一种燃气轮机的数字模拟装置的制作方法

本实用新型涉及能源互联网中实时仿真技术领域，具体为一种燃气轮机的数字模拟装置。

背景技术：

伴随着化石燃料的消耗过度、气候变暖以及空气污染越来越严重，能源互联网概念的提出受到了很多专家的青睐。多能流是能源互联网最重要的特征之一，涵盖电、热、冷、气以及交通等多个能流系统，是当前能源领域的研究热点和前言，也是未来能源的重要形态。能源互联网的核心理念是开放，表现之一就是打破原来电、热、冷、气以及交通等能流系统相对割裂的状态，实现多类型能源开放互联，以及不同形式的能源的相互转化，减少了资源的浪费，缓解了能源危机，提高了能源的利用率。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：提供燃气轮机的数字模拟装置，可在能源互联网中天然气管网与电网的联合仿真中，天然气管网与电网需要通过燃气轮机进行耦合，实现天然气能流与电能的转化，将两种不同形式的能流系统耦合在一起。利用该数字模拟装置，可以研究天然气管网与电网的交互作用，即通过改变电网侧部分功率，实时观测天然气管网的动态变化，也可以通过设置天然气管网扰动实时观测电网的动态变化，是开展天然气网与电网之间的交互作用的实时仿真研究不可或缺的数字模拟装置。适用于开展能源互联中不同形式能流系统中天然气网与电网交互作用的实时仿真并适用于研究分布式热电联供的实时仿真。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种燃气轮机的数字模拟装置，包括目标机、上位机和燃气轮机本体；所述上位机固定安装在实验台的上端面，且上位机通过以太网与目标机上的交换机连接成系统；所述燃气轮机本体包括压气机、燃烧室、转子、速度控制器和透平，且压气机的输出端通过容积惯性与燃烧室的输入端连接；所述压气机、燃烧室和速度控制器均与空气处于连通状态，且压气机与转子之间为双向连接；所述转子与透平之间为双向连接，且转子的输出端与速度控制器的输入端电性连接；所述透平的输入端与燃烧室的输入端连接，且透平的输出端与速度控制器的输入端电性连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述压气机上分别设置有压气机n引脚、压气机p_out引脚、压气机T_out引脚、压气机G_out引脚和压气机Pc引脚，且压气机Pc引脚的输出端与转子pc引脚连接；所述压气机T_out引脚和压气机G_out引脚分别与容积惯性10上的容积惯性T_out引脚和容积惯性G_in引脚连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述容积惯性上还设置有容积惯性G_out引脚和容积惯性P_out引脚，且G_out引脚的输入端与燃烧室上设置的燃烧室G_in引脚的输出端连接；所述容积惯性P_out引脚的输出端分别与燃烧室P_in引脚和压气机p_out引脚的输入端连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述转子上还设置有转子PT引脚和转子n引脚，且转子PT的输入端与透平上设置的透平PT引脚的输出端连接；所述转子n引脚的输出端分别与压气机n引脚和速度控制器上设置的速度控制器n引脚的输入端连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述燃烧室上还设置有燃烧室G_out引脚、燃烧室fuel引脚、燃烧室T_in引脚、燃烧室P_out引脚和燃烧室T_out引脚，且燃烧室fuel引脚的输入端与速度控制器上设置的速度控制器fuel引脚输出端连接；所述燃烧室P_out引脚和燃烧室T_out引脚的输出端分别与透平上设置的透平T_in和透平P_in的输入端连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述透平上还设置有透平G_in引脚、透平T_out引脚和透平n引脚，且透平G_in引脚和透平T_out引脚的输出端分别与燃烧室G_out引脚和速度控制器上设置的速度控制器TX引脚的输入端连接；所述透平n引脚的输入端与转子n引脚的输出端连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型可以实现能源互联网中不同形式能源中的天然气管网与电网联合实时仿真，并将两个不同形式的能源互联在一起，实现了不用形式的能源之间的相互转换，是研究能源互联网中电、气联合仿真的利器，该数字模拟装置具有仿真效果好、仿真结果接近实际的优点，具有可观的使用价值；实用性强，易于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的控制结构示意图图；

