一种基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法及系统，属于火电机组控制技术领域，包括基于参数辨识建立超临界火电机组仿真模型，为提高机组一次调频的能力，控制高压调节阀和中压调节阀共同参与电网调频。当电网负荷增加时，同时投入高压调节阀和中压调节阀参与调频，增加汽轮机机械功率的输出，更快响应负荷的增加；在电网负荷降低时，同时调小高压调节阀和中压调节阀的开度，减小汽轮机组机械功率输出，这种调节方式一方面充分利用了中压调节阀参与电网调频的能力，另一方面有效减少了中压调节阀关小时造成的节流损失，利用中间再热容积，在短时间内发挥调频作用。在短时间内发挥调频作用。在短时间内发挥调频作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法及系统


[0001]本专利技术属于火电机组发电
，特别涉及一种基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着能源结构改革不断推进，可再生能源发电的装机规模持续扩大，装机占比持续增加，以风电和光伏发电为代表的可再生能源发展迅猛，可再生能源利用水平也在不断提高。大规模的新能源并网已成为电力发展的主流趋势。
[0003]由于风电、太阳能发电等新能源发电具有间歇性、随机性、可调度性差的缺点，并网以后会使得传统的电力系统中的电源侧可控性产生影响，对电网的调频控制造成一定程度的扰动。此外，超高压远距离输电使电网区域结构更加复杂，给电网频率稳定性提出了新的挑战。
[0004]一次调频是指并网机组运行时，负荷平衡变化引发电网频率偏离额定值，机组的调速系统根据电网频率的变化自动调整汽机调门开度大小，通过改变主蒸汽流量调整机组出力，适应外界负荷的变化。一次调频由调节系统自身来调节功率，响应速度快，是一种有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓解频率的变化。二次调频是通过人为或者自动控制的方法增减负荷，恢复电网频率，常用方法是由中心调度下达负荷指令调整和机组采用自动控制系统(AGC)。二次调频是无差调节。三次调频是对负荷的经济分配，在满足电网频率稳定和安全的情况下合理利用电能，针对的是变化缓慢且波动幅度大的负荷。
[0005]当前大容量火电机组是电网调频的主要来源，机组调频能力是网源协调发展的一个重要支撑。近年来各地区颁布的《区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》和《区域发电厂并网运行管理实施细则》中，明确地要求火电厂应提供并承担电网一次调频的责任和义务，发电机组一次调频的考核内容更加严格，绝大多数机组虽能满足考核的要求，但是一次调频考核动作正确率和贡献电量等指标仍有不足，因此需要深入研究机组的调频能力，满足考核要求。
[0006]有关电力系统的仿真和稳定性分析研究，离不开系统各个组成元件的数学模型和参数，因此作为其重要组成部分的汽轮机系统的数学模型及其参数的确定，对整个电网的调频性能和安全稳定都具有重大的现实意义。采用理论分析和估算得到的数学模型和参数，与实际的电网元件模型和参数存在较大的误差，不能满足现代电网分析的需要。
[0007]系统辨识是控制理论的一个分支，随控制理论在各个领域应用的深入而发展，系统辨识理论及其方法也显示出其理论意义和使用价值。计算技术和现代控制理论在电力系统的应用，使电力系统在离线计算和实时监控中对系统的动态数学模型的需要日益迫切。系统辨识技术可广泛应用于建立电力系统稳定性分析模型、电力系统安全的动态监控、故障诊断、在线调试、自适应控制等，开发基于系统辨识技术的汽轮机参数辨识系统具有重要的现实意义和工程应用价值。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术存在的问题，本专利技术亟需提出了一种基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法及系统，本专利技术的方法提高了火电机组一次调频的精度，并提高系统的稳定性。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法，包括：
[0011]基于参数辨识建立超临界火电机组仿真模型；超临界火电机组仿真模型包含直流锅炉模型，超临界中间再热汽轮机模型，高、中压调节阀控制模型，锅炉主控制指令模型及执行机构模型；
[0012]基于超临界火电机组仿真模型控制高压调节阀和中压调节阀共同参与电网调频；当电网负荷增加时，同时投入高压调节阀和中压调节阀参与调频，增加汽轮机机械功率的输出；在电网负荷降低时，同时调小高压调节阀和中压调节阀的开度，减小汽轮机组机械功率输出。
[0013]作为本专利技术进一步改进，超临界火电机组中用煤作为燃料，煤在锅炉燃烧，加热锅炉中的水，产生高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽经主蒸汽阀和调节阀蒸汽进入汽轮机，高压缸排汽再次进入锅炉，吸热后转变为再热蒸汽，经中压调节阀的作用进入中压缸，中压缸排汽进入低压缸，完成膨胀做功，最后低压缸的排汽被送入冷凝器中完成冷凝。
[0014]作为本专利技术进一步改进，所述直流锅炉模型中，对超临界锅炉燃料和给水控制，使得障汽水分离器出口的蒸汽具有预定过热度和过热焓值，燃煤机组入炉燃料释放的热量表述为：
[0015][0016]式中：Q
F
‑
锅炉吸热量；T
