基于帶死區投影分段線性化方法建模的汽輪機調門流量特性優化（電力）

                               楊彥波，胡婷婷

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

摘要：針對火電機組運行過程中因高調門實際流量特性與DEH設定的理論流量特性函數差異過大，而導致的機組負荷跳變、調門抖動、AGC負荷控制精度和一次調頻能力不佳的問題，依據調門實際流量特性，基于帶死區投影算法分段建立汽機調門開度-流量指令的線性化模型，結合汽機調門進汽量和閥切換的離散化機理公式．計算單閥和順序閥方式下的調門流量特性函數。最后，通過在某200 MW機組實際應用，驗證了該方法的可行性。

關鍵詞：火電機組：汽輪機；調節門；流量特性；建模；閥切換；一次調頻

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

0引言

    火電機組汽輪機大多采用數字式電液控制系統(DEH)，分為單閥和順序閥2種運行方式，且具備閥切換功能。單閥方式下，各個高調門保持相同開度，汽輪機受熱應力較為均勻，但節流損失較大，尤其是在較低負荷時；順序閥方式下，各個調門按照設定的順序連續開啟，可減少節流損失，有利于提高機組的經濟性。

    隨著大電網互聯技術的發展，要求并網機組具備調頻調峰能力，自動發電控制(AGC)和一次調頻逐漸成為電網考核的指標。無論是AGC還是一次調頻．都要求汽輪機調門開度與實發功率呈較好的線性關系，以保證負荷的控制精度和響應速率。而實際生產過程中，大多數火電機組DEH設定的調門流量特性函數為出廠時計算的理論特性函數，由于安裝調試或機組長期運行導致調門實際流量特性差異較大，表現為AGC速率變化遲緩、一次調頻能力差、配汽方式切換時負荷波動大、機組協調響應能力差等。因此，開展汽輪機調門流量特性優化具有客觀必要性。

    近年來．學術界和工程界關于汽輪機閥門流量特性優化的研究較多，但大多依靠運行經驗進行試湊或試驗優化，沒有建立流量特性的具體數學描述，進而對機組進汽量與閥門流量特性函數的關系開展深入的數學研究。在對主蒸汽壓力與溫度數據修正的基礎上，采用Savizky-glay算法進行數據處理，并利用最小二乘法擬合，但未推導出汽輪機進汽量和閥門流量特性函數的數學關系。

    本文彌補了現有閥門流量特性優化研究的不足．首先根據汽輪機廠家提供的說明書，研究推導出汽輪機進汽量與閥門流量特性函數的離散數學關系：其次，利用靜態閥門關閉、開啟試驗獲取各調門實際流量特性，通過觀察和擬合誤差比較．對實際調門流量特性進行分段線性化，應用帶死區投影算法建立各段的線性化數學模型，降低了非線性系統建模的困難；最后，根據汽輪機進汽量的數學機理，計算出了單閥方式和順序閥方式下的閥門流量特性函數?，F場實際應用證明了該方法的可行性。

1  帶死區投影算法的分段線性化建模

    帶死區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：

1.2模型參數估計

    模型參數估計方法巾，定義未知參數向量：

2汽機高調門進汽量的數學分析

    汽輪機高調門的總進汽量為

3實際優化應用效果

 某發電廠1號機組為200 MW燃煤水冷供熱機組．其汽輪發電機組由哈爾濱汽輪機廠自‘限責任公司生產．汽輪機DEH運行分單閥和順序閥2種方式。順序閥方式下4個高調門的開啟順序依次為GVI/GV2GV3GV4。圖1為優化前DEH原來設定的單閥方式流量特性函數．4個高調門采用同一理論函數。  

圖3為通過現場靜態試驗關閉汽輪機DEH高調門，測得該機組GV1、GV2、GV3和GV4高調門的實際流量特性曲線。比較發現，4個高調門的實際流量特性曲線與DEH原設定的理論函數存在較大差異。

 圖4和圖5分別為根據汽輪機高調門進汽量數學機理分析，基于帶死區投影分段線性化建模方法優化后的單閥方式和順序閥方式下流量特性曲線。

 圖6為依據帶死區投影算法分段線性化建模優化前后綜合閥位指令與實發功率對應關系曲線。比較發現．主蒸汽壓力變化不大的情況下．優化后機組綜合閥位指令與實發功率間的線性關系明顯優于優化前，運行中未出現負荷跳變、速率遲緩和調門抖動現象．可有效提高機組AGC和一次凋頻響應能力。

 圖7和圖8分別為優化后切閥試驗曲線?？梢钥闯?，閥切換過程平穩，切換位置位于80%負荷處，切換過程中最大負荷波動小于3 MW。

4結語

 針對火電機組汽輪機DEH設定的理論調門流量特性函數與實際調門特性差異大．導致負荷變化速率遲緩、調門開度與負荷線性度低和調門抖動，進而降低機組的調頻調峰能力的現狀．本文基于帶死區投影分段線性化方法建立高調門流量的分段線性函數．根據汽輪機高調門進汽量進行數學分析，計算出機組在單閥和順序閥方式下的閥門流量特性函數。通過在某200 MW機組優化應用，證明了該方法的有效性。優化后調門與負荷線性度明顯改善，機組的調峰調頻能力顯著提高。該方法可以推廣應用至其他容量的水冷機組流量特性優化中。