联合循环建模与PID优化策略查重.docx

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1、联合循环的建模与孤网条件下的控制器优化第一章 绪论1.1 本文的选题背景及意义1.2 燃气-蒸汽联合循环仿真概念及发展现状1.3 仿真工具Matlab/Simulink1.4 本文主要工作内容和目标第二章 OC6000E控制系统设计2.1 新华介绍2.2 方案设计 第三章 联合循环控制系统的建模3.1 建模的目的及联合循环的原理3.2 燃气轮机控制系统建模3.2.1 燃气轮机的工作原理3.2.2 燃气轮机负荷控制器模型3.2.3 排气温度控制器3.2.4 转速控制器3.2.5 加速度控制器3.2.6燃气轮机整体模型3.3 余热锅炉系统模型3.4 蒸汽轮机系统模型3.5 联合循环整体模型第四章

2、基于粒子群优化算法的联合孤网控制策略4.1 电站孤网运行的特性与控制策略(频率/转速控制)4.1 PID控制器与粒子群（PSO）算法原理介绍4.2 优化PID控制器的步骤与计算第五章 联合循环控制的策略的仿真5.1 PID无优化的仿真（汽轮机转速控制）5.2 优化的PID仿真 （汽轮机转速控制）5.3 整体模型的仿真 （燃机、汽轮机负荷变化）第六章 结论第一章 绪 论1.1 课题的背景和意义西气东输工程是我国重大的能源项目之一，其中的二线管道天然气气源来自境外，其中包括土库曼斯坦、哈萨克斯坦等中亚国家。新疆，宁夏，甘肃，陕西，河南，湖北，湖南，江西，广西，广东等地，从天然气到新疆五华虹桥西部中

3、西部农村路线，干线全长约4900千米，全线管道包扩支线总长度超过9100千米。由于输气距离远较远，输送沿途压损很大，需要在进行沿程升压以抵消压力损失，在管线沿途约每间隔 200公里建设一座天然气升压站（以下简称压气站）。我国西部地区幅员辽阔，自然环境恶劣，人口相对稀疏，在一些偏远地区缺少电网的覆盖，而压气站大多建设在这些地区。因此，采用了燃气轮机通过齿轮箱机械拖动压缩机升压的方式。燃气轮机运行时会排出高温废气，温度在470500之间，最高能达到530。压气站一般配置有GE公司 PGT25+SAC（额定输出功率31MW）以及罗罗公司的RB211共三台燃气轮机（2用1备）。之所以采用这种动力配置是

4、考虑到压气站所处位置的自然条件，夏季环境温度高，极端情况下会导致燃机输出功率由标准工况下（15）下降为22MW（45）。而压缩机的额定功率只有18MW，在一年中的大多的数时间内，燃机都处于非额定工况运行，综合效率低下且造成大量燃料浪费。同时，燃起轮机的高温尾未经处理，气直接排放到大气中，不仅造成了空气热污染，更是一种热量的浪费。这与当今倡导“节能减排”型社会的理念不相符合，有必要对这部分热能进行回收利用。因此，有方案提出将压气站其中一台燃气轮机改造为燃气-蒸汽联合循环发电，将压气站改造成一个小型孤网电站，再通过电动机驱动2台压缩机。经过计算，如果联合循环通过补燃的方式可以输出约44MW电力上网

5、，完全可以满足压缩机约36MW的电力需求。这样不仅回收利用了废气的余热，还减少了一台燃气轮机运行带来的燃料消耗，提高了压气站的整体运行效率。经核算，每年可节约燃料费30005000万元，减少碳排放5.426.54万吨，改造方案具有良好的经济价值和社会价值。但是随之改造方案设计的深入，孤网条件下联合循环的控制与调节成为设计方案的难点与重点。电厂在孤网运行条件下的控制策略尤其是二次调频/调速控制一直是电力行业研究的重点。1.2 国内外研究的现状1.2.1 孤网运行频率调节区分大电网和小电网，有一个界限值“8%”，这个数值是电网中的最大单机容量，如果大于这个数值，我们称这个电网为小电网，反之，如果小

6、于这个数值，我们将这个作为大网络。孤网是孤立的小网，通过一个“孤”字，就可以明白，它从主网中孤立出来，不随大电网的性能而转移，自己单独成立一个系统独立运行1。在我们熟知的大电网中，当其中的任意一台机组发生故障甩负荷，都可以从锅炉中的热备用或者转动惯量中的旋转备用中获取能量来弥补2，容错率高。而小网由于总容量小，单机容量就显得很大，发生事故对整个孤网系统冲击明显，容错率低3。但是大电网有个问题就是不能覆盖世界的每一个角落，对于这些大电网所不能覆盖的区域，小电网的安全稳定的运行，就显得尤为重要4。再比如说，孤网运行工况还大面积存在于大型的工矿企业，包括对应的自备电厂和下游的工业负荷。再有就是国外的

