CN104570769A - 核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法。基于核电机组调速系统的功能设计和组态逻辑以及静态、动态试验实测数据得到电力系统机电暂态分析用的模型参数，并在稳定分析程序中对模型精度进行校验。本发明解决了核电机组调速系统缺乏与实际相符的计算模型参数问题，可以有效提高机电暂态程序在计算核电机组特性时精度，为电网的安全稳定运行提供有力支撑。

Description

核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法。

背景技术

传统随着社会经济的发展，电力需求不断增加，能源也相对紧缺，核能是可大规模替代常规能源的现代能源，既清洁又经济，同时不受地域的限制。在新型的核电技术方面，国外已经发展到第三代核电技术，主要有法国的EPR和美国西屋的AP1000，同时正在研究第四代核电技术。我国自主实现了60万千瓦压水堆机组设计国产化，基本掌握了百万千瓦压水堆核电厂的设计能力，并自主研发CNP1000及对法国M310技术进行改进。我国又引进了AP1000第三代核电技术，作为今后的核电机组的发展方向，目前在建的三门、台山、海阳、大畈等电厂采用这种技术。

这种新型核电机组的运行和控制特性与常规火电机组有很大的不同，为研究故障扰动下电力系统和核电机组的动态行为及机网间相互作用和相互影响，建立能准确反应新型核电机组调速系统动态特性的仿真模型并提出一套可行的实测技术是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法，根据核电机组调速系统的设计，抽象简化核电机组调速系统电力系统机电暂态计算模型，而后，进行相应的静态、动态试验，测试其各部件模型参数，并通过对比实测结果和仿真结果的方法校核各部件模型参数精度是否满足电力系统分析需要。

在本发明实施例中，所述方法具体包括如下步骤，

步骤101：输入核电机组调速系统中的控制系统、执行机构和原动机的物理结构及设计参数，形成调速系统初始模型；

步骤102：根据调速系统初始模型，分析其模型参数的可辨识性，对可辨性高的参数进行实测辨识，对可辨性低的参数进行拟合辨识；

步骤103：对控制系统的模型参数中包括调速系统死区、转速不等率、PID参数、测量时间常数、测量环节延时，限幅、限速率的环节进行静态试验实测；

步骤104：根据静态实测数据对调速系统死区、转速不等率、PID参数、测量时间常数、测量环节延时，限幅、限速率的参数进行辨识；

步骤105：对控制系统的模型参数中包括变参数控制、自适应控制的环节进行拟合辨识；

步骤106：对执行机构的模型参数中包括油动机、电液伺服控制、阀门开度测量的环节进行静态试验实测；

步骤107：根据静态实测数据对执行机构的油动机、电液伺服控制、阀门开度测量的参数进行辨识；

步骤108：对原动机的模型参数中包括高压汽室容积时间常数、再热器时间常数、连通管时间常数、高压缸功率自然过调系数的环节进行动态试验实测；

步骤109：根据动态实测数据对原动机的高压汽室容积时间常数、再热器时间常数、连通管时间常数、高压缸功率自然过调系数的参数进行辨识；

步骤110：进行机组控制系统的闭环并网动态特性实测，测试数据作为判断建模精度是否合格的依据；

步骤111：组合步骤104、步骤105、步骤107和步骤109的结果，形成完整的核电机组调速系统模型参数；

步骤112：建立核电机组调速系统仿真算例，对步骤110的实测数据进行仿真计算，计算结果满足预定的误差标准即为合格，若不满足，则返回步骤103，以步骤110实测数据依次检查步骤104、步骤105、步骤107和步骤109各自结果的误差，并做相应修改，直至满足预定的误差标准；

步骤113：汇总模型参数辨识结果，并且保存相关计算校核中间过程。

在本发明实施例中，在所述步骤107中，为了减少试验次数和试验测点，根据大阶跃的试验结果辨识油动机开启和关闭时间常数，根据小阶跃试验结果辨识PID的参数。

在本发明实施例中，在所述步骤109中，在原动机控制方式不切换至开环方式的情况下进行试验，通过采用开环混合仿真和线性叠加技术去除闭环控制对原动机特性测量过程的干扰，得到典型的原动机实测数据。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法，仿真精度与典型模型参数相比，大大提高，且有效避免高阶模型参数辨识过程中的多值不确定性问题。因此本发明可以直接应用于电力系统机电暂态分析平台，具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明的电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法的流程图。

图2是本发明提供的核电机组调速模型中的控制系统模型图。

图3是本发明提供的核电机组调速模型中的执行机构模型图。

图4是本发明提供的核电机组调速模型中的原动机模型图。

图5是本发明提供的控制系统模型实测结果和仿真结果的对比效果图。

图6是本发明提供的执行机构模型实测结果和仿真结果的对比效果图。

图7是本发明提供的原动机模型实测结果和仿真结果的对比效果图。

图8是本发明提供的调速系统整体模型在下阶跃扰动下的实测结果和仿真结果的对比效果图。

图9是本发明提供的调速系统整体模型在上阶跃扰动下的实测结果和仿真结果的对比效果图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明一种核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法，根据核电机组调速系统的设计，抽象简化核电机组调速系统电力系统机电暂态计算模型，而后，进行相应的静态、动态试验，测试其各部件模型参数，并通过对比实测结果和仿真结果的方法校核各部件模型参数精度是否满足电力系统分析需要，该方法的具体实现过程如下，

