本發明涉及發電機組仿真，更具體地說涉及一種基于正向機理建模的發電機組氫油水系統半實物仿真搭建方法。
背景技術：
1、現有技術中，采用半實物仿真的技術可以有效的進行網絡安全仿真，半實物仿真是一種仿真技術，半實物仿真技術的出現徹底改變了傳統的開發方法，在系統開發的初期階段就引入可靠性高的實時軟/硬件環境做技術保障，并貫穿于整個系統研發過程中，滿足現代控制系統和電子系統高效、精確、快速的設計要求，從而最大限度減少樣機系統試制次數，提高設計和開發效率。
2、在發電機組中，氫冷卻系統是指發電機內的氫氣在發電機端部風扇的驅動下，以閉式循環方式在發電機內作強制循環流動，使發電機的鐵芯和轉子繞組得到冷卻，其作用是冷卻發電機的定子鐵芯及轉子。
3、油密封系統是指采用雙流環式密封瓦，保證發電機內部氫氣不外泄，防止空氣和潮氣進入發電機的油密封系統，其作用是密封軸承穿過端蓋處的氫氣。
4、定子水冷卻系統是指為避免發電機線圈因溫度升高而降低絕緣強度，甚至于引起絕緣損壞，設置的發電機冷卻設備，其作用是冷卻發電機定子繞組及出線側的高壓套管。
5、現有技術中，對于發電機組氫油水系統的半實物仿真，沒有均設置三個系統的半實物仿真，因此亟需一種發電機組氫油水系統半實物仿真搭建方法，以對氫冷卻系統、油密封系統和定子水冷卻系統進行半實物仿真。
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明公開了一種發電機組氫油水系統半實物仿真搭建方法，本發明通過構建包括啟停開關、控制模塊、氫冷機理計算模型、油密封機理計算模型、水冷機理計算模型的半實物仿真系統，以進行發電機組氫油水系統半實物仿真，從而便于科研人員進行相關的研究。
2、為了實現以上目的，本發明采用的技術方案：
3、一種發電機組氫油水系統半實物仿真搭建方法，包括設備啟停設置步驟、氫冷機理計算搭建步驟、油密封機理計算搭建步驟、水冷機理計算搭建步驟和半實物仿真步驟；
4、一、設備啟停設置
5、所述設備啟停設置步驟，設置發電機組氫油水系統的啟停開關，并將啟停開關連接到發電機組的dcs系統的氫油水部分的控制模塊中，控制模塊獲取設備啟停數據；
6、優選的，所述設備啟停設置步驟包括：
7、分別設置發電機組氫、油、水系統的啟動、已啟動、停止、已停止啟停開關；
8、將設置的啟停開關通過硬接線分別連接到發電機組的dcs系統的氫油水部分的控制模塊中，在半實物仿真時，控制模塊獲取啟停開關的設備啟停數據。
9、本發明中，dcs系統是指分散控制系統，其采用計算機、通信和屏幕顯示技術，實現對生產過程的數據采集、控制和保護功能，利用通信技術實現數據共享的多計算機監控系統。其主要特點是功能分散、操作顯示集中、數據共享。根據具體情況也可以是硬件布置上的分散。設備啟停數據為發電機組氫、油、水系統的啟停開關的啟停數據。
10、分別設置發電機組氫、油、水系統的啟動、已啟動、停止、已停止啟停開關的目的是對接dcs控制邏輯。
11、優選的，所述設備啟停設置步驟中：
12、對于發電機組氫冷卻系統的啟停開關的設備啟停數據包括：啟動u11、已啟動y11、停止u12、已停止y12；
13、對于發電機組油密封系統的啟停開關的設備啟停數據包括：啟動u21、已啟動y21、停止u22、已停止y22；
14、對于發電機組定子水冷卻系統的啟停開關的設備啟停數據包括：啟動u31、已啟動y31、停止u32、已停止y32。
15、優選的，所述控制模塊中內置現場真實的氫油水控制保護方法。
16、二、氫冷機理計算搭建
