间冷循环燃气轮机发电模块负荷突变半物理仿真研究

摘要

随着船舶动力技术的发展,以船舶综合电力推进系统为代表的新型船舶推进技术,以其效率高、质量轻、振动小等优点,日益成为世界各国船舶动力技术的首选发展方向。而作为最基础能量来源的发电模块,在整个船舶综合电力推进系统中处于重要的地位。发电模块控制技术是整个综合电力推进系统中最关键的核心技术之一。从目前的应用情况及发展趋势来看,燃气轮机以其自身具备诸多的优势,成为发电模块中原动机模块的理想选择。相对于简单循环,间冷循环的燃气轮机,由于设置了间冷器,降低了空气进入高压压气机的温度,因而减少高压压气机的压缩耗功,使燃气轮机的比功率显著提高,也是大功率燃气轮机发电模块的选择方案之一。
　　本文以某型间冷循环燃气轮机发电模块技术参数为基础,应用模块化建模的方法,建立了燃气轮机各主要部件的数学模型。在此基础上,基于Matlab/Simulink仿真平台,建立了间冷循环燃气轮机发电模块的仿真模型。参考某型间冷循环燃气轮机的运行特性,在以ADI半物理仿真机和TRICONEXPLC控制柜搭建成半物理仿真平台上,完成硬件的配置。根据燃气轮机发电模块的机组性能要求,制定控制策略和控制算法,完成了软件开发,并在半物理仿真平台上进行了研究验证,重点研究了在燃气轮机发电模块负荷突减20％、突减40%、突减60%、突减100%及负荷突增50%五种不同负荷突变的情况下,位置式PID、增量式PID和模糊增量式PID三种控制算法的控制规律。通过对试验数据进行整理、对比和分析,寻找出调节效果最好的控制算法及优化后的控制参数。
　　通过半物理仿真研究,结果表明,当整定适合的控制参数后,采用位置式PID、增量式PID和模糊增量式PID三种控制算法的控制器都可以满足燃气轮机发电模块控制系统性能指标的要求。但就从电网稳定性而言,增量式PID及模糊增量式PID的瞬时调速率及电网频率波动均优于位置式PID。尤其是在负荷变化剧烈的情况下,诸如负荷突减40%、突减60%、突减100%和负荷突增50%时,模糊增量式PID控制器控制效果较好。
　　本课题的研究结果可以为后续的试验研究和实机验证提供参考。

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第一章 绪 论

1.1 本课题研究的背景及意义

1.2 国内外本课题相关技术的研究发展现状

1.3 本论文的主要研究内容

第二章 燃气轮机发电模块仿真模型的建立

2.1 间冷循环燃气轮机发电模块的数学模型

2.2 间冷循环燃气轮机发电模块的仿真模型

2.3 仿真模型设置

2.4 本章小结

第三章 燃气轮机发电模块控制方案的设计

3.1 燃气轮机发电模块控制系统的组成

3.2 燃气轮机发电模块的控制策略

3.3 燃气轮机发电模块的控制算法

3.4 本章小结

第四章 半物理仿真试验台的搭建

4.1 ADI半物理仿真平台

4.2 TRICONEX PLC控制系统

4.3 半物理仿真试验台的搭建

4.4 本章小结

第五章 控制算法半物理仿真结果与分析

5.1 位置式PID控制器半物理仿真结果

5.2 增量式PID控制器半物理仿真结果

5.3 模糊增量式PID控制器半物理仿真结果

5.4 半物理仿真结果分析与研究

5.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录(一) 攻读硕士期间发表论文