技術(shù)特征：

1.一種參數(shù)隨工況變化實(shí)際特性的全過程汽輪機(jī)建模及辨識方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：運(yùn)用機(jī)理分析方法建立考慮關(guān)鍵參數(shù)隨機(jī)組運(yùn)行工況變化特性的全過程汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)連續(xù)性方程和弗留格爾公式建立通用容積環(huán)節(jié)模型和汽輪機(jī)主要容積環(huán)節(jié)模型，結(jié)合汽輪機(jī)各缸的功率模型，得到完整的汽輪機(jī)功率輸出模型，模型中考慮運(yùn)行工況的變化對關(guān)鍵參數(shù)的影響，從而得到關(guān)鍵參數(shù)隨工況變化時的全過程汽輪機(jī)模型；

步驟二：進(jìn)行典型工況下的現(xiàn)場擾動試驗(yàn)，獲取工況變化對汽輪機(jī)功率輸出特性影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出現(xiàn)場擾動試驗(yàn)方法，包括試驗(yàn)工況選擇、測點(diǎn)、測量步長、試驗(yàn)時長和操作步驟；

步驟三：結(jié)合步驟一所建立的全過程汽輪機(jī)模型和步驟二獲得的現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于粒子群算法-汽輪機(jī)系統(tǒng)模型的汽輪機(jī)系統(tǒng)模型參數(shù)辨識，根據(jù)多個工況下參數(shù)的辨識結(jié)果，獲取參數(shù)隨工況的變化特性，得到考慮關(guān)鍵參數(shù)隨工況變化特性的全過程汽輪機(jī)模型。

2.如權(quán)利要求1所述的參數(shù)隨工況變化實(shí)際特性的全過程汽輪機(jī)建模及辨識方法，其特征在于：所述步驟一中運(yùn)用機(jī)理分析方法建立考慮關(guān)鍵參數(shù)隨機(jī)組運(yùn)行工況變化特性的全過程汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型包括以下步驟：

a、根據(jù)連續(xù)性方程和弗留格爾公式建立通用容積環(huán)節(jié)模型

對通用容積系統(tǒng)，由連續(xù)性方程可得：

$\frac{dW}{dt}=D_{in}-D_{out}$

式中：W為蒸汽的質(zhì)量；D_in為流入容積的蒸汽流量；D_out為流出該容積的蒸汽流量，

蒸汽質(zhì)量用密度和體積表示為：

W＝ρV_vs

式中：V_vs為容積的體積；ρ為水蒸氣密度，單位為m³/kg；

對采用噴嘴調(diào)節(jié)方式的凝汽式汽輪機(jī)，由弗留格爾公式可知，流出三個容積環(huán)節(jié)包括高壓缸前汽室、再熱容積、低壓連通管的流量近似正比于對應(yīng)容積的入口壓力，從而得到：

$\frac{D_{out}}{D_{Ini}}=\frac{P_{vs}}{P_{Ini}}$

式中：D_Ini為初始流量，單位為m³/s；P_vs為容積內(nèi)壓力，單位為MPa；P_Ini為初始容積壓力，單位為MPa；

對上式兩邊同時對時間t求導(dǎo)可得：

$\frac{{\mathrm{dD}}_{out}}{dt}=\frac{D_{Ini}}{P_{Ini}}\frac{{\mathrm{dP}}_{vs}}{dt}$

假設(shè)溫度在討論的變工況過程中變化不大，近似為常量，則可得：

$\frac{dW}{dt}=\frac{\∂W}{dt}\frac{{\mathrm{dP}}_{vs}}{{\mathrm{dP}}_{vs}}=\frac{\∂W}{\∂P_{vs}}\frac{{\mathrm{dP}}_{vs}}{dt}$