17、所述氫冷機理計算搭建步驟，搭建發電機組氫冷機理計算模型，并將氫冷機理計算模型與控制模塊連接；氫冷機理計算模型從控制模塊中獲取氫冷機理計算數據和設備啟停數據并利用獲取的數據計算氫冷參數，并將計算出的氫冷參數發送至控制模塊中；
18、優選的，所述氫冷機理計算搭建步驟包括：
19、氫冷機理計算模型通過硬接線從控制模塊中獲取氫冷機理計算數據和設備啟停數據；
20、氫冷機理計算模型利用氫冷機理計算數據和設備啟停數據計算氫冷參數；
21、氫冷機理計算模型將計算出的氫冷參數通過硬接線發送至控制模塊中；
22、其中，所述氫冷機理計算數據包括勵磁電流、轉速、母管調節閥閥位、上一時刻氫氣輸出壓力；
23、所述氫冷參數包括：轉子線圈溫度、氫氣溫度、氫氣入口溫度、回水溫度。
24、本發明中，在氫冷機理計算中，計算得到轉子線圈溫度、氫氣溫度、氫氣入口溫度、回水溫度這些參數的目的是依據物理原理對氫氣進行溫度和壓力的機理計算。
25、本發明中，對于氫冷機理計算，其原理是：氫溫度升高＝線圈通電產熱+轉子旋轉摩擦軸承產熱。具體如下：
26、優選的，所述氫冷機理計算搭建步驟中，氫冷機理計算模型計算氫冷參數包括：
27、
28、
29、x11＝a1u15+y14(1-u15)+0.1rand1
30、y13＝y14-5rand1
31、其中，y16為轉子線圈溫度，u13為勵磁電流，r1為轉子繞組電阻，ccu為銅的比熱，m1為轉子線圈質量，x11為氫氣入口溫度，rand1為隨機數，y14為氫氣溫度，u14為轉速，k1為摩擦系數，ch2為氫氣的比熱，ρh2為氫氣密度，v為氫氣體積，u15為母管調節閥閥位，y13為回水溫度，a1為氫氣初始溫度，單位攝氏度。
32、本發明中，氫氣入口溫度由氫冷機理計算模型輸出迭代到下一時刻的輸入。氫氣入口壓力由氫冷機理計算模型輸出迭代到下一時刻的輸入，氫氣入口壓力是dcs重要反饋量，它決定dcs控制量的數值，實際氫氣是否會泄露。
33、本發明中，上述氫冷參數計算公式與發電機組氫冷卻系統的設備啟停數據啟動u11、已啟動y11、停止u12、已停止y12的關系是：dcs發出啟動指令給模型，模型仿真閥門執行啟動后發出已啟動信號給dcs，完成啟動過程仿真。dcs發出停止指令給模型，模型仿真閥門執行關閉后發出已停止信號給dcs，完成氫氣停止供應過程的仿真。
34、三、油密封機理計算搭建
35、所述油密封機理計算搭建步驟，搭建發電機組油密封機理計算模型，并將油密封機理計算模型與控制模塊連接；油密封機理計算模型從控制模塊中獲取油密封機理計算數據和設備啟停數據并利用獲取的數據計算油密封參數，并將計算出的油密封參數發送至控制模塊中；
36、優選的，所述油密封機理計算搭建步驟包括：
37、油密封機理計算模型通過硬接線從控制模塊中獲取油密封機理計算數據和設備啟停數據；
38、油密封機理計算模型利用油密封機理計算數據和設備啟停數據計算輸出油壓；
39、油密封機理計算模型將計算出的輸出油壓通過硬接線發送至控制模塊中。
40、本發明中，在油密封機理計算中，計算得到輸出油壓參數，輸出油壓參數是dcs密封油控制系統的反饋量，決定密封油控制量的計算值。
41、本發明中，對于油密封機理計算，其原理是：油只需計算壓力，用隨機數表征。具體如下：
42、優選的，所述油密封機理計算搭建步驟中，油密封機理計算模型計算輸出油壓包括：
43、如果設備啟停數據為已啟動y21，則輸出油壓為：x21＝x'21+v1；如果x'21大于b1，則x21為：x21＝b2+0.02rand2；
44、如果設備啟停數據為啟動u21、停止u22、已停止y22，則輸出油壓為：x21＝x'21-v2；如果x'21小于0，則x21為0；
