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        基于PSD—BPA和Simulink的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模與仿真校核

        2017-04-06 07:19:17梁超
        中國(guó)科技縱橫 2016年23期
        關(guān)鍵詞:參數(shù)辨識(shí)

        梁超

        【摘 要】汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型是電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以某電廠1號(hào)機(jī)組為研究對(duì)象,對(duì)其調(diào)速器系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。本文采用基于PSD-BPA的模型參數(shù)辨識(shí)方法,并利用Matlab及其Simulink工具箱予以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)例證實(shí),基于PSD-BPA和Simulink的模型可很好對(duì)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行仿真校核,取得了一定的效果。

        【關(guān)鍵詞】調(diào)速系統(tǒng) 參數(shù)辨識(shí) Simulink工具箱 PSD-BPA

        近年來(lái),我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展迅速,電網(wǎng)的裝機(jī)容量與規(guī)模越來(lái)越大,保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性是近年來(lái)重點(diǎn)關(guān)注的課題[1-2]。汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行控制中起著非常重要的作用,其特性直接影響機(jī)組的穩(wěn)定性。對(duì)汽輪機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)及辨識(shí)研究是十分必要的。本文利用Matlab/simulink工具箱及電力系統(tǒng)潮流及暫態(tài)穩(wěn)定程序PSD-BPA的聯(lián)合仿真建模方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建模和仿真校核[3-4]。

        1 模型分析

        在電力系統(tǒng)潮流及暫態(tài)穩(wěn)定程序PSD-BPA中,用于穩(wěn)定計(jì)算用的汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型主要由電液伺服機(jī)構(gòu)、汽輪機(jī)模型和電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)幾部分組成。其中,電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要調(diào)整閥位指令時(shí)可依據(jù)控制方式和控制目的來(lái)調(diào)節(jié);電液伺服機(jī)構(gòu)是用來(lái)控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量,而這是通過(guò)閥位指令改變執(zhí)行器(汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門)的開度來(lái)實(shí)現(xiàn)的;蒸汽流量在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功為機(jī)械功率,而機(jī)械功率經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電磁功率最終進(jìn)入電網(wǎng)[5]。

        1.1 電液伺服機(jī)構(gòu)

        控制系統(tǒng)中電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。圖中PN:原動(dòng)機(jī)額定輸出功率MW;TC:油動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)間常數(shù)s;TO:油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)s;VELopen、VELlose:過(guò)速開啟、關(guān)閉系數(shù)(標(biāo)么值);PMAX、PMIN:原動(dòng)機(jī)最大、最小輸出功率(標(biāo)么值);PCV:閥位指令值;PGV:調(diào)門開度;T2:LVDT變送器時(shí)間常數(shù)s;KP:電液轉(zhuǎn)換器PID比例環(huán)節(jié)倍數(shù);KD:電液轉(zhuǎn)換器PID微分環(huán)節(jié)倍數(shù),KD=TD (s);KI:電液轉(zhuǎn)換器PID積分環(huán)節(jié)倍數(shù),KI=1/TI (1/s);INTG_MAX、INTG_MIN:電液轉(zhuǎn)換器PID積分環(huán)節(jié)限幅上限、下限;PID_MAX、PID_MIN:PID輸出限幅環(huán)節(jié)的上限、下限。

        1.2 汽輪機(jī)模型

        圖2為汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu),圖3汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的模型。圖3中TCS:高壓調(diào)門后和調(diào)節(jié)級(jí)汽室蒸汽容積時(shí)間常數(shù)s;TRH :中間再熱蒸汽容積時(shí)間常數(shù)s;TCO:低壓連通管蒸汽容積時(shí)間常數(shù)s;FHP、FIP、FLP:高、中、低三缸所占整機(jī)的功率百分比,又稱功率系數(shù),滿足:FHP+FIP+FLP=1;:高、中壓缸功率自然過(guò)調(diào)系數(shù)。

