随着汽轮发电机组单机容量的增大和电网的日益复杂化,使得汽轮发电机组发生轴系扭振故障的风险加剧。而汽轮发电机组发生扭振除影响发电机输出特性外,还会引起轴系的扭转疲劳损伤,甚至造成机组损坏,严重威胁机组和电网的安全稳定运行,因此开展对汽轮发电机组轴系扭振的抑制研究具有重要意义。现有的汽轮发电机组都是单端驱动轴系结构,且汽轮发电机组轴系扭振的抑制主要依靠控制器来实现。对于冲击性扭振而言,即使有控制器的作用,机组转轴在发生扭振很短的一段时间内,扭振幅值仍然很大,甚至有可能控制动作还未起作用,机组的轴系就已经产生了疲劳损伤甚至损毁。因此,对于常规的汽轮发电机组,轴系扭振的抑制仍然存在较大困难。本文从汽轮发电机组本身的轴系结构来抑制轴系扭振,并提出了双端驱动汽轮发电机组轴系结构。所提出的双端驱动汽轮发电机组轴系结构为:发电机轴两端均布局汽轮机,且在调节阀后设计一个蒸汽均分机构,将通过调节阀的蒸汽均匀分配给左右两个汽轮机汽缸,使发电机轴两端的汽轮机动力调节是同步、同力度的。针对所提出的具有双端驱动轴系结构的双端驱动汽轮发电机组,本文以某国产600MW机组轴系为参考,初步构建双端驱动汽轮发电机组的转轴并进行模态分析,探讨其轴系模型的降阶处理方法并分析故障下的轴系扭振响应特性。考虑到发电机与汽轮机之间的连接轴比较容易发生扭损,将双端驱动汽轮发电机组的轴系简化为3质块轴系模型。根据3质块轴系模型建立双端驱动汽轮发电机组的轴系扭振控制系统,并利用多指标非线性控制设计方法设计轴系扭振控制器。仿真结果表明,在励磁电流和汽门开度定值控制的情况下,双端驱动轴系结构已具有良好的抑制机组轴系扭振的特性,在轴系扭振控制器的作用下,机组的轴系扭振能够得到进一步有效地抑制,系统也具有良好的输出特性,表明采用多指标非线性控制设计方法设计的轴系扭振控制器是有效的。此外,提出具有双端驱动和双轴励磁的双驱双励汽轮发电机组结构模型,建立3质块轴系模型的双驱双励汽轮发电机组轴系扭振控制系统,并利用多指标非线性控制设计方法设计轴系扭振控制器。与双驱单励汽轮发电机组进行比较,仿真结果表明,双轴励磁具有更好的轴系扭振抑制效果,并能极大地改善系统的输出特性。在汽轮发电机组轴系扭振的仿真研究中,为了更精确地分析各汽缸之间及汽缸与发电机转子之间转轴的扭转振动,常将汽轮机各汽缸视为一独立质块,可得双端驱动汽轮发电机组的9质块轴系模型,并建立双端驱动汽轮发电机组的轴系扭振控制系统。考虑到所建立的轴系扭振控制系统为高维控制系统,利用多指标非线性控制设计方法设计轴系扭振控制器时计算比较复杂,因此,利用目标全息反馈非线性控制设计方法来设计9质块轴系模型的双端驱动汽轮发电机组轴系扭振控制器。仿真结果验证了所设计控制器的有效性。另外,也给出了9质块轴系模型的双驱双励汽轮发电机组的目标全息反馈轴系扭振非线性控制方案。仿真结果同样表明,双轴励磁具有更好的轴系扭振抑制效果,且能极大地改善系统的输出特性。最后,考虑到轴系扭振控制系统模型中存在部分参数不确定和外部扰动问题,本文结合鲁棒控制和自适应控制理论,提出了目标全息反馈鲁棒自适应控制设计方法,并应用于双端驱动汽轮发电机组轴系扭振控制器的设计研究。仿真结果表明:利用目标全息反馈鲁棒自适应控制方法设计的轴系扭振控制律,不仅对于扰动下产生的轴系扭振具有良好的抑制效果,还能消除系统参数不确定及各种外部扰动对系统的影响,使发电机组各目标物理量具有良好的动、静态特性。