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基于测功法甩负荷试验的汽轮二手发电机机组主要动态特性参数的辨识


测功法甩负荷试验是在机组不解列的情况下人为触发汽轮机超速保护系统,使得汽轮机进汽阀门突然关闭,测得此后的二手发电机有功功率变化过程,据此换算在等价条件下“假想”的常规甩负荷的最高飞升转速,而机组实际上并不会超速,因此具有安全、简便、经济的优点近几年我国在改善测功法甩负荷试验精度方面进行了不少卓有成效的研究工作>4,最近己经提出换算整个转速飞升过程的高精度算法这些研究成果为测功法甩负荷试验方法的推广应用奠定了基础机组甩负荷试验工况变化较为剧烈,足以激发系统的主要动态响应为此,本文结合汽轮二手发电机机组系统模型的己有研究成果,提出利用测功法甩负荷试验可以提供的关键测量数据,辨识汽轮发电机组的主要动态特性参数辨识得到的汽轮发电机组动态特性参数可用于转速飞升过程等动态特性分析,对提高测功法甩负荷试验的技术水平和经济效益具有实际意义1利用测功法甩负荷试验辨识汽轮发电机组的主要动态特性参数1.1测功法甩负荷试验模型参数分析测功法甩负荷试验在机组并网状态下进行,描述这一过程的数学模型包括汽轮机转子汽缸容积以及发电机等部分,均有较为成熟的模型可供引甩给出了一个汽轮发电机组测功法甩负荷试验的数学模型,其中考虑了发电机功角特性这一非线性环节。
PC*指令如高压缸Ph中低压缸电机模型晡节级压力、汽功率、电功率、转速;如为标么网频;6为发电机功角(带量纲);乃h,分别为高、中压油动机时间常数;分别为高压to和中低压缸的容积时间常数,叫分别为高压te和中低压缸的功率系数;ra为转子时间常数;为阻尼转矩系数。
基于测功法甩负荷试验的汽轮二手发电机机组主要动态特性参数的辨识
测功法甩负荷试验的数学模型可见,汽轮发电机组属于一种“灰箱”系统,它的一些动态特性参数可以采用参数估计方法求取,具体分析如下在一定的加速功率(汽功率和电功率之差)下,转子时间常数Ta是影响转速飞升过程的决定因素测功法甩负荷试验方法的一个基本条件是必须己知转子时间常数TaTa可以根据设计计算得到,也可以通过同台或同型机组的首次常规甩负荷试验测出因此本文研究中认为Ta己知。
时间常数T*和「表征了高、中压油动机对OPC指令的响应快慢,关系到OPC指令发出后还有多少蒸汽进入汽轮机做功,对机组甩负荷后的转2001i27;修回2001r0al*leeepublish速飞升过程有着直接的影响高h中压油动机的输入bookmark3 33.研制与开发。于达仁等基于测功法甩负荷试验的汽轮发电机组主要动态特性参数的辨识(OPC指令)和输出(高中压汽门开度)都是可测的参量,据此可辨识出时间常数Tsh和Tm,而且该辨识过程可以独立进行,相对比较容易,因此不作为本文的研究重点。
高中低压汽缸容积时间常数7,「汽缸容积是一个蓄能环节,在常规甩负荷时即使汽门能够立刻完全关闭,汽缸容积储存的蒸汽仍会继续做功,使机组产生超速随着机组容量的大,转子时间常数有减小的趋势,另外,油动机关闭速度也在提高,所以汽缸容积时间常数对转速飞升过程影响的比重在相对力口。
由于汽轮机结构的复杂性,通过设计计算求取汽缸容积时间常数比较困难,也不够精确目前一般将各汽缸等效为一个集中容积,通过常规甩负荷试验确定其容积时间常数在所示的模型中将汽轮机等效为高压缸和中低压缸2个集中容积,能够更为精确地描述汽轮机的动态特性汽缸容积时间常数和7是待辨识的2个重要参数,它们对分析汽轮机及调节系统的动态特性有实际意义阻尼转矩系数Cd及发电机初始功角W汽轮发电机组测功法甩负荷试验时,汽门关闭过程中的进汽以及汽缸容积蓄汽产生的轴功率对电网做功,对应的电磁转矩主要由与功角W司相的同步转矩和与转速差(k -k)同相的阻尼转矩(异步转矩)2部分组成阻尼转矩的强弱对发电机的动态行为,特别是低频振荡、异步运行和再同期等过程有明显影响讨论了Cd的计算公式,但形式比较复杂,涉及的影响因素很多。