CN117055372A - 一种汽轮机仿真试验方法、装置、系统和存储介质 - Google Patents

一种汽轮机仿真试验方法、装置、系统和存储介质 Download PDF

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CN117055372A CN202311131221.8A CN202311131221A CN117055372A CN 117055372 A CN117055372 A CN 117055372A CN 202311131221 A CN202311131221 A CN 202311131221A CN 117055372 A CN117055372 A CN 117055372A
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Abstract

本发明实施例公开了一种汽轮机仿真试验方法、装置、系统和存储介质，该方法包括：接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数；其中，仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；基于仿真模式和仿真模式对应的试验参数对汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；根据仿真试验结果生成汽轮机控制系统分析报告。本发明实施例的方法，能够根据用户的选择对汽轮机的控制策略进行半物理和纯数字两种不同类型的仿真试验，分析被控对象元部件和系统的动态特性。节省了人力物力，提高汽轮机控制系统的试验验证效率。

Description

一种汽轮机仿真试验方法、装置、系统和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及工程试验技术领域，尤其涉及一种汽轮机仿真试验方法、装置、系统和存储介质。
背景技术
电站汽轮机是一种大型动力装置，包括很多结构复杂的其关键部件，尤其是其中的控制系统部件，如果制造完成后直接投入运行风险就会很大。因为控制系统中的不完善容易引起其在真实场景的试验中超速等危险情况的发生。因此，在一定程度上能准确反映控制系统动态过程的计算机实时纯数字仿真系统可以替代真实系统进行试验，完成最初的控制系统的性能分析和参数校核。此外，随着其他液压部套设备研制的陆续完成，可以随时在仿真系统中加入这些部套，以半物理仿真的方式测试其性能。
当前的汽轮机仿真试验方法大都是先对汽轮机控制系统进行纯数字仿真试验，之后在出厂前再对控制系统进行半物理试验。两次试验的仿真系统需要经过较大幅度修改配置才能顺利进行，非常耗费耗力。
发明内容
本发明实施例提供一种汽轮机仿真试验方法、装置、系统和存储介质，可以适应半物理和纯数字两种不同类型的仿真试验，节省人力物力，提高汽轮机控制系统的试验效率。
第一方面，本发明实施例提供一种汽轮机仿真试验方法，包括：
接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数；其中，所述仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；
基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数对所述汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到所述汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，所述仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；
根据所述仿真试验结果生成所述汽轮机控制系统分析报告。
第二方面，本发明实施例提供一种汽轮机仿真试验系统，所述系统包括：控制子系统、半物理试验设备、运算主机和参数设定显示设备，其中：
所述控制子系统，用于向所述半物理试验设备或者所述运算主机发送驱动电流，接收所述半物理试验设备返回的物理试验结果或者所述运算主机返回的数字试验结果；基于所述物理试验结果或者数字试验结果生成汽轮机控制系统分析报告；
所述半物理试验设备，用于基于所述驱动电流对所述汽轮机进行半物理试验，得到所述物理试验结果；
所述运算主机，用于基于所述驱动电流对所述汽轮机进行纯数字试验，得到所述数字试验结果；
所述参数设定显示设备，用于接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数，以使得所述控制器基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数向所述半物理试验设备或者所述运算主机发送所述驱动电流。
第三方面，本发明实施例提供一种汽轮机仿真试验装置，所述装置包括：
