[发明专利]汽轮机调速系统宽工况精细化仿真模型及参数辨识方法

说明书

本发明公开了汽轮机调速系统宽工况精细化仿真模型及参数辨识方法，其中，仿真模型包括电液控制系统子模型、电液伺服系统子模型和汽轮机与发电机联合系统子模型；综合考虑汽轮机调速系统中不同环节的数学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模块进行宽工况仿真模拟，获得汽轮机调速系统仿真模型的宽工况运行模型参数及变化规律。所建立的汽轮机调速系统模型和宽工况参数辨识方法能更好模拟机组的动态特性，为满足汽轮机组宽工况运行和电力系统动态稳定提供了一种有效的方法和研究思路。

技术领域

本发明属于电力系统仿真建模与仿真技术领域，具体涉及汽轮机调速系统宽工况精细化仿真模型及参数辨识方法。

背景技术

近年来，随着中国电力发展步伐的加快，全国已形成东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网六个跨省的大型区域电网，以及海南、新疆、西藏三个独立省网，随着多条1000千伏交流和±800千伏直流特高压电网的投运，从宏观上看，我国已进入了高电压、大电网、大机组的时代。在此背景下，对电力系统的稳定运行提出了更高的要求。

调速系统作为汽轮发电机组的主要控制系统，对电网频率稳定起着极为重要的作用。总的来说，在电力系统发生故障或扰动引起系统频率波动时，需要调速系统动作，使得一次调频快速起作用，在保证机组安全的前提下将系统频率保持在稳定范围内。调速系统结构和性能是否科学与其一次调频性能的好坏，直接影响到机组的正常运行和电力系统频率控制作用的发挥。当电网负荷变化导致频率波动时，如果发电机组的原动机能及时、准确地调节其输入以保持发电机输出功率适应用户负荷变化，电网频率和发电机转速就能快速恢复正常，使电能质量得到保证。因此，进行原动机及其调速系统参数精准实测，建立电网稳定性研究所需要的汽轮机及其调速系统的完善数学模型，具有重要的实用价值。在实际应用中，通过精准模型的仿真计算，不仅可以分析各种扰动条件下系统的频率响应和负荷响应，确定电网稳定的边界条件，还能够预测在电网频率波动情况下机组的动态响应特性及可能对机组造成的影响，对于提高电网的安全稳定运行水平有十分重要的意义。

目前，原动机调速系统已经由原来的机械液压调节方式逐步发展成为电调方式，数字电液调速系统(DHE,Digital Electro-Hydraulic Control System)也广泛运用于一次调频的功能中。然而，经现场试验及研究发现，此举虽为调速系统新功能的投入奠定了基础，却同时影响了一次调频功能的发挥。究其原因，主要有如下几个方面：

(1)调速系统结构的不合理、控制参数的不科学设置，使得发电机组特性不满足电网需要，调速系统性能受到影响，导致一次调频功能发挥受限；

(2)—次调频作用未能及时发挥，归咎于系统的响应速度太慢；

(3)系统中存在大量未投入一次调频功能的机组，且其控制方式为操作人员手动，一次调频能力不足，无法使系统频率控制在理想范围内；

(4)当机组的负荷突变时，机组的一次调频特性会对处于锅炉和汽轮机协调控制运行方式中的锅炉燃烧造成不利影响，易出现不正常工况。

目前的汽轮机及其调速系统参数实测与建模工作，主要建立在80％额定负荷以上，部分参数数据为设计工况或按照制造厂家提供数据。在大电网、能源互联网大环境下，大部分机组在大部分时段均在低负荷阶段运行，并且随着机组的运行，在一个大修周期内，机组参数会不断衰减变化，目前的数学模型和参数不能满足保证电力系统稳定的要求。

因此，进行汽轮机调速系统宽工况精细化仿真模型与参数辨识方法研究，优化现有模型及提供全新的计算方法，满足电力系统动态稳定和中长期稳定要求，是具有广泛深远意义、实事求是的工作。

发明内容

本发明针对上述存在的技术问题，提出了一种汽轮机调速系统宽工况精细化仿真模型及参数辨识方法。

本发明采用的技术方案：