汽轮机调速系统模型参数辨识方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其包含：S1、对汽轮机调速系统模型进行高调门特性静态试验，DEH侧一次调频试验，以及DEH+CCS侧一次调频试验；S2、对步骤S1中得到的试验数据进行格式转换、测点信息确认、标幺预处理；S3、分别对电液伺服执行机构模型、汽轮机模型、调节系统模型进行参数辨识和校验；S4、对汽轮机调速系统模型进行BPA校核。其优点是：提高了汽轮机调速系统模型的参数辨识精准度，有利于电网的稳定分析，且方法简捷实用。
【专利说明】
汽轮机调速系统模型参数辨识方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽轮机建模与仿真技术领域，具体涉及一种汽轮机调速系统模型参数 辨识方法。
【背景技术】
[0002] 对汽轮机调速系统实施参数辨识，可以获得汽轮机调速系统模型各环节的参数， 从而建立对应模型，对电网的稳定性分析计算具有重要意义。
[0003] 传统的参数辨识为人工方式，其计算量大，不确定因素高，辨识效果差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其辨识结果精度 高，方法简捷实用。
[0005] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0006] -种汽轮机调速系统模型参数辨识方法，所述的汽轮机调速系统模型包含电液伺 服执行机构模型、汽轮机模型以及调节系统模型，其特征是，包含以下步骤：
[0007] S1、对汽轮机调速系统模型进行高调门特性静态试验，DEH侧一次调频试验，以及 DEH+CCS侧一次调频试验；
[0008] S2、对步骤S1中得到的试验数据进行格式转换、测点信息确认、标么预处理；
[0009] S3、分别对电液伺服执行机构模型、汽轮机模型、调节系统模型进行参数辨识和校 验；
[0010] S4、对汽轮机调速系统模型进行BPA校核。
[0011] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S1具体包含：
[0012] 高调门特性静态试验中，模拟机组在并网状态，手动方式下，分别进行总阀位指令 的大阶跃、小阶跃试验；
[0013] DEH侧一次调频试验中，机组在80 %以上额定负荷稳定运行，CCS切除，DEH-次调 频投入，DEH运行方式切换至阀控方式，进行模拟转速5rpm上、下阶跃扰动试验；
[0014] DEH+CCS侧一次调频试验中，对调节系统进行DEH+CCS侧一次调频试验，机组在 80%以上额定负荷稳定运行，CCS投入，一次调频功能投入，功率闭环情况下，进行模拟转速 进行5rpm上、下阶跃扰动试验。
[0015] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S2具体包含：
[0016] S21、多通道取试验数据，将试验数据转换为易处理数据格式并导出；
[0017] S22、将转存的试验数据导入matlab，根据试验记录中测点通道信息，分别命名各 通道的测点信息代码；
[0018] S23、对各通道数据进行标么处理。
[0019]上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述步骤S3中电液伺服执行机 构模型参数辨识和校验具体包含：
[0020] S311、选取高调门特性静态试验数据进行电液伺服执行机构模型参数辨识；
[0021] S312、将仿真曲线与实测曲线对比；
[0022] S313、判定对比结果是否在允许偏差范围。
[0023] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S3中汽轮机模型参 数辨识和校验具体包含：
[0024] S321、选取DH1侧一次调频试验数据进行汽轮机模型参数辨识；
[0025] S322、仿真曲线与实测曲线对比；
[0026] S322、对参数辨识结果，选取校验数据对其进行校验，判定对比结果是否在允许偏 差范围。
[0027] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S3中调节系统模型 参数辨识和校验具体包含：
[0028] S331、选取CCS+DH1-次调频试验数据进行调节系统模型参数辨识；
[0029] S332、仿真曲线与实测曲线对比；
[0030] S333、对参数辨识结果，选取校验数据对其进行校验，判定对比结果是否在允许偏 差范围。
[0031] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S4具体包含：
[0032] S41、在BPA中建立单机无穷大系统，调速系统模型采用步骤S3中的得到的辨识参 数；
[0033] S42、在CCS功率控制方式下进行频率扰动仿真，对比仿真与实测结果满足允许偏 差的要求。
[0034] 本发明与现有技术相比具有以下优点：提高了汽轮机调速系统模型的参数辨识精 准度，有利于电网的稳定分析，且方法简捷实用。
【附图说明】
[0035]图1为本发明中的调节系统模型；
[0036]图2为本发明中的电液伺服机构模型；
[0037]图3为本发明中的汽轮机模型；
