论文总字数：21407字

摘 要

随着现代汽轮发电机组单机容量的提高，为了保证电力系统安全、经济运行，使电能质量达到指标，机组广泛采用汽轮机数字电液控制系统（DEH系统）。该系统也是我国具有自主知识产权的CAP1400型压水堆核电机组自动化系统中的重要组成部分。通过对数字电液控制系统的建模，可以监测系统在机组启动运行各阶段的运行状况和特性，调整机组实发功率以跟随电网负荷，维持电网频率稳定。

本文首先从系统组成上分析了汽轮机数字电液控制系统的各个主要环节，再通过对数字电液控制系统的在机组启动运行中的调节控制原理的研究，采用机理分析的数学建模方法建立了汽轮机调节控制系统中电液伺服阀、油动机、转子等的数学模型和传递函数，并在速度控制算法、负荷控制算法、负荷限制控制算法、主蒸汽压力限制算法、阀位控制算法上建立了系统的模型。将建立的模型在MATLAB中的Simulink仿真环境中实现，模拟出机组在启动、并网、正常运行升降负荷等过程中，汽轮机功率和转子转速的变化，初步验证了系统模型能够反应出汽轮机数字电液控制系统的重要特性。

最后在本文的总结和建议中，对汽轮机数字电液控制系统建模提出了改进完善的方向。

关键词：汽轮机，DEH，建模，仿真

Abstract

With the increase of the single turbine capacity of modern turbo-units, in order to ensure the safety and economical operation of the power system, and to achieve the power quality index, the turbine is widely used in the digital electro-hydraulic control system (DEH) of steam turbines. This system is also an important part of China's CAP1400 PWR nuclear power unit automation system with independent intellectual property rights. Through the modeling of the digital electro-hydraulic control system, the operating status and characteristics of the system in each stage of the unit's start-up operation can be monitored, and the actual generating power of the unit can be adjusted to follow the grid load to maintain the grid frequency stability.

The paper is based on a comprehensive understanding of the composition of the digital electro-hydraulic control system for a steam turbine and the study of the control principle, characteristics and operating modes of the digital electro-hydraulic control（DEH）system, each step of the turbine speed regulation models and their transfer function are deduced by using the mechanism analysis method. The model of the system was established on the speed control algorithm, load control algorithm, load limit control algorithm, main steam pressure limit algorithm and valve position control algorithm. The established model is implemented in the Simulink simulation environment of MATLAB, and simulates the changes of turbine power and rotor speed in the process of start-up, grid-connected, and normal-operation lifting load, and initially validates that the system model can reflect the digital power of the steam turbine. The important characteristics of the liquid control system.

Finally, in the summary and suggestions of this paper, the direction of improvement of the model of the steam turbine digital electro-hydraulic control system is proposed.

KEY WORDS: Turbine,DEH,Modeling,Simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国外研究概况 1

1.3 课题的主要内容 3

第二章 汽轮机数字电液控制系统 4

2.1 汽轮机控制系统的发展 4

2.2 汽轮机自动调节系统的组成 5

第三章 汽轮机数字电液控制系统模型的建立 7

3.1 建模的基本理论和方法 7

3.2 汽轮机DEH系统控制环节的数学模型 7

3.2.1 电液伺服阀数学模型 7

3.2.2 油动机数学模型 13

3.2.3 汽轮机蒸汽容积和转子的数学模型 15

3.2.4 其他相关的数学模型 16

3.3 汽轮机调节控制算法 17

3.3.1 速度控制算法 17

3.3.2 负荷控制算法 18

3.3.3 负荷限制控制算法 19

3.3.4 主蒸汽压力限制（MSPL）算法 19

3.3.5 阀位控制算法 19

3.4 汽轮机DEH系统模型 20

第四章 汽轮机DEH系统模型的Simulink仿真 22

4.1 DEH系统模型及参数设置 22

4.2 Simulink仿真结果与分析 23

4.2.1 机组启动 23

4.2.2 机组并网后提升功率 25

4.2.3 机组正常运行升降负荷 25

第五章 总结与建议 29

5.1 总结 29

5.2 建议 29

致谢 30

参考文献 31

绪论

课题背景及意义

核电是一种高效且清洁的能源，是我国为增加能源供应、优化能源结构、应对气候变化极其重要的选择，提高核电规模应当作为我国能源战略的重点。经过不断地实践摸索，我国掌握的核电技术已经十分成熟可靠，为加快核电的发展提供了充足的条件。近年来，我国的核电相应机组逐渐完工并网，由此带动快速增长了在运装机的容量。我国始终坚持安全高效的发展方针，且在未来的能源规划中对于核电提出了相应的较高的目标，核电规划在近几年能源政策中始终保持一致。依据近年陆续发布的《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》、《电力发展“十三五”规划》及《“十三五”核工业发展规划》等文件中提出的规划目标，截至2020年，总核电装机容量至少达到5800万千瓦，且在建容量将达到3000万千瓦以上。我国秉承安全发展核电原则，加强自主核电示范工程的建设力度，打造核心竞争力，进一步加快推进建设沿海核电项目。开工建设包括CAP1400示范工程在内的新的沿海的核电工程。

CAP1400型压水堆核电机组通过全面掌握、消化吸收我国所引进的第三代核电AP1000非能动技术，在此基础上，进行再创新从而开发出了具有自主知识产权、实现更大功率的大型非能动先进压水堆核电机组。

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