参数接收模块，用于接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数；其中，所述仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；
结果确定模块，用于基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数对所述汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到所述汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，所述仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；
报告生成模块，用于根据所述仿真试验结果生成所述汽轮机控制系统分析报告。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的汽轮机仿真试验方法。
本发明实施例中，接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数；其中，仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；基于仿真模式和仿真模式对应的试验参数对汽轮机进行仿真试验，得到汽轮机的仿真试验结果；其中，仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；根据仿真试验结果生成汽轮机控制系统分析报告。即本发明实施例中，能够根据用户的选择对汽轮机的控制策略进行半物理和纯数字两种不同类型的仿真试验，分析被控对象元部件和系统的动态特性。节省了人力物力，提高汽轮机控制系统的试验效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验方法的第一流程图；
图2为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验方法的第二流程图；
图3为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验系统的第一结构示意图；
图4为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验系统的第二结构示意图；
图5为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验方法的第一流程图，本发明实施例的方法可以适应半物理和纯数字两种不同类型的仿真试验，节省人力物力，提高汽轮机控制系统的试验效率。该方法可以由本发明实施例提供的汽轮机仿真试验装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。以下实施例将以该装置集成在汽轮机仿真试验系统中为例进行说明，参考图1，该方法具体可以包括如下步骤：
步骤101、接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数。
其中，仿真模式为半物理模式或者纯数字模式。半物理模式表示需要对汽轮机的控制策略进行半物理试验。纯数字模式表示需要对汽轮机的控制策略进行纯数字试验。汽轮机半物理试验是一种通过使用物理模型和仿真技术来模拟汽轮机的运行和性能的试验方法。在汽轮机半物理仿真试验中，通常会使用一个缩小比例的半物理仿真模型来代表实际的汽轮机。
本方案中，汽轮机的半物理仿真模型包括伺服阀物理模型、油动机物理模型和阀门物理模型。本方案中，汽轮机的数字模型包括伺服阀模型、油动机模型、阀门模型和发电机转子模型。试验参数包括半物理模式或者纯数字模式的建模参数和汽轮机的设备参数。汽轮机的设备参数包括汽轮机的型号、尺寸和生产厂家等。在一种可选的实施方式中，用户可以通过汽轮机仿真试验系统的参数设定显示设备选择汽轮机的仿真模式，并上传仿真模式对应的试验参数。
步骤102、基于仿真模式和仿真模式对应的试验参数对汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到汽轮机的仿真试验结果。
其中，仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果。仿真模式为半物理模式或者纯数字模式。具体地，用户在参数设定显示设备上选择仿真模式和仿真模式对应的试验参数后，参数设定显示设备可以将仿真模式和对应的试验参数发送给汽轮机仿真试验系统的控制子系统，控制子系统中的控制器加载出汽轮机的控制策略，并根据试验参数等确定出驱动电流。进一步地，通过半物理试验或者纯数字试验对汽轮机的控制策略进行验证。
