(高清版)DL∕T 1235-2019 同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则

同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则国家能源局发布I 1 13术语与定义 1 4 6 6 6 2 26 266Ⅱ前言本标准根据GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准是对DL/T1235—2013《同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》的修本标准与上一版比较，除编辑性修改外，主要技术性变化如下：——增加了引用标准：GB/T9652.1和GB/T11805(见2); 增加了“燃气轮机组试验宜在转速闭环方式下进行”(见4.1.8): 增加了“对于燃气-蒸汽联合循环发电机组的汽轮机组，如其调节系统正常运行时保持调 增加了“原动机及其调节系统建模结果应进行审核入库”的相关要求(见4.10): 增加了“水轮机调节系统输出模拟量的刷新频率应大于50Hz,申气功率宜采用PT、CT量测信号计算得到。”的相关要求(见5.2);——删除了水轮机控制系统中的缓冲环节模型；——增加了主配输出限幅环节的模型(见9.2.4),修改了水轮机控制系统模型(见附图A.9); 增加了汽轮机执行机构静态试验的大、小阶跃试验要求，“宜在20%调门开度以上进行”(见11.1.1);——增加了附录C,需要采集的信号，列出了典型的汽轮机组、水轮机组和燃气机组进行实测建模时需要的最基本的信号。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由全国电网运行与控制标准化技术委员会(SAC/TC446)归口。本标准起草单位：国家电网公司国家电力调度控制中心、中国电力科学研究院有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、中国南方电网电力调度控制中心、华北电力科学研究院有限责任公司、国网陕西省电力公司电力科学研究院、云南电力试验研究院(集团)有限公司、国网福建省电力有限公司电力科学研究院、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、华电电力科学研究院有限公司、润电能源科学技术有限公司、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院、国网上海市电力公司电力科学研究院、国网宁夏电力有限公司电力科学研究院、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、国网山西省电力公司电力科学研究院、国网河南省电力公司电力科学研究院、大唐水电科学技术研究院有限公司。本标准主要起草人：张剑云、陶向宇、王官宏、王超、陈刚、张建新、于钊、黄兴、于大海、艾东平、李志强、马世俊、何凤军、李文锋、肖洋、黄葆华、仇晓智、李华、张建、万天虎、赵一琰、武诚、苏寅生、何常胜、董弘魁、徐振华、杨靖萍、黄道姗、顾正皓、熊鸿韬、马党国、唐耀华、梁正玉、李阳海、杜洋、卓谷颖、刘磊、濮钧、夏潮、韩志勇、魏巍、杨超、马晓光、周成、李莹、王茂清、徐柯、丁振宇、郭强、郭辉、张新华、訾鹏、蔡东阳。本标准2013年首次发布，2018年第一次修订。本标准发布实施后代替DL/T1235—2013。本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二条一号，100761)。1同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则本标准规定了电力系统稳定分析计算用同步发电机组的原动机及其调节系统模型、参数实本标准适用于汽轮发电机组、水轮发电机组以及燃气发电机组的原动机、能量供给系统及调节系统参数实测与建模，并对涉及参数实测与建模的相关部门提出了要求。