[发明专利]一种燃机控制系统测试装置及方法

说明书

本发明公开一种燃机控制系统测试装置及方法，该装置包括：控制器，用于在接收到上位机发送的启动信号之后，将第一控制信号发送到执行模块，以及接收转速模块发送的转速反馈信号，并与预设转速信号比较，若不相同，则向执行模块发送第二控制信号，以再次接收转速反馈信号并重复与预设转速信号的比较；否则，停止发送第二控制信号；执行模块，用于根据第一或第二控制信号，得到执行信号并发送到IO接口；IO接口，用于根据执行信号，将执行信号转换为第三控制信号并发送到燃机模型，以使燃机模型得到转速数字信号；以及将转速数字信号转换为转速模拟信号，并发送到转速模块；转速模块，用于根据转速模拟信号，得到转速反馈信号并发送到控制器。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种燃机控制系统测试装置及方法。

背景技术

随着燃气轮机(简称燃机)不断提高的性能指标，为满足燃机控制系统的稳定性和可靠性，则燃机控制系统的燃机控制的准确度和算法的复杂度也成倍的增长，这就对燃机控制系统设计提出了更高的要求。直接在燃机上运行燃机控制系统是验证燃机控制系统性能的最好方式，但纯物理的试验不仅成本高，而且由于试验一般会采用极限工况，故而风险也较大，复杂程度也偏高。于是，作为联合循环电站动力来源的燃机，在投入实际工业使用前都会经历大量的仿真试验、性能测试等环节用以提高燃机的工作稳定性和可靠性。世界上主要的燃机供货商都建立了针对旗下燃机机型的燃机控制系统的测试装置，并设计了测试方法。主要的技术方案有以下5种：

1、纯数字测试，验证控制逻辑、优化控制算法，采用正向编程的方式对燃机顺控、停机控制和报警、遮断等信号进行测试。

2、针对特有的设计结构或技术，设计可以测试燃机控制系统性能的方案，如通用电气公司GE利用不锈钢冷却空气回路模拟燃机的“H”级冷却技术。

3、信号调理箱，对燃机控制系统测试中的信号进行模拟，结构如图1。信号调理箱用来对传感器信号进行模拟，其工作原理是：(1)控制器发出控制指令，执行机构动作；(2)传感器将执行机构动作信息以模拟量的方式传递给信号调理箱；(3)信号调理箱将模拟量转化为数字信息并传递给燃机模型；(4)燃机模型经过计算将该时刻燃机状态发送给信号调理箱；(5)信号调理箱将状态信息转化为模拟量并反馈回控制器，实现闭环。

4、根据物理过程模拟，通过测量具有类似物理过程的装置的物理特性，来近似的模拟燃机运行过程。比如，机械式离心调速器的工作原理是：随着转子转速的变化，离心飞锤远离或靠近中心运动，其带动的连杆将做直线上的往复运动，该直线位移量可等比例看作燃料流量的变化。有些研究所采用机械式离心调速器模拟燃机转子转速与燃料流量变化的对应关系，并利用此关系来验证燃机控制系统控制逻辑、优化控制算法。

5、半物理测试，半物理测试的“半物理”是指：在整个燃机控制系统中只有控制对象是燃机模型，其余设备均与真实燃气轮发电机组相同，即当去掉燃机模型而接入真实燃机时，整个半物理测试仍可以正常进行。半物理测试的设备越接近电厂实际情况，其测试效果越好。

燃机设计目的是一个成熟的工业产品，将为电厂发电机组提供动力。燃机控制系统若采用纯数字的测试方式，虽然可以低成本、零风险的验证控制逻辑和算法，但对于实际的IO接口、传感器噪声和执行机构滞后等情况缺乏考虑，将严重影响控制系统的研发质量；若采用半物理的测试方式，虽然可以最大限度的贴合电厂实际，但成本较高，需要大量人力、物力以及场地的投入；若采用信号调理的测试方式，可模拟真实的传感器信号类型给控制器，以及将传感器采集的信号转化为模型可识别的信息，但无法模拟燃机的主要执行机构——阀门的特性，而阀门特性是影响控制系统性能的主要因素之一。若采用类似物理过程的方式测试，虽然物理过程相似，但实际的测量参数可能会出现固有的偏差，并且由于设计结构等原因，其比例关系不易建立，最终影响测量的性能分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何控制燃机控制系统测试的成本和风险，并且较真实的反映燃机各工况、运行中的参数变化的问题。