2021同步发电机调速系统参数实测及建模导则

中华人民共和国国家标准同步发电机调速系统参数实测及建模导则发布目次前言 Ⅰ1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14总体要求 25试验条件 26调速系统模型 37参数实测与辨识 108仿真验证 139模型参数确认和稳定性校核 13附录A(资料性)参数收集 14附录B(资料性)常见模型 18附录C(资料性)信号采集 25参考文献 26Ⅰ前言起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电力企业联合会提出。本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会(SAC／TC446)归口。本文件起草单位：中国电力科学研究院有限公司、国家电网有限公司国家电力调度控制中心、中国南方电网电力调度控制中心、南方电网科学研究院有限责任公司、国网冀北电力有限公司、国网陕西省电力公司、国网重庆市电力公司、国网浙江省电力有限公司、国网山东省电力公司、云南电网有限责任公司、广东电网有限责任公司。1同步发电机调速系统参数实测及建模导则本文件规定了电力系统稳定分析计算的同步发电机调速系统模型、参数实测与辨识、仿真验证及模型参数确认和稳定性校核的要求。本文件适用于汽轮发电机组(火电机组、核电机组、光热机组等)、水轮发电机组(含抽水蓄能机组)以及燃气发电机组(含燃气蒸汽联合循环机组)调速系统参数实测与建模，其他类型同步发电机调速系统参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB／T14100燃气轮机验收试验GB38755电力系统安全稳定导则GB／T40594电力系统网源协调技术导则GB／T40595并网电源一次调频技术规定及试验导则DL／T824汽轮机电液调节系统性能验收导则DL／T1235—2019同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则DL／T2191水轮机调速器涉网性能仿真检测技术规范DL／T2194水力发电机组一次调频技术要求及试验导则3术语和定义DL／T1235—2019界定的以及下列术语和定义适用于本文件。控制同步发电机转速和输出功率，以维持机组正常运行的设备。注：包括控制系统、执行机构、原动机及能量供给系统等。为控制频率／功率等关键参数，所提供的控制元件和设备。接受原动机数字调节系统指令，控制阀门、导叶(桨叶)等电气／机械液压系统装置。 2以阀门开度作为控制反馈信号的汽轮发电机组控制模式。机组并网时，接收功率指令信号，并使功率跟踪于功率指令信号的控制。 开度跟踪于开度指令信号的控制。 4总体要求4．2调速系统参数实测与建模应包含现场测试、参数辨识、仿真验证和校核工作。4．3调速系统参数实测与建模应按分环节测试、整体验证原则进行。4．4应进行调速系统的闭环控制方式(如：汽轮发电机组负荷闭环、协调控制、水轮发电机组功率闭环等)试验，作为评价调速系统模型参数正确性的依据。4．5调速系统实测模型参数应符合电网调度机构采用的电力系统稳定分析程序要求，并应使用电网调度机构采用的电力系统稳定分析程序进行仿真验证和稳定性校核。4．6新投产发电机组调速系统实测建模试验应在机组正式商业运行前完成。调速系统各部件进行影4．7实测建模完成时间超过5年应进行复核试验，试验项目至少包含负载试验，如测试结果与上次试验结果差异较大，则进行原因分析和技术评估，必要时重新开展实测建模试验。4．8若在实际运行中发现调速系统控制特性发生重大变化，应重新进行参数实测和建模工作。5试验条件5．1．2调速系统应具备供第三方进行模型参数实测所需要接口。5．1．5水轮发电机组调速系统输出模拟量刷新频率应大于50Hz，机组功率应通过机端电压电流计算得到。值基准值。3a)机组冷态，燃气截止阀后无压力；a)调速系统静态调试合格；b)水轮发电机组及引水系统无水或静压；a)一次调频试验已完成，一次调频功能投入运行；b)负载试验工况应包含80％额定负荷及以上的典型工况；c)若机组所在电力系统有需求，应增加100％额定负荷和深度调峰等工况的试验。