CN110556840B - 一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法及控制*** - Google Patents

一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法及控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃气轮机调速***的控制技术领域，具体涉及一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法及控制***。燃气轮发电机组输出功率由调速***输出开度指令值PCV，再经过电液伺服***调节燃料阀开度以控制燃气轮发电机输出功率的大小，本发明在调速***输出汽门开度指令值PCV与电液伺服***输入之间增加了修正曲线函数f(PCV)，实现了燃料阀指令与燃料阀开度非线性关系的修正，确保燃料阀指令与发电机输出功率呈线性关系。同时在电液伺服***的输入信号侧增加阻尼控制器，实现燃气轮发电机组超低频功率振荡抑制。

Description

一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法及控制***
技术领域
本发明涉及燃气轮机调速***的控制技术领域，具体涉及一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法及控制***。
背景技术
随着电网容量增大，风、光、核等多种能源发电，区域电网和大工业用户的产能升级，以及高铁、地铁等新发电与用电新形式出现，电网出现了超低频振荡现象，影响了电网安全与电力用户的正常生产运营。燃气轮机发电机组是参与电网频率调节响应速度最快的机组,在维持电网稳定方面发挥了重要的作用,能够对电力***大、小干扰作出快速响应。为此提出了一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法及控制***，以实现电网超低频振荡的有效抑制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法及控制***，具体技术方案如下：
一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法，燃气轮发电机组输出功率由调速***输出开度指令值PCV，再经过电液伺服***调节燃料阀开度以控制燃气轮发电机输出功率的大小，在电液伺服***的输入信号侧增加阻尼控制器，并在调速***的输出信号PCV与电液伺服***的输入信号之间增加消除燃料阀非线性的修正曲线函数，实现燃气轮发电机组超低频功率振荡抑制，具体步骤如下：
S1：调速***接收机组转速(频率)信号并输出气门开度指令值PCV；
S2：采用修正曲线函数f(PCV)对气门开度指令值PCV进行修正；并将经过修正曲线函数f(PCV)修正的气门开度指令值PCV输入至电液伺服***；其中；
其中 a、b、c为系数；
S3：阻尼控制器接收机组转速(频率)信号并输出信号PCVS，并将信号PCVS输入至电液伺服***；
S4：电液伺服***根据调节经过修正的气门开度指令值PCV与信号PCVS调节燃料阀开度；
S5：燃料阀开度变化后通过燃汽轮机带动燃汽轮发电机输出电功率。
优选地，所述调速***的传递函数为：
；
其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值；s表示拉普拉斯算子。
优选地，所述阻尼控制器接收机组转速(频率)信号，通过滤波器对频率信号进行噪音和高频干扰信号过滤，过滤后的信号经过第1-5级相位补偿，经过增益环节将信号放大，通过死区和限幅环节，输出信号PCVS；其中死区用于防止幅度波动引起燃料阀的反复动作，限幅环节用于防止信号失真工况下引起燃气轮发电机功率大幅变化。
优选地，所述步骤电液伺服***的传递函数为：
当燃料阀关闭时，传递函数为：；
当燃料阀打开时，传递函数为：；
其中，TC表示油动机关闭时间常数，TO表示油动机开启时间常数，T2表示反馈环节时间常数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，PCV表示汽门开度指令值，PCVS表示阻尼控制器汽门开度指令值，PGV表示电液伺服***的燃料阀开度输出值。
优选地，所述步骤S5中燃汽轮发电机的传递函数为：
；
其中，PGV表示电液伺服***的燃料阀开度输出值，PM表示燃气轮发电机组输出机械功能，TGAS表示燃气轮机容积时间常数，单位s。
一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制***，包括调速***、阻尼控制器、电液伺服***、燃气轮发电机；所述电液伺服***分别与调速***、阻尼控制器、燃气轮发电机连接。
本发明的有益效果为：本发明在调速***输出汽门开度指令值PCV与电液伺服***输入之间增加了修正曲线函数f(PCV)，实现了燃料阀指令与燃料阀开度非线性关系的修正，确保燃料阀指令与发电机输出功率呈线性关系。同时在电液伺服***的输入信号侧增加阻尼控制器，实现燃气轮发电机组与电网的超低频功率振荡抑制。
附图说明
图1为调速***的传递函数示意图；
图2为阻尼控制器的传递函数的示意图；
图3为电液伺服***的传递函数示意图；
图4为燃汽轮发电机模型示意图；
图5为一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制***的结构示意图；
