一种重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法与流程

1.本发明涉及发电机组建模与控制领域，尤其涉及一种重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法。


背景技术：

2.燃气轮机是发电厂的一种重要设备，具备可靠性高、适用性强、响应迅速、污染小等多项特点。随着燃气轮机技术的不断完善成熟，目前已被国内外广泛使用。但重型燃气轮机的研制工作是涵盖多系统的综合性课题，研发成本高、周期长，因此建立一个高精度、多工况的燃气轮机仿真显得尤为重要。现有燃气轮机的建模通常采用静态理论数学模型，存在精度低、只能计算少量工况和运行少量设备的缺点，有可能会出现模型运行的数据与实际机组运行数据相差较远的情况，对重型单轴燃气轮机而言，现有建模方法不能表达动力学过程，不适用于做动态仿真。
3.因此，本领域的技术人员致力于开发一种重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何解决现有燃气轮机静态理论数学模型精度低、只能计算少量工况和运行少量设备的缺点，提出重型单轴燃气轮机发电机组模型建立方法，使建立的动态模型仿真精度高，实时性好，可正确反映机组实际运行的动态特性。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，包括以下步骤：
6.步骤1、建立重型燃气轮机发电机组组性能参数过程量的静态模型；
7.步骤2、基于步骤1建立的静态模型，对环境参数相关的外部扰动量进行修正；
8.步骤3、对并网后电网频率扰动进行建模；
9.步骤4、采用机组的物理特性模型对过程量：压比、压气机温比、空气流量、透平膨胀比、燃气轮机燃烧温度进行理论建模；
10.步骤5、对步骤1、步骤2、步骤3和步骤4建立的动态模型进行动态特性修正；
11.步骤6、整合步骤1到5，建立重型单轴燃气轮机发电机组的动态数学模型。
12.进一步地，步骤1具体包括：根据重型燃气轮机发电机组的工作物理特征，选择燃料流量、温度和压力作为输入参数，建立有功功率、转速、排气温度和压气机压比的机组外特性静态模型。
13.进一步地，步骤2具体包括：环境参数相关的外部扰动量包括：环境温度、环境压力、排气背压，通过修正曲线对基于步骤1建立的静态模型进行修正。
14.进一步地，步骤3具体包括：采用小偏差线性化对并网后电网频率扰动进行建模。
15.在本发明的较佳实施方式中，步骤4中物理建模方法采用非线性热动力学模型法。
16.在本发明的另一较佳实施方式中，步骤4中物理建模方法采用线性化模型法。
17.在本发明的另一较佳实施方式中，步骤4中物理建模方法采用准非线性化模型法。
18.在本发明的较佳实施方式中，步骤5中，对步骤1、步骤2、步骤3和步骤4建立的动态模型中所有过程量采用容积惯性方式进行动态模型修正。
19.进一步地，步骤2中通过修正曲线对基于步骤1建立的静态模型进行修正的方法为：在步骤1建立的静态模型之后采用叠加参数修正因子与和扰动量的乘积的方法进行修正。
20.在本发明的另一较佳实施方式中，步骤5中，对步骤1、步骤2、步骤3和步骤4建立的动态模型，采用机组运行时间函数作为修正因子进行修正。
21.本发明计算简单，在建立的重型单轴燃气轮机发电机组静态仿真模型的基础上，考虑到环境温度、环境压力、排气背压及电网频率对机组的动态影响，进行二次建模和修正，利用本发明所述方法建立的重型单轴燃气轮机发电机组模型，精确度高，仿真工况多，可正确反映机组实际运行的动态特性，既可以满足研发人员对重型燃气轮机的研究，也可用于对燃气轮机机组现场工作人员的培训。
22.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
23.图1是本发明的一个较佳实施例的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法的流程示意图；
24.图2是本发明的一个较佳实施例的重型单轴燃气轮机发电机组控制系统结构示意图。
具体实施方式
25.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
26.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
27.如图1所示，为本发明一个较佳实施例的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法的流程示意图。一种包括以下步骤：
28.步骤1、建立重型燃气轮机发电机组组性能参数过程量的静态模型，具体包括：根据重型燃气轮机发电机组的工作物理特征，选择燃料流量、温度和压力作为输入参数，建立有功功率、转速、排气温度和压气机压比的机组外特性静态模型。
29.步骤2、基于步骤1建立的静态模型，对环境参数相关的外部扰动量进行修正，具体包括：环境参数相关的外部扰动量包括：环境温度、环境压力、排气背压，通过修正曲线对基于步骤1建立的静态模型进行修正。步骤2中通过修正曲线对基于步骤1建立的静态模型进行修正的方法为：在步骤1建立的静态模型之后采用叠加参数修正因子与和扰动量的乘积
的方法进行修正。
30.步骤3、对并网后电网频率扰动进行建模，具体包括：采用小偏差线性化对并网后电网频率扰动进行建模。
31.步骤4、采用机组的物理特性模型对过程量：压比、压气机温比、空气流量、透平膨胀比、燃气轮机燃烧温度进行理论建模。
32.步骤5、对步骤1、步骤2、步骤3和步骤4建立的动态模型中所有过程量采用容积惯性方式进行动态模型修正。
33.步骤6、整合步骤1到5，建立重型单轴燃气轮机发电机组的动态数学模型。
34.如图2所示，为本发明一个较佳实施例的重型单轴燃气轮机发电机组控制系统结构示意图。把空气被吸入压气机在其中进行压缩，在燃烧室与天然气混合并点燃。由此产生的热气体经过透平向驱动设备提供动力发电，后将废气排出。
35.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。