在一种可选的实施方式中，当仿真模式为纯数字模式，驱动电流不为0时，基于驱动电流确定汽轮机的初始数字试验结果；其中，初始数字试验结果包括伺服阀模型的输出油流量、第一比例、第二比例和发电机转子模型的转速和功率的变化情况；第一比例为油动机模型的行程和伺服阀模型的输出油流量的比例，第二比例包括阀门模型的阀位与油动机模型的行程的比例以及输出油流量与油动机模型的行程的比例；通过控制器，基于初始数字试验结果更新驱动电流，重复执行当驱动电流不为0时，基于驱动电流确定汽轮机的初始数字试验结果的步骤，直到驱动电流为0时，得到数字试验结果。
当仿真模式为半物理模式，驱动电流不为0时，基于驱动电流确定汽轮机的初始物理试验结果；其中，初始物理试验结果包括阀门的开度；通过伺服卡获取初始物理试验结果；通过控制器，基于初始物理试验结果更新驱动电流，重复执行当驱动电流不为0时，基于驱动电流确定汽轮机的初始物理试验结果的步骤，直到驱动电流为0时，得到物理试验结果。
步骤103、根据仿真试验结果生成汽轮机控制系统分析报告。
其中，汽轮机控制系统分析报告是根据汽轮机的半物理试验结果和纯数字试验结果生成的，用于验证汽轮机的控制策略的可靠性，同时也用于表示汽轮机的各个部件和汽轮机控制子系统的分析报告。控制系统分析报告中包括半物理试验和纯数字试验的目的、方法、试验设备、测试参数和测试范围等。本方案中，根据仿真试验结果生成汽轮机控制系统分析报告，包括：将仿真试验结果与预先加载的汽轮机的控制策略中的预测结果进行匹配，得到匹配结果；基于匹配结果生成控制系统分析报告。
具体地，在得到半物理试验结果和纯数字试验结果后，对半物理试验结果和纯数字试验结果进行详细描述和分析，得到对应的控制策略的运行情况，包括汽轮机的控制系统的工作性能参数，如功率输出、热效率和蒸汽流量等，以及其他关键指标，如温度、压力和转速等。进一步地，将分析后的物理实验结果和数字实验结果与控制策略中的预测结果进行比对分析，确定其差距是否过大，根据其差距、半物理试验结果和纯数字试验结果生成控制系统分析报告。将控制系统分析报告发送给工作人员，以使得工作人员根据汽轮机控制系统分析报告了解控制策略是否合理、合格。
本实施例的技术方案，接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数；其中，仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；基于仿真模式和仿真模式对应的试验参数对汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；根据仿真试验结果生成汽轮机控制系统分析报告。本实施例的技术方案，能够根据用户的选择对汽轮机的控制策略进行半物理和纯数字两种不同类型的仿真试验，分析被控对象元部件和系统的动态特性。节省了人力物力，提高汽轮机控制系统的试验效率。
图2为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验方法的第二流程图，本实施例是在上述实施例的基础上进行细化。具体的方法可如图2所示，该方法可以包括如下步骤：
步骤201、接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数。
其中，仿真模式为半物理模式或者纯数字模式。
步骤202、通过伺服卡获取控制器输出的驱动电流。
其中，运算主机是用于对汽轮机进行纯数字模型仿真计算的计算机或计算设备。本方案中，汽轮机仿真试验系统包括控制子系统，控制子系统包括操作站、控制器和伺服卡。伺服卡是一种用于控制伺服系统的电子设备，能够精确控制相关部件的位置、速度和力。在一种可选的实施方式中，参数设定显示设备在接收到用户上传的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数后，将仿真模式和试验参数发送给控制器。控制器可以根据仿真模式对应的试验参数自动加载控制策略，并根据控制策略向伺服卡发送驱动电流。
步骤203、当仿真模式为纯数字模式时，基于纯数字模式对应的试验参数建立汽轮机的数字模型，并基于驱动电流对数字模型进行仿真试验，得到数字试验结果。
其中，纯数字模式表示需要对汽轮机的控制进行纯数字试验的模式。本方案中，汽轮机仿真试验系统还包括运算主机，运算主机负责汽轮机控制策略的纯数字实验部分。运算主机包括汽轮机模型、伺服阀模型、油动机模型、阀门模型和发电机转子模型等。具体地，当仿真模式为纯数字模式时，控制器可以通过伺服卡将驱动电流和试验参数发送给运算主机，运算主机可以根据汽轮机的型号、尺寸等试验参数自动建立汽轮机对应的伺服阀模型、油动机模型、阀门模型和发电机转子模型。运算主机在接收到驱动电流后，可以根据驱动电流对伺服阀模型、油动机模型、阀门模型和发电机转子模型进行仿真试验，得到伺服阀模型的输出油流量、第一比例、第二比例和发电机转子模型的转速和功率的变化情况。第一比例为油动机模型的行程和伺服阀模型的输出油流量的比例，第二比例包括阀门模型的阀位与油动机模型的行程的比例以及输出油流量与油动机模型的行程的比例。
本方案实施例中，可选的，基于驱动电流对数字模型进行仿真试验，得到数字试验结果，包括如下步骤A1-步骤A5：