1) 输入核电机组调速系统中的控制系统、执行机构和原动机的物理结构和设计参数，形成调速系统初始模型；

2) 根据调速系统初始模型，分析其模型参数的可辨识性，对可辨性高的参数进行实测辨识，对可辨性低的参数进行拟合辨识；

3) 对控制系统的模型参数中的调速系统死区，转速不等率、PID参数、测量时间常数、测量环节延时，限幅、限速率等环节进行静态试验实测；

4) 根据静态实测数据对调速系统死区，转速不等率、PID参数、测量时间常数、测量环节延时，限幅、限速率等参数进行辨识；

5) 对控制系统的模型参数中的变参数控制、自适应控制等环节进行拟合辨识；

6) 对执行机构的模型参数中的油动机、电液伺服控制、阀门开度测量等环节进行静态试验实测；

7) 根据静态实测数据对执行机构的油动机、电液伺服控制、阀门开度测量等参数进行辨识；

8) 对原动机的模型参数中的高压汽室容积时间常数、再热器时间常数、连通管时间常数、高压缸功率自然过调系数等环节进行动态试验实测；

9) 根据动态实测数据对原动机的高压汽室容积时间常数、再热器时间常数、连通管时间常数、高压缸功率自然过调系数等参数进行辨识；

10) 进行机组控制系统的闭环并网动态特性实测，测试数据作为判断建模精度是否合格的依据；

11) 组合4）、5）、7）和9）的结果，形成完整的核电机组调速系统模型参数；

12) 建立核电机组调速系统仿真算例，对11）的实测数据进行仿真计算，计算结果满足一定的误差标准即为合格，如果不满足，则返回3），以10）实测数据依次检查4）、5）、7）和9）各自结果的误差，并做相应修改，直至满足误差标准；

13) 汇总模型参数辨识结果，并且保存相关计算校核中间过程。

实施例

下面以图2-4所示的典型二代半核电机组为例对本发明进一步的详细说明，但本发明不限于所给出的例子。

使用本发明提供的方法对核电机组调速系统电力系统机电暂态模型进行实测建模，步骤如下：

步骤一：根据原始资料，核对其设备是否可以采用图2-4的模型所表示，如果有差别，则进行相应修改；

步骤二：对控制系统进行模型参数实测，可以采用典型的时域辨识法或者频域辨识法，辨识完成后，控制系统的输出指令的仿真结果和实测结果对比如图5；

步骤三：对执行机构系统进行模型参数实测，采用典型的时域辨识法，辨识完成后，执行机构的开度的仿真结果和实测结果对比如图6；

步骤四：对原动机进行模型参数实测，采用典型的时域辨识法，辨识完成后，发电机组功率的仿真结果和实测结果对比如图7；

步骤五：根据辨识结果组合得到核电机组调速系统总体模型参数，进行闭环试验的仿真和实测对比，机组功率对比结果如图8所示。

图8为机组运行在并网方式下的实测功率和仿真功率对比图，可见两者特性基本一致，说明模型参数的正确性。图9是本发明提供的调速系统整体模型在上阶跃扰动下的实测结果和仿真结果的对比效果图

最后应当说明的是：以上实施例仅用以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：依然可以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。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法，其特征在于：根据核电机组调速系统的设计，抽象简化核电机组调速系统电力系统机电暂态计算模型，而后，进行相应的静态、动态试验，测试其各部件模型参数，并通过对比实测结果和仿真结果的方法校核各部件模型参数精度是否满足电力系统分析需要。

2.根据权利要求1所述的核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法，其特征在于：具体包括如下步骤，

步骤101：输入核电机组调速系统中的控制系统、执行机构和原动机的物理结构及设计参数，形成调速系统初始模型；

步骤102：根据调速系统初始模型，分析其模型参数的可辨识性，对可辨性高的参数进行实测辨识，对可辨性低的参数进行拟合辨识；

步骤103：对控制系统的模型参数中包括调速系统死区、转速不等率、PID参数、测量时间常数、测量环节延时，限幅、限速率的环节进行静态试验实测；

步骤104：根据静态实测数据对调速系统死区、转速不等率、PID参数、测量时间常数、测量环节延时，限幅、限速率的参数进行辨识；

步骤105：对控制系统的模型参数中包括变参数控制、自适应控制的环节进行拟合辨识；

步骤106：对执行机构的模型参数中包括油动机、电液伺服控制、阀门开度测量的环节进行静态试验实测；

步骤107：根据静态实测数据对执行机构的油动机、电液伺服控制、阀门开度测量的参数进行辨识；

步骤108：对原动机的模型参数中包括高压汽室容积时间常数、再热器时间常数、连通管时间常数、高压缸功率自然过调系数的环节进行动态试验实测；

步骤109：根据动态实测数据对原动机的高压汽室容积时间常数、再热器时间常数、连通管时间常数、高压缸功率自然过调系数的参数进行辨识；

步骤110：进行机组控制系统的闭环并网动态特性实测，测试数据作为判断建模精度是否合格的依据；

步骤111：组合步骤104、步骤105、步骤107和步骤109的结果，形成完整的核电机组调速系统模型参数；

步骤112：建立核电机组调速系统仿真算例，对步骤110的实测数据进行仿真计算，计算结果满足预定的误差标准即为合格，若不满足，则返回步骤103，以步骤110实测数据依次检查步骤104、步骤105、步骤107和步骤109各自结果的误差，并做相应修改，直至满足预定的误差标准；

步骤113：汇总模型参数辨识结果，并且保存相关计算校核中间过程。

3.根据权利要求2所述的核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法，其特征在于：在所述步骤107中，为了减少试验次数和试验测点，根据大阶跃的试验结果辨识油动机开启和关闭时间常数，根据小阶跃试验结果辨识PID的参数。

4.根据权利要求3所述的核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法，其特征在于：在所述步骤109中，在原动机控制方式不切换至开环方式的情况下进行试验，通过采用开环混合仿真和线性叠加技术去除闭环控制对原动机特性测量过程的干扰，得到典型的原动机实测数据。