《600MW中间再热式汽轮机调速系统的建模与仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《600MW中间再热式汽轮机调速系统的建模与仿真（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 工业控制计算 机 2 0 1 3年第 2 6卷第 1 1期 6 0 0 M W中问再热式汽轮机调速系统的建模与仿真 Mo d e l i n g a n d Si mu l a t i o n o f 6 0 0 MW Re h e a t S t e a m T u r b i n e Co n t r o l S y s t e m 赖海龙 李丽伟 ( 上海电力学院能源与机械工程学院， 上海 2 0 0 0 9 0 ) 牛永哲 ( 华能玉环电厂， 浙江 玉环 3 1 7 6 0 4 ) 摘 要 分析 了某 火电厂典型 的 6 0 0 MW 中间再热式汽轮机 DE H控制 系统 的工作原理
2、及各环 节的动、 静 态特性 ， 建立 了相应 数 学模 型。在 MA T L A B S I MU L I NK平 台下建立 了控制 系统的整体模 型并进行 了仿真研 究。结果验证 了模 型的正确性和控 制 方案的合理性 ， 研 究可为汽轮机控制 系统提供相应理论基础和控制策略。 关键词 ： 6 0 0 M W， 再热 式汽轮机 ， D E H控制 系统 ， 建模 ， 仿真 Ab s t r a c t Th e wor k i n g pr i n c i ple a nd t h e s t a t ic an d dy n amic ch ar ac t er i s t i c s
3、o f e ac h l i n k o f t h e t y pi c a l c oa l -f ir e d po we r plan t 6 0O MW r eh ea t s t e am t ur b i n e DEH c on t r ol s y s t em a r e an a l y z e d an d t h e co r r es p on di n g ma t h ema t ica l mo del i s es t a bl ish e d T he co n t r ol s ys t e m o f t he wh ole mode l i s e
4、s t abli s h ed a nd t h e s i mula t ion s t u dies a r e c ar r ied o u t i n t h e MATLA B SI MU Ll NK plat f or m Res u l t s v er i f y t he c or r ec t n es s o f t h e mo del an d t he r a t i o na l it y o f t he c on t r o l s c h eme a n d go od r obu s t ne s s Ke y wor ds ： 6 0 0MW r eh
5、ea t s t ea m t ur b i n e， c on t r o l s y s t e m， mo deli n g， s i mu lat ion 本 文对某火 电厂 6 0 0 MW 中间再热 式汽轮 机 DE H控制 系 统 ” 的工作原 理及 各环节的动态 、 静态特性进行 了分 析 ， 推 导出 了相应的数学模型。 1 6 0 0 MW 汽轮机 D E H控制 系统的组成及工作原 理 该 电厂 6 0 0 MW 汽轮机 的 DE H控制 系统 是根据 西屋公 司 D E H 一型的功能原理开发的。汽轮机数字电液控制系统( DE H) 主要 由电 液转换器 、 油动 机
6、、 蒸 汽容积 、 中间再 热器 、 汽轮机转 子以及控制器组成。它采用电子元件和 电气设备对汽轮机工作 系统的状态进行监视 ，以数字的方式传递信号 、计算机分 析判 断 、 发 出控制 指令 ， 然后通过 电 液转换器 将电气信 号转换 为液 压执行机构能够执行的液压信号 ， 达到完成控制操作 的 目的。 图 1所示为该机组 DE H的原理方框图。 系统 由三个回路串 级组成 ： 内回路 调节级压力 回路 、 中间 回路功率 回路 、 外 回路转 速一次调频回路。 图 1 6 0 0 MW 中间再热式汽轮机 DE H控制 系统原理图 2 中间再热式汽轮机 D E H控 制系统 的数学模型 2
7、 1数学模型建立 的条件 在整个调 节系统数学模 型的推导过程前做如下假定 ： 1 ) 小偏差线性化 ： 在整个调节过程 中， 各部件都是在平衡位 置的附近作微 幅变化 ， 在这种情况下 ， 可以将非线性方程在工作 点处进行泰勒展开 。 2 ) 运动部件的质量不计 ： 调节系统的动力油压较高 ， 运动部 件 的尺寸和质量较小 ， 因此其质量可忽略不计 。 3 ) 液态摩擦力不计 ： 部件 的运动速度较低 ， 液态摩擦力相对 于静摩擦力小得多 ， 因此不考虑液态摩擦 力的影响 。 基于 以上 3种假设 ， 并 可建立各个环节 的运动方程 ， 经拉 氏 变换后可导 出其传递函数。 2 2各环节的传
8、递函数 ( 1 ) 汽轮机转子 转子运动方程 ： = n + C 自 p 并 网运行 时 ， 转 子与电网频率 同步 ， 其 特性近似惯性 环节 ， 则传递 函数为 ： G ( s ) 南 ( 2 ) 蒸汽容积 蒸 汽 容 积 方 程 ： 鲁= 一 p ， 则 其 传 递 函 数 为 ： G ( S ) = _ 击 丁 ( 3 ) 中间再热容积 将中间再热容积看成一个集 中容积 ，即认 为其 中的压力是 处处相等的 ， 则它和喷嘴室容积是非常相似的 ， 可得 中间再热容 器方程 ： d h= c p - h ， 则其传递函数为 ： G( s ) = 丁 ( 4 ) 油动机 该环节是 汽轮机调节
