CN113985775B - 一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统 - Google Patents
一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113985775B CN113985775B CN202111257212.4A CN202111257212A CN113985775B CN 113985775 B CN113985775 B CN 113985775B CN 202111257212 A CN202111257212 A CN 202111257212A CN 113985775 B CN113985775 B CN 113985775B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- output
- link
- closing valve
- quick
- time constant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000009471 action Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 59
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 13
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 101100421911 Arabidopsis thaliana SOT18 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0423—Input/output
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/25—Pc structure of the system
- G05B2219/25257—Microcontroller
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统，根据发电机端电压与励磁电流，通过励磁系统控制同步发电机的电压，根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率。本发明中考虑了实际核电站配备的快关汽门，由转速偏差信号承担对快关汽门系统的控制，正常情况下不需运行人员干预，是最少损伤主要设备、保证机组工作中完好性的措施，而且在持续快关长时间限制机组功率的必要性消除后，使快速增负荷成为可能。
Description
技术领域
本发明属于核电站技术领域，具体涉及一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统。
背景技术
由于核电机组通常带基荷运行，具有单机容量大的特点，一旦发生甩负荷转孤岛运行这种极端工况，机组安全稳定将面临挑战。转孤岛运行特性是衡量核电机组安全稳定运行能力的重要维度，因而孤岛运行试验是核电厂调试阶段必不可少的试验项目，较为常见的试验工况为机组从100％额定功率甩负荷至带厂用电运行。
快关汽门是在极端工况下快速关闭汽轮机的调节汽门，降低汽轮机出力，以增加故障切除后机组的制动能量，从而保证机组安全的有效措施。根据电力系统的要求和机组的适应能力，快关汽门分为瞬时快关和持续快关。其中，瞬时快关系统稳定控制装置根据故障程度向电液转换器发出脉冲信号，同时闭锁机组有关正常热工调节控制。在信号发出后立即将机组功率降到最低点，随后经过一段时间后直接恢复至初始功率，机组所受功率冲击较大。而持续快关控制汽门是指重新开至调整后的开度，使机组机械功率降到一个新的水平，机组所受功率冲击较小。
现有对核电机组的仿真建模中，通常忽略了快关汽门的动作，仅用考虑固定汽门的调速器来简化模拟实际调速器调节汽轮机转速。这就使得核电站转孤岛或其他严重故障的仿真不能准确模拟出核电机组的实际运行特性。现有对核电机组的仿真建模中，主要考虑励磁系统主环控制，忽略了励磁辅助控制环节的影响。而现场运行经验表明，励磁辅助控制环节在防止核电机组运行超出其自身容量曲线，降低发电机保护误动作风险方面有重要作用。现有对核电机组的仿真建模中，一、二回路热力系统与以汽轮机发电机组为主的电力系统完全解耦，未考虑其在暂态过程中的耦合特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统，以更加真实的反映实际核电厂转孤岛时机组的调速特性。
为达到实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，根据发电机端电压与励磁电流，通过励磁系统控制同步发电机的电压，根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率。
进一步的，励磁系统包括汽轮发电机组的AVR系统与励磁机；
核电机组正常运行时，AVR系统的输入信号所走通路用两个超前滞后环节与/>模拟励磁调节器主环；其中，Tb11为正常电压调节器第一滞后时间常数，Tb21为正常电压调节器第二滞后时间常数，Tc11为正常电压调节器第一超前时间常数，Tc21为正常电压调节器第二超前时间常数；
