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300MW汽轮发电机组控制系统的仿真研究

作　者: 严俊峰
导　师: 潘维加
学　校: 长沙理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 汽轮机控制数学建模仿真研究模糊控制虚拟现实三维仿真
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 313次
引　用: 7次
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内容摘要

汽轮发电机组的控制贯穿于电力生产的始终,其控制效果直接关系到电网供电质量及机组的安全、稳定、经济运行。本文以300MW凝汽式汽轮发电机组为研究对象,用机理分析法建立了该对象中各环节(包括电液转换器、油动机、进汽容积、蒸汽功率、转子)的数学模型,并在MATLAB/SIMULINK环境中对它们的动态特性进行了仿真研究。在此基础上,对目前广泛采用的基于串级PID控制方案的DEH系统进行了仿真研究,给出了控制器参数的整定方法,得到了控制系统在各种扰动信号作用下汽轮机转速和功率的输出曲线,并对控制系统的鲁棒性进行了仿真研究。对DEH系统的一次调频功能也进行了仿真研究,指出将频差信号直接加在调节阀门上比加在功率控制器上调频效果更好,讨论了转速不等率对一次调频特性的影响。本文采用模糊-PI混合控制方案对现有控制方案进行了改进,给出了新方案下控制器参数的整定方法,对比分析了两种控制方案下控制系统的控制性能,指出新方案在控制系统受到定值扰动、汽压扰动、调节级压力扰动时调节效果更好,而两者的鲁棒性并无明显差别。本文在介绍虚拟现实技术的基础上,用3D MAX建立了汽轮机的三维模型,进而得到了其对应的VRML文件,利用MATLAB中的虚拟现实工具箱实现了汽轮发电机组控制系统中转速输出的动画效果,并对基于B/S模式的汽轮机控制远程三维仿真提出了合理的设想。本文的研究对于提高汽轮发电机组的控制质量及调频能力、更好地开展汽轮机控制方面的仿真具有一定的理论和实际意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题背景及意义  11
  1.2 汽轮机控制的历史与现状  11-15
    1.2.1 汽轮机控制系统的发展过程  11-13
    1.2.2 目前汽轮机控制的水平  13-15
  1.3 汽轮机控制技术的研究热点及发展趋势  15-16
    1.3.1 现有 DEH 功能的改进及应用  15
    1.3.2 DEH 与 DCS 一体化的应用及FCS 的发展  15-16
    1.3.3 先进控制策略及算法的研究  16
  1.4 关于汽轮发电机组控制的研究存在的问题  16
  1.5 本论文的研究内容  16-17
第二章被控对象数学模型的建立  17-35
  2.1 建模的基本理论及方法  17-18
  2.2 被控对象数学模型的建立  18-30
    2.2.1 电液转换器  19-24
    2.2.2 滑阀油动机  24-25
    2.2.3 汽轮发电机组  25-30
  2.3 各环节动态特性的仿真  30-34
    2.3.1 MATLAB 和 SIMULINK 简介  31
    2.3.2 仿真研究  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章汽轮机数字电液控制系统的仿真研究  35-53
  3.1 汽轮机数字电液控制系统简介  35-37
    3.1.1 DEH 控制系统的原理及基本组成  35-36
    3.1.2 DEH 控制系统的基本功能  36-37
  3.2 汽轮发电机组负荷控制的仿真研究  37-48
    3.2.1 控制方案分析  37-38
    3.2.2 仿真框图及设置  38-39
    3.2.3 控制器参数的整定  39-42
    3.2.4 功率给定值扰动仿真  42
    3.2.5 负荷扰动仿真  42-43
    3.2.6 汽压扰动仿真  43
    3.2.7 调节阀扰动仿真  43-44
    3.2.8 调节级压力扰动仿真  44
    3.2.9 鲁棒性仿真  44-48
  3.3 电网一次调频的仿真研究  48-52
    3.3.1 一次调频概述  48
    3.3.2 一次调频的控制方案  48-49
    3.3.3 仿真框图  49-50
    3.3.4 两种方案的仿真结果及对比分析  50-51
    3.3.5 转速不等率对一次调频的影响  51-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章汽轮发电机组控制系统的改进  53-69
  4.1 模糊控制概述  53-55
    4.1.1 模糊控制的特点  53-54
    4.1.2 模糊控制系统的组成  54-55
    4.1.3 模糊控制算法  55
  4.2 控制方案总体设计  55-58
    4.2.1 设计的切入点  55
    4.2.2 模糊控制的缺陷及改善方法  55-57
    4.2.3 功率控制器的设计  57-58
  4.3 模糊控制器的设计  58-61
    4.3.1 结构设计  58
    4.3.2 隶属度函数  58
    4.3.3 模糊控制规则  58-60
    4.3.4 去模糊化  60-61
  4.4 仿真研究  61-67
    4.4.1 仿真框图及设置  61-62
    4.4.2 控制器参数的整定  62-65
    4.4.3 扰动仿真及对比分析  65-67
    4.4.4 鲁棒性仿真及对比分析  67
  4.5 本章小结  67-69
第五章汽轮发电机组控制系统的三维仿真  69-82
  5.1 虚拟现实技术简介  69-72
    5.1.1 虚拟现实的概念及特征  69-70
    5.1.2 VRML 语言  70-72
  5.2 汽轮机三维模型的建立  72-75
    5.2.1 用3DS MAX 建立汽轮机的三维模型  73
    5.2.2 用 VrmlPad 编辑和优化 VRML 文件  73-75
  5.3 仿真结果的三维可视化  75-78
    5.3.1 虚拟现实工具箱及其安装  75
    5.3.2 SIMULINK 与虚拟世界的连接  75-76
    5.3.3 仿真结果及说明  76-78
  5.4 关于远程三维仿真的构思与设想  78-81
    5.4.1 基于 MATLAB 的远程仿真的实现机制  79
    5.4.2 远程三维仿真的构想  79-80
    5.4.3 三维仿真系统的进一步完善  80-81
  5.5 本章小结  81-82
第六章结论及展望  82-85
  6.1 全文总结  82-83
  6.2 进一步的研究工作展望  83-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
附录  89-90
详细摘要  90-98

300MW汽轮发电机组控制系统的仿真研究

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