二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型及其建模方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统仿真建模技术领域，特别涉及一种二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型及其建模方法。本发明专利技术基于MATLAB面向过程的二次再热机组汽轮机调速系统建模方法。综合考虑二次再热机组汽轮机调速系统中不同环节的数学微分方程式以及各环节之间的联系，通过建立描述调速系统动态特性的数学模型，构建控制对象流程，应用MATLAB软件中的SIMULINK模块进行仿真模拟，获得二次再热机组汽轮机调速仿真系统的运行参数，从而代替实际汽轮机调速系统进行性能分析和自动控制研究。本发明专利技术很好地解决了二次再热机组比一次再热机组多一级超高压缸对调节转子转速的影响，以及再热容积的功率迟缓对调速系统的精确性与快速性的影响。

【技术实现步骤摘要】
201610048072

【技术保护点】
二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型，其特征在于：包括二次再热汽轮机和调速系统，二次再热汽轮机包括依次连接的分别对转子做功的超高压缸、高压缸和中低压缸，调速系统包括依次连接的PID控制器、伺服放大器、电液转换器和油动机，油动机与二次再热机组汽轮机的超高压缸连接，还包括对转子进行测速的测速器及反馈装置，测速器将转子实际转速反馈给PID控制器，进而调节超高压主汽调节阀门的进汽量；所述模型的输入变量为机组实际转速与给定转速的差值信号，输出变量为机组实际转速；所述模型采用数学环节模拟二次再热机组汽轮机调速系统的动态特性；所述模型采用功率系数描述二次再热机组各汽缸功率占二次再热机组汽轮机总功率的百分比；通...

【技术特征摘要】
1.二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型，其特征在于：包括二次再热汽轮机和调速系统，
二次再热汽轮机包括依次连接的分别对转子做功的超高压缸、高压缸和中低压缸，调速
系统包括依次连接的PID控制器、伺服放大器、电液转换器和油动机，油动机与二次再
热机组汽轮机的超高压缸连接，还包括对转子进行测速的测速器及反馈装置，测速器将
转子实际转速反馈给PID控制器，进而调节超高压主汽调节阀门的进汽量；
所述模型的输入变量为机组实际转速与给定转速的差值信号，输出变量为机组实际
转速；
所述模型采用数学环节模拟二次再热机组汽轮机调速系统的动态特性；
所述模型采用功率系数描述二次再热机组各汽缸功率占二次再热机组汽轮机总功率
的百分比；
通过不同环节之间的联系以及各环节本身的特性来推导各环节的数学微分方程式，
建立描述对象动态特性的完整数学模型，即建立各环节的传递函数；采用冲激响应法对
传递函数中的时间常数进行参数辨识，采用临界比例带法对二次再热机组汽轮机调速系
统仿真模型中的PID调节器参数进行分步整定，得出调节器的各项参数；
所述机组动态特性包括电液转换器、油动机、超高压缸进汽容积、高压缸进汽容积、
转子、一次再热容积、二次再热容积、超高压缸功率、高压缸功率、中低压缸功率对机
组转速调节造成迟滞、超调的影响；
所述环节包括：电液转换器环节、油动机环节、超高压缸进汽容积环节、高压缸进
汽容积环节、转子环节、一次再热容积环节、二次再热容积环节、超高压缸功率环节、
高压缸功率环节、中低压缸功率环节；
所述机组功率包括超高压缸功率、高压缸功率、中低压缸功率。
2.权利要求1所述二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型的建模方法，其特征在于：包括
以下步骤：
(1)拆分调速系统的组成为：测速器、PID控制器、伺服放大器、电液转换器、油动机、
反馈装置等；所述机组动态特性：一次再热容积、二次再热容积、汽室容积等对机
组转速调节造成迟滞、超调的影响；及二次再热机组汽轮机功率组成：超高压缸功
率、高压缸功率、中低压缸功率；
(2)确定输入变量为实际转速与给定转速的转速信号偏差，输出变量为二次再热机组实

\t际转速，根据调速系统的输入与输出确定各环节之间的相互作用关系，构建对象控
制流程；
(3)采用数学环节模拟二次再热机组汽轮机调速系统的动态特性；
(4)采用功率系数描述二次再热机组各汽缸功率占二次再热机组汽轮机总功率的百分
比，二次再热机组的功率组成为超高压缸功率、高压缸功率和中低压缸功率，三者
功率系数相加为1；
(5)考虑调速系统不同环节之间的联系以及各环节本身的特性来推导各环节的数学微
分方程式，建立描述对象动态特性的完整数学模型，即建立各环节的传递函数；
(6)面向过程建立二次再热机组汽轮机调速系统模型，并应用MATLAB软件的
SIMULINK模块进行仿真模拟，采用冲激响应法对传递函数中的时间常数进行参数
辨识；
(7)采用临界比例带法对二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型中的PID调节器参数
进行分步整定，得出调节器的各项参数。
3.根据权利要求1或2所述的仿真模型或模型的建模方法，其特征在于：所述步骤(3)中
数学环节为比例、积分、微分、惯性、延迟形式。
4.根据权利要求3所述二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型的建模方法，其特征在于：
所述步骤(3)中，PID控制器采用数学环节为比例、积分、微分；再热容积、汽室容积
采用一阶惯性数学环节。
5.根据权利要求1或2所述的仿真模型或模型的建模方法，其特征在于：所述步骤(5)中，
建立超高压缸进汽容积环节的传递函数的推导方法如下：
先建立超高压缸进汽容积数学模型
q1＝q1(s1,p)q2＝q2(s2,p)
q1--流经阀门1的蒸汽流量；q2--流经阀门2的蒸汽流量；
s1--阀门1的开度；s2--阀门2的开度；
p--容器内蒸汽压力；
根据气体流动的连续方程式有：
(q1-q2)dt＝Vdρ
式中：ρ--气体的密度；V--气体体积；
将方程按泰勒级数展开，略去高阶项得：
( ∂ q 1 ∂ s 1 ) 0 Δs 1 + ( ∂ q 1 ∂ p ) 0 Δ p - ( ∂ q 2 ∂ s 2 ) 0 Δs 2 - ( ∂ q 2 ∂ p ) 0 Δ p = V d ρ d t ]]>化简得一般形式的气体容积方程：
T ρ dχ p d t = χ s 1 - K 1 χ s 2 - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蔚，廖金龙，盛德仁，陈坚红，吴文健，张宝，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33