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基于 Matlab／Simulink 的微型燃气轮机动态仿真研究

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基于Simulink的燃气轮机动态仿真模型

基于Simulink的燃气轮机动态仿真模型


段及燃烧室内的气体容
积惯性、高压涡轮后容
积惯性和动力涡轮后的
容积惯性。
3.2 转子动力学模块
在忽略发动机转子 的功率提取及机械损失
图 5 压气机特性图插值模块
情况下，压气机和涡轮转子的动力 3.4 其他模块
学方程为
为简化计算，忽略了燃烧室
dω dt
=1 J·ω
(Pt - Pc )，
ω＝
2πn 60
=
为了验证本文所建模型的动 态计算特性，将该模型的计算结 果同实际试车数据进行了对比。 图 7 为试验得到的燃油流量随时 间的变化曲线，将上述燃油流量 变化关系输入该计算模型，其计 算结果与试验数据的对比如图 8～11 所示。
图 8 核心机转速随时间变化关系
图 9 排气温度随时间变化关系
图 11 压气机压比随时间变化关系
5 结论
（1）通 过 引 入“ 容 腔 ”的 气 容 效应方程使部件级模型的非线性 方程组自我闭合，而无须采用迭 代解法；在 Matlab/Smulink 仿真环 境下，建立了燃气轮机各部件模 型；由各已封装的部件模型构成 了燃气轮机专业模型库，按照一 定的方式，可以建立其它形式的 燃气轮机模型，具有良好的通用 性和扩展性。
πn 30
（2）
! " dn
dt
=
1
J·n·
πn 30
2 (Pt -Pc )
（3）
式中：ω 为转子的角速度；J 为转
内热惯性，燃烧室模块按常规方 法计算。此外，对模型还需要进行 进气道、尾喷管和大气条件等计 算 模 块 以 及 负 载 耗 功 的 计 算 ，在 此不作阐述。 3.5 求解过程
计算时，先输入模型的初始
（d）试样 2 断裂前缺口形态
基于SIMULINK的气垫船三轴燃气轮机的动态仿真

基于SIMULINK的气垫船三轴燃气轮机的动态仿真

基于SI MULINK 的气垫船三轴燃气轮机的动态仿真史霖鑫,臧述升(上海交通大学叶轮机械研究所,上海　200030)摘　要:以气垫船用三轴燃气轮机为仿真对象,建立高低压轴及动力输出轴的转动微分方程。

采用以非稳态工况为小偏差线性化起点的方法进行微分方程的求解,每一步都是以前一步达到的非稳态工况为起始零点,不断变换所有微分方程中的偏微分系数。

按照上述方法进行SI M U LI NK 建模仿真,分析了在气垫船行使过程中,当变距螺旋桨螺距角变化时高低压轴和动力输出轴转速的响应情况。

关　键　词:;气垫船;动态仿真中图分类号:TK 472,O24211 文献标识码:A 文章编号:1009-2889(2006)03-0037-03 由于气垫船对动力装置的特殊要求,轻型燃气轮机应用于气垫船主动力装置伴随着气垫船的诞生而出现。

早在上世纪60年代,英国第一代实用型全垫升气垫船SRN5就采用一台“地神”燃气轮机为主机。

目前,国外较先进的气垫船尤其是全垫升气垫船几乎都采用燃气轮机为主机。

例如美国LC AC 采用四台TF -40B 型燃气轮机作为主机;英国BH -7装有4台“海神”(Proteus )船用燃气轮机。

直到上世纪80年代,我国还没有实用的船用燃气轮机。

1989年,我国首次在自行研制的31M 大型海上气垫船上采用国产409船用燃气轮机作为动力装置主机,这是我国高性能船舶动力装置研究的一项重大突破。

但是目前我国船用燃气轮机的研究还处于起步阶段。

本文借鉴了国内一些燃气轮机动态性能研究的方法,应用SI M U LI NK 仿真软件进行气垫船三轴燃气轮机推进系统的动态特性仿真,为进一步进行气垫船推进系统的控制以及气垫船本体的动态特性研究提供了一定的基础。

1　气垫船三轴燃气轮机推进系统数学模型 图1是本文所研究的动力装置系统的物理模型。

动态问题多数都是研究惯性系统在外力和外力矩作用下的运动。

燃气轮机作为一个复杂的惯性系统,系统中有转动惯性、容积惯性和热惯性。

燃气轮机动态仿真容积效应法研究

燃气轮机动态仿真容积效应法研究

燃气轮机动态仿真容积效应法研究梁超;吴新跃【摘要】针对燃气轮机动态建模容积效应法运用过程中,使用真实体积运算时计算结果振荡较大,无法对燃气轮机动态过程进行实时有效的运算的问题,对容积效应法的原理进行分析,提出了采用虚拟容积计算方法计算容积大小.采用面对对象的模块化建模方法,基于Matlab/Simulink平台,运用容积效应法建立了燃气轮机动态仿真模型,解决了在常规建模时迭代次数太多的问题.分别计算了在相同工况变化条件下,采用真实容积和虚拟容积方法建立的两种模型的仿真结果.研究结果表明,采用虚拟容积的仿真模型更稳定,并且计算结果更准确.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2013(030)010【总页数】4页(P1277-1279,1292)【关键词】容积效应法;燃气轮机;动态建模;Simulink【作者】梁超;吴新跃【作者单位】海军工程大学动力工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学动力工程学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TK47;TP391.90 引言利用数学模型代替真实燃气轮机作为被控对象进行性能研究，是具有一定准确性且经济性好的方法。

