[发明专利]二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型及其建模方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

随着节能减排的要求日益提高，为了提高机组循环热效率，大型火电机组无疑都采用再热循环。机组再热方式包括一次再热和二次再热，与传统的一次再热技术相比，采用二次再热技术可以提高机组的循环热效率1％～2％，并能有效地减少氮氧化物和二氧化碳等燃烧污染废弃物的排放，因此，二次再热技术是电力工业的重要发展方向。

二次再热机组的汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸以及低压缸，在结构上比一次再热机组增加了一级超高压缸以及超高压主汽调节阀。二次再热机组中蒸汽经过超高压主汽调节阀进入超高压缸，经超高压缸做功后排汽去往第一级再热器，蒸汽再热后经过高压主汽调节阀进入高压缸做功，然后高压缸的排汽去往第二级再热器再热后进入中压缸继续做功。汽轮机转速的调节依靠调节汽机的进汽量来实现，而二次再热机组由于增加了一级超高压缸，因此相比于一次再热机组增加了一个中间再热容积和超高压汽室容积，以及超高压主汽门与调节汽门的协调控制，这对二次再热机组转速调节的快速性和准确性有很大的影响。

目前国内成功并网运行的二次再热机组较少，可供借鉴的经验较欠缺，所以通过建立二次再热机组汽轮机调速系统的模型来研究并发展二次再热机组控制技术具有重要意义。

发明内容

本发明采用的是基于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即建立各环节的传递函数，构建控制对象流程，然后应用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。

二次再热机组汽轮机调速系统仿真模型，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；