一种基于阀门流量特性的汽轮机调速方法及系统

技术领域

本发明涉及汽轮机调速领域，特别是涉及一种基于阀门流量特性的汽轮机调速方法及系统。

背景技术

由于新能源大规模开发和风电光伏储能接入电网，大量新型电力电子设备接入，电网呈现低惯量和弱阻尼趋势，稳定性较差，电力系统的控制基础和运行机理发生变化。新能源发电具有随机性、间歇性和波动性的特点，电网遇到负荷突变或者其他情况所带来的电网震荡就会很难稳定，甚至不会停止以致产生严重后果。

目前对于机组低频振荡的研究都是基于典型调速系统进行仿真和分析，已有研究中所涉及的调速系统参数优化过程容易对机组调频响应性能产生不利影响。此外，火电机组运行工况多变，原动机侧可能诱发机组低频振荡的原因众多，依据单一工况情形整定的参数难以表现出期望的性能，导致对汽轮机调速的效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阀门流量特性的汽轮机调速方法及系统，可提高汽轮机调速的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于阀门流量特性的汽轮机调速方法，采用调速系统对汽轮机进行调速，所述调速系统包括4个顺序阀，所述基于阀门流量特性的汽轮机调速方法包括：

获取综合阀位指令；

针对任一顺序阀，根据所述综合阀位指令确定所述顺序阀的调门指令；

根据各顺序阀的调门指令调整对应顺序阀的开度，以对汽轮机进行调速。

可选地，所述基于阀门流量特性的汽轮机调速方法还包括：

对各顺序阀的调门指令求和，得到总调门指令；

采用第一转换系数将所述总调门指令转换为主蒸汽流量；所述第一转换系数为调门指令与蒸汽流量的转换系数。

可选地，根据所述综合阀位指令确定所述顺序阀的调门指令，具体包括：

采用第二转换系数将所述综合阀位指令转换为综合调门指令；所述第二转换系数为阀位指令与调门指令的转换系数；

采用所述顺序阀的非线性特性参数，对所述综合调门指令进行迭代计算，得到所述顺序阀的初始调门指令；

根据所述综合调门指令、所述顺序阀的开度阈值及所述顺序阀的初始调门指令，确定所述顺序阀的调门指令。

可选地，采用所述顺序阀的非线性特性参数，对所述综合调门指令进行迭代计算，得到所述顺序阀的初始调门指令，具体包括：

根据所述顺序阀的非线性特性参数及所述综合调门指令，确定所述顺序阀的第一调门指令；

针对第n次迭代，根据所述顺序阀的非线性特性参数、所述综合调门指令及所述顺序阀的第n调门指令，确定所述顺序阀的第n+1调门指令；0＜n；

判断n是否等于迭代阈值，若是，则第n+1调门指令为所述顺序阀的初始调门指令，否则进行第n+1次迭代。

可选地，所述顺序阀的非线性特性参数包括第一常量、第二常量及第三常量；

采用公式D

可选地，根据所述综合调门指令、所述顺序阀的开度阈值及所述顺序阀的初始调门指令，确定所述顺序阀的调门指令，具体包括：

判断所述综合调门指令是否小于或等于所述顺序阀的开度阈值，若是，则根据所述顺序阀的初始调门指令，采用第一函数确定所述顺序阀的调门指令，否则，根据所述顺序阀的初始调门指令，采用第二函数确定所述顺序阀的调门指令；所述第一函数及所述第二函数为预先确定的使所述顺序阀的调门指令在所述顺序阀的非线性区间内的函数。

可选地，所述获取综合阀位指令，具体包括：

采集汽轮机的当前蒸汽压力、当前转速及当前蒸汽流量；

根据所述当前蒸汽压力、所述当前转速及所述当前蒸汽流量，采用PID控制器确定综合阀位指令。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种基于阀门流量特性的汽轮机调速系统，与汽轮机的调速系统连接，所述调速系统包括4个顺序阀，所述基于阀门流量特性的汽轮机调速系统包括：