图6为机械阻尼转矩分析示意图；
图7为加阻尼控制器前后的相频特性曲线；
图8为加阻尼控制器前后频率振荡抑制效果对比图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法，燃气轮发电机组输出功率由调速***输出开度指令值PCV，再经过电液伺服***调节燃料阀开度以控制燃气轮发电机输出功率的大小，在电液伺服***的输入信号侧增加阻尼控制器，并在调速***的输出信号PCV与电液伺服***的输入信号之间增加消除燃料阀非线性的修正曲线函数f(PCV)，实现燃气轮发电机组超低频功率振荡抑制，具体步骤如下：
S1：调速***接收机组转速(频率)信号并输出气门开度指令值PCV；如图1所示，调速***的传递函数为：
；
其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值；s表示拉普拉斯算子。
S2：采用修正曲线函数f(PCV)对气门开度指令值PCV进行修正；并将经过修正曲线函数f(PCV)修正的气门开度指令值PCV输入至电液伺服***。
S3：阻尼控制器接收机组转速(频率)信号并输出信号PCVS，并将信号PCVS输入至电液伺服***；具体为：如图2所示，阻尼控制器接收机组转速(频率)信号，通过滤波器对频率信号进行噪音和高频干扰信号过滤，过滤后的信号经过第1-5级相位补偿，经过增益环节将信号放大，通过死区和限幅环节，输出信号PCVS；以对燃气轮发电机功率进行控制，达到超低频振荡的有效抑制。其中死区用于防止幅度波动引起燃料阀的反复动作，限幅环节用于防止信号失真工况下引起燃气轮发电机功率大幅变化。图2中其中、、、、分别为一级、二级、三级、四级、五级相位补偿超前时间，、、、、分别为一级、二级、三级、四级、五级相位补偿滞后时间，单位均为s；为增益系数；为阻尼控制器输出信号。
S4：电液伺服***根据调节经过修正的气门开度指令值PCV与信号PCVS调节燃料阀开度；如图3所示，电液伺服***的传递函数为：
当燃料阀关闭时，传递函数为：；
当燃料阀打开时，传递函数为：；
其中，TC表示油动机关闭时间常数，TO表示油动机开启时间常数，T2表示反馈环节时间常数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，PCV表示汽门开度指令值，PCVS表示阻尼控制器汽门开度指令值，PGV表示电液伺服***的燃料阀开度输出值。
S5：燃料阀开度变化后通过燃汽轮机带动燃汽轮发电机输出电功率；燃汽轮发电机的传递函数为：
；
其中，PGV表示电液伺服***的燃料阀开度输出值，PM表示燃气轮发电机组输出机械功能，TGAS表示燃气轮机容积时间常数，单位s。
如图5所示，一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制***，包括调速***、阻尼控制器、电液伺服***、燃气轮发电机；电液伺服***分别与调速***、阻尼控制器、燃气轮发电机连接。
9E级燃气轮发电机组加装阻尼控制器，采取在同步发电机组的调速***侧装设阻尼控制器，通过改变机组原动机的输入功率来抑制振荡。图6为机械阻尼转矩分析示意图，当相位位于第3、4象限提供正阻尼，图7为加阻尼控制器前后的相频特性曲线，加阻尼控制器后相位位于第3、4象，加阻尼控制器后相频特性得到明显改善。
表 1 阻尼控制器参数值
#timg# #timg# #timg# #timg# #timg# #timg# #timg# #timg# #timg# #timg# #timg#
6.8 8.02 80.1 2.71 0.41 2.04 0.41 2.04 0.41 2.02 2.01
表 2 加装加阻尼控制器前后的阻尼比较
图8为加阻尼控制器前后频率振荡抑制效果对比图，表2为加装加阻尼控制器后阻尼比提高情况，从对比结果来看抑制振荡效果明显，提高了电力供应品质。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法，燃气轮发电机组输出功率由调速***输出开度指令值PCV，再经过电液伺服***调节燃料阀开度以控制燃气轮发电机输出功率的大小，其特征在于：在电液伺服***的输入信号侧增加阻尼控制器，并在调速***的输出信号PCV与电液伺服***的输入信号之间增加消除燃料阀非线性的修正曲线函数f(PCV)，实现燃气轮发电机组超低频功率振荡抑制，具体步骤如下：
S1：调速***接收机组转速信号并输出气门开度指令值PCV；
S2：采用修正曲线函数f(PCV)对气门开度指令值PCV进行修正；并将经过修正曲线函数f(PCV)修正的气门开度指令值PCV输入至电液伺服***；
S3：阻尼控制器接收机组转速信号并输出信号PCVS，并将信号PCVS输入至电液伺服***；
S4：电液伺服***根据经过修正的气门开度指令值PCV与信号PCVS调节燃料阀开度；
S5：燃料阀开度变化后通过燃汽轮机带动燃汽轮发电机输出电功率；
所述阻尼控制器接收机组转速信号，通过滤波器对频率信号进行噪音和高频干扰信号过滤，过滤后的信号经过5级相位补偿，经过增益环节将信号放大，通过死区和限幅环节，输出信号PCVS；其中死区用于防止幅度波动引起燃料阀的反复动作，限幅环节用于防止信号失真工况下引起燃气轮发电机功率大幅变化；
所述步骤电液伺服***的传递函数为：
当燃料阀关闭时，传递函数为：
Figure FDA0003907415300000011
当燃料阀打开时，传递函数为：
