参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法技术

技术编号:15391887 阅读:113 留言:0更新日期:2017-05-19 05:00
本发明专利技术公开了一种参数随工况变化特性的全过程汽轮机模型建立及辨识方法,其核心包括:1)运用机理分析方法建立了考虑参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型;2)提出了基于现场试验方法的关键参数随工况变化特性的获取方法;3)提出了基于粒子群算法‑汽轮机系统模型的汽轮机系统模型参数辨识方法。本发明专利技术为电力系统动态仿真大扰动条件下汽轮机模型难以反映实际机组有功响应特性的问题提供了一种解决方案,可准确模拟电力系统全过程动态仿真中大扰动条件下汽轮机的功率输出特性,提高电力系统分析的准确性,确保电网安全稳定运行。

Steam turbine modeling and identification method based on actual characteristics of parameters changing with operating conditions

And the whole process of the establishment of steam turbine model identification method of the invention discloses a parameter with the change of working condition characteristics, which includes: 1) the whole process of steam turbine mathematical model parameters of random group operation considering variation characteristics established by mechanism analysis method; 2) method to obtain the key parameters is proposed based on field test method with work change characteristics; 3) proposed the particle swarm algorithm turbine system model of steam turbine system model parameter identification method based on. The invention relates to a power system dynamic simulation of large disturbance conditions of steam turbine model is difficult to reflect the active response characteristic of the real unit problem provides a solution that can accurately simulate the power system dynamic simulation of large disturbance power output characteristics under the condition of steam turbine, accuracy analysis in high power system, ensure the safe and stable operation of power grid.

