專利名稱：一種電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的模擬與計(jì)算，特別涉及一種在電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速 系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的數(shù)字仿真己成為電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)行和分析研究的主要工具，電 力系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)模型以及由其構(gòu)成的全系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的基礎(chǔ)。模 型和參數(shù)是仿真結(jié)果準(zhǔn)確性的重要決定因素，直接影響著以此為基礎(chǔ)的決策方案。近些年 來，電力系統(tǒng)穩(wěn)定仿真中頻率響應(yīng)的準(zhǔn)確性問題引起了國內(nèi)外電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行和科研部門廣 泛的關(guān)注。對(duì)與功率和頻率有關(guān)的事故分析表明，由于目前仿真中采用的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)模 型和參數(shù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致穩(wěn)定仿真中的頻率響應(yīng)過程和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際事故記錄有較大差別。
當(dāng)前國內(nèi)火電機(jī)組的動(dòng)力系統(tǒng)按自動(dòng)化程度可分為以下三種類型第1類是具有機(jī)爐協(xié) 調(diào)控制系統(tǒng)(coordinated control system, CCS)的機(jī)組；第2類是有局部熱工自動(dòng)化子系統(tǒng)， 但無協(xié)調(diào)控制功能的機(jī)組；第3類是自動(dòng)化程度最低，機(jī)電爐皆由人工手動(dòng)操作控制的機(jī) 組。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，新裝的機(jī)組單機(jī)容量越來越大，大部分采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，屬 于第1類機(jī)組，其自動(dòng)化程度高。
根據(jù)電廠熱工自動(dòng)控制中對(duì)鍋爐和汽機(jī)主控組態(tài)結(jié)構(gòu)的不同，主要有三種基本調(diào)節(jié)(組 態(tài))方式
(1)鍋爐跟隨汽輪機(jī)方式(boiler following, BF);
鍋爐跟隨汽輪機(jī)方式下，機(jī)組負(fù)載指令信號(hào)通過汽機(jī)主控部分直接去控制汽輪機(jī)的汽門 開度，而蒸汽壓力變化信號(hào)則控制鍋爐主控的輸出?？梢?，這種方式下，負(fù)載增加后，可 以充分利用鍋爐的蓄熱，迅速提高汽機(jī)輸出功率，對(duì)系統(tǒng)有利，但增加的功率輸出只能維 持很短的時(shí)間，隨著蒸汽壓力降低，汽機(jī)輸出功率也會(huì)減小。
BF方式的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載變化后，機(jī)組能迅速適應(yīng)電網(wǎng)的要求，對(duì)系統(tǒng)頻率有利，但是汽 壓波動(dòng)大，對(duì)機(jī)組本身的穩(wěn)定運(yùn)行不利，且在負(fù)載增加時(shí)，增加的功率輸出來自于機(jī)組的 蓄熱，只能維持很短的時(shí)間，之后隨著主蒸汽壓力降低而減小，直到蒸汽壓力恢復(fù)正常后 才達(dá)到其穩(wěn)態(tài)。(2) 汽輪機(jī)跟隨鍋爐方式(turbine following, TF) 汽輪機(jī)跟隨鍋爐方式下，機(jī)組負(fù)載指令信號(hào)控制鍋爐主控的輸出，而蒸汽壓力變化信號(hào)
通過汽機(jī)主控部分去控制汽輪機(jī)的汽門開度。它的優(yōu)點(diǎn)是汽壓變化平穩(wěn)，但功率調(diào)節(jié)速度 慢，機(jī)組幾乎沒有一次調(diào)頻的功能。
(3) 協(xié)調(diào)控制方式(CCS)。 CCS控制兼顧了 BF和TF控制方式的優(yōu)點(diǎn)，是一種折衷處 理。它的特點(diǎn)是汽壓變化比較平穩(wěn)，對(duì)機(jī)組有利，雖然在起始階段，功率變化速度一般比 BF方式慢。CCS又可分為以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(coordinated control system based on boiler following mode, CBF)和以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(coordinated control system based on turbine following mode, CTF)兩禾中方式。
電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算中關(guān)心的是動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和頻率的影響，為此，需要考慮 的火電廠動(dòng)力系統(tǒng)的主要數(shù)學(xué)模型及其連接關(guān)系如附圖l所示。它由三部分組成鍋爐模
型、鍋爐和汽機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型、汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)(governor)模型。附圖1中，ZD 是機(jī)組功率(稱之為機(jī)組負(fù)載)設(shè)定值；TD是CCS輸出的汽機(jī)閥位指令；BD是CCS輸出 的鍋爐燃燒指令；A是電功率輸入；《是機(jī)組轉(zhuǎn)速；CV是汽機(jī)的汽門開度；/^是機(jī)組機(jī)械