其他类型的发电2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。3术语与定义接受原动机调节系统的指令，控制阀门、导叶(桨叶)等的电气一液压系统或者机械一液原动机及其能量供给系统primemoverandenergysupplysystem为发电机提供机械转矩的汽轮机及其锅炉、水轮机及其引水系统、压气机和燃气轮机等装2阶跃试验steptest被控量的给定值阶跃变化的试验。阶跃试验中，被控量的最大值与最终稳态值的差值与阶跃量之比的百分数，如图1所示阶跃试验中，从阶跃信号加入开始到被控量变化至10%阶跃量所需时间，如图1所示。阶跃试验中，从阶跃量加入开始到被控量变化至90%阶跃量所需时间，如图1所示。从起始时间开始，到被控量与最终稳态值之差的绝对值始终不超过5%阶跃量的最短时间，如图1所示。振荡次数Nnumberofoscillation被控量在调节时间内振荡的次数(图1)。频域测量法frequency-domainmeasuring在输入端加入不同频率正弦信号或噪声信号，测量输出端对于输入端的频率响应特性，采用幅频与相频特性直接对比或者曲线拟合技术来辨识模型及其参数的方法。时域测量法time-domainmeasuring在输入端加入扰动信号，一般为阶跃信号，测量输出的时域响应特性，通过分析环节结构与参数，并将仿真的时域响应特性曲线与实测结果进行比较从而辨识模型及其参数的方法。3水轮机反调峰值功率Pphydrotur在水轮机阶跃试验中，初始功率与反调功率最大值之差，如图2所示。在水轮机频率阶跃试验中，从阶跃量加入起到反调功率达到最大值所需时间，如图2所示。汽轮机高压缸最大出力增量Ppmaximumpowerinorementofsteamturbinehigh在汽轮机阶跃试验中，功率快速变化过程达到的最大值减去初始功率的数值，如图3所示。在汽轮机阶跃试验中，从阶跃量加入起到功率达到高压缸最大出力增量所需时间，如图3开度方式guide-valvecontrolmode4P054.1.3不计建模对象中的离散性，将其离散控制系统考虑为连续控制系统。4.1.4应在静态试验中进行调节系统、执行机构的实测建模。4.1.5应在负载试验中进行原动机的实测建模，试验工况应包括80%额定负荷及以上的典型工4.1.6汽轮机组原动机的模型参数实测宜在阀控方式下进行。4.1.7水轮机组原动机的模型参数应在开度模式下，直接进行执行机构指令阶跃。4.1.8燃气轮机组的试验宜在转速闭环方式下进行。4.1.9对于燃气-蒸汽联合循环发电机组的汽轮机组，如其调节系统正常运行时保持调门全开，则无需进行建模试验。4.1.10应分别验证调节系统、执行机构、原动机等各部分模型参数辨识结果，仿真结果与实测结果的误差应满足本标准第11章的要求。4.1.11可根据实际情况采用频域测量法或时域测量法。4.1.12有条件的情况下可以实际电网频率扰动曲线为输入，通过机组的一次调频响应特性来验证模型参数的准确性。4.1.13建模时应充分计及测量设备、测量方法带来的误差，并进行必要的修正。4.2原动机及其调节系统各部件应满足国标和行标的要求；静态试验应在完成调节系统验收后进行(分别满足GB/T9652.1、GB/T11805、GB/T14100、DL/T496、DL/T824要求);负载试验应在一次调频试验合格后进行。4.3原动机及其调节系统的模型的各种系数采用标么值表示，时间常数单位为秒。4.4已建模的原动机及其调节系统各部件的改造、大修、软件升级、参数修改等，应重新测试。4.5测试设备满足计量要求，实测波形应能满足后期分析处理要求。4.6原动机及其调节系统的实测模型参数应经过电力系统专用计算程序(如PSD—BPA、PSASP等程序)校验，仿真结果与实测结果的误差应满足本标准第11章的要求。4.7当在电力系统专用计算程序中无法选择出满足要求的模型时(参见附录A),应要求计算程序提供商增加新的模型，或利用程序的用户自定义功能建立新的模型。