CN110767048A - 一种抽汽供热发电机组模拟系统 - Google Patents

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    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Abstract

本发明提供了一种抽汽供热发电机组模拟系统，包括：可调稳压直流电源、第一变阻器、第二变阻器、若干个串联的直流电动机、发电机、调速控制单元和抽汽调节单元；所述可调稳压直流电源，模拟锅炉系统；所述第一变阻器，模拟汽轮机高压调整阀门，调节直流回路电流；所述若干个串联的直流电动机，用于模拟汽轮机各级汽缸且拖动同步发电机发电；所述第二变阻器串联在两台直流电动机电枢间，所述第二变阻器用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板，调节抽汽量。本发明提供的抽汽供热发电机组模拟系统适合模拟抽汽热电机组，具有操作灵活、安全可靠、易实现等优点。

Description

一种抽汽供热发电机组模拟系统
技术领域
本发明涉及能源动力技术领域，具体涉及一种抽汽供热发电机组模拟系统。
背景技术
热力发电主要是通过电站锅炉或者核反应堆产生高温高压蒸汽，进入蒸汽汽轮机后做功，产生动力旋转，从而驱动同步发电机组发电。传统上，汽轮机及其控制系统甚至大型电站的锅炉汽机协调控制技术都已有相当成熟的模拟方法，并形成了电力系统动态模拟装置，利用直流电源和直流电动机可以精确的模拟电站锅炉和汽轮机系统。
虽然纯发电机组也有回热系统，但总量不大，最终转换成电能，因此，可以不考虑抽汽系统的模型。与热力发电厂略有不同，抽汽供电机组由于同时提供不同压力等级的蒸汽，蒸汽汽轮机设计了抽汽系统，且供出的蒸汽能量与发电量可以比拟。此外，除了热电机组的抽汽工况出力与纯凝出力会有明显的差异，而且抽汽量的波动会直接影响电功率的波动；同样电动率波动也会明显影响抽汽压力。
目前，尚无研究热电机组的动态模拟方法和装置，无法精确研究事故状态下热电机组的动态特性。且尚未考虑抽汽量波动，对电力系统稳定性影响。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种抽汽供热发电机组模拟系统。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抽汽供热发电机组模拟系统，包括至少一个抽汽供热发电机组模拟单元，所述抽汽供热发电机组模拟单元包括：可调稳压直流电源、第一变阻器、第二变阻器、若干个串联的直流电动机、发电机、调速控制单元和抽汽调节单元；
所述可调稳压直流电源与所述第一变阻器的第一端连接，所述第一变阻器的第二端与所述若干个串联的直流电动机连接；所述第一变阻器的控制端与所述调速控制单元连接；所述第一变阻器为调节阀等效变阻器；所述若干个串联的直流电动机与所述发电机同轴连接，所述直流电动机采用固定励磁，在两台直流电动机电枢之间串联有第二可变电阻器，所述第二可变电阻器为抽汽阀等效变阻器；
其中，所述可调稳压直流电源提供稳定直流电压输出给所述若干个串联的直流电动机，并维持直流回路电压稳定，所述可调稳压直流电源用于等效蒸汽母管压力，模拟锅炉系统；
所述第一变阻器设置在所述可调稳压直流电源与所述若干个串联的直流电动机之间，用于模拟汽轮机高压调整阀门，调节直流回路电流；
所述调速控制单元与所述第一变阻器的控制端连接，用于根据所述直流电动机转速以及所述发电机的输出功率改变所述第一变阻器的阻值，进而使得所述第一变阻器模拟汽轮机高压调整阀门，调节直流回路电流；
所述若干个串联的直流电动机，用于模拟汽轮机各级汽缸且拖动同步发电机发电，若汽轮机有N-1级抽汽，则设置有N个直流电动机，且N个直流电动机电枢串联，N≥1；
