基于带死区投影分段线性化方法建模的汽轮机调门流量特性优化（电力）

                               杨彦波，胡婷婷

           （国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏银川  750011）

摘要：针对火电机组运行过程中因高调门实际流量特性与DEH设定的理论流量特性函数差异过大，而导致的机组负荷跳变、调门抖动、AGC负荷控制精度和一次调频能力不佳的问题，依据调门实际流量特性，基于带死区投影算法分段建立汽机调门开度-流量指令的线性化模型，结合汽机调门进汽量和阀切换的离散化机理公式．计算单阀和顺序阀方式下的调门流量特性函数。最后，通过在某200 MW机组实际应用，验证了该方法的可行性。

关键词：火电机组：汽轮机；调节门；流量特性；建模；阀切换；一次调频

中图分类号：rrM621；'rK263.7⁺2  DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.087.04

0引言

    火电机组汽轮机大多采用数字式电液控制系统(DEH)，分为单阀和顺序阀2种运行方式，且具备阀切换功能。单阀方式下，各个高调门保持相同开度，汽轮机受热应力较为均匀，但节流损失较大，尤其是在较低负荷时；顺序阀方式下，各个调门按照设定的顺序连续开启，可减少节流损失，有利于提高机组的经济性。

    随着大电网互联技术的发展，要求并网机组具备调频调峰能力，自动发电控制(AGC)和一次调频逐渐成为电网考核的指标。无论是AGC还是一次调频．都要求汽轮机调门开度与实发功率呈较好的线性关系，以保证负荷的控制精度和响应速率。而实际生产过程中，大多数火电机组DEH设定的调门流量特性函数为出厂时计算的理论特性函数，由于安装调试或机组长期运行导致调门实际流量特性差异较大，表现为AGC速率变化迟缓、一次调频能力差、配汽方式切换时负荷波动大、机组协调响应能力差等。因此，开展汽轮机调门流量特性优化具有客观必要性。

    近年来．学术界和工程界关于汽轮机阀门流量特性优化的研究较多，但大多依靠运行经验进行试凑或试验优化，没有建立流量特性的具体数学描述，进而对机组进汽量与阀门流量特性函数的关系开展深入的数学研究。在对主蒸汽压力与温度数据修正的基础上，采用Savizky-glay算法进行数据处理，并利用最小二乘法拟合，但未推导出汽轮机进汽量和阀门流量特性函数的数学关系。

    本文弥补了现有阀门流量特性优化研究的不足．首先根据汽轮机厂家提供的说明书，研究推导出汽轮机进汽量与阀门流量特性函数的离散数学关系：其次，利用静态阀门关闭、开启试验获取各调门实际流量特性，通过观察和拟合误差比较．对实际调门流量特性进行分段线性化，应用带死区投影算法建立各段的线性化数学模型，降低了非线性系统建模的困难；最后，根据汽轮机进汽量的数学机理，计算出了单阀方式和顺序阀方式下的阀门流量特性函数。现场实际应用证明了该方法的可行性。

1  带死区投影算法的分段线性化建模

    带死区投影算法分段线性化建模方法如下。

1.1  对象描述

考虑如下n输入n输出非线性离散系统：

1.2模型参数估计

    模型参数估计方法巾，定义未知参数向量：

2汽机高调门进汽量的数学分析

    汽轮机高调门的总进汽量为

3实际优化应用效果

 某发电厂1号机组为200 MW燃煤水冷供热机组．其汽轮发电机组由哈尔滨汽轮机厂自‘限责任公司生产．汽轮机DEH运行分单阀和顺序阀2种方式。顺序阀方式下4个高调门的开启顺序依次为GVI/GV2GV3GV4。图1为优化前DEH原来设定的单阀方式流量特性函数．4个高调门采用同一理论函数。  

图3为通过现场静态试验关闭汽轮机DEH高调门，测得该机组GV1、GV2、GV3和GV4高调门的实际流量特性曲线。比较发现，4个高调门的实际流量特性曲线与DEH原设定的理论函数存在较大差异。

 图4和图5分别为根据汽轮机高调门进汽量数学机理分析，基于带死区投影分段线性化建模方法优化后的单阀方式和顺序阀方式下流量特性曲线。

 图6为依据带死区投影算法分段线性化建模优化前后综合阀位指令与实发功率对应关系曲线。比较发现．主蒸汽压力变化不大的情况下．优化后机组综合阀位指令与实发功率间的线性关系明显优于优化前，运行中未出现负荷跳变、速率迟缓和调门抖动现象．可有效提高机组AGC和一次凋频响应能力。

 图7和图8分别为优化后切阀试验曲线。可以看出，阀切换过程平稳，切换位置位于80%负荷处，切换过程中最大负荷波动小于3 MW。

4结语

 针对火电机组汽轮机DEH设定的理论调门流量特性函数与实际调门特性差异大．导致负荷变化速率迟缓、调门开度与负荷线性度低和调门抖动，进而降低机组的调频调峰能力的现状．本文基于带死区投影分段线性化方法建立高调门流量的分段线性函数．根据汽轮机高调门进汽量进行数学分析，计算出机组在单阀和顺序阀方式下的阀门流量特性函数。通过在某200 MW机组优化应用，证明了该方法的有效性。优化后调门与负荷线性度明显改善，机组的调峰调频能力显著提高。该方法可以推广应用至其他容量的水冷机组流量特性优化中。