本發(fā)明涉及一種火電機組負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障的在線診斷方法，屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，具有強隨機不確定性新能源電源的大規(guī)模消納使得火電機組面臨嚴(yán)峻考驗，許多火電機組甚至供熱機組，不得不進(jìn)行快速深度變負(fù)荷參與調(diào)峰調(diào)頻運行，給機組的安全高效運行帶來了多方面不同程度的影響。因此，目前的研究主要集中在兩方面：一是對順序閥的進(jìn)汽順序優(yōu)化進(jìn)行研究，解決調(diào)節(jié)級局部進(jìn)汽時的配汽不平衡汽流力對軸系穩(wěn)定性的影響；二是對機組順序閥重疊度優(yōu)化進(jìn)行研究，解決機組調(diào)節(jié)閥流量特性曲線的線性度不合理問題；三是研究調(diào)門特性曲線對機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件壽命等的影響，給出考慮多因素的綜合優(yōu)化方法。此外，還有一部分研究者將研究點也著眼于對于如何定量計算和采取措施降低順序閥的節(jié)流損失和提高機組常運行負(fù)荷點的效率。在新能源電力系統(tǒng)中，火電機組負(fù)荷的快速精準(zhǔn)控制對電網(wǎng)調(diào)度的意義最大，而負(fù)荷振蕩和負(fù)荷突變故障是兩類典型影響負(fù)荷控制質(zhì)量的問題。實際上，由于高調(diào)門流量特性曲線設(shè)計不合理會導(dǎo)致的機組出現(xiàn)多種故障，甚至包括引起機組設(shè)備出現(xiàn)硬件故障。因而，能夠提前對負(fù)荷振蕩、負(fù)荷突變等實際失控故障進(jìn)行預(yù)判，或者在機組出現(xiàn)故障時能夠及時判斷故障根源、指導(dǎo)電廠實際消缺才是最有意義的。

大功率汽輪機的負(fù)荷失控故障嚴(yán)重影響機組的AGC投運和安全運行。針對兩類典型負(fù)荷失控故障，現(xiàn)有技術(shù)急需從在線測試診斷的角度進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)象描述和機理分析。目前對該問題的認(rèn)識普遍存在片面性，實際機組重疊度設(shè)置合理與否不是負(fù)荷失控故障的核心：不僅重疊度設(shè)置不合理會導(dǎo)致機組流量特性曲線的線性度較差；而且重疊度設(shè)置合理條件下，調(diào)門開啟過程過陡或者過于平緩也會導(dǎo)致機組流量特性曲線的線性度不合理，進(jìn)而引起機組的負(fù)荷振蕩現(xiàn)象或負(fù)荷突變故障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中大功率火電機組由于高調(diào)門綜合流量特性曲線設(shè)計不合理可能會導(dǎo)致機組出現(xiàn)多種負(fù)荷失控故障,進(jìn)而提供了一種火電機組負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障的在線診斷方法。

本發(fā)明為解決上述問題而采用的技術(shù)方案是：

所述方法是按照以下步驟實現(xiàn)的；

步驟一：采集機組近期歷史數(shù)據(jù)：提取火電機組中內(nèi)部存儲的日常數(shù)據(jù)，分別采集火電機組中高調(diào)門GV1開度、高調(diào)門GV2開度、高調(diào)門GV3開度、高調(diào)門GV4開度、火電機組綜合閥位指令、火電機組1號瓦瓦溫度、火電機組2號瓦瓦溫度、火電機組3號瓦瓦溫度、火電機組凝汽器真空度、火電機組主蒸汽壓力、火電機組調(diào)節(jié)級壓力、火電機組主蒸汽溫度、火電機組調(diào)節(jié)級溫度、火電機組功率、火電機組1號瓦軸振、火電機組2號瓦軸振、火電機組3號瓦軸振和火電機組EH油壓壓力，采集時間間隔為1秒，采集時間段長度為1天；

其中：

采集高調(diào)門GV1開度、高調(diào)門GV2開度、高調(diào)門GV3開度、高調(diào)門GV4開度、火電機組綜合閥位指令數(shù)據(jù)是為了記錄綜合閥位指令以及高調(diào)門開度的的關(guān)系，描述機組順序閥規(guī)律；