4.8建模报告应提供电力系统稳定计算用原动机及其调节系统模型的选用结果及其模型参数，并提供仿真曲线与实测曲线的对比结果，给出误差指标，误差标准应满足本标准第11章的要求。4.9原动机及其调节系统实测试验完成时间超过五年应进行复核试验，试验项目为本标准第11章所规定的负载试验。并将实测结果与仿真结果进行对比，当仿真误差满足要求，则不需要重新建模；如不满足要求，则应重新开展建模工作，直至仿真误差满足本标准第11章要求。4.10原动机及其调节系统建模结果应经过审核及入库校核。4.10.1审核内容包括：试验项目、试验数据、辨识过程、仿真结果。4.10.2入库校核包括：无扰动仿真校核和频率扰动仿真校核。4.10.3无扰动仿真校核方法：在电网的实际数据中将被测机组调速模型更换为实测模型参数，进行无扰动仿真，机组计算功角曲线波动最大值不超过±0.6°。4.10.4频率扰动仿真校核方法：在无扰动仿真校核的基础数据上，对建模报告中的频率扰动试验进行仿真，机组功率的仿真结果与实测结果误差应满足本标准第11章的相关要求。4.10.5完成审核工作和入库校核之后，原动机及其调节系统建模结果具备进入电网仿真计算参数库的条件。5对原动机及其调节系统供货商的要求6应提供调节系统及各附加环节的数学模型参数和技术数据，应标明程序5.2调节系统应具备能供第三方进行模型参数测试所需要的接口，能输入模拟量信号进行测试，汽轮机调节系统输出模拟量的刷新频率应大于10Hz;水轮机调节系统输出模拟量的刷新频率应大于50Hz,电气功率宜采用PT、CT量测信号计算得到。6发电企业应提供的资料和数据6.1受测试方应提供原动机及其调节系统的制造厂、型号、调节系统控制方式及其控制逻辑、6.2火电厂的热力计算书、水轮机组的调保计算书、调节系统调试、验收或优化试验报告、甩6.3执行机构的控制参数(参见附录B)。6.4汽轮机/水轮机/燃气轮机的参数(参见附录B)。6.6火电厂协调控制(CCS)主逻辑、水电厂监控功率闭环控制的逻辑。7模型参数测量与辨识的基本方法7.1根据现场设备的传递函数框图，可以确定各部分的模型，在此基础上测辨其参数。根据模型的具体情况，分级测试各环节的输入/输出特性，根据测量结果和预定的模型拟合得到未知的7.2频域测量法7.2.1对于一阶环节，可以利用频率响应特性的测量结果直接计算参数。7.2.2对于非一阶环节，由于其模型结构和7.2.3测量的频率范围应根据研究对象的特点来选择。7.3时域测量法7.3.1对于一阶环节，可以利用时域响应特性的测量结果直接计算参数。7.3.2对于非一阶环节，可以采用时域参数8调节系统模型8.1汽轮机调节系统模型8.1.1火电厂的调节系统包括控制汽轮机的调速器和协调控制系统(CCS)。8.1.2测量环节调节系统的转速、功率、压力等测量环节用如图4所示的一阶惯性环节描述。图中Tr为测量环节时间常数。输入信号为被测量(转速、功率、压力),输出信号为测量结果。78.1.3PID环节图5PID环节8.1.5死区环节8图9纯延迟环节8.1.8逻辑控制控制系统包括不同控制方式或不同的控制参数切换时(如功率偏差大时切除功率闭环),8.2水轮机调节系统8.2.1水轮机调节系统包括控制水轮机的调速器和监控系统(包括机组LCU、上位机等设备)。8.2.2测量环节图10测量环节8.2.3并联PID环节十微分Nks图11并联PID环节图12死区环节8.2.5限幅环节限幅环节用图13的模型描述，其中MAX为上限值，MIN为下限值。98.2.6永态转差系数图14永态转差系数8.2.7调差率功率变化量与频率变化量的倒数，用ep表示。输入信号为功率偏差的标幺值，输出信号为图15调差率8.2.8纯延迟环节在控制系统的纯延迟环节可以用如图16的模型描述。图中T为纯延迟的时间。图16纯延迟环节8.2.9逻辑控制8.3燃气轮机调节系统模型8.3.2测量环节图17测量环节图18PID环节8.3.4死区环节8.3.5限幅环节限幅环节用图20的模型描述，其中MAX为上限值，MIN为下限值。图20限幅环节8.3.6转速不等率环节转速不等率环节在稳定计算中用如图21所示的模型描述，图中δ为转速不等率。