AVR系统的输出信号通过放大环节KR与限幅VAmax～VAmin输入到励磁机中；其中，KR为调节器增益，VAmax为调节器最大输出，VAmin为调节器最小输出。
进一步的，根据发电机端电压与励磁电流，通过励磁系统控制同步发电机的电压的具体过程为：
采用交流励磁机供给发电机励磁时，AVR系统的输出经整流器后作为交流励磁机的输入；其中，整流器为三相桥式可控电路，AVR系统的输出通过惯性环节惯性环节的输出通过限幅环节VRmax～VRmin，得到测量信号；其中，VRmax为电压调节器最大输出电压，VRmin为电压调节器最小输出电压；其中，Ts为三相整流桥时间常数；
交流励磁机的励磁电流IFD通过整定环节得到复励电流IN；其中，KC为整流器负载系数，VE为输出电压；
将测量信号与复励电流IN通过环节与动态限幅环节串联形成的主回路，SE(VE)环节、KD与KE组成的反馈回路，得到交流励磁机的输出；其中，Vfe_max为励磁电流最大参考限值，Ve_min为励磁电压最小输出；Te为励磁时间常数，SE(VE)为反映励磁机饱和特性的函数；
将交流励磁机的输出与复励电流IN输入到FEX模块中，模拟功率整流器不同换相角时对励磁电流的影响，并将FEX模块输出信号与交流励磁机的输出，得到励磁电压EFD，并输入到同步发电机中。
进一步的，反映励磁机饱和特性的函数SE(VE)是由两段线段组成的折线，第一段线段起始于点(0,0)，通过四个参数VE1、VE2、SE1(VE1)、SE2(VE2)来确定折线；其中，VE1为折线第一个转折点的横坐标，VE2为折线第二个转折点的横坐标，SE1(VE1)为折线第一个转折点的纵坐标，SE2(VE2)为折线第二个转折点的纵坐标。
进一步的，根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率，包括以下步骤：
将发电机端频率与设定值ωref做差得到差值信号，将差值信号用一次调频系数K1放大；
将放大后的信号与发电机有功功率设定值Pref做差，然后将做差结果经过位置控制器增益Kv与控制阀时间常数T3放缩后，通过积分环节与积分环节前后的限幅环节Pup～Pdown与Pmax～Pmin，得到汽门开度PGV；其中，Pup与Pdown为控制阀速率限制带来的功率变化率上下限，Pmax与Pmin为阀行程带来的功率上下限；
汽门开度PGV通过第一路通路和第二路通路，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中。
进一步的，快关汽门的输入为汽门开度PGV，输出接高压缸惯性环节当快关汽门动作时，输出选择信号，控制选择开关使汽门开度PGV经/>与/>组成的通路输出；核电机组正常工作时，汽门开度PGV经/>与/>组成的回路输出。
进一步的，汽门开度PGV通过第一路通路和第二路通路，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中的具体过程如下：
第一路通路中汽门开度PGV首先经过模拟高压缸机械转矩的一阶惯性环节再经过模拟汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>将高压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与功率分数FHT相乘，得到第一相乘结果，将汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与低压缸功率分数FLT相乘，得到第二相乘结果；将第一相乘结果与第二相乘结果相加，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中；其中，THT为核电汽轮机高压缸时间常数，TMSRLT为汽水分离器、再热器以及低缸时间常数；
第二路通路中，经过模拟快关汽门动作时高压缸机械转矩的一阶惯性环节再经过模拟快关汽门动作时汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>将快关汽门动作时高压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与功率分数FHT相乘，得到第一相乘结果，将快关汽门动作时汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与低压缸功率分数FLT相乘，得到第二相乘结果，将第一相乘结果与第二相乘结果相加，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中，其中，THT1为快关汽门动作时核电汽轮机高压缸时间常数，TMSRLT1为快关汽门动作时汽水分离器、再热器以及低缸时间常数。
一种考虑快关汽门动作的核电机组控制系统，包括：
励磁系统，用于根据发电机端电压与励磁电流，通过励磁系统控制同步发电机的电压；
含有快关汽门的调速系统，用于根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明中考虑了实际核电机组配备的快关汽门，由转速偏差信号承担对快关汽门系统的控制，正常情况下不需运行人员干预，是最少损伤主要设备、保证机组工作中完好性的措施，而且在持续快关长时间限制机组功率的必要性消除后，使快速增负荷成为可能。
