基于功率响应特性的汽轮机模型参数辨识方法

摘要

本发明介绍了一种基于功率响应特性的汽轮机模型参数辨识方法，该方法包括如下步骤：(1)简化模型。对电力系统计算程序提供的汽轮机模型进行简化处理，以得到参数更少且结构更为明确的简化模型；(2)现场试验与数据处理；(3)参数辨识，得到的T_N的值、T_CH的值、T_RH的值即为辨识结果。由该方法得到的模型参数能够更加准确地反映实际汽轮机的功率特性，提高了辨识精度；此外该方法通过对电力系统计算程序提供的汽轮机模型进行简化，减少了待辨识参数的数量，从而提高了辨识效率，为分析电力系统运行状况的准确性提供了保障。

主权项

一种基于功率响应特性的汽轮机模型参数辨识方法，该方法包括如下步骤：(1)简化模型，对电力系统计算程序提供的汽轮机模型进行简化处理，以得到参数更少且结构更为明确的简化模型，下列式(1)为电力系统计算程序提供的汽轮机模型的传递函数表达式：$G_O\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_M\left(s\right)}{\Delta Q\left(s\right)}=\frac{1}{1+T_{CH}s}\{\frac{F_{HP}·[1+(1+\lambda )·T_{RH}s]}{1+T_{RH}s}+\frac{F_{IP}}{1+T_{RH}s}+\frac{F_{LP}}{(1+T_{RH}s)·(1+T_{CO}s)}\}---\left(1\right)$式(1)中，G_O(s)是电力系统计算程序提供的汽轮机模型的传递函数；ΔP_M(s)是汽轮机输出机械功率增量的传递函数；ΔQ(s)是进入汽轮机的蒸汽流量增量的传递函数；T_CH是高压汽室容积时间常数，s是拉普拉斯算子；F_HP是汽轮机高压缸功率比；λ是高压缸功率自然过调系数；T_RH是再热器容积时间常数；F_IP是汽轮机中压缸功率比；F_LP是汽轮机低压缸功率比；T_CO是连通管容积时间常数，电力系统计算程序提供的汽轮机模型中，待确定的参数为F_HP、F_IP、F_LP、λ、T_CH、T_RH、T_CO，共7个，简化上述式(1)，设T_CO≈0，则：$\begin{array}{c}{G}_O\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_M\left(s\right)}{\Delta Q\left(s\right)}=\frac{1}{1+T_{CH}s}\left\{\frac{F_{HP}·\left[1+\left(1+\lambda \right)·T_{RH}s\right]}{1+T_{RH}s}+\frac{F_{IP}}{1+T_{RH}s}+\frac{F_{LP}}{1+T_{RH}s}\right\}\\ =\frac{1+F_{HP}·\left(1+\lambda \right)·T_{RH}s}{\left(1+T_{CH}s\right)·\left(1+T_{RH}s\right)}\end{array}---\left(2\right)$令T_N＝F_HP·(1+λ)·T_RH，得到由电力系统计算程序提供的汽轮机模型简化而来的模型，其传递函数如下列式(3)所示：$G_S\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_M\left(s\right)}{\Delta