7、一些不发达或欠发达地区，由于技术储备和物质供应较差，电网建设不够健全，这对于出口到该地区的机组就需要有满足孤网运行的要求【5】。发电机是电力的源头，其与孤网共同构成了电力系统6。用户和所有的发电机组通过电网联系在一起。发电机组的作用是保证系统电压和频率的稳定，在电网和负荷之间架起一段平衡的桥梁7。发电机组的调速系统是发电机组的重要环节6，由理论可知，频率的变化与转速相关，当下游负荷突然甩动造成的转速飞升，会使频率短时间内大幅波动，这就要求调速系统对其进行控制，避免事故的发生，我们通常称之为一次调频7。每台机组的一次调频中相应的控制参数都不一样，设计者会因地制宜，提供最合理的参数设置，已达到调频

8、性能最优的方案8。一旦发电单元中的控制系统已经决定了FM的性能9，则在没有发电单元的发电机的情况下的控制系统，调节的目标是转速，而当发电机组与主网相连接后，调节的对象发生转变，从转速变为电网的频率，主要的调节途径是对发电机的输出进行控制10，并和其他机组进行相应的通信连接，保证控制方式的即时可靠，使频率控制在允许的范围内；同时，还会有一些特殊的状况，就是机组的突然跳闸，对于这一事故，调速系统会通过相应的控制方式投入备用的发电机组，保证转速不会突然降低，从而使电网平稳的运行11。随着科学技术的进步，调速系统也在与时俱进的发展12，现阶段应用最为广泛的就是数字电液调速系统，DEH 在最初的机械液压

9、调速系统中做了明显的改进13，无论是在装置的选用还是技术的运用，都有明显的提高，但是不得不说的是，DEH 在某总程度上却限制了一次调频的性能。所以我们需要新技术的支持和研究14，但也要根据系统的实际情况，合理的增减相应的配套装置，对于调速系统，我们更应该从两个方面因地制宜的加以改进，一个是参数的设置15，另一个就是控制方式的选择16，是调速系统发挥调频作用的关键，也是一项意义非凡的工作。同时，当负荷波动十分剧烈特殊情况下，一次调频调控范围将受到限制17，即便将限幅全部放开，勉强达到调频的目标，也会对电网造成强烈的冲击，对孤网电压造成严重影响，同时也会削减发电机组的寿命18。在孤网运行中事故发生

10、的过程中，开始都是局部的小故障，由于不能及时的解决，从而导致事故的无限的扩展和蔓延，最终的结果就是电网解列和整个孤网崩溃19。如果故障发生在萌芽阶段，就能通过机组的调节能力和相应的配合装置消灭隐患，迅速作出调整，重建发电侧和用电网侧的新的平衡，使电网的关键性能指标频率和电压始终保持着合理的区间，让事故在最初阶段就被扼杀，不让其无限蔓延滋生20。现阶段国内外对于一次调频的调速系统的结构、参数及其运行方式的研究，重点放在应用电力系统仿真软件，以期结合已有的理论知识，解决实际运行中发生的问题。文献21通过在频率和时间两个方面分析得出系统中阻尼的规律是如何受到调速系统参数的影响，并给出了如何设置相关的

11、参数;文献22提出的相应方案主要是针对低频低压减载，通过对实际生产中模型的建立，反复调节关键参数，得到一组是调频性能最优的方案，得出的结论是，调速系统PID 参数设置不当引发系统振荡的主要原因，同时指出系统频率的稳定与否与调速系统参数设置的科学性有直接的关系;文献23运用了对比法，通过不同的试验给出的结论是系统参数设置的不合理和控制方式选用不当，是调速系统调频性能较差的主要原因，提出在以往的研究中所运用到的模型都比较固化也有大多的简化24，不能很好地反应出实际的效果，没有普遍的适用性，所以在本文的研究，通过一个科学的方法找出一种普遍适用的方案解决调速系统中存在的相关问题，是本文研究的重点，也是

12、研究的难度之一。孤网运行中的有功出力和负载侧的不平衡，在火电厂中，超速保护装置（OPC）是电液调节系统（DEH）中一项非常重要的功能25，主要的作用是在突然甩掉大负荷的情况下抑制汽轮机的转速飞升，保护发电机的安全。但是，如果OPC 的参数设置不合理26，那么脱离大电网的孤网，在负载波动的情况下，会产生强烈的功率和频率上的震荡现象，如果这种震荡不能及时的解决，将会给大电网带来巨大的冲击27，所以这时孤网及时的脱离主网将是非常重要的举措。为进一步研究孤网运行的稳定性，本文建立了孤网的数学模型，并仿真孤网运行负荷震荡的特殊工况。对OPC 控制逻辑进行了改进，结果表明增加限幅或者去除限幅的限制，能更好