发电企业提供资料和数据应包含下列内容：a电机调速系统制造厂、型号、调速系统控制方式及其控制逻辑、控制周期；b)火电厂热力计算书、水轮发电机组组水力过渡过程计算书、调速系统调试、验收或优化试验报d)火电厂协调控制(CCS)主逻辑、核电厂协调控制主逻辑、水电厂监控功率闭环控制逻辑，标明限幅、纯延时等非线性控制环节和逻辑控制环节；e)执行机构控制参数见附录A；f)汽轮发电机组／水轮发电机组／燃气轮发电机组参数见附录A。6调速系统模型出信号为测量结果。符号说明：犜—测量环节时间常数；狊—拉普拉斯算子。图1测量环节4PID环节按图2模型表示，各参数均为标幺值。输入信号为控制偏差值，输出信号为控制指令。符号说明：KKKKKKI犖犜—积分输出上限值；I犖犜—积分输出上限值。图2PID环节限幅环节按图3模型表示。符号说明：MA犡—上限值；MI犖—下限值。图3限幅环节死区环节按图4模型表示。符号说明：犇B—正方向死区；犇B—负方向死区。图4死区环节转速不等率环节按图5模型表示。输入信号为转速偏差标幺值，输出信号为控制指令的标幺值。5符号说明：δ—转速不等率。图5转速不等率环节图6速率限制环节纯延迟环节按图7模型表示。符号说明：e—自然常数；犜—纯延迟时间。图7纯延迟环节应对控制系统中的模式切换或参数切换进行建模。汽轮发电机组、水轮发电机组、燃气轮发电机组等执行机构按图8模型表示。轴流转桨式水轮发电标引序号说明：1—电液转换PID模块。图8执行机构模型6开度反馈环节按图9模型表示。输入信号为开度被测量，输出信号为测量结果。符号说明：犜—测量环节时间常数。图9开度反馈环节PID环节按图10模型表示，各参数均为标幺值。输入信号为控制偏差值，输出信号为控制指令。图10PID环节油动机按图11模型表示。当油动机开启时，开关置于犜o位置。当油动机关闭时，开关置于犜c位置。输入信号为开度控制偏差，输出信号为开度。符号说明：犜o—开启时间常数，单位为秒；犜c—关闭时间常数，单位为秒；P—原动机最大功率；P—原动机最小功率。图11油动机环节纯延迟环节按图12模型表示。7符号说明：犜—纯延迟时间。图12纯延迟环节执行机构动作限幅环节按图13模型表示。符号说明：犞犈犔—最大开启限幅；犞犈犔—最大关闭限幅。图13动作速度限幅环节汽轮发电机组模型总体结构按图14模型表示。符号说明：F—高压缸功率比例系数；F—中压缸功率比例系数；F—低压缸功率比例系数。图14汽轮发电机组模型高压缸前汽室容积环节按图15模型表示。输入信号为高压缸调节阀开度，输出信号为调节级压力。8符号说明：犜—高压缸前汽室容积时间常数。图15高压缸前汽室容积环节高压缸功率自然过调系数λ为汽轮发电机组高压缸在动态过程中出力比例将大于稳态时比例的系数，系数λ按图14模型表示，位于高压缸和中压缸之间。再热器容积环节按图16模型表示。输入信号为调节级压力，输出信号为中压缸进汽压力。符号说明：犜—再热容积时间常数。图16再热器容积环节低压连通管容积环节按图17模型表示。输入信号为中压缸排汽压力，输出信号为低压缸进汽压力。符号说明：犜—低压连通管汽室容积时间常数。图17低压连通管容积环节计及引水系统刚性水击的水轮发电机组按图18模型所示，模型包含导叶开度-流量转换环节和水轮发电机组简化模型两部分。说明：图18水轮发电机组及引水系统简化模型9导叶开度流量转换环节按图19模型表示。模型中不考虑空载开度。图中为分段线性。实测时采用功率近似表示流量。输入信号狔为导叶开度标幺值，输出信号Q为水轮发电机组流量标幺值。符号说明：狔—导叶开度标幺值；Q—流量标幺值。图19导叶开度流量转换环节水轮发电机组简化模型按图20模型表示。符号说明：犜—水流惯性时间常数；a—修正系数；b—修正系数。图20水轮发电机组简化模型燃气轮发电机组模型按图21模型表示。输入信号为燃气阀开度，输出信号为燃气轮发电机组功率。符号说明：犜—燃气轮发电机组做功时间常数。图21燃气轮发电机组模型在机电暂态计算与中长期仿真分析过程中，若需要建立原动机能量供给系统模型(见图B．2)，参数可采用实测参数或典型参数。7参数实测与辨识静态试验包含如下内容：a)控制系统PID环节参数校验；b)控制系统死区和限幅环节参数校验；c)测量环节与纯延迟环节参数实测及校验；d)闭环控制逻辑检查、验证，校验数字调节控制系统逻辑及相关参数；f)执行机构开度小阶跃响应特性测试，开度阶跃量应为2％~10％，开度初始位置宜在20％以上。