一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法
一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种数模仿真实现方法，具体设及一种火电厂动力系统数模混合仿真 实现方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国交直流特高压的发展建设，大型集约化能源基地如火电、水电、核电和可 再生能源将出现，使电源对电网安全稳定运行的影响更加显著，火力发电仍然为我国电力 的主要来源，且随着新能源大规模的并网发电，火电在电网的调频调峰方面起着尤为重要 的作用；同时研究火电机组与电网之间的协调配合具有代表性，运一研究也将为新能源发 电的源网协调问题指导方向。
[0003] 将仿真技术应用在火电厂主要设备是研究机组特性最经济有效的手段，传统的火 电厂仿真系统，主要是对机组运行人员进行实际生产过程的运行操作培训，随着计算机技 术发展和我国电网局部的源网协调问题越来越突出，火电厂仿真系统的应用发展也逐步设 及到了机组的工程设计、机组实际运行的在线监测、机组故障诊断分析、机网协调配合策略 研究等多方面。由于传统的仿真系统只针对机组人员的操作培训，对于电气部分如发电机 本体、励磁系统、主变压器等均做了简化处理及与变压力连接的电网也被等效为无穷大电 网，运样使得电源与电网之间无法进行协调配合相关的仿真研究。同时火电厂的动力系统 是一个复杂的系统，其物理过程复杂、主要介质汽液之间的相互转化传热均为动态的过程， 传统的仿真模型可W满足操作人员的运行培训却不能真实精确的反映动力系统的实际运 行特性，所W需要高精度的机理模型来对火电厂动力系统进行精细化建模，同时要将机组 外送的实际电网接入到仿真环境中，运样对研究火电厂的动态过程及其对电力系统稳定的 影响才具有现实的意义。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种火电厂动力系统数模混合仿真实 现方法。本发明将火电厂动力系统接入电力系统仿真平台，解决了火电厂动力系统建模的 困难并提高了其中长期混合仿真的精度。
[000引为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0006] -种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，所述方法包括如下步骤：
[0007] (1)电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统；
[0008] (2)所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字 模型发电机，实现闭环数模混合实时仿真。
[0009] 优选的，所述步骤(1)中，所述模拟量包括发电机机端电压和发电机机端电流。
[0010] 优选的，所述机端电压经功率放大器转变为0~100V的电压信号，由所述数字模型 发电机发送给所述火电厂动力系统;所述机端电流经功率放大器转变为0~1A的电流信号， 由所述数字模型发电机发送给所述火电厂动力系统。
[0011] 优选的，所述步骤(2)中，所述火电厂动力系统运行的初始稳定工况由放大器转变 后的所述机端电压和所述机端电流决定，计算公式如下：
[0012] P = U I Χ005ψ (1)
[0013] 式中，Ρ为稳定运行功率，υ为机端电压，I为机端电流，cosi^为火电厂发电机功率因 数。
[0014] 优选的，所述火电厂动力系统运行在稳定功率后，将当前的机械功率送给所述数 字模型发电机，机械功率的计算公式为：
[001 引
（2)
[0016] 式中，Pm为汽轮机机械功率，Do为汽轮机进气量，出为汽轮机蒸汽的有效洽降，rim为 汽轮机机械效率。
[0017] 优选的，所述火电厂动力系统包括锅炉系统和汽机系统，所述锅炉系统的计算周 期为16次/秒，所述汽机系统的计算周期为32次/秒。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0019] 本发明应用两相流过程进行建模，真实地模拟锅炉、汽轮机、电气、控制与保护等 系统，实现对火电机组汽、液两相过程的精确模拟，提高了现有数模混合仿真技术中火电厂 动力系统中长期建模的能力及精度，解决了大规模电网接入火电厂动力系统来实时仿真的 问题。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明提供的一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法的流程图
[0021] 图2是本发明提供的当机组运行在800MW工况下实际现场和系统仿真对比的功率 曲线图