进一步的，励磁系统是发电机的重要组成部分，对电网安全稳定运行有着重要作用。因此，在电网调度和运行中，工程人员一般会采用极精细的励磁系统及PSS模型进行电力系统稳定计算与分析。然而，上述精细化的励磁系统模型只针对发电机电压控制环节而言，并未计及励磁辅助环节。同时，大多数现有的电力系统仿真分析软件也未建立励磁系统辅助环节模型。本发明通过在传统励磁机模型中补充欠励限制系统与过励环节，使发电机在励磁电压不同时，通过不同的AVR传递函数来控制发电机机端电压，可以避免励磁机励磁电压增幅振荡现象。
进一步的，实际核电机组在运行时一、二回路热力系统与以汽轮发电机组为主的电气系统相互耦合，热力系统与电气系统既有能量交换又有电气连接。但由于热力系统时间常数较大，可达几千秒，而电气系统电磁暂态过程迅速，通常为毫秒级。因此，两者的耦合关系常常被忽视。但实际运行过程中电气系统的电能质量，如电压幅值与频率，会对一路系统设备的正常工作造成影响。该发明在核电机组调速系统中保留了与热力系统数据交互的接口，能够实现热力系统与电气系统在线实时交互，能够在各种工况中显示两者的耦合特性。数据进行交互时，核电机组一、二回路系统将取代调速系统，将通过一回、二路系统得到的汽门开度接至快关汽门系统输出，传输给电气系统。而电气系统的电气量如频率、电压幅值等又不可避免的影响着机组一、二回路热力系统用电设备的工作情况，热力系统和电气系统实现实时交互。
本发明中通过设置PSS系统，能够根据机端反馈的有功功率、机端电压与转速，得到用于励磁控制的辅助信号；通过设置励磁系统，能够根据机端电压、励磁电流与用于励磁控制的辅助信号，控制同步发电机的电压；通过设置含有快关汽门的调速系统，能够根据同步发电机的转速控制同步发电机的输入机械功率。
附图说明
图1为核电机组结构图。
图2为AVR系统建模框图。
图3为励磁机系统框图。
图4为IEEE PSS2B标准系统实现框图。
图5为调速系统框图。
图6为快关汽门系统框图。
图7为孤岛运行期间发电机端口频率曲线。
图8为孤岛运行期间发电机端口电压曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明的一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，包括以下步骤：
根据机端反馈的有功功率、机端电压与转速，通过PSS系统，得到用于励磁控制的辅助信号。根据机端电压VT、励磁电流If与用于励磁控制的辅助信号，通过励磁系统控制同步发电机的电压；根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率。
由于同步发电机与传统火电机组一致，故在此不再赘述。
励磁系统包括汽轮发电机组的AVR(Automatic voltage regulator)系统与励磁机。
参见图2，AVR系统可以在发电机转速变化时，自动控制发电机电压，使其保持恒定，防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。
AVR系统的输入为发电机端电压，通过调节控制励磁电流来维持发电机端电压恒定。其中，AVR系统参考了IEEE Type ST5B中的标准AVR系统，由于PSS系统输出Vs的接入对IEEE Type ST5B中的标准AVR系统进行了适当的修改。
首先，发电机端电压VT经过测量环节用该一阶惯性环节模拟测量环节带来的时延。其中，s为拉氏变换复变量，TR为测量滤波器时间常数。
测量环节的输出信号即为中间三路的输入信号，中间三路分别为核电机组正常、欠励与过励时输入信号所走通路。
核电站正常时，输入信号所走通路用两个超前滞后环节与/>模拟励磁调节器主环。其中，Tb11为正常电压调节器第一滞后时间常数，Tb21为正常电压调节器第二滞后时间常数，Tc11为正常电压调节器第一超前时间常数，Tc21为正常电压调节器第二超前时间常数。
由于放大器的饱和特性及功率限制，因而放大器带有非终端限制性限幅环节，因此最后中间通路输出信号通过一个放大环节KR与限幅VAmax～VAmin输入到励磁机中去。其中，KR为调节器增益，VAmax为调节器最大输出，VAmin为调节器最小输出。
参见图3，AVR系统的输出经三相整流桥后作为励磁机的输入。在励磁机中，用交流励磁机供给发电机励磁时，通常所用的整流器为三相桥式可控电路，通过惯性环节模拟三相全控整流桥的固有时延。其中，Ts为三相整流桥时间常数。
励磁机的励磁电流IFD通过一个整定环节得到复励电流IN。其中，KC为整流器负载系数，VE为输出电压。
惯性环节的输出会通过一个限幅环节VRmax～VRmin，得到测量信号。其中，VRmax为电压调节器最大输出电压，VRmin为电压调节器最小输出电压。
将测量信号与复励电流IN通过SE(VE)、KD与KE组成的回路模拟交流励磁机，得到交流励磁机的输出。其中/>环节与动态限幅环节/>串联形成主回路，SE(VE)环节、KD与KE组成反馈回路。其中，KD为去磁因子，KE为励磁比例常数，Vfe_max为励磁电流最大参考限值，Ve_min为励磁电压最小输出。Te为励磁时间常数，SE(VE)为反映励磁机饱和特性的函数，SE(VE)是由两段线段组成的折线，第一段线段起始于点(0,0)，通过四个参数VE1、VE2、SE1(VE1)、SE2(VE2)来确定折线。其中，VE1为SE(VE)函数折线第一个转折点的横坐标，VE2为SE(VE)函数折线第二个转折点的横坐标，SE1(VE1)为SE(VE)函数折线第一个转折点的纵坐标，SE2(VE2)为SE(VE)函数折线第二个转折点的纵坐标。
