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摘要：随着现代科技的快速发展，海洋采油平台的电气化和自动化程度有了很大提高，对于电力的依赖也不断加深，相应的对平台电站的可靠性和稳定性要求提高。电站设备的质量和平台技术人员的水平是影响供电质量的两大因素，论文所述的透平发电机控制系统仿真，对于这两个条件的改进和提高具有重要意义。文本针对小型透平发电机计算机仿真平台开展研究

关键词：仿真;透平控制系统;控制模型

中图分类号：TM31    文献标识码：A

1、透平发电机组的发展概况

20世纪40年代，世界生产了第一代工业上实用的燃气轮机，并积累了较多的运行经验，同时，燃气轮机工业和科学系统开始形成。1939年，瑞士BBC公司成功制造世界上第一台电站用燃气轮机。随着高温材料、工程热物理、机械制造以及自动控制等领域的科技进步，燃气轮机技术得以迅速发展，它比较集中地反映了多理论学科和多工程领域科技发展的综合水平。

按技术特征，燃气轮机的发展经历了四代。20世纪50年代初，第一代燃气轮机的透平初温只有600-7000C，初期由于参数低、性能差，曾采取多轴、间冷、再热、回热等复杂循环和烧廉价重油等措施来提高燃气轮机的经济性，但这却带来系统、结构复杂化，燃气轮机的优点得不到体现，运行可靠性也下降。20世纪70年代，第二代燃气轮机飞速发展的十年，燃气温度、压缩机压比和机组性能大幅度提高，实现了用电子计算机监视的遥控全自动化。简单循环的燃气轮机效率达到36%，单机功率达到1.1X105KW，多台配合使用，各配或合配一台动力透平，驱动一台发电机时，功率可达（C1.1768-2.5743）X105KW。其技术特征：轻重结合结构，超级合金和保护涂层，先进的空冷技术，低污染燃烧，数字式微机控制系统，联合循环总能系统。目前正在研制的第三代燃气轮机，其主要特征是采用更有效的蒸汽冷却技术，高温部件的材料仍以超级合金为主，采用先进工艺（定向结晶、单晶叶片等），进一步改善合金性能，应用智能微机控制。正在构想第四代燃气轮机，采用革命性的新材料，发动机将处于或接近于理论燃烧空气量条件下工作，燃气温度大于1600-18000C，冷却系统也可能被取消。

2、透平系统仿真实验及对实验数据的分析

2.1透平系统在转速时的仿真实验

通过在中设定透平系统输入变量，其设定依据上文的透平系统时序图及控制模型，对于模拟量的设定还需依据透平系统的运行规则，可以获得系统在转速时的仿真，以下是透平系统的各个功能块在此时显示的结果。

图1透平气体燃料系统时仿真结果

本次透平仿真过程选择的是气体燃料，本章仿真结果图中的电磁阀、压力继电器、液压阀的显示状态用不同颜色加以区分，绿色背景表示电磁阀、液压阀处于接通状态，压力继电器处于正常压力。在NGP转速15%透平系统各元件检测完成，主要是阀检，其过程在透平燃料和润滑系统时序图中已详细研究，然后，透平系统开始点火，图1所示透平气体燃料系统各部件运行正常，控制点火火炬管线的电磁阀L340-1处于开通状态。白色背景表示电磁阀、液压阀处于关断，压力继电器报警，图2中所示液体燃料系统处于未工作阶段。得到润滑油在润滑前、后的温度监测值RT380，RT320，RT321，RT327-2，在Mars100透平系统中，RT380所监测的温度范围是200F一2400F，RT320，RT321，RT327-2所监测的温度范围是200F一2700F，0F表示华氏温度，采用的温度传感器将温度值放大了10倍，以便于观察温度变化，并在透平控制程序中作了换算，监测值经过处理后，能够处于规定范围内，符合Mars100透平的工作要求，仿真结果是可行的。

图2透平液体燃料系统时仿真结果

为证实仿真结果的真实性，采用与Mars100透平运行结果对比的方式，从实际运行曲线上可知，NGP转速15%时，透平转速在2000转/分以下，此时，TS温度在1000C以下。TS温度的仿真结果显示，TS温度193.80F，华氏度（of）与摄氏度（0C）之间的关系是，F二1.8*C+32，其中，F代表华氏度，C代表摄氏度，由此关系可得，仿真结果符合实际情况。

透平仿真系统在NGP转速15%时，得到透平系统的NGP转速、NPT转速相关参数仿真结果。这些参数符合透平控制程序所设定的要求，并且经过控制模型的处理后，所得结果符合透平系统的实际运行要求。

2.2透平系统在NGP转速65%时的仿真实验

透平系统在NGP转速65%时的仿真与在NGP15%时的仿真，在透平燃料系统的显示界面上，各元件的状态相同，在此不再重复。在NGP转速65%时，透平系统启动电机将脱离，透平系统转速处于加速阶段，系统处于过渡阶段，也是故障高发阶段，透平起车的关键环节。以下介绍此时透平系统各关键性能参数。透平润滑系统的仿真结果，温度传感器的显示结果在标准工作范围内，透平润滑系统第一主油泵供油，油缸油温、液位、压力处于正常情况。

TS温度仿真结果，并与图Mars100透平系统TS温度运行曲线对比。透平转速在5000转/分，TS处于4500C以上，仿真结果显示TS温度为882.360F，经过单位转化，仿真结果符合实际情况，其余各参数在TS温度控制环中处理后，符合程序要求。

透平仿真系统在NGP转速65%时，得到透平系统的NGP转速、NPT转速相关参数仿真结果。这些参数符合透平控制程序所设定的要求，并且经过NGP转速控制环和NPT转速控制环处理后，所得结果符合透平系统的实际运行要求。

2.2透平仿真實验总结

对透平发电机系统的工作原理进行分析的基础上，以Solar公司Mars100透平系统为原型，结合其透平控制程序，深入研究了透平燃料和润滑系统的工作时序，建立了透平仿真系统，并根据实际运行特点，选择在透平NGP转速15%，65%，90%进行仿真实验，对照Mars100透平运行参数，对仿真结果进行了分析，证实了透平仿真系统是符合实际的。

结束语

针对目前国外在透平发电机仿真方面尚不完善，我国在透平研究方面落后的情况，论文以透平控制系统仿真为研究方向，以当前先进的Mars100透平系统为原型，结合燃气轮机理论和机械控制理论，建立了一套透平仿真系统，完成了仿真实验。

参考文献

[1]王迪.发电机轴系仿真分析[J].科技创新导报，2018，15（36）：69+71.

[2]蒋紫峻，唐磊，张鹏鸣，陈句.基于发电机的控制策略仿真研究[J].电子世界，2018（19）：104.