汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制分析

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制分析
发表时间：2019-09-20T15:54:04.687Z 来源：《中国电业》2019年第9期作者：黄伟博
[导读] 众所周知,电力系统的稳定性在很大程度上是取决于汽轮机阀门流量特性的,通过对相关资料的调查,在本篇文章中主要描述了关于汽轮机阀门流量特征是如何影响电力系统的,以及具体的控制策略。

西北电力建设工程监理有限责任公司，陕西西安 71000
摘要：众所周知,电力系统的稳定性在很大程度上是取决于汽轮机阀门流量特性的,通过对相关资料的调查,在本篇文章中主要描述了关于汽轮机阀门流量特征是如何影响电力系统的,以及具体的控制策略。

研究过程中,通过建立了一系列的汽轮机及其调速系统、发电机、励磁系统的数学模型,分析得出能够影响电力系统稳定性的主要是由于汽轮机调节阀门流量特性。

除此之外,通过对数学模型的分析以及其仿真的结果显示表明,引起电力系统原动机有功功率周期波动的原因是由于汽轮机的阀门流量特征不适宜。

通过上述研究,相关专家提出了汽轮机调速系统控制是产生功率波动的主要原因
关键词：汽轮机；阀门流量；电力系统；影响；控制策略
中国电力系统在近年来由于低频振荡多次引发了电网事故。

电网以及并网机组的安全稳定性会受到电力系统的低频振荡的严重影响。

当电网的稳定性遭到一定程度的破坏时，人民生活水平以及国民经济都会受到严重损失。

目前，还不能明确电力系统低频振荡的机理和起因。

从电力系统强迫振荡理论来看，当系统持续的周期性功率扰动频率接近于系统功率振荡固有频率时，会产生大幅度的功率振荡，扰动引起的响应在与扰动变化规律相关的同时，还与电力系统本身的特性相关。

因此，对汽轮机阀门流量的特性进行相应的分析相当关键。

1、汽轮机调速系统模型的构建
1.1、系统体系的构建
在进行整体的体系构建中，需要对汽轮机的参数值变化进行电力系统的仿真计算。

一般情况下，在不同的仿真节点会出现不同的仿真体系控制。

因此，可以根据整体的流量参数变化对电力维护系统进行流量特征的变化研究。

同时，还要构建相应的流量仿真模型。

并确定蒸汽流量的仿真关系。

在汽轮机的流量特性曲线上，需要利用现代函数的变化进行等效阀位的控制。

这样，在检修、组装及实际应用的过程中会考虑到多层面函数的变化情况，然后对分段性函数的变化数值进行组量的全面性的控制。

汽轮机在进行基础性的调速以后，其发电机会出现发电的情况。

然后在有功功率的补偿情况下，其无功补偿的效率也会逐步的增加。

从而使得电网的整体运行效率增强。

1.2、阀门流量的参数确定
计及阀门流量特性的汽轮机及其调速系统模型是汽轮机体系的基础构建，在不考虑主蒸汽压力变化时，需要对整体的系统进行相应的调控。

通常，调节系统前馈作用的结果大部分情况下为汽轮机功率设定值与一次调频功率调整值之和；其计算公式如下所示：
T为执行机构的时间常数；K为前馈作用的增益系数。

我们可以根据公式对其流量进行较为精准的计算。

2、阀门流量特性优化方法
不难看出,阀门是具备其本身的流量特征的,这是一个客观存在的事实,不可能轻易发生改变。

想要优化阀门的流量特征曲线最直接的办法就是优化它们的实际流量特征曲线,优化办法是不相同的。

因此,这种优化在一定程度上存在复杂性及难操作性。

综上,我们只能根据实际的阀门流量曲线来判断和识别,管理流量曲线从而优化阀门流量,稳定电力系统。

具体的操作思路是:在优化流量曲线之前,根据前人总结和测试的各个电力系统的不同阀门运行时的实际流量特征所绘制的流量特征曲线来作为优化阀门管理曲线,然后通过下达指令来实现。

这里所说的指令不是普通意义上的指令,而是专业的流量指令一阀门开度指令。

在这种思路操作之下,我们便能够实现对阀门管理曲线的优化,从而控制汽轮机蒸汽流量,控制电力系统稳定发展。

除此之外,汽轮机阀门流量曲线也需要根据不同的阀门曲线比如单、顺阀的关系来优化进行。

到目前为止,主要存在单、顺阀按一定比例设置,在已经研究出的理论中,管理曲线有两种形式,一种是单、顺阀之间采用比例、偏置修正模式;还有一种就是单、顺阀不同的阀门之间采用不同的管理曲线。

