并网火电机组一次调频转速不等率的临界稳定值确定方法.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CN105512367A(43)申请公布日2016.04.20(21)申请号201510846913.X(22)申请日2015.11.26(71)申请人广东电网有限责任公司电力科学研究院地址510080广东省广州市越秀区东风东路水均岗8号(72)发明人肖小清阚伟民罗嘉冯永新陈世和(74)专利代理机构广州知友专利商标代理有限公司44104代理人周克佑(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书4页说明书7页附图4页(54)发明名称并网火电机组一次调频转速不等率的临界稳定值确定方法(57)摘要一种并网火电机组一次调频转速不等率临界稳定值确定方法，所述火电机组指凝气式汽轮机组，基于单机对无穷大系统，其特征是所述方法包括以下步骤：S1，建立蒸汽容积效应的数学模型；S2，建立汽轮机转子数学模型；S3，建立油动机数学模型；S4，求解火电机组一次调频非线性模型转速不等率临界稳定值；S4，求解火电机组一次调频线性模型转速不等率临界稳定值；最后得到使系统稳定的转速不等率δ公式。本发明利用线性模型转速不等率临界稳定值代替非线性模型转速不等率临界稳定值作为并网火电机组一次调频转速不等率的设置参考值，考虑了机组的安全性，兼顾并网发电机组的稳定运行与一次调频能力。同时，具有实现方法简单、精度高的优点。CN105512367ACN105512367A权利要求书1/4页1.一种并网火电机组一次调频转速不等率临界稳定值确定方法，所述火电机组指凝气式汽轮机组，基于单机对无穷大系统，其特征是所述方法包括以下步骤：S1，建立蒸汽容积效应的数学模型；S2，建立汽轮机转子数学模型汽轮机转子运动的决定因素有三个，分别是蒸汽转矩、负载转矩以及摩擦转矩，不平衡的转矩会使转子产生角加速度；采用小偏差线性化，将所有变量记为一个常量和一个小偏差的和，并略去高阶无穷小量；使用标幺化和拉氏变换得汽轮机发电机组的转子方程：式中：Ta为发电机组时间常数，一般为6～15s，β为自平衡系数，ω0为额定工况下角频率，Δω为角频率变化量，PT0为额定工况下蒸汽功率，ΔPT为蒸汽功率变化量，ΔPL为负荷消耗功率的变化量；S3，建立油动机数学模型将高阶微分环节略去后，油动机数学模型近似为一个一节惯性环节，其传递函数为：其中Ts为油动机时间常数；S4，求解火电机组一次调频非线性模型转速不等率临界稳定值据发电机转子的摇摆方程，有:其中，Em＝VsEq'/XΣ，Vs为电网电压，Eq'直轴暂态电抗后电压的q轴分量，XΣ为电抗；所述的单机并入无穷大电网的非线性模型闭环系统如图1所示；给定输入流量信号R(s)，输入汽轮机模型(经过蒸汽容积传递函数，接着通过油动机数学模型)产生机械功率Pm，进而与发电机输出功率Pe(基于发电机转子的摇摆方程式(1))进行比较，当机械功率Pm与发电机输出功率Pe相等的时候，整个发电系统进入稳定状态；当机械功率Pm与发电机输出功率Pe相等的时候，通过调速不等率实现对单机并入无穷大电网调节，具体系统闭环方程如式2所示；根据发电机转子的摇摆方程，单机并入无穷大电网的非线性模型，得出系统闭环方程：其中T0容积时间常数，Ts油动机时间常数，Ta发电机组时间常数，D电磁阻尼系数；通过状态空间方程变换后，设s＝jω代入传递函数，令闭环特征方程的实部和虚部都等于零求得使系统临界稳定的转速不等率为：2CN105512367A权利要求书2/4页S4，求解火电机组一次调频线性模型转速不等率临界稳定值采用发电机空载电势Eq等于常数的假设，θ为同步发电机的功角，Vs为电网电压，XΣ为电抗；发电机的功率方程为：在研究小扰动稳定性时将式(4)进行小偏差线性化：写成标幺化的形式为：功角θ仍用弧度单位，若考虑阻尼功率在内，则有：式中D电磁阻尼系数，取为4～25(汽轮发电机取较大值，水轮发电机取较小值)；功角和转速间的关系：其中ω0＝100πrad/s；将式(6)所示电功率表达式代入相应的同步发电机调速系统模型中，即得到单机无穷大系统中火电机组一次调频线性模型，系统的开环传递函数为：其中发电机组时间常数Ta，电磁阻尼系数D，T0容积时间常数，Ts油动时间常数；系统的闭环特征方程为1+Gk(s)＝0，化简可得：令s＝jω，代入(9)闭环特征方程，解得：根据根轨迹，使系统稳定的K值满足0＜K＜K临界，又结合上式得到使系统稳定的转速不等率δ满足如下公式：3CN105512367A权利要求书3/4页2.根据权利要求1所述的并网火电机组一次调频转速不等率临界稳定值确定方法，其特征是：所述的步骤S1具体为：针对蒸汽容积的非线性方程，为了便于研究，采用小偏差线性化的方法用近似线性方程来替代；使用标幺化和拉氏变换，得出式中：T0为容积时