汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其包含：S1、對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行高調(diào)門特性靜態(tài)試驗，DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗，以及DEH+CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗；S2、對步驟S1中得到的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、測點信息確認(rèn)、標(biāo)幺預(yù)處理；S3、分別對電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模型、汽輪機模型、調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型進(jìn)行參數(shù)辨識和校驗；S4、對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行BPA校核。其優(yōu)點是：提高了汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型的參數(shù)辨識精準(zhǔn)度，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定分析，且方法簡捷實用。
【專利說明】
汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及汽輪機建模與仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù) 辨識方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)實施參數(shù)辨識，可以獲得汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型各環(huán)節(jié)的參數(shù)， 從而建立對應(yīng)模型，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析計算具有重要意義。
[0003] 傳統(tǒng)的參數(shù)辨識為人工方式，其計算量大，不確定因素高，辨識效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其辨識結(jié)果精度 高，方法簡捷實用。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] -種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型包含電液伺 服執(zhí)行機構(gòu)模型、汽輪機模型以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型，其特征是，包含以下步驟：
[0007] S1、對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行高調(diào)門特性靜態(tài)試驗，DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗，以及 DEH+CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗；
[0008] S2、對步驟S1中得到的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、測點信息確認(rèn)、標(biāo)么預(yù)處理；
[0009] S3、分別對電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模型、汽輪機模型、調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型進(jìn)行參數(shù)辨識和校 驗；
[0010] S4、對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行BPA校核。
[0011] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S1具體包含：
[0012] 高調(diào)門特性靜態(tài)試驗中，模擬機組在并網(wǎng)狀態(tài)，手動方式下，分別進(jìn)行總閥位指令 的大階躍、小階躍試驗；
[0013] DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗中，機組在80 %以上額定負(fù)荷穩(wěn)定運行，CCS切除，DEH-次調(diào) 頻投入，DEH運行方式切換至閥控方式，進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速5rpm上、下階躍擾動試驗；
[0014] DEH+CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗中，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行DEH+CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗，機組在 80%以上額定負(fù)荷穩(wěn)定運行，CCS投入，一次調(diào)頻功能投入，功率閉環(huán)情況下，進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速 進(jìn)行5rpm上、下階躍擾動試驗。
[0015] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S2具體包含：
[0016] S21、多通道取試驗數(shù)據(jù)，將試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易處理數(shù)據(jù)格式并導(dǎo)出；
[0017] S22、將轉(zhuǎn)存的試驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab，根據(jù)試驗記錄中測點通道信息，分別命名各 通道的測點信息代碼；
[0018] S23、對各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)么處理。
[0019]上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述步驟S3中電液伺服執(zhí)行機 構(gòu)模型參數(shù)辨識和校驗具體包含：
[0020] S311、選取高調(diào)門特性靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模型參數(shù)辨識；
