專利名稱:一種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法和測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究的技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中
的汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法和測(cè)量裝置。
背景技術(shù):
在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究中,用于判斷電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定的很多汽輪機(jī)及汽輪機(jī) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的經(jīng)典模型都不考慮主汽壓力變化的影響,即假定汽輪機(jī)調(diào)門變化時(shí)主汽壓力是 不變的。而實(shí)際上,主汽壓力對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門變化非常敏感,調(diào)門開大時(shí),很快就會(huì)引起主汽 壓力的下降。由于主汽壓力變化直接影響到機(jī)組功率,尤其是高壓缸功率的變化,而高壓缸 的功率響應(yīng)速度很快,是一次調(diào)頻最主要的貢獻(xiàn)元件,因此,在利用各經(jīng)典模型對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定 性進(jìn)行判斷的過程中,假設(shè)主汽壓力恒定往往會(huì)帶來較大的誤差。 比如汽輪機(jī)調(diào)門開度變大時(shí),汽輪機(jī)進(jìn)汽量增大,主汽壓力開始降低,而此時(shí)燃 料指令雖然因?yàn)殄仩t的自動(dòng)控制而變大,但由于延時(shí)環(huán)節(jié)和燃料釋放的慣性,很難在短時(shí) 間內(nèi)增大對(duì)汽包的供給,主汽壓力的平衡被打破,造成主汽壓力持續(xù)降低,只有較長時(shí)間以 后,燃料增加的效果逐步顯現(xiàn)出來,主汽壓力才能恢復(fù)到正常的狀態(tài)。 為了進(jìn)一步說明主汽壓力變化對(duì)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的影B向,下面結(jié)合圖 1A-圖1C所示的例子以及圖2A-圖2B所示的例子加以說明。 請(qǐng)參照?qǐng)D1A-圖1C,該例子是在一個(gè)簡化的3機(jī)7節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)上進(jìn)行的。在動(dòng) 態(tài)過程的第IO秒切除1#機(jī)的部分負(fù)荷,分別記錄了在假設(shè)主汽壓力恒定和考慮主汽壓力 變化兩種情況下的2#發(fā)電機(jī)的有功功率,其中圖1A是2ft發(fā)電機(jī)有機(jī)功率示意圖,圖1B是 系統(tǒng)頻率示意圖,圖lC是2ft機(jī)主汽壓力變化示意圖。1#機(jī)切除部分負(fù)荷后,系統(tǒng)頻率降 低,2#機(jī)調(diào)速器動(dòng)作,發(fā)電機(jī)有功出力開始增加。考慮與不考慮主汽壓力變化情況下,有功 功率分別增加了 5. 4%和6. 1%,后者的增幅比前者增加了 12. 9%。動(dòng)態(tài)過程中主汽壓力降 低的最大幅度也超過了 1.5%。 請(qǐng)參照?qǐng)D2A-圖2B,該例子是應(yīng)用不考慮主汽壓力變化的經(jīng)典模型,對(duì)華北電 網(wǎng)進(jìn)行的類似上述例子的測(cè)量分析,在分析時(shí)段的第io秒在華北電網(wǎng)某臺(tái)機(jī)組電調(diào)的轉(zhuǎn) 速參考端施加了一個(gè)25r/min的階躍擾動(dòng),即轉(zhuǎn)速參考由原來的3000r/min突然強(qiáng)置為 3025r/min。圖2A是考慮主汽壓力變化與否的情況下該機(jī)組的有功出力對(duì)比,圖2B是動(dòng)態(tài) 過程中的主汽壓力的變化。由圖可見,假設(shè)主汽壓力不變時(shí),在60秒的動(dòng)態(tài)過程中,機(jī)組的 有功出力最大增加了6.8%,而考慮主汽壓力變化的情況下僅增加了 5.3%,前者的增幅比 后者也增加了 28%。 上述兩個(gè)例子及其他大量的試驗(yàn)表明,在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究的過程中,主 汽壓力的變化對(duì)分析的結(jié)果往往會(huì)產(chǎn)生較大的影響,對(duì)機(jī)組出力影響的幅度一般都超過 10%,有時(shí)甚至達(dá)30%。 為解決這一問題,現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了一些考慮了主汽壓力變化的模型,以應(yīng)用 該模型與其他模型一起判斷電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而,這些模型大多比較復(fù)雜,參數(shù)較多,這些參數(shù)很難根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測(cè)曲線來獲取,應(yīng)用很不方便。 因此,在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究中,要么使用了沒有考慮主汽壓力變化的各類模 型判斷電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確,效果不好;要么使用了復(fù)雜的主汽壓力變化模 型與其他模型一起判斷電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,導(dǎo)致浪費(fèi)系統(tǒng)資源和計(jì)算時(shí)間,應(yīng)用不便。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法和測(cè)量裝置,以解決現(xiàn)
