火电机组一次调频仿真分析方法和装置

本发明涉及电力系统及热力系统分析，尤其涉及一种火电机组一次调频仿真分析方法和装置。

背景技术：

1、为了提升机组调频性能，利用回热系统的多种新型调频技术被提出并应用。但是，目前电网进行频率动态分析使用的一次调频模型无法适应多种调频技术的仿真分析，且固定参数模型难以反映火电机组调频功率响应特性随运行工况的变化。

2、火电机组一次调频模型由控制系统、执行机构、原动机和能量供给系统模型构成。控制系统是控制过程，执行机构为机械过程，建模较为简单，模型也比较准确。对于原动机和能量供给系统，大量电力系统分析软件中提供了ieee标准汽轮机和锅炉模型。但是，对于ieee标准锅炉模型，其关键参数蓄热系数的确定方法较为复杂，同时模型进行了较多简化，可能造成一定的仿真误差。对于ieee标准汽轮机模型，其仅考虑汽轮机本体做功特性，一方面影响主汽阀调节方式下模型的准确性，另一方面无法用于凝结水节流等新型调频技术的分析。

3、综上，现有的建模方法难以兼顾仿真准确性、快速性和普适性。

技术实现思路

1、本发明提供一种火电机组一次调频仿真分析方法和装置，用以解决现有技术中难以兼顾仿真准确性、快速性和普适性的缺陷，实现同时兼顾仿真准确性、快速性和普适性的火电机组的仿真。

2、本发明提供一种火电机组一次调频仿真分析方法，应用于火电机组，所述火电机组至少包括锅炉、汽轮机、控制系统和执行机构，包括：

3、根据所述火电机组的机组结构数据及分布式控制系统实测数据，在预先构建的火电机组一次调频动态模型的基础上确定当前机组运行工况下的模型参数，得到目标火电机组一次调频动态模型；

4、获取频差或转速差信号，将所述频差或转速差信号输入至所述目标火电机组一次调频动态模型，进行火电机组一次调频功率响应特性的仿真分析，得到目标仿真结果；

5、其中，所述火电机组一次调频动态模型包括锅炉动态子模型、汽轮机动态子模型、控制系统子模型和执行机构子模型，所述锅炉动态子模型和汽轮机动态子模型是根据所述锅炉的动态特性和所述汽轮机的动态耦合特性的方程构建得到的。

6、根据本发明提供的一种火电机组一次调频仿真分析方法，根据所述锅炉的动态特性和所述汽轮机的动态耦合特性的方程构建得到所述火电机组一次调频动态模型，具体包括：

7、根据所述锅炉的动态特性的方程得到所述锅炉动态子模型；其中，所述锅炉的动态特性至少包括换热特性、流动特性、减温水特性和阀门流量特性；

8、根据所述汽轮机的描述汽轮机本体和回热系统动态耦合特性的方程和描述再热器动态特性的方程得到所述汽轮机动态子模型；

9、将所述锅炉动态子模型、所述汽轮机动态子模型和预先构建的所述控制系统子模型及所述执行机构子模型联接，得到火电机组一次调频动态模型。

10、根据本发明提供的一种火电机组一次调频仿真分析方法，在所述锅炉为直流锅炉的情况下，所述根据所述锅炉的动态特性的方程得到所述锅炉动态子模型，具体包括：

11、根据所述直流锅炉的内部工质和金属的能量守恒方程和传热方程，确定所述直流锅炉的内部工质和金属的换热特性方程；

12、根据质量守恒和动量守恒，得到所述直流锅炉内汽水工质的流动特性方程；

13、根据质量守恒和能量守恒，得到所述直流锅炉的减温水特性方程；

14、根据所述直流锅炉的主汽压力、主汽流量和阀门综合开度间的关系，确定所述直流锅炉的阀门流量特性方程；

15、根据所述阀门流量特性方程、所述减温水特性方程、所述流动特性方程和所述换热特性方程得到所述锅炉动态子模型。

16、根据本发明提供的一种火电机组一次调频仿真分析方法，在所述锅炉为汽包锅炉的情况下，所述根据所述锅炉的动态特性的方程得到所述锅炉动态子模型，具体包括：

17、根据所述汽包锅炉的内部工质和金属的能量守恒方程和传热方程，确定所述汽包锅炉的内部工质和金属的换热特性方程；

18、利用质量守恒和动量守恒，得到所述汽包锅炉内汽水工质的流动特性方程；

19、根据质量守恒和能量守恒，得到所述汽包锅炉内的减温水特性方程；

20、根据所述汽包锅炉过热区的主汽压力、主汽流量和阀门综合的开度间的关系，确定所述汽包锅炉内的阀门流量特性方程；

21、根据所述阀门流量特性方程、所述减温水特性方程、所述流动特性方程和所述换热特性方程得到所述汽包锅炉过热区的动态子模型；

22、根据预先构建的所述汽包锅炉蒸发区的动态子模型、所述汽包锅炉过热区的动态子模型和预先构建的所述蒸发区和所述过热区的联接关系方程得到所述锅炉动态子模型。

23、根据本发明提供的一种火电机组一次调频仿真分析方法，所述根据所述汽轮机的描述汽轮机本体和回热系统动态耦合特性的方程和描述再热器动态特性的方程得到所述汽轮机动态子模型，具体包括：