[0021] S312、將仿真曲線與實測曲線對比；
[0022] S313、判定對比結(jié)果是否在允許偏差范圍。
[0023] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S3中汽輪機模型參 數(shù)辨識和校驗具體包含：
[0024] S321、選取DH1側(cè)一次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行汽輪機模型參數(shù)辨識；
[0025] S322、仿真曲線與實測曲線對比；
[0026] S322、對參數(shù)辨識結(jié)果，選取校驗數(shù)據(jù)對其進(jìn)行校驗，判定對比結(jié)果是否在允許偏 差范圍。
[0027] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S3中調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型 參數(shù)辨識和校驗具體包含：
[0028] S331、選取CCS+DH1-次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型參數(shù)辨識；
[0029] S332、仿真曲線與實測曲線對比；
[0030] S333、對參數(shù)辨識結(jié)果，選取校驗數(shù)據(jù)對其進(jìn)行校驗，判定對比結(jié)果是否在允許偏 差范圍。
[0031] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S4具體包含：
[0032] S41、在BPA中建立單機無窮大系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)模型采用步驟S3中的得到的辨識參 數(shù)；
[0033] S42、在CCS功率控制方式下進(jìn)行頻率擾動仿真，對比仿真與實測結(jié)果滿足允許偏 差的要求。
[0034] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：提高了汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型的參數(shù)辨識精 準(zhǔn)度，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定分析，且方法簡捷實用。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型；
[0036]圖2為本發(fā)明中的電液伺服機構(gòu)模型；
[0037]圖3為本發(fā)明中的汽輪機模型；
[0038] 圖4為本發(fā)明中電液伺服機構(gòu)模型參數(shù)辨識與校驗流程圖；
[0039] 圖5為本發(fā)明中汽輪機模型參數(shù)辨識與校驗流程圖；
[0040] 圖6為本發(fā)明中調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識與校驗流程圖。
【具體實施方式】
[0041] 以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。 [0042]汽輪機調(diào)速系統(tǒng)包含調(diào)速器、伺服執(zhí)行機構(gòu)以及汽輪機，其控制原理是，調(diào)速器用 于感應(yīng)電網(wǎng)頻率(轉(zhuǎn)速)變化，根據(jù)控制計算方式將轉(zhuǎn)速變化轉(zhuǎn)變?yōu)殚y位開度(流量)指令， 伺服執(zhí)行機構(gòu)實施閥位開度指令，控制調(diào)節(jié)汽門的行程，汽輪機用于根據(jù)高壓閥門位置和 主蒸汽壓力等因素實際做功;汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型包含如圖2所示的電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模 型、如圖3所示的汽輪機模型以及如圖1所示的調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型這3大部分，圖中的A W為頻率 (轉(zhuǎn)速)偏差;Ki為調(diào)差系數(shù);Pref為功率設(shè)定;Pe為電磁功率;K2為前饋系數(shù);Pcv為閥位指令； VELopen為最大開啟速度;VELclose為最大關(guān)閉速度;Tc為調(diào)門關(guān)閉時間；To為調(diào)門開啟時 間；Pmax為最大原動機輸出功率(油動機最大行程或調(diào)門最大開度）；Pmin為最小原動機輸出 功率(油動機最小行程或調(diào)門最小開度）；T 2*油動機行程反饋環(huán)節(jié)(LVDT)時間；TCH為蒸汽 容積時間常數(shù);Trh為再熱器時間常數(shù);T〇)為交叉管時間常數(shù);Fhp為高壓缸功率比例;F IP為中 壓缸功率比例;Flp為低壓缸功率比例;A為高壓缸功率自然過調(diào)系數(shù)。
[0043] 本發(fā)明提供了一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其包含以下步驟：
[0044] S1、對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行高調(diào)門特性靜態(tài)試驗，DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗，以及 DEH+CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗；
[0045] S2、對步驟S1中得到的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、測點信息確認(rèn)、標(biāo)么預(yù)處理；
[0046] S3、分別對電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模型、汽輪機模型、調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型進(jìn)行參數(shù)辨識和校 驗；
[0047] S4、對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行BPA校核。