有的對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷過程中出現(xiàn)的問題。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法,所述方法包括對(duì)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考信 號(hào)加入擾動(dòng);根據(jù)所述擾動(dòng)獲得一段時(shí)間內(nèi)的汽輪機(jī)的調(diào)門開度變化值;根據(jù)所述擾動(dòng)獲 得所述時(shí)間段內(nèi)的汽輪機(jī)主汽壓力變化值;利用所述主汽壓力變化值和所述調(diào)門開度變化 值對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的參數(shù),以及汽包和過熱器的容積效應(yīng)的參數(shù) 進(jìn)行擬合,得到所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值;利用所述壓損變化的參 數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值,以及主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系測(cè)量得 到任意汽輪機(jī)調(diào)門變化下的汽輪機(jī)主汽壓力變化值。 —種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量裝置,所述裝置包括擾動(dòng)發(fā)生單元,用于對(duì)汽輪機(jī)控制 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考信號(hào)加入擾動(dòng);調(diào)門開度變化獲取單元,用于根據(jù)所述擾動(dòng)獲得一段時(shí)間 內(nèi)的汽輪機(jī)的調(diào)門開度變化值;主汽壓力變化獲取單元,用于根據(jù)所述擾動(dòng)獲得所述時(shí)間 段內(nèi)的汽輪機(jī)主汽壓力變化值;擬合單元,用于利用所述主汽壓力變化值和所述調(diào)門開度 變化值對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的參數(shù),以及汽包和過熱器的容積效應(yīng)的 參數(shù)進(jìn)行擬合,得到所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值;測(cè)量單元,用于利用 所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值,以及主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值 之間的關(guān)系測(cè)量得到任意汽輪機(jī)調(diào)門變化下的汽輪機(jī)主汽壓力變化值;其中,所述主汽壓
力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系為^4^
1. +. 2
,其中,PT(s)為
主汽壓力變化值,PT(s)為調(diào)門開度變化值,s為復(fù)參變量;n^"^是描述主蒸汽管道和 過熱器的壓損變化的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括I^和Tp^,其中&為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),Tpipe 為反映主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的時(shí)間常數(shù);7"^"7是描述汽包和過熱器的容積
效應(yīng)的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括1(2和L,其中K2為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),L為反映汽包和過 熱器的容積效應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。 通過本發(fā)明的汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法和測(cè)量裝置,在對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行 判斷的過程中,由于考慮了主汽壓力變化,得到了更為準(zhǔn)確的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性結(jié)果,又由于 使用了簡單的計(jì)算公式,減少了計(jì)算時(shí)間,節(jié)省了系統(tǒng)資源。
此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解,構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中 圖1A為現(xiàn)有技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷的實(shí)施例過程中,2#發(fā)電機(jī)有機(jī)功率變 化示意圖; 圖IB為圖1A所示實(shí)施例中,系統(tǒng)頻率變化示意圖; 圖1C為圖1A所示實(shí)施例中,2ft發(fā)電機(jī)主汽壓力變化示意圖; 圖2A為現(xiàn)有技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷的另一實(shí)施例過程中,考慮主汽壓力變
化與否的情況下機(jī)組的有功功率對(duì)比示意圖; 圖2B為動(dòng)態(tài)過程中的主汽壓力的變化示意圖; 圖3為主汽壓力產(chǎn)生過程的流程示意圖; 圖4汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成框圖; 圖5為主汽壓力對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽門擾動(dòng)的方框圖;
圖6為短時(shí)段的主汽壓力變化傳遞函數(shù)框圖;
圖7為長時(shí)段的主汽壓力變化傳遞函數(shù)框圖;
圖8為簡化的主汽壓力變化傳遞函數(shù)框圖;
