本文分析了汽輪機純掖壓讕逮系統(tǒng)的特點，建立了汽輪機升速階段的數(shù)學(xué)模型，采用矢量控制電機驅(qū)動，在仿真的基礎(chǔ)，實現(xiàn)了汽輪機的轉(zhuǎn)速全程控制。
　　
　　1前言
　　
　　火電機組汽輪機控制發(fā)展的趨勢是采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，由計算機來完成復(fù)雜的控制邏輯，以伺服閥作為電——掖接口去驅(qū)動高壓抗燃油油動機，從而實現(xiàn)汽輪機的轉(zhuǎn)速控制、負荷控制、超速保護、單／多閥切換、閥站試驗等各項功能。
　　
　　而在中小容量的火電機組，汽輪機多為純液壓調(diào)速系統(tǒng)，以啟動閥和同步器去控制二次油壓，聯(lián)動液壓機構(gòu)，從而控制汽輪機的狀態(tài)。由于其液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，汽輪機自動控制的效果并不理想。
　　
　　2純液調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制存在的問題
　　
　　純液調(diào)系統(tǒng)有的使用單相交流電機作為啟動閥、同步器的驅(qū)動電機；但普通交流電機的轉(zhuǎn)動慣性較大、低速范圍下發(fā)熱嚴重、輸出轉(zhuǎn)矩不平衡，容易造成傳動機構(gòu)的超調(diào)和卡澀，影響汽輪機的安全運行。也有采用直流電機的，使得系統(tǒng)復(fù)雜、檢修頻繁，不適合電廠運行可靠性高的要求。
　　
　　另一方面，汽輪機純掖調(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)阻尼將汽輪機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為一次油壓，作用于放大器，進行油壓變化和輸出流量的放大，形成二次油壓，控制錯油門的油動機。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)速的液壓負反饋相當復(fù)雜，而且是不可控的，其對自動控制回路中轉(zhuǎn)速負反饋的實現(xiàn)存在著重疊和干擾的作用。
　　
　　3解決途徑
　　
　　宿東電廠#3機（125MW）選用了動態(tài)響應(yīng)能力*的矢量控制電機（即矢量控制的交流變頻調(diào)速電機），作為啟動閥和同步器的驅(qū)動電機，提高了執(zhí)行機構(gòu)的性能，同時通過對純液調(diào)系統(tǒng)液壓結(jié)構(gòu)的分析，簡化推導(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，進一步實現(xiàn)了汽輪機的轉(zhuǎn)速控制和負荷控制，達到了預(yù)期的滿意效果。
　　
　　3．1矢量控制電機的原理和優(yōu)點
　　
　　其原理是矢量變換控制。以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，經(jīng)過坐標變換，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等效的直流電機模型。

　　
　　圖1所示，異步電動機在三相對稱坐標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)生了合成磁動勢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)磁動勢Fl。在功率不變條件下：
　　

　　再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(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)生磁動勢F1。其中，角為M軸與α軸的夾角。
　　

　　就M、T繞組而言，當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，它們就是直流電機的模型，M相當于勵磁繞組，T相當于偽靜止的電樞繞組。模擬直流電動機的控制方法，求得其控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標反變換，就可以控制交流電動機了。
　　
　　由上述原理產(chǎn)生的矢量控制電機，兼顧了直流電機和交流電機的所有優(yōu)點，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)良的動態(tài)響應(yīng)性能，適合汽輪機控制的需要。
　　
　　3．2汽輪機純液調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
　　
　　研究125MW機組純液調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，簡化建立了汽輪機升速階段的數(shù)學(xué)模型。
　　
　　3．3控制策略
　　
　　汽輪機的轉(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閥或同步器馬達的位移控制信號，經(jīng)函數(shù)發(fā)生器將位移偏差轉(zhuǎn)換為電機的轉(zhuǎn)速控制信號，如圖5所示：

　　
　　在轉(zhuǎn)子臨界區(qū)，升速率自動置為zui大升速率，以保證快速通過，減少臨界區(qū)轉(zhuǎn)子的振動。
　　
　　4仿真控制
　　
　　按照汽輪機升速階段的數(shù)學(xué)模型，靜態(tài)進行對象的仿真控制，尋找控制對象的*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)實現(xiàn)
　　
　　在汽輪機升速的過程，對高轉(zhuǎn)速范圍下啟動閥出現(xiàn)空行程的情況，采用快速全開啟動閥，切換至同步器控制的辦法，實現(xiàn)了汽輪機純液調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速全程控制。調(diào)節(jié)參數(shù)如表1所示。

　　
　　實際升速曲線如圖7所示：

　　
　　6結(jié)束語
　　
　　汽輪機純液調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速全程控制的實現(xiàn)，有利于提高中小容量機組的自動化水平。
　　
　　我們可以對純液調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行吏深層次的分析，建立更接近的數(shù)學(xué)模型，進一步完善汽輪機純液調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制和負荷控制。