在对燃气轮机进行仿真时，文献[1-5]都采用模块化建模方法进行仿真。

在对燃气轮机进行稳态分析计算时一般都采用流量法进行计算[6-7]，通过对每个模块的输入输出流量平衡和转子产生和消耗功率的平衡建立非线性方程组，需要用牛顿-拉弗逊（N-R）等迭代算法求解。

在进行动态分析时，因为迭代算法需要反复进行迭代计算，为了提高实时性，采用容积效应法建立容积模块消除计算时的迭代过程，即可以缩短计算时间，又能保证模型的计算精度。

本研究通过对容积效应法原理进行分析，提出运用容积效应法时更合理的容积大小的计算方法。

1 容积模块的建立在对三轴燃气轮机动态建模中，主要解决低高压气机之间，高压压气机与燃烧室之间，高、低压涡轮间，低压与动力涡轮间4 个管道间的流量不平衡问题，故在这4 个模块间加入容积模块，通过对容积模块的计算，实现整个系统的流量平衡，模型示意图如图1 所示。

基于MATLAB的微型燃气轮机建模与仿真研究

基于MATLAB的微型燃气轮机建模与仿真研究

笔者借鉴以往燃气轮机分模块建模经 验78*，基于MATLAB软件中GUI程序设计平 台，在气体变比热容条件下建立了包括微型燃气 轮机进气管、压气机、换热器、燃烧室、透平、发电 机等部件和性能参数换算模块的整体模型，计算 得到了不同环境温度和海拔高度条件下发电效 率和发电量，并且绘制了转速特性曲线&将仿真 结果与C30微型燃气轮机的标准数据进行了对 比，验证了模型的准确性，并对试验燃气轮机的 性能进行了评估&
Zhong Yafei1，Yan Weidong2 (1. School of Energy and Power Engineering，Beihang University，B)jing 100191, China；
2. Beijing Whitt Excellent Technology Development Co., Ltd., Beijing 100081, China)
Keywords: micro gas turbine； MATLAB； parameter conversion； integral model
随着人类社会对能源的需求越来越高，传统 能源逐渐枯竭，环境污染问题日益严重，社会经 济可持续发展目标受到了严峻挑战 &为了解决 当前的能源危机，须要不断发展新型、高效、清洁 的能源技术，智能电网、分布式能源的概念应运 而生。微型燃气轮机作为新能源技术的核心 设备，其技术的成熟对推动智能电网、分布式能 源的发展起着至关重要的作用&除此之外，由于 微型燃气轮机具备高效、安全、灵活、环保等优 点，在交通以及国防建设等方面均具有很好的发 展前景和应用价值&
摘 要：利用MATLAB软件中GUI程序，建立了包括微型燃气轮机进气管、压气机、换热器、燃烧室、透
基于MATLAB的微型燃气轮机发电系统的建模与仿真

基于MATLAB的微型燃气轮机发电系统的建模与仿真

独立运行和并网模式下微型燃气轮机的建模与性能分析Modeling and Performance Analysis of Microturbine in Independent Operation and Grid -Connection ModeABSTRACT:The microturbine generation system will be the most widely used distributed generation in the near future. According to the dynamic characteristics of the Microturbine system, a mathematic model which treats the Microturbine and its electric system as a whole is built. Further researches on the basic control of the Microturbine system are presented. The dynamic characteristics of the Micro gas turbine system are emphasized, especially the characteristics of the load disturbance. Simulation results demonstrate the model is coordinate to the real Microturbine system. The general purpose of this project is for further researching thermodynamic engine control of the Microturbine and giving the basic resources to corresponding control of inverter control of generator electric side.KEY WORDS：distributed generation; microturbine; modeling; simulation; PWM摘要：微型燃气轮机发电系统是一种具有广泛应用前景的分布式发电系统。

基于MATLABSimulink机电系统动态仿真教程第6章

基于MATLABSimulink机电系统动态仿真教程第6章


roots()、 pzmap()
已知开环传函
对系统闭环稳定性判别
[n1,d1]=zp2tf(z,p,k) n1 = 0 d1 =
1 P= 1 21 120 200
100( s 2) G( s) s( s 1)(s 20)
>> roots(P) ans = -12.8990 -5.0000 -3.1010
1+K*(num/den)=0
r=复根向量 K=增益向量
[r,K]=rlocus(num,den)
1. step():

计算系统对单位阶跃输入的响应
y=step(num,den) step(num,den) [y,t,x]=step(num,den,t)
[y,t,x] = step(num,den,t)
y(t)=时间输出响应 x(t)=时间状态响应 the state trajectory x t=仿真时间
例6-4 已知单位负反馈系统为
k G( s) s( 0.5s 1)( 4s 1)
绘制当K分别为1.4,2.3,3.5时的单位阶跃响应曲线(绘在同一张图上), 并求出k=1.4时的性能指标
m63.m
6.3 系统时域响应的解析解算法

部分分式展开方法

传递函数G(s)含有n个互异极点，可展开为部分 分式： r1 r2 rn G( s) s p1 s p2 s pn 将其Laplace逆变换，得输出：
[y,t,x]=impulse(num,den,t)
y(t)=时间输出响应 x(t)=时间状态响应 t=仿真时间 G(s)=num/den
响应时间
例6-2 分析系统的脉冲响应
基于Matlab／Simulink的低功率汽轮发电机组系统仿真研究