功率輸出；A是主蒸汽壓力；Sp是蒸汽流量。汽輪機(jī)模型現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，而且IEEE 工作組推薦的鍋爐模型也能較好地反映鍋爐系統(tǒng)的本質(zhì)特征。
國內(nèi)近年來新投產(chǎn)的大型火電機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)幾乎都采用數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng) (digital electric-hydraulic control system, DEH)，而且原有機(jī)組的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 也在逐步改為電液調(diào)速系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的汽輪機(jī)液調(diào)控制系統(tǒng)、電液共存式控制系統(tǒng)相比， DEH具有控制精度高、執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性度好、閥門遲緩率和控制死區(qū)小的優(yōu)點(diǎn)，改善了大型發(fā) 電機(jī)組轉(zhuǎn)速負(fù)載控制的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。
在現(xiàn)代火電廠中，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)改造后的老機(jī)組多數(shù) 采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。但目前國內(nèi)穩(wěn)定仿真中使用的調(diào)速系統(tǒng)模型大部分類似于IEEE 1973 年推薦的典型模型(見附圖2)，僅僅考慮汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(調(diào)速器)；部分區(qū)域電網(wǎng)雖然使 用了實(shí)測(cè)的汽輪機(jī)調(diào)速器模型(見附圖3)，但沒有考慮協(xié)調(diào)控制部分的模型?，F(xiàn)有模型存 在如下的局限性
1)適用范圍有限
現(xiàn)有模型的使用條件為①可以假定電廠機(jī)組的鍋爐主蒸汽壓力保持不變。②電廠
采用BF調(diào)節(jié)方式。只有兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，模型才能夠使用。而實(shí)際運(yùn)行的機(jī)組，控制方式多種多樣，且大部分機(jī)組采用協(xié)調(diào)控制方式，不是BF調(diào)節(jié)方式，因此模型適 用范圍有限。
2) 沒有反映機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型
國內(nèi)的火電機(jī)組大部分采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，而現(xiàn)有計(jì)算模型和實(shí)測(cè)模型，只考慮汽 輪機(jī)調(diào)速器，這只是電廠機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)中的一部分模型。因此，現(xiàn)有模型是不全面 的，不能反映機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。
3) 不能正確反映機(jī)組的一次調(diào)頻特性
國內(nèi)運(yùn)行中的火電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)中一次調(diào)頻回路的設(shè)置方法多種多樣；有的設(shè) 置在CCS中；有的設(shè)置在DEH中；有的是在CCS和DEH中都存在。而現(xiàn)有模型只能設(shè)置 在DEH中，因此，不能正確反映所有機(jī)組的一次調(diào)頻特性，將導(dǎo)致電網(wǎng)頻率計(jì)算時(shí)的偏 差。
4) 沒有考慮與機(jī)電暫態(tài)中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的全過程仿真的接口
在中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)仿真中，鍋爐主蒸汽壓力不再保持不變，因此，需要考慮鍋爐及其 控制系統(tǒng)模型，但現(xiàn)有的模型沒有與鍋爐及其控制系統(tǒng)模型的接口。此外，現(xiàn)有采用 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的火電機(jī)組，如果機(jī)組參與自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)，則接口都在協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)中，所以現(xiàn)有調(diào)速系統(tǒng)模型不能夠與采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的火電機(jī)組中的AGC模型 進(jìn)行接口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法。
本發(fā)明在電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法中，既模擬了機(jī)組的協(xié)調(diào)控 制系統(tǒng)，既模擬了機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，可以方便地考慮機(jī)組調(diào)速控制的不同組態(tài)方式， 能夠模擬實(shí)際電廠的一次調(diào)頻功能，可以與鍋爐模型及自動(dòng)發(fā)電控制模型進(jìn)行接口，適于
