一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统，本发明专利技术火电机组一次调频功率响应性能预测方法包括建立一次调频功率响应性能预测模型，其中建立的一次调频功率响应性能预测模型包括电液调节系统模型、电液伺服机构模型、汽轮机模型、主汽压力模型四个子模型和调节级压力

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统


[0001]本专利技术属于火电机组一次调频领域，具体涉及一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统。

技术介绍

[0002]当并网机组出力与用电负荷发生不平衡时，电网频率将偏离基准值，进而降低供电质量乃至引起高频切机/低频切负荷等电网事故。火电机组的一次调频功能根据电网频率偏差快速调整机组出力以匹配电网负荷，进而降低电网频率偏差，因此火电机组的一次调频对于支撑电网频率稳定具有重要意义。为了加强对常规发电机组(包括火电机组)一次调频的管理考核。《华中区域发电厂并网运行管理实施细则》明确要求“电力调度机构定期通过一次调频主动在线测试系统对并网机组进行模拟扰动测试，验证机组的大频差调频性能是否满足电网安全稳定运行要求”。然而现有一次调频主动在线测试系统采用随机测试的方式，无法判断机组是否存在一次调频性能薄弱点并针对薄弱点开展针对性测试。要实现针对一次调频性能薄弱点的精确模拟扰动测试，就需要能够提前预测火电机组一次调频功率响应性能，由于火电机组一次调频功率响应特性具有高维非线性的特点，故目前尚缺少实现火电机组一次调频功率响应性能精确预测的方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统，本专利技术能够精确预测火电机组一次调频功率响应性能，从而为一次调频主动在线测试系统选择最佳模拟扰动测试时机提供辅助决策。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法，包括：
[0006]1)建立一次调频功率响应性能预测模型；
[0007]2)确定一次调频功率响应性能预测模型的参数；
[0008]3)使用一次调频功率响应性能预测模型实时预测火电机组的一次调频性能。
[0009]可选地，步骤1)中建立的一次调频功率响应性能预测模型包括电液调节系统模型、电液伺服机构模型、汽轮机模型、主汽压力模型四个子模型和调节级压力
‑
负荷动态转换模块，所述电液调节系统模型用于基于输入的功率设定值、功率反馈和一次调频功率变化量生成总阀位指令，所述调节级压力
‑
负荷动态转换模块用于将总阀位指令乘以预设的调节级压力
‑
负荷动态转换系数δ得到电液伺服机构阀位指令P
CV
；所述电液伺服机构模型用于根据电液伺服机构阀位指令P
CV
得到对应的电液伺服机构阀位反馈P
GV
；所述汽轮机模型用于基于主汽压力p
T
、电液伺服机构阀位反馈P
GV
得到对应的机械功率P
M
，且将机械功率P
M
作为电液调节系统模型下一个周期的输入；所述主汽压力模型用于基于蒸汽流量Q计算得到主汽压力p
T
。
[0010]可选地，所述电液调节系统模型为将功率设定值与功率反馈之差经PID控制器运
算后生成PID控制器输出信号，再将PID控制器输出信号与输入的一次调频功率变化量与前馈系数之积相加形成总阀位指令。
[0011]可选地，所述电液伺服机构模型为一阶惯性环节，且一阶惯性环节的传递函数的函数表达式为：
[0012][0013]上式中，G
Z
(s)为一阶惯性环节的传递函数，s为拉普拉斯算子，P
CV
为电液伺服机构阀位指令，P
GV
为电液伺服机构阀位反馈，T
Z
是电液伺服机构惯性时间常数。
[0014]可选地，所述汽轮机模型的传递函数的函数表达式为：
[0015][0016]上式中，G
E
(s)为汽轮机模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，P
E
是机组功率，Q为蒸汽流量，F
HP
为高压缸功率比例，F
IP
为中压缸功率比例，F
LP
为低压缸功率比例，λ为高压缸功率自然过调系数，T
CH
为蒸汽容积时间常数，T
RH
为再热蒸汽容积时间常数，T
CO
为交叉管时间常数，Q是蒸汽流量。
[0017]可选地，所述主汽压力模型的传递函数的函数表达式为：
[0018][0019]上式中，G
T
(s)为主汽压力模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，p
T
为主汽压力，Q为蒸汽流量，T
sh
为过热器容积时间常数，T
d
为锅炉蓄热容积时间常数，k为过热器及主汽管道流量系数。
[0020]可选地，步骤2)确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数包括：
[0021]2.1)确定火电机组的电液伺服机构惯性时间常数T
Z
，高压缸功率比例F
HP
，中压缸功率比例F
IP
，低压缸功率比例F
LP
，高压缸功率自然过调系数λ，蒸汽容积时间常数T
CH
，再热蒸汽容积时间常数T
RH
，交叉管时间常数T
CO
，锅炉蓄热容积时间常数T
d
，过热器容积时间常数T
sh
和过热器及主汽管道流量系数k；
