[發明專利]計及頻率偏移的發電廠仿真系統

有效

• 申請號: 201510082361.X
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104808511B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 謝宇崢;靳宗帥;張恒旭;劉玉田
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及發電廠仿真技術領域，尤其涉及一種計及頻率偏移的發電廠仿真系統。

背景技術

頻率的大范圍偏移會影響發電廠輔機出力，對發電廠安全穩定運行產生很大影響。保持電力系統頻率特性是維持電力系統安全穩定的重要因素。近年來，導致電網頻率大幅度偏移、甚至引起電網頻率崩潰的事故頻繁發生，控制系統頻率成為抑制故障擴散、維持系統穩定的重要手段。因此，研究發電廠頻率穩定分析模型受到工程界和學術界廣泛關注。

早期發電廠仿真主要采用全范圍仿真機，但造價昂貴，適應范圍有限。現有的技術路線主要采用數字仿真，《火電機組分布式仿真系統設計》提出了大型火電機組仿真培訓系統的設計模型，實現了對火電機組仿真系統的建模。《An Overview of Modelling and Simulation of Thermal Power Plant》在火發電廠汽輪機鍋爐模型的基礎上，對仿真方法進行概述和分析。發電廠中存在大量的輔機類負載，電網頻率變化嚴重影響電機有功功率，有功出力的波動反過來作用于電網頻率。尤其是在頻率大范圍偏移的情況下，輔機的出力將會對火電機組產生較大影響。

數值仿真的結果系統和元件模型直接影響，現有的研究資料一般采用額定頻率下的發電機、鍋爐、汽輪機、調速器以及負荷模型，忽略頻率偏移對發電機的動態影響，將造成仿真結果精度差，甚至出現與實際不相符的結果。現有的SFR模型(System Frequency Response model，即系統頻率響應模型)沒有考慮鍋爐/輔機模型，從而無法考慮頻率大范圍變化時鍋爐/輔機出力的大幅下降的情況。現有的SFR模型得到的機組頻率特性是單調的，僅適用于頻率小范圍變化的情況。

發明內容

本發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電廠仿真系統。

1、建立了考慮輔機的SFR擴展模型，使其能能夠研究機組在大范圍頻率擾動時的頻率特性。

2、考慮了發電廠輔機信息的饋入，將輔機出力(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-發電機有功功率的數學方程。

3、解決了大功率缺額的情況下系統頻率大范圍偏移時，發電機仿真結果精度不準的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

計及頻率偏移的發電廠仿真系統，包括鍋爐模塊；

所述鍋爐模塊的輸入量包括有效吸熱D_q和閥門開度μ，輸出量為主蒸汽壓力P_t、汽包壓力P_d和主蒸汽流量；

所述鍋爐模塊的輸出量作為汽輪機模塊的輸入量；汽輪機模塊的輸出量送給同步發電機模塊；同時負荷模塊的輸出量也是所述同步發電機模塊的輸入量；

所述同步發電機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，將功率偏差轉換為角速度偏差或是頻率偏差；

所述調速器模塊的輸出量送到主蒸汽閥門模塊，所述調速器模塊從角速度偏差引入一個反饋調節，利用調差系數，得出主蒸汽閥門所需要調節的裕度，實現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；同時在初始狀態時，為主蒸汽閥門模塊設置閥門開度的初值；

所述給水泵模塊通過頻率偏差得到當頻率發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，同時在初始狀態時，為輸入判斷模塊設置初始值。

還包括功率判斷模塊，所述功率判斷模塊位于汽輪機模塊和同步發電機模塊之間，汽輪機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電機模塊的輸入量；所述功率判斷模塊用于限制汽輪機的輸出功率，使之不超過汽輪機的最大輸出功率。

所述鍋爐輸入模塊中磨煤動態和傳熱過程簡化為磨煤機動態和水冷壁動態，鍋爐輸入模塊的傳遞函數為：

其中B為進入鍋爐的煤量，D_q為鍋爐總有效吸熱量，τ₁、T₁、T₂和k₁為傳遞函數系數。

所述汽輪機模塊為汽輪機輸入的主蒸汽流量和輸出的機械功率之間的能量轉化關系，具體傳遞函數為公式(2)：