電力系統(tǒng)暫態(tài)及中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的全過程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定仿真，其包括以下步驟 步驟102:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的機(jī)組負(fù)荷指令； 步驟103:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的功率指令偏差； 步驟104:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的主蒸汽壓力偏差； 步驟105:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中作為前饋控制的直接功率平衡信號(hào)； 步驟106:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中汽機(jī)主控的輸入信號(hào)；步驟107: 求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型的汽機(jī)主控中功率偏差的比例-積分-微分
(proportional-integral-differential, PID)控制的輸出；
步驟跳求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的汽機(jī)閥門開度指令；
步驟跳求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的輸入信號(hào)；
步驟110:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的壓力偏差PID控制輸出；
步驟111:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的前饋信號(hào)PID控制輸出；
步驟112:求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的燃燒信號(hào)指令；
步驟113:求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中一次調(diào)頻信號(hào)；
步驟114:求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中汽門開度信號(hào)；
步驟115:求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中調(diào)節(jié)級(jí)壓力信號(hào)；
步驟116:求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出值；
步驟117:檢査汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出值是否收斂，如果收斂，則本次計(jì)算結(jié)束；
步驟118:如果汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出值不收斂，則重復(fù)上述102-117的計(jì)算步驟，
到收斂。
依據(jù)本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，還具有在所述步驟102 中的求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的機(jī)組負(fù)荷指令，還包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中一次調(diào)頻回路 的計(jì)算，用于求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中由于機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差導(dǎo)致的機(jī)組負(fù)荷指令變化值。
依據(jù)本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，還具有在所述步驟106 中的求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中汽機(jī)主控的輸入信號(hào)，還包括求取機(jī)組負(fù)荷指令信號(hào)的前饋 控制與功率偏差PID控制環(huán)節(jié)輸出的疊加值，并對(duì)疊加值進(jìn)行限幅計(jì)算。
依據(jù)本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，還具有在所述步驟109 中的求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的輸入信號(hào)，還包括求取機(jī)組直接能量平衡信號(hào)的 前饋控制與壓力偏差PID控制環(huán)節(jié)輸出的疊加值，并對(duì)疊加值進(jìn)行限幅計(jì)算。
依據(jù)本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，還具有在所述步驟114 中的求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中汽門開度信號(hào)，還包括求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中一次調(diào) 頻信號(hào)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的汽機(jī)主控信號(hào)輸出的疊加值，并且疊加值要經(jīng)過一個(gè)幅度 限值環(huán)節(jié)。
7依據(jù)本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制的不同 組態(tài)方式的方法通過參數(shù)值的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。