進(jìn)一步可寫為：

$\frac{dW}{dt}=V_{vs}\frac{\∂(1/v_{sv})}{\∂P_{vs}}\frac{{\mathrm{dP}}_{vs}}{dt}$

式中：ν_sv為蒸汽的比體積，單位為m³/kg；

用的兩種表達(dá)方式進(jìn)行代換可得：

$D_{in}-D_{out}=V_{vs}\frac{\∂(1/v_{sv})}{\∂P_{vs}}\frac{{\mathrm{dP}}_{vs}}{dt}$

進(jìn)一步整理可得

$D_{in}-D_{out}=\frac{V_{vs}{P}_{Ini}}{D_{Ini}}\frac{\∂(1/v_{sv})}{\∂P_{vs}}\frac{{\mathrm{dD}}_{out}}{dt}$

上式可寫為：

$D_{in}-D_{out}=T_{vs}\frac{{\mathrm{dD}}_{out}}{dt}$

式中：

對上式兩端同時取拉普拉斯變換，并假設(shè)初始狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)，得：

D_in(s)-D_out(s)＝T_vssD_out(s)或

$D_{out}=\frac{1}{T_{vs}s+1}{D}_{in}$

上式即通用容積環(huán)節(jié)一階慣性模型；

b、汽輪機(jī)主要容積環(huán)節(jié)模型

利用步驟(a)所得通用容積環(huán)節(jié)一階慣性模型可得汽輪機(jī)高壓缸前汽室容積環(huán)節(jié)模型、再熱環(huán)節(jié)模型和低壓連通管容積模型，分述如下：

1)高壓缸前汽室容積環(huán)節(jié)模型

將步驟(a)所得通用容積環(huán)節(jié)模型應(yīng)用到高壓缸前汽室容積環(huán)節(jié)可得其數(shù)學(xué)模型如下：

$D_{outCHPu}=\frac{1}{T_{CH}s+1}{D}_{inCHPu}$

式中：D_outCHPu為流出高壓缸前汽室的流量，D_inCHPu為流入高壓缸前汽室的流量，T_CH為高壓缸前汽室容積時間常數(shù)：

$T_{CH}=\frac{V_{CH}{P}_{IniCH}}{D_{IniCH}}\frac{\∂(1/v_{svCH})}{\∂P_{CH}}$

式中：V_CH為高壓缸前汽室的容積，m³；P_IniCH為汽室初始壓力；D_IniCH為汽室初始流量；ν_svCH為汽室內(nèi)蒸汽的比體積；P_CH為汽室壓力；

由連續(xù)性條件可知，流入高壓缸前汽室的流量等于流出調(diào)節(jié)汽閥的流量，即；

D_inCHPu＝D_outGVPu

式中：D_outGVPu為流出調(diào)節(jié)汽閥的流量；

實(shí)際運(yùn)行中的大型火電機(jī)組一般運(yùn)行在噴嘴調(diào)節(jié)方式下，此時多個汽閥逐個動作，并在相鄰動作的汽閥之間存在一定的重疊度，在小擾動條件下，可以假設(shè)調(diào)節(jié)汽閥的開度-流量特性為線性關(guān)系，從而得到調(diào)門閥位指令P_GVOrdPu與調(diào)門流量D_outGVPu公式：

D_outGVPu＝K_GVP_GVOrdPu

式中：P_GVOrdPu和D_outGVPu都采用了標(biāo)幺值形式，基值為各自的額定值；定義為調(diào)門閥位指令-流量變換系數(shù)；

從而得到流入高壓缸的流量：

D_inCHPu＝K_GVP_GVOrdPu

將上式和高壓缸前汽室容積環(huán)節(jié)模型寫在一起，可得完整的高壓缸前汽室容積環(huán)節(jié)模型：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_{outCHPu}=\frac{1}{T_{CH}s+1}{D}_{inCHPu}\\ D_{inCHPu}=K_{GV}{P}_{GVOrdPu}\end{array}\right.$