13、的利用OPC 保证孤网运行的安全和稳定28。近几年，大容量电力系统是世界各地发展的大趋势，但因电气设备故障或其他的故障，为避免造成大电网的崩溃，大电网会在没有预知的情况下解列成孤立的小网。小网的容量不大，但在解列后仍能正常运行。孤网运行最值得关注的特点是负荷控制一匝频率控制和控制系统具有满足要求的静态特性29，具有良好的稳定性和动态响应特性， 保持自动电网周波数的稳定30。在中国电网发展的初期，电网结构比较简单，许多电厂都就自给自足，然后将过剩的电能发到主网中去以平衡冗余功率31。电缆型号普遍是110KV 的，如果主网电压升高，那么地方从孤网上取电就相对容易些32。如果主网电压是220KV，那

14、么孤网就要通过发电机的参与是电压达到110KV。孤网运行发生的概率随着主网的电压升高而升高33。另一方面，当震荡发生在一个特定的电网上，那么这个电网要自动解列以阻止更大范围为的震荡带来不良的后果。目前，OPC 控制逻辑是汽轮机电液调节系统（DEH）的一个重要组成部分34，但发生在世界各地的许多停电事故表明，在一些特定的情况下，OPC 的控制逻辑的参数整定是不合理的。在这种情况下，OPC 控制逻辑可能无法实现超高速控制，导致调节阀停止和频繁打开，以至于造成功率和频率的震荡，这对汽轮机和电网都会带来不良后果。由OPC 的控制原理可知35，当转速超过3090 转（超过额定转速的103%）时，DEH

15、通过关闭高压和中压阀门进行调节。当转速低于额定转速时，DEH 系统去除“关阀”的信号，转为调速系统调节阀进行控制36。设置OPC 控制逻辑主要是为了防止在负荷突然甩掉的情况下抑制转速飞升和频率的震荡。那孤网不稳定的原因主要是因为其容量和旋转备用容量都相对于大电网要小很多37，在发生短路等极端情况下，功率震荡会更为剧烈，严重的情况会导致整个电网的瘫痪，严重威胁到企业的正常生产和居民的生活。因此，一次调频和OPC 控制参数的研究对孤网频率稳定性控制有着重要的意义23 ，它能避免不必要的停电耽误生产和生活，还能为正常安全的用电提供指导。经常用到这个水轮机的数学模型来分析仿真其在额定状态下的动态特性，

16、由于甩负荷状态是一个比较强烈的波动工况，我们必须研究其非线性特点和OPC控制逻辑信号来考虑孤网的稳态性能38。出于这个目的，两个重要的问题首先要被解决39。第一，在额定条件，负荷扰动较小的情况下，可以用更加精确的数学模型将扰动线性化加以分析。在大的扰动下，这个模型将因为非线性特性不可以再进行使用。第二，汽轮机进气口的开度会随着转速、功率、压力信号的指示而变化40，同时，在出现大负荷扰动的情况下，OPC 系统将成为主导，对转速进行控制，OPC 会痛快快速的关闭调节阀来抑制转速飞升和系统的震荡。其起OPC 装置过渡动作，文献41就提出了两台某厂实际运行中，就是由于OPC 的过渡动作导致电网频率的频

17、繁振荡，最后引起全厂停电的事故。文献42介绍了在目前国内一些孤网运行的电厂中通过改变设置相应参数改进DEH 一次调频的性能。还有一个问题就是孤网运行时，现场人员必须参与，而且技术储备和知识储备跟大电网相比都相对匮乏，有一定的局限性43；再有就是主要通过实验的方法，来研究处理突发状况的途径，但是却局限在某种特定的情况，并且实验本身还存在一定的风险。所以无论是从理论还是技术出发，对孤网调频系统的研究，都显得尤为重要44。1.2.2 联合循环的控制装置通常情况，燃气-蒸汽联合循环电站由燃气汽轮机机组和蒸汽轮机机组分别发电并网，但无论是那种发电机组，控制系统中都包括了很多PID控制回路。PID控制器可