依據(jù)本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，通過鍋爐主控的輸出 與鍋爐模型的輸入信號(hào)進(jìn)行連接。
依據(jù)本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，還具有在協(xié)調(diào)控制模 型中與自動(dòng)發(fā)電控制模型的輸出信號(hào)進(jìn)行連接。
本發(fā)明的有益效果是依照電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)考 慮協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)，以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定仿真的 算法特點(diǎn)，該模型可以正確模擬火電廠的一次調(diào)頻功能；實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制的不同組態(tài)方式， 可模擬以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(CBF)、以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式 (CTF)、鍋爐跟隨汽輪機(jī)方式(BF)、汽輪機(jī)跟隨鍋爐方式(TF)方式；可以與鍋爐模型、 自動(dòng)發(fā)電控制模型(AGC)進(jìn)行接口，以構(gòu)成完整的火電廠動(dòng)力系統(tǒng)模型；適于電力系統(tǒng)機(jī) 電暫態(tài)及中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的全過程仿真要求。


圖1為火電廠動(dòng)力系統(tǒng)的示意圖2和圖3為現(xiàn)有模型的傳遞函數(shù)框圖4、圖5、圖6和圖7為本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的傳遞函數(shù)框
圖8為本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參考附圖4-8詳細(xì)描述本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法。
目前國內(nèi)電力系統(tǒng)穩(wěn)定仿真使用的火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型大部分類似于IEEE 1973年推 薦的典型模型(見附圖2)，僅僅模擬汽輪機(jī)調(diào)速器；部分區(qū)域電網(wǎng)雖然使用了實(shí)測(cè)的汽輪 機(jī)調(diào)速器模型(見附圖3)，沒有協(xié)調(diào)控制部分的模型。而火電廠中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)己得到普 遍應(yīng)用，如果不考慮協(xié)調(diào)控制部分的動(dòng)態(tài)特性，就不能準(zhǔn)確模擬火電廠調(diào)速系統(tǒng)特性。因 此，本發(fā)明提出了模擬鍋爐和汽機(jī)協(xié)調(diào)控制的調(diào)速系統(tǒng)模型(speed governing model withcoordinated control system, CCSG)，在其中的CCS模型部分主要包括汽機(jī)主控、鍋爐 主控、前饋控制和一次調(diào)頻控制；在DEH模型中主要包括一次調(diào)頻和閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型， 如附圖4。該模型物理結(jié)構(gòu)合理，具有較好的可操作性和適應(yīng)性，可以正確模擬火電廠的一 次調(diào)頻功能；實(shí)現(xiàn)機(jī)組調(diào)速控制中的不同組態(tài)方式，可模擬以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制 方式(CBF)、以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(CTF)、鍋爐跟隨汽輪機(jī)方式(BF)、汽 輪機(jī)跟隨鍋爐方式(TF)方式；可以與鍋爐模型、自動(dòng)發(fā)電控制模型(AGC)進(jìn)行接口，以 構(gòu)成完整的火電廠動(dòng)力系統(tǒng)模型；能夠滿足電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)及中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的全過程仿真 要求。CCSG模型巳在馬來西亞古晉電廠和沐膠電廠接入系統(tǒng)穩(wěn)定性研究等實(shí)際工程中得到 應(yīng)用，驗(yàn)證了其有效性和可行性，并取得一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的傳遞函數(shù)框圖，它的 說明如下
1) 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)
汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)模型有兩個(gè)輸入信號(hào)來源 一是來自發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速W，轉(zhuǎn)速差經(jīng)過
死區(qū)和一次調(diào)頻限幅后，與調(diào)差率相乘；另一個(gè)是協(xié)調(diào)控制中汽機(jī)主控部分的輸出r"。這
兩個(gè)輸入信號(hào)首先進(jìn)行疊加，然后經(jīng)過限幅環(huán)節(jié)送到汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去調(diào)節(jié)汽
門開度cr。
汽輪機(jī)模型的輸入為汽門開度cr和主蒸汽壓力iV的乘積，輸出為機(jī)組的輸出功率7V。
此外，汽輪機(jī)模型還輸出調(diào)節(jié)級(jí)壓力信號(hào)A給協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型使用。