[0022] 图3是本发明提供的当机组运行在800MW工况下实际现场和系统仿真对比的GV1曲 线图
[0023] 图4是本发明提供的当机组运行在800MW工况下实际现场和系统仿真对比的主蒸 汽压力曲线图
[0024] 图5是本发明提供的当机组运行在960MW工况下实际现场和系统仿真对比的功率 曲线图
[0025] 图6是本发明提供的当机组运行在960MW工况下实际现场和系统仿真对比的GV1曲 线图
[0026] 图7是本发明提供的当机组运行在960MW工况下实际现场和系统仿真对比的主蒸 汽压力曲线图
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0028] 如图1所示，本发明提供的一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，包括如下 步骤：
[0029] (1)电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统；
[0030] (2)所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字 模型发电机，实现闭环数模混合实时仿真。
[0031 ]仿真平台的送出6个模拟量，分别为1]4、机、化、14、16、山所有信号均为+10￥~-1(^ 信号。Ua、Ub、化经功率放大器后转变为100V的线电压信号，Ia、Ib、Ig经功率放大器后转变为 1A的相电流信号。其中1；4、化、化、14、16、1汾别为发电机的；相机端电压和；相机端电流；
[0032] 火电厂动力系统接收电力系统仿真平台送出来 的电气模拟量信号做为装置运行 的初始条件，并将系统中的发电机机械功率Pm送给到仿真平台；
[0033] 所述火电厂动力系统运行的初始稳定工况由放大器转变后的所述机端电压和所 述机端电流决定，计算公式如下：
[0034] P = t//xcos 巧 （1)
[0035] 式中，P为稳定运行功率，U为机端电压，I为机端电流，COS口为火电厂发电机功率因 数。
[0036] 所述火电厂动力系统运行在稳定功率后，将当前的机械功率送给所述数字模型发 电机，机械功率的计算公式为：
[0037]
(2)
[0038] 式中，Pm为汽轮机机械功率，Do为汽轮机进气量，出为汽轮机蒸汽的有效洽降，^为 汽轮机机械效率。
[0039] 火电厂动力系统包括锅炉系统和汽机系统，所述锅炉系统的计算周期为16次/秒， 所述汽机系统的计算周期为32次/秒。
[0040] 火电厂动力系统送出发电机机械功率值给电力系统仿真平台的接口技术采用网 络数据通讯。
[0041] 下面W某实际电网的案例对本发明进行详细说明。仿真平台数据选择国内某区域 电网，火电厂动力系统选择应用在该网内的1000MW机组上。
[0042] 1)机组在不同功率水平情况下，校核本发明得到的火电厂动力系统的静态仿真精 度。下表1~表2给出了不同工况下的精度比较情况。对仿真结果精度的要求:关键参数的仿 真值与参考机组相应的实际值的偏差应不超过测量仪表量程的2%;非关键参数的计算值 与参考机组相应的参考值的偏差应不超过测量仪表量程的10%。
[0043] 表1机组1030MW工况下静态仿真精度 「00441
[0048] 由表1、2可W看出，精度基本满足要求。
[0049] 2)动态仿真精度校验。
[0050] ①当机组运行在800MW工况，运行在阀控方式下，进行总阀位指令阶跃，对于机组 各参数实际现场曲线与系统仿真曲线对比如图2、图3、图4所示，仿真曲线与现场实际曲线 吻合度较好。
[0051] 由图2~4所示，火电厂动力系统在阀控方式下，进行总阀口指令阶跃后，观察发电 机有功功率、高调口 GV1的调口开度、主蒸汽的压力值运几个关键物理量，可见在发明方法 得到的各曲线与实际现场试验测得的曲线吻合度很高，混合仿真方法的动态仿真精度高。
[0052] ②当机组运行在960MW工况，进行一次调频性能测试，对于机组各参数实际现场曲 线与系统仿真曲线对比如图5、图6、图7所示，仿真曲线与现场实际曲线吻合度较好。
[0053] 由图5~7所示，进行火电厂动力系统一次调频试验，观察发电机有功功率、高调口 GV1的调口开度、主蒸汽的压力值运几个关键物理量，可见在发明方法得到的各曲线与实际 现场试验测得的曲线吻合度很高，混合仿真方法的动态仿真精度高。
