330MW机组调节系统数学模型的建立及参数测试.pdf

1 2 内 蒙 古 电 力 技 术 I N NE R MO NG O L I A E L E C T R I C P O WE R 2 0 0 7 年第 2 5卷第 6期 3 3 0 MW 机组调节系统数学模型的建立及参数测试 Es t a b l i s h me n t a n d i t s P a r a me t e r C o mmi s s i o n i n g t o 3 3 0 MW Un i t Go v e r n i n g S y s t e m Ma t h e ma t i c a l Mo d e l 王润， 李晓波， 贾斌 ( 内蒙古电力科学研 究院 ， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) 【 摘要】通过对国华准格 尔电厂 3 3 0 MW 机组调节 系统参数的实测 ， 建立了调节系统的数 学模型， 并对模型参数进行 了辨识。 经现场运行实践与对比仿真计算表明， 所建模型及获取的 参数能满足 系统稳定运行的要求 具有一定的参考价值。 关键词1电力系统； 调节 系统； 参数辨识 ； 数学模型 【 中图分类号】T K 2 6 3 7 文献标识码1 B 、 j 文章编号1 1 0 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 0 7 ) 0 6 一 O 0 1 2 0 4 j 0 引言 随着全国电力系统联网进程的逐渐加快 ，电网 动态 稳定性 的 问题就 显得 愈发 突出 。汽 轮发 电机机 组调节系统模型对电力系统的静态稳定 、 动态稳定 和暂态稳定性都有显著的影响。因此建立能正确反 映实 际运行设备状态 的调节 系统数学模型十分重 要 需通过现场试验来获取 ， 以便为电力系统稳定性 分析及电网日常生产调度提供准确的依据 ，为保障 电 网安 全运行 奠定基 础 。 内蒙古电力科学研究院于 2 0 0 7 0 8进行 了国 华准格尔电厂 3号机组调节系统模型参数的测试试 验 ， 试验分静态和动态两部分。 静态试验包括调门动 作速度测试 、 迟缓率测试 、 转速反馈通道动态特性测 试等内容 ：动态试验包括动态扰动试验和甩负荷试 验两 部分 1 机组结 构及调节 系统简介 内蒙古国华准格尔电厂 ( 以下简称国华准电) 3 号汽轮机组为北京汽轮发电机有限责任公司生产的 N 3 3 0 1 7 7 5 5 4 0 5 4 0型亚临界 、一次中问再热 、 单 轴 、 三缸双排汽、 凝汽式汽轮机。汽轮机组工作结构 示 意 图如 图 1 所示 。 再热容积 图 1 汽轮机工作结构示意图 机 组 的 调 节 系统 采 用 数 字 电液 调 节 系 统 ( D E H) 。电子部分采用上海某公司提供的 D E H V 型控制系统 ， 该系统包括调节 、 安全和监测 3个子系 统 ； 液压执行机构采用了高压抗燃油装置， 工作压力 为 1 4 MP a 。机组配有 2个主汽门、 4个高压调门、 2 个 中压主汽门、 2个中压调节汽门。 2 机组及调节系统模型 2 1 汽轮机模 型 汽轮机通流系统的结构对调节系统动态特性有 重要影响， 建立汽轮机模型必须考虑如下参数 ： ( 1 )转子飞升时问常数 ， 它反映转子的转动 惯量与机组额定转矩的相对大小 ： ( 2 )蒸汽 中间容积时问常数 ， 它反映 中间容 【 收稿 E t 期】2 0 0 7 0 9 2 7 【 作者简介】王润( 1 9 7 8 一) ， 女， 内蒙古人， 毕业于河海大学， lee， 工程师， 现从事汽轮机、 水轮机的试验研究工作。 维普资讯 2 0 0 7 年第2 5 卷第6 期 内 蒙 古 电 力 技 术 1 3 积内蒸汽的做功能力与机组额定功率的比值。 根据国华 3号机组结构和文献l 1 l的规范要求 对 汽轮机建立一阶惯性环节模型 ，其模型传递 函数示 意图如图 2 所示。 量 输 出 图中： 、 、 一分别为高压调 节级汽 室蒸汽容 积时 间常 数 、 再热器容积时 问常数 、 连通管容积时间常数 ； 、 、 r 分 别为高 、 中、 低三缸通流部分出力 占整机 的功率百 分比 ； A 、 A ， 分别为高、 中压缸功率 自然过调系数。 