2)再熱環(huán)節(jié)容積模型

將通用容積環(huán)節(jié)模型應(yīng)用到再熱器及其連接管道上，可得再熱環(huán)節(jié)容積模型：

$D_{outRHPu}=\frac{1}{T_{RH}s+1}{D}_{inRHPu}$

式中：D_outRHPu為流出再熱環(huán)節(jié)的流量，D_inRHPu為流入再熱環(huán)節(jié)的流量，即高壓缸排氣流量，T_RH為再熱環(huán)節(jié)容積時間常數(shù)：

$T_{RH}=\frac{V_{RH}{P}_{IniRH}}{D_{IniRH}}\frac{\∂(1/v_{svRH})}{\∂P_{RH}}$

式中：V_RH為再熱環(huán)節(jié)的體積，包括再熱器本身及其進(jìn)出管道的容積；P_IniRH為再熱器的初始壓力；D_IniRH為再熱器的初始穩(wěn)態(tài)流量，穩(wěn)態(tài)時流入再熱器的流量等于流出的；ν_svRH為再熱器內(nèi)蒸汽的比體積；P_RH為再熱壓力；

在正常負(fù)荷運(yùn)行時，中壓調(diào)門處于全開狀態(tài)，因此不必單獨(dú)建立其模型；

3)低壓連通管環(huán)節(jié)容積模型

將通用容積環(huán)節(jié)模型應(yīng)用到低壓連通管環(huán)節(jié)可得其數(shù)學(xué)模型：

$D_{outCOPu}=\frac{1}{T_{CO}s+1}{D}_{inCOPu}$

式中：D_outCOPu為流出低壓連通管環(huán)節(jié)的流量，等于流入低壓缸的流量，等于低壓缸進(jìn)氣壓力即中排壓力；D_inCOPu為流入低壓連通管內(nèi)的流量，即中壓缸排氣流量，等于中壓缸進(jìn)氣流量，等于再熱壓力；T_CO為低壓連通管環(huán)節(jié)容積時間常數(shù)：

$T_{CO}=\frac{V_{CO}{P}_{IniCO}}{D_{IniCO}}\frac{\∂(1/v_{svCO})}{\∂P_{CO}}$

式中：V_CO為低壓連通管的容積；P_IniCO為低壓連通管內(nèi)蒸汽的初始壓力；D_IniRH為低壓連通管蒸汽內(nèi)的初始穩(wěn)態(tài)流量，穩(wěn)態(tài)時流入流量等于流出的；ν_svCO為低壓連通管內(nèi)蒸汽的比體積；P_CO為低壓連通管內(nèi)蒸汽壓力；

c、汽輪機(jī)做功環(huán)節(jié)模型

做功環(huán)節(jié)模型采用功率系數(shù)模型：

N_totalTurΔPu＝K_HPP_inHPΔPu+K_IPP_RHΔPu+K_LPP_COΔPu

式中：K_HP、K_IP和K_LP分別為高、中和低壓缸功率系數(shù)，P_inHPΔPu、P_RHΔPu和P_COΔPu分別為高壓缸、中壓缸和低壓缸進(jìn)口壓力變化，等于各自的流量變化，用流量偏差可寫為：

N_totalTurΔPu＝K_HPD_outCHPu+K_IPD_outRHPu+K_LPD_outCOPu；

d、基于變參數(shù)的全過程汽輪機(jī)模型

對運(yùn)行中的確定火電機(jī)組，其功率與機(jī)組運(yùn)行工況存在對應(yīng)關(guān)系；因此，選擇功率作為汽輪機(jī)工況變化的標(biāo)志參數(shù)，對上述汽輪機(jī)容積環(huán)節(jié)模型和功率模型中的與狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行動態(tài)更新，從而得到變參數(shù)全過程汽輪機(jī)模型：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_{outCHPu}=\frac{1}{T_{CH}\left(N_{last}\right)s+1}{D}_{inCHPu}\\ D_{inCHPu}=K_{GV}\left(N_{last}\right)P_{GVOrdPu}\\ D_{outRHPu}=\frac{1}{T_{RH}\left(N_{last}\right)s+1}{D}_{inRHPu}\\ N_{totalTur\mathrm{\Δ}Pu}=K_{HP}\left(N_{last}\right)D_{outCHPu}+K_{IP}\left(N_{last}\right)D_{outRHPu}+K_{LP}\left(N_{last}\right)D_{outCOPu}\end{array}\right.$