考虑到测功法甩负荷试验可以充分激励发电机的动态响应,如果利用试验测量数据辨识出Cd,将具有实际意义另外,由于同步转矩是功角W的非线性函数,因此分析发电机的动态行为时有必要知道W的大小,将它也作为一个待辨识的参数1.2待辨识参数可分离性讨论系统辨识一般为输入、输出关系的特性辨识,在参数辨识过程中,可能出现辨识参数不惟一或者参数不可分离的现象,而只有待辨识参数是可分离性的,辨识结果才有实际意义。以下从物理概念上对待辨识参数的可分离性进行讨论首先,试验所测的输入、输出数据是系统辨识的基础,测功法甩负荷试验提供的关键试验数据有:高、中压汽门开度二h,M;调节级压力pe;由功率变送器测量的发电机有功功率Pe.发电机有功功率P*的测量值与真实值Pe之间有一个动态环节,即:其中,Tm为功率变送器的惯性时间常数,可以通过一个附加的离线试验辨识出来,在此将其作为己知参数由可见,对于高压缸容积这一惯性环节,其输入二h和输出Ph均为试验测量数据,因此可以惟一地估计出容积时间常数T,h.输入高中压汽门开度二h,二Mt的激励下,其信息己经体现在系统输出发电机有功功率测量值>e中,如所示。
a电功率测量值Pe初始阶段的延迟和下降变化过程与汽门关闭过程中的进汽量汽缸容积蓄汽量以及测功惯性有关,二手发电机涉及到的动态特性参数有Tsh,TsMl,Toh,ToMl 4个参数可以分离估计出来,因此参数ra可分离Pe后一阶段衰减振荡的幅值变化过程集中反映了Cd的信息初始功角W与测功法甩负荷后一阶段P*衰减振荡的周期有密切关系综上所述,利用测功法甩负荷试验辨识汽轮发电机组的主要动态特性参数是切实可行的1.3基于遗传算法辨识主要动态特性参数汽轮发电机组是一个非线性系统,传统的系统辨识技术如最小二乘估计、卡尔曼滤波等行之有效的方法,多数适用于线性系统,而对非线性系统,仍只能采取线性化一类的近似方法,容易产生多解及收敛问题遗传算法作为一种自适应全局优化概率搜索算法,具有良好的全局收敛性,它所确定的参数具有全局最优的特点,并具有较好的鲁棒性其辨识求解过程如下:a确定待辨识参数及其约束条件:在汽轮发电机组模型中,待辨识参数T,根据先验知识可得约束条件XmiS Xmax确定目标函数:J(X)=,其中Z= T,为测功法甩负荷试验实测数据,W为权矩阵,N为采样点数确定表示可行解的染色体编码方法:采用二进制编码方法,该方法优点为能包含最大的模式数,从而使得遗传算法在确定规模的群体中能够处理最多的模式,且编码、解码操作简单易行,交叉、变异等遗传操作易于实现确定由目标函数到个体适应度的转换规则:个体适应度F(X)=-J(X)应度之间大小关系进行选择,每次选取几个个体之中适应度最高的一个个体遗传到下一代群体中。在选择操作中,个体适应度间只有比较运算,无算术运算所以相对于一般的选择算子,更容易避免“早期收敛”现象确定交叉算子:采用单点交叉(one-pointcrossover)方法,是一种比较常用的交叉算子,即在个体编码串中只随机设置1个交叉点,然后在该点相互交换2个配对个体的部分染色体。它的特点是个体适应性较高的个体更容易保持影响确定变异算子:采用基本位变异(simplemutation)方法,即在个体编码串中以一定的变异概率随机指定某一位或某几位基因座上的基因值进行变异运算确定遗传算法的有关运行参数:群体大小M终止进化代数T交叉概率pc及变异概率卜。
2汽轮二手发电机机组动态特性参数辨识算例本文基于汽轮发电机组测功法甩负荷试验仿真数据做了大量的辨识算例,表1给出了部分辨识结果表1汽轮发电机组动态特性参数辨识结果辨识结果例1真实值估计值例2真实值估计值例3真实值估计值例4真实值估计值由先验知识可得:Xmin= t,Xmax=T,另外选取遗传算法运行参数:M=大量辨识算例表明,基于测功法甩负荷试验的测量数据、利用遗传算法辨识汽轮发电机组主要动态特性参数可行,且算法精度高,对噪声不敏感3结论a对汽轮发电机动态特性参数进行了讨论,并由大量算例得出参数辨识可分离的结论。
用辨识的方法求取汽轮发电机动态特性参数,并将遗传算法应用于参数辨识,效果良好。
基于测功法甩负荷试验辨识汽轮发电机组的主要动态特性参数,充分利用了测功法甩负荷试验的宝贵资源,对分析汽轮发电机组的动态特性具有实际意义。
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