CN111058904B - 一种布雷顿发电系统功率闭环控制方法 - Google Patents

一种布雷顿发电系统功率闭环控制方法 Download PDF

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    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers

Abstract

本发明公开了一种布雷顿发电系统功率闭环控制系统，其包括：发电功率闭环解算模块、转速限幅模块、电机‑叶轮机转速闭环模块、电源变换器；发电功率闭环解算模块接收外部传送的发电功率指令和当前入网功率，计算得到计算转速；计算转速经转速限幅模块限制后，作为转速指令发送给电机‑叶轮机转速闭环模块，由电机‑叶轮机转速闭环模块输出叶轮机发电功率和叶轮机转速；叶轮机发电功率经过电源变换器作用，转换为发电系统的当前入网功率。本发明能够有效减少干扰对控制稳态精度的影响；根据系统特性参数设计频域校正控制算法，对系统频域特性进行补偿；此种控制方法能够有效改善环境条件较强烈变化时布雷顿发电系统的发电功率稳态特性与动态特性。

Description

一种布雷顿发电系统功率闭环控制方法
技术领域
本发明属于布雷顿发电系统领域，涉及一种布雷顿发电系统功率闭环控制方法。
背景技术
布雷顿发电系统通过循环工质在系统内循环工作来进行发电，具有环保、可持续、长寿命、可靠性高的特点。为改善发电系统工作时的工作包线、提高稳定性，需控制电机转速以改变叶轮机转速，从而对发电功率进行调节。
目前对布雷顿发电系统功率控制方式主要为采用发电功率开环、电机-叶轮机转速闭环控制。布雷顿发电系统基本结构如图1所示，控制端给定发电功率指令，换算为相对应的电机转速指令后，经电机-叶轮机转速闭环驱动叶轮机发电，通过电源变换器转换后得到入网功率，最终实现对发电功率的调节。
布雷顿发电系统具有一定非线性与时变性，当前的发电系统功率开环、电机-叶轮机转速闭环控制的方式，在环境条件变化较大或对发电功率精度要求较高的工况下会有较大稳态误差，难以实现控制目标。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种布雷顿发电系统功率闭环控制方法，以提高环境条件变化较大状态下布雷顿发电系统的发电功率精度。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种布雷顿发电系统功率闭环控制系统，其包括：发电功率闭环解算模块、转速限幅模块、电机-叶轮机转速闭环模块、电源变换器；发电功率闭环解算模块接收外部传送的发电功率指令和当前入网功率，并由此计算得到计算转速；计算转速经转速限幅模块限制后，作为转速指令发送给电机-叶轮机转速闭环模块，由电机-叶轮机转速闭环模块输出叶轮机发电功率和叶轮机转速；叶轮机发电功率经过电源变换器作用，转换为发电系统的当前入网功率。
其中，还包括：发电功率传感器，用于实测当前入网功率。
本发明还提供一种布雷顿发电系统功率闭环控制方法，其包括以下步骤：
步骤S1：发电功率指令、当前入网功率之差作为输入U(s)，经过发电功率闭环解算模块得到输出计算转速Y(s)；
步骤S2：对步骤S1中的输出量计算转速Y(s)进行限幅；
步骤S3：电机-叶轮机转速闭环模块根据转速指令运转，叶轮机产生发电功率；
步骤S4：叶轮机发电功率通过电源变换器转换，成为入网发电功率，驱动外界负载工作。
其中，所述步骤S1中，在发电功率闭环解算模块中，压力闭环频域校正控制参数的解算公式为：
Figure BDA0002289650700000021
式中，s为拉普拉斯算子，C(s)为发电功率闭环解算模块传递函数，K为静态增益，a为超前校正系数，b为滞后校正系数，τ为超前校正时间常数，T为滞后校正时间常数；其中，K、a、b、τ、T均为根据发电系统动态试验数据确定其数值。
其中，所述步骤S2中，计算转速Y(s)进行限幅时，得到电机-叶轮机转速闭环模块的转速指令解算公式为：
nf∈[nfmin,nfmax]
式中，nf＝Y(s)，nfmin为电机-叶轮机转速下限，nfmax为电机-叶轮机转速上限。
其中，所述步骤S2中，当布雷顿发电系统电机转速范围为0～40000r/min时，则有nfmin＝0，nfmax＝40000。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的布雷顿发电系统功率闭环控制方法，能够有效减少干扰对控制稳态精度的影响；根据系统特性参数设计频域校正控制算法，对系统频域特性进行补偿；此种控制方法能够有效改善环境条件较强烈变化时布雷顿发电系统的发电功率稳态特性与动态特性。