【技术实现步骤摘要】
参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法
本专利技术涉及汽轮机建模
,具体涉及一种参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法。
技术介绍
在电力系统日益趋于互联、特高压交直流混联运行、新能源、分布式发电接入电网等领域不断发展的背景下,电力系统规模不断扩大,系统复杂程度不断提高。为确保这种混杂大系统的安全稳定经济运行,需要在规划、设计、建设、运维等各个阶段进行仿真测试和研究。电力系统建模仿真主要可分为动模仿真和数字仿真。动模仿真基于物理模型,具有物理意义明确、仿真结果实时输出等优点,但也存在因需要物理模型而导致的成本高昂、搭建过程耗时较长、难于重复利用等不足,特别地,当需要模拟复杂大系统的详细内部动态时,动模仿真常常难以实施。数字仿真技术基于数学模型和数值计算,理论上对模拟对象的复杂程度没有限制,随着微电子技术的不断发展,数字仿真的成本逐渐下降,这些因素使得数字仿真已经成为电力系统生产和研究的基本工具。数字仿真主要包括数值计算和数学模型两部分。其中数值计算目前已经比较成熟,典型的数值解法器在各个领域的数字仿真中得到了广泛应用。然而,数学模型因模拟对象特性复杂、运行工况多变、数量众多等因素影响,仍在发展中。汽轮机数学模型是电力系统仿真中的基本原动机模型之一,鉴于我国火力发电长期占据国内电力供应70%以上份额(在一些缺水省份甚至达到90%以上)的现状,汽轮机模型作为火电机组原动机模型,其准确性对电力系统仿真结果的准确性具有重要影响。目前在电力系统仿真领域,汽轮机数学模型普遍采用IEEE线性模型,该模型的特点是结构简单,物理意义相对明确,计算量小,在小干扰仿真中一般能够较好的模拟实际汽轮机的功率输出特性。但是,受到该模型是一个本质线性模型(在初始工况点附近经泰勒线性化近似得到)的限制,其难以仿真汽轮机组在发生大信号扰动时的输出特性,另一方面,为开展电力系统稳定性研究与计算、系统优化等工作,需要对汽轮机组在宽广运行范围内实施大信号扰动仿真。公开号为CN105260548A的专利技术公开了一种基于机组实际特性的汽轮机模型建模方法,该方法通过对汽轮机实际数据的采集和处理,提取出了以符合实际特性总阀位指令和压比数据PCV-μ函数曲线与调节级压力和归一化后的功率数据p1-Q*函数曲线来构建汽轮机蒸汽量环节,替代现有模型中偏离实际特性的汽轮机蒸汽量环节,获得汽轮机模型;该方法修正了现有模型中主汽压力、等效阀位和汽轮机进汽量的函数关系,使模型更为合理;根据机组实际运行数据建立了符合机组实际特性的汽轮机模型,改变了原有模型中惯用的蒸汽量、总阀位指令及主汽压力的简单关系,提高了模型精度和电力系统稳定分析的准确性。公开号为CN103955134A的专利技术介绍了一种基于功率响应特性的汽轮机模型参数辨识方法,该方法包括如下步骤:(1)简化模型。对电力系统计算程序提供的汽轮机模型进行简化处理,以得到参数更少且结构更为明确的简化模型;(2)现场试验与数据处理;(3)参数辨识,得到的TN的值、TCH的值、TRH的值即为辨识结果。由该方法得到的模型参数能够更加准确地反映实际汽轮机的功率特性,提高了辨识精度;此外该方法通过对电力系统计算程序提供的汽轮机模型进行简化,减少了待辨识参数的数量,从而提高了辨识效率,为分析电力系统运行状况的准确性提供了保障。但是上述两个专利技术都没有全过程机轮机的模型,其难以仿真汽轮机组在发生大信号扰动时的输出特性,难以支持下一步的电力系统稳定性研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法,满足开展电力系统稳定性研究与计算、系统优化等工作的要求。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案为:一种参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法,包括如下步骤:步骤一:运用机理分析方法建立考虑关键参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型,根据连续性方程和弗留格尔公式建立通用容积环节模型和汽轮机主要容积环节模型,结合汽轮机各缸的功率模型,得到完整的汽轮机功率输出模型,模型中考虑运行工况的变化对关键参数的影响,从而得到关键参数随工况变化时的全过程汽轮机模型;步骤二:进行典型工况下的现场扰动试验,获取工况变化对汽轮机功率输出特性影响的试验数据,给出现场扰动试验方法,包括试验工况选择、测点、测量步长、试验时长和操作步骤;步骤三:结合步骤一所建立的全过程汽轮机模型和步骤二获得的现场试验数据,进行基于粒子群算法-汽轮机系统模型的汽轮机系统模型参数辨识,根据多个工况下参数的辨识结果,获取参数随工况的变化特性,得到考虑关键参数随工况变化特性的全过程汽轮机模型。所述步骤一中运用机理分析方法建立考虑关键参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型包括以下步骤:a、根据连续性方程和弗留格尔公式建立通用容积环节模型对通用容积系统,由连续性方程可得:式中:W为蒸汽的质量;Din为流入容积的蒸汽流量;Dout为流出该容积的蒸汽流量,蒸汽质量用密度和体积表示为:W=ρVvs式中:Vvs为容积的体积;ρ为水蒸气密度,单位为m3/kg。对采用喷嘴调节方式的凝汽式汽轮机,由弗留格尔公式可知,流出三个容积环节包括高压缸前汽室、再热容积、低压连通管的流量近似正比于对应容积的入口压力,从而得到:式中:DIni为初始流量,单位为m3/s;Pvs为容积内压力,单位为MPa;PIni为初始容积压力,单位为MPa;对上式两边同时对时间t求导可得:假设温度在讨论的变工况过程中变化不大,近似为常量,则可得:进一步可写为:式中:νsv为蒸汽的比体积,单位为m3/kg;用的两种表达方式进行代换可得:进一步整理可得上式可写为:式中:对上式两端同时取拉普拉斯变换,并假设初始状态为稳态,得:Din(s)-Dout(s)=TvssDout(s)或上式即通用容积环节一阶惯性模型;b、汽轮机主要容积环节模型利用步骤(a)所得通用容积环节一阶惯性模型可得汽轮机(以普遍采用的一次中间再热、凝汽式汽轮机为例)高压缸前汽室容积环节模型、再热环节模型和低压连通管容积模型,分述如下:1)高压缸前汽室容积环节模型将步骤(a)所得通用容积环节模型应用到高压缸前汽室容积环节可得其数学模型如下:式中:DoutCHPu为流出高压缸前汽室的流量,DinCHPu为流入高压缸前汽室的流量,TCH为高压缸前汽室容积时间常数:式中:VCH为高压缸前汽室的容积,m3;PIniCH为汽室初始压力;DIniCH为汽室初始流量;νsvCH为汽室内蒸汽的比体积;PCH为汽室压力;由连续性条件可知,流入高压缸前汽室的流量等于流出调节汽阀的流量,即;DinCHPu=DoutGVPu式中:DoutGVPu为流出调节汽阀的流量;实际运行中的大型火电机组一般运行在喷嘴调节方式下,此时多个汽阀逐个动作,并在相邻动作的汽阀之间存在一定的重叠度,在小扰动条件下,可以假设调节汽阀的开度-流量特性为线性关系,从而得到调门阀位指令PGVOrdPu与调门流量DoutGVPu公式:DoutGVPu=KGVPGVOrdPu式中:PGVOrdPu和DoutGVPu都采用了标幺值形式,基值为各自的额定值;定义为调门阀位指令-流量变换系数;从而得到流入高压缸的流量:DinCH本文档来自技高网
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参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法