2) 鍋爐汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)
汽機(jī)主控的輸入是轉(zhuǎn)速信號(hào)w 、自動(dòng)發(fā)電控制信號(hào)P^c或手動(dòng)控制的功率設(shè)置值iV 它主要負(fù)責(zé)形成機(jī)組負(fù)載指令信號(hào)t/^。其中，轉(zhuǎn)速w調(diào)節(jié)(一次調(diào)頻校正)回路和汽輪機(jī) 調(diào)速器的一次調(diào)頻回路結(jié)構(gòu)完全相同，但二者的調(diào)頻參數(shù)設(shè)置可以不同。
汽機(jī)主控中的PID環(huán)節(jié)(含比例、積分微分控制環(huán)節(jié))的輸入信號(hào)為負(fù)載指令信號(hào) 與電功率測(cè)量值P^的偏差信號(hào)zlW、主蒸汽壓力的偏差信號(hào)/1^。汽機(jī)主控環(huán)節(jié)的輸出，
即汽機(jī)閥門開度的控制指令7X)，為PID控制輸出信號(hào)和由f/^來的前饋信號(hào)之和，并經(jīng)過 限幅后的輸出。
鍋爐主控的輸入信號(hào)為、 zlW 、戶r及其與汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力尸/組成的直接能量平
衡信號(hào)，它經(jīng)過鍋爐主控的壓力偏差PID和前饋PID控制后形成鍋爐指令信號(hào)SD，用于調(diào) 節(jié)鍋爐輸入燃料、給水和風(fēng)量等，以保證主蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定。5D用作鍋爐模型的輸入信號(hào)。鍋爐和汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)控制主要體現(xiàn)在①功率偏差信號(hào)Z1W經(jīng)死區(qū)和系數(shù)尺7B環(huán)節(jié)到
鍋爐主控的信號(hào)。②主蒸汽壓力的偏差信號(hào)/l^經(jīng)死區(qū)和系數(shù)Ksr環(huán)節(jié)到汽機(jī)主控的信號(hào)。
③iV及其與調(diào)節(jié)級(jí)壓力A組成的直接能量平衡信號(hào)。
根據(jù)鍋爐和汽機(jī)主控輸入輸出信號(hào)和參數(shù)值設(shè)置的不同，主要可以模擬的組態(tài)方式有 CTF、 CBF、 BF、 TF。
3)限幅環(huán)節(jié)說明
附圖4中存在的限幅環(huán)節(jié)為DEMAND_Lira、 RUM1、 ULD—Lim、 TD—Lim、 BD—Lim。它們的 含義如附圖5所示，計(jì)算公式如式1:
y麗.............如果X > y麗
義.................如果X^4i,且X2l^w
r應(yīng)................如果x < 7卿
(式1)
式中，X為環(huán)節(jié)輸入值；Y為環(huán)節(jié)輸出值；乙^為輸出上限值；7,為輸出下限值。
4) 死區(qū)環(huán)節(jié)說明
附圖4中存在的死區(qū)環(huán)節(jié)為DB—MW、 DB_PT。它們的含義如附圖6所示，計(jì)算公式如
式2:
'Z.............如果X〉EPCO
r = '0 .................如果X S五尸CO,且X > -￡P(guān)CO (式2)
X................如果X < -E戶CO
式2中，X為環(huán)節(jié)輸入值；Y為環(huán)節(jié)輸出值；EPC0為死區(qū)值。
5) 含限幅的死區(qū)環(huán)節(jié)說明
附圖4中存在的含限幅的死區(qū)環(huán)節(jié)為DB一1、 DB—2。它們的含義如附圖7所示，計(jì)算 公式如式3:
義.............如果x〉五戶co,且xs;^M
................如果x〉五Pco,且x〉y脇，
7 = <!0.................如果XSE尸CO,且X2—￡P(guān)CO (式3)
義................如果x < -五尸co,且x ^
................如果X < -五P09,且X < yMW
式3中，X為環(huán)節(jié)輸入值；X為環(huán)節(jié)輸出值Y; J^^為輸出上限值；F^^為輸出下限值。
6) 速率限制環(huán)節(jié)說明
附圖4中存在的速率限制環(huán)節(jié)為《，。該環(huán)節(jié)的輸出值的變化速率不超過一個(gè)上限值 和下限值。
7) 模型的輸入?yún)?shù)及其物理含義
① DEH模型
乙1:汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間差數(shù)(sec.); / /:調(diào)差率(pu.); rw
油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)(sec.); 蒸汽容積時(shí)間常數(shù)(sec.); 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的參考信號(hào)(pu.);
死區(qū)環(huán)節(jié)DBJ的參數(shù)E尸CO (pu);死區(qū)環(huán)節(jié)DBJ中的上限值和下限值(pu);汽門開度
的上限幅值CVMAX;汽門開度的下限幅值CVMIN;汽門開啟速率的限幅值閥門指
令限幅環(huán)節(jié)DEMAND—Lim的上限值和下限值。
② CCS模型
乙2:協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間差數(shù)(sec.); / 2:調(diào)差率(pu.); 7;電
功率測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間差數(shù)(PU.);電功率測(cè)量環(huán)節(jié)的增益(pu); A。主蒸汽壓力設(shè)
定值(pu); &.、〖 . 、 r/r、 rOT:汽機(jī)主控的pid參數(shù)；〖s、《ra、 r,s、 rDS:鍋爐主