采集火電機組1號瓦瓦溫度、火電機組2號瓦瓦溫度、火電機組3號瓦瓦溫度、火電機組1號瓦軸振、火電機組2號瓦軸振、火電機組3號瓦軸振和火電機組EH油壓壓力是為了確保機組處于安全運行狀態(tài)，不出現(xiàn)因為軸振、瓦溫、油壓波動而導(dǎo)致的跳機故障；

采集火電機組主蒸汽壓力值、火電機組調(diào)節(jié)級壓力值、火電機組主蒸汽溫度值和火電機組調(diào)節(jié)級溫度值是為了通過弗留格爾公式計算機組實際主蒸汽流量，從而得到標(biāo)幺后的主蒸汽流量；

采集火電機組凝汽器真空度與火電機組功率是為了保證機組運行工況的穩(wěn)定，保證數(shù)據(jù)的可信度。

步驟二：實際主蒸汽流量標(biāo)幺計算：根據(jù)步驟一火電機組中采集的數(shù)據(jù)根據(jù)弗留格爾公式計算實際主蒸汽流量，從而得到標(biāo)幺后實際主蒸汽流量：

標(biāo)幺后實際主蒸汽流量

G為額定流量，G'為變工況流量，p₁為額定工況下的主蒸汽壓力，p₂為額定工況下的調(diào)節(jié)級后壓力，p′₁為變工況時的主蒸汽壓力，p'₂為變工況時的調(diào)節(jié)級后壓力，t₁為額定主蒸汽溫度，t₂為變工況時主蒸汽溫度；

步驟三：利用數(shù)據(jù)得到綜合流量特性曲線：根據(jù)步驟二中得出多個標(biāo)幺實際主蒸汽流量值，且得到的多個標(biāo)幺實際主蒸汽流量值中每個標(biāo)幺實際主蒸汽流量值與步驟一中對應(yīng)采集的火電機組綜合閥位指令值組合為一組數(shù)據(jù)點，并以火電機組綜合閥位指令為橫坐標(biāo)，標(biāo)幺實際主蒸汽流量為縱坐標(biāo)，進(jìn)而得出多組坐標(biāo)點；

利用最小二乘法對得到的多組坐標(biāo)點進(jìn)行線性擬合，從而得到綜合流量特性曲線，進(jìn)而得出綜合流量特性曲線的線性度K，

其中，綜合流量特性曲線的線性度K定義為曲線第一點、曲線最后一點和各個拐點之間的各曲線線段的斜率，分別為K1，K2···Kn(n≥1)；如果綜合流量特性曲線在曲線第一點與曲線最后一點之間不存在拐點，則綜合流量特性曲線的線性度K定義為曲線第一點與曲線最后一點之間曲線斜率為K1。

以圖3為例對綜合流量特性曲線的線性度K進(jìn)行說明，第一點a與拐點b之間的曲線段為曲線段1，其線性度K1＝0.32497；拐點b至最后一點c之間的曲線段為曲線段2，其線性度K2＝75953.

步驟四：負(fù)荷失控故障診斷判定：根據(jù)步驟三中綜合流量特性曲線各分段的線性度K分別進(jìn)行負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障診斷,當(dāng)0＜K＜0.5之間時得出火電機組出現(xiàn)負(fù)荷振蕩故障概率極大，當(dāng)0.5≤K≤1.5時火電機組處于正常工作狀態(tài)，當(dāng)1.5＜K＜100時火電機組出現(xiàn)負(fù)荷突變故障概率極大。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提出的一種火電機組負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障的診斷方法，是利用日常運行數(shù)據(jù)的在線測試診斷方法，不需要額外的實驗，只需要利用平時運行數(shù)據(jù)即可進(jìn)行在線診斷，對于由調(diào)門特性問題導(dǎo)致的實際負(fù)荷失控故障的主動預(yù)防和有效診斷具有明顯的工程價值，防止火電機組工作過程中出現(xiàn)負(fù)荷振蕩或負(fù)荷突變故障問題的發(fā)生，保證機組的正常運行。

