CN102146812A

CN102146812A - 电力系统原动机及其调速器实测建模方法

Info

Publication number: CN102146812A
Application number: CN2010101071260A
Authority: CN
Inventors: 李继红; 倪秋龙; 陆春良; 叶琳; 孙维真; 俞成立; 顾正皓; 樊印龙; 徐政; 武诚
Original assignee: Zhejiang University ZJU; Zhejiang Electric Power Co
Current assignee: Zhejiang University ZJU; State Grid Corp of China SGCC; Zhejiang Electric Power Co
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: CN102146812B

Abstract

本发明提供了一种电力系统原动机及其调速器实测建模方法，属于电力系统技术领域。它解决了现有原动机及其调速器使用经典模型和典型参数而存在仿真计算结论发生较大偏差的问题。本电力系统原动机及其调速器实测建模方法，包括如下步骤：(1)收集资料；(2)建立原动机及其调速器的数学模型；(3)模型选择；(4)做原动机及其调速器的分环节现场试验；(5)进行分环节的参数辨识，获得各分环节的参数；(6)总体参数辨识前的数据筛选；(7)总体参数辨识；(8)模型参数验证；(9)进行频率大扰动试验；(10)模型参数验证。本实测建模方法能够保证模型、参数准确地应用于BPA、PSS/E电力系统分析软件，并且提高电力系统仿真精度。

Description

电力系统原动机及其调速器实测建模方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种电力系统原动机及其调速器实测建模方法，对电力系统原动机及其调速器建立数学模型、辨识相应的参数，并进行各种测试、验证。

背景技术

电力系统是一个庞大而复杂的系统，其分析的基本工具是数字仿真软件。目前电力系统仿真软件已具备了详细仿真电力系统运行的可能性，缺少的是仿真对象的模型和参数。

目前，对于模型方面，各主流电力系统分析软件(BPA、PSS/E、PSASP等)都支持多种原动机及其调速器模型，并能够根据学术界与工业界的研究成果，不断地添加新的模型。总体上看，这些模型都能够满足电力系统机电暂态稳定仿真计算的需要。对于参数方面，在电力系统中，以上模型所用的参数多是未经实际验证的“典型值”。在研究机电暂态稳定时，由于原动机及其调速器模型的影响较小，使用典型参数并不会带来很大的误差。

但是，对于特高压电网组建成规模巨大的电网，如三华联网(华北、华中、华东)、南方电网，则可能有相当大的影响。由于电网规模巨大，区域间振荡的频率将可能降低至0.1Hz以下，这就需要在传统的暂态仿真基础上延长计算时间，此时原动机及其调速器的影响将逐步显现出来；并且，三华联网、南方电网均为交直流混联的电网，当直流输电系统发生换相失败、闭锁等故障时，有功功率缺额巨大，这类失去大电源后的低频减载问题直接取决于原动机及其调速器的响应。因此，原动机及其调速器模型参数在使用“典型值”时，未使用实际的参数，有可能造成仿真的结果将与系统的实际响应不符，仿真计算结论发生较大偏差，不利于电力系统安全稳定。

例如，1996年8月10日，美国西部电力联合体(WECC，Western Electricity CoordinatingCouncil，原WSCC)经历了一次停电事故，加利福尼亚州(California)至俄勒冈州(Oregon)联络线上的实测功率是振荡的，且幅值不断增大，但采用旧模型进行的仿真显示振荡阻尼良好。2000年，加拿大艾伯塔省(Alberta)与英属哥伦比亚省(British Columbia)之间的联络线跳闸所造成的事故也表明旧模型的仿真结果过于乐观。在这两次事故中，数值仿真得出的原动机的输出功率比实测值要高出约50％。又如，2001年WECC进行了两次测试。在关掉所有发电机的AGC的情况下，通过跳开750MW及1250MW的发电容量，测试系统中现有的原动机及调速器模型的准确性。测试发现系统频率的实际波形与用现有模型(如IEEEG1)进行仿真所得的波形有较大差距。其原因是部分火电机组的原动机及其调速器的模型存在问题。

目前国内采用的原动机及其调速器模型，大多使用经典模型和“典型”参数。鉴于国外电力系统的经验教训，有必要采用新的原动机及其调速器模型以及实测的参数。

发明内容

本发明的目的是针对现有原动机及其调速器使用经典模型和典型参数而存在上述的缺陷，提供一种电力系统原动机及其调速器实测建模方法，该实测建模方法能够保证模型、参数准确地应用于BPA、PSS/E电力系统分析软件，以提高电力系统仿真精度。