基于Matlab／Simulink的低功率汽轮发电机组系统仿真研究


Ｓｉ ｕｌ ｔｏ ｆＬｏ ｐ ｗｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｗ－ ｏ ｒ Ｔｕｒ ・ ｅ ｅ ａ ｏ ｔ ｂｏ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ Ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ ａ ｌ ｂ ｉ ｕｌ ｓｄｏ ｔａ ／Ｓ ｍ ｉ ｎｋ
Ｆａ ｇ Ｗｅ－ ｎ ＸｕＪａ Ｈｕ ｎ ｕ － ｕ ｎ ｉ － ｇ ｍｉ ｉｎ ａ ｇ Ｇ ｏｈ ａ －
ｏｆ ａｌ ｅ ｏ ｏ ｄｅ ｓ ｒａ ｄ ｔ ｑ ａ ｉｓａ ｌ ｔｔ ｈ ｒｃ ｅｉｔｃ ｆ ｌｗ－ ｏ ｒ ｔ ｂ － ｅ ｅ ａ ｏ ｅ ｆ．ｆ ｉ ｕｒ ｆｃ ｎ ｎ ｅ ｎ ｈｅ ｕ ｓ． ｔｂ ｅ ｓａｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓ ｏ ｏ ｐ ｗｅ ｕｒ ｏ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｓ ｔ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｓｅ ｍ ａ ａ ｔｒ ｕ ｓｄ ｈ ｎ ｅ ． Ｔｈ ａｃ ｌｔｏ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｈｅｃ ｎ ｌ ｓｏ ｐ ｒ ａ ｅ ｈ ｔａ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｔｉ ｅｃ ａ ｇ ｄ ｅｃ ｌｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｈ ｔｔ ｏ ｃ ｕ ｉｎ ａ ｐ ｏ －
ｏ ｈ ｉｇｅ ｄ ｍｅ ｉｎ ａ ｄ ｌ ｍｐ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ，ｔ ｅ ｓｅ ｍ ｕ ｂｉ ｅ ｍｏ ｅ ，ｃ ｎ ｅ ｓ ｒｍｏ ｅ ，ｗａｅ ｎ ｆｔ ｅ ｓｎ ｌ ｉ ｎｓｏ ｎ ｕ ａ ａ ｔｒ ｈ ｔ ａ ｔ ｒ ｎ ｄ ｌ ｏ ｄ ｎ ｅ ｄ ｌ ｔｒａ ｄ ｓｅ ｍ ａｃ ｌ ｔｏ ｄ ｌａ ｅ ｓ ｔｕ ｔ ａ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｒ ｅ ｐ． Ｔｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ｓ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ａｌｂ ０ ｉ － ｅ ｓｍｕ ａｉ ｄ ｌｉ ｓａ ｌｓ ｅ ａ ｅ ｎ Ｍ ｔａ ７． ／Ｓ ｍｕ ｏ
作 ， 热 力 系 统 的 定量 化 设 计 提 供 分 析 手 段 。 为
基于Matlab_Simulink的下垂控制微电网动态特性的仿真与分析

基于Matlab_Simulink的下垂控制微电网动态特性的仿真与分析

微电网是一个具有高可靠性、高灵活性的单一可控的电网[1，2]。

微电网可以接入各种类型的分布式电源（Distribute d Generation ，DG ）和负荷，DG 可以是微型燃气轮机、柴油机、燃料电池、蓄电池等可控发电单元，也可以是风力发电、太阳能发电等具有随机性、间歇性的新能源发电单元，还可以是热电联供、冷热电联供等发电形式；负荷可以是电负荷包括敏感负荷、可控负荷、不可控负荷，也可以是热负荷或冷负荷。

微电网可以针对不同的DG 采取不同的控制策略，为不同重要等级的电负荷提供不同电能质量的电能[1-5]。

新能源DG 的输出功率由自然环境决定，难以与负荷功率实时匹配，因此微电网中需要安装可控发电单元，不间断的为负荷提供电能[6，7]。

可控DG 是否能够快速响应并良好地分配不平衡功率，成为了微电网稳定运行的关键[8]。

国内外对于可控DG 运行控制的策略研究可以分为：主从控制、集中控制、分层控制、平均负荷功率分配控制、下垂控制等[6-10]。

下垂控制模拟传统发电机与系统频率、无功功率与端电压之间的关系对DG 逆变器进行控制，下垂控制对通信系统的依赖小、可靠性高，易于实现DG 和负荷的即插即用和微电网运行模式的无缝切换，得到了国内外的广泛关注[6-7，10]。

本文从DG 逆变器下垂控制的实现方式出发，介绍了论文采用的实现方式，理论分析了DG 逆变器设置参数的调节作用。

然后，运用Ma ta lb/S im ulink ，搭建一微电网仿真模型，分析了负荷并网和DG 切除对微电网动态特性的影响，并讨论了逆变器设置参数对微电网动态特性的影响。

1下垂控制的理论基础下垂控制有两种实现方法[7，10]：一种是根据测量系统的频率和逆变器输出电压幅值产生逆变器的参考频率和参考电压；一种是根据逆变器输出的有功功率和无功功率产生逆变器输出电压频率和幅值的参考值。

本文采用后者，逆变器输出有功功率、无功功率与输出频率和端电压之间的关系可以表示为：ω=ωn -m p P .（1）V=V n -n q Q .（2）式中：V 是逆变器端口电压的幅值；ω是逆变器输出电压的角频率；V n 、ωn 分别是DG 逆变器空载运行时的端电压的幅值和角频率；m p 、n q 分别是P -ω和Q -V 的下垂系数。

