一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法。在调速器的控制下，汽轮机有可能产生负的附加机械同步转矩和附加机械阻尼转矩，恶化电力系统共振机理低频振荡，引起电力系统失稳。为解决这一问题，本发明通过矫正环节对调速器调节系统输出的调门指令信号进行相位矫正，矫正后的信号再输出到伺服系统，伺服系统控制调门开度从而改变汽轮机输出机械功率。相位矫正值根据汽轮机及调速器的传递函数计算得出。本方法可以在不影响汽轮机及调速器原有功能的基础上，消除汽轮机及调速器对共振机理低频振荡不利影响。此外本方法鲁棒性强，能够适应电力系统的各种运行工况，还具有参数设计简单的特点，具有较大的实用价值。
【专利说明】一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法,属于电力系统稳定与控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着快速励磁系统的弓I入和电网规模的扩大，低频振荡在电网中发生的概率大大增加。共振机理低频振荡是由于外界周期性功率扰动的频率与系统自然频率接近所引发的振荡，它的特点为振荡频率低，范围广，振荡持续时间长，因此一旦发生，会严重危害电力系统的安全稳定运行。
[0003]汽轮机是电力系统发电机组中广泛使用的原动机的一种，它将燃料的热能转化为机械能。汽轮机调速器用来控制汽轮机输出机械功率，它根据输入信号改变调门开度，调节汽轮机的进汽量及洽降，从而改变汽轮机输出机械功率，保证汽轮机输出机械功率与外界负荷平衡。图1为汽轮机及调速器的控制框图，其中调速器由调节系统和伺服系统组成。图中G1(S)表示频差放大环节，Gp1 (S)表示调节环节，Gv(s)表示伺服系统，Gqi(S)为高压缸容积，Gk(S)为高压缸比例以及低压与再热容积，Gqi(S)和Gk(S)两者的乘积组成整个汽轮机。现有的调速器控制汽轮机输出机械功率Pm的方法如下:调速器以发电机转速ω和电磁功率Pe作为调节系统的输入信号，经过调节系统Gpi (s)的调节输出调门开度信号PCT，伺服系统Gv (s)接收调门开度信号PCT，调整汽轮机的调门开度PCT，调门开度Pct通过汽轮机Gqi(S) -Gkc(S),改变汽轮机输出机械功率Pm。调速器在控制汽轮机输出机械功率Pm的同时会使得汽轮机输出附加机械转矩，而现有的调速器控制方式没有考虑汽轮机输出的附加机械转矩，因此在现有的调速器控制方式下汽轮机有可能输出负的附加机械同步转矩和附加机械阻尼转矩，造成共振机理低频振荡幅值增大，降低电力系统稳定性。
[0004]目前有一种方法通过安装调速器侧电力系统稳定器来增加附加机械阻尼转矩，但是这种方法引入附加控制回路，结构以及参数设计较复杂，更关键的是，该方法未考虑调速器本身对共振机理低频振荡的影响。还有一种方法通过切换调速器控制方式来改变系统共振频率点，这样可以避免系统共振频率与扰动频率完全一致，从而减小振荡幅值。但是该方法只能在发现并且确定所发生的振荡为共振机理低频振荡后，才能实施，因此控制时间长。此外它根据共振振荡的发生调整调速器的控制方式，可能改变调速器在电力系统中原有的调节功能。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明提供一种在不影响汽轮机及调速器原有功能的基础上，消除汽轮机及调速器对电力系统共振机理低频振荡的不利影响，保护电力系统的稳定性，鲁棒性强，能够适应电力系统的各种运行工况，并且实现简单，具有实用价值的发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法。
[0006]技术方案:本发明的发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法，包括以下步骤:
[0007]I)将发电机转速ω和电磁功率匕输入调速器的调节系统，形成调门指令Pw ；
[0008]2)根据汽轮机及调速器的传递函数，通过矫正环节对所述步骤I)中得到的调门指令Pct进行相位矫正，得到矫正后的调门指令Pwk ;
[0009]3)将所述步骤2)中得到的矫正后的调门指令Pwk输入调速器伺服系统，改变调门开度PCT，从而实现对汽轮机输出机械功率Pm的调节。
[0010]本发明方法的优选方案中，步骤2)中按照如下方法得到矫正后的调门指令Pwk:
[0011]将调门指令Pw输入下式所示的矫正环节的传递函数Ge(S)进行相位矫正，得到矫正后的调门指令Pctk:
【权利要求】
1.一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 1)将发电机转速ω和电磁功率匕输入调速器的调节系统，形成调门指令PCT; 2)根据汽轮机及调速器的传递函数，通过矫正环节对所述步骤I)中得到的调门指令Pcv进行相位矫正，得到矫正后的调门指令Pctk ; 3)将所述步骤2)中得到的矫正后的调门指令Pwk输入调速器伺服系统，改变调门开度Pgv,从而实现对汽轮机输出机械功率Pm的调节。
2.根据权利要求1所述的一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法，其特征在于，所述步骤2)中按照如下方法得到矫正后的调门指令Pwk: 将调门指令Pct输入下式所示的矫正环节的传递函数G。(s)进行相位矫正，得到矫正后的调门指令Pctk:
其中s为拉普拉斯算子，η表示传递函数包含的个数，T1和T2为矫正环节的传递函数GJs)的时间常数，Pcv(s)为调门指令Pw的复频域表达式，PCVE(s)为矫正后的调门指令!3。?的复频域表达式。
3.根据权利要求2所述的一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法，其特征在T.s +1于，所述步骤2)中，传递函数GcXs)包含的个数η通过对Ii1向上取整得到，其中Ii1 =α |/60，α为按照以下方法计算得到的相位矫正值: a)根据在无矫正环节时的调速器的输入信号发电机转速ω到汽轮机输出机械功率Pm的传递函数Gu (S)，计算出Gu (S)在电力系统共振频率4处的相位Θ ；
b)根据下式计算得到中间计算角度P= arclanTTY，其中共振机理低频振荡角频率
ωη = 2π *fn，系统额定角频率为电力系统额定频率，K1为发电机的同步力矩系数，K为调速器调节系统的频差放大倍数； c)按照下式求得相位矫正值α:
4.根据权利要求2或3所述的一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法，其特征在于，所述时间常数T1和T2根据下式计算得到:
其中，λ为中间计算变量。
【文档编号】H02P9/04GK104201953SQ201410444332
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】冯双, 蒋平, 吴熙, 郭浩 申请人:东南大学