负载试验包含如下内容：a)若汽轮发电机组有阀控模式，则在阀控模式下进行阶跃试验，阶跃信号宜为总阀位指令或频率信号，引起机组功率变化应不小于额定功率3％。b)若汽轮发电机组没有阀控模式，则在汽轮发电机组功率方式或者协调方式下进行正／负方向频c)燃气轮发电机组功率控制方式下进行阶跃试验，阶跃信号宜为功率指令或频率信号，引起机组功率变化应不小于额定功率3％。d)对于燃气-蒸汽联合循环发电机组的汽轮发电机组组，若其调节系统正常运行时保持调门全开，则无需进行建模试验。e)根据机组所在电网需求，可增加机组功率连续调节特性测试：1)协调方式／功率闭环下，以机组核定自动发电控制(AGC)速率上升，调整量为10％额定负2)协调方式／功率闭环下，进行除去死区的负方向频率阶跃量应不小于0．10Hz的频率扰去死区的负方向频率阶跃量应不小于0．10Hz。f)需实测的信号测点见附录C。复核性能试验包含如下内容：a)汽轮发电机组阀控模式下可进行调门开度阶跃试验，阶跃信号宜为总阀位指令或频率信号，引起机组功率变化应不小于额定功率3％；c)需实测的信号测点见附录C。对执行机构开度小阶跃实测结果进行仿真校验，开度仿真结果与实测结果的误差应符合表1规定。表1仿真结果与实测结果误差允许值品质参数误差允许值(＝实测值－仿真值)调节时间(ts)对汽轮发电机组阀控模式实测结果进行仿真校验，功率仿真结果和实测结果的误差应满足表2要求。表2仿真结果与实测结果误差允许值品质参数误差允许值(＝实测值－仿真值)高压缸最大输出功率(P)±10％功率阶跃量高压缸峰值功率时间(犜)调节时间(ts)对燃气轮发电机组频率／功率方式实测结果进行仿真校验，功率仿真结果和实测结果的误差应满足表3要求。表3仿真结果与实测结果误差允许值品质参数误差允许值(＝实测值－仿真值)调节时间(ts)静态试验包含如下内容：a)测量环节与纯延迟环节参数实测及校验；b)调速器调节模式切换试验；d)数字调节控制系统中人工死区环节及限幅(频率、积分或开度)环节测量；e)开度、功率闭环PID等主要控制参数校验；f)执行机构全开、全关特性测试，测试过程输入信号阶跃量应不小于90％；g)执行机构大、小阶跃响应特性测试，小阶跃开度阶跃量宜为5％，大阶跃开度阶跃量应不小h)转桨式机组不同水头下导叶-桨叶协联测试；i)有分段关闭规律执行机构，指令阶跃试验应计及分段关闭规律影响。负载试验包含如下内容：a)应在开度模式下进行正／负方向导叶开度阶跃测试，功率变化量宜大于5％且应不超过10％额定功率。b)开度或功率模式下正／负方向的频率阶跃／功率阶跃试验时，仿真机组功率与实测机组功率误差应满足表5要求。试验要求如下：1)开度模式下频率阶跃试验，除去死区的频率阶跃量应不小于0．10Hz；2)功率模式下频率阶跃试验，除去死区的频率阶跃量应不小于0．10Hz；3)功率模式下功率给定阶跃试验，功率给定变化量宜不大于10％额定功率。c)必要时，可根据稳定需求开展不同工况下的水轮发电机组模型参数实测：1)不同功率水平下测试，在同一水头下，进行20％~100％额定功率下液压执行机构给定阶跃试验，试验引起的功率变化宜在5％~10％额定功率范围内；2)不同水头下负载测试，在不同水头下开展液压执行机构给定阶跃试验，试验引起的功率变d)需实测的信号测点见附录C。复核性能试验包含如下内容：a)应在开度模式下进行导叶开度阶跃测试，引起的功率变化量宜大于5％且小于10％额定功率。仿真机组功率与实测机组功率误差应满足表5要求；与实测机组功率误差应满足表5要求；c)需实测的信号测点见附录C。应在电力系统稳定分析程序中进行，对执行机构开度大、小阶跃实测结果进行仿真校验，开度仿真结果和实测结果的误差应符合表1规定。应在电力系统稳定分析程序中进行，对开度／功率方式实测结果进行仿真校验，功率仿真结果和实测结果的误差应符合表4规定。表4仿真结果与实测结果误差允许值品质参数误差允许值(＝实测值－仿真值)反调峰值功率(P)±10％功率阶跃量反调峰值时间(犜)调节时间(ts)8仿真验证8．1负载试验仿真验证应符合如下要求：a)采用单机无穷大系统应采用实测的等效外电抗；b)采用实际电网数据应调整到试验时的方式；c)发电机模型参数可采用设计参数，励磁系统宜采用实测模型及参数，转动惯量宜采用实测值。8．2仿真验证扰动信号应与实测试验一致。8．