24、采用蒸汽容积效应方程来描述所述汽轮机本体的高压缸进口蒸汽的质量流量和主蒸汽流量的关系，以及中压缸出口蒸汽的质量流量和低压缸入口蒸汽的质量流量的关系；

25、根据汽轮机各级组中蒸汽流量、焓降和输出机械功率间的关系确定所述汽轮机本体的功率输出方程；

26、根据弗留格尔公式，确定所述汽轮机本体的级组内蒸汽流量与压力的关系方程；

27、根据所述汽轮机本体的蒸汽的压力、比焓和比熵的关系确定所述汽轮机本体的级组内蒸汽比焓计算方程；

28、根据所述蒸汽容积效应方程、所述功率输出方程、所述级组内蒸汽流量与压力的关系方程和所述级组内蒸汽比焓计算方程得到所述汽轮机本体的子模型；

29、根据所述回热系统中的高、低压加热器的换热关系得到高、低压加热器动态子模型；

30、根据所述回热系统的除氧器的换热关系得到除氧器动态子模型；

31、根据所述高、低压加热器动态子模型和所述除氧器动态子模型得到回热加热器的子模型；

32、根据所述再热器的内部工质和金属的能量守恒方程和传热方程，确定所述再热器的内部工质和金属的换热特性方程；

33、利用质量守恒和动量守恒，得到所述再热器内汽水工质的流动特性方程；

34、根据所述换热特性方程和所述流动特性方程得到所述再热器的子模型；

35、根据预先构建的回热抽汽管道的流动阻力平衡方程对所述回热加热器的子模型和所述汽轮机本体的子模型进行耦合，根据耦合后的模型和所述再热器的子模型得到所述汽轮机动态子模型。

36、根据本发明提供的一种火电机组一次调频仿真分析方法，所述控制系统子模型是根据所述控制系统的控制逻辑构建得到的；所述执行机构子模型是根据所述执行机构的实际机械过程特性构建得到的。

37、本发明还提供一种火电机组一次调频仿真分析装置，应用于火电机组，所述火电机组至少包括锅炉、汽轮机、控制系统和执行机构，包括：

38、模型确定单元，用于根据所述火电机组的机组结构数据及分布式控制系统实测数据，在预先构建的火电机组一次调频动态模型的基础上确定当前机组运行工况下的模型参数，得到目标火电机组一次调频动态模型；

39、仿真分析单元，用于获取频差或转速差信号，将所述频差或转速差信号输入至所述目标火电机组一次调频动态模型，进行火电机组一次调频功率响应特性的仿真分析，得到目标仿真结果；

40、其中，所述火电机组一次调频动态模型包括锅炉动态子模型、汽轮机动态子模型、控制系统子模型和执行机构子模型，所述锅炉动态子模型和汽轮机动态子模型是根据所述锅炉的动态特性和所述汽轮机的动态耦合特性的方程构建得到的。

41、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述火电机组一次调频仿真分析方法。

42、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述火电机组一次调频仿真分析方法。

43、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述火电机组一次调频仿真分析方法。

44、本发明提供的火电机组一次调频仿真分析方法和装置，应用于火电机组，所述火电机组至少包括锅炉、汽轮机、控制系统和执行机构，通过根据所述火电机组的机组结构数据及分布式控制系统实测数据，在预先构建的火电机组一次调频动态模型的基础上确定当前机组运行工况下的模型参数，得到目标火电机组一次调频动态模型；获取频差或转速差信号，将所述频差或转速差信号输入至所述目标火电机组一次调频动态模型，进行火电机组一次调频功率响应特性的仿真分析，得到目标仿真结果；其中，所述火电机组一次调频动态模型包括锅炉动态子模型、汽轮机动态子模型、控制系统子模型和执行机构子模型，所述锅炉动态子模型和汽轮机动态子模型是根据所述锅炉的动态特性和所述汽轮机的动态耦合特性的方程构建得到的。

45、本发明考虑锅炉的动态特性和汽轮机的动态耦合特性，构建火电机组一次调频动态模型，能够适用于多种调频技术的仿真分析；基于机组结构数据及分布式控制系统实测数据在线确定模型参数，能够准确反映机组调频能力随运行工况的变化。本发明有助于电网在线掌握火电机组在不同调频技术及不同工况下真实的一次调频能力，从而解决了现有技术中难以兼顾仿真准确性、快速性和普适性的缺陷，实现同时兼顾仿真准确性、快速性和普适性的火电机组的仿真。