步骤A1：当驱动电流不为0时，根据驱动电流和预先确定的伺服阀模型的一阶传递函数，计算伺服阀模型的输出油流量。
其中，传递函数是控制系统理论中的一个重要概念，用于描述输入和输出之间的关系。传递函数可以通过对系统的微分方程进行拉普拉斯变换得到。传递函数用于分析系统的稳定性、频率响应、阻尼特性、相位延迟等性能。通过对传递函数进行频域分析，可以得到系统的增益曲线、相位曲线等信息，从而对系统的性能进行评估和优化。
本方案中，用Gq(s)表示伺服阀模型的一阶传递函数，其中，Q表示伺服阀输出油流量，i为驱动电流，Tsv为电液伺服阀一阶模型时间常数，s为拉普拉斯变换系数，k为流量增益。
步骤A2：获取油动机模型的行程，基于伺服阀模型的输出油流量、油动机模型的行程和预先确定的油动机模型的无量纲传递函数，确定第一比例。
其中，第一比例为油动机模型的行程和伺服阀模型的输出油流量的比例。在试验过程中，运算主机接收到驱动电流后，油动机模型会随着驱动电流的变化而变化。运算主机可以获取到油动机模型的行程，即油动机的活塞运动产生的位移。无量纲传递函数是指在控制系统理论中，将传递函数的分子和分母多项式进行归一化处理，使其不含具体的物理量和单位，从而使传递函数成为无量纲的比例关系。
具体地，用Acy表示油动机做活塞运动的面积，xcy表示油动机的行程，t表示油动机模型做活塞运动的时间。油动机的行程与伺服阀模型的输出油流量存在如下关系：
用X(s)表示油动机模型的无量纲传递函数，则油动机模型的无量纲传递函数为：其中，/>xcymax表示油动机的最大行程，Qmax表示最大输出油流量。
基于驱动电流调整阀门模型的阀位，并根据阀位、伺服阀模型的输出油流量和油动机模型的行程确定第二比例。
其中，阀位表示阀门的位置。在液压系统中，油动机通过提供液压力来驱动液压阀，从而控制流体的流动和执行机构的运动。液压阀的阀位和流量决定了流体的通路和阻力，进而影响液压系统的工作状态和执行机构的运动速度。当油动机的行程增加时，液压系统中的液压力也会相应增加。这会导致液压阀的阀位增大，从而打开更大的通路，使更多的流体通过液压系统。因此，阀位和伺服阀模型的输出油流量与油动机模型的行程成正比。
步骤A3：分别通过测速卡和功率卡获取发电机转子模型的转速和功率。
其中，测速卡用于测量汽轮机发电机转子模型的转速。测速卡通常与汽轮机的转子轴相连，通过测量转子轴的旋转速度来确定汽轮机的转速。测速卡可以使用不同的技术来实现转速的测量，包括：光电传感器、磁性传感器、振动传感器等。功率卡用于测量汽轮机发电机转子模型的功率。功率卡通常安装在汽轮机的输出轴上，功率卡的工作原理基于扭矩和转速之间的关系。
步骤A4：根据发电机转子模型的转速、功率和预先确定的发电机转子模型的传递函数，确定发电机转子模型的转速和功率的变化情况。
具体地，汽轮发电机转子模型模拟机组负荷发生扰动时，汽轮机转速的动态变化，其主要用于机组启动冲转、甩负荷转速飞升和停机后的惰走计算。机组并网运行后，发电机转子模型的转速变化很小，即使发生负荷扰动不能使转速发生大的改变。本方案中，为简化发电机转子模型，发电机转子模型设置单机和并网两种汽轮机工作模式，单机时汽轮机转速由发电机转子模型算出，并网时假设转速不变为额定转速3000转/每分钟。
具体地，决定汽轮机发电机转子模型转速的因素有三个：蒸汽的驱动转矩MT，发电机的电磁阻力矩ML和转子的摩擦转矩Mf。用J表示转动惯量，ω表示角速度，t表示时间，发电机转子模型的转速动态方程为：
单机发电机转子模型中没有发电机的负载，因此，ML＝0，则上式可以简化为：发电机转子模型的功率平衡方程为：/>其中，NT即为汽轮机功率，Nf是转子的摩擦功率。将上式进行小偏差线性化可得：/>其中，n0为额定转速。
给上式两边同时除汽轮机额定功率N0，得到：
其中，为转子的飞升时间常数，β为转子的自平衡系数，是转速的非线性方程。则发电机转子模型的传递函数为：/>随着机组容量的增大，汽轮发电机组轴系总转动惯量的增大量小于机组容量的增大量，所以，转子惯性时间常数随机组容量的增大而减小。由于β表示转子机械损失与转速之间的关系。为简化计算，转子的摩擦损失考虑随转速平方变化的动摩擦和不随转速变化的静摩擦两部分，基于大型机组停机后的惰走试验，机械摩擦损失随转速变化关系为：/>其中，n0为额定转速3000rpm，n表示转速。上式在额定转速下，机组的空载功耗约为机组额定功率的2.883％。基于低转速时汽轮机的效率较低，故在汽轮机启动转时的耗汽量大于额定转速下的耗汽量。因此，可以将β修正为：/>
步骤A5：通过控制器，基于初始数字试验结果更新驱动电流，重复执行当驱动电流不为0时，基于驱动电流确定汽轮机的初始数字试验结果的步骤，直到驱动电流为0时，得到数字试验结果。
