调节系统参数实测中功率控制PID参数的修正

调节系统参数实测中功率控制PID参数的修正

                                   黄子恒

              广州粤能电力科技开发有限公司  510080

摘　要： 发电机原动机及其调节系统参数测试的目的是建立和规范电力系统并网机组参与电网一次调频的数学模型，为电力系统的中长期稳定性仿真分析提供真实可靠的数据，其数学模型和参数的准确程度非常的关键。本文根据某电厂400MW级燃气蒸汽联合循环机组的调节系统参数实测数据及建模，介绍了一种功率反馈控制PID参数的修正方法。

关键词：参数实测；PID；修正

一、设备概况

某电厂400MW级燃气蒸汽联合循环机组燃气轮机的型号为M701F4重型，压气机为17级轴流式，压缩比18，采用环管形DLN型燃烧室，共20个燃烧室，4级透平。汽轮机的型号为LZC161-14.7【0.47】/2.7/566/566【283】，三压、再热、双缸、轴向排汽、抽凝汽式汽轮机组。

二、机组调节系统参数实测结果及PID修正。

机组通过静态试验、负荷扰动试验测取相关数据，进行辨识和建模。静态试验有调节控制系统PID控制环节参数校核试验、伺服卡PID参数测试、转速测量环节参数测试、功率测量环节参数测试、燃料阀动作速度测试、控制系统频差调节系数和迟缓率测试、转速反馈通道动态特性测试【1】。负荷扰动试验主要在燃机227.4MW负荷进行了±4转、±6转、±8转、±9转、±11转的一次调频扰动试验。机组调节系统参数实测主要试验参数结果如下图1所示：

图1 机组调节系统参数实测BPA参数卡

其中调节系统的控制模型GJ卡各参数含义如下表1所示：

表1.调节系统的控制模型GJ卡

注1：表中数据均为标幺值。

在BPA中建立单机无穷大模型，选用GJ、GJ+、GA、GA+和TA卡进行稳定计算。进行-0.15Hz（-9转）一次调频仿真并与动态扰动试验实测数据相对比。根据TCS方式下+0.15Hz仿真结果与实测结果进行比较分析如图2所示，仿真结果与实测结果的功率上升时间Tup、调节时间Ts对比如表2所示。表2中允许偏差依据同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》DL/T1235-2019【2】11.3.2部分所述。

表2. -0.15Hz仿真结果与实测结果的功率上升时间Tup、调节时间Ts对比表

图2 仿真曲线和实测曲线对比图

从图2及表2可以清楚看到仿真结果与实测结果的功率上升时间Tup差值4.698s、调节时间Ts偏差值6.916s均较大，不符合规范要求。改数学模型参数不能很精准反应机组一次调频动作时的功率变化。

通过机组逻辑检查和分析可知导致仿真参数与实际参数偏差大的原因是由于机组实际功率控制PID前后存在大量修正，其计算和输出均在控制逻辑中完成，最终的输出作用在调门开度指令上，中间存在各类修正及阀门流量特性等。因此，为了保证仿真输出的准确性，根据闭环下的扰动试验数据及辨识数据，在BPA仿真软件中建立机组数学仿真模型，仿真得到该机组的功率输出，在与现场测试的60%负荷一次调频数据比较的同时，对功率控制 PID 参数进行修正，最终使得仿真功率与测试数据基本一致，最终得到修正后电厂仿真的功率 PID（GJ卡中的PID） 参数见表3。

三、　功率控制PID参数修正后的仿真校验

对于BPA 程序用户，应选用GJ、GJ+、GA、GA+和TA卡进行稳定计算。根据修正结果，仿真用各卡参数如下图3所示。

图3 修正后机组调节系统参数实测BPA参数卡

（1）-0.15Hz仿真校验

在BPA中建立单机无穷大模型，选用GJ、GJ+、GA、GA+和TA卡进行稳定计算。进行-0.15Hz（-9转）一次调频仿真并与动态扰动试验实测数据相对比。根据TCS方式下-0.15Hz仿真结果与实测结果进行比较分析如图4所示，仿真结果与实测结果的功率上升时间Tup、调节时间Ts对比如表4所示。表4中允许偏差依据同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》DL/T1235-2019中11.3.2部分所述。

表4. -0.15Hz仿真结果与实测结果的功率上升时间Tup、调节时间Ts对比表

图4 -0.15Hz仿真曲线和实测曲线对比图

（2）+0.15Hz仿真校验

在BPA中建立单机无穷大模型，选用GJ、GJ+、GA、GA+和TA卡进行稳定计算。进行+0.15Hz（+9转）一次调频仿真并与动态扰动试验实测数据相对比。根据TCS方式下+0.15Hz仿真结果与实测结果进行比较分析如图5所示，仿真结果与实测结果的功率上升时间Tup、调节时间Ts对比如表5所示。表5中允许偏差依据同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》DL/T1235-2019中11.3.2部分所述。

表5. +0.15Hz仿真结果与实测结果的功率上升时间Tup、调节时间Ts对比表

图5 +0.15Hz仿真曲线和实测曲线对比图

    从图4、图5中看出，±0.15Hz频率扰动工况，仿真曲线与实测曲线高度一致，从表4、表5可以看出，仿真模型的品质参数符合规程《同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》DL/T1235-2019的要求。功率控制PID修正后的仿真模型校核合格。

结束语

通过上文可以得知，由于机组实际功率控制PID前后存在大量修正，直接使用该设定的PID参数所建立的数学模型并不能准确的反映机组一次调频动作时的机组功率变化情况。因此需要对数学模型中的功率控制PID参数进行修正。通过本文所述方法修正功率控制PID参数后，模型仿真结果能很好的反应机组功率实际动作情况，能为电力系统的中长期稳定性仿真分析提供更加精确可靠的数据。

参考文献

[1]中国电力科学研究院：《PSD-BPA暂态稳定程序用户手册（4.23版）》

[2]《同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》DL/T1235-2019