3仿真结果和实测结果的误差应符合如下标准：a)汽轮发电机组协调方式下频率扰动试验实测结果与仿真结果误差值应满足表5要求；b)水轮发电机组开度或功率模式下频率阶跃／功率扰动试验实测结果与仿真结果误差值应满足表5汽轮发电机组仿真结果与实测结果误差允许值品质参数误差允许值(＝实测值－仿真值)高压缸最大功率出力功率(P)±30％功率阶跃量高压缸峰值功率时间(犜)调节时间(ts)9模型参数确认和稳定性校核a)机组信息、设计参数完整性确认；b)试验项目完整性、方法正确性确认；c)模型参数辨识过程准确性校核；d)仿真验证结果校核。9．2稳定性校验应符合如下要求：a)应在大电网仿真环境中，采用建模机组所在电网调度机构使用的电力系统稳定分析程序进行校验；b)应进行无扰动／有扰动仿真校验，仿真特性符合电网稳定计算相关要求。附录A (资料性)参数收集编号参数名称符号单位数值备注1转速测量环节时间常数犜犜s2转速偏差死区n3转速不等率％4控制方式5PID比例环节倍数KK6PID积分环节倍数KK7PID微分环节倍数KK8PID积分环节限幅上限％9PID积分环节限幅下限％PID输出限幅环节上限％PID输出限幅环节下限％负荷控制前馈系数KK一次调频频差上限一次调频频差下限编号参数名符号单位数值备注1单阀下高调门开度与流量关系2顺序阀下高调门开度与流量关系3油动机行程反馈时间参数犜犜s4电液转换器比例放大倍数KK5电液转换器积分倍数KK6电液转换器微分倍数KK编号参数名符号单位数值备注1蒸汽容积时间常数犜犜s2高压缸功率比例FF％3再热器时间常数犜犜s4中压缸功率比例FF％5交叉管时间常数犜犜s6低压缸功率比例FF％7惯性时间常数犜s编号参数名符号单位数值备注1汽包容积时间常数犜犜s2过热器容积时间常数犜犜s编号参数名符号单位数值备注1转速测量环节时间常数犜犜s2转速偏差死区n3永态转差系数％4控制方式5PID比例环节倍数KK6PID积分环节倍数KK7PID微分环节倍数KK8PID积分环节限幅上限％9PID积分环节限幅下限％PID输出限幅环节上限％PID输出限幅环节下限％微分时间常数犜犜s一次调频频差上限一次调频频差下限A编号参数名符号单位数值备注1水流惯性时间常数犜犜s2空载开度3满载开度4惯性时间常数犜s编号参数名符号单位数值备注1接力器行程反馈环节时间犜犜s2副环PID环节比例增益KK3副环PID环节微分增益KK4副环PID环节积分增益KK5执行机构输出延时A编号参数名符号单位数值备注1转速测量环节时间常数犜犜s2转速偏差死区n3转速不等率％4控制方式5PID比例环节倍数KK6PID积分环节倍数KK7PID微分环节倍数KK8PID积分环节限幅上限％9PID积分环节限幅下限％PID输出限幅环节上限％PID输出限幅环节下限％一次调频频差上限一次调频频差下限A编号参数名符号单位数值备注1燃料压力控制阀时间常数犜犜s2燃料流量控制阀时间常数犜犜编号参数名符号单位数值备注1压气机时间常数犜犜s附录B (资料性)常见模型无再热器汽轮发电机组模型见图B．1。符号说明：犜—蒸汽容积时间常数。锅炉模型总体结构如图B．2所示。符号说明：犜—燃烧滞后时间常数；犜—燃烧响应时间常数；Q—燃料热量；犜—热量吸收时间常数；m—水冷壁热水流量；犜—汽包容积时间常数；P—汽包压力；K—过热器及主汽管道流量系数；m—过热器热流量；C犞—调门开度；C—过热器容积时间常数；P—主汽压力；m—主汽流量。符号说明：Ng—主接力器行程；N—空载开度；eqh—水轮发电机组流量对水头的传递系数，可近似取0．5；eh—水轮发电机组转矩对水头的传递系数，可近似取1．5；Gh(s)—无调压设施时的引水系统模型，见式(B．1)；At—水轮发电机组增益，见式(B．2)；P—机械功率。式中：T—水流惯性时间常数；Tr—管道反射时间的数值，单位为秒(s)。At＝式中： N－N幺值表示；N—额定负荷开度；N—空载开度。图B．3考虑开度影响的混流式水轮发电机组模型符号说明：N—导叶行程；N—桨叶行程；K—导叶行程系数；K—桨叶行程系数；K—修正系数；T—水流惯性时间常数；a—修正系数；b—修正系数；P—机械功率。标引序号和符号说明：123Δω犇P犇PPPPKKP—调节级压力控制PID；—控制方式选择；—负荷控制PID；—频差；—上升速率限制；—下降速率限制；—调节级压力；—机械功率；—功率给定值；—转速偏差放大倍数；—负荷控制前馈系数；—控制系统指令输出。图B．5汽(燃气)轮发电机组电液调节系统模型1标引序号和符号说