CN103577647A - 一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法及装置，其中，包括：汽轮机及其调速系统模型单元创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；汽轮机参数试验数据预处理单元对模型现场参数测试的测点进行管理，并对测点进行实时数据采集及预处理；汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元基于预处理后的试验数据，对模型中的待定参数进行辨识、偏差校正及仿真计算，并对模型的测点和参数进行监视；评估分析单元针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，对汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性进行分析，并对汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同对并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

Description

一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法及装置

技术领域

本发明涉及汽轮机建模领域，特别涉及一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法及装置。

背景技术

汽轮机调速系统模型是电力系统稳定性分析系统（BPA）的重要组成部分之一。2013年发布的中国电力行业标准《同步发电机原动机及其调速系统参数实测及建模导则》（DL/T1235-2013）中，根据BPA稳定性计算的需求，对汽轮机及其调速系统模型和试验过程进行了明确的约束。因此，汽轮机调速系统模型的精确性越来越受到重视。

由于现有的汽轮机调速系统结构复杂及运行方式多样，难以用一简单的传递函数模型来描述。故，最终不能为电网负荷频率控制策略及电网安全预警方面提供准确的汽轮机调速系统模型。

发明内容

为解决上述问题，针对现有技术的局限无法提供准确的汽轮机调速系统模型，提供一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析装置，包括：

汽轮机及其调速系统模型单元，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

汽轮机参数试验数据预处理单元，用于对汽轮机及其调速系统模型现场参数测试的测点进行管理，并对测点进行实时数据采集及预处理；

汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元，用于基于预处理后的试验数据，对所述汽轮机及其调速系统模型中的待定参数进行辨识、偏差校正及仿真计算，并对所述汽轮机及其调速系统模型的测点和参数进行监视；

评估分析单元，用于针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，对所述汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性进行分析，并对所述汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同对并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

可选的，在本发明一实施例中，还包括：评估分析报告生成单元；

所述评估分析报告生成单元，用于将所述汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元的仿真试验结果及所述评估分析单元的评估分析结果以报告的形式生成。

可选的，在本发明一实施例中，所述汽轮机及其调速系统模型单元包括：模型组态工具模块和调速系统模型库管理模块；其中，

所述模型组态工具模块，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

所述调速系统模型管理模块，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型以及数据存储。

可选的，在本发明一实施例中，所述汽轮机参数试验数据预处理单元具体用于对机组现场参数测试试验相关的测点进行管理，提供测试数据的导入、预处理功能，为仿真和参数辨识提供计算基础数据。

可选的，在本发明一实施例中，所述汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元具体用于通过机组负荷扰动试验采集汽轮机调节特性数据，采用参数辨识方法，对汽轮机及其调速系统模型各项参数进行辨识计算，并对辨识结果进行分析、验证和偏差校正处理。

可选的，在本发明一实施例中，所述评估分析单元具体用于针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，提供对汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的仿真结果的不稳定性及适应性分析，并在汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同的情况下，将汽轮机及其调速系统模型并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

为实现上述目的，本发明还提供了一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法，包括：

创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

对汽轮机及其调速系统模型现场参数测试的测点进行管理，并对测点进行实时数据采集及预处理；

基于预处理后的试验数据，对所述汽轮机及其调速系统模型中的待定参数进行辨识、偏差校正及仿真计算，并对所述汽轮机及其调速系统模型的测点和参数进行监视；

针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，对所述汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性进行分析，并对所述汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同对并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

上述技术方案具有如下有益效果：通过参数测试试验采集汽轮机调节特性数据，对汽轮机调速系统模型各项参数进行辨识、验证和偏差校正，可为电网稳定计算提供准确的实际系统动态特性模型，从而为研究电网负荷频率控制策略及电网安全预警等重要工作提供准确的模型基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析装置框图；

图2为本发明提出的一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法流程图；

图3为实施例中的一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析装置框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提出的一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析装置框图。包括：