控的PID參數(shù)；XCr、《pcr、 rotT:鍋爐前饋控制的PID參數(shù)；Kw、尺細(xì)、《fl7.、 調(diào)速控制的組態(tài)參數(shù)；
死區(qū)環(huán)節(jié)DB一2的參數(shù)五PQ9 (pu);死區(qū)環(huán)節(jié)DB—2中的上限值和下限值(pu);死區(qū) 環(huán)節(jié)DB—MW和DB一PT的上限值和下限值(pu)。
AGC或手動(dòng)設(shè)置負(fù)荷指令變化速率限制&^的上限值和下限值(pu/sec.)。
機(jī)組負(fù)荷指令(ULD)之前的限幅ULD—Lim的上限值和下限值(pu)。
汽機(jī)主控輸出的閥門指令TD之前的限幅TD—Lim的上限值和下限值(pu)。
鍋爐主控輸出的燃燒指令BD之前的限幅BD—Lim的上限值和下限值(pu)。
8)模型中主要變量的物理含義
W:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；機(jī)組負(fù)載指令；A:汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力；PM:汽輪機(jī)機(jī)械功率。尸￡:發(fā)電機(jī)電磁功率；iV:主蒸汽壓力；7D:汽輪機(jī)主控輸出(閥門開度指令)；萬￡>: 鍋爐主控輸出(鍋爐燃量指令信號(hào))；P。機(jī)組的設(shè)定出力或AGC指定的功率。
在電力系統(tǒng)仿真中的時(shí)域法仿真中，火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的計(jì)算是時(shí)域法仿真中的一 個(gè)計(jì)算環(huán)節(jié)。與發(fā)電機(jī)的其它控制系統(tǒng)(如，勵(lì)磁系統(tǒng))的仿真方法相同，通常采用數(shù)值 積分法對(duì)模型傳遞函數(shù)中的狀態(tài)變量進(jìn)行計(jì)算。調(diào)速系統(tǒng)模型的輸入變量是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的電磁功率，模型的輸出變量是機(jī)組的機(jī)械功率，給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的 模型使用。以下描述了模型在時(shí)域法仿真的一個(gè)迭代步計(jì)算中的實(shí)現(xiàn)步驟。
附圖8為本發(fā)明實(shí)施例的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。
如附圖8所示的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn) 方法包括如下步驟-
步驟101:設(shè)置迭代次數(shù)k^
步驟102:求取CCS模型中的機(jī)組負(fù)荷指令t/g。
使用數(shù)值積分法計(jì)算^^環(huán)節(jié)的第k次計(jì)算值w，。然后，得出頻率偏差Z1^"。該 偏差作為死區(qū)環(huán)節(jié)DB—2的輸入，死區(qū)環(huán)節(jié)DB—2的輸出與+相乘即得到機(jī)組負(fù)荷變化指令《。
如果存在自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)模型時(shí)，其輸出尸.經(jīng)過速率限制環(huán)節(jié)，得到輸出尸^; 如果不存在自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)模型時(shí)，P。(〗)等于手動(dòng)設(shè)置信號(hào)尸。。
《"與zl/^相加得到限幅前的機(jī)組負(fù)荷指令t/^。 f/^。經(jīng)過限幅環(huán)節(jié)ULD_Lim后， 得到機(jī)組負(fù)荷指令f/g。
步驟103:求取CCS模型中的功率指令偏差4WW。
使用數(shù)值積分法計(jì)算環(huán)節(jié)輸出的第k次迭代值/^ 。機(jī)組負(fù)荷指令減去尸P
l + rp￡1y '得到。步驟104:求取CCS模型中的主蒸汽壓力偏差Z1^"。
機(jī)組主蒸汽壓力的參考值Pr。減去主蒸汽壓力值W"得到主蒸汽壓力偏差zlP/"。 步驟105:求取CCS模型中作為前饋控制的直接功率平衡信號(hào)S^。
由來自DEH模型的調(diào)節(jié)級(jí)壓力5與主蒸汽壓力值/f1計(jì)算的公式為
步驟106:求取CCS模型中汽機(jī)主控的輸入信號(hào)S^ 。
zl/f >經(jīng)過死區(qū)環(huán)節(jié)DB一PT后與〖7B相乘得到尸/7"，則
<formula>formula see original document page 13</formula>(式5)
步驟107:求取CCS模型的汽機(jī)主控中功率偏差PID控制的輸出Sg丄。 功率偏差PID控制的輸入為S7(f ，經(jīng)過功率偏差PID控制后為Sg厶。 步驟108:求取CCS模型中的汽機(jī)闊門開度指令77)W 。
"^與機(jī)組負(fù)荷指令t/^相加得到限幅前的汽機(jī)閥門開度指令TDO。 TDO再經(jīng)過限幅環(huán) 節(jié)TD一Lim后，得到閥門開度指令7X)w 。
步驟109:求取CCS模型中鍋爐主控的輸入信號(hào)S^。
經(jīng)過死區(qū)環(huán)節(jié)DB_MW后與《OT相乘得到i)^)，則
<formula>formula see original document page 13</formula>(式6)
步驟110:求取CCS模型中鍋爐主控的壓力偏差控制PID輸出Sg丄。 壓力偏差PID控制的輸入為Sg ，經(jīng)過壓力偏差PID控制后為。 步驟111:求取CCS模型中鍋爐主控的前饋信號(hào)PID輸出。壓力偏差PID控制的輸入為Sg)，經(jīng)過壓力偏差PID控制后為 步驟112:求取CCS模型中鍋爐主控的燃燒信號(hào)指令SZ)W。
S^L與^仏D相加得到限幅前的汽機(jī)閥門開度指令BD0。 BD0再經(jīng)過限幅環(huán)節(jié)BD—Lim 后，得到閥門開度指令萬"w。
步驟113:求取DEH模型中一次調(diào)頻信號(hào)W^ 。