        1.3 電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

        圖4為調(diào)速器傳遞函數(shù)模型,圖中PCV:閥位指令值;PM:汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率輸出(實(shí)際為電功率),相對(duì)值;:轉(zhuǎn)速變送器時(shí)間常數(shù)s;ε:遲緩率;K:轉(zhuǎn)速偏差放大倍數(shù)。由圖可知,該電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方式包括:1)調(diào)節(jié)級(jí)壓力反饋控制;2)純轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),負(fù)荷開環(huán)給定控制(PREF為負(fù)荷給定);3)負(fù)荷反饋控制(正常工作模式)。

        2 模型參數(shù)辨識(shí)

        2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

        某廠1號(hào)汽輪機(jī)是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CJK350/275-24.2/0.64/566/566型超臨界凝汽式汽輪機(jī),配以哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)QFSN-350-2型發(fā)電機(jī)。DEH數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)采用的是國(guó)電智深EDPF-NT+。

        現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)包括靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)兩部分,靜態(tài)試驗(yàn)為機(jī)組停機(jī)情況下完成,動(dòng)態(tài)試驗(yàn)為機(jī)組帶負(fù)荷完成。

        2.2 PSD-BPA簡(jiǎn)介

        潮流程序的計(jì)算方法采用P-Q分解法,與牛頓-拉夫遜算法相結(jié)合。利用matlab及其simulink工具箱實(shí)現(xiàn)此算法的調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)原理如下:

        首先,利用matlab/simulink工具箱建立未知參數(shù)的系統(tǒng)模型;然后將現(xiàn)場(chǎng)采樣得到的激勵(lì)信號(hào)加入到模型中的相關(guān)輸入點(diǎn),為了提高收斂性,通常是先采用P-Q分解法進(jìn)行初始迭代,然后再轉(zhuǎn)入牛頓-拉夫遜法求解。最終獲得最小的最優(yōu)模型參數(shù)。

        2.3 模型仿真校核

        以某廠1號(hào)機(jī)并網(wǎng)負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為辨識(shí)數(shù)據(jù),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果,PSD-BPA程序用戶應(yīng)選用TB卡,模型框圖如圖5所示,利用PSD-BPA及Simulink對(duì)圖5所包含的未知參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算后的辨識(shí)結(jié)果如表1所示。

        仿真時(shí)選取了CCS方式有功功率下階躍擾動(dòng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)功率與仿真系統(tǒng)輸出的對(duì)比圖如圖6所示。而實(shí)測(cè)與仿真結(jié)果的誤差表如表2所示,由表可見(jiàn),仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間誤差滿足要求,獲得較高的仿真精度,可以滿足科研的需要。

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)某電廠1號(hào)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)仿真校核,得到了該機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性參數(shù),此方法對(duì)于仿真研究等方面的研究都具有一定的參考價(jià)值。并且,與傳統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)方法相比,基于PSD-BPA和Simulink的參數(shù)辨識(shí)方法在仿真校核時(shí)容易實(shí)現(xiàn),計(jì)算速度較快且精度高,同時(shí)可在一定程度上解決傳統(tǒng)方法在進(jìn)行汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)時(shí)遇到的困難,這對(duì)開展類似工作具有很好的實(shí)用性。

        參考文獻(xiàn):

        [1]唐勝利,朱慕銓,何祖威.200MW汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)試驗(yàn)及仿真分析[J].汽輪機(jī)技術(shù),1998,40(3):23-25.

        [2]宋新立,劉肇旭,李永莊等.電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型及其應(yīng)用分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù),2008,32(23):44-49.

        [3]盛鍇.基于內(nèi)??刂频幕痣姍C(jī)組功率控制系統(tǒng)[J].熱能動(dòng)力工程,2013,28(6):616-622.

        [4]盛鍇,朱曉星,倪宏偉等.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型仿真校核技術(shù)[J].中國(guó)電力,2013,46(12):52-58.

        [5]DL/T 1235-2013 同步發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)實(shí)測(cè)與建模導(dǎo)則[S].

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