一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，其特征在于，包括以下步驟：1)建立聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型，包括依次連接的調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元、燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元和聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元；2)在調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元中采用前饋和反饋無差PID控制：將電網(wǎng)頻率偏差產(chǎn)生的一次調(diào)頻功率變化需求值與AGC初始負荷相加得到聯(lián)合循環(huán)燃機實際負荷指令，再將該指令經(jīng)過前饋和反饋無差PID控制產(chǎn)生的燃料閥指令；3)在燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元中根據(jù)燃料閥指令控制燃料閥產(chǎn)生燃料量信號；4)在聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元中根據(jù)燃料量信號控制聯(lián)合循環(huán)燃機，調(diào)節(jié)聯(lián)合循環(huán)燃機輸出功率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有控制精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種調(diào)速方法，尤其是涉及一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 華東電網(wǎng)已邁入多落點直流、特高壓交直流互聯(lián)的新格局，受端電網(wǎng)特征明顯，電 網(wǎng)頻率穩(wěn)定問題日益突出。發(fā)電機組原動機及其調(diào)速系統(tǒng)是重要的涉網(wǎng)設(shè)備，對電力系統(tǒng) 電網(wǎng)頻率穩(wěn)定具有顯著的影響，是電網(wǎng)低頻保護策略研究的基礎(chǔ)，對完善電網(wǎng)的頻率控制 體系具有重要意義。
[0003] 近些年來，隨著燃機數(shù)量的不斷增加，其占全網(wǎng)裝機容量的權(quán)重已不容忽視，電網(wǎng) 精細化運行和管理對調(diào)速系統(tǒng)建模提出了迫切的需求。2012年頒發(fā)的國網(wǎng)企業(yè)標準《同 步發(fā)電機原動機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)實測與建模導則》中并未給出完整的能表征國內(nèi)F級聯(lián) 合循環(huán)燃機調(diào)速系統(tǒng)的標準數(shù)學模型，其中所提供的是部分單元通用模型和調(diào)速系統(tǒng)部分 參數(shù)表，因此不能依據(jù)導則有效完成F級聯(lián)合循環(huán)燃機的調(diào)速系統(tǒng)建模工作。國內(nèi)電力系 統(tǒng)分析綜合程序PSD-BPA動態(tài)仿真程序中也未明確定義燃機調(diào)速系統(tǒng)各單元的通用模型。 因此有必要開展燃機的調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)實測及建模研究，為電網(wǎng)穩(wěn)定計算提供精確的數(shù)學模 型，填補電網(wǎng)仿真計算中燃機調(diào)速系統(tǒng)模型的空白，完善上海電網(wǎng)計算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使電網(wǎng)動 態(tài)仿真能夠模擬電力系統(tǒng)的實際動態(tài)特性，對分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、研究電網(wǎng)控制策略 和電網(wǎng)安全預(yù)警控制措施等將起到重要的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種控制精度高、響 應(yīng)速度快的基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] -種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，包括以下步驟：
[0007] 1)建立聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型，包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元、燃料閥電液伺服系統(tǒng)模 型單元和聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元；
[0008] 2)在調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元中采用了與機組實際負荷控制相同的前饋和反饋無差 PID控制：首先將電網(wǎng)頻率偏差產(chǎn)生的一次調(diào)頻功率變化需求值與AGC初始負荷相加得到 聯(lián)合循環(huán)燃機實際負荷指令，然后將聯(lián)合循環(huán)燃機實際負荷指令經(jīng)過前饋和反饋無差PID 控制產(chǎn)生的燃料閥指令傳遞給燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元；
[0009] 3)在燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元中根據(jù)燃料閥指令控制燃料閥的開關(guān)產(chǎn)生燃 料量信號傳遞給聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元；
[0010] 4)在聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元中根據(jù)燃料量信號控制聯(lián)合循環(huán)燃機，改變聯(lián) 合循環(huán)燃機的輸出速度，進而調(diào)節(jié)聯(lián)合循環(huán)燃機輸出功率。
