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 基于帶死區(qū)投影分段線性化方法建模的汽輪機(jī)調(diào)門流量特性優(yōu)化（電力）

                               楊彥波，胡婷婷

           （國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，寧夏銀川  750011）

摘要：針對火電機(jī)組運(yùn)行過程中因高調(diào)門實(shí)際流量特性與DEH設(shè)定的理論流量特性函數(shù)差異過大，而導(dǎo)致的機(jī)組負(fù)荷跳變、調(diào)門抖動(dòng)、AGC負(fù)荷控制精度和一次調(diào)頻能力不佳的問題，依據(jù)調(diào)門實(shí)際流量特性，基于帶死區(qū)投影算法分段建立汽機(jī)調(diào)門開度-流量指令的線性化模型，結(jié)合汽機(jī)調(diào)門進(jìn)汽量和閥切換的離散化機(jī)理公式．計(jì)算單閥和順序閥方式下的調(diào)門流量特性函數(shù)。最后，通過在某200 MW機(jī)組實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組：汽輪機(jī)；調(diào)節(jié)門；流量特性；建模；閥切換；一次調(diào)頻

中圖分類號：rrM621；'rK263.7⁺2  DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.087.04

0引言

    火電機(jī)組汽輪機(jī)大多采用數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)，分為單閥和順序閥2種運(yùn)行方式，且具備閥切換功能。單閥方式下，各個(gè)高調(diào)門保持相同開度，汽輪機(jī)受熱應(yīng)力較為均勻，但節(jié)流損失較大，尤其是在較低負(fù)荷時(shí)；順序閥方式下，各個(gè)調(diào)門按照設(shè)定的順序連續(xù)開啟，可減少節(jié)流損失，有利于提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

    隨著大電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，要求并網(wǎng)機(jī)組具備調(diào)頻調(diào)峰能力，自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)和一次調(diào)頻逐漸成為電網(wǎng)考核的指標(biāo)。無論是AGC還是一次調(diào)頻．都要求汽輪機(jī)調(diào)門開度與實(shí)發(fā)功率呈較好的線性關(guān)系，以保證負(fù)荷的控制精度和響應(yīng)速率。而實(shí)際生產(chǎn)過程中，大多數(shù)火電機(jī)組DEH設(shè)定的調(diào)門流量特性函數(shù)為出廠時(shí)計(jì)算的理論特性函數(shù)，由于安裝調(diào)試或機(jī)組長期運(yùn)行導(dǎo)致調(diào)門實(shí)際流量特性差異較大，表現(xiàn)為AGC速率變化遲緩、一次調(diào)頻能力差、配汽方式切換時(shí)負(fù)荷波動(dòng)大、機(jī)組協(xié)調(diào)響應(yīng)能力差等。因此，開展汽輪機(jī)調(diào)門流量特性優(yōu)化具有客觀必要性。

    近年來．學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)于汽輪機(jī)閥門流量特性優(yōu)化的研究較多，但大多依靠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試湊或試驗(yàn)優(yōu)化，沒有建立流量特性的具體數(shù)學(xué)描述，進(jìn)而對機(jī)組進(jìn)汽量與閥門流量特性函數(shù)的關(guān)系開展深入的數(shù)學(xué)研究。在對主蒸汽壓力與溫度數(shù)據(jù)修正的基礎(chǔ)上，采用Savizky-glay算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并利用最小二乘法擬合，但未推導(dǎo)出汽輪機(jī)進(jìn)汽量和閥門流量特性函數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系。

    本文彌補(bǔ)了現(xiàn)有閥門流量特性優(yōu)化研究的不足．首先根據(jù)汽輪機(jī)廠家提供的說明書，研究推導(dǎo)出汽輪機(jī)進(jìn)汽量與閥門流量特性函數(shù)的離散數(shù)學(xué)關(guān)系：其次，利用靜態(tài)閥門關(guān)閉、開啟試驗(yàn)獲取各調(diào)門實(shí)際流量特性，通過觀察和擬合誤差比較．對實(shí)際調(diào)門流量特性進(jìn)行分段線性化，應(yīng)用帶死區(qū)投影算法建立各段的線性化數(shù)學(xué)模型，降低了非線性系統(tǒng)建模的困難；最后，根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽量的數(shù)學(xué)機(jī)理，計(jì)算出了單閥方式和順序閥方式下的閥門流量特性函數(shù)�，F(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用證明了該方法的可行性。