通过FEX模块来模拟功率整流器不同换相角时对励磁电流不同影响。FEX模块输入为动态限幅环节输出与复励电流IN。将FEX模块输出信号与动态限幅环节输出相乘，得到最终的励磁电压EFD，输入到同步发电机中。
PSS系统使用IEEE PSS2B标准系统。PSS系统利用有功功率偏差与机端电压偏差通过在励磁电压调节器中引入附加信号来补偿励磁调节器的负阻尼，使核电机组有效提高遏制系统低频振荡能力。
IEEE PSS2B标准系统利用核电机组有功功率与转子角频率的组合来得出辅助控制信号VS1，其实现流程如图4所示。IEEE PSS2B标准系统的输入信号为发电机频率与有功功率，分别通过一阶惯性环节与/>模拟频率测量环节与有功功率测量环节的时延。其中，T6为频率换能器时间常数，TR为有功功率传感器时间常数。/>输出通过由与/>组成的串联回路。/>输出通过由/>与/>组成的串联回路。上述/> 与/>环节均为隔直环节，也称高通滤波器，其作用是阻断稳态输入信号，从而使PSS在系统稳态运行时不起作用，该环节时间常数通常较大。其中，Tw1为有功功率第一次冲失时间常数，Tw2为频率第二次冲失时间常数，Tw3为频率第一次冲失时间常数，Tw4为有功功率第二次冲失时间常数。
将输出通过综合放大环节/>放大后，与/>输出相加，得到相加信号。其中，Ks2为信号2的增益，T7为有功功率换能器时间常数。
将相加信号通过超前滞后环节后再与/>环节做差，得到控制信号。/>模拟了斜坡跟踪滤波器特性。其中，T8为斜坡跟踪滤波器超前时间常数，T9为斜坡跟踪滤波器滞后时间常数，N为斜坡跟踪滤波器的分子阶数，M为斜坡跟踪滤波器的分母阶数。
最后将控制信号通过超前滞后环节与放大环节Ks1，得到能增加系统阻尼的辅助控制信号VS1，使发电机产生一个与转子角速度偏差相同相位的电磁转矩分量。其中，Ks1为PSS增益，Ks3为信号2的PSS增益，T1为超前补偿时间常数(第一个程序段)，T3为超前补偿时间常数(第二个程序段)，T10为超前补偿时间常数(第三个程序段)，T2为滞后补偿时间常数(第一个程序段)，T4为滞后补偿时间常数(第二个程序段)，T11为滞后补偿时间常数(第三个程序段)。
当外界负荷发生变化或机组负荷变化时，发电机的调速系统能相应的改变汽轮机的功率，使之与外界或机组负荷相适应，建立新的平衡，并保持发电机的工作转速在规定范围内。
参见图5，将发电机端频率与设定值ωref做差后，用一次调频系数K1放大差值信号，变现调速系统的一次调频特性。
将放大后的信号与发电机有功功率设定值Pref做差，然后将做差结果经过位置控制器增益Kv与控制阀时间常数T3放缩后，通过积分环节与积分环节前后的限幅环节Pup～Pdown与Pmax～Pmin，得到汽门开度PGV。其中，Pup与Pdown为控制阀速率限制带来的功率变化率上下限，Pmax与Pmin为阀行程带来的功率上下限。
在汽门开度PGV处接入快关汽门系统，模拟实际核电站中可动作的汽门。为了使调速系统有更好的线性响应特性，还引入了汽门开度PGV反馈回路。
汽门开度PGV可通过两路通路得到调速器输出PM，由快关汽门系统决定PGV经过的通路。一路中汽门开度PGV首先经过模拟高压缸机械转矩的一阶惯性环节再经过模拟汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>将/>的输出与高压缸功率分数FHT相乘，得到第一相乘结果，将/>的输出与低压缸功率分数FLT相乘，得到第二相乘结果，将第一相乘结果与第二相乘结果相加，得到调速器输出PM，输入到同步发电机中。其中，THT为核电汽轮机高压缸时间常数，TMSRLP为汽水分离器和再热器以及低压缸时间常数。
另外一路中，用时间常数更小的一阶惯性环节与/>模拟系统快关汽门动作时核电机组的紧急反馈回路。首先经过模拟快关汽门动作时高压缸机械转矩的一阶惯性环节/>再经过模拟快关汽门动作时汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>将/>的输出与高压缸功率分数FHT相乘，得到第一相乘结果，将/>的输出与低压缸功率分数FLT相乘，得到第二相乘结果，将第一相乘结果与第二相乘结果相加，也可以得到调速器输出PM，输入到同步发电机中。其中，THT1为快关汽门动作时核电汽轮机高压缸时间常数，THT1小于THT，TMSRLT1为快关汽门动作时汽水分离器和再热器以及低压缸时间常数。
参见图6，快关汽门系统的输入为汽门开度PGV，输出为高压缸机械转矩的一阶惯性环节的输入。保护设置逻辑参考了某机组满负载甩负荷时的汽门动作曲线。该快关汽门系统采用持续开关的方式，在电力系统发生导致稳定破坏故障时快速关闭汽轮机的调节汽门，降低汽轮机出力，以增加故障切除后机组制动能量，在故障发生一段时间后控制汽门重新开至调整后的开度，使机组机械功率降到一个新的水平。具有过程如下：
首先设置保护接入时间，保护接入时间包括阶跃上升信号Step3与阶跃下降信号Step4。其中，只有当阶跃上升信号Step3与阶跃下降信号Step4皆为1时保护接入。快关汽门在转速大于设定值ω1时动作，在短时间以内将汽轮机汽门闭合至0，待转速跌落至一定范围内后再次缓慢打开汽门至一定程度，使发同步电机转速趋于稳定。