2、本方法不僅適用于一般的噴嘴調(diào)節(jié)方式機組的負(fù)荷失控問題，而且也適用于采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式百萬級別機組的負(fù)荷難以控制的問題，適用范圍較大。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有四調(diào)門火電機組高調(diào)門布置示意圖；

圖2為機組實際的原始數(shù)據(jù)；

圖3為利用機組原始數(shù)據(jù)通過最小二乘法線性擬合得到的最終擬合曲線；

圖4為利用綜合流量特性曲線線性度進(jìn)行負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障的在線診斷方法示意圖；

圖5為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組1號高調(diào)門GV1與3號高調(diào)門GV3開度示意圖；

圖6為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組負(fù)荷變化示意圖；

圖7為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組各位置蒸汽壓力運行參數(shù)示意圖；

圖8為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組各位置蒸汽溫度運行參數(shù)示意圖；

圖9為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組原順序閥設(shè)計規(guī)律示意圖；

圖10為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組原綜合流量特性曲線示意圖；

圖11為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組對綜合流量特性曲線線性度優(yōu)化后的順序閥設(shè)計規(guī)律示意圖；

圖12為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組對綜合流量特性曲線線性度優(yōu)化后的流量特性曲線線性度示意圖；

圖13為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組對綜合流量特性曲線線性度優(yōu)化后的機組負(fù)荷及調(diào)節(jié)級后壓力變化示意圖；

圖14發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組3號高調(diào)門GV3與4號高調(diào)門GV4高調(diào)門開度示意圖；

圖15為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組負(fù)荷變化示意圖；

圖16為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組各位置蒸汽壓力運行參數(shù)示意圖；

圖17為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組各位置蒸汽溫度運行參數(shù)示意圖；

圖18為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組原順序閥設(shè)計規(guī)律示意圖；

圖19為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組原綜合流量特性曲線示意圖；

圖20為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組對綜合流量特性曲線線性度優(yōu)化后的順序閥設(shè)計規(guī)律示意圖；

圖21為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組對綜合流量特性曲線線性度優(yōu)化后的流量特性曲線線性度示意圖；

圖22為發(fā)生負(fù)荷突變故障的火電機組對綜合流量特性曲線線性度優(yōu)化后的機組負(fù)荷的調(diào)控能力示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結(jié)合圖1-圖22說明本實施方式，本實施方式所述一種火電機組負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障的在線診斷方法，所述方法是按照以下步驟實現(xiàn)的；

步驟一：采集機組近期歷史數(shù)據(jù)：提取火電機組中內(nèi)部存儲的日常數(shù)據(jù)，分別采集火電機組中高調(diào)門GV1開度、高調(diào)門GV2開度、高調(diào)門GV3開度、高調(diào)門GV4開度、火電機組綜合閥位指令、火電機組1號瓦瓦溫度、火電機組2號瓦瓦溫度、火電機組3號瓦瓦溫度、火電機組凝汽器真空度、火電機組主蒸汽壓力、火電機組調(diào)節(jié)級壓力、火電機組主蒸汽溫度、火電機組調(diào)節(jié)級溫度、火電機組功率、火電機組1號瓦軸振、火電機組2號瓦軸振、火電機組3號瓦軸振和火電機組EH油壓壓力，采集時間間隔為1秒，采集時間段長度為1天；

其中：

采集高調(diào)門GV1開度、高調(diào)門GV2開度、高調(diào)門GV3開度、高調(diào)門GV4開度、火電機組綜合閥位指令數(shù)據(jù)是為了記錄綜合閥位指令以及高調(diào)門開度的的關(guān)系，描述機組順序閥規(guī)律；

采集火電機組1號瓦瓦溫度、火電機組2號瓦瓦溫度、火電機組3號瓦瓦溫度、火電機組1號瓦軸振、火電機組2號瓦軸振、火電機組3號瓦軸振和火電機組EH油壓壓力是為了確保機組處于安全運行狀態(tài)，不出現(xiàn)因為軸振、瓦溫、油壓波動而導(dǎo)致的跳機故障；

