电力系统全过程动态仿真中的机炉协调控制系统模型研究_宋新立
电力系统动态仿真中的安全稳定控制系统建模
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一 般 来 说 ，安 全 稳 定 控 制 系 统 针 对 性 强 、种 类 繁 多、系 统 结 构 复 杂、启 动 和 闭 锁 环 节 很 多。 因 此，对 一个大型电网中的 安 全 稳 定 控 制 系 统 进 行 全 面、逼 真的模拟是一个复杂的课题。
国内外学者对这一课题已经做了大量的工作， 但 迄 今 为 止，大 都 局 限 于 调 度 员 培 训 仿 真 系 统 （ＤＴＳ）应 用 ，所 建 模 型 也 往 往 是 面 向 具 体 装 置 ，通 用 性相对较差 。 ［１－７］ 况且由于实时性的限制，模 型 通 常 比 较 粗 略 ，仿 真 结 果 与 实 际 情 况 出 入 较 大 。
１）安 全 稳 定 控 制 系 统 模 型 由 一 个 主 站 模 型 和 若 干个子站模型构成。
２）主站模型负 责 收 集 各 厂 站 信 息，识 别 运 行 方 式 ，实 现 信 息 交 换 、切 机 切 负 荷 优 先 级 排 序 和 量 化 控 制等系统管理功能。
３）子 站 模 型 负 责 采 集 信 息、故 障 判 别，以 及 就 地 、远 方 控 制 。
（中国电力科学研究院电力系统研究所，北京市 １００１９２）
摘要：针对目前电力系统动态仿真分析 难 以 准 确 反 映 安 全 稳 定 控 制 系 统 动 作 特 性 的 问 题，提 出 一 种 安 全 稳 定 控 制 系 统 通 用 建 模 方 法 。 采 用 分 层 次 、面 向 对 象 的 建 模 思 路 ，实 现 了 对 实 际 电 网 中 的 安 全稳定控制系统特性的准确模拟，以及含安全稳定控制系统 模 型 的 动 态 仿 真 计 算。 该 方 法 层 次 清 晰、建模方便，克服了以往仿真软件因潮流转移导致的过负荷 引 起 距 离 三 段 动 作、反 时 限 原 理 保 护 动 作 和 涉 网 保 护 动 作 等 导 致 系 统 元 件 的 开 断 ，特 别 是 连 锁 故 障 引 起 的 大 面 积 停 电 等 复 杂 故 障 情 形 ， 不 能 真 实 反 映 安 全 稳 定 控 制 系 统 动 作 行 为 的 缺 点 ，同 时 减 轻 了 仿 真 计 算 的 工 作 量 。 仿 真 结 果 表 明 ， 含 安 全 稳 定 控 制 系 统 模 型 的 动 态 仿 真 程 序 ，为 分 析 电 力 系 统 全 过 程 动 态 稳 定 性 、研 究 防 止 连 锁 故 障 引起大面积停电的措施提供了有力的仿真工具。
火电机组机炉仿真建模及局部仿真算法的改进与应用的开题报告
火电机组机炉仿真建模及局部仿真算法的改进与应用的开题报告标题：火电机组机炉仿真建模及局部仿真算法的改进与应用研究背景和意义：随着能源需求和环境问题的不断加剧，火电发电作为一种主要的能源来源，其发电效率和环境友好性越来越受到关注。
其中，机炉是火电发电中最关键的环节之一，其效率和安全性对整个发电过程起到至关重要的作用。
通过建立机炉的仿真模型，可以对机炉的各项参数进行模拟和优化，提高机炉的效率和安全性。
同时，在模拟机炉的过程中，还需要考虑到机炉局部的变化，例如燃烧带的形态、温度分布等，这些因素对机炉的性能也有很大影响。
因此，改进机炉局部仿真算法，进一步提高仿真模型的精度和可靠性，对于提高火电发电的效率和环保性都具有重要的现实意义和应用价值。
研究内容和技术路线：本研究计划选取某型号机组作为研究对象，根据机组技术参数和实际使用情况，建立机炉的仿真模型，并通过对模型进行验证和优化，提高机炉的效率和安全性。
同时，对机炉的局部仿真算法进行改进，考虑到燃烧带形态、温度等变化因素，进一步提高仿真模型的精度和可靠性。
具体研究内容和技术路线如下：1. 建立机炉的仿真模型：根据机组技术参数和实际使用情况，采用CFD方法建立机炉的数值仿真模型，并通过实验验证对其进行优化和修正，提高模型的准确性和可靠性。
