超临界机组一次调频能力仿真研究

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1、2015年第4期上海电力超临界机组一次调频能力仿真研究单英雷，张建新，陈洪兴(国网上海市电力公司电力科学研究院，上海200437)摘要：超临界机组逐渐成为了火力发电的主力，电网容量变得越来越大，为了电网的稳定，电网对频率的控制要求也越来越高。但是超临界机组蓄热能力小，变负荷能力小，这对超临界单元机组参与电网一次调频能力提出了更高的要求。为了反映、评估、改善当前国内超临界单元机组参与电网一次调频的能力，根据集总参数法建立了超临界火电机组不同工况下的数学模型。利用Simulink软件进行了随机频率偏差扰动下稳定工况以及变工况时机组参与电网一次调频能

2、力的仿真实验，结果表明了模型的合理性及有效性，为优化改善超临界机组参与电网一次调频能力提供了平台。关键词：超临界机组；一次调频；数学模型；动态仿真；优化控制中图分类号：TM76；TM743文献标志码：AO引言近年来，随着一批超l临界机组的投入运营，高参数、大容量、高效率和低煤耗的超临界发电机组得到广泛应用⋯，使其逐渐成为了火力发电机组的主力军，同时使得电网容量变得越来越大，从而对电网频率的稳定性要求也越来越高。但是超临界机组蓄热能力小_2j，变负荷能力小，这对超临界单元机组参与电网一次调频能力提出了更高的要求。因此，有必要建立超临界火电机组一次

3、调图1动态双过调改进汽轮机模型频能力研究应用的数学模型，用来反映了解当前图中：，为高压缸蒸汽容积时间常数；为国内超临界火电机组一次调频控制的实际过再热器蒸汽容积时间常数；为连通管蒸汽容积程[3】，从而对当前国内超临界火电机组参与电网时间常数；为高压缸功率比；F。为中压缸功率调频的能力进行评估及改善。比；为低压缸功率比(其中++F=1用于电网一次调频研究的超临界汽轮1)；C为进入汽轮机的蒸汽流量；Ⅳ为汽轮机转子的机械功率输出，A为高压缸功率自然过调系机数学模型数，A：为中压缸功率自然过调系数。1．1用于电网一次调频分析的超临界汽轮机数1．2确定双

4、过调改进模型各参数的新方法学模型本文给出求解双过调改进模型中各参数的方用于电网一次调频分析的超临界汽轮机数学法如下所述。模型(本文称为双过调改进模型)不仅考虑到高、使用连续性方程，蒸汽流过管道的时间常数中压缸之间的互相影响，而且还考虑到中、低压缸为之间的互相影响，从而提出了高、中压缸功率同时T=KVPo／Q0(1)过调的概念，建立了一种全新的超临界汽轮机数其中K为学模型，并给出了推导求解双过调改进模型中各K=()I(2)参数的新方法。该双过调改进模型如图1．所示。2上海电力2015年第4期r是蒸汽流经管道的时间常数(s)，P。是不变的管道压力(

5、Pa)，Q。是流量(kg／s)，是管道AhTo体积(m)，K是由于定温下压力改变而引起的密0—等1，P2、㈩、“度改变(s2／m)。管道压力，温度和流量可以从机组热平衡图中获得。是假设管道是定温时的比体积(m／kg)，t。是管道温度，假设为定值。汽轮机的功率可表示为Ahm等N=71GAh(3)式中蒸汽流量(t／h)；△^——等熵焓降(kJ／ks)；——汽轮机内效率。6=。／ITo[1一(p：／p。)]}13)在这3个变量中，首先考虑蒸汽流量G的变工况。根据汽轮机级组的变工况原理有G_GL=一／pP2-p22g1一·√7"㈩G~o0其中，Gol、

6、PPTo1为变工况参数；G、Po、Pro为设计工况参数(蒸汽流量(t／h)、进汽压力／Pa、背压／Pa、进汽温度／cc)，忽略温度的变化，则有=G1等鱼G：一^、／艟(5)令y=N1G1=，，则有P一P上式即为弗留格尔公式，可得变工况后的级2i／x)前压力)，=)=6{1一[／p~_p2g+p2s(l}、，22Pm=P1+t～g+,p8一Pg)八()(L6O)变工况后的级后压力p2I=p2+(p；一p)()(7)将式(7)和式(6)相比得P21=P0l一~／p2_p2s+p2s,(G,I／G)2。(8)其次，考虑等熵焓降Ah(kJ／kg)的变工

7、况。汽轮机蒸汽流通部分的蒸汽焓降等于定流量工质所做的功。因此，假设蒸汽在汽轮机蒸汽流动过程中流量没有发生改变，那么针对等熵过程则有K=0t(16)pv==constant(9)其中，是蒸汽比容，k是过程绝热指数，对于过热蒸汽有k=1．3。因此，设计工况下的理想比焓降可表示为Ah。=RToE1一‘P2k-t](10)所以级组等熵焓降的变化为2015年第4期上海电力3汽机模型功率系数也是一个非常重要的参成，高再由1组管路组成。平均每组受热面积数。这些系数决定了每个汽缸的功率份额。假设为101．25m，管路半径r为0．6m。在再热器功率总额数为1，则

8、有管路中，汽温从318．3~C升到566℃，因此温度不FHP+F[p+FLP=1¨、)是定值，不能直接利用热平衡数据。尽管如此，使为了确定每个功率系数