CN110824955A - 基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台及方法，包括：燃气轮机控制系统，燃气轮机控制系统包括控制模块以及供控制模块信息交互的反馈信息输入端和控制信息输出端；燃气轮机仿真模型，燃气轮机仿真模型用于模拟真实燃气轮机以获取真实燃气轮机在预设工况下的热力学参数；dSPACE仿真系统，dSPACE仿真系统包括模型计算处理模块、将编译后的燃气轮机仿真模型导进模型计算处理模块的模型导入端以及供模型计算处理模块信息交互的仿真信息输出端和控制信息输入端。本发明能够降低燃气轮机技术的开发风险，节约研发时间和研发成本，并且为电厂技术人员的培训提供很好的实践平台。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机仿真技术领域，特别是涉及一种基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台及方法。
背景技术
燃气轮机(Gas Turbine)是以不断流动的工质带动叶轮进行高速的旋转，将燃料的能量转化为输出功的内燃式的动力机械，主要部件是由压气机、燃烧室和透平及各辅助系统等组成。
现如今的燃气轮机测试技术一般有两种。一种是采用实物来进行测试，这种方法有很多缺点，首先开发一款新的燃气轮机就要耗费十几、二十几年的时间，而且制造一台燃气轮机所需材料以及成本也很高，若是测试时出了点误差，将会导致整台燃气轮机发生事故，设备受损。所以这种测试技术时间和材料成本等过高，而且安全性难以确定。
第二种则是利用仿真软件如MATLAB/Simulink等进行仿真测试，这种测试方法可以方便地进行各种工况试验，简单可控，且成本低，安全。但是毕竟这是理论范畴上的仿真，在现实中存在硬件和设备等上的差别，所以现场的实物测试仍然是必不可少的一个环节。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台及方法，能够极大地降低燃气轮机技术的开发风险，节约研发时间和研发成本，并且为电厂技术人员的培训提供很好的实践平台。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，包括：
燃气轮机控制系统，燃气轮机控制系统包括控制模块以及供控制模块信息交互的反馈信息输入端和控制信息输出端，控制模块具有真实燃气轮机的控制逻辑；
燃气轮机仿真模型，燃气轮机仿真模型用于模拟真实燃气轮机以获取真实燃气轮机在预设工况下的热力学参数，燃气轮机仿真模型通过Simulink仿真软件建立；
dSPACE仿真系统，dSPACE仿真系统包括模型计算处理模块、将编译后的燃气轮机仿真模型导进模型计算处理模块的模型导入端以及供模型计算处理模块信息交互的仿真信息输出端和控制信息输入端，仿真信息输出端与反馈信息输入端通信连接，控制信息输入端与控制信息输出端通信连接；
在仿真过程中，燃气轮机控制系统发出控制信息并且通过dSPACE仿真系统将控制信息输送至燃气轮机仿真模型，控制信息在燃气轮机仿真模型中进行处理变换和逻辑运算以仿真运行时的真实燃气轮机，燃气轮机仿真模型通过dSPACE仿真系统将状态信息反馈至燃气轮机控制系统以指导燃气轮机控制系统输出下一步的控制信息，直至完成对真实燃气轮机的所有仿真动作。
优选地，所述燃气轮机仿真模型是根据真实燃气轮机的启动特性曲线或者变工况瞬态机理构建而成的。
优选地，所述燃气轮机仿真模型包括压气机子模型、燃烧室子模型、透平子模型以及转子子模型。
优选地，所述燃气轮机联合仿真平台还包括与燃气轮机仿真模型相适配的辅助仿真模型，辅助仿真模型包括进排气系统子模型、燃料系统子模型、执行机构子模型以及静态变频启动装置子模型。
优选地，由所述燃气轮机控制系统发出的控制信息包括盘车指令、清吹指令、直启指令、静态变频启动装置运行指令、并网用闸刀指令、值班阀开度指令以及预混阀开度指令。
优选地，由所述燃气轮机仿真模型发出的状态信息包括压气机进出口压力、压气机出口温度、燃烧室出口压力、透平出口温度、转子转速、输出功率、值班阀开度、预混阀开度以及压气机第一级进气导叶反馈信息。
优选地，所述控制模块的控制逻辑包括燃料控制逻辑、辅助控制逻辑以及电气保护逻辑。
优选地，所述预设工况包括启停工况、并网工况、变负荷工况以及甩负荷工况。
优选地，所述Simulink仿真软件的操作界面上具有编译按钮。