采集火電機組主蒸汽壓力值、火電機組調(diào)節(jié)級壓力值、火電機組主蒸汽溫度值和火電機組調(diào)節(jié)級溫度值是為了通過弗留格爾公式計算機組實際主蒸汽流量，從而得到標(biāo)幺后的主蒸汽流量；

采集火電機組凝汽器真空度與火電機組功率是為了保證機組運行工況的穩(wěn)定，保證數(shù)據(jù)的可信度。

步驟二：實際主蒸汽流量標(biāo)幺計算：根據(jù)步驟一火電機組中采集的數(shù)據(jù)根據(jù)弗留格爾公式計算實際主蒸汽流量，從而得到標(biāo)幺后實際主蒸汽流量：

標(biāo)幺后實際主蒸汽流量

G為額定流量，G'為變工況流量，p₁為額定工況下的主蒸汽壓力，p₂為額定工況下的調(diào)節(jié)級后壓力，p′₁為變工況時的主蒸汽壓力，p'₂為變工況時的調(diào)節(jié)級后壓力，t₁為額定主蒸汽溫度，t₂為變工況時主蒸汽溫度；

步驟三：利用數(shù)據(jù)得到綜合流量特性曲線：根據(jù)步驟二中得出多個標(biāo)幺實際主蒸汽流量值，且得到的多個標(biāo)幺實際主蒸汽流量值中每個標(biāo)幺實際主蒸汽流量值與步驟一中對應(yīng)采集的火電機組綜合閥位指令值組合為一組數(shù)據(jù)點，并以火電機組綜合閥位指令為橫坐標(biāo)，標(biāo)幺實際主蒸汽流量為縱坐標(biāo)，進(jìn)而得出多組坐標(biāo)點；

利用最小二乘法對得到的多組坐標(biāo)點進(jìn)行線性擬合，從而得到綜合流量特性曲線，進(jìn)而得出綜合流量特性曲線的線性度K，

其中，綜合流量特性曲線的線性度K定義為曲線第一點、曲線最后一點和各個拐點之間的各曲線線段的斜率，分別為K1，K2···Kn(n≥1)；如果綜合流量特性曲線在曲線第一點與曲線最后一點之間不存在拐點，則綜合流量特性曲線的線性度K定義為曲線第一點與曲線最后一點之間曲線斜率為K1。

以圖3為例對綜合流量特性曲線的線性度K進(jìn)行說明，第一點a與拐點b之間的曲線段為曲線段1，其線性度K1＝0.32497；拐點b至最后一點c之間的曲線段為曲線段2，其線性度K2＝75953.

步驟四：負(fù)荷失控故障診斷判定：根據(jù)步驟三中綜合流量特性曲線各分段的線性度K分別進(jìn)行負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障診斷,當(dāng)0＜K＜0.5之間時得出火電機組出現(xiàn)負(fù)荷振蕩故障概率極大，當(dāng)0.5≤K≤1.5時火電機組處于正常工作狀態(tài)，當(dāng)1.5＜K＜100時火電機組出現(xiàn)負(fù)荷突變故障概率極大。

以圖3為例對負(fù)荷失控故障診斷判定方法進(jìn)行說明，曲線段1線性度K1＝0.32497，滿足0＜K＜0.5的條件，判定在55.5％-59％主蒸汽流量區(qū)間火電機組出現(xiàn)負(fù)荷振蕩故障概率極大。

實際上，對于火電機組負(fù)荷振蕩與負(fù)荷突變故障的根源在于調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線的線性度。可通過以總閥位指令為橫坐標(biāo)，以實際流量輸出為縱坐標(biāo)得到的曲線來表示閥門流量特性的線性度。理想情況下，該曲線是斜率K為1的直線。當(dāng)特性曲線線性度不好時，得到的就不是規(guī)則的直線了。如圖8所示：

