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　　本文分析了汽輪機(jī)純掖壓讕逮系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立了汽輪機(jī)升速階段的數(shù)學(xué)模型，采用矢量控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在仿真的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速全程控制。
　　
　　1前言
　　
　　火電機(jī)組汽輪機(jī)控制發(fā)展的趨勢(shì)是采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)來完成復(fù)雜的控制邏輯，以伺服閥作為電——掖接口去驅(qū)動(dòng)高壓抗燃油油動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、超速保護(hù)、單／多閥切換、閥站試驗(yàn)等各項(xiàng)功能。
　　
　　而在中小容量的火電機(jī)組，汽輪機(jī)多為純液壓調(diào)速系統(tǒng)，以啟動(dòng)閥和同步器去控制二次油壓，聯(lián)動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)，從而控制汽輪機(jī)的狀態(tài)。由于其液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，汽輪機(jī)自動(dòng)控制的效果并不理想。
　　
　　2純液調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制存在的問題
　　
　　純液調(diào)系統(tǒng)有的使用單相交流電機(jī)作為啟動(dòng)閥、同步器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；但普通交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性較大、低速范圍下發(fā)熱嚴(yán)重、輸出轉(zhuǎn)矩不平衡，容易造成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的超調(diào)和卡澀，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。也有采用直流電機(jī)的，使得系統(tǒng)復(fù)雜、檢修頻繁，不適合電廠運(yùn)行可靠性高的要求。
　　
　　另一方面，汽輪機(jī)純掖調(diào)系統(tǒng)為了保證其穩(wěn)定性，液壓部件含有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋功能。以旋轉(zhuǎn)阻尼式調(diào)速系統(tǒng)為例，旋轉(zhuǎn)阻尼將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為一次油壓，作用于放大器，進(jìn)行油壓變化和輸出流量的放大，形成二次油壓，控制錯(cuò)油門的油動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)速提高，一次油壓上升，使二次油壓下降，關(guān)小汽門開度。這種轉(zhuǎn)速的液壓負(fù)反饋相當(dāng)復(fù)雜，而且是不可控的，其對(duì)自動(dòng)控制回路中轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的實(shí)現(xiàn)存在著重疊和干擾的作用。
　　
　　3解決途徑
　　
　　宿東電廠#3機(jī)（125MW）選用了動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力*的矢量控制電機(jī)（即矢量控制的交流變頻調(diào)速電機(jī)），作為啟動(dòng)閥和同步器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能，同時(shí)通過對(duì)純液調(diào)系統(tǒng)液壓結(jié)構(gòu)的分析，簡(jiǎn)化推導(dǎo)出升速階段調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采取相應(yīng)的控制策略，在仿真控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速控制和負(fù)荷控制，達(dá)到了預(yù)期的滿意效果。
　　
　　3．1矢量控制電機(jī)的原理和優(yōu)點(diǎn)
　　
　　其原理是矢量變換控制。以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，經(jīng)過坐標(biāo)變換，將三相交流繞組等效為二相交流繞組、旋轉(zhuǎn)的直流繞組，從而建立與三相異步電機(jī)等效的直流電機(jī)模型。

　　
　　圖1所示，異步電動(dòng)機(jī)在三相對(duì)稱坐標(biāo)系下的靜止繞組分別通以三相平衡的正弦電流ia、ib、ic，產(chǎn)生了合成磁動(dòng)勢(shì)F1，以同步轉(zhuǎn)速ω1旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過三相／二相旋轉(zhuǎn)，可以等效為二相靜止繞組，在空間互差90º，通以時(shí)間互差90º的二相平衡電流ia、ib產(chǎn)生大小和轉(zhuǎn)速都相等的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)Fl。在功率不變條件下：
　　

　　再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的旋轉(zhuǎn)變換，如圖2所示，二相靜止繞組可等效為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的二相繞組M、T（M軸沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈的方向、T軸以M軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)90º），分別通以直流電流im、it以
　　
　　同步轉(zhuǎn)速ω1旋轉(zhuǎn)，同樣也產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)F1。其中，角為M軸與α軸的夾角。
　　

　　就M、T繞組而言，當(dāng)觀察者站在地面上看去，它們是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組；如果跳到旋轉(zhuǎn)的鐵芯上看，它們就是直流電機(jī)的模型，M相當(dāng)于勵(lì)磁繞組，T相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得其控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就可以控制交流電動(dòng)機(jī)了。
　　
　　由上述原理產(chǎn)生的矢量控制電機(jī)，兼顧了直流電機(jī)和交流電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，恒轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)，擁有極寬的調(diào)速范圍和*的調(diào)速精度，以及優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，適合汽輪機(jī)控制的需要。
　　
　　3．2汽輪機(jī)純液調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
　　
　　研究125MW機(jī)組純液調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化建立了汽輪機(jī)升速階段的數(shù)學(xué)模型。
　　
　　3．3控制策略
　　
　　汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速控制采用了比例積分作用+轉(zhuǎn)速給定值前饋的控制策略，既保證了轉(zhuǎn)速控制的快速性，又解決了穩(wěn)態(tài)情況下轉(zhuǎn)速控制精度的問題。
　　
　　轉(zhuǎn)速控制器輸出為啟動(dòng)閥或同步器馬達(dá)的位移控制信號(hào)，經(jīng)函數(shù)發(fā)生器將位移偏差轉(zhuǎn)換為電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，如圖5所示：

　　
　　在轉(zhuǎn)子臨界區(qū)，升速率自動(dòng)置為zui大升速率，以保證快速通過，減少臨界區(qū)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。
　　
　　4仿真控制
　　
　　按照汽輪機(jī)升速階段的數(shù)學(xué)模型，靜態(tài)進(jìn)行對(duì)象的仿真控制，尋找控制對(duì)象的*控制參數(shù)范圍，仿真升速曲線如圖6所示。

　　
　　比例常數(shù)為0．9，積分時(shí)間為120，前饋系數(shù)選為額定轉(zhuǎn)速下前饋10％調(diào)節(jié)器輸出。
　　
　　5熱態(tài)實(shí)現(xiàn)
　　
　　在汽輪機(jī)升速的過程，對(duì)高轉(zhuǎn)速范圍下啟動(dòng)閥出現(xiàn)空行程的情況，采用快速全開啟動(dòng)閥，切換至同步器控制的辦法，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)純液調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速全程控制。調(diào)節(jié)參數(shù)如表1所示。

　　
　　實(shí)際升速曲線如圖7所示：

　　
　　6結(jié)束語(yǔ)
　　
　　汽輪機(jī)純液調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速全程控制的實(shí)現(xiàn)，有利于提高中小容量機(jī)組的自動(dòng)化水平。
　　
　　我們可以對(duì)純液調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行吏深層次的分析，建立更接近的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步完善汽輪機(jī)純液調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制和負(fù)荷控制。