燃气轮机建模(燃气轮机建模方式)

海潮机械 2023-01-26 04:40 编辑:admin 295阅读

1. 燃气轮机建模方式

风能资源是清洁的可再生能源,风力发电是新能源中技术最成熟、最具开发规模条件和商业化发展前景的发电方式之一。风力发电成本低,并且在技术上日趋成熟,成为电力系统结构中相对增长速度最快的新能源发电。风力发电代替传统能源发电的比例正逐步上升,并在电力系统受越来越受到欢迎和重视。要进行风力发电系统的研究,传统的方法是将发电机与风轮机相连,在现场做实验,但是这样做成本较高并且可能影响电力系统的运行。仿真建模技术投入低,见效快,因而在风力发电的研究领域得到了越来越广泛的应用,极大地丰富了风力发电的研究手段。

技术实现要素:

本发明提供了一种风力发电系统研究方法,建立风力发电系统模型,所述模型包括:

风速模型、风力发电机组气动性能模型、传动系统动力学模型和感应电机模型。

所述传动系统动力学模型是传动齿轮模型,感应电机模型是三相同步发电机模型。

具体实施方式

风力发电的原理是利用风带动风车叶片转动,将风能转化为机械能,然后机械能带动风力发电机发电。所有风力发电机的功率输出是随着风力而变的。强风下最常见的两种限制功率输出的方法是失速调节和斜角调节。使用失速调节的风电机,超过额定风速的强风会导致通过叶片的气流产生扰流,令风轮失速。当风力过强时,叶片尾部制动装置会动作,令风轮剎车。使用斜角调节的风电机,每片叶片能够以纵向为轴而旋转,叶片角度随着风速不同而转变,从而改变风轮的空气动力性能。当风力过强时,叶片转动至迎气边缘面向来风,从而令风轮剎车。

风力发电系统的建模与仿真,主要包括以下几方面内容:(1)了解风力发电技术的发展趋势和最新动态。(2)研究风力发电系统的基本原理,包括风力发电的基本原理、风轮机理论、水平轴风力发电机结构、定浆距风力发电机组和永磁同步发电机基本原理。(3)确定风力发电机组的数学模型,主要有风速模型,风力发电机气动性能模型,传动系统动力学模型和感应电机模型。(4)研究matlab仿真建模的相关理论并利用matlab仿真软件搭建仿真模块准备仿真。(5)对风力模型进行仿真并分析仿真结果。

通过建立的风力发电系统模型,根据风速模型的仿真曲线,分析风轮机和发电机各部分曲线的变化情况和整个系统的仿真曲线图。在并网以前电压的波形基本上是正弦形状的,转速基本上是稳定的。并网以后虽然受到了电网的干扰,但转速上升到额定转速后再没有多大变化;电流的波形虽然是正弦的,但整体的趋向也发生了相应的波动。变桨距控制系统在风力发电机组起动时,通过变距来获得足够的起动转矩;起动以后,当低于额定风速运行时,风力发电机组状态控制为转速控制。当高于额定风速运行时,通过调整桨叶节距,改变气流对叶片的攻角,可以改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使功率输出保持稳定。额定风速之后的机组状态控制主要由桨距角调节实现,控制系统保持风力发电机组运行的安全可靠性。

本发明利用matlab软件建立风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型,对自建的风力发电系统控制模型进行仿真分析,验证风力发电系统控制模型的可用性,并且通过单曲线绘图对模拟结果进行了分析,从仿真图形分析,能够基本反映风力发电机的运行情况。

值得说明的是,虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理,但是应该理解,本发明并不限于所公开的具体实施方式,对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合,这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

2. 燃气轮机技术

全球十大燃气轮机制造商及其产品排名:

1,GE发电

成立于 1892年

总部:美国纽约斯克内克塔

GE发电是美国GE公司旗下的子公司,其可以提供非常广泛的发电产品,包括燃气轮机,汽轮机、发电机、测量和控制系统、核反应堆、石油生产设备,太阳能电池板,热回收蒸汽发生器(HRSG)和风力涡轮机。GE的重型和航改燃气轮机即使在恶劣的环境条件下也很可靠。GE发电公司在燃气轮机领域有着非常悠久的历史,在全球燃气轮机、航空发动机和船用燃气轮机市场占有率全部保持第一,同时也是全球重型燃气轮机发电效率的吉尼斯记录保持者,可以向燃气轮机市场提供E级,F级和H级技术。

关键产品:LM2500,LM6000、6FA.03、7HA.01、9F.03、7E.03和GT13E2

2,西门子能源

成立于:1847

总部:德国柏林和慕尼黑

西门子能源是全球领先的燃气轮机制造商之一,西门子燃气轮机以其高可靠性和低维护性而在客户中倍受青睐。该公司提供范围高达567MW的各种重型,工业和航改燃气轮机。由于其产品的高效率,灵活性和环境兼容性,燃气轮机可用于许多应用和环境,包括石油和天然气工业以及工业发电。