基于Simulink的单轴重型燃气轮机动态仿真模型

基于Simulink的单轴重型燃气轮机动态仿真模型

Ｓｈ ｉ Ｙｕｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｈｕ ａ ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｇａ ｓ Ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ＆ Ｉ ＧＣＣ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ４，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｐ ｕｒ ｐ ｏｓ ｅ ｓ，ｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｈｅ ｍ ａｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄｅ ｌ ｔ ａ ｋｅ ｓ ｉ ｎｔ ｏ ａ ｃ ｃ ｏｕ ｎｔ ｔ ｈｅ ｖ ａｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｓ ｐｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｈｅ ａｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ａｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏｆ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｎｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｏ ｆ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ＧＴ ｆ ｌ ｏｗ ｐａ ｓ ｓ ａｇ ｅ， ｅ ｘｃ ｅ ｐｔ ｔ ｈｅ ｖ ｏｌ ｕ ｍｅ ｉ ｎｅ ｒ ｔ ｉ ａ ａ ｎｄ ｒ ｏｔ ａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｉ ｎｅ ｒ ｔ ｉ ａ． Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｍ ａｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏｄ ｅｌ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ
重 型发 电 用燃 气 轮机 （ 简称燃机 ） 是 联 合 循
环 电站的 核 心 设 备 ， 研究整个机组 的动态性能 ，
虑 了不 同稳 态 工 况 点 时 系 数 不 相 等 的情 况 下 建
立 的， 故 可 适 用 于 Ｔ 况 变 动 较 大 的 动 态 过 程 。 而
对 机组 的设计 、 运 行 和控 制 系统 分 析 具 有非 常 实 际的 意义 。 只有 充 分 了解 其 动 态 性 能 （ 如加速 、 减速 、 甩负 荷 等 ） ， 才 能 设 计 出合 理 的 控 制 系 统 ， 使燃 机安 全可靠 地 Ｔ作 ， 而利 用计 算 机 仿 真 技 术
基于Matlab_Simulink的微型燃气轮机动态仿真研究_严志远向文国张士杰

基于Matlab_Simulink的微型燃气轮机动态仿真研究_严志远向文国张士杰

第 27 卷 第 1 期 2014 年 3 月
《燃 气 轮 机 技 术》 GAS TUＲBINE TECHNOLOGY
Vol. 27 No. 1 Mar． ， 2014
基于 Matlab / Simulink 的微型燃气轮机动态仿真研究
1 1 2 2 向文国 ， 张士杰 ， 肖云汉 严志远 ，
（ 1． 东南大学 2． 中国科学院
n ［5 ］ 折合转速 之间的关系 ： 比 βC 、 θ 槡 ga 槡 θ n n = f1 β C ， ， （ 4） η is， C = f2 β C ， δ θ θ 槡 槡 P in T in δ= 分别为压气机入口空气的 式中： θ = ， T0 P0 温度和压力与设计工况环境参数之比 。在燃气轮机 的动态仿真过程中， 转速为状态变量， 压气机和容积
(
)
(
)
d（ m cc u cc ） dt g g， out h g， out
= g a， － in h a， in + g f （ h f + η cc LHV ） （ 8）
式中： m cc 和 u cc 分别为燃烧室中烟气质量和单 h f 和 h g， 位质量烟气的内能； h a， in 、 out 分别为燃烧室入 口空气、 燃料和出口烟气的焓值； LHV 为燃料净比
( )
式中： M k 为该组分的摩尔质量。 假 定 空 气 为 O2 （ 21% ） 和 N2 （ 79% ） 的混合物， 使用 CH4 作燃料， 且在燃烧室中完全燃烧， 则空气和烟气的定压比热 容分别为： c p， a = 0. 21 · c p， O2 + 0. 79 · c p， N2 （ 2） 36 1 c + 44 · c 64 c p， · α－ · g = p， a p， CO2 + 16 16 16 0. 21 64 0. 79 c c p， （ 3） · H2 O + p， N2 16 0. 21
基于Simulink的《燃气输配》课程教学仿真技术研究

