随着世界范围内对环境保护问题的日益重视和天然气资源的进一步开发利用,燃气轮机及其联合循环技术在电力生产领域中占据了越来越重要的地位。根据目前国内在重型单轴燃气轮控制系统方面尚不完善的现状,在消化吸收西门子设计关键技术的基础上,本文对燃气轮机的闭环控制策略进行了研究、分析和应用。建立了简化的重型单轴燃气轮动力学模型并进行了一系列数字仿真实验,并提出了采用模糊自矫正控制策略来改进原PI算法,以达到更好的控制特性,使用工程中常用的DCS硬件进行了模拟验证。论文的主要内容包括:1.通过对燃气轮机及联合循环汽轮机组的运行流程及工作原理的分析,从工艺的角度提出燃气轮机的控制要求及性能目标,从而为控制方案的形成及控制系统的架构奠定基础。在此基础上,介绍了SPPA-T3000的软件平台以及燃气轮机控制系统硬件的配置。2.根据西门子重型燃气轮机的控制要求及工艺流程,分析了机组运行的控制原理,并采用模块化设计方法,将机组控制功能划分为多个模块组,包括测量值的采集与信号处理,设定值形成,主控制器和启动升速控制,选择逻辑和分配器,修正和计算回路,压气机进口导叶专用控制器,阀门升程控制器。给出整体控制策略框图,并对每个模块进行了分析介绍。各个模块综合作用,协同完成机组的升速、并网、排汽压力及温度等参数的协调控制,并满足运行安全要求。3.在模块分析的基础之上,对燃气轮机控制中的重要控制回路进行了阐述,包括转速/功率控制器,压气机压比限制控制器,阀门升程控制器,排气温度控制器等。指出实际运行的控制策略,以及存在的不足。4.通过搭建简化的数学模型,建立控制系统仿真模型,对燃气轮机重要控制回路的正确性及合理性进行仿真试验及验证。以西门子燃气轮简化数学模型为基础,按照模糊自适应控制的要求,设计出一种燃气轮机排气温度模糊自校正PI调节器。MATLAB仿真实验表明,该调节器有效的改进了原排气温度调节系统的自适应能力和鲁棒性,达到了降低排气温度的波动幅值的作用。最后,使用OVATION控制硬件,对排气温度控制器进行了实际的工程模拟,验证了模糊自适应控制的有效性与实用性。