[0048] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S1具體包含：1、高調(diào) 門特性靜態(tài)試驗:用于調(diào)門開、關(guān)時間及電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)PID參數(shù)辨識。模擬機組的并網(wǎng)狀態(tài)， 手動方式下，分別進(jìn)行總閥位指令的大階躍(全開、全關(guān)）、小階躍（±10%、±5%)試驗。其 中小階躍試驗時，閥門初始應(yīng)處于中間閥位位置。2、DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗：用于汽輪機模型 參數(shù)辨識。機組在80 %以上額定負(fù)荷穩(wěn)定運行，CCS切除，DEH-次調(diào)頻投入，DH1運行方式切 換至閥控方式（功率開環(huán)），進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速5rpm上、下階躍擾動試驗(若單DEH側(cè)不具備一次 調(diào)頻功能，則DEH切手動方式，進(jìn)行閥位階躍擾動試驗，引起不超過3 %的負(fù)荷變化）。3、DEH+ CCS-次調(diào)頻試驗：用于調(diào)速器控制參數(shù)辨識及調(diào)速系統(tǒng)模型整體校核。機組在80%以上額 定負(fù)荷穩(wěn)定運行，CCS投入，一次調(diào)頻功能投入，功率閉環(huán)情況下，進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速進(jìn)行5rpm 上、下階躍擾動試驗。
[0049] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S2具體包含：
[0050] S21、將多通道暫態(tài)錄波儀采集的錄波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為mat、CSV、txt等易于處理的數(shù)據(jù) 格式并導(dǎo)出。為避免試驗數(shù)據(jù)量過大，應(yīng)將不同試驗項目數(shù)據(jù)分別保存到不同文件。多通道 錄取試驗數(shù)據(jù)，將試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易處理數(shù)據(jù)格式并導(dǎo)出；本實施例中，為保證錄波曲線的 精度，機組功率、高調(diào)門開度、調(diào)節(jié)級壓力測點刷新頻率應(yīng)不小于10Hz;其他壓力以及部分 中間計算量測點刷新頻率應(yīng)不小于5Hz。
[0051] S22、將已轉(zhuǎn)存的試驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab，根據(jù)試驗記錄中測點通道信息，分別命名 各通道的測點信息代碼；
[0052] S23、對各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)么處理：（錄波數(shù)據(jù)-測量低限）/測量量程;數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo) 幺處理之后，根據(jù)測點的物理量程，即可得到物理意義明確的試驗錄波曲線。
[0053]上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述步驟S3中電液伺服執(zhí)行機 構(gòu)模型參數(shù)辨識和校驗具體包含：調(diào)門開關(guān)時間的測取、電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)PID參數(shù)辨識及校 驗。開關(guān)時間直接通過調(diào)門的全開、全關(guān)試驗測取，PID參數(shù)通過調(diào)門小階躍開關(guān)試驗數(shù)據(jù) 辨識得到，辨識及校驗流程如圖4所示;且電液伺服執(zhí)行機構(gòu)仿真與實測對比偏差應(yīng)滿足下 表所示要求：

[0055] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S3中汽輪機模型參 數(shù)辨識和校驗具體包含:選取DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行汽輪機模型參數(shù)辨識，包括再熱 器時間常數(shù)辨識、高壓汽室時間常數(shù)及高壓缸自然過調(diào)系數(shù)辨識。通過調(diào)節(jié)級壓力和中壓 缸進(jìn)口壓力數(shù)據(jù)，采用最小二乘法辨識再熱器時間常數(shù);通過總閥位指令和機組功率數(shù)據(jù)， 采用最小二乘法辨識高壓汽室時間常數(shù)及高壓缸自然過調(diào)系數(shù)。對于參數(shù)辨識結(jié)果，應(yīng)再 選取校驗數(shù)據(jù)對其進(jìn)行校驗，方法是搭建模型，以實測數(shù)據(jù)為輸入，將仿真輸出與實測數(shù)據(jù) 進(jìn)行對比，在允許誤差范圍之內(nèi)，則辨識結(jié)果可用。汽輪機模型參數(shù)辨識及校驗流程如圖5 所示；
[0056] 根據(jù)圖3模型可轉(zhuǎn)化得到傳遞函數(shù)模型：
[0057]其中低壓連通管時間常數(shù)Tco很小，又由于其前存在很大的容積環(huán)節(jié)(再熱器），可 取TC0 = 0，進(jìn)而上式可化簡得
[0058]其中Fhp可通過熱平衡計算得到，Trh通過調(diào)節(jié)級壓力和熱再壓力辨識得到，將其帶 入上式，通過閥位開度反饋和機組功率進(jìn)一步辨識得到T?、入。
[0059]且汽輪機模型仿真與實測結(jié)果允許偏差應(yīng)滿足下表要求：
[0061] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S3中調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型 參數(shù)辨識和校驗具體包含:調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型參數(shù)應(yīng)根據(jù)實測功率響應(yīng)曲線進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，取 實測辨識數(shù)值。其中主要包括:實測轉(zhuǎn)速偏差放大倍數(shù)、實測負(fù)荷控制器PID參數(shù)。轉(zhuǎn)速偏差 放大倍數(shù)可以根據(jù)單位轉(zhuǎn)速變化引起的功率變化計算得到，負(fù)荷控制器PID參數(shù)通過搭建 調(diào)速系統(tǒng)模型擬合實測功率響應(yīng)得到。
[0062] 具體流程圖如圖6所示，且調(diào)速系統(tǒng)模型仿真與實測結(jié)果允許偏差應(yīng)滿足下表要 求：
[0064] 上述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其中，所述的步驟S4具體包含:根據(jù)實 測試驗結(jié)果辨識得到的參數(shù)要在電力系統(tǒng)仿真軟件中進(jìn)行校核，在BPA中建立單機無窮大 系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)模型采用步驟S3中的得到的辨識參數(shù);在CCS功率控制方式下進(jìn)行頻率擾動 仿真，對比仿真與實測結(jié)果滿足允許偏差的要求。
