远距离输电系统大型发电机汽门开度最优控制

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第期( 5 3 总第8期)
2 1年3 0 2 月
中 国 水 髓 及 电气 化
C ia tr o r Eetf ain hn e we & l r ct Wa P ci i o
N . T TL o8 ) o3(O E N.5
远距离输 电系统大型发 电机汽门开度最优控制
周 安锋 ,刘 志泽
制 的仿 真, 究 了控 制过程 中发 电机 的输 出功率特性 、转速 特性及其对 电力 系统 的影 响。结果表 研
明,汽门开度最优控制对改善 电力系统稳定性和抑制低频振荡有着重要作用,可以很大程度地
改善 系统 的动 态性 能。
关键词 :远距 离输 电系统 ;发 电机 ;汽 门开度 ;最优控 制;稳 定性
1基本 原理
近代高参数 、大 容量机组普遍 采用单元制 中间再热式汽轮发 电机 。
11发 电机组转子运动方程 .
旦 △ + △ + 一 : () 旦 0 1
‰ %
() c
其 中:日 为机组转动惯量 ();△ 为转子角度 s
4 I _ 他及 气 CI WT PWRECRI'N 6 中 水 电 化 HA A RO E&L TFAO N E E I R C




蒸汽 调 节 系 统 的数 学 模 型可 以简化 为 图l 的 b
在 事故 发 生 的情 况 下 ,最 优 控制 器 的事 故判 断 装置 将 瞬时 启动继 电器 , 图1 中的常 a


A Am 】 c P o
开接 点柏『 ,这 时快速 汽 门控制 器将 控制 中 j 合
r l mp o ep we y tm tbl n hbt o fe u n yo clain g e t r v ed n mi n t n oet i r v o rs se sa i t a di iilw q e c si t , ral i o et y a cf ci o i y n r l o y mp h u o
隙死区。这 为系统稳定控制提供 了方便。 文献[】 出,励磁控制对 改善 电力系统小 1 指 干 扰及大干扰效果显著 ,但 由于受到励磁顶值 电流 的限制 ,仅仅依靠控制 发 电机励磁对系统
值 ;0 = 为额 定角速度 (a/)。转子角度 9 2 。 rds
增量△ 与角速度增量有下列关系 :
Tr n m iso S s e a s s i n y t m
ZHOU n fn LI Zh .e A .e g , U i z
f. o ee f l tcl n r ai E gnei , hn saU i ri f c ne ehooyC agh 4 0 7, h a 1C lg o Ee r a&I om tn n i r g C agh n esyo Si c &Tcn l , hnsa 10 6C i , l ci f o e n v t e g n
压 调节 门或 同时控 制 高 压及 中压 调 节 门 ,此 时蒸 汽 调 节 系统 的数 学模 型 如 图1 所 示 。若 c 只控 制 快速 汽 门,则 图1 的功率 系 统用 C Z c M< 示 ,若 同时控 制 高 压及 中压 调 节 门,则 对应 的功 率 系数 C C - M I = H- = 。这 里 设计 控制 器 取 [ C


0 △





Al L
( 8)
为 了减 少 阀 门截 流 损 失 ,在 正常 运 行 情 况下 ,当机 械输 入功 率大 于其 额 定值 的 时 ,
其 中:

( Oo



C Oo
0 0 l
中压 调 节 门全 开 ,不 参 加调 节 。此 时控 制 器
o h yse . ft e s t m
Ke r : o g d sa c a s s i n s se g n r t r ; av p n n ; p i l o to ; t b l y y wo ds l n — itn et n miso y t m; e e ao s v l eo e i g o t r ma n r l sa i t c i
到 快速 汽 门的通 道 由于 串有 事 故 启 动继 电器
H A= 0
H 0
H 1
的 常 开接 点r 被 切 断 ( 见 图 1 )。在 这 种 而 参 a
正 常运 行 情 况 下 ,鉴 于 再 热器 惯 性 常 数 很
大 ,且在 已假 设
形式 。

M 的条件 下 ,
图1中间再热式机组蒸汽调节系统传递函数结构 图
研究与探讨
图l 公式及 下文公式 中的 为复频率 ,具 称
有 频率的量纲 。 在 这里 假 设 = = .5 ; 01 s 及
△P。 △ 国

( Do




C Oo
O 0 0


, |
』B
△ = △ }△ 一 + 』
的控制作用更加有 效 。此汽 门开度控制不仅对 电力系统大干扰稳 定性的改善有重要作用 ,而
且对系统 小干扰稳 定性的改善、低频振荡 的抑 制方面也有不可低估 的作用 。因此 ,人们对此
S △
( 4)

