单轴燃气轮机及其控制系统整体建模与仿真 study on integrated modelling and emulation of single shaft gas turbine and its control system.pdfVIP

单轴燃气轮机及其控制系统 整体建模与仿真 张俊宜1，余岳峰1，胡 松2 1．上海交通大学，上海200240 2．月亮湾燃机电厂，广东深圳 518000 应用机理分析和现场试验相结合的方法，分剐建立了单轴燃气轮机本体、控制系统以及 Simulink中对所建的模型进行了仿真。结果表明，该模型具有较好的准确性和实用性。 燃气轮机；模块化；建模；仿真；控制 TK47 A 1002—336412008)07一0020—06 燃气轮机(燃机)的部件特性是建模的关键，但是 1燃机系统分析 通常燃机制造厂不提供压气机和透平的通用特性曲线 及性能参数，并且其特性曲线和性能参数难以通过试 燃机系统按结构及流程分为压气机、燃烧室和透 验及采用逐级计算的方法得到。因此，在建模过程中 平。本文采用模块化建模思想n]，其关键在于模块的 求取或预测精确的部件性能参数是使所建模型更加有 划分和模型的封装。对燃机系统而言，就是要使得到 效的基础。目前，燃机系统模型的研究主要有：基于小 的模块具有典型性和可连接性。图1中各个模块的外 偏差线性化理论[1]，即在某个稳定工况点进行线性化 围清楚地标示出了输入输出的参数，模块内部参量为 处理。该方法只在该工况点附近比较准确，对于大扰 各个部件求解的过渡参数，本文采用机理分析的方法， 动工况误差较大；支持控制策略以运行操作与仿真为 对每个部件的热动力学特性进行详细分析，并结合现 出发点，基于机组外特性，建立综合动力学模型[z1；以 场数据，得到表示部件特性的重要参数，从而建立燃机 机理灰箱的方法对燃机个别重要参数进行静态特性建 的整体模型，其中过渡参数的求解是解决燃机变工况 模，然后辅以动态环节建立模型[3]。 模型的关键。 本文以月亮湾燃机电厂美国GE公司PG9171E 型燃机为对象，基于燃机各个部件的热动力学机理，利 用现场运行数据(可采集)以及可执行操作，通过静态、 J口a —— 动态试验分别实现对燃机本体、控制系统和燃料伺服 L 系统的建模，并在Matlab／simulink中进行仿真，对机 组变工况稳态情况下燃机的每一个输入输出参数进行 预测与校验。 图l燃机系统模块化分解 收稿日期：2007一09—28 作者简介： 张俊宜(1982一)，男。上海交通大学热能工程研究所硕士研究生，研读方向为热动力系统建模与仿真。 E—mail：zhan由unyi2005@hotmail．com 万方数据 整个模型的基本假设为：入口空气压力损失e、燃 空气流量的影响因素有大气压力p。及温度Ta、 烧室压力损失系数矗和排气压力损失f取定值，压气 排气背压A、转子转速咒和IGV的角度口。利用相似 机漏气以及抽气量(不包含冷却抽气回到透平通流部 理论，以机理分析为主，借鉴量纲分析法，对空气流量 分)等于燃料流量，通常燃料流量仅占排气流量的2％ Ⅳ。建模o3。： 左右，所以空气流量等于排气流量；不考虑压气机入口 W。=n(Ta，p。)r(口)r(，z)(1) 可调导叶(IGV)温度控制，IGV角度仅是实发功率的 函数。 其中，n(Ta，A)=嘉√鲁； 模型的适用范围：机