本发明还提供一种将燃气轮机仿真模型导进dSPACE仿真系统的方法，包括以下步骤：
步骤S1，打开燃气轮机仿真模型的Simulink模型文件，Simulink模型文件位于包含燃气轮机仿真模型运行所需文件的文件夹里，根据真实燃气轮机对Simulink模型文件修改并保存；
步骤S2，通过快捷键Ctrl+B或Simulink仿真软件的操作界面上的编译按钮对Simulink模型文件进行编译，以生成可导进dSPACE仿真系统的dSPACE兼容文件；
步骤S3，在Simulink模型文件所在的文件夹中生成四个新文件，四个新文件分别为xxx.sdf文件、xxx.trc文件、xxx.map文件以及xxx.rta文件，其中“xxx”为Simulink模型文件的文件名，将四个新文件复制到dSPACE仿真系统的ControlDesk软件所建立的项目文件夹中，在ControlDesk软件中重新导入xxx.sdf文件；
步骤S4，在ControlDesk软件的操作界面中点击“Go Online”按钮，燃气轮机控制系统发出控制信息，进行真实燃气轮机的仿真。
如上所述，本发明的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台及方法，具有以下有益效果：在本发明中，通过Simulink仿真软件建立燃气轮机仿真模型，编译后的燃气轮机仿真模型通过dSPACE仿真系统与燃气轮机控制系统进行信息交互，以形成燃气轮机联合仿真平台，即在仿真过程中，燃气轮机控制系统发出控制信息并且通过dSPACE仿真系统将控制信息输送至燃气轮机仿真模型，控制信息在燃气轮机仿真模型中进行处理变换和逻辑运算以仿真运行时的真实燃气轮机，燃气轮机仿真模型通过dSPACE仿真系统将状态信息反馈至燃气轮机控制系统以指导燃气轮机控制系统输出下一步的控制信息，直至完成对真实燃气轮机的所有仿真动作，这样能够极大地降低燃气轮机技术的开发风险，节约研发时间和研发成本，并且为电厂技术人员的培训提供很好的实践平台。
附图说明
图1显示为本发明的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台的示意图。
元件标号说明
1 燃气轮机控制系统
11 控制模块
12 反馈信息输入端
13 控制信息输出端
2 燃气轮机仿真模型
21 压气机子模型
22 燃烧室子模型
23 透平子模型
24 转子子模型
3 dSPACE仿真系统
31 模型计算处理模块
32 模型导入端
33 仿真信息输出端
34 控制信息输入端
4 辅助仿真模型
41 进排气系统子模型
42 燃料系统子模型
43 执行机构子模型
44 静态变频启动装置子模型
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
由于直接在真实燃气轮机上进行控制系统的开发和调试往往难以实现，而且也不容易得到完整的数据，一旦真实燃气轮机的设计或运行存在偏差，就会产生严重后果。这不仅是数据方面的不正确，也是对于人力物力财力的极大消耗。
因此，如图1所示，本发明提供一种基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，包括：
燃气轮机控制系统1，燃气轮机控制系统1包括控制模块11以及供控制模块11信息交互的反馈信息输入端12和控制信息输出端13，控制模块11具有真实燃气轮机的控制逻辑；
燃气轮机仿真模型2，燃气轮机仿真模型2用于模拟真实燃气轮机以获取真实燃气轮机在预设工况下的热力学参数，燃气轮机仿真模型2通过Simulink仿真软件建立；
dSPACE仿真系统3，dSPACE仿真系统3包括模型计算处理模块31、将编译后的燃气轮机仿真模型2导进模型计算处理模块31的模型导入端32以及供模型计算处理模块31信息交互的仿真信息输出端33和控制信息输入端34，仿真信息输出端33与反馈信息输入端12通信连接，控制信息输入端34与控制信息输出端13通信连接；
在仿真过程中，燃气轮机控制系统1发出控制信息并且通过dSPACE仿真系统3将控制信息输送至燃气轮机仿真模型2，控制信息在燃气轮机仿真模型2中进行处理变换和逻辑运算以仿真运行时的真实燃气轮机，燃气轮机仿真模型2通过dSPACE仿真系统3将状态信息反馈至燃气轮机控制系统1以指导燃气轮机控制系统1输出下一步的控制信息，直至完成对真实燃气轮机的所有仿真动作。