输入信号图21转速不等率环节8.3.7纯延迟环节在控制系统中的纯延迟环节用图22的模型描述，图中T为纯延迟的时间。图22纯延迟环节9执行机构模型9.1汽轮机执行机构模型9.1.1开度反馈环节图23开度反馈环节Kp十十K,十SINT十sKp图24PID环节9.1.3油动机环节oo图25油动机环节9.1.4纯延迟环节图26纯延迟环节9.1.5执行机构动作速度限幅环节OPENOPEN图27执行机构动作速度限幅环节图29电/液、电/机转换环节比例sKp微分INTMAXK₁S主配输出限幅环节可用图31模型描述。OO9.3.2燃料压力控制阀环节图36燃料压力控制阀环节9.3.3燃料流量控制阀环节1图37燃料流量控制阀环节9.3.4纯延迟环节在执行机构中的纯延迟环节用如图38的模型描述，其中T为纯延迟时间。图38纯延迟环节10原动机模型10.1汽轮机模型10.1.1高压缸前汽室容积环节高压缸前汽室容积环节可以用如图39所示的一阶惯性环节来描述。图中TcH为高压缸前汽室容积时间常数。输入信号为高压缸调节阀开度，输出信号为调节级压力。图39高压缸前汽室容积环节10.1.2高压缸做功环节图40高压缸做功环节10.1.3高压缸功率自然过调系数环节汽轮机高压缸在动态过程中出力比例将大于稳态时比例，采用高压缸功率自然过调系数描述此现象，如图41中的系数λ,位于高压缸和中压缸之间。输入信号为调节级压力与高压缸排气压力标幺值之差，输出信号为高压缸功率过调增量。十十十Fp十图41包含高压缸功率过调系数的汽轮机图42再热器容积环节图43中压缸做功环节10.1.6低压连通管容积环节低压连通管可以用如图44的一阶惯性环节来表示，图中Tc。为低压连通管汽室容积时间常图44低压连通管容积环节10.1.7低压缸做功环节图45低压缸做功环节锅炉模型总体结构如图46所示。对于直流锅炉，仍可以用该模型仿真其动态响应。CVCV十Po√K十QPm图46锅炉模型10.2.2燃料滞后环节在燃烧调整指令发出后，由于磨煤机等设备的响应特性，形成了一个燃料调整滞后于燃烧指令的物理过程，计算中采用如图47所示的环节描述。T为燃烧响应时间常数，TrueL为燃烧滞后时间常数。输入信号为燃料指令，输出信号为燃料燃烧功率。1+sTε-图47燃料滞后环节10.2.3水冷壁环节图48水冷壁环节10.2.4汽包容积环节图49汽包容积环节10.2.5过热器容积环节图50过热器容积环节过热器及主汽管道流量系数K用如图51的比例环节描述。图51过热器及主汽管道流量系数10.4燃气轮机模型10.4.1燃料系统容积环节图53燃料系统容积环节10.4.2压气机环节图54压气机环节11.1.1静态试验b)调节死区测试e)执行机构指令大阶跃试验，阶跃量一般应大于30%,宜在20%调门开度以上进行；f)执行机构指令小阶跃试验，阶跃量一般为5%,宜在20%调门开度以上进行。根据测试结果确定其参数，在电力系统专用计算软件中进行仿真，执行机构仿真结果与实测结果对比的误差应满足表1要求。为了仿真校核的方便，推荐采用阶跃响应的方法进行试验。表1汽轮机执行机构仿真与实测的偏差允许值品质参数偏差允许值(=实测值-仿真值)tt原动机的实测建模试验应在阀控方式下进行。试验前机组压力、功率应保持稳定，进行汽轮机阀控方式的总阀位指令的上、下阶跃试验，引起不小于3%的额定功率变化。根据试验结果辨识得到的参数需要在电力系统专用的计算程序中校核，应对比执行机构的仿真结果与实测结果，确保其误差满足表1的要求。仿真机组电功率与实测电功率的误差应满足表2的要求。表2汽轮机阀控试验仿真与实测的偏差允许值品质参数偏差允许值(=实测值-仿真值)±10%的功率实测变化量高压缸峰值功率时间Tpt机组对频率扰动的闭环响应特性试验项目一般有：a)协调方式下的频率扰动试验，扰动量不小于0.15Hz;b)调速器功率闭环方式下频率扰动试验，扰动量不小于0.15Hz;c)有条件的情况下，可以电网实际发生过的历史扰动的频率变化曲线为输入，进行一次d)转动惯量测试。第一项与第二项试验的仿真结果与实测结果的误差应满足表3的要求。