9、系统 中驱 动调节汽 阀的执行机构 ， 能 使调节汽阀的开度达 到并保持在预定 的控制状态 。其 动态 方程 为 ： 鲁= 一 一 + R ， 则 其 传 递 函 数 为 ： G ( s ) 击 丁 ( 5 ) 电 液转换器 该环节差动电压信号经控制指令转换 、 放大为液压信号 ， 由 液压执行机构去控制调节 阀， 引起滑阀位移发生变化 ， 实现 自动 调 节 。 该 环 节 推 导 出 的 传 递 函 数 如 下 ： G ( s ) 击 丁 (6 ) 频差放大器： 传递函 数为： G ( s ) = ( 7 ) 1 1 1 I I ： 传递函数为： G( s ) = 了 丁， 由于测速时间常
10、 6 0 0 MW 中间再热式汽轮机调速系统 的建模与仿真 数很小 ， 可将其近似为 ： G( S ) = 1 ( 8 ) a 4 功反馈： 假设测量得到的发电机功率已完全校正为汽 轮机的实发功率 ， 该环节也可近似为 ： G( S ) = 1 ( 9 ) P I D调节器 ： 传递 函数为 ： G ( s ) = K P 十 + K D s 式 中， T a 为转 子飞升时 间常 数 ； T 。 为蒸汽容积 时间常数 ； T h 为中间再热容积 时间常数 ； T c 为油动机时间常数 ； T 。 为 电 液转 换 器时 问常数 ； C 为再热机组 高压缸功率 占总功率 的份额 ； C 为再热
11、机组 中低压缸 功率 占总 功率 的份额 ； B为考虑 电网频率 变化时负荷 的 自平衡能力和电网中各并列机组调节 系统动作对 电 网频率影响的系数 ； R为外界负荷扰 动的相对 值 ； P 为转速变 化 的相对值 ； P为蒸 汽汽室 中压力变化 的相对值 ； b为蒸汽容积 时间常数 ； 为油动机活塞位移变化的相对值 ； h为 中间再热容 积中压力变化 的相对值 ； 8为调节系统 的速度不等率 。 3系统仿真与结果分析 3 1仿真框 图及参数设 置 根据 图 1 ， 在 MA T L A B S I MU L I NK平台下将各个仿 真模 块 连接起来 ，得到的汽轮机并 网后 的负荷控制系统仿
12、真方框图如 图 2所 示 。 图 2汽轮机数字电液控制 系统仿真方框 图 根据文献 1 ， 5 6 ， 本 文该 电厂 6 0 0 M W 中 间再 热式 汽 轮 机组参数值如表 1所示。 3 _ 2控制器参数的整定 图 2中 ，转速控制器仅 投 比例 ， 其 P值为 ， 取为 0 0 5 。调 节 级 压力 控制 器 为 内调节 器 ， 功率控制器 为外调节器 ，在对 它们进行参 数整定时遵循“ 先 内后 外” 的原则 ， 在单个 调节器 采 用试凑法进 行参数整定 。然 后再对 不同扰动下系统 的输 出进行综合研究 ，根据各种 扰动下的控制性能综合确定 具体参 数。本文得到一组汽 轮机并网
13、后负荷控制参数最 佳控制器参数如表 2所示 。 3 3 三种扰动方 式下的仿真 结果分析 表 1 6 0 0 MW 中间再热式 汽轮机组参数表 表 2 控 制器参数设置情况表 控制器 参数设置 P I DI ( 转速控制器) P I D2 ( 功率控制器) P ID3 f 调节 级压 力 控 制 器) P =l 0 0 5 ，1 = 0 ，D= O P=3l ， I =0 5， D=0 P= 9。 I =0 0 2， D=0 4 针对推导出的 6 0 0 MW 中间再热式汽轮机数学模型 ，负荷控 制的仿真研究主要是在并网带负荷后负荷扰动 、 汽压扰动、 功率给 定值扰动三种不 同的扰动方式下汽
14、轮机功率和转速的输出曲线。 ( 1 ) 汽压扰动 将汽压扰动模块 的参数 F i n a l v a lu e设置为 O _ 2 ，仿真时间 设置为 3 0 s ， 其他均设置为 O 。仿真后得 到的汽轮机功率和转速 的输出曲线如 图 3所示 。 由图 3可知 ， 当汽压受 到 2 0 的阶跃 扰动时 ， 汽轮 机功率 能在 5秒内 回到额定值 ，功率输出的最大动态偏 差为 1 l 7 ， 静 态偏差 值为 0 ； 转速偏差在 2 3 s内回到额定值 ， 此过程 中最大动 态偏差约为 0 0 7 ， 静态偏差为 O 。 ( 2 ) 负荷扰动 将 负荷 扰 动模 块 的 参 数 F i n a
15、l v a l u e设置 为 O l 2 ，仿 真 时 间 设 置 为 3 0 s ， 其他均设置为 0 。仿 真后 得到 的汽 轮 机功 率 和转 速 的输 出 曲线如 图 4所示 。 由图 4可知 ， 当电 网 负荷增加 2 0 时 ， 汽轮机 功 率 能 1 1 S 内 增 加 了 2 O 3 5 ，迅 速弥补 用 电 量的突增 ， 维持电 网供给 平衡 ， 且 最大动态偏差为 1 4 ，负荷变 动静 态偏 差为 0 3 5 。与此 同时 ， 汽轮机转速 能在 约 7 s内 重新稳定 在额定 值附近 ， 转速静态偏差为 1 O 。 一j L _ 0 5 1 O 1 5 2 0 2 5 3 0 t s a 功率输 出 0 0 8 0 O 6 零0 0 4 0 0 2 - o - 0 0 2 【 i L _ 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 t s b 转速输 出 图 3 汽压扰动时仿真曲线 ( 3 ) 功率 给定值扰动 功率给定值扰动仿真是 以 1 5 MC R阶 跃量 增 加或 减少 机组 目标负荷指令 ，并且设 置 负 荷 变化 的 速率 为 3 MCR mi n 。故将功率给定值模块的 S l o p e参数 值 设 置 为 0 O 3 ， 限 幅器模块 中的上 、下 限分 别设