同时，当快关汽门动作时，还会输出选择信号，控制选择开关使汽门开度PGV经与/>组成的通路输出，使得同步发电机对调速器控制信息反馈更加迅速，有利于提升同步发电机的响应速度。核电站正常工作时，汽门开度PGV经/>与/>组成的回路输出。
核电机组一、二回路热力系统和电气系统数据进行交互时，一、二回路系统将取代含有快关汽门的调速系统，将通过一、二回路系统得到的汽门开度PGV接至快关汽门系统输出out，传输给电气系统。而电气系统的电气量如频率、电压幅值等又不可避免的影响着一、二回路热力系统用电设备的工作情况，热力系统和电气系统实现实时交互。
下面通过一个实例对本发明实施例进行进一步说明，以下仅为本发明实施例的一个实例，本发明实施例并不以此为限。
以某核电工程为例，利用MATLAB/Simulink搭建核电机组模型。Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。它支持系统设计、仿真、自动代码生成以及嵌入式系统的连续测试和验证。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰、仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。在Simulink中模拟各种故障，记录故障期间核电机组各电气量的变化。
孤岛运行仿真测试中，核电机组初始状态为额定功率稳定运行，在时间为5s时，切除所有外部负荷，甩负荷至带厂用电运行。孤岛运行期间发电机频率与发电机端口电压曲线分别如图7与图8所示。在转换至孤岛运行期间，由于快速汽门的动作，核电机组最高转速没有超过1.1倍额定转速，稳态运行频率稳定在52Hz以内，没有触发切机保护动作。核电机组端口电压始终大于0.8倍额定电压。各电气量符合电网的规定，与核电站实际情况相吻合。
Claims (7)
1.一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，其特征在于，根据发电机端电压与励磁电流，通过励磁系统控制同步发电机的电压，根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率；
励磁系统包括汽轮发电机组的AVR系统与励磁机；
核电机组正常运行时，AVR系统的输入信号所走通路用两个超前滞后环节与模拟励磁调节器主环；其中，Tb11为正常电压调节器第一滞后时间常数，Tb21为正常电压调节器第二滞后时间常数，Tc11为正常电压调节器第一超前时间常数，Tc21为正常电压调节器第二超前时间常数；
AVR系统的输出信号通过放大环节KR与限幅VAmax～VAmin输入到励磁机中；其中，KR为调节器增益，VAmax为调节器最大输出，VAmin为调节器最小输出。
2.根据权利要求1所述的一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，其特征在于，根据发电机端电压与励磁电流，通过励磁系统控制同步发电机的电压的具体过程为：
采用交流励磁机供给发电机励磁时，AVR系统的输出经整流器后作为交流励磁机的输入；其中，整流器为三相桥式可控电路，AVR系统的输出通过惯性环节惯性环节的输出通过限幅环节VRmax～VRmin，得到测量信号；其中，VRmax为电压调节器最大输出电压，VRmin为电压调节器最小输出电压；其中，Ts为三相整流桥时间常数；
交流励磁机的励磁电流IFD通过整定环节得到复励电流IN；其中，KC为整流器负载系数，VE为输出电压；
将测量信号与复励电流IN通过环节与动态限幅环节/>串联形成的主回路，SE(VE)环节、KD与KE组成的反馈回路，得到交流励磁机的输出；其中，Vfe_max为励磁电流最大参考限值，Ve_min为励磁电压最小输出；Te为励磁时间常数，SE(VE)为反映励磁机饱和特性的函数；
将交流励磁机的输出与复励电流IN输入到FEX模块中，模拟功率整流器不同换相角时对励磁电流的影响，并将FEX模块输出信号与交流励磁机的输出，得到励磁电压EFD，并输入到同步发电机中。
3.根据权利要求2所述的一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，其特征在于，反映励磁机饱和特性的函数SE(VE)是由两段线段组成的折线，第一段线段起始于点(0,0)，通过四个参数VE1、VE2、SE1(VE1)、SE2(VE2)来确定折线；其中，VE1为折线第一个转折点的横坐标，VE2为折线第二个转折点的横坐标，SE1(VE1)为折线第一个转折点的纵坐标，SE2(VE2)为折线第二个转折点的纵坐标。
4.根据权利要求1所述的一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，其特征在于，根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率，包括以下步骤：
将发电机端频率与设定值ωref做差得到差值信号，将差值信号用一次调频系数K1放大；
将放大后的信号与发电机有功功率设定值Pref做差，然后将做差结果经过位置控制器增益Kv与控制阀时间常数T3放缩后，通过积分环节与积分环节前后的限幅环节Pup～Pdown与Pmax～Pmin，得到汽门开度PGV；其中，Pup与Pdown为控制阀速率限制带来的功率变化率上下限，Pmax与Pmin为阀行程带来的功率上下限；