基于Simulink的《燃气输配》课程教学仿真技术研究

（ 一） 建立 动态仿 真数 学模 型
假定 沿管线 长度 向用 户均 匀供气 ， 每个 分支 管 的途泄 流量 均相 等 ， 即沿线 流量为 直线 变化 。为 了 进 行 变负 荷管 段 的水 力计 算 ， 可 以找 出一个 假想 不 变 的流量 Ｑ， 使 它产 生 的管 段 压 力 降与 实 际压 力 降 相 等 。这个不 变流 量 Ｑ称 为变 负荷管 段 的计 算 流量 ， 可 按式 （ ２ — １ ） 求得 ： Ｑ ＝ Ｑ ・ ＋ Ｑ ｚ
计 算 机仿真 技术 作 为一种 新颖 且行 之有 效 的教学 手段 ， 已经逐 渐被 引入 到大 学教 学过 程 中。 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ是 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 中一种 可 视化 仿 真 工具 ， 它 提 供 一个 动态 系统建 模 、 仿 真 和综 合 分 析 的集 成 环 境［ ３ １ 。在 该 环境 中 ， 无 需大 量 书写程 序 ， 而 只需 要 通过 简单 直 观 的 鼠标 操作 ， 就 可 构造 出复 杂 的系 统 。 具有适应面广 、 结 构 和流 程 清 晰及 仿 真 精 细 、 贴近实际、 效率高 、 灵 活等 优 点 ， 已被 广 泛 应 用 于线 性 系 统、 非 线性 系统 、 数字 控 制及数 字信 号处 理 的建模 和仿 真 。 《 燃气 输配 》 课程 是石 油天 然气 工程 和建 筑环 境 与设备 工程 学科 重要 的一 门专 业课 程 。主 要研究 燃 气 输 配系统 中燃 气 流量 、 输送 管 道管 径及 压 力 降之 间 的关 系 。燃 气 输配 的 目的是 为用户 提 供稳 定 的燃 气 供应 ， 满 足用 户正 常 的生 产生 活 的需要 。一般 而 言 ， 燃气 输 配系 统 的设计 是 在燃 气计 算 流量 条件 下 ， 燃 气管道 和压力 降 的确定 是按 照最大 的用 气负荷 设计 的 。 然而 ， 在 正常使 用过程 中 ， 由于存 在用户 用气 时 间 的不 均匀性 和周期性 ， 使得按 照最 大用气 负荷设计 的燃气输 配系统 并不是 最佳 运行 方案 。为 了优化设 计 燃 气输 配 方 案 ， 必须 对 各 种非 设 计工 况 的燃 气 输 配系 统 的压 力 降 和流 量进 行 动 态描 述 ， 以确 定最 佳 运 行 方案 。另外 ， 燃气 管道 计算 流量 的确定 ， 环 状 管 网和枝状 管 网供气 可靠 性程 度模 拟 等问题 均 可应用 模 拟仿真 方法进 行可视化 演示 。 通过 模拟仿 真技术 能够帮 助学生深 入理解 理论 知识并能 达到强 化记忆 的 效果 ， 还 可以激 发 学生 利用 计算 机 进行 工 程设 计 的兴趣 。本文 以燃 气输 配系 统非 设计 工况 下 燃气 计算

微型燃气轮机直驱发电系统的控制与仿真

微型燃气轮机直驱发电系统的控制与仿真朱劼成;王西田;刘时雨;翁一武【摘要】以微型燃气轮机发电系统为核心的冷、热、电联供系统是我国电力科学重点关注技术之一,研制出一套能适用于系统启动加速和发电运行的综合控制方案具有重要意义.本文提出了基于双向背靠背变流器的高速微型燃气轮机直驱发电系统结构,并研究了相应变流器的控制策略,电机侧变流器采用磁场定向的矢量控制,电网侧变流器采用基于直流母线电压的解耦控制.在Matlab/Simulink平台下搭建了微型燃气轮机发电系统仿真模型,仿真结果验证了控制策略的可行性.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P42-46)【关键词】微型燃气轮机发电系统;永磁同步电机;双向背靠背变流器;控制;仿真【作者】朱劼成;王西田;刘时雨;翁一武【作者单位】上海交通大学,上海200240;上海交通大学,上海200240;上海交通大学,上海200240;上海交通大学,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM611.24微型燃气轮机发电系统是一种具有广泛应用和发展前景的分布式电源，以微型燃气轮机发电系统为核心的冷、热、电联供系统是我国“十三五”电力科技二十项重点关注技术之一[1]。

微型燃气轮机发电机组可以分为两种组成结构：单轴结构和双轴结构。

目前先进的微型燃气轮机发电机组主要采用单轴直驱连接，经电能变换单元后输出的结构。

此种结构避免了高成本、大体积的齿轮变速箱，可以最大化微型燃气轮机高效、轻便的优点，电机额定转速可以达到30000r/min以上。

高转速对电机调速和启动控制提出了高要求，研究出一套既能完成微型燃气轮机启动过程又能保证稳定发电运行的控制策略是该系统的关键技术。

电力电子技术近些年来处于飞速发展状态。

频率逐渐升高、容量逐渐增大的电力半导体器件也无疑推动了微型燃气轮机直驱发电系统的进一步发展。

很多高校和科研院所都对该系统的建模仿真和控制方案进行了一定的研究。

基于Matlab的微型发动机燃烧过程仿真建模

万方数据　万方数据模型、理想气体漏气模型和理想气体模型．计算得到的各项参数如活塞位置、活塞运行速度、燃烧室内温度和压力等进行对比分析，并将各种模型下的计算结果与文献［９］中微型ＨＣＣＩ自由活塞发动机单次冲击试验数据进行比较，如图２—６所示．图２给出了４种模型下活塞位移的变化规律．可以很直观地看出在压缩和膨胀过程中，活塞位置随时间变化的曲线近似成一次函数的关系．在压缩过程中，活塞位置几乎无差别，而在膨胀过程中各种模型的计算结果有较大差异．其中同时考虑泄漏和传热的影响的模型计算结果与试验数据吻合得很好，说明气体泄漏和传热对燃烧过程有较大影响．图４给出了４种模型下活塞速度的变化规律．从图中可以看出微型自由活塞ＨＣＣＩ发动机整个工作过程活塞速度的变化趋势，在压缩阶段，活塞速度缓慢下降，在到达上止点附近时，活塞速度下降较快，在压缩止点附近活塞速度反向．在经历了很短的燃烧持续期（１．４—１．６ｉｎｓ）后，进入膨胀过程，活塞速度在很短的时间迅速增加．其后，活塞速度的增加又开始减缓，曲线变得平坦．注意到考虑化学反应的传热和传热漏气模型的膨胀过程末速度明显大于活塞初速度，而不考虑化学反应的理想气体模型和理想气体漏气模型的活塞末速度则与初始速度相近，这是由于燃料化学能转变为自由活塞动能．另外，有漏气情况下膨胀过程中活塞的速率明显小于无漏气的情况，因为有漏气的情况在很大程度上降低了缸内压力，而速率由缸内压力决定，由于压力的降低而使速率减小．图２捕蓉佗置与时『自】的天糸Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｉｓｔｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｉｍｅ图３中传热漏气模型和理想漏气模型的质量损失百分率的变化情况很好地解释了泄漏对活塞位置的影响．压缩开始时，质量损失近乎相等，随着压缩图４活塞速度与时间的关系的进行，有４０％左右的充量在活塞变方向时损失掉Ｆｉｇ．４Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｉｓｔｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｉｍｅ（１·５ｍｓ左右）·因而，压缩过程中活塞的运动轨迹图５和图６分别是４种情况下微型ＨＣＣＩ自由相似而膨胀过程中区别很大·另外，传热漏气情况下活塞发动机燃烧过程的温度和压力曲线．从图中可燃烧发生时的质量损失明显低于同时刻理想气体漏以看出，在１．５啪附近时，传热和传热漏气模型的气情况·这是因为燃烧使缸内压力骤答寸高，，明显高温度和压力陡升，而在理想的模型中这种现象并不于未发生燃烧的过程，茭且应用的尹。