所述第二变阻器串联在两台直流电动机电枢间，所述第二变阻器的控制端与所述抽汽调节单元连接，在所述抽汽调节单元的控制下，根据抽汽量改变阻值，用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板，调节抽汽量。
进一步地，所述抽汽供热发电机组模拟系统，包括m个抽汽供热发电机组模拟单元，m≥2。
进一步地，所述抽汽供热发电机组模拟单元包括三个串联的直流电动机，分别用于模拟汽轮机高、中、低压缸。
进一步地，所述可调稳压直流电源用于模拟锅炉系统产生蒸汽，三个直流电动机电枢串联，模拟蒸汽依次通过高、中、低压汽缸；其中，第一变阻器阻值变化，电枢电流变化，直流电动机出力变化；第一变阻器阻值变化模拟汽轮机高压调整阀门开度变化，蒸汽量发生变化，汽机做功变化。
进一步地，所述可调稳压直流电源为可控整流器。
进一步地，所述可控整流器做功为：
P1＝idcvdc
其中，P1为可控整流器做功功率，idc为可控整流器电流，vdc为可控整流器直流电压。
进一步地，所述汽轮机做功功率为：
P2＝ΔhQ
其中，P2为汽轮机做功功率，Δh为汽轮机做功焓降，Q为蒸汽流量。
进一步地，所述直流电动机的转矩特性为：
U＝E1+IRa1+E2+IRa2+IR0
E＝Ceφn
Figure BDA0001743153790000031
T＝CTφI
P3＝TΩ
其中，U为可控整流器输出电压，E为直流电动机电枢电动势，Ra为电枢回路电阻，R0为可调电阻，I为电枢电流，Ce为电动势常数，φ为气隙磁通，n为直流电动机转速，T为直流电动机电磁转矩，P3为直流电动机做功功率，Ω为直流电动机角速度。
进一步地，所述系统还包括：励磁单元；所述励磁单元与所述发电机连接，用于调节所述发电机的输出电压。
进一步地，所述可调稳压直流电源提供的稳定直流电压与蒸汽母管压力成比例。
由上述技术方案可知，本发明提供的抽汽供热发电机组模拟系统，采用直流电路模拟蒸汽系统，具体采用可调稳压直流电源模拟锅炉，采用多个串联的直流电动机分别模拟汽轮机各气缸，采用第一变阻器模拟汽轮机高压调整阀门；采用第二变阻器模拟汽轮机抽汽旋转隔板。其中，可调稳压直流电源用于提供稳定直流电压，等效蒸汽母管压力，可调稳压直流电源输出稳定直流电压通过变阻器提供多台串联直流电动机的电源，多台串联直流电动机模拟蒸汽轮机、拖动同步发电机发电；第一变阻器为调节阀等效变阻器，受所述调速控制单元控制，根据转速和输出电功率改变阻值，模拟汽轮机高压调整阀门。第二变阻器串联为抽汽阀等效变阻器，设置在两台直流电动机电枢间，受所述抽汽调节单元控制，根据抽汽量改变阻值，用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板，调节抽汽量。可见，本发明提供的抽汽供热发电机组模拟系统适合模拟抽汽热电机组，具有操作灵活、安全可靠、易实现等优点。
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示出了本实施例提供的抽汽供热发电机组模拟系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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作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。
本发明实施例提供了一种抽汽供热发电机组模拟系统，参见图1，该系统包括：至少一个抽汽供热发电机组模拟单元，所述抽汽供热发电机组模拟单元包括：可调稳压直流电源、第一变阻器、第二变阻器、若干个串联的直流电动机、发电机、调速控制单元和抽汽调节单元；
所述可调稳压直流电源与所述第一变阻器的第一端连接，所述第一变阻器的第二端与所述若干个串联的直流电动机连接；所述第一变阻器的控制端与所述调速控制单元连接；所述第一变阻器为调节阀等效变阻器；所述若干个串联的直流电动机与所述发电机同轴连接，所述直流电动机采用固定励磁，在两台直流电动机电枢之间串联有第二可变电阻器，所述第二可变电阻器为抽汽阀等效变阻器；