18、谓由来已久且被广泛的应用于全世界各国的工业控制及自动化领域。在我国的工业领域发展应用中，PID 控制器也具有无可取代的重要位置19。PID 控制规律没有复杂繁琐的原理，操作简单，易于掌握，具有良好的通用性和控制性能。通过应用合理有效方法，可以整定得出效果良好的控制参数，从而更好的满足控制要求。在计算机应用技术逐渐发展起来的今天，您可以提供使用计算机，数字平台过滤器 - PID积分隔离PID控制，寻找像优秀的PID控制方式20。初始普通正常仪表在现场进行现场控制，并在人工操作控制器时进行控制，有许多要求和技术都不能达到，然而采用以计算机技术为基础的 PID 控制方式，可实现对于被控对象的模糊控制

19、和控制参数的在线自整定。对于联合循环装置的控制而言，采用 PID控制可提高效率，环保节能，达到更高的控制要求和控制功能。1.3 本文任务1） 回顾孤网运行的控制策略以及燃气-蒸汽论联合循环机组控制策略及控制装置。2） 基于新华OC6000e提出压气站改造控制系统设计方案3) 建立燃机-蒸汽联合循环的数学模型及控制模型4）（模糊控制？）粒子群PSO优化PID控制器5）仿真验证孤网条件下的控制策略及粒子群优化PID控制器第二章 基于新华OC6000e系统的控制系统方案2.1 新华OC6000e介绍组态软件是一个模块化建模及运行的集成环境，其以图形化模块为基本单位，通过模块间输入输出的连接来实现中间

20、数据的传递，以此来构建数据交互和系统分析的整个过程。该联合循环机组性能监测诊断系统是依托GE新华控制工程公司的OC6000e 组态平台，利用该软件平台的自带数据库及其系统配置、组态建模和图形界面的编辑功能，实现机组运行时的性能监测和故障诊断。OC6000e 软件是美国通用集团在其既有的分散式控制系统的基础上，结合其在电站控制方面的工程经验所研发的控制系统，如图4 所示2.2 联合循环控制系统的设计2.2.1 动力配置将现有一台燃机改为燃机-蒸汽联合循环机组通过余热锅炉回收部分高温烟气的热量。必要时通过补燃的方式就可为余热锅炉提供能量，从而汽机处于全额发电状态，为电网提供足够电力。新系统动力配置

21、如图1所示。考虑到设备效率因素，联合循环上网功率可达44MW,可以满足两台压缩机36MW的需要。图1 动力配置示意图Fig.1 Power configuration schematic方案中燃气轮机发电机组为一用一备，增加燃气进气冷却系统，确保机组在极端环境温度条件下的功率输出，最大限度提高燃气轮机的出力。同时配置双压补燃型余热锅炉，确保蒸汽轮机的出力。增加两台电动机用以驱动现有压缩机。改造后的压气站工艺流程如图2所示 。2.2.2 主设备参数（一）燃气轮机参数表参数名称符号单位怠速状态最大状态极限运行值余热锅炉参数名称参数数值产品类型双压余热锅炉主汽蒸汽量t/h32主汽蒸汽压力MPa3.5

22、主汽蒸汽温度43810补气蒸汽量t/h9补气蒸汽压力MPa0.15补气蒸汽温度140余热锅炉效率%75.7(三) 蒸汽轮机参数名称参数数值额定功率KW9000额定转速r/min3000额定进汽压力及变化范围 MPa3.43-0.20.2 (绝对)额定进汽温度及变化范围435-15+10额定进汽流量t/h32补汽温度140补汽压力MPa0.15背压kPa5额定补汽流量t/h9汽轮机本体重量t462. 3 控制系统构成本改造方案为压气站新增的蒸汽轮机控制系统、水处理及水循环系统、余热锅炉（HRSG）控制系统、进气冷系统却等由一套双冗余分散控制系统（DCS）进行控制，在原厂DCS系统通讯时，同时将M

23、ARK VIe控制系统升级为燃气轮机控制系统的MARK VIEW，控制系统结构如图3所示。图2 压气站工艺流程图Fig.2 Process flow chart of pressure station新增的DCS系统采用GE新华公司OC6000e一体化控制平台系统。控制系统的网络分为一下两个部分：(1) PDH分类信息网络：冗余约100 Mbps，FT实时高速以太网。实时高速以太网在容错的基础上采取多重冗余技术；(2) UDH 单元控制信息网：100Mbps 实时控制信息网用于控制器之间的通讯，不直接对外开放。它提供燃机控制器、汽机控制器等系统间的高速端与端对等的通讯。带有稳定PDH双稳态双通