F
‑
燃料供给时间常数；τ
‑
燃料滞后时间常数。
[0017]此外，给水主蒸汽压力可表述为
[0018][0019]式中：P
T
‑
主蒸汽压力；C
sh
‑
过热器容积时间常数；g
w
‑
给水流量；g
s
‑
主蒸汽流量。
[0020]作为本专利技术进一步改进，所述超临界中间再热汽轮机模型根据调节指令同时控制高、中压调节阀，锅炉出口的过热蒸汽经高压调门和导气管进入高压缸中膨胀做功，高压透平排汽进入再热锅炉中吸热，再热蒸汽经中压调门再进入中、低压缸完成膨胀做功，做功完成后的乏汽在冷凝器中凝结成水；
[0021]高、中、低三缸功率系数相同，将调节级后的压力作为高压缸蒸汽容积集中参数，再热蒸汽参数作为中压缸进汽参数，中压缸排汽压力作为低压缸连通管道的参数。
[0022]作为本专利技术进一步改进，所述超临界中间再热汽轮机模型为：
[0023][0024]式中：P
e
‑
机械功率；Tcs
‑
高压汽室蒸汽容积时间常数；FHP
‑
高压缸功率系数；FIP
‑
中压缸功率系数；FLP
‑
低压缸功率系数；λ
‑
高压缸功率过调系数；T
rh
‑
中间容积再热时间常
数；T
cv
‑
低压容积时间常数；CV1‑
高压调节阀开度指令；CV2‑
中压调节阀开度指令。
[0025]作为本专利技术进一步改进，所述高、中压调节阀控制模型，控制汽轮机组高、中压阀同时参与电网调频；控制系统通过高、中压调节阀前馈系数K1～K4选择控制调节阀；高压调节阀单独调节、中压调节阀单独调节和高、中压调节阀同时参与调节的选择，控制系统中将反馈和前馈同时结合。
[0026]作为本专利技术进一步改进，所述锅炉主控制指令模型是以锅炉为跟随的控制系统仿真模型，增加有锅炉前馈，锅炉前馈采用压力比修正的能量平衡信号，修正信号为P1P0/P
T
，其中P1为调节级压力，P0为主汽压力给定值，P
T
为主汽压力，P0/P
T
为主汽压力的修正系数；采用压力比修正作为锅炉的前馈信号。
[0027]作为本专利技术进一步改进，所述执行机构模型中，伺服系统接受调节阀的指令CV通过油动机控制调门的开大或关小，经过限幅环节和限速环节分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法，其特征在于，包括：基于参数辨识建立超临界火电机组仿真模型；超临界火电机组仿真模型包含直流锅炉模型，超临界中间再热汽轮机模型，高、中压调节阀控制模型，锅炉主控制指令模型及执行机构模型；基于超临界火电机组仿真模型控制高压调节阀和中压调节阀共同参与电网调频；当电网负荷增加时，同时投入高压调节阀和中压调节阀参与调频，增加汽轮机机械功率的输出；在电网负荷降低时，同时调小高压调节阀和中压调节阀的开度，减小汽轮机组机械功率输出。2.根据权利要求1所述的基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法，其特征在于，超临界火电机组中用煤作为燃料，煤在锅炉燃烧，加热锅炉中的水，产生高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽经主蒸汽阀和调节阀蒸汽进入汽轮机，高压缸排汽再次进入锅炉，吸热后转变为再热蒸汽，经中压调节阀的作用进入中压缸，中压缸排汽进入低压缸，完成膨胀做功，最后低压缸的排汽被送入冷凝器中完成冷凝。3.根据权利要求1所述的基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法，其特征在于，所述直流锅炉模型中，对超临界锅炉燃料和给水控制，使得障汽水分离器出口的蒸汽具有预定过热度和过热焓值，燃煤机组入炉燃料释放的热量表述为：式中：Q
F
‑
锅炉吸热量；T
F
‑
燃料供给时间常数；
τ
‑
燃料滞后时间常数；，给水主蒸汽压力表述为式中：P
T
‑
主蒸汽压力；C
sh
‑
过热器容积时间常数；g
w
‑
给水流量；g
s
‑
主蒸汽流量。4.根据权利要求1所述的基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法，其特征在于，所述超临界中间再热汽轮机模型根据调节指令同时控制高、中压调节阀，锅炉出口的过热蒸汽经高压调门和导气管进入高压缸中膨胀做功，高压透平排汽进入再热锅炉中吸热，再热蒸汽经中压调门再进入中、低压缸完成膨胀做功，做功完成后的乏汽在冷凝器中凝结成水；高、中、低三缸功率系数相同，将调节级后的压力作为高压缸蒸汽容积集中参数，再热蒸汽参数作为中压缸进汽参数，中压缸排汽压力作为低压缸连通管道的参数。5.根据权利要求1所述的基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法，其特征在于，所述超临界中间再热汽轮机模型为：式中：P
e
‑
机械功率；Tcs
‑
高压汽室蒸汽容积时间常数；FHP
‑
高压缸功率系数；FIP
‑
中压缸功率系数；FLP
‑
低压缸功率系数；λ
‑
高压缸功率过调系数；T
rh
‑
中间容积再热时间常数；T
cv
‑
低压容积时间常数；CV1‑
高压调节阀开度指令；CV2‑
中压调节阀开度指令。6.根据权利要求1所述的基于参数辨识的超临界机组一次调频优化方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少雄，薛志恒，张朋飞，孙伟嘉，陈会勇，何欣欣，杨可，吴涛，孟勇，赵杰，王伟锋，赵永坚，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：