[0011] 所述步驟1)中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元包括PID調(diào)節(jié)模塊、前饋放大器、轉(zhuǎn)速差放大 器、第一加法器、第二加法器和第三加法器，所述的電網(wǎng)頻率偏差經(jīng)過轉(zhuǎn)速差放大器放大產(chǎn) 生一次調(diào)頻功率變化需求值，再通過第一加法器與AGC初始負荷相加產(chǎn)生聯(lián)合循環(huán)燃機實 際負荷指令，該指令經(jīng)過PID調(diào)節(jié)模塊和前饋放大器的前饋和反饋無差PID控制通過第三 加法器產(chǎn)生了燃料閥指令傳遞給燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元。
[0012] 所述的燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元包括與第三加法器連接的電液伺服執(zhí)行機 構(gòu)模塊。
[0013] 所述的原動機模型單元包括與電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模塊連接的原動機模塊，所述的 原動機模型單元包括原動機模塊根據(jù)燃料量信號輸出聯(lián)合循環(huán)燃機的功率，并且將該功率 信號反饋回第二加 法器。
[0014] 所述的電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模塊的傳遞函數(shù)為一個具有開關(guān)特性的擬合函數(shù)。
[0015] 所述的原動機模塊的傳遞函數(shù)為一個一階傳遞函數(shù)或者由燃機和汽機的負荷模 型傳遞函數(shù)疊加而成。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點。
[0017] 一、提出了聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型，填補電網(wǎng)仿真計算中燃機調(diào)速系統(tǒng)模型的空 缺。
[0018] 二、控制精度高，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元中采用了 PID無差反饋控制，降低了穩(wěn)態(tài)誤 差，提1?系統(tǒng)精度。
[0019] 三、響應(yīng)速度快，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元中同時采用了前饋控制和PID無差反饋控 制，使得系統(tǒng)的響應(yīng)速度進一步提1?。
[0020] 四、適用范圍廣，本方法不僅適用F級燃氣輪機調(diào)速系統(tǒng)，也適用其他類似結(jié)構(gòu)的 燃汽輪機調(diào)速系統(tǒng)建模。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的模型原理框圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明的MATLAB模型仿真圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明的負荷頻率控制原理圖；
[0024] 圖4為一種F燃氣輪機模型在-5rpm擾動下仿真結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)對比圖；
[0025] 圖5為一種F燃氣輪機模型在+5rpm擾動下仿真結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)對比圖。
[0026] 其中，1、轉(zhuǎn)速偏差值模塊，2、PID調(diào)節(jié)模塊，3、前饋放大模塊，4、電液伺服執(zhí)行機構(gòu) 模塊，5、原動機模塊。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0028] 實施例：
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種F級燃汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的控制模型，模型主要包括 三個模型單元，調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元，電液伺服系統(tǒng)模型單元，原動機模型單元，其頻率控制 原理圖如圖3所示，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元中采用了與機組實際負荷控制相同的前饋和反饋 無差PID控制：首先將電網(wǎng)頻率偏差產(chǎn)生的一次調(diào)頻功率變化需求值與AGC初始負荷相加 得到聯(lián)合循環(huán)燃機實際負荷指令，然后將聯(lián)合循環(huán)燃機實際負荷指令經(jīng)過前饋和反饋無差 PID控制產(chǎn)生的燃料閥指令傳遞給燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元；在燃料閥電液伺服系統(tǒng) 模型單元中根據(jù)燃料閥指令控制燃料閥的開關(guān)產(chǎn)生燃料量信號傳遞給聯(lián)合循環(huán)燃機原動 機模型單元；在聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元中根據(jù)燃料量信號控制聯(lián)合循環(huán)燃機，改變 聯(lián)合循環(huán)燃機的輸出速度，進而調(diào)節(jié)聯(lián)合循環(huán)燃機輸出功率。
[0030] 在燃機停機狀態(tài)，進行預(yù)混閥0-100%開關(guān)階躍測試，根據(jù)T0、Tc和Kp2可建立電 液伺服執(zhí)行機構(gòu)單元模型：辨識出Τ0和Tc參數(shù)；然后進行0-5 %和5% -0開關(guān)幅度階躍測 試，通過對測試結(jié)果曲線擬合，辨識得到Kp2。