圖9為本發(fā)明實(shí)施例的主汽壓力測(cè)量方法流程圖; 圖IOA為汽輪機(jī)調(diào)門擾動(dòng)l情況下利用現(xiàn)有的復(fù)雜的傳遞函數(shù)及其模型測(cè)量到的 主汽壓力變化曲線示意圖; 圖10B為汽輪機(jī)調(diào)門擾動(dòng)1情況下利用本發(fā)明實(shí)施例的簡單的關(guān)系測(cè)量到的主汽 壓力變化曲線示意圖; 圖IIA為汽輪機(jī)調(diào)門擾動(dòng)2情況下利用現(xiàn)有的復(fù)雜的傳遞函數(shù)及其模型測(cè)量到的 主汽壓力變化曲線示意圖; 圖11B為汽輪機(jī)調(diào)門擾動(dòng)2情況下利用本發(fā)明實(shí)施例的簡單的關(guān)系測(cè)量到的主汽 壓力變化曲線示意圖; 圖12A為在電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序的運(yùn)行環(huán)境下模擬的一次低頻事故中利用現(xiàn) 有的復(fù)雜的傳遞函數(shù)及其模型測(cè)量到的主汽壓力變化曲線示意圖; 圖12B為在電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序的運(yùn)行環(huán)境下模擬的一次低頻事故中利用本 發(fā)明實(shí)施例的簡單的關(guān)系測(cè)量到的主汽壓力變化曲線示意圖; 圖13A為現(xiàn)場實(shí)測(cè)的轉(zhuǎn)速參考向上階躍擾動(dòng)情況下調(diào)門開度變化曲線示意圖;
圖13B為現(xiàn)場實(shí)測(cè)的轉(zhuǎn)速參考向上階躍擾動(dòng)情況下主汽壓力變化實(shí)測(cè)曲線和仿 真曲線對(duì)比示意圖; 圖14A為現(xiàn)場實(shí)測(cè)的轉(zhuǎn)速參考向下階躍擾動(dòng)情況下調(diào)門開度變化曲線示意圖;
圖14B為現(xiàn)場實(shí)測(cè)的轉(zhuǎn)速參考向下階躍擾動(dòng)情況下主汽壓力變化實(shí)測(cè)曲線和仿 真曲線對(duì)比示意圖; 圖15為本發(fā)明實(shí)施例的主汽壓力測(cè)量裝置組成框圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,下面結(jié)合實(shí)施例和附 圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此,本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本 發(fā)明,但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
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實(shí)施例一 本發(fā)明實(shí)施例提供一種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法,以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳 細(xì)說明。 為了便于理解本發(fā)明的汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法,下面先對(duì)主汽壓力的產(chǎn)生過程 及各組成部分的動(dòng)態(tài)特性說明如下。 圖3為主汽壓力產(chǎn)生過程示意圖,請(qǐng)參照?qǐng)D3,燃料與相應(yīng)的送風(fēng)量進(jìn)入爐膛,燃 料燃燒產(chǎn)生的熱量被布置在爐膛四周的蒸發(fā)受熱面吸收而產(chǎn)生蒸汽,蒸汽流經(jīng)過熱器加熱 成過熱蒸汽,過熱蒸汽由蒸汽管道送入汽輪機(jī)做功。在圖3中,i! B為燃料量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度; B為燃料量;V為送風(fēng)量;QB為爐膛熱量;Pd為汽包壓力;DT為汽輪機(jī)用汽量;pT為主蒸汽壓 力Rgr為過熱器流動(dòng)阻力;RT為汽輪機(jī)流動(dòng)阻力;Pc為汽輪機(jī)背壓;P T為汽輪機(jī)進(jìn)汽閥開 度。
由圖3可知,汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)由鍋爐燃燒部分(爐膛)、蒸發(fā)部分(蒸發(fā)區(qū))、蒸汽輸
出部分(過熱器)和汽輪機(jī)等四個(gè)部分組成。對(duì)汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的動(dòng)態(tài)特
性,可以跟據(jù)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物理特性,應(yīng)用分析方法近似推導(dǎo)得出,下面簡要分析各個(gè)部
分的動(dòng)態(tài)特性。 鍋爐燃燒部分 鍋爐燃燒部分是指從燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度P B改變到引起爐膛熱量QB變化這一部 分。爐膛熱量Qe是指爐膛燃料完全燃燒時(shí),在單位時(shí)間所產(chǎn)生的熱量。它與燃料量的關(guān)系 可表示為
&=鄉(xiāng) (1) 其中,B為燃料量,2J為燃料的應(yīng)用基低位發(fā)熱量。 根據(jù)鍋爐燃燒部分的工作過程情況,可以用式(2)的傳遞函數(shù)來描述其動(dòng)態(tài)特
性
<formula>formula see original document page 7</formula> (2) 其中,Kb為燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的傳遞系數(shù);t B為從燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作到爐膛的實(shí)際燃 料熱量QB發(fā)生改變所經(jīng)歷的時(shí)間遲延。
蒸發(fā)部分 燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量Qe中除去一部分熱損失,其余都被水冷壁內(nèi)的爐水吸收, 使?fàn)t水蒸發(fā)為蒸汽量DQ。 QB與DQ之間的靜態(tài)關(guān)系可以按能量平衡關(guān)系建立
DQ(hs_hw) = nQB (3)