在本发明中，通过Simulink仿真软件建立燃气轮机仿真模型2，编译后的燃气轮机仿真模型2通过dSPACE仿真系统3与燃气轮机控制系统1进行信息交互，以形成燃气轮机联合仿真平台，即在仿真过程中，燃气轮机控制系统1发出控制信息并且通过dSPACE仿真系统3将控制信息输送至燃气轮机仿真模型2，控制信息在燃气轮机仿真模型2中进行处理变换和逻辑运算以仿真运行时的真实燃气轮机，燃气轮机仿真模型2通过dSPACE仿真系统3将状态信息反馈至燃气轮机控制系统1以指导燃气轮机控制系统1输出下一步的控制信息，直至完成对真实燃气轮机的所有仿真动作，这样能够极大地降低燃气轮机技术的开发风险，节约研发时间和研发成本，并且为电厂技术人员的培训提供很好的实践平台。
为了提高上述燃气轮机仿真模型2的仿真精度，上述燃气轮机仿真模型2是根据真实燃气轮机的启动特性曲线或者变工况瞬态机理构建而成的。
上述燃气轮机仿真模型2包括压气机子模型21、燃烧室子模型22、透平子模型23以及转子子模型24。
为了提高上述燃气轮机仿真模型2在启动以及变工况等条件下热力循环的仿真精度，保证燃气轮机控制系统1测试的有效性，上述燃气轮机联合仿真平台还包括与燃气轮机仿真模型2相适配的辅助仿真模型4，辅助仿真模型4包括进排气系统子模型41、燃料系统子模型42、执行机构子模型43以及静态变频启动装置子模型44。辅助仿真模型4使得燃气轮机联合仿真平台更为精细化，从而使燃气轮机仿真模型2的运行特性与真实燃气轮机基本保持一致。
由上述燃气轮机控制系统1发出的控制信息包括盘车指令(燃气轮机的转子低转速运行，防止转子因久置而产生变形)、清吹指令(在燃气轮机启动前，使用静态变频启动装置拖动转子转动，以将燃气轮机的燃烧室至锅炉内的残余燃气吹出，防止在启动时因燃气浓度过大而发生爆炸)、直启指令(静态变频启动装置的运行模式之一，指静态变频启动装置带动燃气轮机直接启动)、静态变频启动装置运行指令、并网用闸刀指令、值班阀开度指令以及预混阀开度指令。
由上述燃气轮机仿真模型2发出的状态信息包括压气机进出口压力、压气机出口温度、燃烧室出口压力、透平出口温度、转子转速、输出功率、值班阀开度、预混阀开度以及压气机第一级进气导叶反馈信息。
上述控制模块11的控制逻辑包括燃料控制逻辑、辅助控制逻辑以及电气保护逻辑。
上述预设工况包括启停工况、并网工况、变负荷工况以及甩负荷工况。
上述Simulink仿真软件的操作界面上具有编译按钮。
本发明还提供一种将燃气轮机仿真模型导进dSPACE仿真系统的方法，包括以下步骤：
步骤S1，打开燃气轮机仿真模型2的Simulink模型文件，Simulink模型文件位于包含燃气轮机仿真模型2运行所需文件的文件夹里，根据真实燃气轮机对Simulink模型文件修改并保存；
步骤S2，通过快捷键Ctrl+B或Simulink仿真软件的操作界面上的编译按钮对Simulink模型文件进行编译，以生成可导进dSPACE仿真系统3的dSPACE兼容文件；
步骤S3，在Simulink模型文件所在的文件夹中生成四个新文件，四个新文件分别为xxx.sdf文件、xxx.trc文件、xxx.map文件以及xxx.rta文件，其中“xxx”为Simulink模型文件的文件名，将四个新文件复制到dSPACE仿真系统3的ControlDesk软件所建立的项目文件夹中，在ControlDesk软件中重新导入xxx.sdf文件；
步骤S4，在ControlDesk软件的操作界面中点击“Go Online”按钮，燃气轮机控制系统1发出控制信息，进行真实燃气轮机的仿真。
综上所述，本发明的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台及方法能够极大地降低燃气轮机技术的开发风险，节约研发时间和研发成本，并且为电厂技术人员的培训提供很好的实践平台。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于，包括：
燃气轮机控制系统(1)，燃气轮机控制系统(1)包括控制模块(11)以及供控制模块(11)信息交互的反馈信息输入端(12)和控制信息输出端(13)，控制模块(11)具有真实燃气轮机的控制逻辑；
燃气轮机仿真模型(2)，燃气轮机仿真模型(2)用于模拟真实燃气轮机以获取真实燃气轮机在预设工况下的热力学参数，燃气轮机仿真模型(2)通过Simulink仿真软件建立；
