一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法。
【背景技術(shù)】
[000引電力系統(tǒng)是一個(gè)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等設(shè)備，W及輔助控制設(shè)備和保 護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的超大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)，組成元件眾多。電力系統(tǒng)的功能是將自然界的一次能源 通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電能供應(yīng)到各用戶(hù)。電能質(zhì)量指標(biāo) 主要有頻率、電壓等，其中頻率既是表征電能質(zhì)量的主要指標(biāo)，又是系統(tǒng)運(yùn)行的重要參數(shù)， 因此維持頻率在計(jì)劃值附近對(duì)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。而使頻率保持在計(jì)劃 值附近的前提便是電力系統(tǒng)有功功率的平衡。
[0003] 電力系統(tǒng)有功功率平衡是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，其平衡過(guò)程設(shè)及因素眾多，具有 多時(shí)間尺度、多手段的特點(diǎn)。為了有效地完成互聯(lián)電網(wǎng)的有功功率平衡，需要更加深入的研 究；同時(shí)由于電力是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的命脈，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活 有著重要意義，因此，有關(guān)有功平衡方面的研究成果在試驗(yàn)階段不可能直接運(yùn)用于實(shí)際的 電力系統(tǒng)，否則一旦發(fā)生事故，將導(dǎo)致生產(chǎn)停頓、生活混亂、甚至危及人身和設(shè)備安全，形成 十分嚴(yán)重的后果，該樣給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的損失會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電力系統(tǒng)本身的損失。
[0004] 為了避免上述提到的不必要的損失，實(shí)際操作中通過(guò)在仿真系統(tǒng)中的相關(guān)試驗(yàn)來(lái) 驗(yàn)證研究方案在所有可能面臨的運(yùn)行條件下均具有正確性和可靠性；因此，采用準(zhǔn)確易用 的仿真平臺(tái)及方式對(duì)于電力系統(tǒng)有功功率平衡的相關(guān)研究十分重要。現(xiàn)有技術(shù)中的仿真 平臺(tái)及仿真方式主要有W下幾種；①基于設(shè)備暫態(tài)模型的仿真，該種仿真方式動(dòng)態(tài)過(guò)程刻 畫(huà)精細(xì)準(zhǔn)確、模型參數(shù)復(fù)雜、仿真時(shí)間較長(zhǎng)、由于有功平衡仿真是面向分鐘及小時(shí)量級(jí)的中 長(zhǎng)時(shí)間尺度的系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真，不關(guān)注秒級(jí)尺度的動(dòng)態(tài)過(guò)程，且對(duì)仿真效率要求較高； ②針對(duì)大范圍電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)仿真，如電網(wǎng)的潮流計(jì)算等，該種仿真方式完全忽略所有中間動(dòng) 態(tài)過(guò)程，只能給出最后的穩(wěn)態(tài)結(jié)果；⑨基于代數(shù)運(yùn)算與抽象模型的仿真，如文獻(xiàn)化Ba and Wei-Dong Li.A Simulation Scheme for AGC 民elevant Studies. IEEE Transactions on Power Systems, 2013, 28(4) :3621-3628?提出的仿真方式，其棱屯、是臥能量守恒定律為基 礎(chǔ)，且將機(jī)組模型抽象為端部特性參數(shù)，具有模型參數(shù)簡(jiǎn)單、仿真效率高等優(yōu)點(diǎn)，更適合于 有功平衡所需的多區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間仿真研究，但是由于該種方式采用簡(jiǎn)單而統(tǒng)一的端部輸出特 性參數(shù)描述方式，不能區(qū)分各類(lèi)機(jī)組間的性能差異，造成中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程誤差過(guò)大，不 能很好地滿(mǎn)足有功功率平衡研究的仿真精度需求。