<formula>formula see original document page 7</formula>(4) 其中,n為鍋爐效率,hs為飽和蒸汽焓值,hw為給水焓值,KQ為傳遞系數(shù)。 由于燃料燃燒熱量所產(chǎn)生的蒸汽量D。并不一定就是鍋爐的輸出蒸汽量D,所以也
可以把DQ稱為假想蒸汽流量。鍋爐輸出蒸汽量D是隨著汽輪機(jī)的負(fù)荷改變而變化的,當(dāng)DQ> D時(shí),多余的蒸汽量將在鍋爐內(nèi)儲(chǔ)藏起來,鍋爐儲(chǔ)能的改變將引起汽包壓力Pd的變化,
即
+ (5) 其中,CK為鍋爐蓄熱系數(shù),CK是指汽包壓力每變化一個(gè)壓力單位時(shí),鍋爐需要儲(chǔ)藏 (或釋放)的蒸汽量。若以汽包壓力Pd作為鍋爐蒸發(fā)部分的輸出信號(hào),則這部分的傳遞函 數(shù)可表示為
,d-丄 (6) 蒸汽輸出部分 蒸汽輸出部分包括過熱器和主蒸汽管道兩部分 當(dāng)把過熱器作為汽壓對(duì)象的蒸汽輸出設(shè)備看待時(shí),它可以被看作為是一個(gè)有阻力
的管道,而不必考慮他的傳熱關(guān)系,這時(shí)的過熱器可以看作是比例環(huán)節(jié),其傳遞函數(shù)為
其中,Rgr為過熱器管道阻力,D為鍋爐輸出蒸汽流量,pd為汽包壓力,pT為主蒸汽 壓力。 而對(duì)于主蒸汽管道,由于主蒸汽管道的流入量是鍋爐輸出蒸汽流量D,流出量為汽
輪機(jī)的耗氣量DT,主蒸汽壓力則是反映D與DT 二者之間關(guān)系的物質(zhì)平衡指標(biāo)。又由于蒸汽
管道是一個(gè)容量系數(shù)很小的容器,所以可將其看作為具有積分特性的傳遞函數(shù)為
Jl-丄 "、 其中,Cm為蒸汽管道的容量系數(shù)。
汽輪機(jī) 汽輪機(jī)的進(jìn)汽量DT受主蒸汽壓力Pp汽輪機(jī)背壓p。和調(diào)節(jié)汽門(簡稱調(diào)門)開
度P T的影響,通常背壓很少變化,且假定汽輪機(jī)調(diào)門特性為線性的,所以汽輪機(jī)的進(jìn)汽量
可用下式表示
Dr =+;V+A^ (9) 其中,RT為汽輪機(jī)的流通阻力,KT為汽輪機(jī)調(diào)門的傳遞系數(shù),P T為汽輪機(jī)調(diào)門的 開度。 根據(jù)上述主汽壓力的生產(chǎn)流程以及上述對(duì)汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各組成部分的動(dòng)態(tài)特 性的分析可知,汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成方框圖可以表示為圖4所示。 需要說明的是,從燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度P B改變到引起爐膛熱量QB變化過程的時(shí)間延遲都比較長,一般在幾分鐘以上,而當(dāng)前生產(chǎn)部門對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定測(cè)量的時(shí)間要求一般 都是2000個(gè)周波(40秒),在此時(shí)段范圍內(nèi),可以認(rèn)為燃料所釋放的熱量,也即爐膛熱量QB 是不變的,即汽輪機(jī)的主汽壓力只與調(diào)門開度有關(guān)系,當(dāng)僅有汽輪機(jī)調(diào)門開度擾動(dòng)時(shí),圖4 的框圖可表示為圖5,由圖5可以求得調(diào)門開度i^擾動(dòng)下主汽壓力變化的傳遞函數(shù)為
<formula>formula see original document page 9</formula> 式(10)是根據(jù)理論分析推導(dǎo)出的主汽壓力變化模型,該模型的物理意義明確,但 如何確定這些參數(shù)的數(shù)值卻是一個(gè)難題?,F(xiàn)場試驗(yàn)因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)太少,無法來擬合如此多的參 數(shù)。因此有必要對(duì)該模型進(jìn)行簡化,減少參數(shù)的個(gè)數(shù),以至于可以利用現(xiàn)場試驗(yàn)的測(cè)量曲 線,采取數(shù)學(xué)擬合的方法來獲取這些參數(shù)的數(shù)值。 本案發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中,發(fā)現(xiàn),由于實(shí)際汽輪機(jī)的蒸汽管道的容量系 數(shù)Cm比鍋爐蓄熱系數(shù)CK小很多,后者一般都是前者的幾十倍甚至上百倍,因此,在汽輪機(jī)調(diào)
門開度擾動(dòng)后的較短時(shí)間內(nèi)(該時(shí)間段與Cm相仿),可以忽略圖5中的積分環(huán)節(jié)7^—的作
用,認(rèn)為該環(huán)節(jié)的輸出在此時(shí)段內(nèi)是不變的,在這種情況下,主汽壓力變化對(duì)i^擾動(dòng)下的
傳遞函數(shù)框5可以簡化為如圖6所示,其傳遞函數(shù)為
尸力) _ & 其中,A-
& + & ,—一
1 + U
(11)
'Cm,式(11)是一階慣性環(huán)節(jié)。
在汽門擾動(dòng)后的較長時(shí)間后(該時(shí)間段與CK相仿),由于Cm很小,所以圖5中的
^L與4"組成的慣性環(huán)節(jié)可以近似為-
-水
比例系數(shù)為RT的比例環(huán)節(jié),在這種情況下,主汽
壓力變化對(duì)yT擾動(dòng)下的傳遞函數(shù)框5可以簡化為如圖7所示。由圖7可求得其傳遞 函數(shù)為
及r +及gr
尺, 其中〖2 =
1 + ^
Tsc = (RT+Rgr)CKC 綜合(11)和(12)可發(fā)現(xiàn),在全時(shí)段內(nèi)主汽壓力變化對(duì)i^擾動(dòng)下的傳遞函數(shù)可
以近似用式(13)表示,圖8是對(duì)應(yīng)該傳遞函數(shù)的主汽壓力變化模型。
9<formula>formula see original document page 10</formula> 采用式(13)的傳遞函數(shù),先通過現(xiàn)場汽輪機(jī)擾動(dòng)試驗(yàn)得到的調(diào)門開度變化曲線
P T(s)和主汽壓力變化曲線PT(s),確定出兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)KpTp^、H。,即可測(cè)量任