式中，括號包含N_last表示隨機(jī)組功率變化而動態(tài)更新該參數(shù)；

由此得到變參數(shù)的汽輪機(jī)模型，通過模型參數(shù)變化，能夠反映機(jī)組在各個不同運(yùn)行工況下的實(shí)際特性。

3.如權(quán)利要求2所述的參數(shù)隨工況變化實(shí)際特性的全過程汽輪機(jī)建模及辨識方法，其特征在于：所述步驟二中運(yùn)用現(xiàn)場試驗(yàn)方法獲取汽輪機(jī)典型工況響應(yīng)特性包括包括試驗(yàn)工況選擇、測點(diǎn)選擇和試驗(yàn)步驟：

a、試驗(yàn)工況選擇

試驗(yàn)工況至少應(yīng)包括三個工況，分別為重載工況、中等負(fù)載工況和輕載工況，所述重載工況為92～98％額定出力，所述中等負(fù)載工況為70～80％額定出力，所述輕載工況為50～60％額定出力，并在運(yùn)行人員允許的條件下，可在上述負(fù)荷之間或更低負(fù)荷增加試驗(yàn)工況點(diǎn)，試驗(yàn)工況點(diǎn)的增加能夠提高變參數(shù)全過程汽輪機(jī)模型的模型精度；

b、測點(diǎn)、測量步長、測試時長

為通過現(xiàn)場試驗(yàn)獲得變參數(shù)全過程汽輪機(jī)模型的參數(shù)-負(fù)荷特性，需要對試驗(yàn)的測點(diǎn)進(jìn)行選擇，這些測點(diǎn)包括：機(jī)組實(shí)發(fā)功率、綜合閥位指令、調(diào)節(jié)級壓力、再熱器壓力、中壓缸排汽壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速；

測量步長不高于100ms；

測試時長以擾動開始前不少于5s，擾動后系統(tǒng)達(dá)到新穩(wěn)態(tài)為準(zhǔn)；

c、試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟為：1)試驗(yàn)測點(diǎn)接入，在確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，通過硬接線等方法將測點(diǎn)引入錄波儀；2)錄波；3)施加擾動，擾動的類型可以為原動機(jī)建模試驗(yàn)中規(guī)定的擾動或一次調(diào)頻試驗(yàn)擾動，由現(xiàn)場運(yùn)行條件確定。

4.如權(quán)利要求3所述的參數(shù)隨工況變化實(shí)際特性的全過程汽輪機(jī)建模及辨識方法，其特征在于：所述步驟三中基于粒子群算法進(jìn)行模型參數(shù)辨識和變參數(shù)特性擬合得到變參數(shù)全過程汽輪機(jī)模型，包括以下步驟：

a、數(shù)據(jù)預(yù)處理

刪除原始數(shù)據(jù)頭部過長的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和尾部已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的數(shù)據(jù)，主要保留擾動響應(yīng)過程，這些數(shù)據(jù)為模型辨識用的有效數(shù)據(jù)，在獲得有效數(shù)據(jù)后，采用滑動平均等算法對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；

b、基于粒子群算法的模型參數(shù)辨識

采用PSO算法對當(dāng)前辨識工況的模型參數(shù)進(jìn)行辨識，獲取與實(shí)測數(shù)據(jù)最一致的模型參數(shù)；

c、多個典型工況辨識

對選定的多個典型工況重復(fù)步驟(a)-(b)，完成可變參數(shù)在不同典型工況下的取值辨識；

d、獲得模型參數(shù)隨負(fù)荷的變化特性

利用基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識的可變參數(shù)隨負(fù)荷變化結(jié)果，根據(jù)曲線外形采用擬合的方法獲取模型可變參數(shù)隨負(fù)荷的變化特性，從而獲得基于變參數(shù)法的全過程汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型。