其中，所述可调稳压直流电源提供稳定直流电压输出给所述若干个串联的直流电动机，并维持直流回路电压稳定，所述可调稳压直流电源用于等效蒸汽母管压力，模拟锅炉系统；
所述第一变阻器设置在所述可调稳压直流电源与所述若干个串联的直流电动机之间，用于模拟汽轮机高压调整阀门，调节直流回路电流；
所述调速控制单元与所述第一变阻器的控制端连接，用于根据所述直流电动机转速以及所述发电机的输出功率改变所述第一变阻器的阻值，进而使得所述第一变阻器模拟汽轮机高压调整阀门，调节直流回路电流；
所述若干个串联的直流电动机，用于模拟汽轮机各级汽缸且拖动同步发电机发电，若汽轮机有N-1级抽汽，则设置有N个直流电动机，且N个直流电动机电枢串联，N≥1；
所述第二变阻器串联在两台直流电动机电枢间，所述第二变阻器的控制端与所述抽汽调节单元连接，在所述抽汽调节单元的控制下，根据抽汽量改变阻值，用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板，调节抽汽量。
可以理解的是，本实施例提供的抽汽供热发电机组模拟系统，采用直流电路模拟蒸汽系统，具体采用可调稳压直流电源模拟锅炉，采用多个串联的直流电动机分别模拟汽轮机各气缸，采用第一变阻器模拟汽轮机高压调整阀门；采用第二变阻器模拟汽轮机抽汽旋转隔板。其中，可调稳压直流电源用于提供稳定直流电压，等效蒸汽母管压力，可调稳压直流电源输出稳定直流电压通过变阻器提供多台串联直流电动机的电源，多台串联直流电动机模拟蒸汽轮机、拖动同步发电机发电；第一变阻器为调节阀等效变阻器，受所述调速控制单元控制，根据转速和输出电功率改变阻值，模拟汽轮机高压调整阀门。第二变阻器串联为抽汽阀等效变阻器，设置在两台直流电动机电枢间，受所述抽汽调节单元控制，根据抽汽量改变阻值，用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板，调节抽汽量。
可以理解的是，本实施例提供的抽汽供热发电机组模拟系统实际上为一种汽轮机等效实验模型，参见图1，本实施例提供的抽汽供热发电机组模拟系统包括可调稳压直流电源(可以采用整流器实现)、变阻器、直流电动机和发电机，其中，整流器与变阻器连接；变阻器与直流电动机电枢连接；多个直流电动机之间电枢串联；直流电动机与交流发电机同轴。
需要说明的是，整流器将交流电转变成直流电后传输给电动机，并维持直流回路电压稳定。所述第一变阻器与所述直流电动机电枢连接，模拟汽轮机高压调整阀门，调节回路电流。所述直流电动机并列排列，模拟汽轮机各级汽缸，若汽轮机有N-1级抽汽，则应安排N台直流电动机，并将其电枢串联。
需要说明的是，图1中的可控整流器用于模拟锅炉系统。实际锅炉过热器出口蒸汽经联箱引出，经隔离阀汇入母管，一台锅炉或多台锅炉控制母管压力恒定。整流器直流电压并联模拟锅炉系统蒸汽压力变化，一台整流器或多台整流器维持并联母线压力恒定，模拟母管压力恒定。
需要说明的是，图1中的第一变阻器为调节阀等效变阻器，用于模拟汽轮机高压调整阀门。第一变阻器为可调电阻，具备实时调节功能，第一变阻器受所述调速控制单元控制，根据转速和输出电功率改变阻值，控制汽轮机高压调整阀门。汽轮机进汽量增大，发电机发电量增加时，可调电阻值变小，等效阀门开度变大，汽轮机进汽减少时，操作相反。
需要说明的是，图1中的直流电动机用于模拟蒸汽轮机汽缸。多台直流电动机电枢串联，模拟汽轮机高、中、低压缸。变阻器阻值变化，电枢电流变化，直流电动机出力变化；模拟主汽调门开度变化，蒸汽量发生变化，汽机做功变化。
