火电厂仿真课件-第2章 系统建模.ppt

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1、第二章系统数学模型的建立数学模型：——是系统的数学描述，是系统研究的基础，是计算机仿真的依据。2·1建立系统模型的任务（1）确定系统模型的结构——定义模型性质、确定模型框架和边界条件、明确各环节的特性和相互关系。（2）提供系统模型的数据——确定系统中各环节特性的定量关系，确定各环节相互间的定量关系（即信号传递的定量关系）。两项任务密切相关，并非各自独立。注：建模考虑的重点：系统主要的、本质的内容。——数学模型仅仅是系统一种简化﹑抽象的描述，不需要考虑系统的全部细节。实际系统中，不可能只有某种单一的特性（如完全线性、或完全非线性等），但在系统研究时，应将占优势的特性

2、作为重点研究，非优势部分作特殊情况处理；一个系统的数学模型并不是唯一的。但研究目的相同时，研究结果应是一致的；2·2系统模型的分类实物模型：根据相似性建立的形象模型，具有实体性——属物理模拟试验技术范畴。（不介绍）数学模型：用符号和数学方程式表示的系统模型，具有抽象性。（本课程内容）系统模型按描述的状态分按描述的方式分按系统的性质分按求解的方法分按获取的方法分静态模型动态模型连续模型离散模型线性模型非线性模型分析求解模型数字求解模型理论模型黑箱模型反映变量间的相互函数关系反映变量与时间的函数关系是时间的连续函数是时间的离散函数可以用线性微分方程描述不能用线性微分方程描

3、述利于解析法求解利于计算机求解理论推导所得的模型试验研究所得的模型数字仿真实际上是：——用数值计算技术求解动态数学模型，——系统动态模型在计算机上的数值解。注：（1）一般，仿真所要建立的是系统的动态模型，静态模型包含在动态模型之中。（2）电厂的系统仿真，往往综合采用连续﹑离散﹑线性﹑非线性﹑理论﹑黑箱等模型，以保证模型精度。2·3火电厂模型的特点（1）模型复杂发电厂是一个大系统，它有许多：1．不同性质的热力设备组成2．不同的能量转换形式3．不同性质与状态的介质4．不同的流动状态5．不同的物理或化学反应6．不同的内扰和外扰7．不同的状态量﹑控制量和操作量8．不同的环节连

4、接方式（串＼并＼反馈＼交叉等）……——设备庞大、系统复杂、参量繁多、交叉影响严重，因而建模工作和描述系统的数学模型也必然十分复杂。数学模型是一个复杂的多元函数组成的数学模型。（2）线性与非线性并存发电厂有些环节是线性的，有些环节是非线性的。线性特性．汽机功率——调节级压力．抽气量——汽机功率(凝汽式机组)………非线性特性．炉膛传热——温度．流量——压差．转速——油压………可以应用叠加原理不能应用叠加原理必须有效地协调线性与非线性之间的相互关系必要时,非线性特性——线性化(3)多为分布参数发电厂生产过程是一个动力循环，工质状态不仅随工况和环境条件变化，而且随时间变化，绝

5、大部分参数是三维空间的函数，具有明显分布参数的特征，如：过热器的参数(温度)是沿管长、随时间变化的。工质状态（温度）工况﹑环境﹑条件（过热器管长）时间建模时多采用分区集总方法，即将三维空间的分布参数简化为一维空间。否则无法求解。（4）时间常数差别大在发电厂中各设备的动态特性不同，其时间常数（动态响应速度）差别十分悬殊，例如：汽机甩负荷——转速烟温——主汽温时间常数小响应快燃料——汽压减温水量——主汽温时间常数大响应慢建模时应处理好模型的简洁与精确之间的关系对响应速度差异很大的对象，一般分别建立动态数学模型，可采用不同的时间步长进行仿真计算。（5）模型可分解可集合分解集

6、合把实际系统分成若干子系统，分别建立其模型，然后综合。把若干子系统视为一个整体，统一建立其模型。模型精细﹑复杂模型简洁﹑粗糙因此，在建立复杂系统的动态模型时，应善于对系统进行合理的分解，即按不同的化学、物理过程（如燃烧、传热、流动、做功等），把系统分成许多子系统，这些子系统并不都是简单地按设备的类型来划分的，而根据系统的属性来划分更为合理。在分解系统时，正确处理各子系统间的关系是十分重要的，因此要正确地选择系统中的状态变量，充分保证信息的传递如实际过程那样进行。（6）模型种类多例如：一台200MW火电机组全范围仿真机，数学方程有6000多个；一台300MW火电机组全范

7、围培训仿真机，数学模型的种类达200多种，构成仿真系统的模型模块达5000多个。为满足实时运行要求，仿真机应采用速度快、容量大的计算机。（7）模型计算涉及的数据量大数学模型运算涉及的I/O变量、中间变量、常数等数量巨大。例如：一台采用常规仪表盘/台的300MW燃煤发电机组的全范围仿真机有：5000多个I/O变量；10000多个中间变量；（8）知识的综合性强这意味着：火电厂建模过程中要综合利用各种知识，解决动力循环中的种种问题。建模是综合知识的体现，它涉及的知识广泛。如：理论知识——物理学﹑化学﹑数学﹑热力学﹑传热学﹑………专业知识——锅炉原理﹑汽轮机