附图说明
图1为布雷顿发电系统控制框图。
图2为本发明布雷顿发电系统功率闭环控制系统原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为了提高布雷顿发电系统的发电功率精度，本发明采用发电功率闭环控制方法，并根据发电系统特性设计频域校正控制算法，使得系统在环境条件变化较大状态下仍具有较好的动态性能与稳态性能。
参照图2所示，本发明布雷顿发电系统功率闭环控制系统包括：发电功率闭环解算模块、转速限幅模块、电机-叶轮机转速闭环模块、电源变换器、发电功率传感器；发电功率闭环解算模块接收外部传送的发电功率指令和发电功率传感器测得的当前入网功率，并由此计算得到计算转速；计算转速经转速限幅模块限制后，作为转速指令发送给电机-叶轮机转速闭环模块，由电机-叶轮机转速闭环模块输出叶轮机发电功率和叶轮机转速；叶轮机发电功率经过电源变换器作用，转换为发电系统的当前入网功率。
基于上述布雷顿发电系统功率闭环控制系统，本发明布雷顿发电系统功率闭环控制方法的具体实施步骤如下：
步骤S1：发电功率指令、发电功率传感器测得的当前入网功率之差作为输入U(s)，经过发电功率闭环解算模块得到输出计算转速Y(s)。
在发电功率闭环解算模块中，压力闭环频域校正控制参数的解算公式为：
Figure BDA0002289650700000041
式中，s为拉普拉斯算子，C(s)为发电功率闭环解算模块传递函数，K为静态增益，a为超前校正系数，b为滞后校正系数，τ为超前校正时间常数，T为滞后校正时间常数。其中，K、a、b、τ、T均可根据发电系统动态试验数据确定其数值，例如：某布雷顿发电系统电机转速范围为0～40000r/min，叶轮机热电转换效率为7.5％，电源变换器输出功率为23kw，则功率闭环解算模块传递函数各系数分别为K＝313.75、a＝1.2、b＝1.2、τ＝0.001、T＝10。
步骤S2：根据电机-叶轮机性能对步骤S1中的输出量计算转速Y(s)＝nf进行限幅，得到电机-叶轮机转速闭环模块的转速指令解算公式为：
nf∈[nfmin,nfmax]
式中，nfmin为电机-叶轮机转速下限，nfmax为电机-叶轮机转速上限。对于某布雷顿发电系统电机转速范围为0～40000r/min，则有nfmin＝0，nfmax＝40000。
步骤S3：电机-叶轮机转速闭环模块根据转速指令运转，叶轮机产生发电功率。
步骤S4：叶轮机发电功率通过电源变换器转换，成为入网发电功率，驱动外界负载工作。
本实施例中途未标注的物理量单位均采用国际标准单位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种布雷顿发电系统功率闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：发电功率指令、当前入网功率之差作为输入U(s)，经过发电功率闭环解算模块得到输出计算转速Y(s)；
步骤S2：对步骤S1中的输出量计算转速Y(s)进行限幅；
步骤S3：电机-叶轮机转速闭环模块根据转速指令运转，叶轮机产生发电功率；
步骤S4：叶轮机发电功率通过电源变换器转换，成为入网发电功率，驱动外界负载工作；
所述步骤S1中，在发电功率闭环解算模块中，压力闭环频域校正控制参数的解算公式为：
Figure FDA0003649434730000011
式中，s为拉普拉斯算子，C(s)为发电功率闭环解算模块传递函数，K为静态增益，a为超前校正系数，b为滞后校正系数，τ为超前校正时间常数，T为滞后校正时间常数；其中，K、a、b、τ、T均为根据发电系统动态试验数据确定其数值。
2.如权利要求1所述的布雷顿发电系统功率闭环控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，计算转速Y(s)进行限幅时，得到电机-叶轮机转速闭环模块的转速指令解算公式为：
nf∈[nfmin,nfmax]
式中，nf＝Y(s)，nfmin为电机-叶轮机转速下限，nfmax为电机-叶轮机转速上限。
3.如权利要求2所述的布雷顿发电系统功率闭环控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，当布雷顿发电系统电机转速范围为0～40000r/min时，则有nfmin＝0，nfmax＝40000。
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