使用數(shù)值積分法計(jì)算^"環(huán)節(jié)的輸出第k次的W^。然后，得出頻率偏差zlw"。該
偏差作為死區(qū)環(huán)節(jié)DB 1的輸入，死區(qū)環(huán)節(jié)DB 1的輸出與l相乘即得到機(jī)組負(fù)荷變化指
— — A
步驟114:求取DEH模型中汽門開度信號(hào)CW"。
該步驟是對(duì)DEH模型中閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行的計(jì)算。求取過程是-
① 求取閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)CV—DEMAND2。
執(zhí)行進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷變化指令/lP^和CCS來的闊門指令信號(hào)相加得到信號(hào) CV—DEMANDl ， CV—DEMANDl經(jīng)過限幅環(huán)節(jié)DEMAND—Lim后得到CV_DEMAND2。
② 求取閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)CFW。
數(shù)值積分計(jì)算閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)子模型得到輸出閥門開度指令。 步驟115:求取DEH模型中調(diào)節(jié)級(jí)壓力信號(hào)/f > 。
數(shù)值積分計(jì)算蒸汽容積時(shí)間常數(shù)環(huán)節(jié)得到輸出信號(hào)調(diào)節(jié)級(jí)壓力信號(hào)if > 。 步驟116:求取DEH模型中汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出。
數(shù)值積分計(jì)算汽輪機(jī)模型中的環(huán)節(jié)得到機(jī)械功率輸出尸A"。 步驟117:檢査整個(gè)模型計(jì)算是否收斂。
14計(jì)算兩次迭代的機(jī)械功率之差zlsS、汽機(jī)主控輸出TD之差Zls^、鍋爐主控輸出
<formula>formula see original document page 15</formula>
(式7)
如果Z^S、 Zlf^和Z^S都小于設(shè)定的S^，則計(jì)算收斂，執(zhí)行步驟119;否則計(jì)
算不收斂，執(zhí)行步驟118。
步驟118:如果計(jì)算不收斂，貝U:<formula>formula see original document page 15</formula> (式8)
hA: + l (式9) 重復(fù)102-117計(jì)算步驟，直到計(jì)算收斂。 步驟119:如果計(jì)算收斂，則整個(gè)模型的本次計(jì)算結(jié)束。
綜上所述，依照本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，具有較好 的可操作性和適應(yīng)性，可以方便地模擬電廠的一次調(diào)頻、調(diào)速控制的不同組態(tài)方式，能夠 應(yīng)用于電力系統(tǒng)暫態(tài)及中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的全過程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定仿真。
以上是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明，而對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，但可以 想到，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)還可以做出其它的變化和修改，這些變 化和修改均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于既模擬了機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，又模擬了機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，包括下列步驟步驟102求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的機(jī)組負(fù)荷指令；步驟103求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的功率指令偏差；步驟104求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的主蒸汽壓力偏差；步驟105求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中作為前饋控制的直接功率平衡信號(hào)；步驟106求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中汽機(jī)主控的輸入信號(hào)；步驟107求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型的汽機(jī)主控中功率偏差的比例-積分-微分PID控制的輸出；步驟108求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的汽機(jī)閥門開度指令；步驟109求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的輸入信號(hào)；步驟110求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的壓力偏差PID控制輸出；步驟111求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的前饋信號(hào)PID控制輸出；步驟112求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的燃燒信號(hào)指令；步驟113求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中一次調(diào)頻信號(hào)；步驟114求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中汽門開度信號(hào)；步驟115求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中調(diào)節(jié)級(jí)壓力信號(hào)；步驟116求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出值；步驟117檢查汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出值是否收斂，如果收斂，則本次計(jì)算結(jié)束；步驟118如果汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出值不收斂，則重復(fù)上述102-117的計(jì)算步驟，直到收斂。