为此，本发明通过下列技术方案来实现：电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于，该实测建模方法包括如下步骤：

1、资料收集

进行原动机及其调速器建模前，首先应收集待研究的发电机的相关信息。根据建模需要，设计的资料收集表格如下，建模人员需实地调查、收集并填写该表格。

项目	取值
		机组名称
额定容量(MW)
		额定主蒸汽压力(MPa)
额定再热汽压力(Mpa)
		一次调频是否投入
高压缸功率比例系数FHP，高压缸出力占总出力的百分比
		中压缸功率比例系数FIP，中压缸出力占总出力的百分比
低压缸功率比例系数FLP，低压缸出力占总出力的百分比
		转速不等率
一次调频死区(Hz)
		DEH扫描时间(ms)
最常用的汽机控制模式(阀控、DEH功率闭环、协调机跟炉、协调炉跟机、机炉协调)
		单阀/多阀(顺序阀)
DEH制造厂
		DCS制造厂
额定主蒸汽流量(T/H)
		额定再热蒸汽流量(T/H)

再热蒸汽管道及再热器总水容积
		过热蒸汽管道及过热器总水容积
汽包总容积
		汽包总金属质量
过热器出口压力
		额定汽包压力
额定调节级压力
		额定高压缸排汽压力
额定主蒸汽温度
		额定再热汽温度
高压及中压调门快关时间
		高压及中压调门正常开关时间(5％-95％)
伺服阀型号
		如汽机常用控制模式为机炉协调，应附上功率闭环回路，汽机主控回路，锅炉主控回路逻辑(包括一次调频回路)，可提交实际图纸
CCS直DEH的指令速率限制值

2、建立原动机及其调速器的数学模型

根据原动机及其调速器收资情况，可通过以下三种途径中的一种或多种建立备选的原动机及其调速器数学模型：

(1)根据原动机及其调速器的物理结构，建立基于物理环节的数学模型；

(2)根据原动机及其调速器的典型响应特性，建立已消去实际物理环节的基于响应特性的原动机及其调速器数学模型(下称响应特性模型)；

(3)在BPA及PSS/E的模型库中挑选合适的模型，或利用PSS/E自定义功能建立新模型。

3、模型选择

根据收集的资料，确定原动机及其调速器的类型，并在备选的原动机及其调速器数学模型中选择合适的数学模型，以最接近原动机及其调速器的物理特征。

4、进行原动机及其调速器的分环节现场试验

(1)试验前的准备工作

a)润滑油、调节油系统工作正常。

b)机组各负荷区域运行稳定，并使机组的AGC撤出。首先进行调节系统切除的开环试验，在开环试验中分别进行阀门阶跃试验和燃料量阶跃试验，开环方式下的阀门阶跃试验中应撤出协调控制系统和一次调频回路，使机组处于手动控制方式。开环试验完成后，将机组的调节系统投入，进行闭环方式下的阀门阶跃试验。

c)对稳定在90％额定有功功率的试验工况，为了防止阀门关闭时发生超压的情况，可将压力设置为比额定运行压力低10％左右，其他负荷可按滑压曲线压力进行控制。

d)机组运行方式为顺序阀方式。

(2)试验需要记录的数据

a)需采用高速数据采集仪记录以下信号：

机组功率、高压调门位移、主汽压力、调节级压力、高压缸排汽压力、再热压力、低压联通管压力、转速。如有条件的话，可将汽轮机DEH中的流量指令引出记录。

b)采用DCS记录以下信号：

机组功率(用于控制的)，机组功率指令，汽包压力，主蒸汽压力(用于控制的)，汽机主控指令，锅炉主控指令，蒸汽流量，总煤量，再热器压力、转速。

上述数据采样周期可为DCS中的每秒一个数据，这些参数进入历史数据库的精度应改为千分之一，历史数据库采集时间为1秒一次。

(3)具体试验方法

先进行开环方式(指退出协调控制方式)下的阀门阶跃和燃料阶跃试验，再进行协调控制方式下的阀门阶跃。

a)开环方式下的阀门阶跃。将汽机主控及锅炉主控均放在手动位置，手动动作改变频差7转及9转(不包括死区)，使负荷改变，测量相关的参数，以获取汽轮机参数及锅炉参数。

b)开环方式下的燃料阶跃试验。将汽机主控和锅炉主控均放在手动位置，手动增加锅炉燃煤量2-3％，记录汽包压力及主汽压力的变化，获取锅炉的延迟及惯性时间常数。

c)协调控制方式下的阀门阶跃。将DEH投遥控，CCS协调投入，DEH与CCS一次调频投入，手动改变频差±7r/min和±9r/min(不包括死区)，使机组负荷变动约3至6％，获取在协调情况下各参数的变化情况。