Q\left(s\right)}=\frac{1+T_{N}s}{(1+T_{CH}s)·(1+T_{RH}s)}---\left(3\right)$式(3)中，G_S(s)是简化模型的传递函数，在该简化模型中，待确定的参数为T_N、T_CH、T_RH；(2)现场试验与数据处理，(2.1)现场试验，使用常规方法，对正在运行的汽轮机的调节系统现场进行阀控阶跃扰动试验，使进行常规阀控阶跃扰动试验的汽轮机调节系统的流量指令阶跃变化，从而得到流量指令动态数据f、有功功率动态数据P_E、调节级压力动态数据P_S、主汽压力动态数据P_T；(2.2)数据处理，依据步骤(2.1)所得流量指令动态数据f、调节级压力动态数据P_S、主汽压力动态数据P_T计算理论蒸汽流量增量ΔQ；(2.2.1)依据所述调节级压力P_S的动态数据和主汽压力P_T的动态数据计算得到P_S与P_T的压力比μ，计算方程为：式中μ为压力比，P_S为调节级压力，P_T为主汽压力；(2.2.2)选择流量指令f的动态数据阶跃变化前的任意一段压力比数据和流量指令阶跃变化后的任意一段稳态压力比数据μ，取其平均值分别作为流量指令阶跃变化前的稳态压力比值和流量指令阶跃变化后的稳态压力比值，其中阶跃变化前的稳态压力比值为μ₀，阶跃变化后的稳态压力比值为μ₁；(2.2.3)使用增益系数k表征流量指令对压力比的影响如下列式(4)所示：式中，μ₀为阶跃变化前的稳态压力比值，μ₁为阶跃变化后的稳态压力比值；f₀是流量指令阶跃变化前的稳态值，f₁是流量指令阶跃变化后的稳态值；(2.2.4)使用常规方法建立汽轮机调节系统执行机构模型，将流量指令动态数据作为该汽轮机调节系统执行机构模型的输入数据，然后使用常规模型仿真方式得到该汽轮机调节系统执行机构模型的输出数据即等效阀位动态数据f^*；(2.2.5)取汽轮机运行过程中调节级压力数据、有功功率数据，使用常规方法绘制调节级压力与有功功率的特性关系曲线，根据该特性关系曲线按公式式中k_q为曲线斜率，计算得到曲线斜率的值，除此之外，k_q在这里还表征了现场试验条件下调节级压力与发电机组功率之间的稳态关系；(2.2.6)使用公式Q＝k_q·[μ₀+k·(f^*‑f₀)]·P_T，式中Q为理论蒸汽流量，k_q为曲线斜率，μ₀为阶跃变化前的稳态压力比值，k是增益系数，f^*是等效阀位动态数据，f₀是流量指令阶跃变化前的稳态值，P_T是主汽压力，计算出进入汽轮机的理论蒸汽流量Q；(2.2.7)选择步骤(2.1)中流量指令阶跃变化前的任意一段理论蒸汽流量稳态数据，取其平均值得到Q₀，按理论蒸汽流量增量计算公式ΔQ＝Q‑Q₀，式中△Q理论蒸汽流量增量，Q为理论蒸汽流量，Q₀为理论蒸汽流量平均值，计算出理论蒸汽流量增量；(2.2.8)选择步骤(2.1)中流量指令阶跃变化前的任意一段有功功率动态数据，取其平均值作为有功功率在流量指令阶跃变化前的稳态值P_E0；(2.2.9)按公式ΔP_E＝P_E‑P_E0，式中ΔP_E为有功功率增量，P_E为有功功率动态数据，P_E0为有功功率在流量指令阶跃变化前的稳态值，计算，将步骤(2.1)中的有功功率动态数据P_E转换成有功功率增量ΔP_E；(2.2.10)使用滤波器式中G_lb(s)为低通滤波器，s是拉普拉斯算子，T、N均为可调系数，其中T取值1～2，N取值1～5，对步骤(2.2.9)所得有功功率增量ΔP_E进行低通滤波处理，有效过滤ΔP_E中的高频分量，此时机械功率增量ΔP_M由滤波后的机械功率增量ΔP_M表示，即ΔP_M＝G_lb(s)·ΔP_E，式中ΔP_M为机械功率增量，G_lb(s)为低通滤波器，s是拉普拉斯算子，ΔP_E为有功功率增量；(3)参数辨识，令G(s)＝G_S(s)·G_lb(s)，式中G(s)是滤波后的汽轮机模型，G_S(s)是汽轮机简化模型，G_lb(s)是低通滤波器，将步骤(2.2)所得理论蒸汽流量增量ΔQ作为汽轮机简化模型G(s)的输入数据，得到滤波后的汽轮机模型G(s)的输出数据确定目标函数e，式中N表示机械功率增量ΔP_M和滤波后的汽轮机模型G(s)的输出数据所包含的数据总数，是输出数据中的第i个数据，ΔP_M(i)是机械功率增量ΔP_M中的第i个数据，使用常规搜索方法调整汽轮机简化模型G_S(s)中的待定系数T_N、待定系数T_CH、待定系数T_RH，直到所得到的T_N、T_CH、T_RH使得e的变化小于设定值时停止搜索，此时得到的T_N的值、T_CH的值、T_RH的值即为辨识结果。