汽轮机岛运行控制技术的研究

论文摘要

汽轮机发生甩负荷时,如果转速能稳定在额定转速,带厂用电运行,就是岛运行。岛运行对机组来说是保障设备安全的重要条件,对电网的恢复和安全也有着不可低估的意义。汽轮机岛运行控制实际上是超速保护系统和调节系统共同作用的结果。针对大型汽轮机岛运行试验中转速超速和动态稳定性的问题,对汽轮机超速保护系统和调节系统进行了研究,主要涉及四个方面的内容:电超速保护系统设计,基于模糊自整定PID控制的调节系统研究及仿真,基于FPGA(Filed Programmable Gate Array)的岛运行控制技术的实现方法,岛运行控制装置的研制及功能测试。首先针对岛运行转速超速问题,基于超速保护的思想,分析原有电超速保护系统存在的问题,从甩负荷预知信息、调节汽门快关方式和控制逻辑等方面设计电超速保护系统。接着针对岛运行动态稳定性问题,通过研究原有的调节控制系统,基于模糊自整定PID控制技术,设计转速控制器并进行仿真分析,仿真结果显示出模糊自整定PID转速控制具有优于常规PID控制的快速性和稳定性。电超速保护系统和模糊自整定PID控制共同作用完成岛运行控制,为了提高控制的快速性、稳定性和可靠性,采用FPGA实现控制功能。转速测量采用测周法和中值滤波,具有测量速度快、精度高的特点;压力和功率模拟量的AD转换由FPGA控制;通过FPGA和上位机的串口通信实现高可靠性的通信;采用离线计算在线查表的方法实现模糊自整定PID控制,保证运算的快速性和准确性。最后研制岛运行控制装置,该装置以FPGA为主要处理芯片,还包括转速信号处理电路、压力和功率模拟信号处理电路、串口通信电路等。并搭建测试系统,进行在线测试,测试结果表明各功能模块工作正常。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2.1 课题来源及目的
• 1.2.2 研究的背景和意义
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.3.1 国内外汽轮机岛运行控制技术的研究
• 1.3.2 国内外汽轮机调节系统发展历史与现状
• 1.3.3 国内外在汽轮机超速保护方向的研究
• 1.4 目前汽轮机岛运行控制所面临的问题
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 基于超速保护的岛运行转速控制的研究
• 2.1 引言
• 2.2 超速保护的主要思想
• 2.3 电超速保护系统出现的问题分析
• 2.4 电超速保护系统转速控制设计
• 2.4.1 甩负荷预知信息分析
• 2.4.2 电超速保护控制调节汽门快关方式分析
• 2.4.3 电超速保护控制调节汽门复位转速值分析
• 2.4.4 不做超速试验时电超速保护控制逻辑设计
• 2.4.5 做超速试验时电超速保护控制逻辑设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于模糊自整定PID的岛运行转速控制研究
• 3.1 引言
• 3.2 原有的转速调节系统研究
• 3.3 新型控制策略的选择
• 3.4 转速模糊自整定PID控制器设计
• 3.4.1 PID算法选择
• 3.4.2 转速模糊自整定PID控制器设计
• 3.5 汽轮机岛运行的转速控制建模仿真
• 3.5.1 汽轮机各局部对象的传递函数
• 3.5.2 汽轮机岛运行转速控制系统模型
• 3.5.3 汽轮机岛运行转速控制仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于FPGA的岛运行转速控制技术的实现
• 4.1 引言
• 4.2 转速测量模块的FPGA实现
• 4.2.1 转速测量的方法分析
• 4.2.2 转速测量模块的FPGA实现方法
• 4.3 加速度计算模块的FPGA实现
• 4.3.1 加速度计算方法的设计
• 4.3.2 加速度计算模块的FPGA实现
• 4.4 功率和压力量计算模块的FPGA实现
• 4.4.1 功率和压力量AD转换时序
• 4.4.2 功率和压力量计算模块的FPGA方法
• 4.5 与上位机通信功能的设计与FPGA实现
• 4.5.1 上位机软件设计与开发
• 4.5.2 FPGA的异步串口通信功能实现
• 4.6 模糊自整定PID控制的FPGA实现
• 4.7 本章小结
• 第5章 岛运行转速控制装置的研制及功能测试
• 5.1 岛运行转速控制装置的研制
• 5.1.1 转速信号处理电路设计
• 5.1.2 功率和压力信号处理电路设计
• 5.1.3 串口通信电路设计
• 5.2 岛运行转速控制测试结果
• 5.2.1 转速测量模块在线测试结果
• 5.2.2 加速度计算模块在线测试结果
• 5.2.3 功率和压力量计算模块的在线测试结果
• 5.2.4 FPGA的异步串口通信在线测试结果
• 5.2.5 模糊自整定PID 控制的在线测试结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