[0054] 最后应当说明的是：W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可W对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： (1) 电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统； (2) 所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字模型 发电机，实现闭环数模混合实时仿真。2. 根据权利要求1所述实现方法，其特征在于，所述步骤（1)中，所述模拟量包括发电机 机端电压和发电机机端电流。3. 根据权利要求1所述实现方法，其特征在于，所述机端电压经功率放大器转变为O~ IOOV的电压信号，由所述数字模型发电机发送给所述火电厂动力系统;所述机端电流经功 率放大器转变为0~IA的电流信号，由所述数字模型发电机发送给所述火电厂动力系统。4. 根据权利要求3所述实现方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述火电厂动力系统运 行的初始稳定工况由放大器转变后的所述机端电压和所述机端电流决定，计算公式如下：式中，P为稳定运行功率，U为机端电压，I为机端电流，cos，为火电厂发电机功率因数。5. 根据权利要求4所述实现方法，其特征在于，所述火电厂动力系统运行在稳定功率 后，将当前的机械功率送给所述数字模型发电机，机械功率的计算公式为：式中，Pm为汽轮机机械功率，Do为汽轮机进气量，Hi为汽轮机蒸汽的有效焓降，nm为汽轮 机机械效率。6. 根据权利要求1所述实现方法，其特征在于，所述火电厂动力系统包括锅炉系统和汽 机系统，所述锅炉系统的计算周期为16次/秒，所述汽机系统的计算周期为32次/秒。
【专利摘要】本发明提供一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，所述方法包括如下步骤：(1)电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统；(2)所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字模型发电机，实现闭环数模混合实时仿真。本发明应用两相流过程进行建模，真实地模拟锅炉、汽轮机、电气、控制与保护等系统，实现对火电机组汽、液两相过程的精确模拟，提高了现有数模混合仿真技术中火电厂动力系统中长期建模的能力及精度，解决了大规模电网接入火电厂动力系统来实时仿真的问题。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105488264
【申请号】CN201510830766
【发明人】魏巍, 夏潮, 刘英志, 李文锋, 陶向宇, 王官宏, 霍承祥, 高磊, 王茂清, 杨超, 马世俊, 林因
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种数模仿真实现方法，具体设及一种火电厂动力系统数模混合仿真 实现方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国交直流特高压的发展建设，大型集约化能源基地如火电、水电、核电和可 再生能源将出现，使电源对电网安全稳定运行的影响更加显著，火力发电仍然为我国电力 的主要来源，且随着新能源大规模的并网发电，火电在电网的调频调峰方面起着尤为重要 的作用；同时研究火电机组与电网之间的协调配合具有代表性，运一研究也将为新能源发 电的源网协调问题指导方向。
[0003] 将仿真技术应用在火电厂主要设备是研究机组特性最经济有效的手段，传统的火 电厂仿真系统，主要是对机组运行人员进行实际生产过程的运行操作培训，随着计算机技 术发展和我国电网局部的源网协调问题越来越突出，火电厂仿真系统的应用发展也逐步设 及到了机组的工程设计、机组实际运行的在线监测、机组故障诊断分析、机网协调配合策略 研究等多方面。由于传统的仿真系统只针对机组人员的操作培训，对于电气部分如发电机 本体、励磁系统、主变压器等均做了简化处理及与变压力连接的电网也被等效为无穷大电 网，运样使得电源与电网之间无法进行协调配合相关的仿真研究。同时火电厂的动力系统 是一个复杂的系统，其物理过程复杂、主要介质汽液之间的相互转化传热均为动态的过程， 传统的仿真模型可W满足操作人员的运行培训却不能真实精确的反映动力系统的实际运 行特性，所W需要高精度的机理模型来对火电厂动力系统进行精细化建模，同时要将机组 外送的实际电网接入到仿真环境中，运样对研究火电厂的动态过程及其对电力系统稳定的 影响才具有现实的意义。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种火电厂动力系统数模混合仿真实 现方法。本发明将火电厂动力系统接入电力系统仿真平台，解决了火电厂动力系统建模的 困难并提高了其中长期混合仿真的精度。
[000引为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0006] -种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，所述方法包括如下步骤：
