電力系統機爐控制模型動態仿真探究

齊磊

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摘 要 文章主要對電力系統機爐協調控制模型工作效益進行研究。本文綜合系統資料分析了電力系統機爐仿真模型的構建框架并在上述基礎上對電力系統機爐仿真模型功能板進行探究。文章以孤立電網頻率動態仿真為主，結合控制仿真模型對電力系統機爐控制模型效益進行分析，對仿真結果進行驗證。本文對電力系統機爐控制模型的完善具有一定的貢獻性作用。

【關鍵詞】機爐 控制模型 全過程 動態仿真

1 電力系統機爐仿真模型的構建

1.1 模型構建原則

電力系統機爐控制全仿真動態模型構建時需要對電力系統機電暫、動態進行全面分析，要嚴格依照系統電力仿真控制原則形成對應控制體系，其具體原則包括：

（1）動態過程：機爐工作中對負荷變化存在不同的響應，這種響應可以造成機爐工作延遲和滯后，常規仿真中無法對該延遲和滯后進行表現。因此，在進行電力系統機爐仿真模型構建時人員要對該內容進行考慮，要通過調配環節和汽機控制中心等對其暫態過程進行適當調節，把握好相應速度；

（2）常規設置：機爐仿真模型構建時常從正常運行狀態出發，由該狀態確定對應仿真模型結構。這種依照正常狀態設置仿真模型可以明顯提升系統設置的有效性、科學性和規范性，設置效益較為顯著。與此同時，該設置時還要對常規性能進行把握，例如CCS控制時組態方式就需要從具體設備性能出發，與實際性能一致。

（3）接口設置：電力系統機爐控制全過程動態仿真設計時要對鍋爐及汽輪機接口進行全面把握，要依照系統工作狀態及模型慣性等對系統特征進行分析，由該系統性質設定對應接口，保證接口內容與工作需求一致。

1.2 模型構建內容

本次電力系統機爐控制模型動態仿真模型系統量主要包括：

（1）發電機電磁功率PE、AGC控制功率PAGC、機組設定功率PREF、發電機轉速參考值ωREF、發電機轉速參考值ω、主蒸汽壓力PT、汽輪機調節級壓力P1、汽機主控的輸出信號TD、汽機主控的輸出信號BD。

（2）調差率R、機組負載指令ULD、主蒸汽壓力設定值PT0。

（3）汽機主控的輸入信號STC、鍋爐主控的輸入信號SBC。

該模型構建時對系統信號、功率進行了全面考慮，從比例、積分和微分三個環節對系統功能進行了全面仿真構建。尤其是在機組功率協調控制中，人員以CCS進行功率設定，通過純轉速體系實現控制執行，PID被旁路，一次調頻功能得到全面提升。

2 電力系統機爐仿真模型分析

2.1 仿真模型功能分析

（1）單元控制：該部分通過CCS和汽輪機調速器一次調頻功能實現系統調頻控制，形成機爐需求指令。系統中輸入包括功率信號、轉速信號等，輸出為ULD信號。

（2）機爐主控：汽輪機主要以TD信號實現，通過該信號對機爐運行狀態進行調整，形成對應機組功率指標，實現系統功率輸出，而鍋爐主要以BD信號實現。兩者主控原理一致，基本控制效益與系統控制效益相同，都與CCS組態具有密切的關系。但上述兩種主控前者BF狀態下主要偏重于單元主控和功率偏差主控，TF狀態下主要偏重于汽壓主控，而后者恰恰相反。

（3）前饋控制：系統為了與實際工作狀態一致常需要設置對應前饋環節，由該環節對狀態運行進行調整，提升仿真中大慣性時間常數與機爐的一致性。電力系統機爐控制模型動態仿真模型中的前饋控制主要采用機組負荷需求指令前饋，由該指令控制系統開關、燃料信號，從而提升CCS的控制效益和范圍。

（4）能量控制：系統在進行能量控制的過程中主要通過能量平衡原理實現，由該原理構建了對應的直接能量控制體系。該控制結構以機爐能量需求為核心，將機爐能量供求關系作為主體，形成了對應的一體化能量協調機制，其控制信號為能量平衡指標。