24、道通信网站的DCS MARK VIe系统的实现。 采用以太网TCP-IP GSM通信协议。 Mark VIe系统配置站在GSM冗余接口上，站在DCS系统安装的多功能接口上，所有接口站有两个网。整个通信系统构成四个通信通道，任何时刻有一个通道保持工作，其他三个为备用通道，保证压气站DCS 系统与MARK VIe系统间的数据通讯的可靠性。新增DCS控制系统同样采用双冗余控制网络，与压气站原DCS系统通过PDH信息网进行数据通讯。两个操作员站在一起，一个工程师站和累积站。新增的汽轮机控制系统（ETS、TSI、DEH）、进气冷却系统、余热锅炉控制系统、水循环控制系统等均布置于新增DCS系统中。配置1

25、套GPS网络时间服务器，向全站各控制系统发送标准同步时钟信号。图3 压气站DCS系统结构图Fig.3 Structure diagram of DCS system2.4 主要控制功能2.4.1机组启停过程的顺序控制主要包括：辅机运行，机组启动前准备，按压缩机/余热锅炉/火/涡轮机顺序启动，机组正常停机，机组急停。联合循环机组在孤网条件下运行，根据需求，特别是锅炉，锅炉和涡轮机的苹果酒系统停止逻辑和旁路系统保护逻辑。系统启动总体顺序：1. 黑启动（柴油发电机启动）2. 燃机辅助系统启动3. 燃机发电机启动，燃机启动，稳定后并网4. 余热锅炉和汽轮机辅助系统启动5. 燃气余热送至余热锅炉6. 余

26、热锅炉启动7. 汽轮机满足启动条件启动，稳定后并网8. 单台压缩机辅助系统启动9. 单台压缩机高压变频稳定启动10. 第二台压缩机辅助系统启动11. 第二台压缩机高压变频稳定启动2.4.2 回路控制主要控制进气冷却，压缩机，并控制燃料的速度/负荷/燃料/温度/同步控制，锅炉水位/温度/压力控制，汽轮机转速/负载/同步控制、孤网电压控制等。2.4.3 负荷控制（详细说明控制策略）燃气轮机负载的变化可以最终改变，从而可以制造燃料行程标准FSR。燃气轮机 MARK VI控制系统通过接收负荷中心的指令自动调整燃料基准运行模式来改变功率输出。燃气轮机在联合循环机组负荷控制中起主要作用。余热锅炉的负荷变化

27、主要取决于燃气轮机的排烟温度和流量变化，由于三通挡板为全开、全关式，无法调节烟气流量，因而余热锅炉在联合循环机组负荷控制中起的作用有限。汽轮机的功率负荷变化是通过改变调节汽门开度来改变进汽量，进而控制汽轮机出力。在系统运行中汽轮机DEH系统通过接收负荷中心的指令自动调节进汽量来改变功率输出，由于汽轮机的进汽量需要余热锅炉来保证，从源头讲汽轮轮机的负荷变化仍然依托燃气轮机的负荷变化，在联合循环机组负荷控制中起少量辅助作用。在孤网条件下，系统只需要接收操作员输入的升负荷指令，自动调节负荷分配；而遇到甩负荷情况时，机组的负荷控需要更快速的响应时间。2.4.4 频率控制 （详细说明控制策略）孤网容量小

28、，负荷变化频繁且复杂，在传统的奥术导航中，最突出的特点就是用户的负载经常在变化的情况下保持自动电网周波的稳定，以保证每周一次的负载控制频率控制。一旦FM成为燃气轮机面临的主要问题，当电网出现功率负荷不平衡后，在控制系统设置不变的情况下，通过燃气轮机调节系统的反馈动作改变输出速度，使功率负荷达到新的平衡，频率恢复稳定。另外，综合考虑燃气轮机热部件、余热锅炉的寿命等因素，对燃气轮机满负荷一次调频功能进行限制设置：以保证在机组能够承受的范围。这种设置可以确保燃气轮机、余热锅炉等设备安全。在FM的动作之后，稳定的频率最终转移到了等级。通过手动修改，Kreis系统的系统和系统控制系统的设置是额定范围，二

29、次控制。2.4.5 控制系统（BPS）旁路系统包括控制、阀门及电动执行机构。在机组启动过程中，必须先启动高速启动，启动时间短，汽轮机损坏前的高压旁路，以满足机组的要求，汽轮机跳闸等保护动作 高压旁路也必须快速打开，保护锅炉汽包超温超级压力。两种类型的旁路控制“自动”和“远程控制手册”，优先于前者，并且在两种类型之间相互跟随和无干扰之间切换。旁路系统具备以下护功能：l 发电机甩负荷l 发电机油开关跳闸l 汽轮机跳闸，自动主汽门关闭l 蒸汽压力设置为安全保护设置值（安全阀跳闸值略低）。方案的难点和问题：孤网条件下，电网负荷变化大，波动频繁，在遇到甩负荷情况时，燃机控制系统 MARK VI 能够完成