45、其中，x21為下一時刻的輸出油壓，x'21為上一時刻的輸出油壓，rand2為隨機數，b1為油壓上限值，單位mpa，b2為油壓均值，單位mpa，v1為預估的設備開啟后油系統靜流速，v2為預估的設備關閉后油系統靜流速。
46、四、水冷機理計算搭建
47、所述水冷機理計算搭建步驟，搭建發電機組水冷機理計算模型，并將水冷機理計算模型與控制模塊連接；水冷機理計算模型從控制模塊中獲取水冷機理計算數據和設備啟停數據并利用獲取的數據計算水冷參數，并將計算出的水冷參數發送至控制模塊中；
48、優選的，所述水冷機理計算搭建步驟包括：
49、水冷機理計算模型通過硬接線從控制模塊中獲取水冷機理計算數據和設備啟停數據；
50、水冷機理計算模型利用水冷機理計算數據和設備啟停數據計算水冷參數；
51、水冷機理計算模型將計算出的水冷參數通過硬接線發送至控制模塊中；
52、其中，所述水冷機理計算數據包括定子電流、調節閥控制指令；
53、所述水冷參數包括：進水壓力、出水壓降、進水溫度、出水溫度、定子線圈溫度。
54、本發明中，在水冷機理計算中，計算得到進水壓力、出水壓降、進水溫度、出水溫度、定子線圈溫度這些參數的目的是和dcs控制邏輯對接，搭建半實物仿真平臺。
55、本發明中，對于水冷機理計算，其原理是：出水溫度＝定子線圈溫度-5左右的隨機數；
56、定子線圈溫度＝定子線圈上一時刻溫度+定子電流在線圈上的發熱產生的溫度。具體如下：
57、優選的，所述水冷機理計算搭建步驟中，水冷機理計算模型計算水冷參數包括：如果設備啟停數據為已啟動y31，則：
58、x33＝c1u34+x34(1-u34)+0.1rand3
59、
60、x31＝c2+5rand3
61、x32＝x31k32
62、x34＝x35-5-rand3
63、其中，x33為進水溫度，u34為調節閥控制指令，x34為出水溫度，rand3為隨機數，x35為定子線圈溫度，u33為定子電流，r3為定子電阻，m3為定子質量，k31為常數，取值為1396，x31為進水壓力，x32為出水壓降，k32為系數，取值為0.05，c1為定冷水初始溫度，單位攝氏度，c2為定冷水初始壓力，單位kpa。
64、優選的，所述水冷機理計算搭建步驟中，水冷機理計算模型計算水冷參數包括：如果設備啟停數據為啟動u31、停止u32、已停止y32，則：
65、x31＝x'31-rand3
66、x32＝rand3
67、x33＝c3+rand3
68、
69、x34＝x35-5-rand3
70、其中，x31為進水壓力，x'31為上一時刻的進水壓力，rand3為隨機數，x32為出水壓降，x33為進水溫度，x35為定子線圈溫度，x'35為上一時刻的定子線圈溫度，u33為定子電流，r3為定子電阻，m3為定子質量，ccu為銅的比容，x34為出水溫度，c3為定冷水初始溫度，單位攝氏度。
71、五、半實物仿真運用
72、所述半實物仿真步驟，啟停開關、控制模塊、氫冷機理計算模型、油密封機理計算模型、水冷機理計算模型組合構成半實物仿真系統，并利用半實物仿真系統進行發電機組氫油水系統半實物仿真。
73、本發明的有益效果：
74、本發明結合氫油水對發電機冷卻的物理過程，結合仿真目標做合理地適度簡化，建立數學物理方程進行機理建模，也即建立氫冷機理計算模型、油密封機理計算模型、水冷機理計算模型，并利用建立的模型結合啟停開關、控制模塊構成半實物仿真系統，利用半實物仿真系統進行發電機組氫油水系統半實物仿真，從而便于科研人員進行相關的研究。事故工況研究方法采用半實物仿真的方式，最大限度減小對實際燃氣輪機的損害，同時采用現場真實的氫油水控制保護邏輯，極大提高了本發明在工程現場的可用性。