意調(diào)門開度變化下的主汽壓力變化,為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷提供可參考依據(jù),與以往的
主汽壓力變化傳遞函數(shù)相比,本發(fā)明的主汽壓力變化傳遞函數(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn) 1.簡化的傳遞函數(shù)包括兩個(gè)并聯(lián)的慣性環(huán)節(jié),其結(jié)構(gòu)被簡化,消除了非線性環(huán)節(jié)。 2.參數(shù)物理意義明確。時(shí)間常數(shù)較小的慣性環(huán)節(jié)<formula>formula see original document page 10</formula>反映主蒸汽管道和過熱
器的壓損變化,時(shí)間常數(shù)較大的慣性環(huán)節(jié)<formula>formula see original document page 10</formula>反映汽包和過熱器的容積效應(yīng),調(diào)門發(fā)生 變化時(shí),調(diào)速汽門前的壓力變化是這兩種效應(yīng)的疊加。 3.根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的曲線很容易獲取參數(shù)KpT—、K2、i;。,為進(jìn)一步測(cè)量任 意調(diào)門開度變化情況下的主汽壓力變化提供了依據(jù)。 本發(fā)明實(shí)施例的汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法就是利用了上述簡化的主汽壓力傳遞 函數(shù),通過在汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考端施加階躍擾動(dòng),測(cè)得一段時(shí)間內(nèi)的調(diào)門開度變 化和主汽壓力變化,根據(jù)這些現(xiàn)場測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的調(diào)門開度變化曲線和主汽壓力變 化曲線,確定參數(shù)K"Tp^、K2、T^進(jìn)而利用上述簡化的傳遞函數(shù),測(cè)量任意調(diào)門開度變化的 主汽壓力變化,下面結(jié)合圖9對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
請(qǐng)參照?qǐng)D9,本發(fā)明實(shí)施例的汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法主要包括
901 :對(duì)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考信號(hào)加入擾動(dòng)。 在本實(shí)施例中,上述擾動(dòng)可以是轉(zhuǎn)速參考向上階躍擾動(dòng),或者是轉(zhuǎn)速參考向下階 躍擾動(dòng),目的是利用通過該擾動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量得到的調(diào)門開度變化曲線和主汽壓力變化曲線確 定上述傳遞函數(shù)(13)的兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的四個(gè)參數(shù),進(jìn)而進(jìn)一步測(cè)量真實(shí)環(huán)境中任意調(diào)門 開度變化下的主汽壓力變化,避免電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷過程中,每一次都對(duì)主汽壓力進(jìn) 行測(cè)量所帶來的麻煩。 902 :根據(jù)所述擾動(dòng)獲得一段時(shí)間內(nèi)的汽輪機(jī)調(diào)門開度變化值。 在本實(shí)施例中,調(diào)門開度變化是在上述擾動(dòng)存在情況下,通過現(xiàn)場測(cè)量裝置測(cè)量
得來的,該方法在本領(lǐng)域早已實(shí)現(xiàn),在此不再贅述。 903 :根據(jù)所述擾動(dòng)獲得所述時(shí)間段內(nèi)的汽輪機(jī)主汽壓力變化值。 在本實(shí)施例中,主汽壓力變化是在上述擾動(dòng)存在情況下,由于調(diào)門開度的變化而
產(chǎn)生,并通過現(xiàn)場測(cè)量裝置測(cè)量得來的,該方法在本領(lǐng)域早已實(shí)現(xiàn),在此不再贅述。 904:根據(jù)所述主汽壓力變化值與所述調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系,利用所述主汽
壓力變化值對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的參數(shù),以及汽包和過熱器的容積效
應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行擬合,得到所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值。 在本實(shí)施例中,所述主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系為<formula>formula see original document page 10</formula>,其中,Pt(s)為主汽壓力變化值,PT(s)為調(diào)門開度變化值,s為復(fù)參變j
是描述主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括
Kl和Tp^,其中&為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),Tpipe為反映主蒸汽管道和過熱器的壓損變化
的時(shí)間常數(shù);;
-是描述汽包和過熱器的容積效應(yīng)的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括K2和Ts。,其中
'1 + 。
K2為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),Ts。為反映汽包和過熱器的容積效應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。 905 :利用所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值,以及主汽壓力變化值
