CN113031565B - 一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统，本发明火电机组一次调频功率响应性能预测方法包括建立一次调频功率响应性能预测模型，其中建立的一次调频功率响应性能预测模型包括电液调节系统模型、电液伺服机构模型、汽轮机模型、主汽压力模型四个子模型和调节级压力‑负荷动态转换模块；确定一次调频功率响应性能预测模型的参数；使用一次调频功率响应性能预测模型实时预测火电机组的一次调频性能。本发明能够精确预测火电机组一次调频功率响应性能，从而为一次调频主动在线测试系统选择最佳模拟扰动测试时机提供辅助决策。

Description

一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统

技术领域

本发明属于火电机组一次调频领域，具体涉及一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统。

背景技术

当并网机组出力与用电负荷发生不平衡时，电网频率将偏离基准值，进而降低供电质量乃至引起高频切机/低频切负荷等电网事故。火电机组的一次调频功能根据电网频率偏差快速调整机组出力以匹配电网负荷，进而降低电网频率偏差，因此火电机组的一次调频对于支撑电网频率稳定具有重要意义。为了加强对常规发电机组(包括火电机组)一次调频的管理考核。《华中区域发电厂并网运行管理实施细则》明确要求“电力调度机构定期通过一次调频主动在线测试系统对并网机组进行模拟扰动测试，验证机组的大频差调频性能是否满足电网安全稳定运行要求”。然而现有一次调频主动在线测试系统采用随机测试的方式，无法判断机组是否存在一次调频性能薄弱点并针对薄弱点开展针对性测试。要实现针对一次调频性能薄弱点的精确模拟扰动测试，就需要能够提前预测火电机组一次调频功率响应性能，由于火电机组一次调频功率响应特性具有高维非线性的特点，故目前尚缺少实现火电机组一次调频功率响应性能精确预测的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统，本发明能够精确预测火电机组一次调频功率响应性能，从而为一次调频主动在线测试系统选择最佳模拟扰动测试时机提供辅助决策。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法，包括：

1)建立一次调频功率响应性能预测模型；

2)确定一次调频功率响应性能预测模型的参数；

3)使用一次调频功率响应性能预测模型实时预测火电机组的一次调频性能。

可选地，步骤1)中建立的一次调频功率响应性能预测模型包括电液调节系统模型、电液伺服机构模型、汽轮机模型、主汽压力模型四个子模型和调节级压力-负荷动态转换模块，所述电液调节系统模型用于基于输入的功率设定值、功率反馈和一次调频功率变化量生成总阀位指令，所述调节级压力-负荷动态转换模块用于将总阀位指令乘以预设的调节级压力-负荷动态转换系数δ得到电液伺服机构阀位指令P_CV；所述电液伺服机构模型用于根据电液伺服机构阀位指令P_CV得到对应的电液伺服机构阀位反馈P_GV；所述汽轮机模型用于基于主汽压力p_T、电液伺服机构阀位反馈P_GV得到对应的机械功率P_M，且将机械功率P_M作为电液调节系统模型下一个周期的输入；所述主汽压力模型用于基于蒸汽流量Q计算得到主汽压力p_T。

可选地，所述电液调节系统模型为将功率设定值与功率反馈之差经PID控制器运算后生成PID控制器输出信号，再将PID控制器输出信号与输入的一次调频功率变化量与前馈系数之积相加形成总阀位指令。

可选地，所述电液伺服机构模型为一阶惯性环节，且一阶惯性环节的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_Z(s)为一阶惯性环节的传递函数，s为拉普拉斯算子，P_CV为电液伺服机构阀位指令，P_GV为电液伺服机构阀位反馈，T_Z是电液伺服机构惯性时间常数。

可选地，所述汽轮机模型的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_E(s)为汽轮机模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，P_E是机组功率，Q为蒸汽流量，F_HP为高压缸功率比例，F_IP为中压缸功率比例，F_LP为低压缸功率比例，λ为高压缸功率自然过调系数，T_CH为蒸汽容积时间常数，T_RH为再热蒸汽容积时间常数，T_CO为交叉管时间常数，Q是蒸汽流量。

