（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 010206）
摘要：近几年，因电力系统电网事故多次发生，直接造成了电网及并网机组的安全隐患的严重后果。当电网稳定性遭到破坏时，将对国民经济和人民生活造成严重损失。电力系统强迫振荡理论指出，当系统持续的周期性功率扰动频率接近系统功率振荡固有频率时，会引起大幅度的功率振荡，此现象与电力系统本身特性和扰动变化规律有关。目前，电力系统低频振荡的起因和机理还不十分明确，所以加快汽轮机阀门流量特性的研究对电力系统的影响，将安全系数提高，是个亟需解决的重大问题。
关键词：汽轮机阀门流量特性；电力系统；控制
前言：经研究表明，机组阀门流量特性对电网稳定运行有着重要影响。通过研究汽轮机阀门流量自身特性对电力系统仿真及机理的发现，汽轮机阀门流量特性发挥不理想时，使得机组在一定范围之内发生功率的波动。当机组发生功率波动的时候，它们频率相当电力系统功率共振时的频率，因此有可能导致电网低频和振荡。通过改进系统控制策略，可以有效的抑制机组功率波动。
1汽轮机阀门流量特性的分析
汽轮机流通部分根据经济功率而设计的，机组用喷嘴配汽的方式进行顺阀的运行，汽轮机第一级为调节级，调节级为喷嘴组，当蒸汽经过主汽门以后才可以开启汽门慢慢的通向调节级。所以说，嘴配汽的特点就是部分负荷的时候自身的经济性能比较好。因为各个喷嘴之间都会存在一定的间壁，各个调节的汽门已开还是会有一部分进汽，即使在最大的功率下进行调节级还是会损失。假设调节级为四个喷嘴组，将一、二调节汽门打开。当P0新的蒸汽经过主汽门以及全开门以后，压力就会由降为P0压力变为P2。当第1、Ⅱ两组喷嘴与理比焓降相一致的时也就是△htⅡ=△htⅡ时，动叶比焓ht经过的部分是第Ⅲ调节的汽门它的蒸汽流相对比较大，当第Ⅲ喷嘴组的压力为P0时焓降变为△htⅡ。因为调节级后的空间为通的，级后的压力P2一致，所以两股不同的汽流同样膨胀为P2，经过调节级的汽室中经过混合进入第一压力级。当两股气流混合后产生的比焓。
2电力系统仿真计算
在计及汽轮机阀门流量特性的前提下，利用电力系统综合分析程序(PSASP)对单机无穷大系统进行仿真计算。负荷控制方式下的单机系统接线如图1
图1中：从发电机处反馈来的有功功率与机组功率设定值经汽轮机调速系统比较运算后生成用于控制汽轮机调节阀的阀位指令；调节阀根据阀位指令调整实际的阀门开度，从而改
变进入汽轮机的蒸汽流量；蒸汽流量在汽轮机内膨胀做功最终输出汽轮机的机械功率，机械功率经发电机转换成电磁功率后注入电网。
图1中相关模型(汽轮机及其调速系统、励磁系统等)所用的参数为实测数据。利用PSASP的用户自定义功能可建立汽轮机及其调速系统模型。仿真计算用汽轮机及其调速系统部分参数见附录A表A1。发电机模型采用PSASP6，26中的6型发电机模型，其数学方程参见文献[15]。实际发电机系统中，不能忽略励磁系统及电力系统稳定器(PSS)的影响，本文将在仿真计算中对其加以考虑。由于本文重点考察汽轮机阀门流量特性对系统的影响，因此，不对励磁系统及PSS的数学物理方程进行详细叙述。
3汽轮机阀门流量特性对电力系统的应用研究
在一个300MW的机组里提出进行阀门的流量特性策略的实验研究，根据所收集到相关的具有阀门特性的数据，并制定出顺序阀的方式。DEH流量需求的指令和实际的等效流量间，其中的横坐标是DEH的指令，纵坐标是DEH的阀门流量。直线是负荷指令的理想阀门流量，曲线是实际DEH负荷指令的阀门流量。DEH阀门的流量特性两段都有显著的偏离，在负荷指令74.89％～87.58％这一区间内段，实际的流量完全小于负荷的指令，最大的偏离是负荷指令83.I1％实际流量76.17％时。当实际的流量完全大于负荷指令时，最大的偏离则是负荷指令97.2％实际流量94.2％的时候。阀门特性拐点存在主要原因是顺序阀中流量函数进行流量的分配，在阀门的预启段流量的计算和阀门的设置没有正确而导致的，所有对流量的曲线必须要进一步的进行调整以及优化。当流量指令达到一致时，经过修改CV1、CV2自身的开度比以前扩大了0％～6％，而控制范围也有了一定的缩短，拐点前后的特性明显比原来光滑。在修改之前CV4的预启阶段需流量的指令由原来的62.0％变为78.5％，导致指令调节的死区时间过长，修改之后流量的指令由原来的72.99％变为74.7％，就可以将预启段打开，对于阀门死区的调节很有效果。修改之前CV4的预启段需流量指令由80％变为93.69％，指令调节的时间过长，修改以后流量指令由88.76％变为90.16％就可以将预启段打开，阀门的死区得到了有效的调节。
