阀门流量特性对功率振荡影响的仿真分析

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1、第39卷第23期2015年12月10日Vol.39No.23Dec.10,2015DOI:10.7500/AEPS20150504005阀门流量特性对功率振荡影响的仿真分析谭金,金格,蔡笋(广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东省广州市510080)摘要:为分析阀门流量特性对发电机组功率振荡的影响机制,建立了考虑阀门流量特性的机电耦合仿真模型,并通过仿真实验分别研究了流量特性的数值偏差和变化率偏差对机组功率阶跃响应的影响。仿真结果表明,若阀门流量特性的偏差只是数值偏差,不存在变化率偏差时,机组的功率响应特性基本

2、不变。当阀门流量特性的变化率偏差超出汽轮发电机组整体闭环系统的稳定裕度时,机组就容易在小扰动情况下出现功率振荡。关键词:汽轮机;流量特性;调速系统;功率振荡0引言当汽轮机调门的设定流量曲线与实际流量曲线存在偏差时,在相同的流量指令下调节系统传递给电力系统实际运行过程中,在小干扰下发生的调门的开度指令将出现偏差。图1(a)所示为某台振荡频率介于0.1~2.5Hz之间的电压、功角或功机组理论设定曲线与试验实测曲线。图中:Fs为设[1-6]率的振荡,称为低频振荡。近年来,虽然南方电置流量特性;Fa为实际流量特性;Kf为

3、变化率偏网大多数发电机组均安装了电力系统稳定器,但是差;Df为数值偏差。振荡依然时有发生,包括多起由于发电机组功率振[7-8]100荡而引发的系统振荡。/%80Fs汽轮机组进汽调阀的阀门流量特性是指进汽调60F阀开度与通过调阀进入机组的蒸汽流量之间的对应a40关系。如果设定流量曲线与实际流量特性存在较大KA20的偏差,机组在变负荷和参与一次调频时,可能出现0负荷突变和调节缓慢的问题[9-10]。换言之,阀门流2030405060708090100110#GL"/%量特性的设定不当易造成汽轮机组输出功率

4、出现周(a)A54L4期振荡,当振荡频率与电网固有振荡频率一致或接4.02520近时,就有可能造成电力系统的低频振荡。2.515Kf%本文着眼于阀门流量特性对机组功率振荡的影f10/fKD响,结合基于包含阀门流量特性环节的机电耦合模1.0Df50型的仿真实验,研究阀门流量特性不佳对系统响应-0.5-52030405060708080100110的影响。重点分析了阀门流量特性的数量偏差和变#GL"/%化率偏差各自对机组功率输出响应的作用模式,指(b))出了两种偏差对于功率振荡的不同影响。图1

5、某机组阀门设定与实测流量特性对比Fig.1Comparisonofsetandactualflowcharacteristics1流量特性偏差分析流量特性的偏差,不仅表现在数量差异上,也表受到制造、安装或检修过程的工艺不佳、质控不现在其变化速率上。为考察不同流量指令下理论流严等情况,以及设备运行损耗等多方面因素的影响,量曲线与实际流量曲线在数量上的偏差程度,取两调节汽阀容易出现流量特性偏差。者相对偏差Df为:Df=(Fs-Fa)×100%(1)收稿日期:2015-05-04;修回日期:2015-07-07。为了比

6、较两者变化率之间的差别,定义变化率中国南方电网公司科技项目(K-GD2013-0491)。偏差Kf为:172谭金,等阀门流量特性对功率振荡影响的仿真分析dFsΔFs分(PID)比例增益1;负荷PID积分系数0.2;油动机Kf=≈(2)dFaΔFa积分时间常数0.3s;线性可变差动变压器(LVDT)显然,当调节系统中的设置阀门流量特性函数时间常数0.02s;高压容积时间常数0.2s;再热容积能够准确反映实际的阀门流量特性时,有Df=0和时间常数8s;连通管时间常数0.3s;功率过调系数Kf=1,设定曲线和实际曲线两

7、者之间不存在偏差。0.6;高压缸、中压缸、低压缸功率系数0.4,0.3,0.4。如图1(b)所示,在阀门流量特性偏差最大时,发电机的仿真模型采用单机无穷大电网小信号[16]Df可高达25%,Kf甚至可以达到4。在流量曲线模型。该机电耦合模型中的发电机模块以机械拐点区域,理论流量曲线与实际流量曲线的Df和功率为输入,将有功功率和转子转速(频率)信号反Kf要显著大于其他区域,当调门运行在这一区域内馈给调速系统,使得机电模型形成闭环。时,流量特性曲线的大偏差容易使机组稳定性变差,3流量特性偏差的仿真实验使机组容易受扰而

8、出现功率摆动。根据现场经验,通常经历一次A级检修间隔由前述分析可知,流量特性偏差可分为两个方后,在某些流量段中流量特性的数值偏差程度可以面:数值偏差和变化率偏差。为了厘清这两个方面达到10%甚至更多,Kf则可能达到2甚至更高。各自对功率振荡的影响程度,下面通过设置两组不因此,广东电网区域的大型机组通常会在完成与进同的简化流量特性曲线分别进行单方面偏差因素的汽调阀相关的检修