汽轮机及其调速系统模型单元101，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

汽轮机参数试验数据预处理单元102，用于对汽轮机及其调速系统模型现场参数测试的测点进行管理，并对测点进行实时数据采集及预处理；

汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元103，用于基于预处理后的试验数据，对所述汽轮机及其调速系统模型中的待定参数进行辨识、偏差校正及仿真计算，并对所述汽轮机及其调速系统模型的测点和参数进行监视；

评估分析单元104，用于针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，对所述汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性进行分析，并对所述汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同对并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

可选的，在本发明一实施例中，还包括：评估分析报告生成单元105；

所述评估分析报告生成单元105，用于将所述汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元的仿真试验结果及所述评估分析单元的评估分析结果以报告的形式生成。

可选的，在本发明一实施例中，所述汽轮机及其调速系统模型单元101包括：模型组态工具模块1011和调速系统模型库管理模块1012；其中，

所述模型组态工具模块1011，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

所述调速系统模型管理模块1012，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型以及数据存储。

可选的，在本发明一实施例中，所述汽轮机参数试验数据预处理单元102具体用于对机组现场参数测试试验相关的测点进行管理，提供测试数据的导入、预处理功能，为仿真和参数辨识提供计算基础数据。

可选的，在本发明一实施例中，所述汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元103具体用于通过机组负荷扰动试验采集汽轮机调节特性数据，采用参数辨识方法，对汽轮机及其调速系统模型各项参数进行辨识计算，并对辨识结果进行分析、验证和偏差校正处理。

可选的，在本发明一实施例中，所述评估分析单元104具体用于针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，提供对汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的仿真结果的不稳定性及适应性分析，并在汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同的情况下，将汽轮机及其调速系统模型并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

如图2所示，为本发明提出的一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法流程图。包括：

步骤201）：创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

步骤202）：对汽轮机及其调速系统模型现场参数测试的测点进行管理，并对测点进行实时数据采集及预处理；

步骤203）：基于预处理后的试验数据，对所述汽轮机及其调速系统模型中的待定参数进行辨识、偏差校正及仿真计算，并对所述汽轮机及其调速系统模型的测点和参数进行监视；

步骤204）：针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，对所述汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性进行分析，并对所述汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同对并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

如图3所示，为实施例中的一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析装置框图。通过参数测试试验采集的汽轮机运行特性数据，对汽轮机及其调速系统模型进行参数辨识、验证和偏差校正。装置包括如下功能模块：

模型组态工具模块1011：

本模块针对汽轮机及其调速系统模型设计需求，提供了实用的调速系统模型模块库，并在此基础上提供可视化调速系统模型组态工具。

●根据工程应用，分类设计的调速系统模型模块库，主要包括输入/输出类、控制类、数值运算类、逻辑类、对象类及辅助类模块；

●在预定义分类模型模块库基础上，提供自定义模块设计功能，可通过预定义模块或局部模型封装组合为自定义模块，实现模型设计的。

●基于模型模块库的调速系统模型设计的可视化组态工具，提供灵活方便的系统建模、仿真计算、数据监视、曲线分析功能。

调速系统模型库管理模块1012：

对汽轮机组在不同运行方式下调速系统模型及其参数、机组参数试验数据、参数辨识过程、稳定性和适应性分析结果、试验分析报告等，提供全面的数据管理。主要包括：

●采用ACCESS数据库系统管理全部的系统各类数据；

●系统数据库以机组为单位组织；

●同一机组可以设计和存贮不同的工况模型；

●分类存贮机组不同类型、工况和时间的现场试验数据集；

●选用不同模型、不同试验数据的局部或整体参数辨识过程记录存贮；

●选用不同模型、不同扰动、不同工况的仿真计算过程记录存贮；

●参数辨识和仿真计算中间数据（含模型模块输入、输出、参数等）及计算结果数据存贮；

●模型稳定性及参数适应性分析过程存贮；

●辨识与仿真计算过程中的数据表格、曲线图表等；

●试验分析报告模板存贮。

汽轮机参数试验数据预处理单元102：

对机组现场参数测试试验相关的测点、测试数据等进行管理，提供测试数据的导入、预处理功能，为仿真和参数辨识提供计算基础数据，主要包括：

●文本格式现场试验数据文件的导入，以试验为单位存贮和管理试验数据；

●导入数据与机组测点对应，提供数据的列表和曲线预览显示；

●提供基于曲线的导入数据的坏点剔除、插值、时间对齐、排序等功能；

●根据自定义区间或测试数据自动区间的标幺化，为参数辨识计算提供符合要求的归一化测试数据；

●试验原始数据和归一化处理后数据均入库存贮，可重现，可追溯。

汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元103：

在已建立的调速系统仿真模型基础上，通过机组负荷扰动试验采集汽轮机调节特性数据，采用先进的参数辨识方法，对汽轮机及其调速系统模型各项参数进行辨识计算，可实现局部辨识、分步辨识及整体辨识，提供辨识结果的分析、验证和偏差校正手段。主要包括：

●提供常规的递推式最小二乘参数辨识算法，应用于局部线性系统辨识和脉冲或阶跃扰动仿真计算；

●针对非线性的调速系统整体模型，提供遗传算法(GA)参数辨识手段，即：

■在已经建立的系统模型基础上，设定部分参数辨识范围，然后利用遗传算法获得待辨识参数的一组解，从而进一步系统模型和结构；

■将现场试验采样得到的激励信号加人到模型中的相关输人点，通过仿真运算得到相关的输出，将仿真输出与实际测量的输出量进行比较后计算得到整体的模型误差，再使用遗传算法不断进行优化，最终获得模型误差为最小的最优模型参数。

■遗传算法(GA)具有全局最优性和较好的通用性，对扰动信号没有严格要求，适用于对非线性环节和整体模型的一次性参数辨识。

●系统在可视化的模型组态工具基础上，实现模型辨识和仿真计算，对系统输入/输出测点及模块参数均提供实施曲线监视和数据存贮，可以直观体现计算和辨识结果，在此基础上，实现对系统模型参数的分析、验证和偏差校正。

评估分析单元104：

针对汽轮机组在不同运行方式及工况下的实际运行过程，提供对调速系统仿真模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性分析工具，可对调速系统仿真模型各项参数的设置不同对并网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估，从而为进一步优化和校正各参数的辨识提供帮助。