（5）功率控制：系統在功率控制過程中主要以機組能量為標準，由該能量構建對應功率信號，如PT0、P1、PT等。系統由比例、微分系統中的前饋結構確定功率指標，依照該部分內容對功率進行疊加，最終形成燃燒指令。

（6）協調控制：系統在進行協調控制時主要通過以上幾方面控制內容實現，由上述內容形成平衡體系，依照平衡結構變化狀況發出協調指標。該控制過程中要先依照系統實際運行狀態確定機爐組態方式，形成對應組態體系。

2.2 仿真模型效果分析

本次系統仿真過程中主要使用陜西電網數據，通過該電網對孤立網頻率問題進行全面分析。電力系統機爐控制全過程仿真模型中依照本區域電網數據形成了對應機電暫態及中長期和常規機電暫態仿真兩部分。

本次仿真故障環境為：電網送斷面4回330kW輸電線斷開，電網30.0s時韓城機組運行狀態發生轉變，機組停止，陜西、甘肅、青海、寧夏電網解列。依照上述故障環境進行仿真分析，系統解列功率缺額大約為200MW，其具體出力變化狀況見圖1。

在上述仿真過程中系統32s前機組仿真狀態基本沒有發生轉變，系統仿真狀態持續穩定，而在該時間點后系統出現明顯仿真狀態轉變：32.45s系統開始低周減載，負荷量逐漸減少，頻率在一段時間后變化為49.4Hz左右，出力狀況逐漸趨于穩定，系統功率特性與頻率特性仿真效果非常顯著。

3 總結

隨著電力系統發展的不斷深入，我國電網電機建設已經得到了本質發展，電力系統機爐控制效益已經得到了顯著提升。我國電網電機中多為火電機組，該機組對電網頻率較為敏感，在控制體系構建過程中需要把握好電網頻率狀況。只有真正適應電網調頻需求，構建電網動態仿真，我國電力系統才能夠得到長足進步和發展。如何通過全過程動態仿真確定電力系統機爐控制效益已經成為電力工作的重中之重。

參考文獻

[1]宋新立，王成山，仲悟之，湯涌，卓峻峰，吳國旸，蘇志達.電力系統全過程動態仿真中的自動發電控制模型[J].電網技術，2013，12：3439-3444.

[2]劉濤，葉小暉，吳國旸，蘇志達，仲悟之，宋新立，黃永寧. 適用于電力系統中長期動態仿真的風電機組有功控制模型[J]. 電網技術，2014，05：1210-1215.

[3]吳國旸，宋新立，湯涌，仲悟之，劉濤，葉小暉.電力系統動態仿真中的安全穩定控制系統建模[J].電力系統自動化，2012，03：71-75.

[4]吳中芳.基于DSP的鍋爐控制系統的研究[D].太原科技大學，2013.

作者單位

集寧師范學院 內蒙古自治區烏蘭察布市012000endprint

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摘 要 文章主要對電力系統機爐協調控制模型工作效益進行研究。本文綜合系統資料分析了電力系統機爐仿真模型的構建框架并在上述基礎上對電力系統機爐仿真模型功能板進行探究。文章以孤立電網頻率動態仿真為主，結合控制仿真模型對電力系統機爐控制模型效益進行分析，對仿真結果進行驗證。本文對電力系統機爐控制模型的完善具有一定的貢獻性作用。

【關鍵詞】機爐 控制模型 全過程 動態仿真

1 電力系統機爐仿真模型的構建

1.1 模型構建原則

電力系統機爐控制全仿真動態模型構建時需要對電力系統機電暫、動態進行全面分析，要嚴格依照系統電力仿真控制原則形成對應控制體系，其具體原則包括：

（1）動態過程：機爐工作中對負荷變化存在不同的響應，這種響應可以造成機爐工作延遲和滯后，常規仿真中無法對該延遲和滯后進行表現。因此，在進行電力系統機爐仿真模型構建時人員要對該內容進行考慮，要通過調配環節和汽機控制中心等對其暫態過程進行適當調節，把握好相應速度；

（2）常規設置：機爐仿真模型構建時常從正常運行狀態出發，由該狀態確定對應仿真模型結構。這種依照正常狀態設置仿真模型可以明顯提升系統設置的有效性、科學性和規范性，設置效益較為顯著。與此同時，該設置時還要對常規性能進行把握，例如CCS控制時組態方式就需要從具體設備性能出發，與實際性能一致。