综合阀位指令获取单元，用于获取综合阀位指令；

调门指令确定单元，与所述综合阀位指令获取单元连接，用于针对任一顺序阀，根据所述综合阀位指令确定所述顺序阀的调门指令；

开度调整单元，分别与所述调门指令确定单元及各顺序阀连接，用于根据各顺序阀的调门指令调整对应顺序阀的开度，以对汽轮机进行调速。

可选地，所述基于阀门流量特性的汽轮机调速系统还包括：

总调门指令确定单元，与所述调门指令确定单元连接，用于对各顺序阀的调门指令求和，得到总调门指令；

主蒸汽流量确定单元，与所述总调门指令确定单元连接，用于采用第一转换系数将所述总调门指令转换为主蒸汽流量；所述第一转换系数为调门指令与蒸汽流量的转换系数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：首先基于仿真模型及汽轮机的运行数据确定综合阀位指令；然后根据综合阀位指令确定各顺序阀的调门指令；最后根据各顺序阀的调门指令调整对应顺序阀的开度，以对汽轮机进行调速。在进行转差扰动的响应曲线仿真时，更贴近电厂的实际环节特性，得到更真实准确的响应过程曲线，体现非线性环节流量特性对汽轮机调速的影响，提高了汽轮机调速的精度，进而提高了汽轮机的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于阀门流量特性的汽轮机调速方法的流程图；

图2为流量控制模块的结构示意图；

图3为将综合阀位指令转换为顺序阀的调门指令的过程示意图；

图4为根据综合调门指令得到顺序阀的初始调门指令的过程示意图；

图5为迭代计算第n调门指令的示意图；

图6为改进后的整个调速系统低频振荡仿真模型的示意图；

图7为某段时间内存在转差信号的示意图；

图8为负荷响应曲线示意图；

图9为本发明基于阀门流量特性的汽轮机调速系统的模块示意图。

符号说明：

综合阀位指令获取单元-1，调门指令确定单元-2，开度调整单元-3，总调门指令确定单元-4，主蒸汽流量确定单元-5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于阀门流量特性的汽轮机调速方法及系统，通过将综合阀位指令转换为每个顺序阀的调门指令，进而调整顺序阀的开度，以对汽轮机进行调速，提高调速的精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种基于阀门流量特性的汽轮机调速方法，采用调速系统对汽轮机进行调速。调速系统包括4个顺序阀。

如图1所示，本实施例提供的基于阀门流量特性的汽轮机调速方法包括：

S1：获取综合阀位指令。具体地，采集汽轮机的当前蒸汽压力、当前转速及当前蒸汽流量。根据所述当前蒸汽压力、所述当前转速及所述当前蒸汽流量，采用PID控制器确定综合阀位指令。

本发明对现有的调速系统低频振荡仿真模型中的顺序阀调速部分进行改进。首先获取某350MW火电机组现场调速系统的当前运行数据及典型火电机组调速系统模型的控制参数。其中，控制参数包括各控制环节的时间常数(包括油动机调门开启响应时间常数T

S2：针对任一顺序阀，根据所述综合阀位指令确定所述顺序阀的调门指令。

在本实施例中，步骤S2具体包括：

S21：采用第二转换系数将所述综合阀位指令转换为综合调门指令。所述第二转换系数为阀位指令与调门指令的转换系数。即D

S22：采用所述顺序阀的非线性特性参数，对所述综合调门指令进行迭代计算，得到所述顺序阀的初始调门指令。

具体地，根据所述顺序阀的非线性特性参数及所述综合调门指令，确定所述顺序阀的第一调门指令。在本实施例中，顺序阀的非线性特性参数包括第一常量、第二常量及第三常量。采用公式D

针对第n次迭代，根据所述顺序阀的非线性特性参数、所述综合调门指令及所述顺序阀的第n调门指令，确定所述顺序阀的第n+1调门指令；0＜n。

判断n是否等于迭代阈值，若是，则第n+1调门指令为所述顺序阀的初始调门指令，否则进行第n+1次迭代。

通过迭代计算得到各顺序阀开度区间的指令。

如图3所示为根据综合调门指令D

S23：根据所述综合调门指令、所述顺序阀的开度阈值及所述顺序阀的初始调门指令，确定所述顺序阀的调门指令。

具体地，判断所述综合调门指令是否小于或等于所述顺序阀的开度阈值，若是，则根据所述顺序阀的初始调门指令，采用第一函数确定所述顺序阀的调门指令，否则，根据所述顺序阀的初始调门指令，采用第二函数确定所述顺序阀的调门指令。其中，第一函数及第二函数为预先确定的使所述顺序阀的调门指令在所述顺序阀的非线性区间内的函数，表示经典电液伺服系统阀门开度控制加上考虑了调阀流量非线性特性进行的计算。即通过第一函数和第二函数给出满足在该顺序阀非线性区间内的调门指令，公式为：