图 2 汽轮机模型传递函数框图 2 2 调节系统模型 在调节系统 的四方图中( 见 图 3 ) ， 第 1 I 象限表 示转速感受机构特性 ， 第 1 I I 象限表示 中间放大环节 的传递特性 ， 第 1 V象 限表示 配汽机构特性 ， 依据转 速感受机构特性 、中间放大传递特性和配汽机构特 性这 3条 曲线 ，便可以唯一确定第 1 象限中调节系 统的静态特性曲线 。 图中 ： 一调速器滑环 位移 ； m一油动机行程 ； n 一 转速 ； 功率。 图 3汽轮机调节系统的四方 图 建立调节系统模型必须考虑反映调节系统静态 特性的两个重要参数_2 _ 速度变动率和迟缓率。 2 2 】 速 度 变动率 6 = ( n 一一 n ) n o 1 0 0 。 ( 1 ) 式中 n o , n 一、 n 分别为额定转速 、 空负荷对应最大 转速和满负荷对应最小转速。 2 2 2迟 缓 翠 =i n l - n 2 i n o X 1 0 0 ， ( 2 ) 其中 n 。 为额定转速 ， n 、 n 分别为同功率下调节系统 增 、 减负荷曲线对应的转速。 依据国华准电 3号机组的数字式调节系统逻辑 和文献l 1 l 的规范要求 ， 建立该机组电液调节系统的简 化框图如图 4所示 。 给定 图4电液调节系统简化框图 由上所述可知 ， 调节系统模型的主要参数包括： ( 1 )静态特性参数 6 、 ； ( 2 )转速感受机构特性参数一转速变送器时间 常数： ( 3 )配汽环节特性参数一调节汽门开关时间 、 及油动机时间常数 ； ( 4 )中间放大环节参数一调节器 P I D参数等。 3 汽轮机调速系统模型参数的测试 3 1 调 门动作速 度测试 在汽轮机调节系统调试完毕正常投入后 ，汽机 挂闸 ，调节汽门处于单阀方式 ，设置总阀位指令为 9 0 ， 进行以下操作 ： ( 1 )在工程师站 ， 将 阀位指令置为 5 ， 完成高 压调门的关 闭时间测试 ； ( 2 )系统稳定后 ， 将阀位指令置为 9 0 ， 完成 高压调门的开启时间测试。 以 1 H z的采样频率 ， 记录总阀位指令和油动机 行程反馈信号。 通过记录曲线的辨识 ， 得到油动机时 间常数等 ( 见表 1 ) 。 3 2 调节系统速度变动率和迟缓率测试 机组启 机前 ，在汽 轮机 数字 电液 控制 系统 ( D E H) 端子柜上施加 3 0 0 0 r mi n的转速模拟信号 ， 对应 3 0 0 0 r mi n的转速 ， 机组在并网状 态， 进行 以 下试验 ： ( 1 )设置总阀位指令为 9 0 ， 通过信号源输入 转速信号 ， 将转速从 3 0 0 0 r mi n缓慢提升 ， 调节阀 逐渐关小直至全关 。 完成静态特性曲线上行线测试 ； 维普资讯 1 4 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 7 年第2 5 卷第6 期 表 1 调节系统模型主要参数 主要参数 测试结果 油动机时间常数 s 转速变送器时问常数 s 凋门开启时间 T o s 调门关闭时间 s 调频迟缓率 速度变动率6 一 次调频死区 D r m i n 。 控制器 P I D比例放大系数 K 控制器 P I D微分时间常数 K FT D s 控制 器 P I D积分放大系数 K1 = I T , s 一 次调频负荷上 限 一 次调频负荷下限 D E H控制周期 p ， s ( 2 )总阀位指令设置为 5 ， 转速从 3 0 0 0 r ra i n 继续降低 ， 调节阀开度逐渐开大直至全开。 完成静态 特性 曲线下行线测试 。 以 1 H z的采样频率 ， 记录转速 、 总阀位指令和 油动机行程反馈信号。 通过记录曲线的辨识， 获得调 节系统执行机构 的调频迟缓率 占，片结合负荷与油 动机行程的关系，调节系统的调速变动率 等静态 特性参数 ， 具体数据见表 1 。 3 3 转 速通道反 馈 时间测试 机组 启机前 ，在 汽轮 机数 字 电液控 制 系统 ( D E H)端子柜上施加 3 0 0 0 r rai n的模拟信 号， 对 应 3 0 0 0 r rai n的转速 ， 使机组并 网状态 ， 进行 以下 试验 ： 设 置总阀位指令为 9 0 ； 将转速模拟信号从 3 0 0 0 r rai n置为 2 9 0 0 r rai n ， 再恢复为 3 0 0 0 r ra i n 。 