两种调速系统下的燃气轮机动态仿真


Me =
( 1)
式中 : M e 为燃气轮机发出力矩; J 为燃气 轮机轴系 转动惯量 ; M g 为负载力矩; n 为燃气轮机轴系转速 . 由式 ( 1)按达兰贝尔原理可得 $ Me = P d ( $n ) J + $ M g, 30 dt ( 2)
式中 : $n、 $ M e、 $ M g 分别是转速差、 燃气轮机发出 力矩差、 负载力矩差 . Ne 已知 M e = 975 (N e 为主机功率 ), 对式 ( 2) 进 n 行泰勒展开可得 $ Me = 9 Me 9 Me $ Ne + $n , 9 Ne 9n ( 3)
# 26#
应
用
科
技
第 33 卷
L= K 2 Tce + U.
( 15)
液压调速器响应快捷, 当甩负荷时转速升高 , 供油量 也能迅速响应 , 进而避免飞车现象 .
当燃气轮机在额定工况下运行时, U的变化为 0 . 01 左右 , 也可以忽略不计 . 但在启动时变化较大 , 此项不可以忽略 . 主要考虑在额定工况下加载或减 载 , 所以可以不计 . 因而式 ( 15) 变为 L= K 4 Tce. 式中: K 4 = VCE 0 . VCE 0 - 4 T2 s+ 1 L = K 3K 4 . Ug - U T1 s+ 1 ( 16)
M e0 - 975D N e /D n K 2 是无量纲量 .
2 调速器分析
2 . 1 液压调速器 该机液压调速系统, 系统静态误差 D为 4 %,转 速超调量为 7 % ~ 8 % , 过度时间为 10 s . 经推导可知 的传递函数为一阶段性环节: L= 2 . 2 电子调速器 为了减小超调量 , 减少过渡时间 . 把它改为电子 转速调节系统. 电子转速系统由转速调节回路和电 液伺服回路 2 部 分组 成. 其 系统 静态 误差 D仍为 4 %. 转速调节电路原理图如图 1 所示 , 对系统进行 动态分析时所需的电阻参数已在静特 性分析时得 到. 在 SJ-SJB 加法节点上的电流关系为 I 1 + I 11 + I111 = I 2 + I3. ( 8) K . T0 + 1 ( 7)

(完整版)微型燃气轮机发电系统的建模与仿真

摘要微型燃气轮机发电系统的建模与仿真摘要微型燃气轮机具有重量轻、适用燃料广、清洁、低噪声、寿命长、运行成本低等优点，适合于分布式能源供应系统，是第二代能源供应系统的主要发展方向。

本文根据微型燃气轮机发电系统的动态特性，考虑基本的/V f和PQ控制策略，采用正弦脉宽调制逆变器，以“统一”模块化思想建立了微型燃气轮机发电系统的整体模型，并采用MA TLAB软件，在动态负荷条件下对该微型燃气轮机发电系统进行仿真，分析了微型燃气轮机与负荷之间的相互影响。

仿真结果表明，当微型燃气轮机发电系统遇到负荷扰动时，汽轮机的转速有所下降；但在负荷扰动去掉后，微型燃气轮机的转速和燃料流量都能迅速恢复到额定状态，并且整个过程转速和燃料流量都维持在额定值附近。

