一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法
【專利摘要】一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，包括以下步驟：1)建立包括了電網(wǎng)模型時的單機無窮大系統(tǒng)的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型及傳遞函數(shù)；2)當控制參數(shù)Ki和Kp在0～10范圍內(nèi)發(fā)生變化時，不斷求出給定參數(shù)下系統(tǒng)傳遞函數(shù)特征根的數(shù)值解；特征根表達式為：s＝A+Bj；3)再求出每組特征根特征參數(shù)ξ的大小，并獲得其中值最小的ξ；4)繪制每組特征參數(shù)ξ最小值隨控制參數(shù)Ki和Kp變化趨勢圖；5)根據(jù)特征參數(shù)ξ的正負來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定與否，從圖中獲取使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制參數(shù)的取值范圍，采用試湊法進行微調(diào)，整定出真正實用于機組的最優(yōu)控制參數(shù)。本發(fā)明對于進一步規(guī)范汽輪機控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，減少系統(tǒng)低頻振蕩的發(fā)生具有十分重要的意義。
【專利說明】一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽輪機調(diào)速及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的控制方法，特別是用以提高電力系 統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性、防止電網(wǎng)低頻振蕩領(lǐng)域的對汽輪機控制器參數(shù)整定的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國電力需求逐年增加，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，主力輸電線路上 輸送的功率也不斷增加，整個電力系統(tǒng)的運行條件變得日益惡劣，低頻振蕩時有發(fā)生，已經(jīng) 成為制約聯(lián)絡(luò)線功率傳輸和互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要因素之一。由于近年來幾起由電 源側(cè)引起的低頻振蕩事故，使得電源側(cè)低頻振蕩研究逐漸得到人們的重視。許多專家通過 對南方電網(wǎng)幾起功率振蕩事件進行分析，表明低頻振蕩與汽機側(cè)調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定存在相關(guān) 性。
[0003] 通過對汽輪機做功原理的分析，結(jié)合低頻振蕩的共振機制，分析了汽機側(cè)引發(fā)強 迫功率振蕩的可能原因，表明汽輪機的壓力脈動，以及調(diào)節(jié)汽門擺動都可能引發(fā)電網(wǎng)的強 迫低頻振蕩。雖然強迫功率振蕩機制可以解釋一些低頻振蕩現(xiàn)象，但是在以往的研究當中， 為模擬強迫擾動源，往往都是直接在系統(tǒng)某環(huán)節(jié)人為附加了一個周期性擾動，這與實際情 況是不相符的。有研究表明如果電源側(cè)某些控制參數(shù)設(shè)置不當，會向系統(tǒng)提供一個負阻尼 轉(zhuǎn)矩，從而減小系統(tǒng)阻尼，引發(fā)電網(wǎng)的負阻尼振蕩。一些專家利用簡化了的調(diào)速系統(tǒng)的模 型，分析了主要參數(shù)對電網(wǎng)阻尼特性的影響，指出控制器中比例系數(shù)設(shè)置不當，會導致一次 調(diào)頻回路投入后產(chǎn)生負阻尼作用，從而產(chǎn)生電網(wǎng)低頻振蕩。但是控制器參數(shù)變化會對系統(tǒng) 穩(wěn)定性產(chǎn)生何種影響，以及如何基于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析給出控制器參數(shù)的合理范圍，目 iu尚缺乏研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上面所述的關(guān)于控制器參數(shù)的合理設(shè)定的合理范圍，本發(fā)明提供一種汽輪 機調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，的目的在于進一步規(guī)范汽輪機控制系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，減少 系統(tǒng)低頻震蕩的發(fā)生，維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按照如下方法步驟實現(xiàn)：