进行 了大量的研 究[ 。 3 文献 [ 指 出,远距离输 电在很 多情况下受 2 ] 到暂态稳定极 限的限制 ,如果要求发 电过高 的 进行强行励磁顶值 倍数将使发 电机制造成本增 加 。为 了提 高系 统暂态 稳 定水平 , 国和 其他 我 国家都 曾经 采用 过许 多措 施, 如快速 切 除一 台 或数 台送 端的发 电机组 。这些措施给 电力系统 带来较大损失和不利的影响。 随着 电力 系 统规 模 的扩 大 ,设备 数 量不 断增 多,从而 增加 了发生事故 的概率 ,电力系
( . 沙理5 大学电气与信息工程学院 ,湖南 长沙 4 0 7  ̄2 张家界市电业局,湖 南 张家界 4 7 0 ) 1长 1 2 10 6 . 2 0 0
摘 要 :在对远距 离输 电系统 大型 汽轮发 电机调速 中, 门开度影响发 电机 的输 出功率和转速 ,从 汽
而影 响 系统 的稳 定性 。利用 最优 控制理 论方 法设 计 出汽 门开度最优控 制 器,通过对 汽 门开度控
△ = Ac o ( 2)
将式 ( )代入式 ( )可得 : 2 1
△: 一△ 百 ( 一 ∞( 3 等 + ) - 0 o
1 发 电机 电磁功率微增量方程 . 2
当暂 态 电动 势 为 常 数 时 电磁 功 率增 量
为:

暂态稳定性 的改善 是有限的 。并认为汽 门开度
a d s e d c a a trsis o e e a o . h e u t h w h t h av p n n p i l o to ly n i o tn n p e h r ce it fg n r t r T e r s l s o t a ev l e o e i g o t c s t ma n l a s a c r p mp ra t
中图分类号 :T 1 M72
文献标识码 :A
文章编号 :17 — 4 ( 1)3 0 5 6 638 1 0 2 - 4 - 2 2 00 0
TheO p i a n r l f r eGe r t rVav tm l Co to g ne a o leOpe i gi n - it n e o La n n Lo g d sa c n
统发 生事故所 造成的危害也越来越大 ,对 电力
由于这里讨论 的是隐极发 电机 ,故可得 :
AP =SF △ = S Ac o () 5
1 . 3汽轮机蒸汽调节系统数学模 型
中间再热式机组的蒸汽调节系统可等值地用 图1 a 所示的传递函数结构图来表示。图中,△ 是 控制量,它是功率放大器加到 电流转换器 ( 伺服 阀)上的直流电压量 ;△ 、 门与中压调节 门开度的增量: 别是高压调节 、 肘 分别是
收稿 日期 :2 1— -6 0 11 2 2
作者简介 :N ̄ ]
( 8- 男, 1 1 , 硕士研究生, 9 ) 研究方向为电力系统稳定与控制 。 m izoaf g 6. m E a: un n@13 o lh e c
C I W3 PW R E C I AO _ 舫噩 气 J45 H A Az O E&L 3F 3 N中 水 毫 化 N T R E ̄ I 3 C
高压缸及 中压缸 的机械输入功率; 圾 分别
是高压调节门及 中压调节门油动机的时间常数。
系统进 行安全 稳定控制也越来越受 到关切和重 视 。本 文 基 于最 优 控制 理 论 ,将 非线 性 电力
系统状 态量进 行偏差化和线性化处理 ,通过 仿
真 ,研究汽轮机汽 门调速 的最优控制 。
研究与探 讨
汽轮 发 电机 调速器控制对提高 电力系统暂 态稳定性有着极其 重要的作用 。 目前大型发 电
增量 (a ); 为机械输入功率标 幺值; 为 rd 电磁功率标 幺值;D为系统本身 的阻尼系数标 幺
机 大都装配 了电液转换器和微机 调速器 ,很大 程度上改进 了调速 系统的灵敏度 、线性度及 间
C I 由图l 可写 出故 障发生后 调速 系统 的方 =。 c
程为:
・ 1

[。 o 0
U = △

根据 式 ( ),下面来 讨论 线性化 系统 的 8
可控性 问题 ,其可控判别矩 阵为:
D= A 】 B A B A B
将 以上式 ( )中的 、 代入可得 : 8
2Z ag aiP w r ueuih n ̄Z a ̄i i47 0, h a hnf j o e B ra n u a h n a e 20 0 C i ) i e j n
Ab t a t n lr e t b n e e ao ft e s e d f rl n — itn e t n m iso y t m, l e o e i g if e c sr c :I a g ur i e g n r t ro p e o g d sa c r s s i n s se Vav p nn n u n e h o a l g n r t rp we n p e . u fe t h tb l y o e s se Usn e o t l o to h o y t e i n t e e e ao o ra d s e d Th sa c e sa i t ft y t m. i g t p i n r l e r o d sg t i h h ma c t h
H l 1


△∞
分别 是 高 压 蒸汽 管 道 及 中压 蒸 汽 管道 的汽 惯 性 常 数 ,此 处 设 T T T = .S R 再 肼= B B O2 ;T 为 热 器 的时 间 常数 ,约 为 1 s 图 1 03 0。 中C .,
C 0. 7o
0 AP m
v le o e i g t eo t lc n r l r Th o g o t e v l eg v r o o to i lt n r s a c e o t u o r av p n n h p i o to l . r u h t a v o e n rc n r l mu a i , e e r h t u p t we ma e h s o h p
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