30、本能够一次及二次调频的工作，但是对于补燃型余热锅炉与汽轮机的发电机组来说 ，需要对调速调速系统及策略进行验证和优化，并在研究联合循环整体的环境下进行测试。第三章 联合循环控制系统的建模3.1 联合循环的原理联合循环装置主要由三部分组成，即燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉，并且包括其所驱动的负载和一些辅助组成部分。为了建立数学模型及仿真模型，并对其负荷变化时的控制策略和特性进行仿真研究打下基础，首先对联合循环装置的工作原理和运行特性进行研究。联合循环装置将燃气轮机做功后排出燃气所产生的余热利用起来，通过余热锅炉的换热，产生过热蒸汽带动蒸汽轮机发出功率，从而利用了余热多发出一部分功来驱动负载。联合循环

31、装置将处于上层高温热力循环的燃气轮机和处于中低温热力循环的蒸汽轮机以一定的方式联结，组成一个总的能量利用系统24。它通过将燃机和汽机这两个早己成熟的动力装置结合起来，以达到将能量阶梯式利用的目的。图 2-1 为联合循环装置温熵图。图 2-1 联合循环装置温熵图由图中可以看出，A1代表燃气轮机发出的功，A2代表蒸汽轮机发出的功，B与B2的面积之和为整个联合循环装置向外界散失的能量，联合循环装置的整体循环效率cc= (A1+ A2)/(A1+ A2+ B1+ B2)。所以，相比于单独的燃气轮机或蒸汽轮机，采用联合循环装置可以更充分的利用热能，将二者结合在一起的循环效率要显著的高于单独使用某一个机组

32、。目前，普通燃气 - 蒸汽联合循环系统采用的余热锅炉燃烧式燃烧和再燃烧式。 非再燃式余热锅炉，回收锅炉回收燃气轮机废气余热，结构简单，投资少，由于额外加油，所以没有燃烧系统，因此它是高度可靠的，但燃气轮机 置换量，温度限制，余热锅炉蒸汽的蒸汽参数难以控制。 燃气轮机的压力太高，蒸汽参数的参数不容易。 这种类型的余热锅炉出生蒸汽量低，对于非再燃式余热锅炉，至少相同的蒸汽发生流量消耗燃料锅炉比平时的78。【】在联合国流通体系中，每个设备都有各种功能。 由于外界环境的负荷和温度的变化，燃气轮机总是处于运行状态，燃气轮机的排气量和温度变化幅度大，速度快，汽轮机所需蒸汽热力参数要求稳定 现在还为时过早，

33、即使滑动压力正在运行，也没有太大的变化。 接收燃气轮机排气参数配合汽轮机和所需的蒸汽参数，同时需要余热锅炉运行，以适应燃气轮机的变化，满足汽轮机的需求，余热锅炉 模式执行期间的热结构设计，系统控制等。本文中改造方案为补燃型余热锅炉，在电网负荷小范围变化时，燃气轮机负责对负荷变化进行调整，余热锅炉通过补燃方式继续保证蒸汽轮机稳定在额定工况运行。在电网发生50%及以上甩负荷工况时，余热锅炉停止补燃，蒸汽轮机滑压运行。因此在余热锅炉的建模过程中，将参照非补燃型余热锅炉的特点进行设计，并在控制系统模型中加入两种模型的切换。图2-1 联合循环控制系统示意图在图中2-2联合循环发电系统由燃气轮机和余热锅炉

34、/汽轮机组成，燃气轮机控制系统主要由负荷/速度控制系统，温度控制系统，加速控制系统和压缩机进口的领导者 控制系统，燃气轮机可调量：燃油流量w，压缩机进口导向开度（IGV）。燃油流量是通过速度控制系统，温度控制系统和加速度控制系统完成的低级设计师。加速度控制系统在其中，实际加速度极限，燃气涡轮机的加速过程以限制系统，甩负荷或启动燃气轮机瞬态过程中的旋转速度控制系统，以帮助动力学后的效果在允许范围内，温控人员实际限制其系统，调节系统调节燃气轮机燃油流量的超热燃烧，保证燃气轮机正常运行和使用寿命。高效率，预期的燃烧排气温度，接近已知变化的规律逼近废热锅炉进气温度的设计。通过调节该要求，制成压缩机入口

35、导管IGV，并且在燃气轮机的模式期间，当设定涡轮排气温度保存背心。为此，联合国循环机构的工作方法形成以下一部分：1)负荷调节：响应于负载参考速度，通过负载控制器负载快速增加通过减少给定单元的负载输出控制达到燃料标准，通过改变负载非负载控制器，负载控制器来改变速度控制器设置值 ，消防单位材料的用途。2)转速控制：必须采取联合发电燃气轮机，控制系统，并通过调整方法进行负荷调整。 调节系统是一个比例调节器，与调节器的输出，调节器的输入，转速参考值与调节器输入的输入之间的偏差成正比。 在实际协调运行中，转速控制系统是调节燃气轮机输出的最基本的方式。 调整速度参考值（图中的SET点 - 返工期间的SET