[0007] (1)电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统；
[0008] (2)所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字 模型发电机，实现闭环数模混合实时仿真。
[0009] 优选的，所述步骤(1)中，所述模拟量包括发电机机端电压和发电机机端电流。
[0010] 优选的，所述机端电压经功率放大器转变为0~100V的电压信号，由所述数字模型 发电机发送给所述火电厂动力系统;所述机端电流经功率放大器转变为0~1A的电流信号， 由所述数字模型发电机发送给所述火电厂动力系统。
[0011] 优选的，所述步骤(2)中，所述火电厂动力系统运行的初始稳定工况由放大器转变 后的所述机端电压和所述机端电流决定，计算公式如下：
[0012] P = U I Χ005ψ (1)
[0013] 式中，Ρ为稳定运行功率，υ为机端电压，I为机端电流，cosi^为火电厂发电机功率因 数。
[0014] 优选的，所述火电厂动力系统运行在稳定功率后，将当前的机械功率送给所述数 字模型发电机，机械功率的计算公式为：
[001 引
（2)
[0016] 式中，Pm为汽轮机机械功率，Do为汽轮机进气量，出为汽轮机蒸汽的有效洽降，rim为 汽轮机机械效率。
[0017] 优选的，所述火电厂动力系统包括锅炉系统和汽机系统，所述锅炉系统的计算周 期为16次/秒，所述汽机系统的计算周期为32次/秒。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0019] 本发明应用两相流过程进行建模，真实地模拟锅炉、汽轮机、电气、控制与保护等 系统，实现对火电机组汽、液两相过程的精确模拟，提高了现有数模混合仿真技术中火电厂 动力系统中长期建模的能力及精度，解决了大规模电网接入火电厂动力系统来实时仿真的 问题。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明提供的一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法的流程图
[0021] 图2是本发明提供的当机组运行在800MW工况下实际现场和系统仿真对比的功率 曲线图
[0022] 图3是本发明提供的当机组运行在800MW工况下实际现场和系统仿真对比的GV1曲 线图
[0023] 图4是本发明提供的当机组运行在800MW工况下实际现场和系统仿真对比的主蒸 汽压力曲线图
[0024] 图5是本发明提供的当机组运行在960MW工况下实际现场和系统仿真对比的功率 曲线图
[0025] 图6是本发明提供的当机组运行在960MW工况下实际现场和系统仿真对比的GV1曲 线图
[0026] 图7是本发明提供的当机组运行在960MW工况下实际现场和系统仿真对比的主蒸 汽压力曲线图
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0028] 如图1所示，本发明提供的一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，包括如下 步骤：
[0029] (1)电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统；
[0030] (2)所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字 模型发电机，实现闭环数模混合实时仿真。
[0031 ]仿真平台的送出6个模拟量，分别为1]4、机、化、14、16、山所有信号均为+10￥~-1(^ 信号。Ua、Ub、化经功率放大器后转变为100V的线电压信号，Ia、Ib、Ig经功率放大器后转变为 1A的相电流信号。其中1；4、化、化、14、16、1汾别为发电机的；相机端电压和；相机端电流；
[0032] 火电厂动力系统接收电力系统仿真平台送出来 的电气模拟量信号做为装置运行 的初始条件，并将系统中的发电机机械功率Pm送给到仿真平台；
[0033] 所述火电厂动力系统运行的初始稳定工况由放大器转变后的所述机端电压和所 述机端电流决定，计算公式如下：
[0034] P = t//xcos 巧 （1)
[0035] 式中，P为稳定运行功率，U为机端电压，I为机端电流，COS口为火电厂发电机功率因 数。
[0036] 所述火电厂动力系统运行在稳定功率后，将当前的机械功率送给所述数字模型发 电机，机械功率的计算公式为：
[0037]
(2)
[0038] 式中，Pm为汽轮机机械功率，Do为汽轮机进气量，出为汽轮机蒸汽的有效洽降，^为 汽轮机机械效率。
[0039] 火电厂动力系统包括锅炉系统和汽机系统，所述锅炉系统的计算周期为16次/秒， 所述汽机系统的计算周期为32次/秒。
