本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種渦輪發(fā)電系統(tǒng)電子樣機(jī)構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、在航天器系統(tǒng)中，為了有效利用排放的廢氣通常會(huì)采用渦輪發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)該發(fā)電系統(tǒng)能夠有效的緩解航天器電源模塊的壓力。該系統(tǒng)由航天器的廢氣吹動(dòng)渦輪，進(jìn)一步使電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)繞組產(chǎn)生電壓，經(jīng)不控整流橋整流后產(chǎn)生直流電壓供航天器的用電器使用。然而航天器在運(yùn)行過(guò)程中其排放的廢氣會(huì)隨運(yùn)行狀態(tài)不同而有所差別，為了更好的了解不同狀態(tài)下渦輪發(fā)電系統(tǒng)的性能，需要對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。目前主要采用的評(píng)估方法是將渦輪和發(fā)電機(jī)兩部分分別進(jìn)行仿真分析，這種分析方法存在前后級(jí)功率不能很好耦合的問(wèn)題，是渦輪發(fā)電系統(tǒng)性能評(píng)估的主要限制之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有渦輪發(fā)電系統(tǒng)性能評(píng)估計(jì)算方法前后級(jí)功率不能很好耦合的問(wèn)題，提出了一種渦輪發(fā)電系統(tǒng)電子樣機(jī)構(gòu)建方法。

2、本發(fā)明的方法采用有限元計(jì)算分別計(jì)算渦輪和電機(jī)不同工況的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)迭代插值計(jì)算得到給定工況下渦輪發(fā)電系統(tǒng)的性能情況。

3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的，采取的技術(shù)方案如下：

4、一種渦輪發(fā)電系統(tǒng)電子樣機(jī)構(gòu)建方法，所述方法包括以下步驟：

5、步驟一：制作渦輪輸出功率和渦輪損耗數(shù)據(jù)表，以及發(fā)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和直流側(cè)電流下的損耗和直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)表；

6、步驟二：給定需要計(jì)算的渦輪發(fā)電系統(tǒng)工況，包含渦輪側(cè)的進(jìn)口和出口壓力，發(fā)電機(jī)直流側(cè)負(fù)載電阻；

7、步驟三：取發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)表中轉(zhuǎn)速的中間值作為預(yù)給定轉(zhuǎn)速a；

8、步驟四：取發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)表中直流側(cè)電流中值作為預(yù)給定直流側(cè)電流b；

9、步驟五：以預(yù)給定轉(zhuǎn)速a和預(yù)給定直流側(cè)電流b作為基值，通過(guò)樣條插值方法得到發(fā)電機(jī)直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的直流側(cè)電壓c，再通過(guò)i＝u/r，計(jì)算得到發(fā)電機(jī)直流側(cè)電流d；r為發(fā)電機(jī)直流側(cè)負(fù)載電阻；

10、步驟六：將上述計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)直流側(cè)電流d與預(yù)給定直流側(cè)電流b做差并取絕對(duì)值，并判斷差值是否小于δ1，其中δ1為收斂誤差，為一個(gè)趨近于零的正數(shù)；如果該差值大于收斂誤差δ1，則更新預(yù)給定直流側(cè)電流b，并重新執(zhí)行步驟五和步驟六；如果該差值小于收斂誤差δ1，則繼續(xù)執(zhí)行步驟七；

11、步驟七：以預(yù)給定轉(zhuǎn)速a和預(yù)給定直流側(cè)電流b作為基值，通過(guò)樣條插值方法得到發(fā)電機(jī)損耗數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的電機(jī)損耗；以預(yù)給定轉(zhuǎn)速a、渦輪側(cè)的進(jìn)口壓力和出口壓力作為基值，通過(guò)樣條插值方法得到渦輪損耗數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的渦輪損耗；將電機(jī)損耗和渦輪損耗求和得到渦輪發(fā)電系統(tǒng)總損耗e；通過(guò)p＝ui，計(jì)算得到直流負(fù)載側(cè)的總功率，即發(fā)電機(jī)的總輸出功率f；以預(yù)給定轉(zhuǎn)速a、渦輪側(cè)的進(jìn)口壓力和出口壓力作為基值，通過(guò)樣條插值方法得到渦輪輸出功率數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的渦輪輸出功率g；

12、步驟八：將上述計(jì)算得到的渦輪輸出功率g減去渦輪發(fā)電系統(tǒng)總損耗e和發(fā)電機(jī)的總輸出功率f，并判斷差值的絕對(duì)值是否小于δ2，其中δ2為收斂誤差，為一個(gè)趨近于零的正數(shù)；如果該差值大于收斂誤差δ2，則更新預(yù)給定轉(zhuǎn)速a，并重新執(zhí)行步驟四至步驟八；如果該差值小于收斂誤差δ2，則繼續(xù)執(zhí)行驟九；

13、步驟九：輸出最終結(jié)果，包含發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速a、直流側(cè)電壓c，直流側(cè)電流d，渦輪發(fā)電系統(tǒng)總損耗e、渦輪輸出功率g、發(fā)電機(jī)輸出功率f。

