某型燃气轮机发电模块控制系统半物理仿真研究

摘要

随着舰船推进系统的飞速发展，世界各国都将研究的重点放在了船舶综合电力推进系统上，它以效率高、可靠性高、安全性好、操作性优越、平均故障间隔时间长以及续航能力强等优点，被视为现今船舶推进动力的发展方向。燃气轮机以其单机功率大、体积小、机动性好等优点成为综合电力系统中发电模块理想的原动机选择。近年来某型三轴燃气轮机在地面燃机电站、舰船推进、天然气管道运输等诸多工程方面的应用，为燃气轮机作为综合电力推进系统的原动机模块积累了大量的实际经验，燃气轮机已经成为舰船综合电力系统发电模块大功率优选机型。鉴于燃气轮机发电模块是舰船综合电力系统的能源的基础单元，因此其控制技术是舰船综合电力系统的核心技术之一
　　本文以某型三轴燃气轮机及十二相同步整流发电机的技术参数为基础，建立了燃气轮机主要部件以及等效的三轴同步发电机的数学模型。在Matlab/Simulink仿真软件平台上，按照模块化的建模思想建立了以数学模型为基础的燃气轮机发电模块仿真模型。通过罗克韦尔ControlLogix控制系统和ADI rtX实时仿真机物理连接构建了半物理仿真试验平台。根据综合电力系统燃气轮机发电模块的性能要求，制定了在燃气轮机和发电机起动和工况运行时的控制策略和算法，完成了控制软件开发，通过半物理仿真试验平台进行了对于控制策略和算法的半物理仿真实验验证，通过半物理仿真实验和实机试验的结果对比，表明制定的以增量式PID算法的燃气轮机和发电机控制策略满足综合电力系统燃气轮机发电模块的性能要求。
　　本课题的研究结果可为后续的舰船燃气轮机发电机组控制系统的试验研究以及实机控制提供参考。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外的研究发展现状

1.3 本论文的主要研究内容

第二章 燃气轮机发电模块模型的建立

2.1 燃气轮机发电模块原动机数学模型

2.2 燃气轮机发电模块发电机数学模型

2.3 发电模块原动机仿真模型

2.4 发电模块发电机仿真模型

2.5 发电模块仿真模型

2.6 仿真模型说明

2.7 本章小结

第三章 燃气轮机发电模块控制系统设计

3.1 控制系统控制指标的要求

3.2 发电模块控制系统功能

3.3 发电模块控制算法的选取

3.4 增量式PID控制器

3.5 燃气轮机的控制策略

3.6 发电机的控制策略

3.7 本章小结

第四章 半物理仿真试验平台的搭建

4.1 Allen-Bradley ControlLogix控制系统

4.2 ADI rtX仿真机

4.3仿真试验平台的构建

4.4 本章小结

第五章 半物理仿真结果与分析

5.1 仿真模型的半物理仿真验证

5.2 燃气轮机起动阶段仿真结果

5.3 燃气轮机高压压气机转速控制仿真结果

5.4 燃气轮机动力涡轮转速控制仿真结果

5.5 燃机控制与励磁控制结合的仿真结果

5.6 半物理仿真结果分析与研究

5.7 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