[0040] 火电厂动力系统送出发电机机械功率值给电力系统仿真平台的接口技术采用网 络数据通讯。
[0041] 下面W某实际电网的案例对本发明进行详细说明。仿真平台数据选择国内某区域 电网，火电厂动力系统选择应用在该网内的1000MW机组上。
[0042] 1)机组在不同功率水平情况下，校核本发明得到的火电厂动力系统的静态仿真精 度。下表1~表2给出了不同工况下的精度比较情况。对仿真结果精度的要求:关键参数的仿 真值与参考机组相应的实际值的偏差应不超过测量仪表量程的2%;非关键参数的计算值 与参考机组相应的参考值的偏差应不超过测量仪表量程的10%。
[0043] 表1机组1030MW工况下静态仿真精度 「00441
[0048] 由表1、2可W看出，精度基本满足要求。
[0049] 2)动态仿真精度校验。
[0050] ①当机组运行在800MW工况，运行在阀控方式下，进行总阀位指令阶跃，对于机组 各参数实际现场曲线与系统仿真曲线对比如图2、图3、图4所示，仿真曲线与现场实际曲线 吻合度较好。
[0051] 由图2~4所示，火电厂动力系统在阀控方式下，进行总阀口指令阶跃后，观察发电 机有功功率、高调口 GV1的调口开度、主蒸汽的压力值运几个关键物理量，可见在发明方法 得到的各曲线与实际现场试验测得的曲线吻合度很高，混合仿真方法的动态仿真精度高。
[0052] ②当机组运行在960MW工况，进行一次调频性能测试，对于机组各参数实际现场曲 线与系统仿真曲线对比如图5、图6、图7所示，仿真曲线与现场实际曲线吻合度较好。
[0053] 由图5~7所示，进行火电厂动力系统一次调频试验，观察发电机有功功率、高调口 GV1的调口开度、主蒸汽的压力值运几个关键物理量，可见在发明方法得到的各曲线与实际 现场试验测得的曲线吻合度很高，混合仿真方法的动态仿真精度高。
[0054] 最后应当说明的是：W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可W对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： (1) 电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统； (2) 所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字模型 发电机，实现闭环数模混合实时仿真。2. 根据权利要求1所述实现方法，其特征在于，所述步骤（1)中，所述模拟量包括发电机 机端电压和发电机机端电流。3. 根据权利要求1所述实现方法，其特征在于，所述机端电压经功率放大器转变为O~ IOOV的电压信号，由所述数字模型发电机发送给所述火电厂动力系统;所述机端电流经功 率放大器转变为0~IA的电流信号，由所述数字模型发电机发送给所述火电厂动力系统。4. 根据权利要求3所述实现方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述火电厂动力系统运 行的初始稳定工况由放大器转变后的所述机端电压和所述机端电流决定，计算公式如下：式中，P为稳定运行功率，U为机端电压，I为机端电流，cos，为火电厂发电机功率因数。5. 根据权利要求4所述实现方法，其特征在于，所述火电厂动力系统运行在稳定功率 后，将当前的机械功率送给所述数字模型发电机，机械功率的计算公式为：式中，Pm为汽轮机机械功率，Do为汽轮机进气量，Hi为汽轮机蒸汽的有效焓降，nm为汽轮 机机械效率。6. 根据权利要求1所述实现方法，其特征在于，所述火电厂动力系统包括锅炉系统和汽 机系统，所述锅炉系统的计算周期为16次/秒，所述汽机系统的计算周期为32次/秒。
【专利摘要】本发明提供一种火电厂动力系统数模混合仿真实现方法，所述方法包括如下步骤：(1)电力系统仿真平台中的数字模型发电机送出模拟量给火电厂动力系统；(2)所述火电厂动力系统送出汽轮机机械功率给所述电力系统仿真平台中的数字模型发电机，实现闭环数模混合实时仿真。本发明应用两相流过程进行建模，真实地模拟锅炉、汽轮机、电气、控制与保护等系统，实现对火电机组汽、液两相过程的精确模拟，提高了现有数模混合仿真技术中火电厂动力系统中长期建模的能力及精度，解决了大规模电网接入火电厂动力系统来实时仿真的问题。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105488264
【申请号】CN201510830766
【发明人】魏巍, 夏潮, 刘英志, 李文锋, 陶向宇, 王官宏, 霍承祥, 高磊, 王茂清, 杨超, 马世俊, 林因
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
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