其中，初始数字试验结果包括伺服阀模型的输出油流量、第一比例、第二比例和发电机转子模型的转速和功率的变化情况；第一比例为油动机模型的行程和伺服阀模型的输出油流量的比例，第二比例包括阀门模型的阀位与油动机模型的行程的比例以及输出油流量与油动机模型的行程的比例。具体地，运算主机在得到初始数字试验结果后，可以将初始数字试验结果发送给控制器，控制器可以根据伺服阀模型的输出油流量、第一比例、第二比例和发电机转子模型的转速和功率的变化情况，更新驱动电流，然后将新的驱动电流再发送给运算主机，使得运算主机根据新的驱动电流对汽轮机的纯数字模型进行出数字试验，直到驱动电流为0时，得到最终的得到数字试验结果。
上述步骤中，可以分阶段对汽轮机控制策略进行纯数字试验，以确定合理的汽轮机控制子系统的控制方案；提高了汽轮机仿真试验的灵活性和可靠性，为后续提高汽轮机仿真试验的效率奠定了基础。
步骤204、当仿真模式为半物理模式时，基于半物理模式对应的试验参数建立汽轮机的物理装置，并基于驱动电流、汽轮机模型和发电机模型对物理装置进行仿真试验，得到物理试验结果；
其中，物理装置包括：阀门物理装置、油动机物理装置和伺服阀物理装置。半物理模式表示需要对汽轮机的控制系统进行半物理试验的模式。汽轮机半物理试验是一种通过使用物理模型和仿真技术来模拟汽轮机的控制系统的运行和性能的试验方法。具体地，当仿真模式为半物理模式时，控制器可以将驱动电流和试验参数发送给半物理试验设备，半物理试验设备可以根据汽轮机的型号、尺寸等试验参数自动建立汽轮器对应的伺服阀物理装置、油动机物理装置、阀门物理装置。本方案实施例中，可选的，基于驱动电流对物理装置进行仿真试验，包括如下步骤B1-步骤B2：
步骤B1：当驱动电流不为0时，基于驱动电流、汽轮机模型和发电机模型确定汽轮机的初始物理试验结果。
其中，初始试验结果包括阀门物理装置的开度。具体地，控制器在确定出驱动电流后，将驱动电流作用到汽轮机模型、发电机模型和伺服阀物理装置上，伺服阀物理装置可以根据驱动电流驱动油动机物理装置，通过油动机物理装置控制阀门物理装置进行开启阀门或者关闭阀门的操作，阀门模型的开度会发生相应的变化。
本方案中，通过位移测量器(LinearVariable Displacement Transducer，LVDT)测量阀门开度的变化。LVDT是一种传感器，用于测量物体的线性位移。LVDT传感器由一个固定的线圈和一个移动的铁芯组成。当阀门开度变化时，阀门杆的位移会导致铁芯在线圈中产生变化的感应电压。通过测量LVDT传感器输出的感应电压，可以确定阀门的开度。传感器输出的电压与阀门开度之间存在一种线性关系，因此可以通过校准来将电压转换为相应的开度百分比。
步骤B2：通过伺服卡获取初始物理试验结果；通过控制器，基于初始物理试验结果更新驱动电流，重复执行当驱动电流不为0时，基于驱动电流确定汽轮机的初始物理试验结果的步骤，直到驱动电流为0时，得到物理试验结果。
其中，初始物理试验结果包括阀门物理装置的开度。具体地，半物理试验设备在得到初始物理试验结果后，可以将初始物理试验结果发送给控制器，控制器可以根据阀门物理装置的开度更新驱动电流，然后将新的驱动电流再发送给半物理试验设备，使得半物理试验设备根据新的驱动电流对汽轮机的物理装置进行半物理试验，直到驱动电流为0时，得到最终的得到半物理试验结果。
上述步骤中，可以灵活的对汽轮机控制策略进行半物理试验，以确定合理的汽轮机控制子系统的控制方案；提高了汽轮机仿真试验的灵活性和可靠性，为后续提高汽轮机仿真试验的效率奠定了基础。
步骤205、根据仿真试验结果生成汽轮机控制系统分析报告。
本发明实施例中，接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数；其中，仿真模式为半物理模式或者纯数字模式。通过运算主机获取控制器输出给伺服卡的驱动电流。当仿真模式为纯数字模式时，基于纯数字模式对应的试验参数建立汽轮机的数字模型，并基于驱动电流对数字模型进行仿真试验，得到数字试验结果；当仿真模式为半物理模式时，基于半物理模式对应的试验参数建立汽轮机的物理装置，并基于驱动电流、汽轮机模型和发电机模型对物理装置进行仿真试验，得到物理试验结果；其中，物理装置包括：阀门物理装置、油动机物理装置和伺服阀物理装置。本实施例的技术方案，能够根据用户的选择对汽轮机的控制策略进行半物理和纯数字两种不同类型的仿真试验，分析被控对象元部件和系统的动态特性，以确定合理的汽轮机控制子系统的控制方案；提高了汽轮机仿真试验的灵活性和可靠性，节省了人力物力，提高汽轮机控制系统的试验效率，同时保证汽轮机机组一次启动成功。
图3为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验系统的第一结构示意图，如图3所示，该系统包括：控制子系统、半物理试验设备、运算主机和参数设定显示设备，其中：
控制子系统，用于向半物理试验设备或者运算主机发送驱动电流，接收半物理试验设备返回的物理试验结果或者运算主机返回的数字试验结果；基于物理试验结果或者数字试验结果生成汽轮机控制系统分析报告；
半物理试验设备，用于基于驱动电流对汽轮机进行半物理试验，得到物理试验结果；
运算主机，用于基于驱动电流对汽轮机进行纯数字试验，得到数字试验结果；