可选地，所述主汽压力模型的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_T(s)为主汽压力模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，p_T为主汽压力，Q为蒸汽流量，T_sh为过热器容积时间常数，T_d为锅炉蓄热容积时间常数，k为过热器及主汽管道流量系数。

可选地，步骤2)确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数包括：

2.1)确定火电机组的电液伺服机构惯性时间常数T_Z，高压缸功率比例F_HP，中压缸功率比例F_IP，低压缸功率比例F_LP，高压缸功率自然过调系数λ，蒸汽容积时间常数T_CH，再热蒸汽容积时间常数T_RH，交叉管时间常数T_CO，锅炉蓄热容积时间常数T_d，过热器容积时间常数T_sh和过热器及主汽管道流量系数k；

2.2)收集火电机组并网正常运行后各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据构建调节级压力与负荷的函数关系f(x)；收集火电机组并网正常运行后各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)；

2.3)建立负荷和调节级压力之间的映射函数模型y＝k_N·x+b，其中因变量y代表负荷；自变量x代表调节级压力，k_N、b是待确定的参数，根据调节级压力与负荷的函数关系f(x)拟合得到参数k_N、b；收集火电机组并网正常运行后负荷增量ΔP_E的数据集{ΔP_E,i}、调节级压力增量Δp₁的数据集{Δp_1,i}，其中i＝1,…,N；以所得数据集{Δp_1,i}作为输入代入下式所示传递函数得到负荷增量预测值数据集

其中，ΔP_E为机组负荷增量，Δp₁调节级压力增量，k为过热器及主汽管道流量系数，s为拉普拉斯算子，T₁,T₂,T₃分别为汽轮机功率响应时间常数；

2.4)构建下式所示的目标函数；

上式中，基于搜索算法并以目标函数e最小为搜索原则，迭代调整过热器及主汽管道流量系数k、汽轮机功率响应时间常数T₁,T₂,T₃，并得到k、T₁、T₂、T₃的最终值；

2.5)根据下式计算得到调节级压力-负荷动态转换系数δ；

上式中，k为过热器及主汽管道流量系数，k_N为映射函数模型的参数。

可选地，步骤3)包括：

3.1)采用仿真工具搭建步骤1)建立的一次调频功率响应性能预测模型，并设置步骤2)中确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数；

3.2)首先获取待开展一次调频性能预测工况点的主汽压力、等效开度/总阀位指令，通过B_Q＝f(p_T·g(μ))计算锅炉热负荷B_Q，其中f表示调节级压力与负荷的函数关系f(x)；g表示等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)，μ表示此时所得的等效开度/总阀位指令，p_T表示此时所得主汽压力；然后将计算得到的锅炉热负荷B_Q设置到一次调频功率响应性能预测模型中；

3.3)令一次调频功率响应性能预测模型中的电液调节系统模型处于跟踪状态，其输出值为μ/δ且维持不变，其中μ表示此时所得的等效开度/总阀位指令，δ为调节级压力-负荷动态转换系数；

3.4)计算一次调频功率响应性能预测模型所包含状态变量的稳态值，并将该稳态值作为后续仿真计算时一次调频功率响应性能预测模型的状态变量的初始值；

3.5)仿真计算：首先在一次调频功率响应性能预测模型中设置与一次调频主动在线测试系统模拟测试一致的一次调频功率变量，将一次调频功率响应性能预测模型的功率设定值设置为步骤3.2)计算得到的锅炉热负荷B_Q；然后通过一次调频功率响应性能预测模型计算机组功率数据集，提取该数据中一次调频动作前数据计算其均值，将功率数据集每一元素减去计算均值得到一次调频功率响应数据集作为一次调频性能预测的最终结果输出。

此外，本发明还提供一种火电机组一次调频功率响应性能预测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述火电机组一次调频功率响应性能预测方法的步骤。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述火电机组一次调频功率响应性能预测方法的即使将程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