與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系測(cè)量得到任意汽輪機(jī)調(diào)門變化下的汽輪機(jī)主汽壓力變化值。 在本實(shí)施例中,確定了壓損變化的參數(shù)I^和Tpipe以及容積效應(yīng)的參數(shù)1(2和Ts。,即
可利用//^)
尺,
:實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中,發(fā)生的任意調(diào)門開
度變化下的主汽壓力變化,為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考依據(jù)。 根據(jù)本實(shí)施例,由于使用了主汽壓力變化與調(diào)門開度變化之間的簡單的關(guān)系式,
即可根據(jù)現(xiàn)場測(cè)試數(shù)據(jù)很容易確定該關(guān)系式中僅有的四個(gè)參數(shù),為進(jìn)一步測(cè)量任意調(diào)門
開度變化下的主汽壓力變化提供了簡單的操作步驟,相對(duì)于以往的復(fù)雜的傳遞函數(shù)及其模
型,簡化了流程,節(jié)約了系統(tǒng)資源,而且測(cè)量效果良好。 為了證明本發(fā)明實(shí)施例達(dá)到的上述效果,下面以試驗(yàn)中的例子對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的
測(cè)量方法進(jìn)行說明。 范例一 圖IOA和圖IOB為汽輪機(jī)調(diào)門擾動(dòng)l情況下的主汽壓力變化示意圖,圖IIA和圖 11B為汽輪機(jī)調(diào)門擾動(dòng)2情況下的主汽壓力變化示意圖,其中,圖10A、圖IIA為利用現(xiàn)有的 復(fù)雜的傳遞函數(shù)及其模型測(cè)量到的主汽壓力變化曲線,圖10B、圖IIB為利用本發(fā)明實(shí)施例 的簡單的關(guān)系測(cè)量到的主汽壓力變化曲線。圖12A和圖12B為在電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定的運(yùn)行 環(huán)境下模擬的一次低頻事故中的主汽壓力變化示意圖,其中,圖12A為利用現(xiàn)有的復(fù)雜的 傳遞函數(shù)及其模型測(cè)量到的主汽壓力變化曲線,圖12B為利用本發(fā)明實(shí)施例的簡單的關(guān)系 測(cè)量到的主汽壓力變化曲線,從圖中可以看出,本發(fā)明實(shí)施例的簡單的關(guān)系與現(xiàn)有的復(fù)雜 的傳遞函數(shù)及其模型的響應(yīng)一致性非常好。
范例二 請(qǐng)參照?qǐng)D13A-圖13B以及圖14A-圖14B。 首先利用轉(zhuǎn)速參考向上階躍擾動(dòng)過程中的高壓調(diào)門開度和主汽壓 力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的主汽壓力變化和調(diào)門開度變化之間的關(guān)系
《,
〖,
中的四個(gè)參數(shù)VT—、K2、L進(jìn)行了辨識(shí)。圖13A是現(xiàn)場領(lǐng)
量的調(diào)門開度變化曲線,圖13B是現(xiàn)場測(cè)量的主汽壓力變化曲線
壓力下降較快,這主要是上述關(guān)系中等號(hào)右側(cè)第一個(gè)慣性環(huán)節(jié)
〖,
擾動(dòng)后的5秒以內(nèi),主汽 《'的作用,因此可以
1 + U
用這一段曲線來擬合該慣性環(huán)節(jié)
1 + ;J'
的兩個(gè)參數(shù)^、Tp^。具體擬合方法如下(下同)首先在這段曲線上選取若干個(gè)點(diǎn)(10個(gè)以上),然后對(duì)函數(shù)的兩端取對(duì)數(shù),把指數(shù)函數(shù)變成 線形關(guān)系,最后用常用的多項(xiàng)式擬合的方法計(jì)算出參數(shù)值,結(jié)果如下
& = 0. 32, Tpipe = 2. 5 (14) 擾動(dòng)后5秒以后的主汽壓力曲線變得逐漸平緩,這主要是上述關(guān)系中等號(hào)右側(cè)第
二個(gè)慣性環(huán)節(jié)7^~的作用,因此可用這一段曲線來擬合該慣性環(huán)節(jié)7^~的兩個(gè)參數(shù)
1(2、1;。,結(jié)果如下K2 = 0. 9, Tsc = 60 (15) 利用上述擬合參數(shù)的結(jié)果以及主汽壓力變化曲線和調(diào)門開度變化曲線即可測(cè)量 任意調(diào)門變化下的主汽壓力變化,在圖13B中,顯示了利用本發(fā)明實(shí)施例的方法測(cè)量得到 的主汽壓力變化曲線與實(shí)測(cè)的主汽壓力變化曲線的對(duì)比。 為了驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量方法的有效性,利用轉(zhuǎn)速參考向下的階躍擾動(dòng)過程 中測(cè)量到的高壓調(diào)門開度曲線,如圖14A所示,來測(cè)量該調(diào)門開度變化下的主汽壓力的變 化曲線,得到如圖14B所示的結(jié)果,如實(shí)測(cè)曲線相比,測(cè)量值和實(shí)測(cè)值吻合較好,證實(shí)了本 發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量方法的合理性和擬合參數(shù)的準(zhǔn)確性。
實(shí)施例二 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量裝置,下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施 例的汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量裝置進(jìn)行說明。 圖15為本發(fā)明實(shí)施例的主汽壓力測(cè)量裝置組成框圖,請(qǐng)參照?qǐng)D15,本發(fā)明實(shí)施例 的主汽壓力測(cè)量裝置主要包括 擾動(dòng)發(fā)生單元151,用于對(duì)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考信號(hào)加入擾動(dòng); 調(diào)門開度變化獲取單元152,用于根據(jù)所述擾動(dòng)獲得一段時(shí)間內(nèi)的汽輪機(jī)調(diào)門開
