参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106682376A(43)申请公布日2017.05.17(21)申请号201710211268.3(51)Int.Cl.(22)申请日2017.04.01G06F17/50(2006.01)(71)申请人国网河南省电力公司电力科学研究院地址450052河南省郑州市嵩山南路85号申请人河南恩湃高科集团有限公司中国电力科学研究院东北电力大学国家电网公司(72)发明人张广涛李炳楠唐耀华梁正玉吴坡崔杨仲悟之郭为民段松涛朱峰(74)专利代理机构郑州知己知识产权代理有限公司41132代理人季发军权利要求书5页说明书11页附图5页(54)发明名称参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法(57)摘要本发明公开了一种参数随工况变化特性的全过程汽轮机模型建立及辨识方法，其核心包括：1）运用机理分析方法建立了考虑参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型；2）提出了基于现场试验方法的关键参数随工况变化特性的获取方法；3）提出了基于粒子群算法-汽轮机系统模型的汽轮机系统模型参数辨识方法。本发明为电力系统动态仿真大扰动条件下汽轮机模型难以反映实际机组有功响应特性的问题提供了一种解决方案，可准确模拟电力系统全过程动态仿真中大扰动条件下汽轮机的功率输出特性，提高电力系统分析的准确性，确保电网安全稳定运行。CN106682376ACN106682376A权利要求书1/5页1.一种参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：运用机理分析方法建立考虑关键参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型，根据连续性方程和弗留格尔公式建立通用容积环节模型和汽轮机主要容积环节模型，结合汽轮机各缸的功率模型，得到完整的汽轮机功率输出模型，模型中考虑运行工况的变化对关键参数的影响，从而得到关键参数随工况变化时的全过程汽轮机模型；步骤二：进行典型工况下的现场扰动试验，获取工况变化对汽轮机功率输出特性影响的试验数据，给出现场扰动试验方法，包括试验工况选择、测点、测量步长、试验时长和操作步骤；步骤三：结合步骤一所建立的全过程汽轮机模型和步骤二获得的现场试验数据，进行基于粒子群算法-汽轮机系统模型的汽轮机系统模型参数辨识，根据多个工况下参数的辨识结果，获取参数随工况的变化特性，得到考虑关键参数随工况变化特性的全过程汽轮机模型。2.如权利要求1所述的参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法，其特征在于：所述步骤一中运用机理分析方法建立考虑关键参数随机组运行工况变化特性的全过程汽轮机数学模型包括以下步骤：a、根据连续性方程和弗留格尔公式建立通用容积环节模型对通用容积系统，由连续性方程可得：式中：W为蒸汽的质量；Din为流入容积的蒸汽流量；Dout为流出该容积的蒸汽流量，蒸汽质量用密度和体积表示为：W＝ρVvs3式中：Vvs为容积的体积；ρ为水蒸气密度，单位为m/kg；对采用喷嘴调节方式的凝汽式汽轮机，由弗留格尔公式可知，流出三个容积环节包括高压缸前汽室、再热容积、低压连通管的流量近似正比于对应容积的入口压力，从而得到：3式中：DIni为初始流量，单位为m/s；Pvs为容积内压力，单位为MPa；PIni为初始容积压力，单位为MPa；对上式两边同时对时间t求导可得：假设温度在讨论的变工况过程中变化不大，近似为常量，则可得：进一步可写为：2CN106682376A权利要求书2/5页3式中：νsv为蒸汽的比体积，单位为m/kg；用的两种表达方式进行代换可得：进一步整理可得上式可写为：式中：对上式两端同时取拉普拉斯变换，并假设初始状态为稳态，得：Din(s)-Dout(s)＝TvssDout(s)或上式即通用容积环节一阶惯性模型；b、汽轮机主要容积环节模型利用步骤(a)所得通用容积环节一阶惯性模型可得汽轮机高压缸前汽室容积环节模型、再热环节模型和低压连通管容积模型，分述如下：1)高压缸前汽室容积环节模型将步骤(a)所得通用容积环节模型应用到高压缸前汽室容积环节可得其数学模型如下：式中：DoutCHPu为流出高压缸前汽室的流量，DinCHPu为流入高压缸前汽室的流量，TCH为高压缸前汽室容积时间常数：3式中：VCH为高压缸前汽室的容积，m；PIniCH为汽室初始压力；DIniCH为汽室初始流量；νsvCH为汽室内蒸汽的比体积；PCH为汽室压力；由连续性条件可知，流入高压缸前汽室的流量等于流出调节汽阀的流量，即；DinCHPu＝DoutGVPu式中：DoutGVPu为流出调节汽阀的流量；实际运行中的大型火电机组一般运行在喷嘴调节方式下，此时多个汽阀逐个动作，并3CN106682376A权利要求书3/5页在相邻动作的汽阀之间存在一定的重叠度，在小扰动条件