一种燃气轮机控制系统半物理仿真试验装置及验证方法

摘要

本发明公开了一种燃气轮机控制系统半物理仿真试验装置及验证方法，用以解决燃气轮机在极端工况条件下控制系统性能验证以及全工况下控制系统性能评估的技术问题，尤其适用于地面燃气轮机控制系统在极端条件下或全工况性能评估和试验验证。该装置由油箱、柱塞泵、高压精油滤、燃油计量阀、燃油流量计、停车电磁阀、压力调节阀、电磁换向阀、作动筒、燃气轮机控制器、上位机、状态监控显示装置、Ng小惯性变速电机、Ng音轮测速机构、Ng矢量电机控制装置、仿真激励单元、Np小惯性变速电机、Np音轮测速机构、Np矢量电机控制装置等组成。该半物理仿真试验装置和验证方法在动力装置的数字控制系统试验验证和性能评估方面具有广泛应用价值。

主权项

一种燃气轮机控制系统半物理仿真试验装置，包括燃油供应单元、Ng转速模拟单元、Np转速模拟单元、仿真激励单元、燃气轮机控制器，其特征在于，‑‑所述燃油供应单元，其被配置为模拟燃气轮机的燃油供应，包括油箱，所述油箱内设置有用于测量油箱液位的液位计、用于测量油箱中燃油温度的温度传感器Ⅰ；所述油箱的出口管路上设置有柱塞泵，所述柱塞泵的进口处设置有用于滤去燃油杂质的粗油滤，所述柱塞泵的出口管路上依次设置有用于测量柱塞泵出口燃油压力的压力传感器Ⅰ、用于滤去燃油杂质的高压精油滤；所述高压精油滤的出口管路分为两个支路，其中一个支路连接至燃油分配器，该支路上设置有燃油计量阀、燃油流量计、压力传感器Ⅱ、温度传感器Ⅱ和停车电磁阀，另一个支路连接至作动筒，该支路上依次设置有压力调节阀、压力传感器Ⅲ和电磁换向阀；其中，所述液位计、温度传感器Ⅰ与燃气轮机控制器通信连接，用于测量油箱中的燃油液位和燃油温度，并将相应的信号传递给燃气轮机控制器；所述柱塞泵与燃气轮机控制器通信连接，燃气轮机控制器通过控制所述柱塞泵的驱动电机来调节柱塞泵出口的燃油压力；所述压力传感器Ⅰ与燃气轮机控制器通信连接，用于测量柱塞泵的出口燃油压力，并将该信号传递给燃气轮机控制器；所述燃油计量阀与燃气轮机控制器通信连接，燃气轮机控制器通过控制燃油计量阀的开度来控制输送至所述燃油分配器的燃油量；所述燃油流量计与仿真激励单元通信连接，将输送至所述燃油分配器的燃油流量信号传递给仿真激励单元；所述压力传感器Ⅱ、温度传感器Ⅱ与燃气轮机控制器通信连接，分别用于测量输送至所述燃油分配器的燃油压力和温度，并将相应的信号传递给燃气轮机控制器；所述停车电磁阀与燃气轮机控制器通信相连，燃气轮机控制器通过控制所述停车电磁阀来实现停止对燃油分配器供油，进行紧急停车；所述压力调节阀用于调节输送至所述作动筒的燃油压力；所述压力传感器Ⅲ与燃气轮机控制器通信相连，用于测量所述压力调节阀出口的燃油压力，并将该信号传递给燃气轮机控制器；所述电磁换向阀与燃气轮机控制器通信连接，燃气轮机控制器通过控制所述电磁换向阀来调节所述作动筒的进油方向；所述作动筒与燃气轮机控制器通信连接，用于调节进口导叶角度，并将进口导叶角度信号传递给所述燃气轮机控制器。‑‑Ng转速模拟单元，其作用为模拟燃气轮机的Ng转速信号，包括Ng矢量电机控制装置、Ng小惯性变速电机、Ng音轮测速机构，其中，所述Ng矢量电机控制装置一端与所述燃气轮机控制器和仿真激励单元通信连接，另一端与所述Ng小惯性变速电机通信连接，所述Ng矢量电机控制装置用于接收所述仿真激励单元的控制信号，并根据控制信号控制所述Ng小惯性变速电机的转速，继而模拟燃气轮机的Ng转速；所述Ng小惯性变速电机的输出端设置所述Ng音轮测速机构，所述Ng音轮测速机构与所述燃气轮机控制器通信连接，所述Ng音轮测速机构将采集到的小惯性电机Ng转速信号传递给所述燃气轮机控制器。‑‑Np转速模拟单元，其被配置为模拟燃气轮机的Np转速信号，包括Np矢量电机控制装置、Np小惯性变速电机、Np音轮测速机构，其中，所述Np矢量电机控制装置一端与所述燃气轮机控制器和仿真激励单元通信连接，另一端与所述Np小惯性变速电机通信连接，所述Np矢量电机控制装置用于接收所述仿真激励单元的控制信号，并根据控制信号控制所述Np小惯性变速电机的转速，继而模拟燃气轮机的Np转速；所述Np小惯性变速电机的输出端设置所述Np音轮测速机构，所述Np音轮测速机构与所述燃气轮机控制器通信连接，所述Np音轮测速机构将采集到的小惯性电机转速Np采集信号传递给所述燃气轮机控制器。‑‑所述仿真激励单元，其被配置为加载燃气轮机的数学模型，其中，所述燃油流量计与仿真激励单元通信连接，将输送至所述燃油分配器的燃油流量信号传递仿真激励单元，所述仿真激励单元根据所述燃油流量计反馈的燃油流量信号来计算燃气轮机的Ng转速、Np转速或进口导叶角度，并根据计算出的燃气轮机的Ng转速或Np转速计算燃气轮机的燃料量；所述燃气轮机控制器与仿真激励单元通信连接，所述仿真激励单元通过比较其自身计算出的Ng转速或Np转速与所述燃气轮机控制器所采集到的模拟Ng转速信号或模拟Np转速信号，并进一步地通过比较其自身计算出的燃气轮机的燃料量与所述燃气轮机控制器所采集到的燃料量，来考核所述燃气轮机控制器的性能。