由此可知构建的系统模型的动态特性符合实际，为进一步研究微电网中各种分布式电源之间的协调控制奠定了基础。

关键词：微型燃气轮机；发电系统；正弦脉宽调制；动态仿真燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractMicro turbine are featured by their lightness in weight, adaptability to many kinds of fuel, cleanliness, low noisiness longevity, low operational cost and suitability for application in distributive power supply systems, therefore representing the main direction of development of the second generation of power supply systems. According to the micro turbine power system dynamic characteristics, consider the basic V/f and the PQ control strategy, using sinusoidal pulse width modulation (SPWM) inverter, "unification" to establish a micro-gas turbine modular thinking of the overall power system model and using MATLAB software to simulate the micro-gas turbine power generation system in the conditions of dynamic load and analysis of the micro gas turbine and power electronics converter device and the interaction between the load.Simulation results show that when the micro turbine power generation systems that are experiencing load disturbance, the turbine speed decreased, but when the load disturbance removed, the micro gas turbine speed and fuel flow can be quickly restored to the nominal state, and the process speed and fuel flow is maintained at nominal near. It can be seen that the system model tallies with the reality, and it lay the foundation for further study in the micro electrical network between each kind of distributional power source's coordination control.Keywords :micro gas turbine; power generation systems; sinusoidal pulse width modulation; dynamic simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2微型燃气轮机发展过程中存在的问题 (4)1.3本文的主要工作 (6)第2章微型燃气轮机发电系统的基本原理 (7)2.1微型燃气轮机发电系统结构 (7)2.1.1微型燃气轮机主要部件 (7)2.1.2永磁发电机 (11)2.1.3微型燃气轮机发电系统电力电子接口和控制 (12)2.2微型燃气轮机发电系统的运行方式 (14)2.3本章小结 (15)第3章微型燃气轮机发电系统整体建模 (16)3.1微型燃气轮机及其控制模型 (16)3.1.1速度控制 (16)3.1.2温度控制 (17)3.1.3燃料控制 (17)3.1.4燃气轮机模型 (17)3.2永磁发电机及整流器模型 (19)3.3逆变器及其控制的数学模型 (21)3.3.1逆变器及SPWM调制的数学模型 (21)3.3.2逆变器控制策略 (24)3.4微型燃气轮机发电系统整体模型框图 (25)3.5本章小结 (25)第4章系统仿真及分析 (26)4.1仿真软件介绍 (26)4.2微型燃气轮机发电系统仿真 (27)4.3仿真研究 (27)4.3.1微型燃气轮机的仿真 (27)4.3.2永磁发电机及整流器仿真 (31)4.4本章小结 (32)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (37)附录 (38)第1章绪论第1章绪论1.1 课题背景近年来，以风力发电、光伏电池和微型燃气轮机等为代表的分布式发电技术的发展已成为人们关注的热点。

基于Simulink的燃气轮机动态仿真模型

基于Simulink的燃气轮机动态仿真模型
韩晓光;曲文浩;董瑜;聂海刚
【期刊名称】《航空发动机》
【年(卷),期】2010(036)003
【摘要】采用面向对象的模块化建模方法,在Matlab/Simulink软件环境中,开发了燃气轮机动态无迭代仿真模型.研究结果表明,这种考虑容积惯性的仿真模型能较好地反映系统的动态特性,具有较高的精度和实时性,适用于对燃气轮机加速、减速以及其它大扰动等过渡工况的性能仿真.
【总页数】4页(P20-22,25)
【作者】韩晓光;曲文浩;董瑜;聂海刚
【作者单位】沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015;海军驻沈阳发动机专业军事代表室,沈阳,110043;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于Simulink的单轴重型燃气轮机动态仿真模型 [J], 史玉恒
2.基于MATLAB/SIMULINK动态仿真模型的高转矩软起动器研究 [J], 佘致廷;刘志星;董璞
3.基于MATLAB/SIMULINK动态仿真模型的异步电动机直接转矩控制的研究 [J], 施保华;秦娟英
4.基于MATLAB/SIMULINK的开关磁阻电机的动态仿真模型 [J], 陈东锁;熊光煜
5.基于Simulink的水轮机动态仿真模型研究 [J], 黄莉;李咸善
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基于MATLAB的三轴燃气轮机动态仿真模型研究

基于MATLAB的三轴燃气轮机动态仿真模型研究
敖晨阳;张宁;陈华清
【期刊名称】《热能动力工程》
【年(卷),期】2001(16)5
【摘要】仿真技术是燃气轮机性能研究的有效手段。