[0031] 在燃機正常運行狀態(tài)下，根據(jù)Tch可建立原動機一次傳遞函數(shù)單元模型：機組帶 80%額定負荷，預(yù)混閥控制放手動狀態(tài)。進行5%幅度階躍開關(guān)試驗，記錄預(yù)混閥開度和聯(lián) 合循環(huán)機組實際功率變化曲線，并對結(jié)果進行擬合，辨識得到Tch。
[0032] 在燃機正常運行狀態(tài)下，機組帶80 %額定負荷，預(yù)混閥控制放自動狀態(tài)。進行 ±5rpm頻率擾動試驗，電網(wǎng)頻率偏差產(chǎn)生的一次調(diào)頻功率變化需求疊加到AGC (自動發(fā)電 控制）負荷指令上，產(chǎn)生一個聯(lián)合循環(huán)實際負荷，指令通過前饋+反饋燃料控制系統(tǒng)產(chǎn)生燃 料閥指令，根據(jù)燃料閥指令，開、關(guān)燃料控制閥（預(yù)混閥）增加或減少燃料量，進而改變機組 出力。根據(jù)試驗結(jié)果和曲線進行擬合辨識，可辨識出KP1、Til和K2。根據(jù)上述參數(shù)，可搭 建出燃機調(diào)節(jié)系統(tǒng)單元模型。
[0033] 如圖2所示，根據(jù)上述三個單元模型用MATLAB搭建出的燃機調(diào)速系統(tǒng)控制模 型。根據(jù)4%轉(zhuǎn)速不等速率，設(shè)置轉(zhuǎn)速偏差放大倍數(shù)為25,轉(zhuǎn)速信號延遲為0. 02秒，死區(qū) ±2rpm。在模型在輸入5rpm轉(zhuǎn)速擾動，通過模型仿真，獲取仿真曲線，與燃機實際測試曲線 進行比對辨識，得到參數(shù)：Kpl = 0. 01，Ki = 0. 08, K2 = 0. 7。至此，一種F級燃機調(diào)節(jié)系 統(tǒng)模型搭建完畢。用該模型，輸入一個轉(zhuǎn)速擾動（> 2rpm)進行仿真計算，得到圖4和圖5 仿真計算曲線，與實測結(jié)果進行比對，其一致性相當好。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 建立聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型，包括依次連接的調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元、燃料閥電液伺服 系統(tǒng)模型單元和聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元； 2) 在調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元中采用了與機組實際負荷控制相同的前饋和反饋無差PID控 制：首先將電網(wǎng)頻率偏差產(chǎn)生的一次調(diào)頻功率變化需求值與AGC初始負荷相加得到聯(lián)合循 環(huán)燃機實際負荷指令，然后將聯(lián)合循環(huán)燃機實際負荷指令經(jīng)過前饋和反饋無差PID控制產(chǎn) 生的燃料閥指令傳遞給燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元； 3) 在燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元中根據(jù)燃料閥指令控制燃料閥的開關(guān)產(chǎn)生燃料量 信號傳遞給聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元； 4) 在聯(lián)合循環(huán)燃機原動機模型單元中根據(jù)燃料量信號控制聯(lián)合循環(huán)燃機，改變聯(lián)合循 環(huán)燃機的輸出速度，進而調(diào)節(jié)聯(lián)合循環(huán)燃機輸出功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，其特征在于， 所述步驟1)中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型單元包括PID調(diào)節(jié)模塊（1)、前饋放大器（2)、轉(zhuǎn)速差放大器 (3)、第一加法器、第二加法器和第三加法器，所述的電網(wǎng)頻率偏差經(jīng)過轉(zhuǎn)速差放大器（3) 放大產(chǎn)生一次調(diào)頻功率變化需求值,再通過第一加法器與AGC初始負荷相加產(chǎn)生聯(lián)合循環(huán) 燃機實際負荷指令，該指令經(jīng)過PID調(diào)節(jié)模塊（1)和前饋放大器（2)的前饋和反饋無差PID 控制通過第三加法器產(chǎn)生了燃料閥指令傳遞給燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，其特征在于， 所述的燃料閥電液伺服系統(tǒng)模型單元包括與第三加法器連接的電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模塊 ⑷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，其特征在于， 所述的原動機模型單元包括與電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模塊（4)連接的原動機模塊（5)，所述的 原動機模型單元包括原動機模塊（5)根據(jù)燃料量信號輸出聯(lián)合循環(huán)燃機的功率，并且將該 功率信號反饋回第二加法器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，其特征在于， 所述的電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模塊（4)的傳遞函數(shù)為一個具有開關(guān)特性的擬合函數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于聯(lián)合循環(huán)燃機系統(tǒng)模型的調(diào)速方法，其特征在于， 所述的原動機模塊（5)的傳遞函數(shù)為一個一階傳遞函數(shù)或者由燃機和汽機的負荷模型傳 遞函數(shù)疊加而成。
【文檔編號】G06F17/50GK104102788SQ201410360669
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】單英雷, 李福興 申請人:國網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司