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摘要：在电力系统运行过程中，汽轮机阀门流量特性会对电力系统的运行安全性与稳定性产生影响。本文通过科学建立电网汽轮机及调速系统和发电机、励磁系统等相关设备运行过程中的数学模型，从而重点就汽轮机调节阀门流量特性对我国电网可靠、安全运行的相关影响机制进行研究。实践研究结果进一步表明，如果汽轮机阀门流量特性状况不佳，会导致电力系统相关设备在运行过程中产生周期性波动。因此，针对这一情况，本文具有针对性地提出了相关的改进与控制策略。通过增设泥阻方式进一步抑制电力系统相关设备产生不规则功率波动现象。
关键词：汽轮机；阀门流量特性；电力系统；影响与控制
随着我国电力事业的不断发展，电力系统运行过程中的电力负荷在不断增大。因此，导致电力设备相关运行故障频发，从而对我国电网及电网机组的稳定安全运行造成巨大影响。如果电力系统在运行过程中相关设备受到了一定的影响，不仅会使整个电力系统瘫痪，而且会使人民的生命财产遭受损失。
1.汽轮机的阀门流量特性对电力系统的影响
如果不考虑主蒸汽机压力变化过程中的相关因素，则汽轮机设备的阀门流量特性及其调速系统的运行模型就可用如下图表示：
图1：调速系统:运行模型
事实上，从上述运行结构模拟图中可以看出，汽轮机设备阀门的开度与进入汽轮机设备内的蒸汽流量具有非线性关系。因此，可结合汽轮机相关设备的这一特性，采用电力系统综合分析程序，对单机无穷大条件下的运行系统进行仿真模拟计算，负荷控制方式下的接线示意图如下所示[1]：
图2：负荷控制方式下的接线示意图
由于在实际的汽轮机运行过程中，不能忽略电力系统中励磁系统及电力稳定装置对电力系统运行安全性与稳定性产生的相关影响。因此，本文在仿真分析中结合这一因素重点考虑了汽轮机设备阀门流量特性对于电力系统运行中所产生的相关影响。从上述接线图中可以看出，负荷控制下汽轮机单机系统是一个闭环控制系统，因此这一闭环特征可采用以下数学模型进行表示[2]：
1+kGＫ（S)GＺ（s）GＴ（s）GＥＮ（s)=O
其中,在上述模型中，汽轮机发电机模型的传递函数采用GＥＮ（s）表示，由于汽轮机发电机的高阶模型非线性程度较强。因此，本文就汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响进行研究时，不再考虑电力系统中的励磁系统及PSS对电力系统产生的相关影响。因此，在模型分析过程中，本文基于Prony分析的思想理论基础，针对汽轮机阀门流量输入与输出在扰动作用下的关系，从上述全阶分析理论模型中选取线性低级数据模型进行流量特性分析，从而得到相关的影响模型。本文基于实测前提下，综合考虑了PSS及励磁系统对电力系统相关设备运行过程中产生的影响，具体关系模型如下[3]：
因此，根据汽轮机阀门流量特性对于电力系统影响的相关模型分析结果，得到在一定扰动条件下，汽轮机阀门流量特性对于电力系统影响的变化曲线图：
图3：汽轮机阀门流量特性对于电力系统影响的变化曲线图
所以，从上述影响变化曲线图中可以看出，随着参数值k不断增大，在电力系统实轴零点的右侧有两个共轭极点延伸至此处，此时电力系统运行过程:会受汽轮机阀门流量特性的影响，从而导致系统运行不再稳定。通过进一步分析发现，导致上述情况出现的主要原因是汽轮机设备的阀门流量局部特性增大，从而使电力系统机组相关运行设备运行过程中功率在较大范围内产生波动。
2.汽轮机阀门流量特性对电力系统影响的控制策略
通过上述模型分析研究发现，当电力系统相关设备机组发生连续性的波动时，通过手动控制方式取代传统的负荷控制方式可有效抑制这种持续波动现象。但本文考虑到人为手动控制模式需对设备相关运行状态进行不断切换，从而使电力系统相关设备运行风险不断增大。因此，在制定针对性的控制措施时，本文着重在控制系统的比例——积分——微分控制环节中，适当增加速率限制环节，因此经过优化改进后的电力系统相关运行图示如下所示：
图4：设备运行曲线图与运行流程图
从上述系统改进控制流程图和改进控制模拟仿真曲线图中可以看出，经过优化改进后的系统，能够在汽轮机阀门流量特性不佳的情况下，有效避免控制系统过调，从而防止电力系统相关机组设备运行功率产生较大的波动变化。
结束语
综上所述，汽轮机阀门流量特性会对我国电力系统运行安全性与稳定性造成相关影响。本文通过研究发现，当汽轮机设备的阀门局部流量特性状况不佳时，会导致电力系统相关机组设备在特定运行工况范围内的运行功率产生较大波动。在此过程中，如果电力系统相关机组设备的运行功率波动频率接近于电力系统相关设备运行过程中固有的共振频率时，就会导致整个电网产生严重的低频振荡现象。对此，本文重点结合上述情况采取了科学的控制措施，有效抑制了电网机组设备运行过程中，功率在较大范围内发生波动的不良状况出现。
参考文献
[1]徐衍会,马骢,邓小文,蔡笋.汽轮机阀门控制方式切换引发低频振荡的实例及其机理分析[J].电力自动化设备,2015,35（03）:170-174.
[2]徐誉玮,雷增强,彭佩.汽轮机数字电液控制阀门流量特性试验及优化[J]. 广东电力,2015,28（03）:12-16.
[3]张毅超,徐衍会.分析电力系统低频振荡的汽轮机控制系统模型[J].广东电力,2013,26（12）:9-12+52.
论文作者:张宝珍
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：汽轮机论文; 电力系统论文; 阀门论文; 流量论文; 特性论文; 设备论文; 过程中论文; 《电力设备》2016年第15期论文;