36、点），输出的燃油参考值改变调整参考速度与实际实际转速之间的偏差，根据负载调整。3)加速度控制：为了限制燃气轮机机组的安全性，对燃气轮机加速度控制系统起到非常重要的作用，在某些特殊情况下保证其设定值不超过转子的角加速度。 在同一温度控制系统中，加速度控制系统效果有限，一般情况下无效，燃气轮机突然断电威慑动态速度和启动过程限制了汽轮机的启动加速率热量部分的热量减少 影响行动。 由于比例积分，加速燃油标准。 根据实际的加速度，积分结果降低到燃料标准的加速设定值，燃料量减少，加速度增加受限。4)温度控制：温度控制系统的主要作用是保持进口限制涡轮机温度T3，在一定温度下涡轮机进口叶片损坏受损。 在排气温

37、度下团队对涡轮进口温度的具体反应，即T3高，T4也升高；T3低，T4也降低。同时，由于T3过高，对其进行测量的困难很大。因此，温度控制系统并不直接对T3进行控制，而是对T4进行控制，从而间接实现对T3进行调节。温度控制在联合循环发电厂中起着非常重要的作用。 温度控制正常压缩机进气口调节泄漏和调节燃油流量来调节温度，温度控制器未调节，通常压缩机进气口调节优先进行燃油控制。 压缩机进口叶片改变风量调节燃烧器废气温度接近已知规定的变化设计废热锅炉进气温度。 确保联合循环具有较高的热效率。根据以上分析，Upper先生的控制系统诞生了，燃油标准，这个燃油参考指令被选为最小值选择器，燃油供给系统的燃油参考

38、指令最少。 从动态特性的角度来看，燃气轮机和汽轮机有许多不同点。 一个明显的区别是燃气轮机必须保持维持大部分燃料流量所需的燃料流量。5)余热锅炉和汽机系统：（补燃型 所以输出蒸汽联恒定）与传统的锅炉涡轮式火力发电机组相比，再燃烧式余热锅炉无法实现的燃料调节转化为被动提供燃气轮机排气的热力涡轮机的机械性能，同时， 由于联合循环机组产出比例较小（约30201），通常对汽轮机的控制通常是简化的，以控制一般的汽轮机，最大余热利用气体， 汽轮机集成循环只适用于压力控制设计模式，而且更为普遍。但是对于燃机轮机排气温度（503）较低的本系统选择补燃型余热锅炉可以保证汽轮组的最大出力，从而保证电网有足够的电力

39、拖动两台压缩机。补燃新余热锅炉的输出蒸汽量可以视为恒定值。3.2 燃气轮机控制系统建模3.2.1 燃气轮机的模型燃气轮机是联合循环装置最主要组成部分之一，为建立合理的数学模型，现做出以下假设：1）进入压气机的空气的温度等于外界环境温度；2）进入压气机和透平内作为工质的气体被认为是理想气体； 3）气体作为工质与外界进行热量交换的过程中，焓的变化相对很小，热传递量可以忽略不计； 4）燃料在燃烧室内充分燃烧。 燃气轮机模型的建立分为多个模块，通过将各个部件的模块分别建模，然后连结成为整体的燃气轮机模型。（一）压气机模块压缩机的作用是对空气中的压缩进行恒定的压力，然后与燃烧室和燃料混合。 提高燃料对高

40、压空气的燃烧效率的工作原理是通过气体的增压强度和能量向高速旋转叶片逐渐提供燃烧室完全燃烧。若将压气机内部作为工质的空气在流动时的质量和动量视为近似于零，且认为压气机内部与外界的能量损失和压气机内部的容积可以忽略不计，则压气机部件的特性方程可确定如下： c=f1(GinT1P1 ,n/T1 ) (4-1)c=f2(GinT1 P1,n/T1) (4-2)式中𝑓1，𝑓2是压气机特性函数，可由压气机特性曲线获得本文采用模块库中的二维查表函数模块方式，通过设置离散点的数值，采取线性插值法计算压气机工作特性，然后采用外插查表模块的方式对其特性进行描述。然后，通过与不同的转