汽门开度PGV通过第一路通路和第二路通路，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中。
5.根据权利要求4所述的一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，其特征在于，快关汽门的输入为汽门开度PGV，输出接高压缸惯性环节当快关汽门动作时，输出选择信号，控制选择开关使汽门开度PGV经/>与/>组成的通路输出；核电机组正常工作时，汽门开度PGV经/>与/>组成的回路输出。
6.根据权利要求3所述的一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法，其特征在于，汽门开度PGV通过第一路通路和第二路通路，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中的具体过程如下：
第一路通路中汽门开度PGV首先经过模拟高压缸机械转矩的一阶惯性环节再经过模拟汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>将高压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与功率分数FHT相乘，得到第一相乘结果，将汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与低压缸功率分数FLT相乘，得到第二相乘结果；将第一相乘结果与第二相乘结果相加，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中；其中，THT为核电汽轮机高压缸时间常数，TMSRLT为汽水分离器、再热器以及低缸时间常数；
第二路通路中，经过模拟快关汽门动作时高压缸机械转矩的一阶惯性环节再经过模拟快关汽门动作时汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节将快关汽门动作时高压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与功率分数FHT相乘，得到第一相乘结果，将快关汽门动作时汽水分离器和再热器热惯性及低压缸机械转矩的一阶惯性环节/>的输出与低压缸功率分数FLT相乘，得到第二相乘结果，将第一相乘结果与第二相乘结果相加，得到调速器输出PM，并输入到同步发电机中，其中，THT1为快关汽门动作时核电汽轮机高压缸时间常数，TMSRLT1为快关汽门动作时汽水分离器、再热器以及低缸时间常数。
7.一种考虑快关汽门动作的核电机组控制系统，其特征在于，包括：
励磁系统，用于根据发电机端电压与励磁电流，通过励磁系统控制同步发电机的电压；
含有快关汽门的调速系统，用于根据同步发电机的转速通过含有快关汽门的调速系统控制同步发电机的输入机械功率；
励磁系统包括汽轮发电机组的AVR系统与励磁机；
核电机组正常运行时，AVR系统的输入信号所走通路用两个超前滞后环节与模拟励磁调节器主环；其中，Tb11为正常电压调节器第一滞后时间常数，Tb21为正常电压调节器第二滞后时间常数，Tc11为正常电压调节器第一超前时间常数，Tc21为正常电压调节器第二超前时间常数；
AVR系统的输出信号通过放大环节KR与限幅VAmax～VAmin输入到励磁机中；其中，KR为调节器增益，VAmax为调节器最大输出，VAmin为调节器最小输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111257212.4A CN113985775B (zh) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111257212.4A CN113985775B (zh) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113985775A CN113985775A (zh) | 2022-01-28 |
| CN113985775B true CN113985775B (zh) | 2024-01-02 |
Family
ID=79742732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111257212.4A Active CN113985775B (zh) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113985775B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011138299A1 (de) * | 2010-05-03 | 2011-11-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum überwachen einer schnellschliessenden mehrfach-armatur und eine zugehörige vorrichtung |