【技术保护点】
一种参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一:运用机理分析方法建立考虑关键参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型,根据连续性方程和弗留格尔公式建立通用容积环节模型和汽轮机主要容积环节模型,结合汽轮机各缸的功率模型,得到完整的汽轮机功率输出模型,模型中考虑运行工况的变化对关键参数的影响,从而得到关键参数随工况变化时的全过程汽轮机模型;步骤二:进行典型工况下的现场扰动试验,获取工况变化对汽轮机功率输出特性影响的试验数据,给出现场扰动试验方法,包括试验工况选择、测点、测量步长、试验时长和操作步骤;步骤三:结合步骤一所建立的全过程汽轮机模型和步骤二获得的现场试验数据,进行基于粒子群算法‑汽轮机系统模型的汽轮机系统模型参数辨识,根据多个工况下参数的辨识结果,获取参数随工况的变化特性,得到考虑关键参数随工况变化特性的全过程汽轮机模型。

【技术特征摘要】
1.一种参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一:运用机理分析方法建立考虑关键参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型,根据连续性方程和弗留格尔公式建立通用容积环节模型和汽轮机主要容积环节模型,结合汽轮机各缸的功率模型,得到完整的汽轮机功率输出模型,模型中考虑运行工况的变化对关键参数的影响,从而得到关键参数随工况变化时的全过程汽轮机模型;步骤二:进行典型工况下的现场扰动试验,获取工况变化对汽轮机功率输出特性影响的试验数据,给出现场扰动试验方法,包括试验工况选择、测点、测量步长、试验时长和操作步骤;步骤三:结合步骤一所建立的全过程汽轮机模型和步骤二获得的现场试验数据,进行基于粒子群算法-汽轮机系统模型的汽轮机系统模型参数辨识,根据多个工况下参数的辨识结果,获取参数随工况的变化特性,得到考虑关键参数随工况变化特性的全过程汽轮机模型。2.如权利要求1所述的参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法,其特征在于:所述步骤一中运用机理分析方法建立考虑关键参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型包括以下步骤:a、根据连续性方程和弗留格尔公式建立通用容积环节模型对通用容积系统,由连续性方程可得:式中:W为蒸汽的质量;Din为流入容积的蒸汽流量;Dout为流出该容积的蒸汽流量,蒸汽质量用密度和体积表示为:W=ρVvs式中:Vvs为容积的体积;ρ为水蒸气密度,单位为m3/kg;对采用喷嘴调节方式的凝汽式汽轮机,由弗留格尔公式可知,流出三个容积环节包括高压缸前汽室、再热容积、低压连通管的流量近似正比于对应容积的入口压力,从而得到:式中:DIni为初始流量,单位为m3/s;Pvs为容积内压力,单位为MPa;PIni为初始容积压力,单位为MPa;对上式两边同时对时间t求导可得:假设温度在讨论的变工况过程中变化不大,近似为常量,则可得:进一步可写为:式中:νsv为蒸汽的比体积,单位为m3/kg;用的两种表达方式进行代换可得:进一步整理可得上式可写为:式中:对上式两端同时取拉普拉斯变换,并假设初始状态为稳态,得:Din(s)-Dout(s)=TvssDout(s)或上式即通用容积环节一阶惯性模型;b、汽轮机主要容积环节模型利用步骤(a)所得通用容积环节一阶惯性模型可得汽轮机高压缸前汽室容积环节模型、再热环节模型和低压连通管容积模型,分述如下:1)高压缸前汽室容积环节模型将步骤(a)所得通用容积环节模型应用到高压缸前汽室容积环节可得其数学模型如下:式中:DoutCHPu为流出高压缸前汽室的流量,DinCHPu为流入高压缸前汽室的流量,TCH为高压缸前汽室容积时间常数:式中:VCH为高压缸前汽室的容积,m3;PIniCH为汽室初始压力;DIniCH为汽室初始流量;νsvCH为汽室内蒸汽的比体积;PCH为汽室压力;由连续性条件可知,流入高压缸前汽室的流量等于流出调节汽阀的流量,即;DinCHPu=DoutGVPu式中:DoutGVPu为流出调节汽阀的流量;实际运行中的大型火电机组一般运行在喷嘴调节方式下,此时多个汽阀逐个动作,并在相邻动作的汽阀之间存在一定的重叠度,在小扰动条件下,可以假设调节汽阀的开度-流量特性为线性关系,从而得到调门阀位指令PGVOrdPu与调门流量DoutGVPu公式:DoutGVPu=KGVPGVOrdPu式中:PGVOrdPu和DoutGVPu都采用了标幺值形式,基值为各自的额定值;定义为调门阀位指令-流量变换系数;从而得到流入高压缸的流量:DinCHPu=KGVPGVOrdPu将上式和高压缸前汽室容积环节模型写在一起,可得完整的高压缸前汽室容积环节模型:2)再热环节容积模型将通用容积环节模型应用到再热器及其连接管道上,可得再热环节容积模型:

【专利技术属性】
技术研发人员:张广涛李炳楠唐耀华梁正玉吴坡崔杨仲悟之郭为民段松涛朱峰
申请(专利权)人:国网河南省电力公司电力科学研究院河南恩湃高科集团有限公司中国电力科学研究院东北电力大学国家电网公司
类型:发明
国别省市:河南,41

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