2. 改进机炉局部仿真算法：考虑到燃烧带形态、温度等变化因素，改进机炉局部仿真算法，提高模拟结果的准确性，以更好地反映实际机炉的状况。
3. 模型验证和优化：通过对仿真模型进行验证和优化，进一步提高机炉的效率和安全性，为机组的实际应用提供参考和指导。
预期成果和应用价值：本研究将建立一个基于CFD方法的火电机组机炉仿真模型，通过改进局部仿真算法，提高仿真模型的精度和可靠性，并对仿真模型进行验证和优化，为火电发电行业提供科学依据和技术支持。
预期成果如下：1. 建立高精度的火电机组机炉仿真模型，反映机炉的内部变化，提高机炉效率和安全性。
单元机组协调控制系统仿真研究
上海电力学院毕业设计（论文）任务书
课题名称单元机组协调控制系统仿真研究学院电力与自动化工程学院
专业
班级
学生
时间2010年3月至2010年6月
设计地点上海电力学院平凉校区
指导老师：
教研室主任（系主任）签字：
学生签名：
一、课题背景、目的、意义
二、课题的主要内容及要求（要求详实、具体、准确）
三、成品要求（包括课题主要目标及成果）
四、课题计划进度
五、有关资料及参考书目
注意事项
1、指导教师应认真、详实填写任务书并做好准备工作。
2、毕业设计任务书填写完成后应经系主任审核认可，并在毕业设计
正式开始前下发给学生。
3、学生必须严格按照任务书的有关要求，查阅相关资料，认真执行
各项环节。
4、学生必须根据指导教师的安排，在专门的场所进行毕业设计。
5、毕业设计必须在导师指导下独立完成，抄袭或请他人代做者，毕
业设计成绩不及格计。
6、学生在毕业设计期间，不得无故擅自离开学校或毕业设计地点，病、事假按有关规定办理。
(详细毕业设计要求见教务处及各学院相关规定)。
火电机组协调控制系统预测控制的仿真研究
火电机组协调控制系统预测控制的仿真研究发布时间：2022-09-26T03:50:05.897Z 来源：《中国电业与能源》2022年10期作者：罗颖[导读] 随着电网技术的不断发展，大量的火力发电机组也在进行相应的变化罗颖广东红海湾发电有限公司 516623摘要：随着电网技术的不断发展，大量的火力发电机组也在进行相应的变化，火电机组需要有良好的负荷适应能力，能够存在较强的电荷变化情况，在运行的过程中也需要对机组的各项数据进行控制。
火电机组想要能够运行就需要建立相应的控制系统，一般来说控制系统是由多个系统建立起来的，并且之间会有存在相应的联系，因此火电机组需要对控制方式进行相应的改善，只有火电机组在响应电网负荷要求时，有效的分配工作才能够保证火电机组运行的安全。
火电机组的控制系统能够有效的了解当前火电机组的运行情况，为了取得良好的控制品质，就需要对大型火电机组进行优化和完善。
关键词：协调控制系统；先进控制技术；火力发电机组前言随着电力工业的发展，高参数、大容量的火电机组已经成为了电网的主力机组，这些机组的安全可靠运行，不仅会直接决定电能的产量和质量，同时也会决定整个电能生产过程的能源消耗，因此需要保证火电机组的协调运行，从而让火电机组适应电网调峰的要求。
火电机组需要解决运行过程中的能源消耗问题，在预习的过程中尽量的减少没资源的使用，从而提高电力企业的经济效益。
火电机组主要是由锅炉和汽轮发电机组成，在运行的过程中，火电机组需要利用计算机来对各个系统进行控制，解决火电机组过程中出现的关键技术问题，从而为火电机组的运行打下基础。
一、协调控制系统的概述现代电厂是复杂的流程工业系统，有很多控制回路和子系统构成协调，控制系统是整个控制系统的最上层，能够有效的处理各项流程。
协调控制系统能够利用数学来建立相应的控制模型，并且在系统过程中提出了算法控制矩阵控制，预测控制等等控制算法作为一种先进的控制策略，协调控制系统已经在很多行业中都运用起来，并且引起了社会的广泛关注。
适用于全过程动态仿真的光伏电站有功控制模型_叶小晖
光照强度/(W/m2) 有功功率/MW
有一定的有功调节能力，随着其控制技术不断完 善，以及光伏电站有功控制系统的投入，光伏电站 参与系统有功控制、AGC 调控的能力逐步增强。同 时，在电力系统故障或紧急情况下，光伏电站还需 要对有功功率进行限制。因此，在全过程动态过程 中，光伏电站的有功控制模式主要有 3 种：
2 光伏电站有功控制模型