| WO2012055115A1 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | Abb Research Ltd. | Integrated excitation and turbine controller for synchronous generator and control method thereof |
| CN106528978A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-03-22 | 中国电力科学研究院 | 一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法和系统 |
| CN106680714A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-17 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种励磁系统正常运行时功率单元增益的计算方法及装置 |
| CN109543222A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-03-29 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法 |
| CN211405907U (zh) * | 2019-10-31 | 2020-09-01 | 广东核电合营有限公司 | 百万千瓦级核电站应急柴油发电机励磁回路 |
| CN111816505A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-23 | 岭东核电有限公司 | 核电厂快关电磁阀控制电路和主蒸汽系统 |
| CN112081738A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-15 | 核电运行研究(上海)有限公司 | 一种核电站汽动辅助给水泵转速的冗余电气超速保护装置 |
-
2021
- 2021-10-27 CN CN202111257212.4A patent/CN113985775B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011138299A1 (de) * | 2010-05-03 | 2011-11-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum überwachen einer schnellschliessenden mehrfach-armatur und eine zugehörige vorrichtung |
| WO2012055115A1 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | Abb Research Ltd. | Integrated excitation and turbine controller for synchronous generator and control method thereof |
| CN106528978A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-03-22 | 中国电力科学研究院 | 一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法和系统 |
| CN106680714A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-17 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种励磁系统正常运行时功率单元增益的计算方法及装置 |
| CN109543222A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-03-29 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法 |
| CN211405907U (zh) * | 2019-10-31 | 2020-09-01 | 广东核电合营有限公司 | 百万千瓦级核电站应急柴油发电机励磁回路 |
| CN111816505A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-23 | 岭东核电有限公司 | 核电厂快关电磁阀控制电路和主蒸汽系统 |
| CN112081738A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-15 | 核电运行研究(上海)有限公司 | 一种核电站汽动辅助给水泵转速的冗余电气超速保护装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 考虑水膜闪蒸的核电汽轮机甩负荷动态特性的研究;麻林巍;《动力工程》;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113985775A (zh) | 2022-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107577148B (zh) | 基于给水补偿的火电机组一次调频优化控制系统及方法 | |
