、其中μ表示調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)(相關(guān)于閥頭、閥座的結(jié)構(gòu)決定的前后極限壓比，閥門前后的壓比),qf表示流過調(diào)節(jié)閥閥門的流量kg/s，acr表征閥門在對應(yīng)升程下的閥門開啟面積cm2，p0表示調(diào)節(jié)閥閥前的壓力mpa，v0表示調(diào)節(jié)閥前比容m3/kg。

17、通過該建模方法，可以實現(xiàn)對建模對象在不同輸入?yún)?shù)下特性變化的準確描述，提升建模仿真的準確度。但該方法需要準確掌握和描述物理對象機理特性，針對電子控制器、電液執(zhí)行器等對象環(huán)節(jié)的電路特性、控制算法建模難度大、準確性不高，從而限制了整體仿真的準確性。因此，需要設(shè)計一種能實現(xiàn)汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)性能的高精度仿真驗證，降低調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗資源需求的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)是要提出一種基于deh在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)性能的高精度仿真驗證，降低調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗資源需求。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)的技術(shù)方案是：一種基于deh在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)控制柜、電液執(zhí)行器、負載模擬裝置、汽輪機模型及仿真機，調(diào)節(jié)控制柜連接電液執(zhí)行器，用于采集被調(diào)節(jié)控制的電液執(zhí)行器參數(shù)狀態(tài)，并輸出控制指令信號給電液執(zhí)行器；電液執(zhí)行器連接汽輪機模型及仿真機，用于將調(diào)節(jié)控制柜輸出的控制指令信號轉(zhuǎn)換為液壓動作，實現(xiàn)對被驅(qū)動的汽輪機模型及仿真機位置的開度控制；汽輪機模型及仿真機通過負載模擬裝置反饋連接電液執(zhí)行器，用于模擬電液執(zhí)行器驅(qū)動負載時的特性。

3、進一步，調(diào)節(jié)控制柜包括調(diào)速控制器、伺服卡，調(diào)速控制器通過伺服卡連接電液執(zhí)行器。

4、進一步，調(diào)速控制柜采用嵌入式調(diào)速控制器，配備模擬量、開關(guān)量的輸入輸出模塊、轉(zhuǎn)速采集模塊、伺服控制模塊。

5、進一步，負載模擬裝置采用雙作用的液壓油缸。

6、進一步，負載模擬裝置的雙作用的液壓油缸活塞桿上設(shè)置拉壓力傳感器。

7、進一步，負載模擬裝置的雙作用的液壓油缸上、下腔設(shè)置用于保護的溢流閥。

8、進一步，負載模擬裝置入口電液伺服閥設(shè)置可控溢流閥。

9、進一步，仿真機為汽輪機仿真模型對象運行載體，具備模型數(shù)據(jù)與其他實物設(shè)備交互的接口。

10、進一步，仿真機采用dspace、nipxi或靈思創(chuàng)奇中具備實時操作系統(tǒng)的仿真計算設(shè)備，配備有不同類型的輸入輸出模塊。

11、進一步，仿真機通過脈沖輸出模塊，將汽輪機仿真模型的轉(zhuǎn)速信號通過脈沖傳遞至調(diào)節(jié)控制器，以保證轉(zhuǎn)速采集的精度、通過電流型模擬量輸入輸入卡模塊，用于采集輸出調(diào)節(jié)閥負荷力信號和通過lvdt采集卡采集電液執(zhí)行器的位移傳感器信號。

12、本技術(shù)的有益效果是：

13、本技術(shù)將仿真對象中的deh控制系統(tǒng)(調(diào)速控制器、伺服卡)、電液執(zhí)行器采用實物方式呈現(xiàn)，降低了系統(tǒng)建模的復(fù)雜程度。通過仿真機運行汽輪發(fā)電機組的機理特性模型，實現(xiàn)汽輪發(fā)電機組變參數(shù)工況特性的仿真模擬，具備與實物設(shè)備的信號交互功能。由電液執(zhí)行器負載模擬裝置實現(xiàn)電液執(zhí)行器復(fù)雜特性的模擬，提高了仿真的逼真度。