1)K₀為理想的流量特性曲線的線性度，即總閥位指令和實際流量關(guān)系線的斜率為1；

2)K₁為重疊度設(shè)置過小而導(dǎo)致的流量特性曲線線性度不合理，即關(guān)系線的斜率小于1；當(dāng)然，當(dāng)重疊度設(shè)置合理而調(diào)門開啟過程過于平緩時，也會導(dǎo)致出現(xiàn)總閥位指令增加而實際流量變化非常緩慢的問題，即關(guān)系線的斜率小于1；

3)K₂為斜率大于1的另外一種特想曲線不合理問題，但是并不是單純重疊度設(shè)置過大所導(dǎo)致的：當(dāng)重疊度設(shè)置過大時，如果2個重疊開啟的調(diào)節(jié)閥的開啟過程比較平緩，這個斜率也可以等于1；只有兩個調(diào)節(jié)閥的開啟過程較快時，斜率才會超過1。實際上，當(dāng)重疊度設(shè)置合理時，如果單個調(diào)節(jié)閥的開啟過程過陡，關(guān)系線的斜率也會超過1。

實施例

案例機組1為超臨界350MW空冷機組，機組在順序閥方式下出現(xiàn)了負(fù)荷振蕩現(xiàn)象。

如圖3至圖6所示，分別為負(fù)荷振蕩時的參與機組負(fù)荷調(diào)節(jié)的調(diào)門開度、蒸汽壓力、蒸汽溫度以及負(fù)荷和總閥位指令變化的時域圖。

從圖3中可以看出：機組在200MW～260MW負(fù)荷區(qū)間運行時，出現(xiàn)負(fù)荷振蕩現(xiàn)象，總閥位指令出現(xiàn)振蕩；如圖3、圖5和圖6所示，機組還伴隨調(diào)門、蒸汽壓力和溫度的振蕩。此種故障對機組本身和電網(wǎng)的安全高效運行產(chǎn)生極大影響。

圖9為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組對流量特性曲線線性度優(yōu)化后的順序閥設(shè)計規(guī)律示意圖，圖10為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組對流量特性曲線線性度優(yōu)化后的流量特性曲線線性度示意圖，圖11為發(fā)生負(fù)荷振蕩故障的火電機組對流量特性曲線線性度優(yōu)化后的機組負(fù)荷及調(diào)節(jié)級后壓力變化示意圖。從圖9至圖11中可以看出，機組的流量特性曲線的線性度得到了較好的優(yōu)化，機組的負(fù)荷振蕩故障消除。

案例機組2為亞臨界330MW供熱機組，機組在順序閥方式下在某一總閥位指令區(qū)間出現(xiàn)了負(fù)荷突變問題。如圖12至圖15所示，分對應(yīng)負(fù)荷突變時的調(diào)調(diào)門開度、蒸汽壓力、蒸汽溫度以及負(fù)荷和總閥位指令變化的時域圖。

然而，與負(fù)荷振蕩現(xiàn)象不同的是，從圖中不能直接看出負(fù)荷突變現(xiàn)象，如圖12至圖15所示故障現(xiàn)象不明顯；但是，機組實際在此類故障區(qū)間運行時不能順利投運AGC。如圖17所示，通過總閥位指令和負(fù)荷的關(guān)系圖，可以明顯看出機組在總閥位78％～86％指令區(qū)間，存在負(fù)荷突變現(xiàn)象；即圖中三個負(fù)荷區(qū)間對應(yīng)的斜率是有明顯差別的，斜率差別大約為4倍左右，也就是單位指令對應(yīng)的負(fù)荷變化量是其它指令區(qū)間對應(yīng)負(fù)荷變化量的4倍。

利用本方法對以上兩臺案例機組進(jìn)行了在線故障診斷，并針對綜合流量曲線線性度進(jìn)行了優(yōu)化，

如圖9和圖18所示，基于每個調(diào)門在不同開啟順序閥下對應(yīng)的流量變化特點設(shè)計了相應(yīng)的順序閥規(guī)律曲線；從圖10和圖19所示，機組流量特性曲線的線性度得到明顯改善；如圖11和圖20所示，機組原存在的負(fù)荷振蕩和突變故障被消除，負(fù)荷控制特性得到極大改善。