需要说明的是，图1中第二变阻器为抽汽阀等效变阻器，用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板。第二变阻器为可调电阻，具备实时调节功能，第二变阻器受抽汽调节单元控制，根据抽汽量改变电阻值，模拟对汽轮机做功影响。汽轮机抽汽量增大，发电机发电量减少，可调电阻变大，直流电动机电枢电流变小，等效汽轮机做功变少，抽汽量减少时，操作相反。
需要说明的是，图1中的发电机与直流电动机同轴连接，可以模拟实际电机的电磁过程和机电过程。
其中，可控整流器做功如下：
P1＝idcvdc 公式1
其中，P1为整流器做功功率，idc为整流器电流，vdc为整流器直流电压。
其中，汽轮机做功公式如下：
P2＝ΔhQ 公式2
其中，P2为汽轮机做功功率，Δh为汽机做功焓降，Q为蒸汽流量。
其中，直流电动机转矩特性如下：
U＝E1+IRa1+E2+IRa2+IR0 公式3
E＝Ceφn 公式4
Figure BDA0001743153790000071
T＝CTφI 公式6
P3＝TΩ 公式7
其中，U为整流器输出电压，E为电动机电枢电动势，Ra为电枢回路电阻，R0为可调电阻，I为电枢电流，Ce为电动势常数，φ为气隙磁通，n为直流电动机转速，T为直流电动机电磁转矩，P3为直流电动机做功功率，Ω为直流电动机角速度。
可以理解的是，整流器直流电压正比于锅炉主汽压力，由公式1，通过调节电流idc，可维持直流电压恒定，等效为锅炉主汽压力恒定。
可以理解的是，如增大汽轮机调节阀门开度，由公式2，增大蒸汽流量，增大汽轮机做功量。
可以理解的是，直流电动机改变第一变阻器阻值，由公式3、4，转速不变，E不变，I变大，由公式6、7，直流电动机转矩变大，功率增加。或由公式5，改变第一变阻器电阻，电动机两端电压增大，转矩增加，功率增加。
可以理解的是，增大抽汽量，直流电动机改变第二变阻器阻值，由公式3、4，转速不变，E不变，I变小，由公式6、7，直流电动机转矩变小，功率减小。或由公式5，改变第二变阻器电阻，电动机两端电压减小，转矩减小，功率减小。
由以上描述可知，整流器直流压力恒定模拟锅炉主汽压力恒定；直流电动机电枢电流变化，功率变化，模拟汽轮机流量变化，功率变化；此种热电机组模拟方法及系统可以较好模拟抽汽热电机组。
由上面描述可知，本实施例提供的抽汽供热发电机组模拟系统，采用直流电路模拟蒸汽系统，具体采用可调稳压直流电源模拟锅炉，采用多个串联的直流电动机分别模拟汽轮机各气缸，采用第一变阻器模拟汽轮机高压调整阀门；采用第二变阻器模拟汽轮机抽汽旋转隔板。其中，可调稳压直流电源用于提供稳定直流电压，等效蒸汽母管压力，可调稳压直流电源输出稳定直流电压通过变阻器提供多台串联直流电动机的电源，多台串联直流电动机模拟蒸汽轮机、拖动同步发电机发电；第一变阻器为调节阀等效变阻器，受所述调速控制单元控制，根据转速和输出电功率改变阻值，模拟汽轮机高压调整阀门。第二变阻器串联为抽汽阀等效变阻器，设置在两台直流电动机电枢间，受所述抽汽调节单元控制，根据抽汽量改变阻值，用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板，调节抽汽量。可见，本实施例提供的抽汽供热发电机组模拟系统适合模拟抽汽热电机组，具有操作灵活、安全可靠、易实现等优点。
在一种优选实施方式中，所述抽汽供热发电机组模拟系统，包括m个抽汽供热发电机组模拟单元，m≥2。如m取值3、4、5等。
在一种优选实施方式中，所述系统还包括：励磁单元；所述励磁单元与所述发电机连接，用于调节所述发电机的输出电压。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抽汽供热发电机组模拟系统，其特征在于，包括至少一个抽汽供热发电机组模拟单元，所述抽汽供热发电机组模拟单元包括：可调稳压直流电源、第一变阻器、第二变阻器、若干个串联的直流电动机、发电机、调速控制单元和抽汽调节单元；