[0005] 綜上所述，第①種仿真方式模型過(guò)于精細(xì)造成仿真時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，難W實(shí)用；而有功功 率平衡仿真注重分鐘?小時(shí)時(shí)間尺度內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，對(duì)動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)要求不高；同時(shí) 第①種仿真方式大量采用微分方程進(jìn)行建模，而對(duì)于微分方程求解往往基于迭代法，需要 大量計(jì)算，仿真效率比較低，尤其是當(dāng)有功平衡研究經(jīng)常需要長(zhǎng)時(shí)間（如月、年）仿真時(shí)，會(huì) 造成仿真耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)；第②種仿真方式是針對(duì)大范圍電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)仿真，只保留穩(wěn)態(tài)結(jié)果，并無(wú)動(dòng) 態(tài)過(guò)程，而有功平衡相關(guān)仿真研究，需要對(duì)系統(tǒng)中各類(lèi)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行模擬，并針對(duì)負(fù)荷秒至 分鐘級(jí)的波動(dòng)而進(jìn)行調(diào)整，因此第②種仿真方式并不適用于有功平衡仿真；第⑨種仿真方 式雖然簡(jiǎn)化了模型且提高了仿真效率，但采用統(tǒng)一模型忽略了各類(lèi)機(jī)組性能差異，在有功 平衡仿真的時(shí)間尺度上會(huì)造成一定誤差，導(dǎo)致仿真動(dòng)態(tài)過(guò)程精度不夠，而有功平衡仿真通 常需要反映不同類(lèi)型機(jī)組如汽輪機(jī)組、水輪機(jī)組等的特性差異；若為保證仿真精度，則必須 采用暫態(tài)模型，勢(shì)必造成仿真效率低下，難W實(shí)用；若采用簡(jiǎn)單的抽象模型，仿真效率雖然 得W保證，但會(huì)導(dǎo)致仿真動(dòng)態(tài)過(guò)程不夠準(zhǔn)確，仿真結(jié)果不能起到實(shí)際的指導(dǎo)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)W上問(wèn)題的提出，而研制一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)手段如下：
[000引一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1 ;建立汽輪機(jī)調(diào)速器模型和汽輪機(jī)模型；
[0010] 將汽輪機(jī)調(diào)速器模型的功率輸出APcv表示為一階慣性環(huán)節(jié)和比例環(huán)節(jié)的形式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1 :建立汽輪機(jī)調(diào)速器模型和汽輪機(jī)模型； 將汽輪機(jī)調(diào)速器模型的功率輸出ΔΡκν表示為一階慣性環(huán)節(jié)和比例環(huán)節(jié)的形式
;其中Po為給定參考功率、K g為比例系數(shù)、 s為拉普拉斯算子
％-階慣性環(huán)節(jié)I的時(shí)間常數(shù)、Tg3為一階慣性環(huán)節(jié)II的時(shí)間常數(shù)、 Δ f為給定頻率偏差； 將汽輪機(jī)模型的總功率輸出Pm= P M1+P^表示為多個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)的形式
其中S為拉普拉斯算子、Tsl為第一一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)、T s2為第二一階慣性環(huán)節(jié) 的時(shí)間常數(shù)、Ts3為第三一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)、T s4為第四一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)、K i 至K8為第一至第八再熱級(jí)功率輸出分別占總功率輸出P M的比例，Λ P CT為汽輪機(jī)功率輸入 即汽輪機(jī)調(diào)速器模型的功率輸出；
步驟2 :基于汽輪機(jī)調(diào)速器模型和汽輪機(jī)模型構(gòu)建汽輪機(jī)調(diào)速器計(jì)算模型和汽輪機(jī)計(jì) 算模型； 汽輪機(jī)調(diào)速器計(jì)算模型表示為 ，其中
;其中t為當(dāng)前仿真周 期，Kg為比例系數(shù)，ug(t)為當(dāng)前仿真周期的輸入函數(shù)，APCT(t-l)、y gl(t_l)均為上一仿真 周期的輸出函數(shù)； 汽輪機(jī)計(jì)算模型表示為Pm (t) = Pm (t) +Pm2⑴；其中Pm (t) = K1Ysl⑴ +K3ys2(t)+K5ys3(t)+K 7ys4(t)、PM2(t) = K2ysl(t)+K4ys2(t)+K 6ys3(t)+K8ys4(t)、 SI
SA
;其中t為當(dāng)前仿真周 期，Ks為比例系數(shù)，u sl (t)、us2 (t)、us3 (t)、Us4⑴均為當(dāng)前仿真周期的輸入函數(shù)，ysl (t-Ι)、 ys2(t-l)、ys3(t-l)、ys4(t_l)均為上一仿真周期的輸出函數(shù)； 步驟3 :根據(jù)汽輪機(jī)調(diào)速器計(jì)算模型作汽輪機(jī)調(diào)速器功率輸出的仿真； I、設(shè)定一階慣性環(huán)節(jié)I的時(shí)間常數(shù)
比例系數(shù)Kg，設(shè)定輸入函數(shù) ug(t)等于給定頻率偏差A(yù)f，同時(shí)結(jié)合上一仿真周期的輸出函數(shù)ygl(t-l)，利用
進(jìn)行仿真輸出ygl⑴； II、 設(shè)定給定參考功率Ptl，結(jié)合前一步驟輸出的ygl(t)，利用
進(jìn)行仿真輸出yg(t); III、 結(jié)合上一仿真周期的輸出函數(shù)APCT(t-l)，利用.