（3）接口設置：電力系統機爐控制全過程動態仿真設計時要對鍋爐及汽輪機接口進行全面把握，要依照系統工作狀態及模型慣性等對系統特征進行分析，由該系統性質設定對應接口，保證接口內容與工作需求一致。

1.2 模型構建內容

本次電力系統機爐控制模型動態仿真模型系統量主要包括：

（1）發電機電磁功率PE、AGC控制功率PAGC、機組設定功率PREF、發電機轉速參考值ωREF、發電機轉速參考值ω、主蒸汽壓力PT、汽輪機調節級壓力P1、汽機主控的輸出信號TD、汽機主控的輸出信號BD。

（2）調差率R、機組負載指令ULD、主蒸汽壓力設定值PT0。

（3）汽機主控的輸入信號STC、鍋爐主控的輸入信號SBC。

該模型構建時對系統信號、功率進行了全面考慮，從比例、積分和微分三個環節對系統功能進行了全面仿真構建。尤其是在機組功率協調控制中，人員以CCS進行功率設定，通過純轉速體系實現控制執行，PID被旁路，一次調頻功能得到全面提升。

2 電力系統機爐仿真模型分析

2.1 仿真模型功能分析

（1）單元控制：該部分通過CCS和汽輪機調速器一次調頻功能實現系統調頻控制，形成機爐需求指令。系統中輸入包括功率信號、轉速信號等，輸出為ULD信號。

（2）機爐主控：汽輪機主要以TD信號實現，通過該信號對機爐運行狀態進行調整，形成對應機組功率指標，實現系統功率輸出，而鍋爐主要以BD信號實現。兩者主控原理一致，基本控制效益與系統控制效益相同，都與CCS組態具有密切的關系。但上述兩種主控前者BF狀態下主要偏重于單元主控和功率偏差主控，TF狀態下主要偏重于汽壓主控，而后者恰恰相反。

（3）前饋控制：系統為了與實際工作狀態一致常需要設置對應前饋環節，由該環節對狀態運行進行調整，提升仿真中大慣性時間常數與機爐的一致性。電力系統機爐控制模型動態仿真模型中的前饋控制主要采用機組負荷需求指令前饋，由該指令控制系統開關、燃料信號，從而提升CCS的控制效益和范圍。

（4）能量控制：系統在進行能量控制的過程中主要通過能量平衡原理實現，由該原理構建了對應的直接能量控制體系。該控制結構以機爐能量需求為核心，將機爐能量供求關系作為主體，形成了對應的一體化能量協調機制，其控制信號為能量平衡指標。

（5）功率控制：系統在功率控制過程中主要以機組能量為標準，由該能量構建對應功率信號，如PT0、P1、PT等。系統由比例、微分系統中的前饋結構確定功率指標，依照該部分內容對功率進行疊加，最終形成燃燒指令。

（6）協調控制：系統在進行協調控制時主要通過以上幾方面控制內容實現，由上述內容形成平衡體系，依照平衡結構變化狀況發出協調指標。該控制過程中要先依照系統實際運行狀態確定機爐組態方式，形成對應組態體系。

2.2 仿真模型效果分析

本次系統仿真過程中主要使用陜西電網數據，通過該電網對孤立網頻率問題進行全面分析。電力系統機爐控制全過程仿真模型中依照本區域電網數據形成了對應機電暫態及中長期和常規機電暫態仿真兩部分。

本次仿真故障環境為：電網送斷面4回330kW輸電線斷開，電網30.0s時韓城機組運行狀態發生轉變，機組停止，陜西、甘肅、青海、寧夏電網解列。依照上述故障環境進行仿真分析，系統解列功率缺額大約為200MW，其具體出力變化狀況見圖1。

在上述仿真過程中系統32s前機組仿真狀態基本沒有發生轉變，系統仿真狀態持續穩定，而在該時間點后系統出現明顯仿真狀態轉變：32.45s系統開始低周減載，負荷量逐漸減少，頻率在一段時間后變化為49.4Hz左右，出力狀況逐漸趨于穩定，系統功率特性與頻率特性仿真效果非常顯著。