本发明包括建立一次调频功率响应性能预测模型，确定一次调频功率响应性能预测模型的参数，使用一次调频功率响应性能预测模型实时预测火电机组的一次调频性能，该方法优化了现有火电机组一次调频模型，给出了优化模型模型参数的确定方法和仿真使用方法。与现有方法相比，本发明能够精确预测火电机组一次调频功率响应性能，从而为一次调频主动在线测试系统选择最佳模拟扰动测试时机提供辅助决策。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程图。

图2为本发明实施例中一次调频功率响应性能预测模型的结构示意图。

图3为本发明实施例中电液调节系统模型的实现实例。

图4为本发明实施例中线性拟合构建调节级压力与负荷的函数关系曲线。

图5为本发明实施例中构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系曲线。

图6为本发明实施例中频率阶跃扰动试验数据曲线。

图7为本发明实施例中400MW工况下的预测和实测对比曲线。

图8为本发明实施例中500MW工况下的预测和实测对比曲线。

图9为本发明实施例中580MW工况下的预测和实测对比曲线。

具体实施方式

下文将以某660MW超临界火电机组作为实施对象，按本发明火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统进行一次调频功率响应性能预测，对本发明火电机组一次调频功率响应性能预测方法及系统进行进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例火电机组一次调频功率响应性能预测方法包括：

1)建立一次调频功率响应性能预测模型；

2)确定一次调频功率响应性能预测模型的参数；

3)使用一次调频功率响应性能预测模型实时预测火电机组的一次调频性能。

如图2所示，本实施例步骤1)中建立的一次调频功率响应性能预测模型包括电液调节系统模型、电液伺服机构模型、汽轮机模型、主汽压力模型四个子模型和调节级压力-负荷动态转换模块，所述电液调节系统模型用于基于输入的功率设定值、功率反馈和一次调频功率变化量生成总阀位指令，所述调节级压力-负荷动态转换模块用于将总阀位指令乘以预设的调节级压力-负荷动态转换系数δ得到电液伺服机构阀位指令P_CV；所述电液伺服机构模型用于根据电液伺服机构阀位指令P_CV得到对应的电液伺服机构阀位反馈P_GV；所述汽轮机模型用于基于主汽压力p_T、电液伺服机构阀位反馈P_GV得到对应的机械功率P_M，且将机械功率P_M作为电液调节系统模型下一个周期的输入；所述主汽压力模型用于基于蒸汽流量Q计算得到主汽压力p_T。

电液调节系统模型可以根据需要采用现有的各类电液调节系统模型。例如作为一种可选的实施方式，如图3所示，本实施例中电液调节系统模型为将功率设定值与功率反馈之差经PID控制器运算后生成PID控制器输出信号，再将PID控制器输出信号与输入的一次调频功率变化量与前馈系数之积相加形成总阀位指令。需要说明的是，图3仅为电液调节系统模型的一种实现形式，当本实施例方法所应用对象机组的电液调节系统与其不一致时，应根据应用对象机组的协调控制系统汽机主控和数字电液系统功率回路如实建立。

如图2所示，本实施例中电液伺服机构模型为一阶惯性环节，且一阶惯性环节的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_Z(s)为一阶惯性环节的传递函数，s为拉普拉斯算子，P_CV为电液伺服机构阀位指令，P_GV为电液伺服机构阀位反馈，T_Z是电液伺服机构惯性时间常数。电液伺服机构模型的输入为电液伺服机构阀位指令P_CV，输出为电液伺服机构阀位反馈P_GV。

如图2所示，本实施例中汽轮机模型的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_E(s)为汽轮机模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，P_E是机组功率，Q为蒸汽流量，F_HP为高压缸功率比例，F_IP为中压缸功率比例，F_LP为低压缸功率比例，λ为高压缸功率自然过调系数，T_CH为蒸汽容积时间常数，T_RH为再热蒸汽容积时间常数，T_CO为交叉管时间常数，Q是蒸汽流量。汽轮机模型输入为蒸汽流量Q，输出为机组功率P_E。蒸汽流量Q由函数Q＝f(p_T·g(P_GV))表示，其中g(x)是等效开度P_GV与压比ε(ε＝调节级压力/主汽压力)的函数关系，f(x)是调节级压力与负荷的函数关系，p_T是主汽压力。