2.1 模型总体结构 目前对光伏发电系统的仿真分析，多侧重于机
电暂态过程，缺少光伏发电系统中长期过程的仿真 模型。本文在光伏发电系统机电暂态模型的基础上 建立了光伏电站仿真模型，如图 2 所示。该模型增 加了光伏电站 AGC 控制系统模型、最大功率点跟 踪系统模型，并对逆变器的有功控制模型进行了修 改，从而实现了对光照、温度变化的模拟。
KEY WORDS: photovoltaic power station modeling; automatic generation control; max power point tracking; low voltage ride through
摘要：随着光伏电站大规模接入电网，电网仿真分析对光伏 电站模型准确性提出了更高的要求。光伏电站在有/无调度 指令、正常/故障工况下采取不同的有功控制策略，表现出 多时间尺度的动态特性。为了研究其动态特性，提出了一种 适用于全过程动态仿真的光伏电站有功控制模型。该模型以 光照强度/温度的持续波动、调度总站的限功率指令作为输 入，通过站级 AGC 控制模型和逆变器控制模型实现对光伏 电站有功功率特性的仿真。该模型在大型电力系统分析软件
3）故障控制模式。在电力系统事故或紧急情 况下，大中型光伏电站应根据电力调度部门的指令 快速控制其输出的有功功率，必要时可通过安全自 动装置降低光伏电站有功功率或切除光伏电站；故
大电网安全分析的全过程动态仿真技术-宋新立
大电网安全分析的全过程动态仿真技术宋新立，汤涌，卜广全，刘文焯，刘涛，万磊（中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192）Full Dynamic Simulation for the Stability Analysis of Large Power System SONG Xin-li，TANG Yong，BU Guang-quan，LIU Wen-zhuo，LIU Tao，WAN Lei （China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100192，China）ABSTRACT: With the formation of large-scale nationwide AC-DC interconnected power system in China, dynamic characteristics of power system are increasingly complicated. Full dynamic simulation is an important tool to analyze dynamic characteristic、serious faults scenario and stability measures for this non-linear super large-scale power system. The present study status of full dynamic simulation and the ideas for resolving current problems were described, mostly involved in hybrid simulation of electromagnetic transient and elctromachenical transient stability, incorporate simulation of elctromachenical transient, medium and long-term simulation. The interface technologies of full dynamic simulation to real-time simulation device and on-line dynamic security analysis of early warning system were discussed. The importance of parallel computing technology was described. In order to meet the need of the security anlysis for lager power system in China, full dynamic simulation technology should be implmented in both real-time and off-time sumulation.KEY WORDS: full dynamic simulation technology；real-time simulation；on-line security analysis；parallel computing摘要：随着我国规模巨大的全国性交直流互联电力系统的形成，电力系统的动态特性发生很多变化，动态行为变得更加复杂。
火力发电机组燃烧控制系统的建模和仿真
火力发电机组燃烧控制系统的建模和仿真随着能源需求的不断增长，火力发电机组作为一种高效的发电设备，在现代化的工业生产和日常生活中扮演着重要角色。
在火力发电过程中，燃烧控制系统是一个至关重要的环节。
因此，对火力发电机组燃烧控制系统建模和仿真的研究至关重要。
一、燃烧控制系统的工作原理燃烧控制系统主要由控制器、燃气阀、燃气调节器、燃烧器和燃烧室等部件组成。
控制器通过测量仪器获取5个温度信号、3个压力信号和3个流量信号等数据，然后将这些信号通过反馈回路进行比较和校正，输出控制信号，实现对燃气阀和燃气调节器的控制。
同时，燃烧器通过燃烧空气和燃气进行反应，产生高温高压的热能，从而驱动蒸汽轮机发电。
二、建模过程建模是燃烧控制系统仿真的重要步骤。
在建模过程中，需要将燃烧器和燃烧室分别建立数学模型，并通过控制器对燃气阀和燃气调节器进行控制，从而实现对燃烧过程的控制。
（一）燃烧器模型的建立燃烧器模型可以通过热力学循环和能量平衡原理进行建立。
在热力学循环中，热能的转换过程可以分为压缩、燃烧、膨胀和排放几个阶段。
在能量平衡原理中，燃烧过程中产生的热量可以通过燃烧室的换热面积来传递，从而实现蒸汽轮机的发电。
（二）燃烧室模型的建立燃烧室模型主要包括质量传递、热传递和化学反应三个方面。
通过对燃料和空气在燃烧室内的反应进行分析，可以得到反应的放热量。
其次，通过传热原理和物质质量守恒原理，可以建立燃烧室的温度、压力和质量流经历时间的数学模型。
最后，通过化学反应动力学原理，可以将反应速率和温度等参数相结合，建立化学反应动力学方程，从而得到燃烧室内燃烧反应的速率和放热量。
三、仿真过程燃烧控制系统的仿真主要包括全站仿真和局部仿真两种。
全站仿真主要是通过计算机对整个火力发电站进行仿真，模拟不同负荷和气象条件下的发电过程。
局部仿真主要对燃烧室和燃烧控制系统进行单独仿真，从而验证模型的准确性和可靠性。
仿真过程主要包括以下步骤：（一）收集数据：通过实验仪器获取燃气阀、燃气调节器、燃烧器和燃烧室等部件的数据，并存储到计算机中。
基于动态模糊神经网络的机炉协调系统建模
基于动态模糊神经网络的机炉协调系统建模杨优生;王东风;智丹【摘要】火电厂机炉协调控制系统是一个复杂的多变量系统,针对其强耦合的动态特性和难以建模的特点,提出一种网络结构动态变化的动态模糊神经网络算法对超临界机组机炉协调系统进行建模.该算法具有模糊推理能力和学习功能等优点,并且模糊规则是在训练的时候依据系统误差和可容纳边界来逐条产生的,同时也采用了分级学习的方法来提高了网络的学习速度.在分析了机炉协调系统的特性以后,对某电厂超临界机组协调系统现场数据进行预处理,应用该算法进行模型的训练和测试.经过MATLAB仿真验证表明,动态模糊神经网络有很好的泛化能力,且建立的协调系统无参数模型具有很高的精度,该模型可以用于协调系统控制算法的设计.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2017(033)007【总页数】6页(P58-63)【关键词】机炉协调系统;建模;动态模糊神经网络;无参数模型【作者】杨优生;王东风;智丹【作者单位】华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003;华北电力大学河北省发电过程仿真与优化控制工程技术研究中心,河北保定071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TP183;TP202在火电厂控制系统中，建立生产设备或过程的数学模型对控制理论的研究起到至关重要的作用。
近年来，电力行业发展迅速，火电厂逐渐向着超临界和超超临界机组发展。
同时，控制系统的算法设计和性能研究离不开超临界机组的动态模型。
因此，对于大型机组的建模研究十分迫切。
在建模方面，许多国内外的研究学者对单元机组协调控制系统的建模进行了研究。
一般对协调系统建模采用机理分析的方法将锅炉部分简化为省煤器、水冷壁、汽水分离器和过热器4个部分，分别对锅炉部分和汽机部分进行模型建立［1］。
并且以此方法为基础，提出了一种压力节点的方法建立了超临界机组CCS的动态模型［2－3］。
火电单元机组机炉协调柔性自抗扰控制
火电单元机组机炉协调柔性自抗扰控制董君伊;孙立;李东海【摘要】针对火电单元机组机炉协调系统中普遍存在的强耦合、参数时变、大范围变工况运行等问题设计柔性自抗扰控制方案.首先,利用柔性控制结构调整系统接近能量供需平衡,解决系统输出在快速性和稳定性之间的矛盾.在此基础上,设计自抗扰控制器对系统中的扰动、不确定性等进行估计和补偿,使控制系统具有较强的抗干扰能力和对机组变工况运行的自适应能力.根据实际控制要求,进行设定值跟踪实验、输入扰动实验、变工况实验和蒙特卡罗实验.研究结果表明:所设计方案综合柔性控制结构和自抗扰控制器的优点,具有良好的控制品质和很强的性能鲁棒性.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)009【总页数】10页(P3503-3512)【关键词】火电单元机组机炉;柔性控制;自抗扰控制;蒙特卡罗实验;鲁棒性【作者】董君伊;孙立;李东海【作者单位】清华大学热能工程系,电力系统国家重点实验室,北京,100084;清华大学热能工程系,电力系统国家重点实验室,北京,100084;清华大学热能工程系,电力系统国家重点实验室,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】TK323火电单元机组机炉协调系统是一个复杂的多变量系统，具有大惯性、强耦合、参数时变等特点，对其有效控制对实现电网的自动调度意义重大。
机炉协调控制的主要目标是满足电网对负荷的需求，同时维持机组运行参数稳定[1]。
然而，锅炉和汽机在能量转换过程中的速度相差较大，导致系统输出在快速性和稳定性之间存在固有矛盾，因此，机炉协调控制一直是单元机组控制中的难题。
目前，国内外很多学者对机炉协调控制进行了研究。
在这些研究中，虽然使用的控制算法各异，但控制方案的设计大致分为2类：第1类方案对模型进行线性化处理并设计线性控制器。
Hamed等[2]在模型反馈线性化的基础上设计PI控制器；Chen等[3]将非线性的机炉协调系统转换为一个变参数的线性系统，设计状态反馈控制器；Jalali等[4]采用多模型控制，基于局部线性化模型设计一族PI控制器。
电力系统全过程动态仿真中的长过程动态模型——电力系统全过程动态仿真软件开发之三
电力系统全过程动态仿真中的长过程动态模型——电力系统
全过程动态仿真软件开发之三
汤涌;宋新立;刘文焯;周孝信
【期刊名称】《电网技术》
【年(卷),期】2002(26)11
【摘要】电力系统全过程动态仿真除了需要详细模拟电力系统动态元件的机电暂态过程外,还要有详细的中长期过程的动态模型。
电力系统全过程仿真所需要的火电厂动力系统的数学模型、水电厂动态模型、压水堆核电站模型以及发电自动控(AGC)模型等已在电力系统全过程仿真软件中得到实现。
【总页数】7页(P20-25)
【关键词】电力系统;全过程动态仿真;长过程动态模型;全过程动态仿真软件;开发【作者】汤涌;宋新立;刘文焯;周孝信
【作者单位】中国电力科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TM743;TP311.
【相关文献】
1.电力系统全过程动态仿真技术的现状与展望 [J], 宋新立;王皓怀;苏志达;刘文焯;吴国旸;苏毅
2.电力系统全过程动态仿真技术综述 [J], 汪湲;牟宏;刘晓明;安鹏;杨斌
3.电力系统全过程动态仿真的数值方法——电力系统全过程动态仿真软件开发之一
[J], 汤涌;宋新立;刘文焯;周孝信
4.电力系统全过程动态仿真的实例与分析——电力系统全过程动态仿真软件开发之
四 [J], 汤涌;刘文焯;宋新立;周孝信
5.电力系统全过程动态仿真的故障模拟——电力系统全过程动态仿真软件开发之二[J], 汤涌;刘文焯;宋新立;周孝信
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火电机组协调控制系统预测控制的仿真研究
火电机组协调控制系统预测控制的仿真研究发布时间：2021-09-07T15:11:35.780Z 来源：《中国电业》2021年第12期作者：刘剑桥[导读] 随着经济和科技水平的快速发展，在智能制造与智慧能源的发展框架下，国家能源局发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，实施能源领域的国家大数据战略，积极拓展能源大数据的采集范围，实现多领域能源大数据的集成融合。
刘剑桥河北涿州京源热电有限公司河北保定072750摘要：随着经济和科技水平的快速发展，在智能制造与智慧能源的发展框架下，国家能源局发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，实施能源领域的国家大数据战略，积极拓展能源大数据的采集范围，实现多领域能源大数据的集成融合。
随着发电领域智能发电技术的快速发展，建设智慧电厂被逐步提上日程，复杂程度最高、涉及范围最广的火力发电厂的智慧化成为研究的最重要内容。
关键词:火力发电厂;协调控制;预测控制引言随着经济建设的快速发展，各行业领域中对电力能源的需求也在不断加大，作为我国主要的发电系统，火力发电过程中会有大量的能量消耗，同时也会对环境造成一定程度的污染，另外在火力发电运行过程中，还存在一些安全隐患。
因此火力发电厂相关人员需要对安全管理加强重视，进一步提高发电生产效率，使火力发电安全隐患有效减少。
1存在的问题1.1网络安全近年来，随着信息化和工业化融合的不断深入，工业控制系统从单机走向互联，从封闭走向开放，从自动化走向智能化。
在科技和生产力显著提高的同时，工业控制系统面临着日益严峻的信息安全威胁。
ＤＣＳ系统作为发电企业核心控制系统，其安全关乎整个电厂，乃至整个电网的安全。
但实际生产过程中ＤＣＳ系统作为重要的数据源承担了繁重的数据上传、通信功能，使得ＤＣＳ系统负荷越来越高，特别是在收集、存储和使用数据过程中面临着诸多安全风险，造成ＤＣＳ系统网络安全存在巨大隐患。
1.2电气设备运行数据收集效率低下在对电气设备运行情况进行管理时，应当对电气设备进行更加有效的全面检查，收集电气设备的各类运行参数，这样才能够在电器设备出现故障问题之后，能够根据以往运行参数及时采取干预措施。
大电网安全分析的全过程动态仿真技术
大电网安全分析的全过程动态仿真技术
宋新立;汤涌;卜广全;刘文焯;刘涛;万磊
【期刊名称】《电网技术》
【年(卷),期】2008(32)22
【摘要】全过程动态仿真技术是研究和分析非线性超大规模电力系统动态特性机理、严重事故特征及其稳定措施的重要手段。
该文分析我国全过程动态仿真技术的现状和解决当前问题的思路,主要包括电磁暂态和机电暂态混合仿真、机电暂态和中长期动态的一体化仿真。
探讨了全过程动态仿真分别与实时仿真装置和在线动态安全分析预警系统的接口技术,以及并行计算技术的重要性。
该文指出全过程动态仿真技术需要同时应用于实时和非实时仿真,才能满足我国大电网安全分析的全方位需求。
【总页数】6页(P23-28)
【关键词】全过程动态;仿真技术;实时仿真;在线安全分析;并行计算
【作者】宋新立;汤涌;卜广全;刘文焯;刘涛;万磊
【作者单位】中国电力科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TM711
【相关文献】
1.全过程动态仿真技术及其在水利水电工程施工中的应用分析 [J], 高峰
2.全过程动态仿真技术及其在大型工程施工管理中的应用分析 [J], 任晓光
3.分析全过程动态仿真技术及其在水利水电工程施工中的应用 [J], 姜振
4.电网安全分析与仿真技术的现状分析及发展趋势研究 [J], 陈磊;王永庆;杨昊;
5.大电网在线动态安全评估系统电网模型特性分析 [J], 丁平;徐友平;汪剑波;黄羽鹏;王俊梅;高波;陆俊;严剑峰;于之虹
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Modeling of Boiler-turbine Coordinated Control System in Coal-fired Power Plants for Power System Unified Dynamic Simulation of Transient, Medium-term and Long-term Stabilities
[5-6]
PMEC 为机组机械功率输出。 在汽轮机及其调速器的建模方面，国内近些年 已取得了大量的成果[8]。对于锅炉模型，IEEE 工作 组的推荐模型能较好地反映其动态特性[11]。
2 锅炉和汽轮机的协调控制方式
目前以 CCS 为核心的火电厂分散控制系统
(distributed control system，DCS)是一种先进的电厂
0 引言
我国电力系统发展迅速，具有随机性的风力发 电的大规模开发、大型电源基地建设和远距离大容 量超/ 特高压交直流输电等因素使电网频率的动态 特性发生了很大变化[1-2]。 并网运行的发电机组对维 持电网频率质量和频率稳定，防止突发的负荷变动 或发电机跳闸造成频率大幅变化，引发连锁事故起 着重要作用。 我国电网中火电机组所占比例很大，火电机组 的动力系统特性对电网频率响应影响突出。现代火 电厂中 单元 机组的 锅炉 和汽轮 机协 调控制 系统 (coordinated control system， CCS)应用广泛， 它把发 电机、汽轮机和锅炉作为一个整体进行综合控制， 共同适应电网的负荷需求和保持机组本身的稳定 运行，尽最大可能发挥机组的调频和调峰能力[3-4]。 机炉协调控制系统是火电机组实现一次调频 和二次调频功能的关键控制环节。由于同时涉及快 速的电网侧频率变化控制和慢速的电厂锅炉和汽 轮机控制，因此，从电力系统动态仿真来看，既有
基金项目：国家高技术研究发展计划(863 计划) (2011AA05A103)； 国家电网公司大电网重大专项资助项目课题(SGCC-MPLG001-2012) Supported by National High Technology Research and Development Program 863 0f China(2011AA05A103) and State Grid Corporation of China, Major Projects on Planning and Operation Control of Large Scale Grid(SGCC-MPLG001-2012).
控制方法，得到应用广泛[14]。它在电厂热工自动化 系统中占主导地位，有 3 种基本调节方式[15]。
1）锅炉跟随汽轮机方式。
锅炉跟随汽轮机方式(boiler following mode，
BF)下，机组负载指令偏差信号通过汽轮机主控的
直接去控制汽轮机的汽门开度，而蒸汽压力变化信 号控制锅炉主控的输出。BF 方式的优点是电网负 荷变化后，机组能迅速适应电网的要求，对系统频 率有利，但是主蒸汽压力波动大，对机组本身的稳 定运行不利。
DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2013.25.003
第 33 卷 第 25 期 2013 年 9 月 5 日 文章编号：0258-8013 (2013) 25-0167-06
中
国 电 机 工 程 学 Proceedings of the CSEE 中图分类号：TM 74
报
Vol.33 No.25 Sep.5, 2013 ©2013 Chin.Soc.for Elec.Eng. 学科分类号：47040
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文献标志码：A
电力系统全过程动态仿真中的 机炉协调控制系统模型研究
宋新立 1，王成山 1，刘涛 2，汤涌 2，陶向宇 2，叶小晖 2
(1．智能电网教育部重点实验室(天津大学)，天津市 南开区 300072； 2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192)
system based on turbine following mode，CTF)。这
种方式的优点是汽压变化比较平稳，对机组有利， 但在起始阶段，功率变化速度比 BF 方式慢。
负载指令 Σ
Σ
汽机主控
压力定值
Σ
Σ
锅炉主控
单 元 功率输出 机 蒸汽压力 组
图2 Fig. 2
锅炉跟随汽轮机方式
SONG Xinli1, WANG Chengshan1, LIU Tao2, TANG Yong2, TAO Xiangyu2, Ye Xiaohui2
(1. Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education, Tianjin University, Nankai District, Tianjin 300072, China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China) ABSTRACT: Boiler-turbine coordinated control systems (CCS) plays an important role in satisfying the load demand of power system and ensuring the stable operation of coal-fired generating plants. Based on the analysis of the principle and control modes of CCS, a new CCS model was proposed, which could be applied to power system electro-mechanical transient, medium-term and long-term dynamics simulation. By setting appropriate parameters in model flexibly, the model can be used to simulate several kinds of control modes of CCS, such as, boiler following, turbine following, coordinated control, direct energy balance control, etc. This model was developed in the power system unified dynamic simulation program. Two simulation cases show the influence of different mode of CCS on the mechanical power output of generating units and the effect of CCS model on the power system simulation related to power-frequency dynamics. KEY WORDS: turbine speed governing system model; boiler-turbine coordinated control; direct energy balance control; power system multi-time scale unified simulation 摘要：机炉协调控制系统(coordinated control system，CCS) 是火电机组满足电网负荷需求和保证机组本身稳定运行的 重要控制措施。 在分析机炉协调控制系统原理和控制方式的 基础上， 提出了一种适于电力系统机电暂态及中长期动态全
168
中
国
电
机
工
程
学
报
第 33 卷
秒级的机电暂态过程，又有分钟级的中长期动态过 程，是电力系统多时间尺度全过程动态仿真(简称 “全过程动态仿真”)中必不可少的仿真模型 。 目前国内现有的通用机电暂态仿真模型，以 及普遍已开展的火电机组调速器实测建模工作， 都还仅限于汽轮机及其调速器模型，都未详细考 虑机炉协调控制系统的影响[7-9]。文献[10-11]中虽 然介绍了机炉控制系统仿真模型，但是模型源于 早期国外文献，其控制系统结构、控制特性与目 前国内实际电厂有较大差别。 文献[12]采用自定义 模型方法在机电暂态仿真程序中实现了考虑机组 协调控制的汽轮机调速器模型。 文献[13]研究了一 种协调控制系统模型，建议用在电力系统动态仿 真程序中。 本文将在分析国内常用的火电厂机炉协调控 制系统原理的基础上，提出适于电力系统全过程动 态仿真的机炉协调控制系统模型。该模型具有一定 的通用性，能够模拟机炉 CCS 的多种控制方式。
过程仿真的机炉协调控制模型， 并在电力系统全过程动态仿 真程序进行编程实现。 通过模型参数值的设置， 该模型可以 灵活模拟炉跟机、机跟炉、协调控制、直接能量平衡等火电 厂机炉控制中的常见组态方式。 采用两个仿真算例说明了不 同 CCS 控制方式对机组功率的影响， 以及 CCS 在与频率动 态特性相关的电力系统动态仿真中的作用。 关键词：调速系统模型；机炉协调控制；直接能量平衡; 多 时间尺度全过程仿真
1 火电厂动力系统模型构成
在机电暂态仿真中，由于仿真的动态过程时间 短(1min 之内)，可以假定锅炉主蒸汽压力保持不变 而忽略锅炉模型。而在中长期动态仿真中，仿真时 间可长达数十分钟以上，必须考虑锅炉及其控制系 统模型。 为准确模拟火电厂动力系统对电网稳定性和 频率的影响，在电力系统全过程动态仿真计算中需 要考虑的火电厂动力系统主要由 3 个部分组成：锅 炉模型、汽轮机及其调节系统模型、锅炉和汽轮机 协调控制系统模型。 火电厂动力系统的数学模型及其连接关系如 图 1 所示。图中，负载定值为机组功率的设定值， 参与自动发电控制(automatic generation control， AGC)调节时，为来自电网调度控制中心的功率指 令；PE 为电功率输入；为机组转速；PT 为主蒸汽 压力； TD 为 CCS 输出的汽轮机阀位指令； BD 为 CCS 输出的锅炉燃烧指令；CV 为汽轮机的汽门开度；