技术特征：
1.一种重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立重型燃气轮机发电机组组性能参数过程量的静态模型；步骤2、基于所述步骤1建立的所述静态模型，对环境参数相关的外部扰动量进行修正；步骤3、对并网后电网频率扰动进行建模；步骤4、采用机组的物理特性模型对过程量：压比、压气机温比、空气流量、透平膨胀比、燃气轮机燃烧温度进行理论建模；步骤5、对所述步骤1、所述步骤2、所述步骤3和所述步骤4建立的动态模型进行动态特性修正；步骤6、整合步骤1到5，建立所述重型单轴燃气轮机发电机组的动态数学模型。2.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：根据所述重型燃气轮机发电机组的工作物理特征，选择燃料流量、温度和压力作为输入参数，建立有功功率、转速、排气温度和压气机压比的机组外特性静态模型。3.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：所述环境参数相关的外部扰动量包括：环境温度、环境压力、排气背压，通过修正曲线对基于所述步骤1建立的所述静态模型进行修正。4.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：采用小偏差线性化对并网后电网频率扰动进行建模。5.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤4中所述物理建模方法采用非线性热动力学模型法。6.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤4中所述物理建模方法采用线性化模型法。7.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤4中所述物理建模方法采用准非线性化模型法。8.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤5中，对所述步骤1、所述步骤2、所述步骤3和所述步骤4建立的所述动态模型中所有过程量采用容积惯性方式进行动态模型修正。9.如权利要求3所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤2中通过修正曲线对基于所述步骤1建立的所述静态模型进行修正的方法为：在所述步骤1建立的所述静态模型之后采用叠加参数修正因子与和扰动量的乘积的方法进行修正。10.如权利要求1所述的重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，其特征在于，所述步骤5中，对所述步骤1、所述步骤2、所述步骤3和所述步骤4建立的所述动态模型，采用机组运行时间函数作为修正因子进行修正。

技术总结
本发明公开了一种重型单轴燃气轮机发电机组动态仿真建模方法，涉及发电机组建模与控制领域，包括：建立重型燃气轮机发电机组组性能参数过程量的静态模型；对环境参数相关的外部扰动量进行修正；对并网后电网频率扰动进行建模；采用机组的物理特性模型对过程量：压比、压气机温比、空气流量、透平膨胀比、燃气轮机燃烧温度进行理论建模；进行动态特性修正；整合并建立重型单轴燃气轮机发电机组的动态数学模型。本发明解决现有燃气轮机静态理论数学模型精度低、只能计算少量工况和运行少量设备的缺点，建立的动态模型仿真精度高，实时性好，可正确反映机组实际运行的动态特性。正确反映机组实际运行的动态特性。正确反映机组实际运行的动态特性。


技术研发人员：吴凯利 王维建 蒋杰
受保护的技术使用者：上海新华控制技术集团科技有限公司
技术研发日：2021.10.18
技术公布日：2022/1/11