基于Matlab的DEH控制系统的仿真

2011-04-25张文娜任鸿秋田慕琴

电气技术 2011年3期

张文娜任鸿秋田慕琴

（太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024）

1 引言

汽轮机是火电厂中的重要设备之一，在高温高压蒸汽的作用下高速旋转，完成热能到机械能的转换，并驱动发电机转动将机械能转换为电能。在这些能量的转换过程中，为了保证电能质量，维持电网频率，要求它转速稳定在额定转速附近很小的范围内，这就对汽轮机的控制提出了更高的要求。随着科学技术的迅猛发展，汽轮机控制技术也发生了日新月异的变化，大型单元机组大都采用数字电液控制系统（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）实施控制[1]。

DEH控制系统的性能优劣直接影响着机组和电网的安全性、经济性以及供电品质，且主要是通过系统动态过程来反映的，但在实际生产过程中不易精确获取动态过程。基于此背景，本文利用Matlab软件建模仿真，InTouch工控软件绘制操作界面，开发了汽轮机数字电液控制系统的仿真试验机，它可以进行系统干扰性试验；重现系统故障，以便分析判断故障产生的原因；训练系统操作人员，以提高电厂运行人员的操作水平。

2 DEH控制系统的建模仿真

2.1 DEH控制系统简介

DEH控制系统由两大部分组成，即液压控制系统和电控系统。液控系统是调节系统的动力单元，用来驱动阀门，使阀门的开度按照指令改变；电控部分用来实现各种控制功能，如转速控制、功率控制、手/自动切换、汽轮机保护等，并最终形成各个阀门阀位指令[3]。

2.2 系统数学模型的建立及仿真

本文重点研究DEH控制系统中的转速控制，其转速调节回路的简化框图如图1所示。

图1 转速调节回路简化框图

将转速变送器测得机组实际转速n和设定转速n*同时送入计算机，经过比较运算后得到偏差信号，偏差信号经比例、积分作用后，输给调节阀开度回路一个阀位偏差信号v*，该信号经伺服放大器放大，送电液伺服阀转换成高压油压信号，控制高压主汽阀油动机的位移，调节主汽阀的开度，改变蒸汽量，继而控制机组转速消除机组实际转速和给定转速的偏差。

通过建立DEH系统的运动方程，导出传递函数即系统的数学模型。调节系统各环节动态特性的数学模型如表1所示[4]。

表1 调节系统各环节动态特性的数学模型

根据上述的各个环节的数学模型，利用 Matlab（Simulink）进行建模动态仿真。汽轮机升速的仿真结果如图2所示。

图2 汽轮机升速的仿真结果

同理，可以仿真DEH控制系统中其他工况下的系统动态过程。

3 绘制操作界面

为了给操作人员提供可视化的操作界面，丰富的画面调用功能，且可实现汽轮机时间顺序记录显示、报警显示以及历史运行曲线显示等功能，操作人员通过这些显示界面可以随时了解现场汽轮机的运行状况。这些画面是使用InTouch 9.5软件来绘制的。

3.1 InTouch简介

InTouch是美国Wonderware公司推出的基于Windows平台的过程可视化组态软件，具有强大的图形开发、动画设计以及监控功能。

3.2 绘制界面的步骤

（1）了解系统的要求，熟悉控制对象，初步设计出显示画面，列出控制过程中的所有控制变量。

（2）定义标记名。

（3）绘制画面。

（4）定义动态链接。

（5）编制逻辑正本。

3.3 模块与画面的通信

InTouch和Matlab都具有标准的DDE接口，通过该接口，可以方便的实现两者间的数据交换。两者既可以做客户端，又可以做服务器。但因为InTouch提供的脚本程序中函数较少，函数应用功能远不如Matlab的强大，且提供的DDE接口函数也没有Matlab应用方便。因此，采用Matlab做客户端，InTouch做服务器，编程实现InTouch和Matlab间的通信[5]。