進(jìn)行仿真得到汽輪機(jī)調(diào)速器輸出APct; IV、 更新仿真周期t = t+ΔΤ，其中Δ T為設(shè)定的仿真時(shí)間步長(zhǎng)； V、 重復(fù)步驟I至IV直至仿真完成； 步驟4 :根據(jù)汽輪機(jī)模型作汽輪機(jī)總功率輸出的仿真； ① 獲取當(dāng)前仿真周期下汽輪機(jī)第一級(jí)的功率輸出PJP P 2:設(shè)定第一一階慣性環(huán)節(jié)的 時(shí)間常數(shù)Tsl和比例系數(shù)Ks，設(shè)定輸入函數(shù)U sl⑴等于汽輪機(jī)調(diào)速器功率輸出Λ Pct，同時(shí) 結(jié)合上一仿真周期的輸出函數(shù)ysl(t-l)，利用
1進(jìn)行仿真輸出 ysl⑴，通過(guò)公式P1= K ^ysl (t)、P2= K 2Xysl⑴得到汽輪機(jī)第一級(jí)功率輸出PjP P 2; ② 獲取當(dāng)前仿真周期下汽輪機(jī)第二級(jí)的功率輸出PjP P 4:設(shè)定第二一階慣性環(huán)節(jié)的 時(shí)間常數(shù)Ts2和比例系數(shù)K s，設(shè)定輸入函數(shù)us2 (t)等于ysl (t)，同時(shí)結(jié)合上一仿真周期的輸 出函數(shù)ys2 (t-Ι)，利用
進(jìn)行仿真輸出ys2 (t)，通過(guò)公式P3= K3Xys2(t)、P4= K4Xys2(t)得到汽輪機(jī)第二級(jí)功率輸出PjPP4; ③ 獲取當(dāng)前仿真周期下汽輪機(jī)第三級(jí)的功率輸出PjP P 6:設(shè)定第三一階慣性環(huán)節(jié)的 時(shí)間常數(shù)Ts3和比例系數(shù)K s，設(shè)定輸入函數(shù)us3 (t)等于ys2 (t)，同時(shí)結(jié)合上一仿真周期的輸 出函數(shù)ys3(t_l)，利用
進(jìn)行仿真輸出ys3(t)，通過(guò)公式P 5 = K5Xys3 (t)、P6= K6Xys3⑴得到汽輪機(jī)第三級(jí)的功率輸出PjPP 6; ④ 獲取當(dāng)前仿真周期下汽輪機(jī)第四級(jí)的功率輸出P#P P 8:設(shè)定第四一階慣性環(huán)節(jié)的 時(shí)間常數(shù)Ts4和比例系數(shù)K s，設(shè)定輸入函數(shù)us4 (t)等于ys3 (t)，同時(shí)結(jié)合上一仿真周期的輸 出函數(shù)ys4 (t-Ι)，利用.
進(jìn)行仿真輸出ys4 (t)，通過(guò)公式P7 = K7Xys4(t)、P8= K8Xys4(t)得到汽輪機(jī)第四級(jí)功率輸出PjPP8; ⑤ 汽輪機(jī)總功率輸出Pm= P !+VPfVPdVP^P8; ⑥ 更新仿真周期t = t+ΔΤ，其中Δ T為設(shè)定的仿真時(shí)間步長(zhǎng)； ⑦ 重復(fù)步驟①至⑥直至仿真完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法，其特征在于y sl (t)、 ys2(t)、ys3(t)、ys4(t)的表示形式，均利用一階慣性環(huán)節(jié)的積分形式
并通過(guò) 上一仿真周期的輸出函數(shù)y(t-l)代替當(dāng)前仿真周期的輸出函數(shù)y(t)得出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法，其特征在于仿真時(shí)間步 長(zhǎng) ΔΤ < 0· Is0
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法，其特征在于所述汽輪機(jī) 組為雙再熱式汽輪機(jī)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種汽輪機(jī)組暫態(tài)模型的仿真方法，包括如下步驟：建立汽輪機(jī)調(diào)速器模型和汽輪機(jī)模型；基于汽輪機(jī)調(diào)速器模型和汽輪機(jī)模型構(gòu)建汽輪機(jī)調(diào)速器計(jì)算模型和汽輪機(jī)計(jì)算模型；根據(jù)汽輪機(jī)調(diào)速器計(jì)算模型作汽輪機(jī)調(diào)速器功率輸出的仿真；根據(jù)汽輪機(jī)模型作汽輪機(jī)總功率輸出的仿真；本發(fā)明能夠提高汽輪機(jī)組仿真效率，且在有功平衡仿真的時(shí)間尺度內(nèi)能夠保證足夠的仿真精度。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104537174
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410834189
【發(fā)明人】巴宇, 沈碩, 王海霞, 劉嬈
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月27日