Повышение качества управления газотурбинной энергетической установкой на базе авиадвигателя при работе в локальной сети

• Автор: Лисовин, Игорь Георгиевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ КОНВЕРТИРОВАННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
1.1 Обзор ГТД для привода электрогенераторов
1.2 Принципы конвертации авиационных ГТД в энергетические ГТУ
1.3 Обзор зарубежных конвертированных газотурбинных двигателей
1.4 Электрические генераторы для энергетических ГТУ
1.5 Управляющие воздействия САУ для повышения точности поддержания частоты вращения свободной турбины, частоты и напряжения локальной сети
1.6 Электромеханические переходные процессы в локальных энергетических сетях
1.7 Выводы по главе
ГЛАВА 2.КОМПЛЕКСНАЯ МНОГОЭЛЕМЕНТАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГТУ, ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА И ЭЛЕКТРОСЕТИ
2.1 Анализ существующих математических моделей
2.2 Структура модели взаимодействия ГТУ, электрогенератора и электросети
2.3 Математическая модель ГТУ
2.4 Математическая модель генератора с возбудителем
2.5 Математическая модель синхронного двигателя
2.6 Математическая модель асинхронного двигателя
2.7 Математическая модель активно-индуктивной нагрузки
2.8 Математическая модель трансформатора, линии электропередач, сети бесконечной мощности

2.9 Математическая модель взаимодействия структурных элементов
электрической системы
2.10 Модель САУГТУ
2.11 Модель САУ электрогенератора
2.12 Методы решения дифференциальных уравнений
2.13 Выбор шага численного решения дифференциальных уравнений
2.14 Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ САУ ГТУ И СПОСОБА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ ПРИ ЕЁ РАБОТЕ В ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ
3.1 Проверка адекватности комплексной многоэлементной математической модели взаимодействия ГТУ, электрогенератора и электросети
3.2 Разработка методики проектирования САУ ГТУ на основе математической модели взаимодействия ГТУ и ЭС для повышения качества управления энергетической установкой при её работе в локальной сети
3.3 Совершенствование алгоритмов управления ГТУ при динамических режимах работы
3.4 Проблемы взаимодействия системы автоматического управления ГТУ и системы управления возбуждением генератора
3.5 Программная реализация математической модели
3.6 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Справка о внедрении результатов диссертационной работы

Перспективное направление развития мировой энергетики связано с внедрением газотурбинных энергетических установок, как на уже существующие электроэнергетические объекты (например, модернизация тепловой электростанции), так и на вновь создаваемые. Подобные установки используются в составе газотурбинных электростанций разной мощности [31, 48].
Газотурбинная электростанция (ГТЭС) является сложным объектом, состоящим из одного или более энергоблока. Каждый энергоблок, в общем случае, состоит из силовой установки - газотурбинного двигателя, и электрогенератора с системой возбуждения. Г азотурбинная установка обладает множеством преимуществ: имеет большой КПД и меньшие габариты по сравнению с котлотурбинными установками такой же мощности, что очень удобно при транспортировке на новые объекты эксплуатации. За счет высокого КПД газотурбинная установка позволяет использовать энергию топлива с высокой эффективностью. Особенно, это касается газотурбинных двигателей, первоначально применявшихся благодаря своим высоким удельным характеристикам в авиации, а после получившие широкое распространение в качестве силового привода в газотурбинных электростанциях.
Создание специальных двигателей для наземного применения требует длительного времени и больших затрат на освоение его в производстве, поэтому у предприятий, производящих авиационные двигатели есть возможность изготавливать наземные двигатели доработкой авиационных, что позволяет:
- сократить время на разработку и промышленное освоение в серийном производстве;
- использовать узлы авиационных двигателей, бывших в эксплуатации, так как они имеют достаточный остаточный ресурс, а повреждаемость двигателей

основных узлов ГТУ также заданы посредством отдельных подпрограмм. В списке вводимых параметров в любом порядке могут быть заданы все необходимые данные для расчета, и также заданы или подправлены характеристики узлов ГТУ.
Используются также следующие дополнительные подпрограммы: линейная интерполяция, газодинамические функции, вычисление теплосодержаний. Большинство переменных в алгоритме заданы как элементы матриц А, В и V. Матрицы А и В содержат все основные параметры, получающиеся при расчете статических и динамических характеристик. Матрица £> содержит геометрические параметры двигателя, а также величины, характеризующие отбор воздуха на охлаждение, потери полного давления, инерционность и некоторые другие постоянные. В модели ГТУ также предусмотрены матрицы, содержащие необходимые графические зависимости и матрицы переменных характеризующих начальные условия моделирования ГТУ.
Модель редуктора представляет собой модуль с заданным коэффициентом передачи по каналу частоты без учета потерь мощности.
Рассмотрим подробно принцип построения математической модели ГТУ, на примере, конвертированной газотурбинной установки ГТУ-4П на базе авиационного двигателя Д-30 со свободной (силовой) турбиной.
Математическая модель построена путем поузлового моделирования отдельных элементов газотурбинной установки. Каждый отдельный узел оформлен в модели в виде законченного модуля.
В модели применено сквозное интегрирование параметров газотурбинной установки, которое достигается введением объемов между элементами газотурбинной установки, как реальных, так и фиктивных (между турбинами) (Укс, Усопла, Умежду турбинами)- Решение всей системы уравнений сводится к последовательному решению каждого из алгебраических и дифференциальных уравнений.