如图2所示，本实施例中主汽压力模型的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_T(s)为主汽压力模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，p_T为主汽压力，Q为蒸汽流量，T_sh为过热器容积时间常数，T_d为锅炉蓄热容积时间常数，k为过热器及主汽管道流量系数。主汽压力模型由本实施例方法对电力系统分析综合程序(PSASP)中的主汽压力变化模型简化确定，简化原则是假定锅炉热负荷B_Q恒定，忽略燃料指令延时和燃料热量释放时间并取消PSASP主汽压力变化模型中的开方环节，其输入为蒸汽流量Q，输出为主汽压力p_T。调节级压力-负荷动态转换系数δ用以修正调节级压力与负荷转换关系在一次调频动态和稳态条件不一致对一次调频功率响应特性的影响。

本实施例中，步骤2)确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数包括：

2.1)确定火电机组的电液伺服机构惯性时间常数T_Z，高压缸功率比例F_HP，中压缸功率比例F_IP，低压缸功率比例F_LP，高压缸功率自然过调系数λ，蒸汽容积时间常数T_CH，再热蒸汽容积时间常数T_RH，交叉管时间常数T_CO，锅炉蓄热容积时间常数T_d，过热器容积时间常数T_sh和过热器及主汽管道流量系数k；上述参数的确定可根据需要采用现有方法，例如通过汽轮机及其调节系统参数实测得到。具体地，本实施例中上述参数取值如下：T_Z＝0.2、F_HP＝0.3、F_IP＝0.7、F_LP＝0、λ＝0.911、T_CH＝0.91、T_RH＝21.02、T_CO＝0、T_d＝2607.6、T_sh＝231.49、k＝118.3。

2.2)收集火电机组并网正常运行后各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据构建调节级压力与负荷的函数关系f(x)；收集火电机组并网正常运行后各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)；

构建调节级压力与负荷的函数关系f(x)时可根据需要采用现有方法，例如采用线性拟合的方法构建调节级压力与负荷的函数关系f(x)；构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)可根据需要采用现有方法，例如采用分段线性插值的方式构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)。本实施例中，构建得到的调节级压力与负荷的函数关系f(x)的函数表达式为：f(x)＝37.33x+27.45，其曲线如图4所示。构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)的曲线如图5所示。

2.3)建立负荷和调节级压力之间的映射函数模型y＝k_N·x+b，其中因变量y代表负荷；自变量x代表调节级压力，k_N、b是待确定的参数，根据调节级压力与负荷的函数关系f(x)拟合(如最小二乘法)得到参数k_N、b；例如，本实施例中得到参数k_N、b的实际取值为:k_N＝37.33，b＝27.45。收集火电机组并网正常运行后负荷增量ΔP_E的数据集{ΔP_E,i}、调节级压力增量Δp₁的数据集{Δp_1,i}，其中i＝1,…,N；以所得数据集{Δp_1,i}作为输入代入下式所示传递函数得到负荷增量预测值数据集

其中，ΔP_E为机组负荷增量，Δp₁调节级压力增量，k为过热器及主汽管道流量系数，s为拉普拉斯算子，T₁,T₂,T₃分别为汽轮机功率响应时间常数；

2.4)构建下式所示的目标函数；

上式中，基于搜索算法并以目标函数e最小为搜索原则，迭代调整过热器及主汽管道流量系数k、汽轮机功率响应时间常数T₁,T₂,T₃，并得到k、T₁、T₂、T₃的最终值；获取k、T₁、T₂、T₃的最终值为现有方法，例如可采用现有的单纯形法和Matlab/Parameters Estimator等常规方法和工具实现。本实施例中根据图6所示频率阶跃扰动试验收集机组负荷增量ΔP_E、调节级压力增量Δp₁数据集，利用所得数据集采用Matlab/Parameters Estimator辨识k、T₁、T₂、T₃，得到k、T₁、T₂、T₃的最终值为k＝30.52，T₁＝0.91，T₂＝21.02，T₃＝12.05。