图2为燃气轮机本体动态模型流程示意图；

图3为燃气轮机本体数字模拟装置结构图；

图中：1-目标机、2-上位机、3-以太网、4-交换机、5-压气机、6-燃烧室、7-转子、8-速度控制器、9-透平、10-容积惯性、11-实验台。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型的实施例：请参阅图1-3本实用新型提供的一种实施例：燃气轮机的数字模拟装置，包括目标机1、上位机2和燃气轮机本体；所述上位机2固定安装在实验台11的上端面，且上位机2通过以太网3与目标机1上的交换机4连接成系统；所述燃气轮机本体包括压气机5、燃烧室6、转子7、速度控制器8和透平9，且压气机5的输出端通过容积惯性10与燃烧室6的输入端连接；所述压气机5、燃烧室6和速度控制器8均与空气处于连通状态，且压气机5与转子7之间为双向连接；所述转子7与透平9之间为双向连接，且转子7的输出端与速度控制器8的输入端电性连接；所述透平9的输入端与燃烧室6的输入端连接，且透平9的输出端与速度控制器8的输入端电性连接。

所述压气机5上分别设置有压气机n引脚、压气机p_out引脚、压气机T_out引脚、压气机G_out引脚和压气机Pc引脚，且压气机Pc引脚的输出端与转子pc引脚连接；所述压气机T_out引脚和压气机G_out引脚分别与容积惯性10上的容积惯性T_out引脚和容积惯性G_in引脚连接；所述容积惯性10上还设置有容积惯性G_out引脚和容积惯性P_out引脚，且G_out引脚的输入端与燃烧室6上设置的燃烧室G_in引脚的输出端连接；所述容积惯性P_out引脚的输出端分别与燃烧室P_in引脚和压气机p_out引脚的输入端连接；所述转子7上还设置有转子PT引脚和转子n引脚，且转子PT的输入端与透平9上设置的透平PT引脚的输出端连接；所述转子n引脚的输出端分别与压气机n引脚和速度控制器8上设置的速度控制器n引脚的输入端连接；所述燃烧室6上还设置有燃烧室G_out引脚、燃烧室fuel引脚、燃烧室T_in引脚、燃烧室P_out引脚和燃烧室T_out引脚，且燃烧室fuel引脚的输入端与速度控制器8上设置的速度控制器fuel引脚输出端连接；所述燃烧室P_out引脚和燃烧室T_out引脚的输出端分别与透平9上设置的透平T_in和透平P_in的输入端连接；所述透平9上还设置有透平G_in引脚、透平T_out引脚和透平n引脚，且透平G_in引脚和透平T_out引脚的输出端分别与燃烧室G_out引脚和速度控制器8上设置的速度控制器TX引脚的输入端连接；所述透平n引脚的输入端与转子n引脚的输出端连接；目标机1中运行的是燃气轮机的Matlab/Simulink模型。

燃气轮机本体的动态模型流程：空气从压气机5中流入，经过压缩做功后使流入燃烧室6的天然气充分燃烧，产生高温高压的烟气，进入透平9膨胀做功，透平9输出功率和压气机5耗功印象燃气轮机本体的转速，而燃气轮机本体的转速也影响着透平9输出功率和压气机的耗功。透平9的排气温度和转速通过速度调节器8影响着影响着流入燃烧室6的天然气的流量。

工作过程为：首先在上位机2中利用Matlab/Simulink仿真平台构建燃气轮机本体的动态仿真模型，通过以太网3和交换机4将上位机2与数字模拟装置连接，该数字模拟装置是一台基于xPCtarget技术的工控机，可以通过在上位机2中修改输入燃气轮机本体的燃料的流量，可以实时观测燃气轮机本体的运行工况，该数字模拟装置用于能源互联网中天然气网与电网的仿真中时，通过在上位机2中调节天然气网的负荷，就可以在显示器上实时监测到电网的动态变化，也可以通过调节电网负荷变化实时监测天然气网的动态变化。