对于每种容量的机组(135MW、300MW、600MW、1000MW)，在每一个主要工况下(出力为70％、80％、90％的额定有功功率)都进行上述三种试验。所有的数据均需要至少每秒1个点的分辨率，而时间总长度至少为10分钟。

5、进行分环节的参数辨识，获得各分环节(锅炉、汽轮机、伺服机构、协调控制系统)的参数

分环节辨识的方法是在对系统进行开环、闭环扰动试验基础上，利用系统的各环节输出来确定各环节时间常数。

通过汽轮机阀门阶跃试验的数据，利用高压调门开度和调节级压力之间的动态关系可以确定高压容积时间常数，利用调节级压力和再热汽压力之间的关系可以确定再热容积时间常数。这两个环节均为一阶环节，可利用辨识软件辨识其时间常数。

a)汽轮机高中低压缸的功率分配系数可以从设计热平衡图获得，或取缺省值。

b)汽轮机高压过调系数可以通过设计的调节级压力和高压缸排汽压力之间的关系获得，具体如下：

LH = \frac{ϵ^{2}}{1 - ϵ^{2}} + \frac{k - 1}{k} \frac{ϵ^{\frac{k - 1}{k}}}{1 - e^{\frac{k - 1}{k}}}

(1)

其中，ε：再热汽压力/调节级压力，k：过热蒸汽指数。

c)锅炉蓄热时间常数通过汽包压力或分离出口压力与蒸汽流量之间的动态关系求得，公式如下：

C_{m} = C_{m} (t_{1}) = \frac{m (t_{1})}{ΔP (t_{1})} \frac{P_{b}}{S_{b}}

(2)

其中，

m (t) = {&Integral;}_{0}^{t_{1}} Δ S_{W} (τ) dτ, ΔP (t) = P_{b} (t) - P_{b} (0), Δ S_{w} (t) = abs (S_{w} (t) {- S}_{w} (t_{1}))

P：为汽包压力，S_w为蒸汽流量，t₁为稳定时间，P_b为额定汽包压力，S_b为额定蒸汽流量。

d)锅炉惯性时间常数可以根据开环燃料扰动试验中汽包压力、蒸汽流量的关系求得，方法如下：

第一步，从试验结果重建蒸汽蒸发流量(Sg)，相当于锅炉的输入热量，这通过如下方程来建立：

S_{G} = C_{M} \frac{d P_{D}}{dt} \frac{S_{b}}{P_{b}} + S_{w}

(3)

第二步使用如下方程来估计燃料及水冷壁时间系数

F (t) = {&Integral;}_{0}^{\infty} (1 - \frac{Δ S_{G} (t)}{Δ S_{G} (\infty)}) dt = {&Integral;}_{0}^{t 1} (1 - \frac{{ΔS}_{G} (t)}{Δ S_{G} (t 1)}) dt

(4)

E (x) = {&Integral;}_{0}^{x} \frac{{ΔS}_{G} (t)}{Δ S_{G} (t 1)} dt

(5)

T_W＝exp(1)E(F) (6)

T_D＝F-T_W (7)

ΔS_G(t)＝S_G(t)-S_G(0) (8)

以上，t1为稳定时间。

e)管道阻力系数可以根据额定负荷时汽包压力和主蒸汽压力之间的压降来求取。

f)过热器容积时间常数可根据过热器容积和额定蒸汽流量求取。

在获得物理环节各项参数后，将参数置入基于物理环节的数学模型，在参考原控制系统的各项参数情况下，合理设置模型中控制系统各项参数的初始值，并利用辨识软件对于各项参数进行辨识，使输出结果与试验结果符合。

6、总体参数辨识前的数据筛选

在进行总体参数辨识前，对步骤4中第三种试验(协调控制方式下的阀门阶跃)所获得的数据进行筛选，挑出一致性比较好的若干组数据，剔除那些在现场试验中因人为或其他偶然因素造成的与综合响应偏差较大的测试曲线。

筛选时，使用响应特性模型，参数辨识算法为单纯形法。具体方法是：

对于每一次试验数据，辨识其参数，然后用于其它几次试验数据。不妨设现在对第一次试验数据进行辨识，得到一组参数C₁，误差为E₁；C₁用于其它试验数据，误差分别为E₂，E₃，……E_n。又设定所允许的最大误差倍数为K，则判断第i次试验数据与第一次试验数据相符的判据为：

E_i＜E₁*K (9)

即：如果第i次试验数据，使用参数C₁后所得的误差E_i小于第一次实验数据误差E₁的K倍，就认为这两组数据相符。

以上是针对第一次试验数据，其它试验数据也一样。然后选取相符数目多的那几次试验作为待辨识的数据。

针对第i次试验进行辨识，得到一组参数C_i，误差为E_i；如果把C_i用于其它某次试验时，得到的误差比E_i还小，说明辨识的效果不好。用这种较大的E_i进行筛选，往往会选中过多的试验，起不到筛选的效果。此时应该舍弃这次筛选结果。

7、总体参数辨识

若用于总体辨识的模型是基于物理环节的模型，则在辨识汽轮机、伺服机构的参数时，以步骤5所获得的汽轮机、伺服机构的参数为初始值，变化范围限制在±10％以内。其它参数没有这样的限制。

对于步骤6中筛选出来的所有实测数据，应用基于物理环节的模型或响应特性模型，通过单纯形算法辨识一组折中的参数，并计算误差。如果误差未超过事先定义的最大允许值，则这组参数就作为该电厂原动机及其调速器模型的参数；若误差超过了最大允许值，需要重新步骤4的试验。

8、模型参数验证

(1)在PSS/E中，构造单机对无穷大系统，将协调控制方式下的阀门阶跃试验中实测的转速信号输入已建立的原动机-调速器模型，观察其响应是否符合实测值；如不符，则重新从步骤2进行辨识。

(2)在PSS/E中，将原动机-调速器模型以及辨识出来的参数，加入到某个实际系统的动态数据文件中。同样将实测的转速信号输入已建立的原动机-调速器模型，观察其响应是否符合实测值；如不符，重新从步骤2进行辨识。

(3)在PSS/E及BPA中，对比有、无原动机及其调速器模型的情况下，发生故障时转子功角的摇摆曲线。故障类型为发电机机端母线三相短路，0.1秒后故障清除。两种情况下曲线应基本吻合，否则重新从步骤2进行辨识。

(4)在PSS/E及BPA中，对比有、无原动机及其调速器模型的情况下，发生发电机机端母线三相短路的极限切除时间。若有调速器的情况下，极限切除时间比没有调速器的情况偏小1个周波(0.02秒)以上，重新从步骤2进行辨识。

一般来说，在电压基本不变的情况下，机组的有功功率越大，它与外界系统的功角差也越大，稳定裕度越小，极限切除时间也越短。因此，进行上述(3)、(4)考察时，选取的是最大功率的工况。

(5)在PSS/E及BPA中，对比有、无原动机及其调速器模型的情况下，由于联络线断开导致发电厂及其周边负荷与主网解列、形成孤立系统时，孤立系统的频率、机组机械功率。原动机及其调速器模型的加入应当可以减小电网频率偏差，否则重新从步骤2进行辨识。

9、进行频率大扰动试验

选择一台大容量的发电机(例如1000MW)进行甩负荷试验，记录待研究的原动机及其调速器相关运行参数的响应曲线，并用于后续第10步所述的模型参数校核。

试验前，利用EMS系统记录各发电厂有功、无功、电压，220kV及500kV变电站中变压器各绕组有功、无功、电压、无功补偿情况，各220kV及500kV线路有功、无功。临近试验时，令待研究的电厂退出AGC，投入一次调频，并将死区改为1rpm。在试验期间，令这些发电厂记录步骤4中所提到的量。

需要注意，在步骤4的试验做完以后、系统大扰动试验之前的这一时间段内，尽量保证做过试验的电厂不更改或少更改控制系统的策略与各种参数。

10、参数校核

利用频率大扰动试验的数据校核所建立模型和参数的正确性，具体包括两次校核：

(1)单机无穷大系统校核

在PSS/E中构造单机对无穷大系统，将甩负荷试验中实测的转速信号输入已建立的原动机及其调速器模型，比较仿真结果与实测值，这两条曲线的变化趋势、形状应该相近。如果偏差过大，检查转速阶跃试验后、系统大扰动试验前的这一时间段内，发电厂是否大幅更改了控制系统的策略与参数。

(2)实际系统校核

BPA与PSS/E中，利用EMS记录的数据，生成当时的潮流文件。动态文件中，对于做过试验的电厂，其原动机及其调速器模型使用辨识出来的参数；未做过试验的电厂，按照容量相近的原则套用其它电厂的参数。然后通过切除发电机来模拟实际的甩负荷试验，同样观察仿真结果与实测值的变化趋势、形状是否相近。如不相符，可尝试修改负荷模型。

本发明具有的优点：

1、通过两种途径进行参数辨识，即分环节的参数辨识及总体参数辨识。两种途径有机融合，可充分发挥这两种途径各自的优点。

2、进行了原动机及其调速器的三种试验，从多方面测试原动机及其调速器的响应特性，可以保证建模准确性。

3、基于单纯形优化算法，开发出一套原动机与调速器模型参数辨识及校核一体化软件，大大方便了模型参数辨识及校核。

4、建立了一种基于响应特性的原动机与调速器模型。该模型结构简单，适用于数据筛选。

5、提出的数据筛选方法，能有效剔除那些偏差较大的数据。

6、提出了一系列的测试办法，保证了原动机及其调速器模型及其参数的合理性。

7、进行频率大扰动试验，校核所建模型及参数的准确性。

8、对各种容量的典型发电机组的原动机及其调速器进行了建模与参数辨识，建立了基于BPA、PSS/E软件的模型参数库。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明数据筛选的流程图(图中，n为总试验次数。Mi表示所有待筛选的数据中，与第i个数据相符的数据的个数)。

图3是本发明用于数据筛选的模型。

图4-1到图4-15是450MW时协调控制方式下的阀门阶跃试验，所有记录的数据。

图5是使用单机无穷大系统验证，仿真曲线与实测曲线对比(500MW)。

图6是使用单机无穷大系统验证，仿真曲线与实测曲线对比(550MW)。

图7是使用实际系统验证，仿真曲线与实测曲线对比(500MW)。

图8是使用实际系统验证，仿真曲线与实测曲线对比(550MW)。

图9是550MW工况下，使用GGOV1(PSS/E)模型的转子功角摇摆曲线。

图10是550MW工况下，使用GI/GI+、GA、TB(BPA)模型的转子功角摇摆曲线。

图11是有无GGOV1(PSS/E)模型时的孤立系统频率对比。

图12是有无GI/GI+、GA、TB(BPA)模型时的孤立系统频率对比。

图13-1到图13-24是频率大扰动试验中，所有该机组相关的数据。

图14是使用GGOV1(PSS/E)模型，在单机无穷大系统中进行频率大扰动校核。

图15是使用GI/GI+、GA、TB(BPA)模型，在单机无穷大系统中进行频率大扰动校核。

图16是使用GI/GI+、GA、TB(BPA)模型，在实际系统中进行频率大扰动校核。

具体实施方式

对某电厂600MW机组进行原动机及其调速器建模及参数辨识，其步骤如下：

1.资料收集

项目	取值
		机组名称	XX发电厂
额定容量(MW)	600
		额定主蒸汽压力(MPa)	24.2
额定再热汽压力(Mpa)	3.976
		一次调频是否投入	是
高压缸功率比例系数FHP，高压缸出力占总出力的百分比	30％
		中压缸功率比例系数FIP，中压缸出力占总出力的百分比	25％
低压缸功率比例系数FLP，低压缸出力占总出力的百分比	45％
		转速不等率	5％

一次调频死区(Hz)	±2rpm
		DEH扫描时间(ms)	100/300
最常用的汽机控制模式(阀控、DEH功率闭环、协调机跟炉、协调炉跟机、机炉协调)	机炉协调
		单阀/多阀(顺序阀)	多阀
DEH制造厂	日立
		DCS制造厂	ABB
额定主蒸汽流量(T/H)	1705.2
		额定再热蒸汽流量(T/H)	1473
再热蒸汽管道及再热器总水容积	352
		过热蒸汽管道及过热器总水容积	229
汽包总容积	-
		汽包总金属质量	-
过热器出口压力	25.4
		额定汽包压力	-
额定调节级压力	15.7
		额定高压缸排汽压力	4.418
额定主蒸汽温度	566
		额定再热汽温度	566
高压及中压调门快关时间	0.15/0.25
		高压及中压调门正常开关时间(5％-95％)
伺服阀型号	MOOG，072-559A
		如汽机常用控制模式为机炉协调，应附上功率闭环回路，汽机主控回路，锅炉主控回路逻辑(包括一次调频回路)，可提交实际图纸
CCS直DEH的指令速率限制值	0.6％

2.模型选择

该机组为燃煤机组。若进行分环节的参数辨识，对于BPA选用GX、GK、GA、TB卡连用，对于PSS/E选用TGOV5模型；若进行总体参数辨识，对于BPA选用GI\GI+、GA、TB卡连用，对于PSS/E选用GGOV1模型。

3.进行分环节的现场试验。在发电机有功功率为450MW、500MW、550MW时进行了若干次试验，具体如下：

	450MW	500MW	550MW
				开环方式下的阀门阶跃	2次	1次	1次
开环方式下的燃料阶跃	1次	2次	1次
				协调控制方式下的阀门阶跃	1次	1次	1次

在450MW时，进行协调控制方式下的阀门阶跃试验，记录的数据参见附图4。其它试验类似，不再列出。

4.进行分环节辨识。具体参数如下：

TGOV5(PSS/E)

参数名称	符号	数值	参数名称	符号	数值
						CCS速度不等率	B	18	锅炉压力调节器积分系数	KI	0.001
过热器管道阻力系数	C1	0.09	用于调节器输出为反馈时	KL	0
						汽机控制中压力影响系数	C2	0.25	电功率反馈系数	KMW	1
滑压设定系数	C3	1	汽机调节器最大输出	LMAX	1
						锅炉蓄热系数	CB	112	汽机调节器最小输出	LMIN	0
压力调节器最大输出	CMAX	1	汽机调节器速率	RMAX	0.0025
						压力调节器最小输出	CMIN	-1	汽机调节器速率	RMIN	-0.0025
汽机压力调节死区	DPE	0.008	DEH调节器微分	T1	0
						DEH速度不等率	K	20	DEH调节器积分	T2	0
高压缸做功分量	K1	0.3	油动机时间常数	T3	0.3
						多轴机组适用	K2	0	高压缸时间常数	T4	0.3
中压缸做功分量	K3	0.3	再热器时间常数	T5	21
						多轴机组适用	K4	0	低压缸时间常数	T6	0.3
低压缸做功分量	K5	0.4		T7	0

多轴机组适用	K6	0	锅炉惯性时间	TF	55
						多轴机组适用	K7	0	锅炉调节器系数	TI	1000
多轴机组适用	K8	0	电功率反馈时间常数	TMW	0.3
						过热器管道阻力修正系数	K9	0	锅炉调节器系数	TR	1
压力调节器蒸汽流量前馈	K10	0	锅炉调节器系数	TR1	1
						压力调节器功率前馈	K11	0.8	锅炉水冷壁时间常数	TW	0
汽机压力调节修正	K12	0	锅炉延迟时间	TD	43
						滑压设定值修正	K13	0	油动机关闭速率	UC	-3
CCS汽机调节器积分系数	K14	0.02	油动机开启速率	UO	3
						DEH输出最大	VMAX	1.1	DEH输出最小	VMIN	0

GX、GK、GA、TB(BPA)

5.在进行总体辨识前，对协调控制方式下的试验数据进行筛选。误差如下表：

	450MW	500MW	550MW
				针对450MW辨识	0.04418	0.18716	0.24497
针对500MW辨识	0.22445	0.02741	0.07918
				针对550MW辨识	0.31978	0.07781	0.02726

令最大误差倍数为4，则：

0.18716＞4*0.04418，0.24497＞4*0.04418，说明500MW、550MW的两次试验数据均与450MW不相符。

0.22445＞4*0.02741，0.07918＜4*0.02741，说明450MW与500MW不符，550MW与500MW相符。

0.31978＞4*0.02726，0.07781＜4*0.02726，说明450MW与550MW不符，而500MW与550MW相符。

综上，剔除450MW的试验数据，留下500MW与550MW的两次试验数据。

6.进行总体参数辨识。

使用单纯形算法对500MW、550MW的两次试验数据进行参数辨识，如下：

GI/GI+、GA、TB(BPA)

GGOV1(PSS/E)

参数名称	取值	参数名称	取值
				调差率(R Permanent droop，pu)	0.078	负荷限制器比例增益(Kpload Loadlimiter proportional gain for PIcontroller)	1
功率测量环节时间常数(TpelecElectrical power transducer timeconstant，sec)	0.02	负荷限制器积分增益(Kiload Loadlimiter integral gain for PIcontroller)	1
				最大转速偏差(Maxerr Maximumvalue for speed error signal)	0.003	负荷限制器参考值(Ldref Loadlimiter reference value pu)	5
最小转速偏差(Minerr Minimumvalue for speed error signal)	-0.003	机械阻尼(Dm Mechanical dampingcoefficient，pu)	0
				比例增益(Kpgov Governorproportional gain)	11.04	阀门最大开启速度(RopenMaximum valve opening rate，pu/sec	5
积分增益(Kigov Governor integralgain)	5.56	阀门最大关闭速度(RcloseMaximum valve closing rate，pu/sec)	-5
				微分增益(Kdgov Governorderivative gain)	0	负荷控制器增益(Kimw Powercontroller(reset)gain)	0.001

微分时间时间常数(TdgovGovernor derivative controller timeconstant，sec)	0.1	加速度参考值(Aset Accelerationlimiter set-point，pu/sec)	100
				最大阀门位置(Vmax Maximumvalve position limit	0.9	加速度限制器增益(KaAcceleration limiter gain)	10
最小阀门位置(Vmin Minimumvalve position limit)	0	加速度限制器时间常数(TaAcceleration limiter time constant，sec)	1
				油动机时间常数(Tact Actuatortime constant，sec)	0.3	汽轮机容量(Trate Turbine rating(MW))	0
汽轮机增益(Kturb Turbine gain)	1	死区(db Speed governor deadband)	0.000667
				无负载时燃料(Wfnl No load fuelflow，pu)	0	温度测量超前时间(TsaTemperature detection lead timeconstant，sec)	1
汽轮机滞后时间(Tb Turbine lagtime constant，sec)	4.85	温度测量滞后时间(TsbTemperature detection lag timeconstant，sec)	1
				汽轮机超前时间(Tc Turbine leadtime constant，sec)	1.45	负荷最大增加速度(Rup Maximumrate of load limit increase)	99

柴油机纯延时(Teng Transport lagtime constant for diesel engine，sec)	0	负荷最大减少速度(RdownMaximum rate of load limitdecrease)	-99
				负荷限制器时间常数(Tfload LoadLimiter time constant，sec)	3

这两次参数辨识的误差分别为5.11％与5.11％，均小于事先定义的最大允许值6％，因此都可以作为该电厂的原动机及其调速器的参数。

7.在PSS/E中构造一个单机无穷大系统，发电机的参数为该电厂实际数据，励磁系统使用典型模型及参数，原动机及其调速器模型使用GGOV1及第6步辨识出的参数。利用PSS/E的自定义功能，模拟协调控制方式下的阀门阶跃试验，比较仿真结果与实测值，见附图5、6，两者基本符合。

8.在PSS/E中，将GGOV1模型及第6步辨识出的参数，加入到实际电网的动态数据文件中。同样利用PSS/E的自定义功能，模拟协调控制方式下的阀门阶跃试验，比较仿真结果与实测值，见附图7、8，两者基本符合。

9.在PSS/E及BPA中，对比有、无原动机及其调速器模型的情况下，发生故障时转子功角的摇摆曲线。故障类型为发电机机端母线三相短路，0.1秒后故障清除。经比较，两种情况下曲线基本吻合，见附图9、10。

10.在PSS/E及BPA中，对比有、无原动机及其调速器模型的情况下，发生发电机机端母线三相短路的极限切除时间。结果如下表：

有无调速器的情况下，极限切除时间都相同，即加入原动机及其调速器模型后，对暂态稳定基本无影响。

11.孤立系统分析

在PSS/E及BPA中，分别断开该发电厂及其周边负荷与主网的联络线，从而形成了孤立系统。有无原动机及其调速器模型时，孤立系统的频率对比见附图11、12。

可见，原动机及其调速器模型的加入确实减小了电网频率偏差。

12.频率大扰动试验

在该机组所在的电网中，通过一台1000MW发电机甩负荷，进行了一次频率大扰动试验。试验前该机组一次调频投入，AGC退出。试验期间，所有该机组相关的数据参见附图13。

13.基于频率大扰动的校核

■单机无穷大系统

仿真结果与实测值的对比见附图14、15。可见，这两条曲线的变化趋势、形状以及数值都比较相近。

■实际系统校核

仿真结果与实测值的对比见附图16。这两条曲线从数值上看一定差距，导致差距的主要原因有：

a该电网尚未建立精确的符号模型，负荷模型采用的是典型值，不一定符合实际；

b受地域限制，甩负荷试验期间该省外围的外省机组的参数也是典型值，不一定符合实际；

c未做过试验的电厂，按照容量相近的原则套用已做过试验的电厂的原动机及其调速器参数，这可能与其实际不符；

d试验期间，因考虑电网安全，除了所选的机组外，它机组的AGC都没有退出，而在校核时未考虑AGC的因素，可能会导致误差。

当然，尽管从数值上来看仿真结果与实测值偏差较大，但两者的变化趋势、形状比较相近。该电网当前的技术条件尚无法完全排除上述各种影响，如何排除这些影响因素需进一步开展研究，但不在本发明范畴内。

Claims

1.电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于它包括如下步骤：

(1)收集资料：进行原动机及其调速器建模前，收集待研究的发电机的资料；

(2)建立原动机及其调速器的数学模型：根据原动机及其调速器收集资料的情况，建立备选的原动机及其调速器数学模型；

(3)模型选择：根据收集的资料，确定原动机及其调速器的类型，并在备选的原动机及其调速器数学模型中选择合适的数学模型，以最接近原动机及其调速器的物理特征；

(4)进行原动机及其调速器的分环节现场试验：先进行开环方式下的阀门阶跃和燃料阶跃试验，再进行协调控制方式下的阀门阶跃；

(5)进行分环节的参数辨识，获得各分环节的参数；

(6)总体参数辨识前的数据筛选；

(7)总体参数辨识；

(8)模型参数验证；

(9)进行频率大扰动试验：选择一台大容量的发电机进行甩负荷试验，记录待研究的原动机及其调速器相关运行参数的响应曲线，并用于后续第10步所述的模型参数校核；

(10)模型参数验证：利用频率大扰动试验的数据校核所建立模型和参数的正确性。

2.根据权利要求1所述的电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，通过以下三种途径的一种或者多种建立数学模型：a、根据原动机及其调速器的物理结构，建立基于物理环节的数学模型；b、根据原动机及其调速器的典型响应特性，建立已消去实际物理环节的基于响应特性的原动机及其调速器数学模型，简称响应特性模型；c、在电力系统分析软件BPA及PSS/E的模型库中挑选合适的模型，或利用PSS/E自定义功能建立新模型。

3.根据权利要求1或2所述的电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于，在所述的步骤(4)中，分环节现场试验的具体试验方法为：1)开环方式下的阀门阶跃，将汽机主控及锅炉主控均放在手动位置，手动动作改变频差7转及9转，不包括死区，使负荷改变，测量相关的参数，以获取汽轮机参数及锅炉参数；2)开环方式下的燃料阶跃试验，将汽机主控和锅炉主控均放在手动位置，手动增加锅炉燃煤量2-3％，记录汽包压力及主汽压力的变化，获取锅炉的延迟及惯性时间常数；3)协调控制方式下的阀门阶跃，将DEH投遥控，CCS协调投入，DEH与CCS一次调频投入，手动改变频差±7r/min和±9r/min，不包括死区，使机组负荷变动约3至6％，获取在协调情况下各参数的变化情况；对于每种容量的机组，在每一个主要工况下都进行上述三种试验，所有的数据均需要至少每秒1个点的分辨率，而时间总长度至少为10分钟。

4.根据权利要求3所述的电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于，在所述的步骤(5)中，在获得物理环节各项参数后，将参数置入基于物理环节的数学模型，在参考原控制系统的各项参数情况下，合理设置模型中控制系统各项参数的初始值，并利用辨识软件对于各项参数进行辨识，使输出结果与试验结果符合。

5.根据权利要求4所述的电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于，在所述的步骤(6)中，在进行总体参数辨识前，对步骤(4)中第三种试验所获得的数据使用响应特性模型进行筛选，挑出一致性比较好的若干组数据，剔除在现场试验中因人为或其他偶然因素造成的与综合响应偏差较大的测试曲线，响应特性模型的参数辨识算法为单纯形法。

6.根据权利要求5所述的电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于在所述的步骤(7)中，若用于总体辨识的模型是基于物理环节的数学模型，则在辨识汽轮机、伺服机构的参数时，以步骤(5)所获得的汽轮机、伺服机构的参数为初始值，变化范围限制在±10％以内，其它参数没有限制；对于步骤(6)中筛选出来的所有实测数据，用基于物理环节的数学模型或响应特性模型，通过单纯形算法辨识一组折中的参数，并计算误差，如果误差未超过事先定义的最大允许值，则这组参数作为该电厂原动机及其调速器模型的参数，若误差超过了最大允许值，需要重新步骤(2)的试验。

7.根据权利要求6所述的电力系统原动机及其调速器实测建模方法，其特征在于在所述的步骤(8)中，用电力系统分析软件BPA及PSS/E对模型进行验证。