主要产品:SGT-100,SGT-A45,SGT-A05,SGT-700,SGT6-8000H和SGT-A65

3,三菱重工

成立于:1884

总部:日本东京港区

三菱重工(MHI)为美国西屋公司代工燃气轮机制造起家,逐步掌握整机制造技术后,三菱重工通过整合空气动力学,冷却设计和材料方面的最新技术,开发了一系列高效,可靠的重型燃气轮机,并通过一系列的日本式“微创新”(比如给燃机缸加保温棉套),在市场上取得了很大的成功。该公司提供发电功率范围从40~490MW的各种燃气轮机。特别值得一提的是,三菱重工研制的燃气轮机在会其自家的联合循环发电厂中经过严格的测试,然后再安装到目标电厂中,运营商反馈三菱燃机运行中“小”毛病很少。该公司生产的J系列燃气轮机具有全球最大的发电功率,并在实现了透平进口温度超过了1600o C。

关键产品:M501D,M501F,M701G,M701J,H-25和H100

4,安萨尔多公司

成立于 1853年

总部:位于意大利热那亚

意大利安萨尔多公司是重型燃气轮机的领先制造商之一,早期曾是西门子燃气轮机产品的代工厂,后随着自主研发投入和2016年对法国阿尔斯通燃气轮机资产(位于瑞士巴登)的收购,使其成为全球最大的燃气轮机制造商之一,逐步形成一系列独居特色的重型燃气轮机产品。阿尔斯通燃气轮机的特点是易于维护、高效且对环境影响小。该公司提供E级、F级和H级技术领域的产品,功率输出范围从80MW到538MW。安萨尔多公司声称是全球唯一一家拥有第三方燃气轮机技术的公司,可以为自家产品以及竞争对手生产的燃气轮机和发电机提供售后维修维护服务。

主要产品:AE64.3A,AE94.3A,AE94.2,GT26,GT36-S6和GT36-S5

5,川崎重工

成立于:1896

总部:日本东京神户中央区和港区

日本川崎重工对国内来说并不熟悉,其产品在国内也非常罕见。但高性能燃气轮机也是川崎重工(KHI)的主要产品之一,该公司专门从事中小型燃气轮机和燃气轮机热电联产系统的生产。川崎重工也开发了很多先进的燃气轮机技术,例如DLE燃烧方法,流体分析技术和蒸汽/注水方法,可以向其客户提供环保,高效的燃气轮机,并且通过使用专有的远程监控系统监控燃气轮机的运行状况,从而为客户提供了快速,精确的服务。

关键产品:M1A-13A,L30A,M7A-03,GPS 2000,GPS5000和MGP1250

6,卡特彼勒

成立于 1925年

总部:美国加利福尼亚州圣地亚哥

卡特彼勒公司的子公司索拉燃机公司是工业燃气轮机系统设计和制造的先驱,该公司的工业燃气轮机可用于多种用途,包括船舶推进,天然气发电和机械驱动。该公司致力于开发新技术以减少其产品的排放并提高燃气轮机的燃油经济性,生产的燃气轮机装有SoLoNOx燃烧系统,该系统使用干式稀薄预混燃烧技术来减少有害排放物。

主要产品:土星20,半人马座40,水星50,金牛座70,火星90和泰坦250

7,凯普斯通公司

成立于 1988年

总部:美国加利福尼亚州范努伊斯

凯普斯通燃气轮机公司专业从事微型燃气轮机的生产,这些微型燃气轮机可使用多种燃料运行,包括天然气,沼气和液化石油气。凯普斯通微型燃气轮机的关键部件是空气轴承,它只需最少的维护,并且不需要冷却系统。微型燃气轮机可以用于发电,热电联产以及作为混合动力汽车的动力源。该公司提供范围从30~30MW的微型燃气轮机的全面产品阵容。这些微型燃气轮机的燃料灵活性使其非常适合各种市场的众多应用,包括石油和天然气、关键电源、运输、可再生能源和船舶。

关键产品:C30,C65,C200,C200S ICHP,C600S和C800S

8,MAN能源解决方案公司

成立于:1758

总部:德国巴伐利亚州奥格斯堡

MAN能源解决方案公司(MANEnergy Solutions)在国内习惯称之为曼透平,其生产的燃气轮机主要用于小型能源供应公司以及石油和天然气行业。曼透平公司的燃气轮机也用于发电厂的热电联产,通过回收和利用热废气的热能来提高效率来减少温室气体排放。这些燃气轮机还用作机械驱动器,以在管道压缩机站和海上采油平台中运行压缩机和泵。

关键产品:MGT6000-1S,MGT6000-2S和THM 1304

9,OPRA燃气轮机公司

成立于 1991年

总部:荷兰亨厄

荷兰OPRA燃气轮机公司是提供小型燃气轮机发电解决方案的全球领导者,OPRA拥有2MW OP16系列燃机发电机组的开发、制造、销售和服务的能力,该机组既可用于单机安装,也可多机组合使用。通过安装多套,功率输出可以扩展到10MW,并且可根据客户需求配置为低排放和双/多燃料功能。OPRA燃气轮机的特点是可靠性高,效率高,排放低,采购成本低,这些燃气轮机用于各种领域,包括石油和天然气,工业,商业和海洋领域。特别值得一提的是,2017年8月,OPRA已被中国大连派思集团完全收购,目前是大连派思集团的一员。