本文作者采用准非线性方法建立了三轴式燃气轮机数学模型。

基于动态仿真软件MATLAB ,开发出面向对象的燃气轮机动态仿真平台。

验证仿真结果表明 ,该仿真模型正确合理。

【总页数】4页(P523-526)
【关键词】MATLAB;三轴燃气轮机;仿真模型;面向对象;动态仿真
【作者】敖晨阳;张宁;陈华清
【作者单位】海军装备论证中心舰船所
【正文语种】中文
【中图分类】TK479
【相关文献】
1.基于SIMULINK的单轴重型燃气轮机模型动态仿真研究 [J], 李忠义;刘尚明;张文杰
2.基于SIMULINK的气垫船三轴燃气轮机的动态仿真 [J], 史霖鑫;臧述升
3.基于Matlab/Simulink的单轴燃气轮机动态仿真 [J], 王敏;李杨;李淑英;孙聿峰;谢春玲
4.基于Simulink的单轴重型燃气轮机动态仿真模型 [J], 史玉恒
5.双轴燃气轮机动态仿真模型研究 [J], 黄荣华;贾省伟;梁前超;王兆文
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收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ５— ２ １ 改稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ６— ２ ７
作者简介 ： 严志远 （ １ ９ ８ ９一 ） ， 男， 山东济宁人 ， 硕士生， 研 究 方 向为 微 型 燃 气 轮 机 建 模 与 控 制 ， Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ：ｙ ｚ ｙ ８ ９ ９ ２ ３ ＠
要： 基 于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ平台 ， 在建立压气机 、 燃烧 室 、 透平 、 转 子等部件模 型的基础之上 ， 建 立了微型燃
气轮机动态模 型及速度控制 系统模 型 ， 并对 动态模 型进行 了阶跃 升负荷 和甩负荷 的仿真研 究。仿真 结果表 明， 动态模 型能够有效地对变负荷 过程进行 模拟 ， 为微 型燃 气轮 机控制 系统设计 与分析 提供 了模 型基 础 ； 速 度控制 系统模 型能够满 足转速调节 的要求 ， 并具 有较好 的稳 定性 。分 析 了燃烧 室烟气 热惯性对 微型 燃气轮 机 动态性 能的影 响， 指出对该型燃气轮机可 以忽略烟气热惯性 的影响 。 关 键 词： 微型燃气轮机 ； 动态模 型； 动态响应 ； 热惯性
Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中搭建 的仿 真模 型见 图 ２ 。
１ ． １ 气体 热 力性质
变 负 荷过 程 中 ， 燃气 轮 机 气体 温 度 和 空燃 比会 有 较大 范 围的变 化 ， 致使 空 气 和 烟 气 的 比热 容 也 随 之 变化 。为 确保模 型 的精 确 性 ， 考 虑 了 温度 和 组 分
ｇ ａ ｃ
（ ５ ）
（ ６ ）
ｃ
＝
（ 【 一 。 ６ ４ ・ ｏ ｌ ｌ ￣ ） ｃ 。 ＋ ４ ４ ・ ｃ ， Ｃ Ｏ ＋ 。 蔫・
ｆ ３ ）
Ｃｐ
，
Ｈ ２ ０ ＋
（ ６ ４ ・ ０ ． ７ ９ ） ｃ ｐ ｌ Ｎ ：
式中： 后 ａ 为空气 的绝 热指 数 。
（ １ ）
惯性模块相连 ， 其 出口压力也为状态变量 ， 所以， 可 通过 二维查 询 表 函数模块 线性 插值 得 到折合 流量 和
等熵效 率 。 压 气 机 出 口温 度 、 耗功 Ｐ 由式 （ ５ ） 、 式（ ６ ） 决定 ：
式 中： Ｍ 为 该 组 分 的摩 尔 质 量 。 假 定 空 气 为
的转动 惯量 ， 对 控 制 系 统 的要 求 较 高 Ｊ ， 致 使 其 难 以控制 ， 这也 限制 了这 些 经 验 的 使用 范 围。动 态 性 能 的研 究是 控制 系统设 计 优化 的重要 手段 ， 因此 ， 非 常有必 要进 行微 型燃 气轮 机动态 仿 真研究 。
本 文 借 鉴重 型 燃 气 轮机 建 模 的相 关 经验 ， 采 用 模 块化 建模 的思 想 Ｊ ， 以机 械 驱动 用 微 型 燃气 轮机 为对象 ， 基 于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ平 台 ， 在 建立 压 气 机 、
动态模 型 进行 阶跃 升 负荷 、 甩 负 荷 仿 真研 究 。分析
了燃烧 室 烟 气 热 惯 性 对 微 型燃 气 轮 机 动 态 性 能 的
影响。
１ 微 型 燃气 轮 机 动 态 数 学模 型
微 型燃气 轮机 动态模 型 流程 图如 图 １ 所 示 。在
…
图 微型燃气轮机动态模型流程示意图
Ｏ ： （ ２ １ ％） 和Ｎ ： （ ７ ９ ％） 的混合 物 ， 使用 Ｃ Ｈ 作燃 料 ，
且 在燃 烧 室 中完全 燃 烧 ， 则 空 气 和 烟 气 的 定压 比热 容分别 为 ：
Ｃ ｐ Ｉ ａ ＝ ０． ２１ 。Ｃ ｐｏ ２＋０． ７９ 。ｃ ｐＮ２
，
，
（ ２ ）
１ ＋ 叼ｉ １ ｓ ． Ｃ １
的变化 对气体 比热容 的影 响 。作 两点假 设 Ｊ ： １ ）每 种 组分 的定压 比热容 只和温 度相 关 ； ２ ）混 合气 体 的
压 力 为每种 组分 的分压 力 之和 。
燃烧室、 透平、 转 子 等 部 件模 型 的基 础 之上 ， 建立 了
微型燃 气 轮机 动态 模 型 及速 度 控 制 系 统模 型 ， 并 对
严 志远 ， 向 文 国 ， 张 士 杰 ， 肖云 汉
（ １ ．东南大 学 能 源热转换 及 其过程 测控教 育部 重点 实验 室 ， 南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ；
２ ．中国科 学院
摘
先进 能源动 力重 点 实验 室（ 工程 热物理研 究所 ） ， 北京
１ ０ ０ １ ９ ０ ）
１ ６ ３．ｃ ｏ ｎ。 ｒ
第 １ 期
基于 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ的 微 型 燃 气 轮 机 动 态 仿 真 研 究
３ ３
转 子
图 ２ 微型燃气轮机仿真模型总体 图
根据 文献 ［ ３ ］ ， 每种 组分 的定 压 比热容 为 ：
ｃ ｐ ＇ ＝ ∑ １ ０ （ ・ １
第２ ７卷
第 １ 期
《 燃
气
轮
机技术》 来自Ｖｏ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． １
Ｍｏ ｒ ．．２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ３月
ＧＡＳ ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
基 于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ的 微 型 燃 气 轮 机 动 态 仿 真 研 究
文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９—２ ８ ８ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ —０ ０ ３ ２—０ ６
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ４ ７ ２
微 型燃气 轮 机 具有 体 积 小 、 重量轻、 寿命长、 启
动快、 维护简单等优点 ， 具 有 很 好 的应 用 前 景 和 价 值 。研 究重 型燃气 轮机 获得 的一 些经 验也可 以用 在 微 型燃 气轮 机上 ， 然而 ， 由于微型燃 气 轮机具 有较 小