[0006] 步驟1 :建立包括了電網(wǎng)模型時的單機無窮大系統(tǒng)的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模 型，利用現(xiàn)有工況系統(tǒng)中相應的對象模型識別模塊得到被控對象的數(shù)學模型以及各種參 數(shù)，各主要參數(shù)之間的傳遞函數(shù)亦即包括電網(wǎng)模型時的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型的傳遞 函數(shù)，如下式所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1 :建立包括了電網(wǎng)模型時的單機無窮大系統(tǒng)的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型，利 用現(xiàn)有工況系統(tǒng)中相應的對象模型識別模塊得到被控對象的數(shù)學模型以及各種參數(shù)，各主 要參數(shù)之間的傳遞函數(shù)亦即包括電網(wǎng)模型時的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型的傳遞函數(shù)，如 下式所示：
上述公式中Ki，K2, K3, K4, K5, K6分別為比例系數(shù)，KA為勵磁機比例系數(shù)，S為經(jīng)拉氏變 換后的微分算子，s為轉(zhuǎn)速的調(diào)差系數(shù)，Aw為轉(zhuǎn)速角速度偏量，為轉(zhuǎn)速擾動值，Λ δ 為發(fā)電機功角偏差，APm為機械功率增量，ΛΡε為電磁功率增量，?\表示轉(zhuǎn)速變送器時間 常數(shù)，Τ 3為勵磁回路時間常數(shù)，Τκ為電壓傳感器時間常數(shù)，Τ。為汽輪機轉(zhuǎn)子的時間常數(shù)，G1 為單機無窮大系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，G2為控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速變送器的一階慣性傳遞函數(shù)，^為 電液伺服器的傳遞函數(shù)，G t為串聯(lián)組合、單再熱汽輪機的傳遞函數(shù)，Gpid為控制器的傳遞函 數(shù)，G3為汽輪機調(diào)速系統(tǒng)地傳遞函數(shù)，匕是為簡化形式而建立的沒有相應的物理含義。其 中G1、G2、G3、G4定義為：
步驟2 :對控制系統(tǒng)模型傳遞函數(shù)
中的調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)Kp和Ki在 0?10范圍內(nèi)設(shè)置多組不同的數(shù)組，分別求出各組數(shù)組參數(shù)下被控對象的傳遞函數(shù)的特征 根，通過求取數(shù)值方法求取特征根的數(shù)值解，進而求取調(diào)速系統(tǒng)的控制參數(shù)的取值范圍，式 中&為調(diào)速系統(tǒng)積分控制參數(shù)、K p為比例控制參數(shù)、Kd為微分控制參數(shù)，s為微分算子； 分析被控對象的傳遞函數(shù)，得到被控對象傳遞函數(shù)的特征根可為實軸上的非零根以及 共軛復數(shù)根，用下式表示：
式中A和B分別為特征根的實部和虛部； 對于二階振蕩環(huán)節(jié)，其特征根為一對共軛復數(shù)根，表達式如下所示：
其中特征參數(shù)ξ為阻尼比，ωη為無阻尼振蕩頻率。 步驟3 :求出每組特征根的特征參數(shù)ξ的大小，并獲得其中值最小的ξ，由上述公式可 知，
將上述方程中Α、Β當作已知，聯(lián)立方程求得阻尼比
由上式知ξ小于零時，系統(tǒng)特征根實部不為負，二階系統(tǒng)不穩(wěn)定，二階系統(tǒng)的阻尼比 可以反映二階系統(tǒng)的穩(wěn)定與否，在分析考慮電網(wǎng)模型的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)是否穩(wěn)定時，對每 個特征根求取其特征參數(shù)ξ ; 步驟4:根據(jù)步驟3中求得的調(diào)速系統(tǒng)中各組參數(shù)對應的特征根的最小特征參數(shù)ξ繪 制特征參數(shù)ξ隨調(diào)速器的參數(shù)1、1變化的曲線，當該特征根為共軛復根時，ξ為其二階 環(huán)節(jié)的阻尼比；當該特征根為非零實根時，ξ則取±1，若此實根小于零則ξ為1，若此實 根大于零則ξ為-1;當系統(tǒng)穩(wěn)定時，則系統(tǒng)全部特征根均具有負實部，同時可以推出所有 特征根的特征參數(shù)ξ均取正值，由此可根據(jù)被控對象所呈現(xiàn)的特征參數(shù)ξ隨各組控制參 數(shù)的變化圖像確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制參數(shù)的取值范圍； 步驟5 :根據(jù)前述步驟1至3所建立的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型以及步驟4繪制的 變變化趨勢圖，采用試湊法進行微調(diào)，整定出真正實用于機組的最優(yōu)控制參數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK104063584SQ201410254317
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】李陽海, 潘劍, 劉魏然, 楊濤, 高偉, 黃樹紅 申請人:國家電網(wǎng)公司, 湖北省電力公司電力科學研究院, 華中科技大學