[0065] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1. 一種汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型包含電液伺服 執(zhí)行機構(gòu)模型、汽輪機模型以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型，其特征在于，包含以下步驟： 51、 對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行高調(diào)門特性靜態(tài)試驗，DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗，以及DEH+ CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗； 52、 對步驟Sl中得到的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、測點信息確認(rèn)、標(biāo)么預(yù)處理； 53、 分別對電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模型、汽輪機模型、調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型進(jìn)行參數(shù)辨識和校驗； 54、 對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型進(jìn)行BPA校核。2. 如權(quán)利要求1所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述的步驟Sl 具體包含： 高調(diào)門特性靜態(tài)試驗中，模擬機組在并網(wǎng)狀態(tài)，手動方式下，分別進(jìn)行總閥位指令的大 階躍、小階躍試驗； DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗中，機組在80 %以上額定負(fù)荷穩(wěn)定運行，CCS切除，DEH-次調(diào)頻投 入，DEH運行方式切換至閥控方式，進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速5rpm上、下階躍擾動試驗； DEH+CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗中，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行DEH+CCS側(cè)一次調(diào)頻試驗，機組在80%以 上額定負(fù)荷穩(wěn)定運行，CCS投入，一次調(diào)頻功能投入，功率閉環(huán)情況下，進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速進(jìn)行 5rpm上、下階躍擾動試驗。3. 如權(quán)利要求2所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述的步驟S2 具體包含： 521、 多通道取試驗數(shù)據(jù)，將試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易處理數(shù)據(jù)格式并導(dǎo)出； 522、 將轉(zhuǎn)存的試驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab，根據(jù)試驗記錄中測點通道信息，分別命名各通道 的測點信息代碼； 523、 對各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)么處理。4. 如權(quán)利要求2所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述步驟S3中 電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模型參數(shù)辨識和校驗具體包含： 5311、 選取高調(diào)門特性靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行電液伺服執(zhí)行機構(gòu)模型參數(shù)辨識； 5312、 將仿真曲線與實測曲線對比； 5313、 判定對比結(jié)果是否在允許偏差范圍。5. 如權(quán)利要求4所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述的步驟S3 中汽輪機模型參數(shù)辨識和校驗具體包含： 5321、 選取DHl側(cè)一次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行汽輪機模型參數(shù)辨識； 5322、 仿真曲線與實測曲線對比； S322、對參數(shù)辨識結(jié)果，選取校驗數(shù)據(jù)對其進(jìn)行校驗，判定對比結(jié)果是否在允許偏差范 圍。6. 如權(quán)利要求2所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述的步驟S3 中調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型參數(shù)辨識和校驗具體包含： 5331、 選取CCS+DH1-次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型參數(shù)辨識； 5332、 仿真曲線與實測曲線對比； 5333、 對參數(shù)辨識結(jié)果，選取校驗數(shù)據(jù)對其進(jìn)行校驗，判定對比結(jié)果是否在允許偏差范 圍。7.如權(quán)利要求1所述的汽輪機調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述的步驟S4 具體包含： 541、 在BPA中建立單機無窮大系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)模型采用步驟S3中的得到的辨識參數(shù)； 542、 在CCS功率控制方式下進(jìn)行頻率擾動仿真，對比仿真與實測結(jié)果滿足允許偏差的 要求。
【文檔編號】G06F17/50GK105912779SQ201610223899
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】單英雷, 張建新, 杜洋, 殷慶華, 俞雪明, 林清明, 姜勇
【申請人】國網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司