度變化值; 主汽壓力變化獲取單元153,用于根據(jù)所述擾動(dòng)獲得所述時(shí)間段內(nèi)的汽輪機(jī)主汽 壓力變化值; 擬合單元154,用于根據(jù)所述主汽壓力變化值與所述調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系, 利用所述主汽壓力變化值對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的參數(shù),以及汽包和過 熱器的容積效應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行擬合,得到所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值;
測(cè)量單元155,用于利用所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值,以及主 汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系測(cè)量得到任意汽輪機(jī)調(diào)門變化下的汽輪機(jī)主 汽壓力變化值; 其中,所述主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系為
a (》= ;^C0
x, + 《,
,其中,PT(s)為主汽壓力變化值,PT(s)為調(diào)門開度變化
值,s為復(fù)參變量;TT^"7是描述主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括
&和,其中&為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),為反映主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的 時(shí)間常數(shù);7^"T是描述汽包和過熱器的容積效應(yīng)的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括K2和Ts。,其中K2
12為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),Ts。為反映汽包和過熱器的容積效應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。 本實(shí)施例的主汽壓力測(cè)量裝置與實(shí)施例一的主汽壓力測(cè)量方法相對(duì)應(yīng),對(duì)于各組
成部分的工作過程已經(jīng)在實(shí)施例一中作了清楚說明,在此不再贅述。 利用本實(shí)施例的測(cè)量裝置,使用了主汽壓力變化與調(diào)門開度變化之間的簡單的關(guān) 系式,根據(jù)現(xiàn)場測(cè)試數(shù)據(jù)很容易確定該關(guān)系式中僅有的四個(gè)參數(shù),為進(jìn)一步測(cè)量任意調(diào)門 開度變化下的主汽壓力變化提供了簡單的操作步驟,相對(duì)于以往的復(fù)雜的傳遞函數(shù)及其模 型,簡化了流程,節(jié)約了系統(tǒng)資源,而且測(cè)量效果良好。 總之,鑒于在動(dòng)態(tài)過程中主汽壓力對(duì)發(fā)電機(jī)組有功出力的影響較大,電力系統(tǒng)穩(wěn) 定性判斷過程中考慮主汽壓力變化很有必要,通過本發(fā)明實(shí)施例的主汽壓力測(cè)量方法和測(cè) 量裝置,對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷來說,達(dá)到了如下有益效果 1.實(shí)際電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)注的時(shí)段一般都在50秒以內(nèi),在這個(gè)過程中燃料變
化可以忽略不計(jì),利用本發(fā)明的主汽壓力測(cè)量方法和測(cè)量裝置,僅考慮調(diào)門變化的影響,利
用一個(gè)由兩個(gè)并聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)組成的單輸入單輸出的主汽壓力變化與調(diào)門開度變化之間
的關(guān)系,與以往的測(cè)量模型相比具有結(jié)構(gòu)簡單,參數(shù)物理意義明確等特點(diǎn)。 2.利用汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)獲取的一組主汽壓力曲線對(duì)主汽壓力變化與調(diào)門開
度變化之間的關(guān)系中的參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí),用該參數(shù)模擬了另外一組動(dòng)態(tài)擾動(dòng)實(shí)驗(yàn),其主汽
壓力的測(cè)量值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比證實(shí)了本發(fā)明的主汽壓力測(cè)量方法和測(cè)量裝置的合理性和
擬合參數(shù)的準(zhǔn)確性。 以上所述的具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不用于限定本發(fā)明的保 護(hù)范圍,凡在本發(fā)明的 神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法,其特征在于,所述方法包括對(duì)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考信號(hào)加入擾動(dòng);根據(jù)所述擾動(dòng)獲得一段時(shí)間內(nèi)的汽輪機(jī)調(diào)門開度變化值;根據(jù)所述擾動(dòng)獲得所述時(shí)間段內(nèi)的汽輪機(jī)主汽壓力變化值;根據(jù)所述主汽壓力變化值與所述調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系,利用所述主汽壓力變化值對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的參數(shù),以及汽包和過熱器的容積效應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行擬合,得到所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值;利用所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值,以及主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系測(cè)量得到任意汽輪機(jī)調(diào)門變化下的汽輪機(jī)主汽壓力變化值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值 