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 在所述步驟102中的求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的機(jī)組負(fù)荷指令，還包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中一次調(diào)頻回路的計(jì)算，用于求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中由于機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差導(dǎo)致的機(jī)組負(fù)荷指令變化值。
3. 如權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 在所述步驟106中的求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中汽機(jī)主控的輸入信號(hào)，還包括求取機(jī)組負(fù)荷 指令信號(hào)的前饋控制與功率偏差PID控制環(huán)節(jié)輸出的疊加值，并對(duì)疊加值進(jìn)行限幅計(jì)算。
4. 如權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述 步驟109中的求取協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中鍋爐主控的輸入信號(hào)，還包括求取機(jī)組直接能量平 衡信號(hào)的前饋控制與壓力偏差PID控制環(huán)節(jié)輸出的疊加值，并對(duì)疊加值進(jìn)行限幅計(jì)算。
5. 如權(quán)利要求4所述的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 在所述步驟114中的求取汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型中汽門開度信號(hào)，還包括求取汽輪機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)模型中一次調(diào)頻信號(hào)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中的汽機(jī)主控信號(hào)輸出的疊加值，并且疊加值 要經(jīng)過一個(gè)幅度限值環(huán)節(jié)。
6. 如權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制的不同組態(tài)方式的方法通過參數(shù)值的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。
7. 如權(quán)利要求6所述的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 通過鍋爐主控的輸出與鍋爐模型的輸入信號(hào)進(jìn)行連接。
8. 如權(quán)利要求7所述的電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 在協(xié)調(diào)控制模型中與自動(dòng)發(fā)電控制模型的輸出信號(hào)進(jìn)行連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力系統(tǒng)仿真中火電廠調(diào)速系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)方法，其中，既模擬了鍋爐和汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，又模擬了汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型中包括一次調(diào)頻控制、汽機(jī)主控、鍋爐主控和前饋控制的實(shí)現(xiàn)方法；在汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)模型中包括一次調(diào)頻和閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明可以正確模擬火電廠的一次調(diào)頻功能；實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制的不同組態(tài)方式；可以與鍋爐模型及自動(dòng)發(fā)電控制模型進(jìn)行接口；能夠滿足電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)及中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)仿真中對(duì)火電廠動(dòng)力系統(tǒng)模擬的要求。
文檔編號(hào)G05B17/00GK101446807SQ200810118389
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者劉增煌, 劉肇旭, 宋新立, 李永莊, 涌 湯 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院