3 總結

隨著電力系統發展的不斷深入，我國電網電機建設已經得到了本質發展，電力系統機爐控制效益已經得到了顯著提升。我國電網電機中多為火電機組，該機組對電網頻率較為敏感，在控制體系構建過程中需要把握好電網頻率狀況。只有真正適應電網調頻需求，構建電網動態仿真，我國電力系統才能夠得到長足進步和發展。如何通過全過程動態仿真確定電力系統機爐控制效益已經成為電力工作的重中之重。

參考文獻

[1]宋新立，王成山，仲悟之，湯涌，卓峻峰，吳國旸，蘇志達.電力系統全過程動態仿真中的自動發電控制模型[J].電網技術，2013，12：3439-3444.

[2]劉濤，葉小暉，吳國旸，蘇志達，仲悟之，宋新立，黃永寧. 適用于電力系統中長期動態仿真的風電機組有功控制模型[J]. 電網技術，2014，05：1210-1215.

[3]吳國旸，宋新立，湯涌，仲悟之，劉濤，葉小暉.電力系統動態仿真中的安全穩定控制系統建模[J].電力系統自動化，2012，03：71-75.

[4]吳中芳.基于DSP的鍋爐控制系統的研究[D].太原科技大學，2013.

作者單位

集寧師范學院 內蒙古自治區烏蘭察布市012000endprint

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摘 要 文章主要對電力系統機爐協調控制模型工作效益進行研究。本文綜合系統資料分析了電力系統機爐仿真模型的構建框架并在上述基礎上對電力系統機爐仿真模型功能板進行探究。文章以孤立電網頻率動態仿真為主，結合控制仿真模型對電力系統機爐控制模型效益進行分析，對仿真結果進行驗證。本文對電力系統機爐控制模型的完善具有一定的貢獻性作用。

【關鍵詞】機爐 控制模型 全過程 動態仿真

1 電力系統機爐仿真模型的構建

1.1 模型構建原則

電力系統機爐控制全仿真動態模型構建時需要對電力系統機電暫、動態進行全面分析，要嚴格依照系統電力仿真控制原則形成對應控制體系，其具體原則包括：

（1）動態過程：機爐工作中對負荷變化存在不同的響應，這種響應可以造成機爐工作延遲和滯后，常規仿真中無法對該延遲和滯后進行表現。因此，在進行電力系統機爐仿真模型構建時人員要對該內容進行考慮，要通過調配環節和汽機控制中心等對其暫態過程進行適當調節，把握好相應速度；

（2）常規設置：機爐仿真模型構建時常從正常運行狀態出發，由該狀態確定對應仿真模型結構。這種依照正常狀態設置仿真模型可以明顯提升系統設置的有效性、科學性和規范性，設置效益較為顯著。與此同時，該設置時還要對常規性能進行把握，例如CCS控制時組態方式就需要從具體設備性能出發，與實際性能一致。

（3）接口設置：電力系統機爐控制全過程動態仿真設計時要對鍋爐及汽輪機接口進行全面把握，要依照系統工作狀態及模型慣性等對系統特征進行分析，由該系統性質設定對應接口，保證接口內容與工作需求一致。

1.2 模型構建內容

本次電力系統機爐控制模型動態仿真模型系統量主要包括：

（1）發電機電磁功率PE、AGC控制功率PAGC、機組設定功率PREF、發電機轉速參考值ωREF、發電機轉速參考值ω、主蒸汽壓力PT、汽輪機調節級壓力P1、汽機主控的輸出信號TD、汽機主控的輸出信號BD。

（2）調差率R、機組負載指令ULD、主蒸汽壓力設定值PT0。

（3）汽機主控的輸入信號STC、鍋爐主控的輸入信號SBC。

該模型構建時對系統信號、功率進行了全面考慮，從比例、積分和微分三個環節對系統功能進行了全面仿真構建。尤其是在機組功率協調控制中，人員以CCS進行功率設定，通過純轉速體系實現控制執行，PID被旁路，一次調頻功能得到全面提升。