之間的關(guān)系為<formula>formula see original document page 2</formula>,其中,Pt(s)為主汽壓力變化值,PT(s)為調(diào)門開度變化值,s為復(fù)參變量;7xl^是描述主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包丄十j豐a括&和Tp^,其中&為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),Tpipe為反映主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的時(shí)間常數(shù);7^"7是描述汽包和過熱器的容積效應(yīng)的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括1(2和L。,其中K2為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),Ts。為反映汽包和過熱器的容積效應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。
3. —種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量裝置,其特征在于,所述裝置包括 擾動(dòng)發(fā)生單元,用于對(duì)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考信號(hào)加入擾動(dòng); 調(diào)門開度變化獲取單元,用于根據(jù)所述擾動(dòng)獲得一段時(shí)間內(nèi)的汽輪機(jī)調(diào)門開度變化值;主汽壓力變化獲取單元,用于根據(jù)所述擾動(dòng)獲得所述時(shí)間段內(nèi)的汽輪機(jī)的主汽壓力變 化值;擬合單元,用于根據(jù)所述主汽壓力變化值與所述調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系,利用所 述主汽壓力變化值對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的參數(shù),以及汽包和過熱器的 容積效應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行擬合,得到所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值;測(cè)量單元,用于利用所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值,以及主汽壓力 變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系測(cè)量得到任意汽輪機(jī)調(diào)門變化下的汽輪機(jī)主汽壓力 變化值;其中,所述主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系為<formula>formula see original document page 2</formula>,其中,PT(S)為主汽壓力變化值,PT(s)為調(diào)門開度變化值,s為復(fù)參變量;T7^^是描述主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括&和,其中&為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),為反映主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的時(shí)間常數(shù);7^"T是描述汽包和過熱器的容積效應(yīng)的慣性環(huán)節(jié),參數(shù)包括K2和Ts。,其中K2 為該慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù),Ts。為反映汽包和過熱器的容積效應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種汽輪機(jī)主汽壓力測(cè)量方法和測(cè)量裝置,所述方法包括對(duì)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參考信號(hào)加入擾動(dòng);根據(jù)所述擾動(dòng)獲得一段時(shí)間內(nèi)的汽輪機(jī)的調(diào)門開度變化值;根據(jù)所述擾動(dòng)獲得所述時(shí)間段內(nèi)的汽輪機(jī)主汽壓力變化值;利用所述調(diào)門開度變化值和所述主汽壓力變化值對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道和過熱器的壓損變化的參數(shù),以及汽包和過熱器的容積效應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行擬合,得到所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值;利用所述壓損變化的參數(shù)值和所述容積效應(yīng)的參數(shù)值,以及主汽壓力變化值與調(diào)門開度變化值之間的關(guān)系測(cè)量得到任意汽輪機(jī)調(diào)門變化下的汽輪機(jī)主汽壓力變化值。應(yīng)用本發(fā)明,擬合參數(shù)簡單,測(cè)量效果好。
文檔編號(hào)G01L11/00GK101769811SQ20091007609
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者劉輝, 吳濤, 田云峰 申請(qǐng)人:華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司