参数设定显示设备，用于接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数，以使得控制器基于仿真模式和仿真模式对应的试验参数向半物理试验设备或者运算主机发送驱动电流。
图4为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验系统的第二结构示意图。如图4所示，控制子系统包括操作站、控制器和伺服卡。控制器内部主要加载汽轮机的控制策略，通过伺服卡输出控制指令(驱动电流-40mA～40mA)至伺服阀。操作站主要用于人机交互，工作人员可以通过操作站设置控制器的参数。半物理试验设备包括伺服阀物理装置、油动机物理装置和阀门物理装置。半物理试验设备通过LVDT测量阀门开度的变化。运算主机通过汽轮机的信息得到阀门模型、油动机模型和伺服阀模型。G表示发动机，控制器通过测速卡和功率卡获取发动机转速。运算主机中阀门数字模型的上方的斜直实线表示仿真模式切换开关，参数设定显示设备由工控机、显示器、键盘和鼠标构成。主要负责接收用户选择的仿真模式，加载数字仿真试验的初始状态、通过虚拟开关对纯数字模式和半物理模式进行切换。
汽轮机仿真试验系统还包括数据I/O模块，数据I/O模块主要包括阀位信号的测量，例如包括LVDT、电流调制卡、转速卡和功率卡。LVDT将测量的0-5V信号反馈至伺服卡和控制子系统；电流调制卡将输入的驱动电流调制成4-20mA的信号输出至运算主机，驱动伺服阀模型、油动机模型、阀门模型、汽轮发电机转子模型等数字仿真模块；汽轮发电机转子模型计算出的速度和功率信号，分别通过测速卡、功率卡调制成控制器需要的4-20mA信号，输入到汽轮机控制系统。A1、A2代表信号连接，A1是驱动电流，A2是电流调制输出。
本实施例的系统包括：控制子系统、半物理试验设备、运算主机和参数设定显示设备，其中：控制子系统，用于向半物理试验设备或者运算主机发送驱动电流，接收半物理试验设备返回的物理试验结果或者运算主机返回的数字试验结果；基于物理试验结果或者数字试验结果生成汽轮机控制系统分析报告；半物理试验设备，用于基于驱动电流对汽轮机进行半物理试验，得到物理试验结果；运算主机，用于基于驱动电流对汽轮机进行纯数字试验，得到数字试验结果；参数设定显示设备，用于接收用户发送的汽轮机的仿真模式和仿真模式对应的试验参数，以使得控制器基于仿真模式和仿真模式对应的试验参数向半物理试验设备或者运算主机发送驱动电流。本实施例提供的汽轮机仿真试验系统，能够适应半物理和纯数字两种不同类型的仿真试验，分析被控对象元部件和系统的动态特性，以确定合理的汽轮机控制子系统的控制方案；提高了汽轮机仿真试验的灵活性和可靠性，节省了人力物力，提高汽轮机控制系统的试验效率，同时保证汽轮机机组一次启动成功。
图5为本发明实施例提供的汽轮机仿真试验装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供的汽轮机仿真试验方法。如图5所示，该装置具体可以包括：
参数接收模块501，用于接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数；其中，所述仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；
结果确定模块502，用于基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数对所述汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到所述汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，所述仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；
报告生成模块503，用于根据所述仿真试验结果生成所述汽轮机控制系统分析报告。
可选的，结果确定模块502，具体用于：通过伺服卡获取控制器输出的驱动电流；
当所述仿真模式为所述纯数字模式时，基于所述纯数字模式对应的试验参数建立所述汽轮机的数字模型，并基于所述驱动电流对所述数字模型进行仿真试验，得到所述数字试验结果；其中，所述数字模型包括：汽轮机模型、伺服阀模型、油动机模型、阀门模型和发电机转子模型；
当所述仿真模式为所述半物理模式时，基于所述半物理模式对应的试验参数建立所述汽轮机的物理装置，并基于所述驱动电流、所述汽轮机模型和所述发电机模型对所述物理装置进行仿真试验，得到所述物理试验结果；其中，所述物理装置包括：阀门物理装置、油动机物理装置和伺服阀物理装置。
可选的，结果确定模块502，还用于：当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始数字试验结果；其中，所述数字试验结果包括伺服阀模型的输出油流量、第一比例、第二比例和发电机转子模型的转速和功率的变化情况；所述第一比例为油动机模型的行程和所述伺服阀模型的输出油流量的比例，所述第二比例包括阀门模型的阀位与所述油动机模型的行程的比例以及所述输出油流量与所述油动机模型的行程的比例；