dSPACE仿真系统(3)，dSPACE仿真系统(3)包括模型计算处理模块(31)、将编译后的燃气轮机仿真模型(2)导进模型计算处理模块(31)的模型导入端(32)以及供模型计算处理模块(31)信息交互的仿真信息输出端(33)和控制信息输入端(34)，仿真信息输出端(33)与反馈信息输入端(12)通信连接，控制信息输入端(34)与控制信息输出端(13)通信连接；
在仿真过程中，燃气轮机控制系统(1)发出控制信息并且通过dSPACE仿真系统(3)将控制信息输送至燃气轮机仿真模型(2)，控制信息在燃气轮机仿真模型(2)中进行处理变换和逻辑运算以仿真运行时的真实燃气轮机，燃气轮机仿真模型(2)通过dSPACE仿真系统(3)将状态信息反馈至燃气轮机控制系统(1)以指导燃气轮机控制系统(1)输出下一步的控制信息，直至完成对真实燃气轮机的所有仿真动作。
2.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：所述燃气轮机仿真模型(2)是根据真实燃气轮机的启动特性曲线或者变工况瞬态机理构建而成的。
3.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：所述燃气轮机仿真模型(2)包括压气机子模型(21)、燃烧室子模型(22)、透平子模型(23)以及转子子模型(24)。
4.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：所述燃气轮机联合仿真平台还包括与燃气轮机仿真模型(2)相适配的辅助仿真模型(4)，辅助仿真模型(4)包括进排气系统子模型(41)、燃料系统子模型(42)、执行机构子模型(43)以及静态变频启动装置子模型(44)。
5.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：由所述燃气轮机控制系统(1)发出的控制信息包括盘车指令、清吹指令、直启指令、静态变频启动装置运行指令、并网用闸刀指令、值班阀开度指令以及预混阀开度指令。
6.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：由所述燃气轮机仿真模型(2)发出的状态信息包括压气机进出口压力、压气机出口温度、燃烧室出口压力、透平出口温度、转子转速、输出功率、值班阀开度、预混阀开度以及压气机第一级进气导叶反馈信息。
7.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：所述控制模块(11)的控制逻辑包括燃料控制逻辑、辅助控制逻辑以及电气保护逻辑。
8.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：所述预设工况包括启停工况、并网工况、变负荷工况以及甩负荷工况。
9.根据权利要求1所述的基于dSPACE的燃气轮机联合仿真平台，其特征在于：所述Simulink仿真软件的操作界面上具有编译按钮。
10.一种将燃气轮机仿真模型导进dSPACE仿真系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，打开燃气轮机仿真模型(2)的Simulink模型文件，Simulink模型文件位于包含燃气轮机仿真模型(2)运行所需文件的文件夹里，根据真实燃气轮机对Simulink模型文件修改并保存；
步骤S2，通过快捷键Ctrl+B或Simulink仿真软件的操作界面上的编译按钮对Simulink模型文件进行编译，以生成可导进dSPACE仿真系统(3)的dSPACE兼容文件；
步骤S3，在Simulink模型文件所在的文件夹中生成四个新文件，四个新文件分别为xxx.sdf文件、xxx.trc文件、xxx.map文件以及xxx.rta文件，其中“xxx”为Simulink模型文件的文件名，将四个新文件复制到dSPACE仿真系统(3)的ControlDesk软件所建立的项目文件夹中，在ControlDesk软件中重新导入xxx.sdf文件；
步骤S4，在ControlDesk软件的操作界面中点击“Go Online”按钮，燃气轮机控制系统(1)发出控制信息，进行真实燃气轮机的仿真。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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