汽轮机调节系统仿真建模与参数辨识.docx

第二部分 建韵与仿-IL方法 49汽轮机调节系统仿真建模与参数辨识武海澄蔡兵陈胜利(安徽省电力科学研究院，安徽，合肥230601)摘要：为从负荷扰动试验数据中获取准确的汽轮机调节系统性能参数，文中以电力系统专用分析软件BPA中的标准组件 为基础建立了汽轮机调节系统仿真模型，选择标准的差分进化算法进行参数辨识，采用自适应算子对算法进行改进，提高了 计算速度，降低了算法陷入局部极值的概率。实验结果表明，该方法能够准确地辨识出调节系统的各项参数，为电网稳定计算提供准确的分析数据。 关键词：汽轮机；调节系统；参数辨识；差分进化 中图分类号：TP273Simulation Modeling and Parameter Identification of TurbineGovernorWu HaichengCai BingChen Sheng-li(AnHui Electirc PowerResearch InstituteAnhuiHefei230601)Abstract：To obtain precise turbine governor system parameters from load disturbance experiment data，the simulation model is built with standard module of power system special software BPABased on standard differential evolution algorithm，all adaptive arithmetic operator is presented to improve the calculation speed and reduce the probability of running into local extreme valueThe experiment results show that this method can recognize the parameters of governor system accurately,and provide veracious analysis data for gird stabilization calculationKey words：Turbille：Govemor System；Parameter Identification；Differential Evolutionl引言实际情况建立出其仿真模型，通过参数辨识方法计算出 调节系统的各项参数，为电力系统稳定计算提供准确的发电机组是承担电网一次调频任务的主体，建立汽分析数据。轮机在电网频率扰动下的功率输出响应特性模型，能使电网仿真计算准确地模拟出实际系统的动态特性，进行 差分进化算法(Differential Evolution，DE)是目前应用比较广泛的参数辨识方法，它基于群体进化，具有电网负荷频率控制策略研究等重要工作【12】。但在生产过记忆个体最优解和种群内信息共享的特点，通过采用浮程中，由于汽轮机设计参数更改等原因，由制造厂提供点矢量编码在连续空间进行随机并行搜索，能够有效解的调节系统仿真模型参数与实际情况相差甚远，无法实决复杂系统的优化问题。该算法的基本结构与遗传算法现准确的电网负荷动态仿真。实际工作中，需通过负荷类似，但其子代的生成过程中用到了父代多个个体的线扰动试验测出调节系统的相关特性数据，根据调节系统性组合，而不是遗传算法传统单一的父代染色体交叉技术【】，具有更强的全局搜索能力。因此本文以标准差分作者简介：武海澄(1979-)，男。博士，工程师，吉林辽源人，研究方 进化算法为基础，同时采用自适应算子对算法进行了改向为火电机组数字仿真与机网协调控制；蔡兵(1969一)，男，高级工程师，安徽蚌埠人研究方向为热工自动化与机网协调控制：脒胜利 进，进一步提高了计算速度，降低了算法陷入局部极值(1974一)，男，高级工程师。安徽安庆人，研究方向为热工自动化与机 的概率。实验结果表明，该方法能够准确地辨识出调节网协调控制。50系统仿真技术及其应用第12卷系统的各项性能参数，为电网仿真计算提供准确可靠的去，下一代中的所有个体都比当前种群的对应个体更佳技术参数。或者至少一样好。2标准差分进化算法x?。：j“；“iff(“?+1)厂(衫)(5)【够otherwise对于待辨识问题，设其解向量为x】叫，其中D为待辨识参数的数量。在差分进化算法中，首先需要建立(5)边界条件处理。在有边界条件约束的问题中，需要确保产生的新个体参数值位于问题的解空间中，一问题可行解空间的种群，如式(1)所示，其中P为种群般将不符合边界约束的新个体用在可行域中随机产生的规模，G表示计算过程中种群进化的代数，在计算过程中NP始终保持不变。参数向量代替，即若G“lm，那么x矗x&G“=randiO，1(#一)+(6)xi。xi：XG=(1)3差分进化算法改进；Ix：2在标准的DE算法中变异算子F是一个实常数，无 法准确控制变异率，F过大会导致求解精度低，过小会差分进化算法的基本思想是对当前种群进行变异和导致求解过程陷入局部极值，为此这里引入自适应算子交叉操作，产生另一个新种群，然后利用基于贪婪思想对算法性能进行改进。 的选择操作对这两个种群进行一对一的选择，从而产生最终的新一代种群。具体算法如下【71。F：R一2，旯：Pl一上G+I-G(7)(1)种群初始化。