通过所述控制器，基于所述初始数字试验结果更新所述驱动电流，重复执行所述当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始数字试验结果的步骤，直到所述驱动电流为0时，得到所述数字试验结果。
可选的，结果确定模块502，还用于：根据所述驱动电流和预先确定的所述伺服阀模型的一阶传递函数，计算所述伺服阀模型的输出油流量；
获取所述油动机模型的行程，基于所述伺服阀模型的输出油流量、所述油动机模型的行程和预先确定的所述油动机模型的无量纲传递函数，确定所述第一比例；
基于所述驱动电流调整所述阀门模型的阀位，并根据所述阀位、所述伺服阀模型的输出油流量和所述油动机模型的行程确定所述第二比例。
可选的，结果确定模块502，还用于：分别通过测速卡和功率卡获取所述发电机转子模型的转速和功率；
根据所述发电机转子模型的转速、功率和预先确定的发电机转子模型的传递函数，确定所述发电机转子模型的转速和功率的变化情况。
可选的，结果确定模块502，还用于：当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流、所述汽轮机模型和所述发电机模型确定所述汽轮机的初始物理试验结果；其中，所述初始物理试验结果包括阀门物理装置的开度；
通过所述伺服卡获取所述初始物理试验结果；
通过所述控制器，基于所述初始物理试验结果更新所述驱动电流，重复执行所述当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始物理试验结果的步骤，直到所述驱动电流为0时，得到所述物理试验结果。
可选的，报告生成模块503，具体用于：将所述仿真试验结果与预先加载的所述汽轮机的控制策略中的预测结果进行匹配，得到匹配结果；
基于所述匹配结果生成所述控制系统分析报告。
本发明实施例所提供的汽轮机仿真试验装置可执行本发明任意实施例所提供的汽轮机仿真试验方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。本实施例中未详尽描述的内容可以参考本发明任意方法实施例中的描述。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明所有发明实施例提供的一种汽轮机仿真试验方法：接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数；其中，所述仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数对所述汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到所述汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，所述仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；根据所述仿真试验结果生成所述汽轮机控制系统分析报告。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种汽轮机仿真试验方法，其特征在于，包括：
接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数；其中，所述仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；
基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数对所述汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到所述汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，所述仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；
根据所述仿真试验结果生成所述汽轮机控制系统分析报告。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数对所述汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到所述汽轮机的控制策略的仿真试验结果，包括：
通过伺服卡获取控制器输出的驱动电流；
当所述仿真模式为所述纯数字模式时，基于所述纯数字模式对应的试验参数建立所述汽轮机的数字模型，并基于所述驱动电流对所述数字模型进行仿真试验，得到所述数字试验结果；其中，所述数字模型包括：汽轮机模型、伺服阀模型、油动机模型、阀门模型和发电机转子模型；