2.5)根据下式计算得到调节级压力-负荷动态转换系数δ；

上式中，k为过热器及主汽管道流量系数，k_N为映射函数模型的参数。本实施例中计算得到调节级压力-负荷动态转换系数δ为：

本实施例中，步骤3)包括：

3.1)采用仿真工具搭建步骤1)建立的一次调频功率响应性能预测模型，并设置步骤2)中确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数；其中仿真工具可采用Matlab/Simulink等。

3.2)首先获取待开展一次调频性能预测工况点的主汽压力、等效开度/总阀位指令，通过B_Q＝f(p_T·g(μ))计算锅炉热负荷B_Q，其中f表示调节级压力与负荷的函数关系f(x)；g表示等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)，μ表示此时所得的等效开度/总阀位指令，p_T表示此时所得主汽压力；然后将计算得到的锅炉热负荷B_Q设置到一次调频功率响应性能预测模型中；其中获取待开展一次调频性能预测工况点的主汽压力、等效开度/总阀位指令可采用现有方法，例如直接观测法等。本实施例中采用直接观测法获取400MW、500MW、580MW工况下的主汽压力、总阀位指令，分别为：[主汽压力，总阀位指令]＝[16.8069，88.3712](400MW)、[21.6828，86.91](500MW)、[23.3137，88.9](580MW)。根据B_Q＝f(p_T·g(μ))(f(x)由图4表示，g(x)由图5表示)计算对应工况的锅炉热负荷B_Q分别为：403.7518(400MW)、495.1175(500MW)、556.9482(580MW)。

3.3)令一次调频功率响应性能预测模型中的电液调节系统模型处于跟踪状态，其输出值为μ/δ且维持不变，其中μ表示此时所得的等效开度/总阀位指令，δ为调节级压力-负荷动态转换系数；本实施例中，具体采用Simulink/PID controller的tracking mode令电液调节系统处于跟踪状态，其输出值为μ/δ且维持不变，400MW、500MW、580MW工况对应的μ/δ分别为：108.0861、106.2989、108.7329。

3.4)计算一次调频功率响应性能预测模型所包含状态变量的稳态值，并将该稳态值作为后续仿真计算时一次调频功率响应性能预测模型的状态变量的初始值；其中，计算一次调频功率响应性能预测模型所包含状态变量的稳态值为现有方法，例如可使用Simulink/Steady State Manager计算一次调频功率响应性能预测模型所包含状态变量的稳态值。本实施例中，使用Simulink/Steady State Manager计算400MW、500MW、580MW所搭建模型所包含状态变量的稳态值，并将稳态值计算结果分别作为400MW、500MW、580MW工况仿真计算的模型状态变量初始值。

3.5)仿真计算：首先在一次调频功率响应性能预测模型中设置与一次调频主动在线测试系统模拟测试一致的一次调频功率变量，将一次调频功率响应性能预测模型的功率设定值设置为步骤3.2)计算得到的锅炉热负荷B_Q；然后通过一次调频功率响应性能预测模型计算机组功率数据集，提取该数据中一次调频动作前数据计算其均值，将功率数据集每一元素减去计算均值得到一次调频功率响应数据集作为一次调频性能预测的最终结果输出。其中，通过一次调频功率响应性能预测模型计算机组功率数据集可采用常规工具(如Simulink)，最终得到的一次调频功率响应数据集即为本实施例方法一次调频性能预测的最终结果。

本实施例中，手动设置搭建模型中一次调频功率变量，400MW、500MW、580MW工况的一次调频功率变量均为阶跃形式，变化幅度分别为：17.6MW、-17.6MW、17.6MW。400MW、500MW、580MW工况的功率设定值分别设置为：403.7518、495.1175、556.9482。采用Simulink仿真功能计算400MW、500MW、580MW工况机组功率数据集，提取每一工况数据集中一次调频动作前数据计算其均值，将对应功率数据集每一元素减去计算均值得到400MW、500MW、580MW工况一次调频功率响应预测数据集。为比对本方法一次调频功率响应预测精确度，根据电力系统分析综合程序PSASP的4型模型计算400MW、500MW、580MW工况机组功率数据集，提取每一工况数据集中一次调频动作前数据计算其均值，将对应功率数据集每一元素减去计算均值得到400MW、500MW、580MW工况下基于PSASP4型模型的一次调频功率响应预测数据集。利用机组DCS历史记录功能获取在400MW、500MW、580MW工况下机组实际功率数据集，提取每一工况数据集中一次调频动作前数据计算其均值，将对应功率数据集每一元素减去计算均值得到400MW、500MW、580MW工况下一次调频功率响应实测数据集。比对实测数据与本方法所得预测数据集、基于PSASP4型模型所得预测数据集的吻合程度，吻合度越高则预测精度越优。比对结果分别表1和图7、图8和图9所示。