14、進(jìn)一步的是，步驟一具體為：通過(guò)有限元方法計(jì)算渦輪在不同進(jìn)口壓力、出口壓力和渦輪轉(zhuǎn)速作用下的總輸出功率和渦輪損耗，將計(jì)算得到的結(jié)果制作成渦輪輸出功率和渦輪損耗分別關(guān)于渦輪在不同進(jìn)口壓力、出口壓力和渦輪轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)表，通過(guò)所述數(shù)據(jù)表進(jìn)行樣條曲線插值得到該數(shù)據(jù)表范圍內(nèi)的任意進(jìn)口壓力、出口壓力和渦輪轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的渦輪輸出功率和渦輪損耗值；

15、通過(guò)有限元方法計(jì)算發(fā)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載電阻作用下的電機(jī)損耗和直流側(cè)電壓，將計(jì)算得到的結(jié)果制作成電機(jī)損耗和直流側(cè)電壓分別關(guān)于發(fā)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和直流側(cè)電流下的損耗和直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)表，通過(guò)所述數(shù)據(jù)表進(jìn)行樣條曲線插值得到該數(shù)據(jù)表范圍內(nèi)的任意轉(zhuǎn)速和直流側(cè)電流下對(duì)應(yīng)的電機(jī)損耗和直流側(cè)電壓。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、1.渦輪和發(fā)電機(jī)僅需要少量的有限元數(shù)據(jù)即可構(gòu)成渦輪發(fā)電系統(tǒng)性能計(jì)算所需的數(shù)據(jù)庫(kù)，而且兩部分的仿真是獨(dú)立進(jìn)行的，能夠減小設(shè)計(jì)階段通過(guò)本方法評(píng)估某一部件優(yōu)化情況的時(shí)間。

18、2.本方法在提前計(jì)算好的數(shù)據(jù)樣本的基礎(chǔ)上，通過(guò)插值和迭代處理(步驟六和步驟八收斂誤差所構(gòu)成的循環(huán)體現(xiàn)了迭代處理)能夠快速的得到不同工況下的性能情況；比單純通過(guò)有限元方法更加節(jié)省時(shí)間。

19、3.本方法通過(guò)發(fā)電機(jī)自身功率迭代求解，然后再迭代求解渦輪功率，形成整體的功率守恒(具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是步驟一至步驟九)；與傳統(tǒng)的分別分析渦輪和發(fā)電機(jī)性能指標(biāo)相比，更加具有物理聯(lián)系，能夠更好的滿足功率耦合的物理?xiàng)l件。本方法根據(jù)給定的渦輪側(cè)進(jìn)口和出口壓力以及發(fā)電機(jī)直流側(cè)負(fù)載電阻來(lái)計(jì)算渦輪發(fā)電系統(tǒng)的整體性能。首先，預(yù)給定轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速下迭代計(jì)算得到，滿足收斂誤差的直流側(cè)電流。

20、在此基礎(chǔ)上計(jì)算對(duì)應(yīng)的電機(jī)和渦輪的總損耗和輸出功率，以系統(tǒng)功率誤差作為收斂誤差條件，若不滿足收斂誤差，則更改預(yù)給定轉(zhuǎn)速重新計(jì)算電機(jī)迭代，直至滿足系統(tǒng)功率誤差收斂，形成整體的功率守恒。

技術(shù)特征：

1.一種渦輪發(fā)電系統(tǒng)電子樣機(jī)構(gòu)建方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電系統(tǒng)電子樣機(jī)構(gòu)建方法，其特征在于：步驟一具體為：通過(guò)有限元方法計(jì)算渦輪在不同進(jìn)口壓力、出口壓力和渦輪轉(zhuǎn)速作用下的總輸出功率和渦輪損耗，將計(jì)算得到的結(jié)果制作成渦輪輸出功率和渦輪損耗分別關(guān)于渦輪在不同進(jìn)口壓力、出口壓力和渦輪轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)表，通過(guò)所述數(shù)據(jù)表進(jìn)行樣條曲線插值得到該數(shù)據(jù)表范圍內(nèi)的任意進(jìn)口壓力、出口壓力和渦輪轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的渦輪輸出功率和渦輪損耗值；

技術(shù)總結(jié)
渦輪發(fā)電系統(tǒng)電子樣機(jī)構(gòu)建方法，屬于電機(jī)領(lǐng)域。步驟一：制作渦輪輸出功率和渦輪損耗數(shù)據(jù)表，及發(fā)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和直流側(cè)電流下的損耗和直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)表；步驟二：給定渦輪發(fā)電系統(tǒng)工況；步驟三：取速度中值作為預(yù)給定轉(zhuǎn)速a；步驟四：取直流側(cè)電流中值作為預(yù)給定直流側(cè)電流b；步驟五：以a和b作為基值，插值得到直流側(cè)電壓c，計(jì)算得到發(fā)電機(jī)直流側(cè)電流d；步驟六：計(jì)算d?b并取絕對(duì)值，判斷差值是否小于δ1；步驟七：將電機(jī)損耗和渦輪損耗求和得到渦輪發(fā)電系統(tǒng)總損耗e，計(jì)算得到發(fā)電機(jī)的總輸出功率f，通過(guò)插值得到渦輪輸出功率g；步驟八：計(jì)算g?e?f并取絕對(duì)值，判斷差值是否小于δ2；步驟九：輸出最終結(jié)果。本發(fā)明用于渦輪發(fā)電系統(tǒng)電子樣機(jī)構(gòu)建。

技術(shù)研發(fā)人員：禹國(guó)棟,牟濠儀,李紹斌,肖利軍,張文韜,徐永向,鄒繼斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21