当所述仿真模式为所述半物理模式时，基于所述半物理模式对应的试验参数建立所述汽轮机的物理装置，并基于所述驱动电流、所述汽轮机模型和所述发电机模型对所述物理装置进行仿真试验，得到所述物理试验结果；其中，所述物理装置包括：阀门物理装置、油动机物理装置和伺服阀物理装置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述驱动电流对所述数字模型进行仿真试验，得到所述数字试验结果，包括：
当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始数字试验结果；其中，所述初始数字试验结果包括伺服阀模型的输出油流量、第一比例、第二比例和发电机转子模型的转速和功率的变化情况；所述第一比例为油动机模型的行程和所述伺服阀模型的输出油流量的比例，所述第二比例包括阀门模型的阀位与所述油动机模型的行程的比例以及所述输出油流量与所述油动机模型的行程的比例；
通过所述控制器，基于所述初始数字试验结果更新所述驱动电流，重复执行所述当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始数字试验结果的步骤，直到所述驱动电流为0时，得到所述数字试验结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始数字试验结果，包括：
根据所述驱动电流和预先确定的所述伺服阀模型的一阶传递函数，计算所述伺服阀模型的输出油流量；
获取所述油动机模型的行程，基于所述伺服阀模型的输出油流量、所述油动机模型的行程和预先确定的所述油动机模型的无量纲传递函数，确定所述第一比例；
基于所述驱动电流调整所述阀门模型的阀位，并根据所述阀位、所述伺服阀模型的输出油流量和所述油动机模型的行程确定所述第二比例。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始数字试验结果，包括：
分别通过测速卡和功率卡获取所述发电机转子模型的转速和功率；
根据所述发电机转子模型的转速、功率和预先确定的发电机转子模型的传递函数，确定所述发电机转子模型的转速和功率的变化情况。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述驱动电流、所述汽轮机模型和所述发电机模型对所述物理装置进行仿真试验，得到所述物理试验结果，包括：
当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流、所述汽轮机模型和所述发电机模型确定所述汽轮机的初始物理试验结果；其中，所述初始物理试验结果包括阀门物理装置的开度；
通过所述伺服卡获取所述初始物理试验结果；
通过所述控制器，基于所述初始物理试验结果更新所述驱动电流，重复执行所述当所述驱动电流不为0时，基于所述驱动电流确定所述汽轮机的初始物理试验结果的步骤，直到所述驱动电流为0时，得到所述物理试验结果。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述仿真试验结果生成所述汽轮机控制系统分析报告，包括：
将所述仿真试验结果与预先加载的所述汽轮机的控制策略中的预测结果进行匹配，得到匹配结果；
基于所述匹配结果生成所述控制系统分析报告。
8.一种汽轮机仿真试验系统，其特征在于，所述系统包括：控制子系统、半物理试验设备、运算主机和参数设定显示设备，其中：
所述控制子系统，用于向所述半物理试验设备或者所述运算主机发送驱动电流，接收所述半物理试验设备返回的物理试验结果或者所述运算主机返回的数字试验结果；基于所述物理试验结果或者数字试验结果生成汽轮机控制系统分析报告；
所述半物理试验设备，用于基于所述驱动电流对所述汽轮机进行半物理试验，得到所述物理试验结果；
所述运算主机，用于基于所述驱动电流对所述汽轮机进行纯数字试验，得到所述数字试验结果；
所述参数设定显示设备，用于接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数，以使得所述控制器基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数向所述半物理试验设备或者所述运算主机发送所述驱动电流。
9.一种汽轮机仿真试验装置，其特征在于，包括：
参数接收模块，用于接收用户发送的汽轮机的仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数；其中，所述仿真模式为半物理模式或者纯数字模式；
结果确定模块，用于基于所述仿真模式和所述仿真模式对应的试验参数对所述汽轮机的控制策略进行仿真试验，得到所述汽轮机的控制策略的仿真试验结果；其中，所述仿真试验结果为数字试验结果或者物理试验结果；
报告生成模块，用于根据所述仿真试验结果生成所述汽轮机控制系统分析报告。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一所述的汽轮机仿真试验方法。
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