在使用DE算法进行问题求解之式中：凡为变异算子，G。为最大进化代数，G为当前，必须对种群进行初始化处理，以便建立优化搜索的前进化代数。在算法开始时自适应变异算子取值在 初始节点。种群初始化的方法一般是在给定待辨识参数即2Fo之间，具有较大值，在初期能够保持个体多样性，的约束条件内随机选择，设参数变量的约束条件为避免算法陷入局部极值，随着算法进展变异算子逐步降 工!Xix!)，贝0有低，到后期变异率接近R，保留优良信息，避免了最优岛=randO，1】(xf舢-XlL)+解遭到破坏，提高了搜索出全局最优解的能力。(i=1，2，D；，=l，2，NP)4调节系统仿真模型(2)变异操作。对于每一个G代目标向量工9，基在电力系统稳定计算中，需要使用汽轮机调节系统本的变异操作方法如下 仿真模型及其相关参数，目的在于分析大区域互联电网 v=+F(一)(3)的稳定性，以及汽轮机参与电网一次调频的负荷响应特 其中：巧，r2，r3l，2，P)互不相同且与目标向量性。现代汽轮机采用的数字电液调节系统(DEH)具有 序号，也不同，为此必须满足朋鬯4：x：为父代基向量， 汽轮机自动程序控制(ATC)、负荷自动调节、自动保护 鸺一焉)称作父代差分向量：，称作变异算子，通常在及一次调频等功能f8】，其中一次调频功能设计方法一般采【O，2】之内取值，用于控制偏差变量的大小。取将转速偏差(或频率偏差)信号对应的调频指令叠加 (3)交叉操作。为了增加干扰参数向量的多样性，到汽机调节阀门开度指令上的办法，以保证一次调频的 引入交叉操作响应速度。同时为了获得一次调频的持续性，一般在协玑G。：矿(阳d(郧CR)洲=聊打(，)(4)调控制系统(CCS)中也加入一次调频控制回路，即采”IxOtherwise用DEH+CCS控制模式，调节系统的基本工作原理如图1所示。式中：rand(i)表示【0，1之间随机发生器的第i个估计值；rnbrq)1，2 ，D)是一个随机选择序列，用它来确目前在火电机组汽轮机调节系统的仿真计算中，普保“，+-至少从v获得一个参数：C尺为交叉算子，取值遍使用的是BPA、PSSE、PSASP三大电力系统专用仿真分析软件推荐的标准模型，例如由BPA软件中的标准组范围为0，l】。(4)选择操作。为了决定试验向量”是否能成为件建立的汽轮机调节系统仿真模型如图2所示，其中主要包括了汽轮机调节系统、调节阀门执行机构以及汽轮下一代种群中的成员，DE算法按照贪婪准则将试验向量机模型。与当前种群中的目标向量工?进行比较。如果目标函数m)要被最小化，那么具有较小目标函数值的向量将生存下第二部分 建模与仿11-：；0-2I-5l图1汽轮机调节系统基本工作原理时间常数时间常数时间常数图2汽轮机调节系统BPA标准仿真模型5参数辨识及校验如图5所示，可以看到仿真结果与实测曲线基本一致。 为了获得汽轮机调节系统的性能参数，需对发电机辨识及校验结果说明，由DE算法及BPA标准仿真模型计算得到的汽轮机调节系统性能参数，能够真实地反映组进行负荷扰动试验，测取机组一次调频动作后的暂态特性数据，再通过辨识方法算出仿真模型中的相关参数。 出发电机组DEH的实际调频特性，为电网控制策略研究提供准确的分析数据。以安徽某电厂2号机组(容量为300MW)在270MW附近的一次负荷扰动试验数据为例，试验测取的发电机组 主汽压力、调节级压力、有功功率、转速偏差等信号如 图3所示。使用差分进化算法根据负荷扰动试验数据对 该机组BPA仿真模型进行参数辨识计算，设置DE算法 种群规模NP=60，进化代数G=200，计算后得到该机组 调节系统的相关性能参数如表l所示，仿真曲线与实测 数据对比情况如图4所示。从图中可以看到，经DE算法 计算得到的汽轮机调节系统性能参数使得其仿真模型的 模拟曲线与实测曲线完全吻合。为了进一步验证辨识结果的准确性，利用仿真模型图3发电机组负荷扰动试验曲线及参数模拟该机组在250MW附近的一次负荷扰动试验，52系统仿真技术及其应用第12卷表1BPA标准仿真模型参数辨识结果6结束语参数物理意义辨识结果汽轮机调节系统仿真建模及参数辨识方法，对电力 R 调差系数 00482系统的稳定分析具有重要的研究意义和使用价值。本文 Tl 控,lJiVJ-问常数 01094 以标准差分进化算法为基础，通过自适应算予对DE算法 T1 伺服!J【时I、司箝数 O1013 进行了改进，有效地提高了算法寻优能力，能够从发电 TrH 蒸汽容积时间常数 O1708机组负荷扰动试验数据r|I辨识出准确的性能参数，为电FHP 高胝缸功二笨比例02940网稳定计算提供可靠的分析数据。TRH 再热器时间常数 97284FIP 中Hi缸功率比例 02680参考文献Tco 交叉管时间常数 051421】郝勇生，张学超，胥建群数字电液调节系统负荷控制FI P低七-i功；笨比例 04380功能的仿真研究【J汽轮机技术，2006，48(6)：426-429Cof 过j嘲系数n 83402】韩英昆，孟祥荣，牟琳1000Mw火电机组DEH一次调撇频控制方式应用与探讨【J华东电力，2008，36(3)：9597獬【3】高伟，李阳海，王大光等遗传算法在汽轮机调速系统 擞参数辨识中的应用阴华中科技大学学报，2006，34(1 o)：重 擞乏8082t苷 瑚雷舞 掰【4】戴义平，邓仁纲，刘炯等基于遗传算法的汽轮机非线g挑性调节系统的参数辨识研究J】动力工程，2003，23(I)：拼22152218m【5】吴亮红，王耀南，周少武等双群伪并行差分进化算法