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【技術(shù)保護點】

1.一種基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：包括調(diào)節(jié)控制柜、電液執(zhí)行器、負載模擬裝置、汽輪機模型及仿真機，調(diào)節(jié)控制柜連接電液執(zhí)行器，用于采集被調(diào)節(jié)控制的電液執(zhí)行器參數(shù)狀態(tài)，并輸出控制指令信號給電液執(zhí)行器；電液執(zhí)行器連接汽輪機模型及仿真機，用于將調(diào)節(jié)控制柜輸出的控制指令信號轉(zhuǎn)換為液壓動作，實現(xiàn)對被驅(qū)動的汽輪機模型及仿真機位置的開度控制；汽輪機模型及仿真機通過負載模擬裝置反饋連接電液執(zhí)行器，用于模擬電液執(zhí)行器驅(qū)動負載時的特性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：調(diào)節(jié)控制柜包括調(diào)速控制器、伺服卡，調(diào)速控制器通過伺服卡連接電液執(zhí)行器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：調(diào)速控制柜采用嵌入式調(diào)速控制器，配備模擬量、開關(guān)量的輸入輸出模塊、轉(zhuǎn)速采集模塊、伺服控制模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：負載模擬裝置采用雙作用的液壓油缸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：負載模擬裝置的雙作用的液壓油缸活塞桿上設(shè)置拉壓力傳感器。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：負載模擬裝置的雙作用的液壓油缸上、下腔設(shè)置用于保護的溢流閥。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：負載模擬裝置入口電液伺服閥設(shè)置可控溢流閥。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：仿真機為汽輪機仿真模型對象運行載體，具有模型數(shù)據(jù)與其他實物設(shè)備交互的接口。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：仿真機采用dSPACE、NIPXI或靈思創(chuàng)奇中具備實時操作系統(tǒng)的仿真計算設(shè)備，配備有不同類型的輸入輸出模塊。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于DEH在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：仿真機通過脈沖輸出模塊，將汽輪機仿真模型的轉(zhuǎn)速信號通過脈沖傳遞至調(diào)節(jié)控制器，以保證轉(zhuǎn)速采集的精度、通過電流型模擬量輸入輸入卡模塊，用于采集輸出調(diào)節(jié)閥負荷力信號和通過LVDT采集卡采集電液執(zhí)行器的位移傳感器信號。

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【技術(shù)特征摘要】

1.一種基于deh在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：包括調(diào)節(jié)控制柜、電液執(zhí)行器、負載模擬裝置、汽輪機模型及仿真機，調(diào)節(jié)控制柜連接電液執(zhí)行器，用于采集被調(diào)節(jié)控制的電液執(zhí)行器參數(shù)狀態(tài)，并輸出控制指令信號給電液執(zhí)行器；電液執(zhí)行器連接汽輪機模型及仿真機，用于將調(diào)節(jié)控制柜輸出的控制指令信號轉(zhuǎn)換為液壓動作，實現(xiàn)對被驅(qū)動的汽輪機模型及仿真機位置的開度控制；汽輪機模型及仿真機通過負載模擬裝置反饋連接電液執(zhí)行器，用于模擬電液執(zhí)行器驅(qū)動負載時的特性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于deh在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：調(diào)節(jié)控制柜包括調(diào)速控制器、伺服卡，調(diào)速控制器通過伺服卡連接電液執(zhí)行器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于deh在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：調(diào)速控制柜采用嵌入式調(diào)速控制器，配備模擬量、開關(guān)量的輸入輸出模塊、轉(zhuǎn)速采集模塊、伺服控制模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于deh在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：負載模擬裝置采用雙作用的液壓油缸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于deh在環(huán)的汽輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于：負...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉忠誠，張鯤羽，李一興，王蘊嘉，周云瑞，
申請(專利權(quán))人：中國船舶集團有限公司第七〇四研究所，
類型：新型
國別省市：