[0038] 图4为本发明中电液伺服机构模型参数辨识与校验流程图；
[0039] 图5为本发明中汽轮机模型参数辨识与校验流程图；
[0040] 图6为本发明中调速系统模型参数辨识与校验流程图。
【具体实施方式】
[0041] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。 [0042]汽轮机调速系统包含调速器、伺服执行机构以及汽轮机，其控制原理是，调速器用 于感应电网频率(转速)变化，根据控制计算方式将转速变化转变为阀位开度(流量)指令， 伺服执行机构实施阀位开度指令，控制调节汽门的行程，汽轮机用于根据高压阀门位置和 主蒸汽压力等因素实际做功;汽轮机调速系统模型包含如图2所示的电液伺服执行机构模 型、如图3所示的汽轮机模型以及如图1所示的调节系统模型这3大部分，图中的A W为频率 (转速)偏差;Ki为调差系数;Pref为功率设定;Pe为电磁功率;K2为前馈系数;Pcv为阀位指令； VELopen为最大开启速度;VELclose为最大关闭速度;Tc为调门关闭时间；To为调门开启时 间；Pmax为最大原动机输出功率(油动机最大行程或调门最大开度）；Pmin为最小原动机输出 功率(油动机最小行程或调门最小开度）；T 2*油动机行程反馈环节(LVDT)时间；TCH为蒸汽 容积时间常数;Trh为再热器时间常数;T〇)为交叉管时间常数;Fhp为高压缸功率比例;F IP为中 压缸功率比例;Flp为低压缸功率比例;A为高压缸功率自然过调系数。
[0043] 本发明提供了一种汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其包含以下步骤：
[0044] S1、对汽轮机调速系统模型进行高调门特性静态试验，DEH侧一次调频试验，以及 DEH+CCS侧一次调频试验；
[0045] S2、对步骤S1中得到的试验数据进行格式转换、测点信息确认、标么预处理；
[0046] S3、分别对电液伺服执行机构模型、汽轮机模型、调节系统模型进行参数辨识和校 验；
[0047] S4、对汽轮机调速系统模型进行BPA校核。
[0048] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S1具体包含：1、高调 门特性静态试验:用于调门开、关时间及电液转换环节PID参数辨识。模拟机组的并网状态， 手动方式下，分别进行总阀位指令的大阶跃(全开、全关）、小阶跃（±10%、±5%)试验。其 中小阶跃试验时，阀门初始应处于中间阀位位置。2、DEH侧一次调频试验：用于汽轮机模型 参数辨识。机组在80 %以上额定负荷稳定运行，CCS切除，DEH-次调频投入，DH1运行方式切 换至阀控方式（功率开环），进行模拟转速5rpm上、下阶跃扰动试验(若单DEH侧不具备一次 调频功能，则DEH切手动方式，进行阀位阶跃扰动试验，引起不超过3 %的负荷变化）。3、DEH+ CCS-次调频试验：用于调速器控制参数辨识及调速系统模型整体校核。机组在80%以上额 定负荷稳定运行，CCS投入，一次调频功能投入，功率闭环情况下，进行模拟转速进行5rpm 上、下阶跃扰动试验。
[0049] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S2具体包含：
[0050] S21、将多通道暂态录波仪采集的录波数据转换为mat、CSV、txt等易于处理的数据 格式并导出。为避免试验数据量过大，应将不同试验项目数据分别保存到不同文件。多通道 录取试验数据，将试验数据转换为易处理数据格式并导出；本实施例中，为保证录波曲线的 精度，机组功率、高调门开度、调节级压力测点刷新频率应不小于10Hz;其他压力以及部分 中间计算量测点刷新频率应不小于5Hz。
[0051] S22、将已转存的试验数据导入matlab，根据试验记录中测点通道信息，分别命名 各通道的测点信息代码；
[0052] S23、对各通道数据进行标么处理：（录波数据-测量低限）/测量量程;数据经过标 幺处理之后，根据测点的物理量程，即可得到物理意义明确的试验录波曲线。
[0053]上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述步骤S3中电液伺服执行机 构模型参数辨识和校验具体包含：调门开关时间的测取、电液转换环节PID参数辨识及校 验。开关时间直接通过调门的全开、全关试验测取，PID参数通过调门小阶跃开关试验数据 辨识得到，辨识及校验流程如图4所示;且电液伺服执行机构仿真与实测对比偏差应满足下 表所示要求：
[0055] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S3中汽轮机模型参 数辨识和校验具体包含:选取DEH侧一次调频试验数据进行汽轮机模型参数辨识，包括再热 器时间常数辨识、高压汽室时间常数及高压缸自然过调系数辨识。通过调节级压力和中压 缸进口压力数据，采用最小二乘法辨识再热器时间常数;通过总阀位指令和机组功率数据， 采用最小二乘法辨识高压汽室时间常数及高压缸自然过调系数。对于参数辨识结果，应再 选取校验数据对其进行校验，方法是搭建模型，以实测数据为输入，将仿真输出与实测数据 进行对比，在允许误差范围之内，则辨识结果可用。汽轮机模型参数辨识及校验流程如图5 所示；