事实上,我们根据这些测试得出的关系曲线可以看出,汽轮机阀门开度与进人汽轮机的蒸汽流量是呈现非线性关系的。

调节阀门的流量特征曲线是调节汽轮机的实际调节系统的重要方法,根据这种调节,将流量指令改变,从而成为了与之相对应的阀位指令。

在现实的生活生产操作中,应用汽轮机调速模型是必不可免的,在这种情况下,通常不区分流量指令和阀位指令。

因此,在汽轮机模型当中的阀门流量特性实际上是与等效阀位与蒸汽流量间的关系相互对应的。

通常,人们是通过汽轮机生产厂家所提供的汽轮机技术参数来确定汽轮机阀门流量特性曲线的。

汽轮机阀门流量特征曲线在理论上是能够与阀门实际特性相对应得,因此在这种情况之下,通常忽略系统所受的流阀流量特征的影响。

在这种情况下要给汽轮机和它的调速系统建造模型就必须要考虑汽轮机调节阀门流量特性对它的的影响。

3、汽轮机阀门流量特性对电力系统的控制策略
要改进汽轮机存在的问题需要大量的事实依据。

因此经过多次的仿真实验和实际试验得出如下结论:当机组功率发生持续波动时,为了快速的平息这种持续波动,那么汽轮机会将负荷机动控制自动切换为手动控制。

但是由于切换控制模式时需要使用运行人员进行人工切换,因此在一定程度上增加了一些不确定性的主观因素。

2008年南方电网曾经发生过一起事故,事故的原因就是由于低频振荡引起的。

在南方电网发生事故的红河电厂中,其2号机组的功率持续波动时间已经超过了六分钟,而在这六分钟期间,运行人员并未发现也没有采取干预措施,因此才发生了不可挽回的事故。

由此可见,在改进汽轮机控制策略的同时,也要排除人为的主观因素对控制策略的影响。

如果从控制策略的角度出发,我们可以认为由于控制器过度调节所以引起功率的波动。

所以,在汽轮机所配备的控制系统在进行比例一积分一微分控制环节后应该增加对其限制速率的环节,通过限制速度的方法来抑制通过度调节的行为。

在这种改进过后,能够实现汽轮机的控制策略在阀门流量特性不佳时可以减小控制器的过调,从而进一步扣J制汽轮机机组的功率波动。

只有在改进策略与原始控制策略都处在正常的情况下时,改进的控制策略才能不影响控制系统的调节品质。

只有在汽轮机阀门流量与实际流量特性互不相符时,才能够影响汽轮机的安全性和变负荷能力。

改进控制策略后,汽轮机的负荷与主蒸汽流量曲线的连续性和线性度都可以得到改善,也进一步提高了机组的自动化水平和生产效率。

汽轮机阀门流量特性是汽轮机对于阀门开度的调节与通过阀门的蒸汽流量会呈现一定的对应关系。

目前，汽轮机调速器模型不会对阀门流量特性对模型结构的影响进行考虑，因此，该模型在实际应用过程中难以解释某些条件下的汽轮机功率波动现象。

例如：实际系统在已经发生功率波动时，仿真结果却显示系统能够维持稳定状态。

当汽轮机阀门还没有完全开启过关闭时，对于执行机构中的饱和环节可以忽略不计。

在对汽轮机及其调速系统参数进行实际测试的过程中，汽轮机的连通管蒸汽容量并不大，对于中、低缸可以进行合缸处理。

实际上，汽轮机实际调节系统通过设置，阀门流量特性函数，可以将流量指令转换为对应的阀位指令，在汽轮机调速器模型中，可以将流量指令等同于阀位指令。

由于汽轮机阀门开度与进入汽轮机的蒸汽流量呈现非线性关系。

因此，在对模型中的阀门流量特性进行实际操作时，对应等效阀位与蒸汽流量间的关系。

根据汽轮机厂家提供的技术参数能够确定汽轮机阀门流量特性曲线，理论上，阀门实际特性能够对应起来。

这样，在多层面的电力体系构建中，可以根据电力的变化情况进行电力的整体影响控制。

4、结语
汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响十分巨大。

为了能够使得整体的电力体系得到相应的完善。

需要采用多种不同的方法使得汽轮机的调速系统模型得到初步性的构建。

与此同时，在确定阀门流量参数的同时，需要对汽轮机阀门流量的电力体系结构进行相应的优化。

最终使得汽轮机阀门流量的稳定性得到相应的提升。

参考文献：
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