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基于串级前馈PID协调控制的汽轮发电机组建模方法

詹锦皓 李维波 高佳俊 郝春昊 方鹏

詹锦皓, 李维波, 高佳俊, 等. 基于串级前馈PID协调控制的汽轮发电机组建模方法[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(s1): 152–159 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01989
引用本文: 詹锦皓, 李维波, 高佳俊, 等. 基于串级前馈PID协调控制的汽轮发电机组建模方法[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(s1): 152–159 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01989
ZHAN J H, LI W B, GAO J J, et al. Modeling method of steam turbine generator set based on cascade feedforward PID coordinated control system[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(s1): 152–159 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01989
Citation: ZHAN J H, LI W B, GAO J J, et al. Modeling method of steam turbine generator set based on cascade feedforward PID coordinated control system[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(s1): 152–159 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01989

基于串级前馈PID协调控制的汽轮发电机组建模方法

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01989
详细信息
    作者简介:

    詹锦皓,男,1997年生,硕士生。研究方向:控制工程。E-mail:306780769@qq.com

    李维波,男,1973年生,博士,教授。研究方向:电力电子技术与舰船能量管理。E-mail:liweibo@whut.edu.cn

    通信作者:

    李维波

  • 中图分类号: U665.13

Modeling method of steam turbine generator set based on cascade feedforward PID coordinated control system

  • 摘要:   目的  为准确而快速地评估汽轮发电机组在实际工况中的可靠性,需要构建汽轮发电机组的可视化模型。  方法  通过对传统汽轮机发电机组数学模型的分析,提出采用串级PID方法,并加入前馈环节,然后基于Matlab的Simulink仿真环境,搭建优化控制的汽轮机发电机组可视化模型,并借助模拟故障模块对汽轮机发电机组的稳态、故障状态进行仿真分析。  结果  仿真结果表明,基于串级前馈PID协调控制的汽轮发电机组在带载启动时转速输出会短暂高于给定转速,但在控制反馈的作用下很快又会恢复稳定值,且在故障情况下还能使转速在给定范围内波动。  结论  基于串级前馈PID协调控制系统的汽轮发电机组的建模方法,可以在核能−汽轮机推进系统建模方面进行推广,能为机组运行状态的可视化分析提供分析手段,从而节约成本与时间。
  • 图  1  汽轮发电机组的主拓补图

    Figure  1.  Main topology diagram of steam turbine generator unit

    图  2  前馈控制系统控制框图

    Figure  2.  Control block diagram of feedforward control system

    图  3  汽轮发电机组控制框图

    Figure  3.  Control block diagram of steam turbine generator unit

    图  4  电液转换器机械结构示意图

    Figure  4.  Mechanical structure diagram of electro-hydraulic converter

    图  5  基于传递函数的力矩马达控制框图

    Figure  5.  Block diagram of closed-loop transfer function of torque motor

    图  6  油动机机械结构示意图

    Figure  6.  Mechanical structure diagram of servo actuator

    图  7  蒸汽容积原理框图

    Figure  7.  Block diagram of steam volume

    图  8  基于传递函数的汽轮机控制框图

    Figure  8.  Block diagram of transfer function of steam turbine

    图  9  汽轮机仿真模型

    Figure  9.  Simulation model of steam turbine

    图  10  汽轮机发电机组模型

    Figure  10.  Simulation model of steam turbine generator set

    图  11  汽轮机组稳态运行仿真结果

    Figure  11.  Simulation results of steady-state operation of steam turbine unit

    图  12  汽轮机组突加负载时的仿真结果

    Figure  12.  Simulation results of sudden load on the steam turbine unit

    图  13  前馈控制与传统PID对比

    Figure  13.  Comparison between feedforward control and traditional PID

    图  14  三相短路仿真结果

    Figure  14.  Three-phase short circuit simulation results

    表  1  汽轮发电机组关键性仿真参数

    Table  1.   Key simulation parameters of steam turbine generator set

    参数数值
    电液转换器时间常数 τe /s0.03
    油动机时间常数 τs /s0.084
    进汽容积时间常数 τρ /s0.3
    高压缸所占功率比 α11/3
    再热器容积时间常数 τRH /s8
    机组自平衡系数 β1
    转子的飞升时间常数 τα /s6.2
    发电机功率 Pn /W25×106
    发电机电压 Vn /V10×103
    发电机频率 fn /Hz50
    励磁系统初始电压 Vt0 /V0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-06
  • 修回日期:  2020-09-13
  • 网络出版日期:  2020-12-18

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