[0056] 根据图3模型可转化得到传递函数模型：
[0057]其中低压连通管时间常数Tco很小，又由于其前存在很大的容积环节(再热器），可 取TC0 = 0，进而上式可化简得
[0058]其中Fhp可通过热平衡计算得到，Trh通过调节级压力和热再压力辨识得到，将其带 入上式，通过阀位开度反馈和机组功率进一步辨识得到T?、入。
[0059]且汽轮机模型仿真与实测结果允许偏差应满足下表要求：
[0061] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S3中调节系统模型 参数辨识和校验具体包含:调节系统模型参数应根据实测功率响应曲线进行相应调整，取 实测辨识数值。其中主要包括:实测转速偏差放大倍数、实测负荷控制器PID参数。转速偏差 放大倍数可以根据单位转速变化引起的功率变化计算得到，负荷控制器PID参数通过搭建 调速系统模型拟合实测功率响应得到。
[0062] 具体流程图如图6所示，且调速系统模型仿真与实测结果允许偏差应满足下表要 求：
[0064] 上述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其中，所述的步骤S4具体包含:根据实 测试验结果辨识得到的参数要在电力系统仿真软件中进行校核，在BPA中建立单机无穷大 系统，调速系统模型采用步骤S3中的得到的辨识参数;在CCS功率控制方式下进行频率扰动 仿真，对比仿真与实测结果满足允许偏差的要求。
[0065] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1. 一种汽轮机调速系统模型参数辨识方法，所述的汽轮机调速系统模型包含电液伺服 执行机构模型、汽轮机模型以及调节系统模型，其特征在于，包含以下步骤： 51、 对汽轮机调速系统模型进行高调门特性静态试验，DEH侧一次调频试验，以及DEH+ CCS侧一次调频试验； 52、 对步骤Sl中得到的试验数据进行格式转换、测点信息确认、标么预处理； 53、 分别对电液伺服执行机构模型、汽轮机模型、调节系统模型进行参数辨识和校验； 54、 对汽轮机调速系统模型进行BPA校核。2. 如权利要求1所述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其特征在于，所述的步骤Sl 具体包含： 高调门特性静态试验中，模拟机组在并网状态，手动方式下，分别进行总阀位指令的大 阶跃、小阶跃试验； DEH侧一次调频试验中，机组在80 %以上额定负荷稳定运行，CCS切除，DEH-次调频投 入，DEH运行方式切换至阀控方式，进行模拟转速5rpm上、下阶跃扰动试验； DEH+CCS侧一次调频试验中，对调节系统进行DEH+CCS侧一次调频试验，机组在80%以 上额定负荷稳定运行，CCS投入，一次调频功能投入，功率闭环情况下，进行模拟转速进行 5rpm上、下阶跃扰动试验。3. 如权利要求2所述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其特征在于，所述的步骤S2 具体包含： 521、 多通道取试验数据，将试验数据转换为易处理数据格式并导出； 522、 将转存的试验数据导入matlab，根据试验记录中测点通道信息，分别命名各通道 的测点信息代码； 523、 对各通道数据进行标么处理。4. 如权利要求2所述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S3中 电液伺服执行机构模型参数辨识和校验具体包含： 5311、 选取高调门特性静态试验数据进行电液伺服执行机构模型参数辨识； 5312、 将仿真曲线与实测曲线对比； 5313、 判定对比结果是否在允许偏差范围。5. 如权利要求4所述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其特征在于，所述的步骤S3 中汽轮机模型参数辨识和校验具体包含： 5321、 选取DHl侧一次调频试验数据进行汽轮机模型参数辨识； 5322、 仿真曲线与实测曲线对比； S322、对参数辨识结果，选取校验数据对其进行校验，判定对比结果是否在允许偏差范 围。6. 如权利要求2所述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其特征在于，所述的步骤S3 中调节系统模型参数辨识和校验具体包含： 5331、 选取CCS+DH1-次调频试验数据进行调节系统模型参数辨识； 5332、 仿真曲线与实测曲线对比； 5333、 对参数辨识结果，选取校验数据对其进行校验，判定对比结果是否在允许偏差范 围。7.如权利要求1所述的汽轮机调速系统模型参数辨识方法，其特征在于，所述的步骤S4 具体包含： 541、 在BPA中建立单机无穷大系统，调速系统模型采用步骤S3中的得到的辨识参数； 542、 在CCS功率控制方式下进行频率扰动仿真，对比仿真与实测结果满足允许偏差的 要求。
【文档编号】G06F17/50GK105912779SQ201610223899
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】单英雷, 张建新, 杜洋, 殷庆华, 俞雪明, 林清明, 姜勇
【申请人】国网上海市电力公司, 华东电力试验研究院有限公司