论文总字数：22171字

摘 要

光热电站在未来几十年中将是替代现有火电机组的方案之一，汽轮机的运行和传统的火电机组是没有任何分别，本论文针对N600型号汽轮机本体高压缸结构进行模拟仿真，对其配汽机构、调节级、高压缸压力级进行数学模型和Simulink仿真模型的构建。根据电网的响应特性来调节汽轮机的运行策略，提高汽轮机在变工况下的运行效率对现实的工程项目有很大的经济意义。汽轮机也是光热电站重要的设备之一，对汽轮机的热力计算的仿真模拟会对实际的运行有很大帮助。

在MATLAB/Simulink平台上，根据热力学定律、能量守恒定律、质量连续方程，首先对配汽机构、调节级、压力级进行数学模型的建立，根据理论分析的结果，在MATLAB平台上编写模块，对每个模块进行编程，并将一系列的模块耦合，结合汽轮机的设计参数，模拟出汽轮机的运行参数。对模拟的结果进行误差分析，并于设计参数对比，所搭建的模型是满足实际要求。

关键词：汽轮机，调节级，MATLAB，仿真建模

Abstract

In the next decades, the solar thermal power generation will be one of the alternatives to the existing thermal power unit. The operation of the steam turbine is not different from the traditional thermal power unit. This paper simulates and simulates the high pressure cylinder structure of the N600 turbine main body. The mathematical model and simulink simulation model of the steam engine, regulation stage, and high pressure cylinder pressure level were constructed. Adjusting the operation strategy of the steam turbine according to the response characteristics of the power grid and improving the operating efficiency of the steam turbine under variable operating conditions have great economic significance for the actual engineering project.

On the matlab/simulink platform, according to the law of thermodynamics,etc, the mathematic model of the distribution mechanism, adjustment stage, and pressure level is first established. Based on the theoretical analysis results, the modules are written on the matlba platform. The error analysis of the simulation results is compared with the design parameters. The model built is to meet the actual requirements.

The part of the simulation modeling of the turbine high pressure cylinder completed in this paper is an important part. Based on this, the hazardous conditions can be simulated. In practice, it has a high sense of significance and provides an experimental basis for the optimization of the actual working conditions of the unit.

KEY WORDS: steam turbine,MATLAB, regulation stage

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1 选题的背景和研究意义 2

1.1.1 选题背景 2

1.1.2 选题的提出 3

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 仿真系统的研究状况 3

1.2.2 汽轮机仿真的研究现状 4

1.3 本论文研究内容 4

1.4 本章小结 5

第二章 数学模型 6

2.1 汽轮机简介与建模基础 6

2.1.1 汽轮机简介 6

2.1.2 建模基础与方法 6

2.2 建立数学模型 7

2.2.1 配汽机构数学模型 7

2.2.2 调节级数学模型 7

2.2.3 压力级数学模型 11

2.3 本章小结 12

第三章 基于simulink的汽轮机热力计算模型研究 14

3.1 汽轮机高压缸配汽机构的仿真模型 14

3.2 汽轮机高压缸调节级仿真模型 18

3.3 汽轮机高压缸配汽机构和调节级仿真模型 20

3.4 本章小结 21

第四章 仿真模型验证和分析 22

4.1 高压缸仿真验证 22

4.2 数据分析 23

第五章 总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

参考文献 27

附录 28

绪论

选题的背景和研究意义

选题背景

根据全球可再生和可持续能源现状的报告，2016年全球单独依靠光伏电站产生的发电量就已经占总发电量的1.5%。经过数十年的发展，太阳能光伏发电的电站的发展规模已经达到了商业使用的级别，由于光伏设备简单易行，为投资建设和运行带来很大便利。与此在技术上不同的太阳能光热发电模式可以和储能系统相结合，以实现整个光热电站稳定长期地运行。这也使太阳能光热发电技术被视为未来取代火力发电的最佳备选方案之一。

在最近几年间，光热发电技术和规模发展迅速，美国、西班牙由于较早开始研究，有先入为主的历史优势，在技术和商业开发上都走在其它各国前面。在全球的其它国家，太阳能资源丰富的国家也相继推出激励和扶持政策，大力发展光热发电产业，以解决本国的本身存在的能源短缺、质量不佳和空气、水污染比较严重的问题。从上世纪50年代光热发电的技术诞生开始，全球光热发电的行业已经经历了从婴儿到青少年的转变的阶段，现在的全球的光热发电的技术格局呈现为美国、西班牙装机总量在全球领跑，对于发展中的新兴第三世界蓬勃发展光伏发电的新局面，也是由各国的政策导致的。粗略计算，目前全球已建成并且投入运行的光热发电站已经达到很大的规模。

丰富的、光照高质量的太阳能资源是建设太阳能光热电站的首要条件，太阳能年平均辐射强度和日照时间充足，而且时间长的地区不仅包括美国的西南地区、墨西哥、北非、中东、南美、中东、南非和中国西部。根据已有IRENA数据显示（图1），美国、班牙开始较早，产业也更为成熟，装机规模排在世界前两位；南非、印度、摩洛哥等国家开发相对较晚，虽然已在运行的电站较少，但是在国家的激励下，在建的和筹划中的机组容量已经大幅增加。借助丰富的且廉价的太阳能资源大力发展清洁能源，这些新兴的国家和地区已经逐渐成长为未来使用太阳能光热技术发电建设发电电站的主要增长地区。

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