ISSN 1000-0054
CN
11-2223/N
清华大学学报 (自然科学版)
J T singhua U niv (Sci& T ech),
2006 年 第 46 卷 第 5 期
2006, V ol.46, N o.5
20/35
687-690
用于电力系统仿真的联合循环电站动态模型
栾小明, 徐向东
(清华大学 热能工程系, 北 京 100084)
收稿日期: 2005-04-04
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (50323002)
作者简介: 栾小明 (1979-), 男 ( 汉), 吉 林, 硕士 研 究生。
通讯联系人:徐向东,教授,
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摘 要: 从控制流程角度建立了一个适当简化的联合循环
电站系统模型,目的在于为电力系统的实时仿真提供一个重
要的组成模块。将该模型与电力网络结合,采用专业软件进
行模拟,以研究整个电力系统的动态特性,为提高系统的安
全性和稳定性提供理论依据。设计了一个 PID 控制器,以提
高系统的稳定性能。将该模型加入到一个虚拟的两区域电力
系统中,采用专业软件
N etom ac
进行仿真,运行结果证明该
模型可以用于实时仿真实验,并且验证了 PID 控制器有助
于提高系统的稳定性。
关键词: 联合循环电站; 燃气轮机; 余热锅炉; 仿真
中图分类号: T M 611.3 文献标识码:A
文章编号: 1000-0054(2006)05-0687-04
Dynam ic m o de ling of combine d cy cle
power plants in power system sim ulations
LUAN Xiaoming
,
XUXiangdong
(
Departm e nt of T hermal Engineering
,
Tsinghua University
,
Beijing 100084
,
China
)
Abstract
: T his pap er p resen ts a sim plified com bined-cycle pow er
plant m odule for use in a real-tim e pow er system sim ulation. T he
m odule w as com bined w ith a pow er netw ork system m odel in a
sim ulation using the com m ercia l sim ulation softw are N etom ac to
study dynam ic system characteristics and enhance system security
a n d s ta b ility . A P ID c o n tr o ll e r w a s u s e d to im p ro v e th e s y s te m
s ta b ilit y . T h e s im u la t io n o f a tw o -r e g ion pow er system is very
effective and show s that th e P ID controller is need ed to enh ance the
system sta b ility .
Key words
: com bined cycle plant; gas turbine; heat recovery steam
generator (H R SG ); sim ulation
在电力系统仿真研究中,一般的“锅炉 汽轮机”
火电厂模型往往被简化为汽轮机、调速系统、发电机
和励磁系统等几部分,由于电站模型过于简化,就会
在仿真研究时出现很多问题。而对于联合循环电站,
由于燃气轮机和汽轮机之间存在耦合,这些问题更
加突出
[1]
。过去一些联合电站的建模主要是从能量
和热力学的角度考虑,建立在能量守恒和质量守恒
定律基础上,而从电力系统仿真和稳定性能角度出
发建立模型的研究仍然不多
[2]
。
近年来,联合循环电站建设显著增多,原因是因
为其具有高效、低成本、建设快和低污染的特点。然
而,联合循环电站的动态特性显著不同于常规电站
(
煤粉炉 汽轮机电站、水电站)
[3 ]
, 因此,建立联合
循环电站的模型对于研究其动态性能及其对电力系
统的影响至关重要。本文阐述了典型多轴联合循环
电站系统建模,并用此模型进行仿真,模拟系统干扰
下联合循环电站和控制系统的动态响应性能。
1
系统分析及建模
1
.
1
模型概述
主要控制指令是转速和负荷,系统的输出为燃
气轮机和汽轮机机械功。系统包括转速/负荷控制子
系统、燃料控制子系统、燃气轮机子系统、余热锅炉
和汽轮机子系统。相关控制系统保证整个联合循环
电站在一定负荷范围内能够安全稳定运行。
1
.
2
燃气轮机模型
1
.
2
.
1
模型建立
对于单轴燃气轮机,压气机与燃气轮机位于同
一个根轴上,燃气轮机将燃烧产生的热能转化为机
械能,其中 2/3 左右用于压气机压缩气体,1/3 左右
用于带动同步发电机发电。燃气轮机的主要控制手
段为进口导向叶片(IG V )和转速调节器,分别用来
控制燃气轮机排气温度和转速。
本文从控制流程的角度建立模型。如图 1 所示,
参考转速与反馈转速相减得到转速偏差,此偏差值
输入给转速调节器,产生燃料需求信号
F
g
,
F
g
与温