表1：预测数据与实测数据的拟合优度对比表。

工况	本方法的拟合优度	基于PSASP4型模型的拟合优度
			400MW	0.9785	0.8568
500MW	0.9766	0.913
			580MW	0.9859	0.7062

其中，预测数据与实测数据的拟合优度的计算函数表达式为：

上式中，R²为预测数据与实测数据的拟合优度，{y_i}是待拟合数据，即实测数据集；

是实测数据集的均值；

是待拟合数据，即预测数据。拟合优度越接近1说明实测数据与预测数据的吻合程度越好，即预测结果越准确。根据上述对比可知，本实施例方法优化了现有火电机组一次调频模型，给出了优化模型模型参数的确定方法和仿真使用方法。与现有方法相比，本方法能够精确预测火电机组一次调频功率响应性能，从而为一次调频主动在线测试系统选择最佳模拟扰动测试时机提供辅助决策。

此外，本实施例还提供一种火电机组一次调频功率响应性能预测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行前述火电机组一次调频功率响应性能预测方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述火电机组一次调频功率响应性能预测方法的即使将程序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，包括：

1)建立一次调频功率响应性能预测模型；

2)确定一次调频功率响应性能预测模型的参数；

3)使用一次调频功率响应性能预测模型实时预测火电机组的一次调频性能；

步骤1)中建立的一次调频功率响应性能预测模型包括电液调节系统模型、电液伺服机构模型、汽轮机模型、主汽压力模型四个子模型和调节级压力-负荷动态转换模块，所述电液调节系统模型用于基于输入的功率设定值、功率反馈和一次调频功率变化量生成总阀位指令，所述调节级压力-负荷动态转换模块用于将总阀位指令乘以预设的调节级压力-负荷动态转换系数δ得到电液伺服机构阀位指令P_CV；所述电液伺服机构模型用于根据电液伺服机构阀位指令P_CV得到对应的电液伺服机构阀位反馈P_GV；所述汽轮机模型用于基于主汽压力p_T、电液伺服机构阀位反馈P_GV得到对应的机械功率P_M，且将机械功率P_M作为电液调节系统模型下一个周期的输入；所述主汽压力模型用于基于蒸汽流量Q计算得到主汽压力p_T；

步骤2)确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数包括：

2.1)确定火电机组的电液伺服机构惯性时间常数T_Z，高压缸功率比例F_HP，中压缸功率比例F_IP，低压缸功率比例F_LP，高压缸功率自然过调系数λ，蒸汽容积时间常数T_CH，再热蒸汽容积时间常数T_RH，交叉管时间常数T_CO，锅炉蓄热容积时间常数T_d，过热器容积时间常数T_sh和过热器及主汽管道流量系数k；

2.2)收集火电机组并网正常运行后各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的调节级压力、负荷稳态数据构建调节级压力与负荷的函数关系f(x)；收集火电机组并网正常运行后各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据，并根据收集得到的各负荷段的压比ε、等效开度的稳态数据构建等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)；

2.3)建立负荷和调节级压力之间的映射函数模型y＝k_N·x+b，其中因变量y代表负荷；自变量x代表调节级压力，k_N、b是待确定的参数，根据调节级压力与负荷的函数关系f(x)拟合得到参数k_N、b；收集火电机组并网正常运行后负荷增量ΔP_E的数据集{ΔP_E,i}、调节级压力增量Δp₁的数据集{Δp_1,i}，其中i＝1,…,N；以所得数据集{Δp_1,i}作为输入代入下式所示传递函数得到负荷增量预测值数据集