1  帶死區(qū)投影算法的分段線性化建模

    帶死區(qū)投影算法分段線性化建模方法如下。

1.1  對象描述

考慮如下n輸入n輸出非線性離散系統(tǒng)：

1.2模型參數(shù)估計(jì)

    模型參數(shù)估計(jì)方法巾，定義未知參數(shù)向量：

2汽機(jī)高調(diào)門進(jìn)汽量的數(shù)學(xué)分析

    汽輪機(jī)高調(diào)門的總進(jìn)汽量為

3實(shí)際優(yōu)化應(yīng)用效果

 某發(fā)電廠1號機(jī)組為200 MW燃煤水冷供熱機(jī)組．其汽輪發(fā)電機(jī)組由哈爾濱汽輪機(jī)廠自‘限責(zé)任公司生產(chǎn)．汽輪機(jī)DEH運(yùn)行分單閥和順序閥2種方式。順序閥方式下4個(gè)高調(diào)門的開啟順序依次為GVI/GV2GV3GV4。圖1為優(yōu)化前DEH原來設(shè)定的單閥方式流量特性函數(shù)．4個(gè)高調(diào)門采用同一理論函數(shù)。  

圖3為通過現(xiàn)場靜態(tài)試驗(yàn)關(guān)閉汽輪機(jī)DEH高調(diào)門，測得該機(jī)組GV1、GV2、GV3和GV4高調(diào)門的實(shí)際流量特性曲線。比較發(fā)現(xiàn)，4個(gè)高調(diào)門的實(shí)際流量特性曲線與DEH原設(shè)定的理論函數(shù)存在較大差異。

 圖4和圖5分別為根據(jù)汽輪機(jī)高調(diào)門進(jìn)汽量數(shù)學(xué)機(jī)理分析，基于帶死區(qū)投影分段線性化建模方法優(yōu)化后的單閥方式和順序閥方式下流量特性曲線。

 圖6為依據(jù)帶死區(qū)投影算法分段線性化建模優(yōu)化前后綜合閥位指令與實(shí)發(fā)功率對應(yīng)關(guān)系曲線。比較發(fā)現(xiàn)．主蒸汽壓力變化不大的情況下．優(yōu)化后機(jī)組綜合閥位指令與實(shí)發(fā)功率間的線性關(guān)系明顯優(yōu)于優(yōu)化前，運(yùn)行中未出現(xiàn)負(fù)荷跳變、速率遲緩和調(diào)門抖動(dòng)現(xiàn)象．可有效提高機(jī)組AGC和一次凋頻響應(yīng)能力。

 圖7和圖8分別為優(yōu)化后切閥試驗(yàn)曲線�？梢钥闯�，閥切換過程平穩(wěn)，切換位置位于80%負(fù)荷處，切換過程中最大負(fù)荷波動(dòng)小于3 MW。

4結(jié)語

 針對火電機(jī)組汽輪機(jī)DEH設(shè)定的理論調(diào)門流量特性函數(shù)與實(shí)際調(diào)門特性差異大．導(dǎo)致負(fù)荷變化速率遲緩、調(diào)門開度與負(fù)荷線性度低和調(diào)門抖動(dòng)，進(jìn)而降低機(jī)組的調(diào)頻調(diào)峰能力的現(xiàn)狀．本文基于帶死區(qū)投影分段線性化方法建立高調(diào)門流量的分段線性函數(shù)．根據(jù)汽輪機(jī)高調(diào)門進(jìn)汽量進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，計(jì)算出機(jī)組在單閥和順序閥方式下的閥門流量特性函數(shù)。通過在某200 MW機(jī)組優(yōu)化應(yīng)用，證明了該方法的有效性。優(yōu)化后調(diào)門與負(fù)荷線性度明顯改善，機(jī)組的調(diào)峰調(diào)頻能力顯著提高。該方法可以推廣應(yīng)用至其他容量的水冷機(jī)組流量特性優(yōu)化中。