●提供同一试验模型在不同扰动、不同工况试验数据基础上的仿真计算结果对比分析手段；

●提供脉冲、阶跃等不同扰动激励下模型稳定性分析手段；

●提供手动参数强制功能，对比分析多种参数假设值情况下的模型适应性分析功能；

●提供不同计算过程、不同测点、不同激励及不同强制参数值情况下的对比响应曲线、X-Y点图展示功能。

评估分析报告生成单元105：

针对机组参数试验报告、参数辨识分析报告等需求，为辅助报告生成，提供各类原始试验数据、模型、曲线、图片等各类报告要素的导出和管理功能。

●系统提供模型原始数据、辨识计算中间数据和结果数据、仿真计算中间数据和结果数据等表格展示，可导出到Excel文件或文本文件；

●参数辨识、仿真计算及稳定性与适应性分析中的各类图表、曲线的等的复制、图片导出功能；

●系统提供基于WORD文档模板的试验报告导出功能，对试验报告所需的各类信息、数据和图形曲线要素，均可灵活嵌入试验报告模板。

RTDS系统仿真接口106：

为机网协调运行仿真分析平台（RTDS）提供高精度汽轮机及调速系统仿真模型选取、调度计算接口：

●在系统模型模块库计算算法基础上，系统设计了多线程方式的后台模型仿真计算调度模块；

●调速系统模型计算接口采用独立的DLL设计，可方便接入RTDS系统；

●选定好机组调速系统模型，配置相应的测点映射关系和调度计算参数，调速系统模型计算接口可独立后台运行，为RTDS系统提供计算和数据接口。

应用实例：

根据某电厂X号机组的设备及系统情况，汽轮机及其调速系统模型单元101中的调速系统模型库管理模块1012在数据库中创建对应的试验管理文件。根据前期理论分析，创建X号机组调速系统仿真模型，创建的方法有两种：通过汽轮机及其调速系统模型单元101中的模型组态工具模块1011新建（新建的模型可以添加至调速系统模型库中）或者在调速系统模型库管理模块1012中选择。机组调速系统仿真模型创建后，汽轮机参数试验数据预处理单元102对试验测点进行管理分配，机组开始进行参数测试试验，汽轮机参数试验数据预处理单元102实时采集试验数据，并进行一定的信号处理（去噪等），并提交至调速系统模型库管理模块1012。试验结束之后，汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元103基于试验数据，对X号机组调速系统仿真模型中待定参数进行辨识（最小二乘法、遗传算法等）。模型辨识结束之后，评估分析单元104对模型参与电网稳定性计算过程中的不稳定性和适应性进行分析和评估。最后，评估分析报告生成单元105对试验结果出具完整的试验报告。由于机组调速系统模型的多样性和非线性，目前，RTDS系统仿真过程中仅采用简单传递函数模型，因此，RTDS系统仿真接口106协调调速系统模型库管理模块1012中模型与RTDS系统对接，进行仿真研究。

最后应说明的是：上述仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；尽管本说明书对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或等同替换，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析装置，其特征在于，包括：

汽轮机及其调速系统模型单元，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

汽轮机参数试验数据预处理单元，用于对汽轮机及其调速系统模型现场参数测试的测点进行管理，并对测点进行实时数据采集及预处理；

汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元，用于基于预处理后的试验数据，对所述汽轮机及其调速系统模型中的待定参数进行辨识、偏差校正及仿真计算，并对所述汽轮机及其调速系统模型的测点和参数进行监视；

评估分析单元，用于针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，对所述汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性进行分析，并对所述汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同对并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：评估分析报告生成单元；

所述评估分析报告生成单元，用于将所述汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元的仿真试验结果及所述评估分析单元的评估分析结果以报告的形式生成。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述汽轮机及其调速系统模型单元包括：模型组态工具模块和调速系统模型库管理模块；其中，

所述模型组态工具模块，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

所述调速系统模型管理模块，用于创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型以及数据存储。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述汽轮机参数试验数据预处理单元具体用于对机组现场参数测试试验相关的测点进行管理，提供测试数据的导入、预处理功能，为仿真和参数辨识提供计算基础数据。

5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述汽轮机及其调速系统模型仿真试验单元具体用于通过机组负荷扰动试验采集汽轮机调节特性数据，采用参数辨识方法，对汽轮机及其调速系统模型各项参数进行辨识计算，并对辨识结果进行分析、验证和偏差校正处理。

6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述评估分析单元具体用于针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，提供对汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的仿真结果的不稳定性及适应性分析，并在汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同的情况下，将汽轮机及其调速系统模型并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

7.一种汽轮机及其调速系统模型的评估分析方法，其特征在于，包括：

创建汽轮机模型和汽轮机调速系统模型；

对汽轮机及其调速系统模型现场参数测试的测点进行管理，并对测点进行实时数据采集及预处理；

基于预处理后的试验数据，对所述汽轮机及其调速系统模型中的待定参数进行辨识、偏差校正及仿真计算，并对所述汽轮机及其调速系统模型的测点和参数进行监视；

针对汽轮机在不同运行方式及工况下的实际运行过程，对所述汽轮机及其调速系统模型在一定条件下的系列仿真结果的不稳定性及适应性进行分析，并对所述汽轮机及其调速系统模型各项参数的设置不同对并入电网后稳定工况小扰动情况的影响进行评估。

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