以 1 H z 的采样频率 ， 记录转速输入 、 转速输出 、 总阀位指令和油动机行程反馈信号 ，获取转速感受 机构特性参数一转速变送器时间常数 ，具体参数见 表 1 。 3 4 调节 器 P I D参数 获取 调节器 P I D参数通 常由厂家和现场调试人员 调试整定 ， 并将记录到表 1中。 3 5 动态扰 动试 验 在 机组 带基 本负 荷 ( 7 0 8 0 负荷 )状 态下 ， D E H工作在阀位控制模式 ，一次调频功能投入， 转 速 死 区设 为 2 r rai n ， 进行 以下试 验 ： ( 1 )从工程师站将额定转速设置为 3 0 1 0 r rai n ， 相当于给定转速扰动 8 r rai n ( 转速差值为 1 0 r ra i n ， 减去死区 2 r ra i n ， 实际转速偏差为 8 r rai n ) ， 机组负 荷快速升高 ， 采集信号稳定后( 约 1 rai n ) 将额定转 速恢复 为 3 0 0 0 r rai n 。 ( 2 )以 1 H z 的采样频率记录转速信号、 总流量 指令 、 油动机行程反馈信号 、 调节级压力 、 高排压力 、 再热压力 、 中排压力等信号 曲线( 见图 5 ) ， 考察扰动 过程主要参数调整稳定时间。考核调节系统一次调 频 的调 节功能 及响应 速度 。 时问 图 5 动态扰动试验 曲线图 图 5中记录的各信号曲线依次为： 功率 、 流量指 令 、 高压调门 3 、 调节级压力 、 高排压力 、 热再压力 、 中排压力。 转速扰动试验前后稳态参数见表 2所示。 表 2 扰动试验前后稳态参数 本次试验 ，获得了阶跃扰动时机组各主要参数 的变化规律 ， 利用开发研制的参数辨识系统软件 。 计 算 的辨识调节级汽室容积 、再热器容积和连通管容 积的时间常数见表 3 所示。 3 6甩负 荷试验 机组带 1 6 5 MW 负荷 ， 汽机 、 锅炉工况稳定 。 超 速试验合格， 旁路能正常准确动作 。 进行甩 5 0 负 倚试验 ， 汽机最高飞升转速 3 0 6 5 r rai n 。 未超速 。 计 算 动态超 调量 ： l = ( 3 0 6 5 3 0 0 0 ) 3 0 0 0 1 0 0 - 2 2 ， 3 J 喊 = 三 维普资讯 2 ( f _1 2 巷 6期 内 蒙 古 电 力 技 术 1 5 表 3 汽轮机模 型主要参数 测试项 目 参数 转子时间常数 T s 高压缸蒸汽容积时间常数 ? ， s 再 热器蒸汽容积时间常数 s 连通管蒸汽容f tAH ,4； 间常数 s 高压缸功率 比 中压缸功率 比 ， 低压缸功率比 高压缸功率 自然过调 系数 A 巾压缸功率 自然过调系数 A 7 9 2 O 5 6 1 5 2 4 0 6 7 0 2 7 4 0 3 6 9 0 3 5 7 0 95 7 8 O 5 2 l 2 5 ， 合格。 转 速 调 回 3 0 0 0 r ra i n稳 定 后 ，并 网 带 负荷 到 3 3 0 M W， 进行甩 1 0 0 负荷试 验 ， 测得最 高飞升转 速为 3 1 2 9 r m i n ， 计算动态超调量 ： 2 =( 3 1 2 9 3 0 0 0) 3 0 0 0 x1 0 0 = 4 _ 3 ， 2 8 ， 合格。 进行甩 1 0 0 负荷试验中记录机组转速飞升 曲线 ，应用专业辨识软件计算出转子飞升时问常数 =7 9 2 S ， 见 图 6昕示 。 由公式计算转子转动惯量 ： J= 3 3 0 x 1 0 。 x 7 9 2 ( 0 9 8 8 5 x 3 1 4 1 6 2) =2 6 7 8 9( k g m ) 4结论 ( 1 )以围华准电 3号机调节系统参数测试为 例 ，进行了调节系统的静态特性和动态特性测试试 验 ， 测取了调节系统速度变动率 、 迟缓率 、 油动机时 2 4 6 8 1 。 1 2 1 4 6 “ 2 。 & 2 1 * * 0 时间 图 6转子 飞 升 时 间 常数 辨 识 结 果 问常数 、 动态超调量等重要参数 ； 考核了动态扰动情 况下调节系统的功能。 ( 2 )在测试数据 的基础上 ， 通过软件辨识获得 了高压容积时问常数 、 再热器容积时间常数 、 连通管 容积时间常数及转子飞升时问常数。 ( 3 )通过以上试验 、 辨识计算 ， 获取 了3 3