/>

其中，D

为了更好的理解本发明的方案，如图5所示，以第一个顺序阀为例，综合阀位指令经过综合阀位指令模块折算为第一个顺序阀的初始调门指令D

S3：根据各顺序阀的调门指令调整对应顺序阀的开度，以对汽轮机进行调速。

进一步地，所述基于阀门流量特性的汽轮机调速方法还包括：

S4：对各顺序阀的调门指令求和，得到总调门指令。即D

S5：采用第一转换系数将所述总调门指令转换为主蒸汽流量。所述第一转换系数为调门指令与蒸汽流量的转换系数。即P

本发明考虑了在电厂实际控制中，电厂的四调阀机组，为提高机组运行经济性，通常采用顺序阀运行方式，即四个调阀依次开启，顺序阀流量特性曲线均存在明显拐点，而且阀门开度与蒸汽流量之间为非线性关系。典型调速系统模型无法反映这一特性，所以本发明在典型调速系统模型中加入了流量控制模块。引入流量控制模块后的调速模型，在进行转差扰动的响应曲线仿真时，能更贴近电厂实际环节特性，得到更真实准确的响应过程曲线，体现非线性环节流量特性对控制能力的影响，在基于仿真结果进行控制策略的设计时，更有针对性和实用性。本发明改进后的整个调速系统低频振荡仿真模型如图6所示，输入为汽轮机的当前蒸汽压力P

为了更好的理解本发明的方案，下面利用机组实际低频振荡数据对本发明改进后的整个调速系统低频振荡仿真模型进行验证，给出一信号表示某段时间内存在转差信号，如图7所示。

分别对原经典模型和加入了小频差补偿和流量控制模块的低频振荡模型施加此信号，设置采样时间为0.02s，记录从0s到600s对应的负荷响应曲线，截取了能明显表现出曲线差异部分如图8所示。

可以看出，引入流量控制模块后，模型仿真曲线能很明显的表示出震荡曲线的动态特性。与之相比，典型调速模型忽略了阀门流量实际特性，无法反映调阀非线性造成的调频品质恶化的特性，进而导致典型模型仿真结果与实际功率曲线存在较大差异，说明了改进后模型的仿真结果更能反映阀门实际的非线性特性对控制品质以及系统震荡的影响。

实施例二

为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种基于阀门流量特性的汽轮机调速系统。

如图9所示，本实施例提供的基于阀门流量特性的汽轮机调速系统包括：综合阀位指令获取单元1、调门指令确定单元2及开度调整单元3。

其中，综合阀位指令获取单元1用于获取综合阀位指令。

调门指令确定单元2与所述综合阀位指令获取单元1连接，调门指令确定单元2用于针对任一顺序阀，根据所述综合阀位指令确定所述顺序阀的调门指令。

开度调整单元3分别与所述调门指令确定单元2及各顺序阀连接，开度调整单元3用于根据各顺序阀的调门指令调整对应顺序阀的开度，以对汽轮机进行调速。

进一步地，基于阀门流量特性的汽轮机调速系统还包括：总调门指令确定单元4及主蒸汽流量确定单元5。

总调门指令确定单元4与所述调门指令确定单元2连接，总调门指令确定单元4用于对各顺序阀的调门指令求和，得到总调门指令。

主蒸汽流量确定单元5与所述总调门指令确定单元4连接，主蒸汽流量确定单元5用于采用第一转换系数将所述总调门指令转换为主蒸汽流量；所述第一转换系数为调门指令与蒸汽流量的转换系数。

相对于现有技术，本实施例提供的基于阀门流量特性的汽轮机调速系统与实施例一提供的基于阀门流量特性的汽轮机调速方法的有益效果相同，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。