4优化算法
在阀门流量特性实验过程中，如何通过大量的测试数据模拟出阀门的流量特性曲线，是实现阀门管理的基础。确保特性曲线的收敛性和鲁棒性，则是优化算法应考虑的重点。在确定的管路系统中，调门前的压力与流量呈线性相关，因此可以通过经验系数实现对阀门测量流量的修正。本文以参考压力和实测压力的比值作为修正系数，采用折算流量=实测流量×修正系数确定。考虑到调门流量测试的特点，可以认为其数据具有平滑噪声，则只需要选取一个平滑噪声滤波器，并尽量保证原始数据的不失真。因此，本文采用 算法，相对于其他类似的平均方法而言，能够在去除噪声的同时，更能保留对极大值、极小值和宽度等分布特性。
4.1顺序阀方式下阀门流量特性优化计算
顺序阀方式下阀门流量特性试验数据如表1所示,表中流量差值指流量指令与计算流量的差值从表1可看出，当流量指令在68％、70％～75％、81％～87％这3个区段时。流量指令与计算流量之间差值较大，特别是流量指令从68.0％变化到72.1％时,计算流量差值从9.3％变化到4.2％试验时各流量指令下机组负荷占额定功率的比值。与计算流量比较接近。与流量指令相差较大这充分说明当时的顺序阀控制方式下阀门流量特性曲线与实际情况严重不吻合相l临的2个阀门在开启时有一定的重叠度。通常认为，当阀后压力／主汽压为0，95～0.98时，阀门就算全开重叠度的选取关系到变负荷过程中负荷的稳定，更关系到顺序阀方式下的经济性由于每个CV阀的特性不一定相同。重叠度的选取要经过方案比较，一般以前一个阀门开至阀后压力／主汽压为0.85～0.90时后一个阀开始开启为合适试验巾发现，CV1阀后压力为10.77MPa时CV3就开始开启，仅占当时主汽压l5.4llMPa的0.70。可以通过优化减少阀门重叠度，提高机组经济性根据试验数据，经合理简化、计算及选取合适的重叠度，拟合出与实际情况较吻合的顺序阀方式下优化后的阀门流量特性函数，优化前后的顺序阀阀门流量特性曲线对比如图2所示
4.2单阀方式下阀门流量特性优化计算
单阀方式下阀门流量特性试验数据如表1所示，从表1可看出，当流量指令在60％～90％时，与计算流量差值较大，在60％左右时差值达到了26.8％，特别是流量指令从94％变化到91％时，与计算流量的差值从7.7％变化到20.5％，这将严重影响控制的稳定性而试验时各流量指令下机组负荷占额定功率的比值，与计算流量也比较接近，与流量指令相差较大这充分说明当时的单阀控制方式下阀门流量特性曲线与实际情况相差很大根据试验数据，经合理简化、计算及保留原有的预启开度，拟合出与实际情况较吻合的单阀方式下优化后的阀门流量特性函数，优化前后的单阀阀门流量特性曲线对比如图2所示。
结束语：
鉴于机组阀门流量特性对电网安全稳定运行的重要影响，对并网机组进行汽轮机阀门流量特性试验，使机组阀门流量特性函数能够真实反映实际阀门流量特性变得很有意义。
参考文献：
[1]张曦，黄卫剑，朱亚清，等，汽轮机阀门流量特性分析与优化[J】，南方电网技术，2010，4(z1)：72—75，
[2]汤涌，电力系统强迫功率振荡分析[J1，电网技术，I995，l9(12)：6—10，
论文作者:李文杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
标签：流量论文; 阀门论文; 汽轮机论文; 特性论文; 指令论文; 功率论文; 机组论文; 《电力设备》2017年第36期论文;