其中，ΔP_E为机组负荷增量，Δp₁调节级压力增量，k为过热器及主汽管道流量系数，s为拉普拉斯算子，T₁,T₂,T₃分别为汽轮机功率响应时间常数；

2.4)构建下式所示的目标函数；

上式中，基于搜索算法并以目标函数e最小为搜索原则，迭代调整过热器及主汽管道流量系数k、汽轮机功率响应时间常数T₁,T₂,T₃，并得到k、T₁、T₂、T₃的最终值；

2.5)根据下式计算得到调节级压力-负荷动态转换系数δ；

上式中，k为过热器及主汽管道流量系数，k_N为映射函数模型的参数；

步骤3)包括：

3.1)采用仿真工具搭建步骤1)建立的一次调频功率响应性能预测模型，并设置步骤2)中确定的一次调频功率响应性能预测模型的参数；

3.2)首先获取待开展一次调频性能预测工况点的主汽压力、等效开度/总阀位指令，通过B_Q＝f(p_T·g(μ))计算锅炉热负荷B_Q，其中f表示调节级压力与负荷的函数关系f(x)；g表示等效开度/总阀位指令与压比ε的函数关系g(x)，μ表示此时所得的等效开度/总阀位指令，p_T表示此时所得主汽压力；然后将计算得到的锅炉热负荷B_Q设置到一次调频功率响应性能预测模型中；

3.3)令一次调频功率响应性能预测模型中的电液调节系统模型处于跟踪状态，其输出值为μ/δ且维持不变，其中μ表示此时所得的等效开度/总阀位指令，δ为调节级压力-负荷动态转换系数；

3.4)计算一次调频功率响应性能预测模型所包含状态变量的稳态值，并将该稳态值作为后续仿真计算时一次调频功率响应性能预测模型的状态变量的初始值；

3.5)仿真计算：首先在一次调频功率响应性能预测模型中设置与一次调频主动在线测试系统模拟测试一致的一次调频功率变量，将一次调频功率响应性能预测模型的功率设定值设置为步骤3.2)计算得到的锅炉热负荷B_Q；然后通过一次调频功率响应性能预测模型计算机组功率数据集，提取该数据中一次调频动作前数据计算其均值，将功率数据集每一元素减去计算均值得到一次调频功率响应数据集作为一次调频性能预测的最终结果输出。

2.根据权利要求1所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述电液调节系统模型为将功率设定值与功率反馈之差经PID控制器运算后生成PID控制器输出信号，再将PID控制器输出信号与输入的一次调频功率变化量与前馈系数之积相加形成总阀位指令。

3.根据权利要求1所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述电液伺服机构模型为一阶惯性环节，且一阶惯性环节的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_Z(s)为一阶惯性环节的传递函数，s为拉普拉斯算子，P_CV为电液伺服机构阀位指令，P_GV为电液伺服机构阀位反馈，T_Z是电液伺服机构惯性时间常数。

4.根据权利要求1所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述汽轮机模型的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_E(s)为汽轮机模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，P_E是机组功率，Q为蒸汽流量，F_HP为高压缸功率比例，F_IP为中压缸功率比例，F_LP为低压缸功率比例，λ为高压缸功率自然过调系数，T_CH为蒸汽容积时间常数，T_RH为再热蒸汽容积时间常数，T_CO为交叉管时间常数，Q是蒸汽流量。

5.根据权利要求1所述的火电机组一次调频功率响应性能预测方法，其特征在于，所述主汽压力模型的传递函数的函数表达式为：

上式中，G_T(s)为主汽压力模型的传递函数，s为拉普拉斯算子，p_T为主汽压力，Q为蒸汽流量，T_sh为过热器容积时间常数，T_d为锅炉蓄热容积时间常数，k为过热器及主汽管道流量系数。

6.一种火电机组一次调频功率响应性能预测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～5中任意一项所述火电机组一次调频功率响应性能预测方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～5中任意一项所述火电机组一次调频功率响应性能预测方法的即使将程序。

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