重点产品:OP16系列燃气轮机

10,中央燃气轮机公司

成立于:1946年

总部:英国德文郡牛顿阿伯特

Centrax燃气轮机由英国航空发动机设计先驱理查德·H·巴尔(Richard HH Barr)、杰弗里·怀特(Geoffrey R White)和弗兰克-惠特尔爵士(Frank Whittle)共同创立,最初自主研制了CS-600工业燃气轮机,后在1979年与英国罗尔斯-罗伊斯(世界三大航发巨头之一)签署了工业燃气轮机成套协议,推出了CX501系列燃气轮机,西门子在2014年收购罗尔斯-罗伊斯公司的能源业务后,仍保持原有的协议关系。目前Centrax燃气轮机公司可以生产和维护功率从3.9到66 MV的西门子工业燃气轮机。

关键产品:CX501-KB5,CX501-KB7,CX300和CX400

3. 汽轮机模型制作

教学-火电厂-水工模型 -汽轮机-锅炉模型湖南亚奥模型做的都非常多

4. 燃气轮机设计基础

  燃气涡轮发动机(Gas turbine engine或Combustion turbine engine)或称燃气轮机,是属于热机的一种发动机。燃气轮机可以是一个广泛的称呼,基本原理大同小异,包括涡轮喷射引擎等等都包含在内。而一般所指的燃气涡轮引擎,通常是指用于船舶(以军用作战舰艇为主)、车辆(通常是体积庞大可以容纳得下燃气涡轮机的车种,例如坦克、工程车辆等)、发电机组等的。与推进用的涡轮发动机不同之处,在于其涡轮机除了要带动压缩机外,还会另外带动传动轴,传动轴再连上车辆的传动系统、船舶的螺旋桨或发电机等。  优势  燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下,同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一,是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的,体积小、功率大,非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。  燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的转速是三种动力系统中最高的,但是由于整个转子十分轻巧,在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复,加速较慢,蒸汽轮机更是“反应迟钝”,整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时的时间。而启动速度,对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性能有着直接的影响。  燃气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适合给反潜军舰作动力系统。  劣势  由于燃气轮机工作时需要吸入大量的新鲜空气,同时排放出大量的废气,因此燃气轮机在军事舰艇中的使用会带来排烟系统占据大量舰艇空间,简单来说就是需要较蒸汽轮机更大的烟囱,从而导致其余设备在空间和结构上的局限性。

5. 用一柱体模拟燃气轮机

燃气轮机发电是我国重点发展的技术之一,燃气轮机的发展与建设,至今国内依赖进口,尤其是大型燃气轮机均被国外知名发电跨国公司所垄断,其技术均掌握在少数几家跨国公司手中。国内对于燃气轮机的研究开发起步较迟,研究能力相对比较薄弱,尚未形成掌握其设计制造能力。燃气轮机发电技术的引进一般都集中在主体设备,然而就辅助设备而言,也是燃气轮机发电系统不可缺少的重要的组成部分。在众多辅助设备中,进排气系统是燃气轮机的重要组成部分。目前这些设备的制造国内只能根据国外跨国公司提供的设计图进行来图加工,缺乏应有的核心技术。因此,根据我国燃气轮机发展现状在引进燃气轮机主体设备的同时,迫切需要通过引进、消化、吸收开发出具有我国自主知识产权的燃气轮机辅助设备与系统。

根据目前燃气轮机发电技术的发展,以具有典型意义的9E(9F)级燃气轮机为研究对象,在引进消化吸收的基础上,通过理论与试验研究形成具有自主知识产权,达到能满足9E(9F)级燃气轮机运行要求的进排气系统装置的设计、制造的能力,为燃气轮机发电机组进排气系统的整体国产化奠定基础。

在排汽温度585℃条件下,建立系统的热膨胀模型、轴向径向受力模型、内部流动介质的动力学模型,通过数值计算模拟,计算出各温度下的热膨胀率、内部介质的速度场、温度场、应力分布场,开发具有自主知识产权的大型燃气轮机进排气系统装置关键参数的确定方法和系统装置设计方法,形成自主的设计与制造能力。

难题解决后可实现的社会效益和经济效益:(尽可能用具体数字表述)

本项目的完成将有助于企业产品结构的调整与提升,提高产品附加值33%,按本企业在燃气轮机辅助系统产品一年2000万产值计算,其中25%需要设计和配套附加,那么在不需要其它投资的情况下,每年就可增加500万的收益。另外,本项目的推广应用,不仅提高了我厂在国内大型燃气轮机发电技术的整体设计水平,更重要的是增强了企业在国内外同行业中的竞争力,确保企业在该领域的领先地位。