所述可调稳压直流电源与所述第一变阻器的第一端连接，所述第一变阻器的第二端与所述若干个串联的直流电动机连接；所述第一变阻器的控制端与所述调速控制单元连接；所述第一变阻器为调节阀等效变阻器；所述若干个串联的直流电动机与所述发电机同轴连接，所述直流电动机采用固定励磁，在两台直流电动机电枢之间串联有第二可变电阻器，所述第二可变电阻器为抽汽阀等效变阻器；
其中，所述可调稳压直流电源提供稳定直流电压输出给所述若干个串联的直流电动机，并维持直流回路电压稳定，所述可调稳压直流电源用于等效蒸汽母管压力，模拟锅炉系统；
所述第一变阻器设置在所述可调稳压直流电源与所述若干个串联的直流电动机之间，用于模拟汽轮机高压调整阀门，调节直流回路电流；
所述调速控制单元与所述第一变阻器的控制端连接，用于根据所述直流电动机转速以及所述发电机的输出功率改变所述第一变阻器的阻值，进而使得所述第一变阻器模拟汽轮机高压调整阀门，调节直流回路电流；
所述若干个串联的直流电动机，用于模拟汽轮机各级汽缸且拖动同步发电机发电，若汽轮机有N-1级抽汽，则设置有N个直流电动机，且N个直流电动机电枢串联，N≥1；
所述第二变阻器串联在两台直流电动机电枢间，所述第二变阻器的控制端与所述抽汽调节单元连接，在所述抽汽调节单元的控制下，根据抽汽量改变阻值，用于模拟汽轮机抽汽旋转隔板，调节抽汽量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽汽供热发电机组模拟系统，包括m个抽汽供热发电机组模拟单元，m≥2。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽汽供热发电机组模拟单元包括三个串联的直流电动机，分别用于模拟汽轮机高、中、低压缸。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述可调稳压直流电源用于模拟锅炉系统产生蒸汽，三个直流电动机电枢串联，模拟蒸汽依次通过高、中、低压汽缸；其中，第一变阻器阻值变化，电枢电流变化，直流电动机出力变化；第一变阻器阻值变化模拟汽轮机高压调整阀门开度变化，蒸汽量发生变化，汽机做功变化。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调稳压直流电源为可控整流器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述可控整流器做功为：
P1＝idcvdc
其中，P1为可控整流器做功功率，idc为可控整流器电流，vdc为可控整流器直流电压。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽轮机做功功率为：
P2＝ΔhQ
其中，P2为汽轮机做功功率，Δh为汽轮机做功焓降，Q为蒸汽流量。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述直流电动机的转矩特性为：
U＝E1+IRa1+E2+IRa2+IR0
E＝Ceφn
Figure FDA0001743153780000021
T＝CTφI
P3＝TΩ
其中，U为可控整流器输出电压，E为直流电动机电枢电动势，Ra为电枢回路电阻，R0为可调电阻，I为电枢电流，Ce为电动势常数，φ为气隙磁通，n为直流电动机转速，T为直流电动机电磁转矩，P3为直流电动机做功功率，Ω为直流电动机角速度。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：励磁单元；所述励磁单元与所述发电机连接，用于调节所述发电机的输出电压。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调稳压直流电源提供的稳定直流电压与蒸汽母管压力成比例。
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