2 電力系統機爐仿真模型分析

2.1 仿真模型功能分析

（1）單元控制：該部分通過CCS和汽輪機調速器一次調頻功能實現系統調頻控制，形成機爐需求指令。系統中輸入包括功率信號、轉速信號等，輸出為ULD信號。

（2）機爐主控：汽輪機主要以TD信號實現，通過該信號對機爐運行狀態進行調整，形成對應機組功率指標，實現系統功率輸出，而鍋爐主要以BD信號實現。兩者主控原理一致，基本控制效益與系統控制效益相同，都與CCS組態具有密切的關系。但上述兩種主控前者BF狀態下主要偏重于單元主控和功率偏差主控，TF狀態下主要偏重于汽壓主控，而后者恰恰相反。

（3）前饋控制：系統為了與實際工作狀態一致常需要設置對應前饋環節，由該環節對狀態運行進行調整，提升仿真中大慣性時間常數與機爐的一致性。電力系統機爐控制模型動態仿真模型中的前饋控制主要采用機組負荷需求指令前饋，由該指令控制系統開關、燃料信號，從而提升CCS的控制效益和范圍。

（4）能量控制：系統在進行能量控制的過程中主要通過能量平衡原理實現，由該原理構建了對應的直接能量控制體系。該控制結構以機爐能量需求為核心，將機爐能量供求關系作為主體，形成了對應的一體化能量協調機制，其控制信號為能量平衡指標。

（5）功率控制：系統在功率控制過程中主要以機組能量為標準，由該能量構建對應功率信號，如PT0、P1、PT等。系統由比例、微分系統中的前饋結構確定功率指標，依照該部分內容對功率進行疊加，最終形成燃燒指令。

（6）協調控制：系統在進行協調控制時主要通過以上幾方面控制內容實現，由上述內容形成平衡體系，依照平衡結構變化狀況發出協調指標。該控制過程中要先依照系統實際運行狀態確定機爐組態方式，形成對應組態體系。

2.2 仿真模型效果分析

本次系統仿真過程中主要使用陜西電網數據，通過該電網對孤立網頻率問題進行全面分析。電力系統機爐控制全過程仿真模型中依照本區域電網數據形成了對應機電暫態及中長期和常規機電暫態仿真兩部分。

本次仿真故障環境為：電網送斷面4回330kW輸電線斷開，電網30.0s時韓城機組運行狀態發生轉變，機組停止，陜西、甘肅、青海、寧夏電網解列。依照上述故障環境進行仿真分析，系統解列功率缺額大約為200MW，其具體出力變化狀況見圖1。

在上述仿真過程中系統32s前機組仿真狀態基本沒有發生轉變，系統仿真狀態持續穩定，而在該時間點后系統出現明顯仿真狀態轉變：32.45s系統開始低周減載，負荷量逐漸減少，頻率在一段時間后變化為49.4Hz左右，出力狀況逐漸趨于穩定，系統功率特性與頻率特性仿真效果非常顯著。

3 總結

隨著電力系統發展的不斷深入，我國電網電機建設已經得到了本質發展，電力系統機爐控制效益已經得到了顯著提升。我國電網電機中多為火電機組，該機組對電網頻率較為敏感，在控制體系構建過程中需要把握好電網頻率狀況。只有真正適應電網調頻需求，構建電網動態仿真，我國電力系統才能夠得到長足進步和發展。如何通過全過程動態仿真確定電力系統機爐控制效益已經成為電力工作的重中之重。

參考文獻

[1]宋新立，王成山，仲悟之，湯涌，卓峻峰，吳國旸，蘇志達.電力系統全過程動態仿真中的自動發電控制模型[J].電網技術，2013，12：3439-3444.

[2]劉濤，葉小暉，吳國旸，蘇志達，仲悟之，宋新立，黃永寧. 適用于電力系統中長期動態仿真的風電機組有功控制模型[J]. 電網技術，2014，05：1210-1215.

[3]吳國旸，宋新立，湯涌，仲悟之，劉濤，葉小暉.電力系統動態仿真中的安全穩定控制系統建模[J].電力系統自動化，2012，03：71-75.

[4]吳中芳.基于DSP的鍋爐控制系統的研究[D].太原科技大學，2013.

作者單位

集寧師范學院 內蒙古自治區烏蘭察布市012000endprint