41、换速度不同的转换流量来计算压缩机的压缩比效率。其中n/T1为折合转速，GinT1/P1为折合流量，Gin为进口流量，T1为进口温度，P1为进口压力，c为压比，c为效率。T1= TaT2= T11+ckc-1kc-1c (4-4) P1=Pa1-1 (4-5)P2=cP1 (4-6) Nc=GinCpa(T2-T1) (4-7)式中，1为压力损失系数，Pa为大气压力，Ta为大气温度，T2为出口温度，kc为空气比热比，P2为出口压力，Cpa为空气的定压比热，Nc为压气机功耗。（二）容积模块在各个部件之间，工质流动时，其连接空间可近似看作一个整体部分35，即为容积模块。由于工质在不同部件间迅速流动，

42、滞留的时间短，所以近似的认为工质向外界环境的热量损失以及进出容积模块的压差可以忽略不计。对于连接部分工质的纯流动，计算容积模块入口和出口之间的流量差而产生的压力差，认为容积内工质的平均压力为 P，容积模块的数学方程为：dpoutdt=RTinv(Gin-Gout) (4-8)式中，Pout为容腔出口总压，R 为气体常数，Tin为容腔进口总温，V 为容积，t 为时间，Gin、Gout分别为容腔进出口流量。图 容积，模块（三）燃烧室模块在燃烧室中，高压的空气被持续不断的送入，与燃料混合后并充分燃烧，产生作为工质的高温燃气，以驱动透平发出功率。燃烧室的出口压强P3=P2b (4-9)式中，P2、P3

43、分别为燃烧室进出口压强，b为燃烧室压力恢复系数。 燃烧室的出口温度为：T3=GincpT2+LHVbGf(Gout+Gf)cpT2+LHVbGfGoutcp (4-10)式中，G𝑓为燃料流量，Gin、Gout分别为进、出口空气流量，cp为燃气比热， 𝜂b为燃烧室效率，LHV 为燃料低位发热值。图 燃烧时模块（四）透平模块在燃烧室中产生的燃气进入透平中作为工质发出功率。燃气轮机的透平产生的功可以分为两部分，一部分功用来带动压气机持续不断的压缩进入的空气，另一部分功传递给动力透平，输出功率带动负载工作。可见，燃气在透平中发出的功一定包含了带动压气机给空气升高压力的那

44、部分功，剩下的一部分功用来传递给动力涡轮输出给外界负荷。透平入口流量和透平效率与透平膨胀比的关系为：Gcor=f3(t)t=f4(t) (4-11)Gin=GcorpinTin (4-12)式中，Tin为透平入口温度，Pin为透平入口压强，t为透平的膨胀比。透平发出的功率为：Nt=GinCPTin-Tout (4-13)透平的出口温度为：Tout=Tin(1-|1-tRCP|t) (4-14)式中，Tin，Tout分别为透平入口和出口的温度，cp为燃气定压比热，R 为气体常数， Gin为透平的入口流量。透平出口压力为：Pout=Pint (4-15)（五）转子模块转子存在于燃气轮机的高、低压压

45、气机涡轮和动力涡轮，其中压气机部分转子的负荷为压气机消耗的功，动力涡轮转子的负荷为外界负载所需要的功率。转子具有的转动能随转子转速的大小而改变。当转子的转速稳定不发生变化时，转子发出的功与转子消耗的功相互平衡36。当转子上发出和消耗的功不能相互平衡时，转子的转速就处于变化过程中。由动量守恒关系得出，转子的动态方程可表达为：式中， Nt、Nl分别为转子输出的功率和负荷消耗的功率。Jddt=Nt-N1 (4-16)=2n60 (4-17)图 转子模块模型（六）燃气轮机整体模型燃气轮机整体模型由压气机、燃烧室、高、低压透平、动力透平、容积模块、转子模块等部分所构成，图 4.6 为将子系统封装的燃气轮

46、机整体模型。图 4.6 燃气轮机整体仿真模型3.2 余热锅炉-汽轮机系统模型本文以某单压无补燃余热锅炉为研究对象。余热锅炉的换热过程实际上是利用燃气轮机的排气所产生的余热，加热水产生过热蒸气的过程37。在废热锅炉中，为了吸收果酒机械的热值，由于废热锅炉烟气和废气烟气之间的热量差，可以建立热平衡关系，以此建立余热锅炉的数学模型。 为最终做到准确合理的对余热锅炉模块进行数学描述，在建立模型之前先做以下假设： （1）从给水泵的给水不含蒸汽； （2）认为水是不可压缩的流体，各部件间不饱和水的密度近似相等；（3）省煤器内冷水比热为常数； （4）考虑到蒸汽锅筒壁的温度和饱和蒸汽锅筒内部的温度是相同的，即在动力学过程中工件与壁之间传热的蒸汽锅筒； （5）认为烟气是理想气体，不考虑烟气流动时的阻力，并且进入和流出余热锅炉的