[0022]2.2)收集火电机组并网正常运行后各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据构建调节级压力与负荷的函数关系f(x)；收集火电机组并网正常运行后各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)；
[0023]2.3)建立负荷和调节级压力之间的映射函数模型y＝k
N
·
x+b，其中因变量y代表负荷；自变量x代表调节级压力，k
N
、b是待确定的参数，根据调节级压力与负荷的函数关系f(x)拟合得到参数k
N
、b；收集火电机组并网正常运行后负荷增量ΔP
E
的数据集{ΔP
E,i
}、调节级压力增量Δp1的数据集{Δp
1,i
}，其中i＝1,
…
,N；以所得数据集{Δp
1,i
}作为输入代入下式所示传递函数得到负荷增量预测值数据集
[0024][0025]其中，ΔP
E
为机组负荷增量，Δp1调节级压力增量，k为过热器及主汽管道流量系数，s为拉普拉斯算子，T1,T2,T3分别为汽轮机功率响应时间常数；
[0026]2.4)构建下式所示的目标函数；
[0027][0028]上式中，基于搜索算法并以目标函数e最小为搜索原则，迭代调整过热器及主汽管道流量系数k、汽轮机功率响应时间常数T1,T2,T3，并得到k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，包括：1)建立一次调频功率响应性能预测模型；2)确定一次调频功率响应性能预测模型的参数；3)使用一次调频功率响应性能预测模型实时预测火电机组的一次调频性能。2.根据权利要求1所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，步骤1)中建立的一次调频功率响应性能预测模型包括电液调节系统模型、电液伺服机构模型、汽轮机模型、主汽压力模型四个子模型和调节级压力
‑
负荷动态转换模块，所述电液调节系统模型用于基于输入的功率设定值、功率反馈和一次调频功率变化量生成总阀位指令，所述调节级压力
‑
负荷动态转换模块用于将总阀位指令乘以预设的调节级压力
‑
负荷动态转换系数δ得到电液伺服机构阀位指令P
CV
；所述电液伺服机构模型用于根据电液伺服机构阀位指令P
CV
得到对应的电液伺服机构阀位反馈P
GV
；所述汽轮机模型用于基于主汽压力p
T
、电液伺服机构阀位反馈P
GV
得到对应的机械功率P
M
，且将机械功率P
M
作为电液调节系统模型下一个周期的输入；所述主汽压力模型用于基于蒸汽流量Q计算得到主汽压力p
T
。3.根据权利要求2所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述电液调节系统模型为将功率设定值与功率反馈之差经PID控制器运算后生成PID控制器输出信号，再将PID控制器输出信号与输入的一次调频功率变化量与前馈系数之积相加形成总阀位指令。4.根据权利要求2所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述电液伺服机构模型为一阶惯性环节，且一阶惯性环节的传递函数的函数表达式为：上式中，G
Z
(s)为一阶惯性环节的传递函数，s为拉普拉斯算子，P
CV
为电液伺服机构阀位指令，P
GV
为电液伺服机构阀位反馈，T
Z
是电液伺服机构惯性时间常数。5.根据权利要求2所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述汽轮机模型的传递函数的函数表达式为：上式中，G
E
(s)为汽轮机模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，P
E
是机组功率，Q为蒸汽流量，F
HP
为高压缸功率比例，F
IP
为中压缸功率比例，F
LP
为低压缸功率比例，λ为高压缸功率自然过调系数，T
CH
为蒸汽容积时间常数，T
RH
为再热蒸汽容积时间常数，T
CO
为交叉管时间常数，Q是蒸汽流量。6.根据权利要求2所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述主汽压力模型的传递函数的函数表达式为：上式中，G
T
(s)为主汽压力模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，p
T
为主汽压力，Q为蒸汽流量，T
sh
为过热器容积时间常数，T
d
为锅炉蓄热容积时间常数，k为过热器及主汽管道流量系数。
7.根据权利要求1所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，步骤2)确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数包括：2.1)确定火电机组的电液伺服机构惯性时间常数T
Z
，高压缸功率比例F
HP
，中压缸功率比例F
IP
，低压缸功率比例F
LP
，高压缸功率自然过调系数λ，蒸汽容积时间常数T
CH
，再热蒸汽容积时间常数T
RH
，交叉管时间常数T
CO
，锅炉蓄...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛锴，朱晓星，陈厚涛，寻新，王志杰，王锡辉，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：