汽輪機純液調系統的自動控制探討

　　本文分析了汽輪機純掖壓讕逮系統的特點，建立了汽輪機升速階段的數學模型，采用矢量控制電機驅動，在仿真的基礎，實現了汽輪機的轉速全程控制。
　　
　　1前言
　　
　　火電機組汽輪機控制發展的趨勢是采用數字式電液調節控制系統，由計算機來完成復雜的控制邏輯，以伺服閥作為電——掖接口去驅動高壓抗燃油油動機，從而實現汽輪機的轉速控制、負荷控制、超速保護、單／多閥切換、閥站試驗等各項功能。
　　
　　而在中小容量的火電機組，汽輪機多為純液壓調速系統，以啟動閥和同步器去控制二次油壓，聯動液壓機構，從而控制汽輪機的狀態。由于其液壓系統的復雜性，汽輪機自動控制的效果并不理想。
　　
　　2純液調系統實現自動控制存在的問題
　　
　　純液調系統有的使用單相交流電機作為啟動閥、同步器的驅動電機；但普通交流電機的轉動慣性較大、低速范圍下發熱嚴重、輸出轉矩不平衡，容易造成傳動機構的超調和卡澀，影響汽輪機的安全運行。也有采用直流電機的，使得系統復雜、檢修頻繁，不適合電廠運行可靠性高的要求。
　　
　　另一方面，汽輪機純掖調系統為了保證其穩定性，液壓部件含有轉速負反饋功能。以旋轉阻尼式調速系統為例，旋轉阻尼將汽輪機轉速轉化為一次油壓，作用于放大器，進行油壓變化和輸出流量的放大，形成二次油壓，控制錯油門的油動機。轉速提高，一次油壓上升，使二次油壓下降，關小汽門開度。這種轉速的液壓負反饋相當復雜，而且是不可控的，其對自動控制回路中轉速負反饋的實現存在著重疊和干擾的作用。
　　
　　3解決途徑
　　
　　宿東電廠#3機（125MW）選用了動態響應能力*的矢量控制電機（即矢量控制的交流變頻調速電機），作為啟動閥和同步器的驅動電機，提高了執行機構的性能，同時通過對純液調系統液壓結構的分析，簡化推導出升速階段調速系統的數學模型，采取相應的控制策略，在仿真控制的基礎上，進一步實現了汽輪機的轉速控制和負荷控制，達到了預期的滿意效果。
　　
　　3．1矢量控制電機的原理和優點
　　
　　其原理是矢量變換控制。以產生相同的旋轉磁動勢為準則，經過坐標變換，將三相交流繞組等效為二相交流繞組、旋轉的直流繞組，從而建立與三相異步電機等效的直流電機模型。

　　
　　圖1所示，異步電動機在三相對稱坐標系下的靜止繞組分別通以三相平衡的正弦電流ia、ib、ic，產生了合成磁動勢F1，以同步轉速ω1旋轉。經過三相／二相旋轉，可以等效為二相靜止繞組，在空間互差90º，通以時間互差90º的二相平衡電流ia、ib產生大小和轉速都相等的旋轉磁動勢Fl。在功率不變條件下：
　　

　　再經過按轉子磁場定向的旋轉變換，如圖2所示，二相靜止繞組可等效為旋轉坐標系下的二相繞組M、T（M軸沿著轉子總磁鏈的方向、T軸以M軸逆時針轉90º），分別通以直流電流im、it以
　　
　　同步轉速ω1旋轉，同樣也產生磁動勢F1。其中，角為M軸與α軸的夾角。
　　

　　就M、T繞組而言，當觀察者站在地面上看去，它們是與三相交流繞組等效的旋轉直流繞組；如果跳到旋轉的鐵芯上看，它們就是直流電機的模型，M相當于勵磁繞組，T相當于偽靜止的電樞繞組。模擬直流電動機的控制方法，求得其控制量，經過相應的坐標反變換，就可以控制交流電動機了。
　　
　　由上述原理產生的矢量控制電機，兼顧了直流電機和交流電機的所有優點，恒轉矩旋轉，擁有極寬的調速范圍和*的調速精度，以及優良的動態響應性能，適合汽輪機控制的需要。
　　
　　3．2汽輪機純液調系統的數學模型
　　
　　研究125MW機組純液調系統的結構，簡化建立了汽輪機升速階段的數學模型。
　　
　　3．3控制策略
　　
　　汽輪機的轉速控制采用了比例積分作用+轉速給定值前饋的控制策略，既保證了轉速控制的快速性，又解決了穩態情況下轉速控制精度的問題。
　　
　　轉速控制器輸出為啟動閥或同步器馬達的位移控制信號，經函數發生器將位移偏差轉換為電機的轉速控制信號，如圖5所示：

　　
　　在轉子臨界區，升速率自動置為zui大升速率，以保證快速通過，減少臨界區轉子的振動。
　　
　　4仿真控制
　　
　　按照汽輪機升速階段的數學模型，靜態進行對象的仿真控制，尋找控制對象的*控制參數范圍，仿真升速曲線如圖6所示。

　　
　　比例常數為0．9，積分時間為120，前饋系數選為額定轉速下前饋10％調節器輸出。
　　
　　5熱態實現
　　
　　在汽輪機升速的過程，對高轉速范圍下啟動閥出現空行程的情況，采用快速全開啟動閥，切換至同步器控制的辦法，實現了汽輪機純液調系統的轉速全程控制。調節參數如表1所示。

　　
　　實際升速曲線如圖7所示：

　　
　　6結束語
　　
　　汽輪機純液調系統轉速全程控制的實現，有利于提高中小容量機組的自動化水平。
　　
　　我們可以對純液調系統內部結構進行吏深層次的分析，建立更接近的數學模型，進一步完善汽輪機純液調系統的轉速控制和負荷控制。