Figure FDA0003907415300000012
其中，TC表示油动机关闭时间常数，TO表示油动机开启时间常数，T2表示反馈环节时间常数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，PCV表示汽门开度指令值，PCVS表示阻尼控制器汽门开度指令值，PGV表示电液伺服***的燃料阀开度输出值。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法，其特征在于：所述调速***的传递函数为：
Figure FDA0003907415300000013
其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值；s表示拉普拉斯算子。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮发电机组调速***的阻尼控制方法，其特征在于：所述步骤S5中燃汽轮发电机的传递函数为：
Figure FDA0003907415300000021
其中，PGV表示电液伺服***的燃料阀开度输出值，PM表示燃气轮发电机组输出机械功能，TGAS表示燃气轮机容积时间常数，单位：秒。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111459202B (zh) * 2020-03-04 2022-11-08 深圳大学 输出气压调节方法、装置、设备及计算机可读存储介质
CN112162480A (zh) * 2020-09-14 2021-01-01 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种不同故障模式触发功率振荡的仿真方法及***
CN114483325B (zh) * 2020-10-23 2023-07-28 中国石油化工股份有限公司 存储器、燃气发电机附加控制方法、装置、设备和***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104102788A (zh) * 2014-07-25 2014-10-15 国网上海市电力公司 一种基于联合循环燃机***模型的调速方法
CN107476931A (zh) * 2017-08-14 2017-12-15 国网四川省电力公司电力科学研究院 一种水轮机调速器pid参数优化方法及***
CN107800146A (zh) * 2017-11-16 2018-03-13 国网四川省电力公司电力科学研究院 兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6729139B2 (en) * 2001-09-26 2004-05-04 Goodrich Pump & Engine Control Systems, Inc. Engine control system
US9478987B2 (en) * 2009-11-10 2016-10-25 Siemens Aktiengesellschaft Power oscillation damping employing a full or partial conversion wind turbine
CN104201953B (zh) * 2014-09-02 2016-08-17 东南大学 一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法
CN105068424B (zh) * 2015-08-05 2017-12-19 武汉大学 一种适用于电力***分析的转桨式水轮机调节***动态模型
CN106911274B (zh) * 2017-03-24 2021-10-15 中国电力科学研究院有限公司 一种原动机调速***附加阻尼器控制方法
CN108599253A (zh) * 2018-05-25 2018-09-28 国家电网公司西北分部 一种风电机组场级一次调频与阻尼控制的联合控制方法
CN109149602A (zh) * 2018-09-06 2019-01-04 中国南方电网有限责任公司 一种水电机组调速***附加阻尼控制器模型及其构建方法
CN109301815A (zh) * 2018-09-06 2019-02-01 中国南方电网有限责任公司 水电机组调速***附加阻尼控制器参数整定方法与装置
CN109904863B (zh) * 2019-01-11 2023-01-03 四川大学 一种附加阻尼控制器、水轮机调速器及水轮机控制***

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104102788A (zh) * 2014-07-25 2014-10-15 国网上海市电力公司 一种基于联合循环燃机***模型的调速方法
CN107476931A (zh) * 2017-08-14 2017-12-15 国网四川省电力公司电力科学研究院 一种水轮机调速器pid参数优化方法及***
CN107800146A (zh) * 2017-11-16 2018-03-13 国网四川省电力公司电力科学研究院 兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法

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