表3汽轮机闭环频率扰动试验仿真与实测的偏差允许值品质参数偏差允许值(=实测值-仿真值)高压缸最大功率出力功率Pp±30%的功率实测变化量高压缸峰值功率时间Tpt11.2.1静态试验b)调速器调节模式检查和切换试验，试验中应核实调节工况、调节模式及调节参数的转e)并网运行工况下开度、功率闭环PID等主要控制参数的校验。g)执行机构指令大阶跃试验，阶跃量一般应大于20%;h)执行机构指令小阶跃试验，阶跃量一般为5%;根据测试结果确定其参数，在电力系统专用计算软件中进行仿真，执行机构仿真与实测结果的误差应满足表4要求。为了仿真校核的方便，推荐采用阶跃响应的方法进行试验。表4水轮机执行机构试验仿真与实测的偏差允许值品质参数偏差允许值(=实测值-仿真值)t11.2.2负载试验负载试验的目的是进行原动机的实测建模，以及实测机组对频率扰动的闭环响应特性。试a)执行机构指令阶跃试验，扰动量一般不小于5%;b)开度或功率闭环模式下频率扰动试验，扰动量的最大值不小于0.2Hz;根据试验结果辨识得到的参数需要在电力系统专用的计算程序中校核，应对比执行机构仿真结果与实测结果，确保其误差满足表4的要求。仿真机组电功率与实测电功率的误差标准应满足表5的要求。为了仿真校核的方便，推荐采用阶跃响应的方法进行试验。表5水轮机负载试验仿真与实测的偏差允许值品质参数偏差允许值(=实测值-仿真值)±10%的功率实测变化量调节时间t11.3燃气轮机的试验11.3.1静态试验b)调节死区测试；d)切除闭环控制逻辑检查、验证。e)执行机构指令小阶跃试验，阶跃量一般为10%。根据测试结果确定其参数，在电力系统专用计算软件中进行仿真，执行机构仿真结果与实测结果对比的误差应满足表6要求。为了仿真校核的方便，推荐采用阶跃响应的方法进行试验。表6燃气轮机执行机构试验仿真与实测的偏差允许值品质参数偏差允许值(=实测值-仿真值)t11.3.2负载试验负载试验的目的是进行原动机的实测建模，以及实测机组对频率扰动的闭环响应特性。试a)功率开环方式下的频率扰动试验，扰动量不小于0.15Hz;b)功率闭环方式下的频率扰动试验，扰动量不小于0.15Hz;d)转动惯量测试。根据试验结果辨识得到的参数需要在电力系统专用的计算程序中校核，应对比执行机构的仿真结果与实测结果，确保其误差满足表6的要求。仿真机组电功率与实测电功率的误差标准应满足表7的要求。为了仿真校核的方便，推荐采用阶跃响应的方法进行试验。表7燃气轮机负载试验仿真与实测的偏差允许值品质参数偏差允许值(=实测值-仿真值)tt11.4试验设备要求c)位移传感器精度0.2级；d)压力变送器精度0.5级；e)录波器的采样频率不小于1kHz;f)其他测量设备的精度不低于0.5级。12原动机及其调节系统建模报告的主要内容12.1概况发电厂名、原动机、发电机号、发电机制造厂、调速器类型、调速器制造厂和型号、试验12.2建模参照标准和基本方法12.3原动机及其调节系统制造厂提供的模型和参数12.4调节系统的设定调节系统的控制模式，各控制模式的使用工况以及相应的调节模式之间的转换条件，各种12.5试验内容及参数辨识12.5.1汽轮机组试验内容c)原动机的试验及参数辨识；d)整体闭环控制的试验；e)转动惯量测试及参数辨识。12.5.2水轮机组试验内容a)调节系统的试验及参数辨识；b)执行机构的试验及参数辨识；c)水轮机的试验及参数辨识；d)整体闭环控制的试验；e)转动惯量测试及参数辨识。12.5.3燃气轮机组试验内容a)调节系统的试验及参数辨识；b)执行机构的试验及参数辨识；c)燃气轮机的试验及参数辨识；d)整体闭环控制的试验；e)转动惯量测试及参数辨识。12.6电力系统稳定计算用的原动机及其调节系统模型和参数原动机及其调节系统模型、参数，并指明各基准值。如果提供的原动机及其调节系统模型结构与实测模型不一致，应同时提供实测模型参数。12.7电力系统稳定计算用的原动机及其调节系统模型和参数的校核对于并网试验进行仿真时，要求如下：a)如采用单机无穷大系统，则要注意系统等效外电抗，应采用负载下实测的等效外电抗；b)如采用实际电网数据，则应调整到试验时的方式；c)发电机、励磁系统采用实测参数，无实测参数时采用设计模型参