一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法。在調(diào)速器的控制下，汽輪機有可能產(chǎn)生負的附加機械同步轉(zhuǎn)矩和附加機械阻尼轉(zhuǎn)矩，惡化電力系統(tǒng)共振機理低頻振蕩，引起電力系統(tǒng)失穩(wěn)。為解決這一問題，本發(fā)明通過矯正環(huán)節(jié)對調(diào)速器調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的調(diào)門指令信號進行相位矯正，矯正后的信號再輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)控制調(diào)門開度從而改變汽輪機輸出機械功率。相位矯正值根據(jù)汽輪機及調(diào)速器的傳遞函數(shù)計算得出。本方法可以在不影響汽輪機及調(diào)速器原有功能的基礎(chǔ)上，消除汽輪機及調(diào)速器對共振機理低頻振蕩不利影響。此外本方法魯棒性強，能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種運行工況，還具有參數(shù)設(shè)計簡單的特點，具有較大的實用價值。
【專利說明】一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法,屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著快速勵磁系統(tǒng)的弓I入和電網(wǎng)規(guī)模的擴大，低頻振蕩在電網(wǎng)中發(fā)生的概率大大增加。共振機理低頻振蕩是由于外界周期性功率擾動的頻率與系統(tǒng)自然頻率接近所引發(fā)的振蕩，它的特點為振蕩頻率低，范圍廣，振蕩持續(xù)時間長，因此一旦發(fā)生，會嚴重危害電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
[0003]汽輪機是電力系統(tǒng)發(fā)電機組中廣泛使用的原動機的一種，它將燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機械能。汽輪機調(diào)速器用來控制汽輪機輸出機械功率，它根據(jù)輸入信號改變調(diào)門開度，調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量及洽降，從而改變汽輪機輸出機械功率，保證汽輪機輸出機械功率與外界負荷平衡。圖1為汽輪機及調(diào)速器的控制框圖，其中調(diào)速器由調(diào)節(jié)系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)組成。圖中G1(S)表示頻差放大環(huán)節(jié)，Gp1 (S)表示調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，Gv(s)表示伺服系統(tǒng)，Gqi(S)為高壓缸容積，Gk(S)為高壓缸比例以及低壓與再熱容積，Gqi(S)和Gk(S)兩者的乘積組成整個汽輪機?，F(xiàn)有的調(diào)速器控制汽輪機輸出機械功率Pm的方法如下:調(diào)速器以發(fā)電機轉(zhuǎn)速ω和電磁功率Pe作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入信號，經(jīng)過調(diào)節(jié)系統(tǒng)Gpi (s)的調(diào)節(jié)輸出調(diào)門開度信號PCT，伺服系統(tǒng)Gv (s)接收調(diào)門開度信號PCT，調(diào)整汽輪機的調(diào)門開度PCT，調(diào)門開度Pct通過汽輪機Gqi(S) -Gkc(S),改變汽輪機輸出機械功率Pm。調(diào)速器在控制汽輪機輸出機械功率Pm的同時會使得汽輪機輸出附加機械轉(zhuǎn)矩，而現(xiàn)有的調(diào)速器控制方式?jīng)]有考慮汽輪機輸出的附加機械轉(zhuǎn)矩，因此在現(xiàn)有的調(diào)速器控制方式下汽輪機有可能輸出負的附加機械同步轉(zhuǎn)矩和附加機械阻尼轉(zhuǎn)矩，造成共振機理低頻振蕩幅值增大，降低電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0004]目前有一種方法通過安裝調(diào)速器側(cè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來增加附加機械阻尼轉(zhuǎn)矩，但是這種方法引入附加控制回路，結(jié)構(gòu)以及參數(shù)設(shè)計較復(fù)雜，更關(guān)鍵的是，該方法未考慮調(diào)速器本身對共振機理低頻振蕩的影響。還有一種方法通過切換調(diào)速器控制方式來改變系統(tǒng)共振頻率點，這樣可以避免系統(tǒng)共振頻率與擾動頻率完全一致，從而減小振蕩幅值。但是該方法只能在發(fā)現(xiàn)并且確定所發(fā)生的振蕩為共振機理低頻振蕩后，才能實施，因此控制時間長。此外它根據(jù)共振振蕩的發(fā)生調(diào)整調(diào)速器的控制方式，可能改變調(diào)速器在電力系統(tǒng)中原有的調(diào)節(jié)功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種在不影響汽輪機及調(diào)速器原有功能的基礎(chǔ)上，消除汽輪機及調(diào)速器對電力系統(tǒng)共振機理低頻振蕩的不利影響，保護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，魯棒性強，能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種運行工況，并且實現(xiàn)簡單，具有實用價值的發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法，包括以下步驟:
[0007]I)將發(fā)電機轉(zhuǎn)速ω和電磁功率匕輸入調(diào)速器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，形成調(diào)門指令Pw ；
[0008]2)根據(jù)汽輪機及調(diào)速器的傳遞函數(shù)，通過矯正環(huán)節(jié)對所述步驟I)中得到的調(diào)門指令Pct進行相位矯正，得到矯正后的調(diào)門指令Pwk ;
[0009]3)將所述步驟2)中得到的矯正后的調(diào)門指令Pwk輸入調(diào)速器伺服系統(tǒng)，改變調(diào)門開度PCT，從而實現(xiàn)對汽輪機輸出機械功率Pm的調(diào)節(jié)。
[0010]本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟2)中按照如下方法得到矯正后的調(diào)門指令Pwk:
[0011]將調(diào)門指令Pw輸入下式所示的矯正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)Ge(S)進行相位矯正，得到矯正后的調(diào)門指令Pctk:

【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)將發(fā)電機轉(zhuǎn)速ω和電磁功率匕輸入調(diào)速器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，形成調(diào)門指令PCT; 2)根據(jù)汽輪機及調(diào)速器的傳遞函數(shù)，通過矯正環(huán)節(jié)對所述步驟I)中得到的調(diào)門指令Pcv進行相位矯正，得到矯正后的調(diào)門指令Pctk ; 3)將所述步驟2)中得到的矯正后的調(diào)門指令Pwk輸入調(diào)速器伺服系統(tǒng)，改變調(diào)門開度Pgv,從而實現(xiàn)對汽輪機輸出機械功率Pm的調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法，其特征在于，所述步驟2)中按照如下方法得到矯正后的調(diào)門指令Pwk: 將調(diào)門指令Pct輸入下式所示的矯正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)G。(s)進行相位矯正，得到矯正后的調(diào)門指令Pctk:
其中s為拉普拉斯算子，η表示傳遞函數(shù)包含的個數(shù)，T1和T2為矯正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)GJs)的時間常數(shù)，Pcv(s)為調(diào)門指令Pw的復(fù)頻域表達式，PCVE(s)為矯正后的調(diào)門指令!3。?的復(fù)頻域表達式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法，其特征在T.s +1于，所述步驟2)中，傳遞函數(shù)GcXs)包含的個數(shù)η通過對Ii1向上取整得到，其中Ii1 =α |/60，α為按照以下方法計算得到的相位矯正值: a)根據(jù)在無矯正環(huán)節(jié)時的調(diào)速器的輸入信號發(fā)電機轉(zhuǎn)速ω到汽輪機輸出機械功率Pm的傳遞函數(shù)Gu (S)，計算出Gu (S)在電力系統(tǒng)共振頻率4處的相位Θ ；




b)根據(jù)下式計算得到中間計算角度P= arclanTTY，其中共振機理低頻振蕩角頻率




ωη = 2π *fn，系統(tǒng)額定角頻率為電力系統(tǒng)額定頻率，K1為發(fā)電機的同步力矩系數(shù)，K為調(diào)速器調(diào)節(jié)系統(tǒng)的頻差放大倍數(shù)； c)按照下式求得相位矯正值α:
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種發(fā)電機組中汽輪機輸出機械功率控制方法，其特征在于，所述時間常數(shù)T1和T2根據(jù)下式計算得到:
其中，λ為中間計算變量。
【文檔編號】H02P9/04GK104201953SQ201410444332
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】馮雙, 蔣平, 吳熙, 郭浩 申請人:東南大學