| CN106998065B (zh) | 一种水电机组孤网排查方法 | |
| CN107330168B (zh) | 一种基于机网耦合的汽轮机调门快关仿真建模方法 | |
| Kundur et al. | Impact of turbine generator overspeed controls on unit performance under system disturbance conditions | |
| US8861239B2 (en) | Regulating output characteristics of static energy supply units | |
| Meegahapola | Characterisation of gas turbine dynamics during frequency excursions in power networks | |
| Jain et al. | Grid-supportive loads—a new approach to increasing renewable energy in power systems | |
| CN110412864B (zh) | 水轮机调速系统分段变速率测试方法及可读存储介质 | |
| Hoke et al. | Fast grid frequency support from distributed energy resources | |
| Taylor et al. | Real-time power system simulation for automatic generation control | |
| CN113985775B (zh) | 一种考虑快关汽门动作的核电机组控制方法及系统 | |
| Xie et al. | Long-term frequency stability assessment based on extended frequency response model | |
| Younkins et al. | Steam turbine overspeed control and behavior during system disturbances | |
| CN112412558A (zh) | 一种具备快速甩负荷功能的火电机组控制系统 | |
| Berube et al. | A utility perspective on under-excitation limiters | |
| Kundur et al. | A study of early valve actuation using detailed prime mover and power system simulation | |
| WO2012159678A1 (en) | Power system | |
| Patel, TS Bhatti, DP Kothari | Improvement of power system transient stability using fast valving: A review | |
| Manson et al. | Case study: Simultaneous optimization of electrical grid stability and steam production | |
| Abdurraqeeb et al. | Design state space feedback and optimal LQR controllers for load frequency in hydraulic power system | |
| Bize et al. | Frequency control considerations for modern steam and combustion turbines | |
| Gao et al. | Analysis of power system frequency responses with hydro turbines incorporating load shedding | |
| Feltes et al. | Development of a controller to provide primary frequency response capability for a wind farm | |
| Calderón et al. | Dynamic control validation of the power generation system of an offshore platform through real-time digital simulation | |
| Granfors | Online testing of generating units on their ability to regulate frequency during restoration of an islanded grid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |