計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電廠仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率的大范圍偏移會影響發(fā)電廠輔機(jī)出力，對發(fā)電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生很大影 響。保持電力系統(tǒng)頻率特性是維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的重要因素。近年來，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率 大幅度偏移、甚至引起電網(wǎng)頻率崩潰的事故頻繁發(fā)生，控制系統(tǒng)頻率成為抑制故障擴(kuò)散、維 持系統(tǒng)穩(wěn)定的重要手段。因此，研宄發(fā)電廠頻率穩(wěn)定分析模型受到工程界和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān) 注。
[0003] 早期發(fā)電廠仿真主要采用全范圍仿真機(jī)，但造價昂貴，適應(yīng)范圍有限?，F(xiàn)有的技 術(shù)路線主要采用數(shù)字仿真，《火電機(jī)組分布式仿真系統(tǒng)設(shè)計》提出了大型火電機(jī)組仿真培訓(xùn) 系統(tǒng)的設(shè)計模型，實現(xiàn)了對火電機(jī)組仿真系統(tǒng)的建模。《An Overview of Modelling and Simulation of Thermal Power Plant》在火發(fā)電廠汽輪機(jī)鍋爐模型的基礎(chǔ)上，對仿真方法 進(jìn)行概述和分析。發(fā)電廠中存在大量的輔機(jī)類負(fù)載，電網(wǎng)頻率變化嚴(yán)重影響電機(jī)有功功率， 有功出力的波動反過來作用于電網(wǎng)頻率。尤其是在頻率大范圍偏移的情況下，輔機(jī)的出力 將會對火電機(jī)組產(chǎn)生較大影響。
[0004] 數(shù)值仿真的結(jié)果系統(tǒng)和元件模型直接影響，現(xiàn)有的研宄資料一般采用額定頻率下 的發(fā)電機(jī)、鍋爐、汽輪機(jī)、調(diào)速器以及負(fù)荷模型，忽略頻率偏移對發(fā)電機(jī)的動態(tài)影響，將造 成仿真結(jié)果精度差，甚至出現(xiàn)與實際不相符的結(jié)果?，F(xiàn)有的SFR模型（System Frequency Response model，即系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型）沒有考慮鍋爐/輔機(jī)模型，從而無法考慮頻率大范 圍變化時鍋爐/輔機(jī)出力的大幅下降的情況。現(xiàn)有的SFR模型得到的機(jī)組頻率特性是單調(diào) 的，僅適用于頻率小范圍變化的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系 統(tǒng)。
[0006] 1、建立了考慮輔機(jī)的SFR擴(kuò)展模型，使其能能夠研宄機(jī)組在大范圍頻率擾動時的 頻率特性。
[0007] 2、考慮了發(fā)電廠輔機(jī)信息的饋入，將輔機(jī)出力（給水量和給煤量）與頻率變化描 述為頻率-給水泵給水流量、頻率-發(fā)電機(jī)有功功率的數(shù)學(xué)方程。
[0008] 3、解決了大功率缺額的情況下系統(tǒng)頻率大范圍偏移時，發(fā)電機(jī)仿真結(jié)果精度不準(zhǔn) 的問題。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，包括鍋爐模塊；
[0011] 所述鍋爐模塊的輸入量包括有效吸熱Dq和閥門開度μ，輸出量為主蒸汽壓力P t、 汽包壓力Pd和主蒸汽流量；
[0012] 所述鍋爐模塊的輸出量作為汽輪機(jī)模塊的輸入量；汽輪機(jī)模塊的輸出量送給同步 發(fā)電機(jī)模塊；同時負(fù)荷模塊的輸出量也是所述同步發(fā)電機(jī)模塊的輸入量；
[0013] 所述同步發(fā)電機(jī)模塊的輸出量送到功率偏差模塊，所述功率偏差模塊的輸出分為 兩路，一路送給調(diào)速器模塊，一路送給給水泵模塊；所述功率偏差模塊，將功率偏差轉(zhuǎn)換為 角速度偏差或是頻率偏差；
[0014] 所述調(diào)速器模塊的輸出量送到主蒸汽閥門模塊，所述調(diào)速器模塊從角速度偏差引 入一個反饋調(diào)節(jié)，利用調(diào)差系數(shù)，得出主蒸汽閥門所需要調(diào)節(jié)的裕度，實現(xiàn)增大或減小主蒸 汽閥門的開度，所述主蒸汽閥門模塊的輸出量反饋到所述鍋爐模塊；同時在初始狀態(tài)時，為 主蒸汽閥門模塊設(shè)置閥門開度的初值；
[0015] 所述給水泵模塊通過頻率偏差得到當(dāng)頻率發(fā)生變化時的給水泵給水流量；所述給 水泵模塊的輸出量送給燃燒計算模塊，所述燃燒計算模塊利用輸入的給水泵給水流量得到 煤量值，所述燃燒計算模塊的輸出量送到鍋爐輸入模塊，所述鍋爐輸入模塊將煤量轉(zhuǎn)換為 有效吸熱量，所述鍋爐輸入模塊的輸出量送到輸入判斷模塊，所述輸入判斷模塊的輸出量 反饋到所述鍋爐模塊，同時在初始狀態(tài)時，為輸入判斷模塊設(shè)置初始值。
[0016] 還包括功率判斷模塊，所述功率判斷模塊位于汽輪機(jī)模塊和同步發(fā)電機(jī)模塊之 間，汽輪機(jī)的輸出量為功率判斷模塊的輸入量，功率判斷模塊的輸出量為同步發(fā)電機(jī)模塊 的輸入量；所述功率判斷模塊用于限制汽輪機(jī)的輸出功率，使之不超過汽輪機(jī)的最大輸出 功率。
[0017] 所述鍋爐輸入模塊中磨煤動態(tài)和傳熱過程簡化為磨煤機(jī)動態(tài)和水冷壁動態(tài)，鍋爐 輸入模塊的傳遞函數(shù)為：
【主權(quán)項】
1. 計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，其特征是，包括鍋爐模塊； 所述鍋爐模塊的輸入量包括有效吸熱Dq和閥門開度y，輸出量為主蒸汽壓力Pt、汽包 壓力Pd和主蒸汽流量； 所述鍋爐模塊的輸出量作為汽輪機(jī)模塊的輸入量；汽輪機(jī)模塊的輸出量送給同步發(fā)電 機(jī)模塊；同時負(fù)荷模塊的輸出量也是所述同步發(fā)電機(jī)模塊的輸入量； 所述同步發(fā)電機(jī)模塊的輸出量送到功率偏差模塊，所述功率偏差模塊的輸出分為兩 路，一路送給調(diào)速器模塊，一路送給給水泵模塊；所述功率偏差模塊，將功率偏差轉(zhuǎn)換為角 速度偏差或頻率偏差； 所述調(diào)速器模塊的輸出量送到主蒸汽閥門模塊，所述調(diào)速器模塊從角速度偏差引入一 個反饋調(diào)節(jié)，利用調(diào)差系數(shù)，得出主蒸汽閥門所需要調(diào)節(jié)的裕度，實現(xiàn)增大或減小主蒸汽閥 門的開度； 所述主蒸汽閥門模塊的輸出量反饋到所述鍋爐模塊；同時在初始狀態(tài)時，為主蒸汽閥 門模塊設(shè)置閥門開度的初值； 所述給水泵模塊通過頻率偏差得到當(dāng)頻率發(fā)生變化時的給水泵給水流量；所述給水泵 模塊的輸出量送給燃燒計算模塊，所述燃燒計算模塊利用輸入的給水泵給水流量得到煤量 值，所述燃燒計算模塊的輸出量送到鍋爐輸入模塊，所述鍋爐輸入模塊將煤量轉(zhuǎn)換為有效 吸熱量，所述鍋爐輸入模塊的輸出量送到輸入判斷模塊，所述輸入判斷模塊的輸出量反饋 到所述鍋爐模塊，同時在初始狀態(tài)時，為輸入判斷模塊設(shè)置初始值。
2. 如權(quán)利要求1所述計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，其特征是，所述鍋爐輸入模塊 中磨煤動態(tài)和傳熱過程簡化為磨煤機(jī)動態(tài)和水冷壁動態(tài)，鍋爐輸入模塊的傳遞函數(shù)為：
其中B為進(jìn)入鍋爐的煤量，Dq為鍋爐總有效吸熱量，tPTUT2和kl為傳遞函數(shù)系數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，其特征是，所述汽輪機(jī)模塊 為汽輪機(jī)輸入的蒸汽流量和輸出的機(jī)械功率之間的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，具體傳遞函數(shù)為公式 (2)：
(2) 式中K1、K2、K3分別為高、中、低壓缸穩(wěn)態(tài)輸出功率占總輸出功率的百分比；T3、T4、T5 分別為汽室，一次再熱和連接管道的時間常數(shù)，Cv為輸入主蒸汽流量，Pm為發(fā)電機(jī)功率。
4. 如權(quán)利要求1所述計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，其特征是，所述燃燒計算模塊 的函數(shù)公式為式（3) y = 0. 1549x+15. 195 (3) 其中，x為給水流量，單位為t/h，y為耗煤量，單位為t/h。
5. 如權(quán)利要求1所述計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，其特征是，所述給水泵模塊給 水泵出力Q與角頻率《的關(guān)系可由式（4)確定： (4) 式中為角頻率；Hst為被克服的靜壓頭；R為輸水管阻力；k2S機(jī)組機(jī)構(gòu)及尺寸所確 定的系數(shù)。
6.權(quán)利要求1所述計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，其特征是，還包括功率判斷模塊， 所述功率判斷模塊位于汽輪機(jī)模塊和同步發(fā)電機(jī)模塊之間，汽輪機(jī)的輸出量為功率判斷模 塊的輸入量，功率判斷模塊的輸出量為同步發(fā)電機(jī)模塊的輸入量；所述功率判斷模塊用于 限制汽輪機(jī)的輸出功率，使之不超過汽輪機(jī)的最大輸出功率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了計及頻率偏移的發(fā)電廠仿真系統(tǒng)，建立了考慮鍋爐/輔機(jī)的SFR擴(kuò)展模型。在考慮系統(tǒng)頻率大幅度偏移引起電廠輔機(jī)出力波動的基礎(chǔ)上，仿真火力發(fā)電廠的運(yùn)行過程。加入鍋爐/輔機(jī)模型并計及頻率對其出力的影響，能夠模擬機(jī)組出力隨著頻率下降先是增加，而在頻率大幅度下降時則會減少的實際情況能夠更加準(zhǔn)確的模擬更大范圍內(nèi)的頻率動態(tài)過程，說明頻率大范圍偏移對電廠鍋爐或輔機(jī)的影響。加入鍋爐/輔機(jī)模型并計及頻率對其出力的影響，能夠模擬機(jī)組出力隨著頻率下降先是增加，而在頻率大幅度下降時則會減少的實際情況，能夠更加準(zhǔn)確的模擬更大范圍內(nèi)的頻率動態(tài)過程。
【IPC分類】G05B17-02
【公開號】CN104808511
【申請?zhí)枴緾N201510082361
【發(fā)明人】謝宇崢, 靳宗帥, 張恒旭, 劉玉田
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年2月15日