一种超临界机组变工况调频等值建模方法、系统及介质与流程

本发明涉及电力系统运行控制，尤其涉及一种超临界机组变工况调频等值建模方法、系统及介质。

背景技术：

1、随着新能源高比例接入和电网运行方式日益复杂，火电机组需要在深度调峰、快速变负荷和频率扰动支撑等场景下承担更加频繁的一次调频任务。超临界机组在变工况运行时，其主汽压力、主汽流量、蒸汽蓄能、受热面吸热状态和阀门裕度会随负荷水平及控制策略变化而显著改变，使得机组一次调频响应不再仅由简单的阀门开度或额定工况参数决定，而是受到锅炉侧热力过程、主蒸汽系统压力传播和汽轮机功率转换过程的共同影响。

2、现有技术中，用于电网动态仿真的火电机组模型通常采用集中参数或经验等值模型，其结构简单、计算效率较高，但模型参数多依赖典型工况整定，物理含义不够清晰，难以准确表征超临界机组在变工况下由蒸汽存量、蒸汽品质、受热面热输入和阀位裕度共同决定的调频动态特性；另一些基于热力机理的分布参数模型虽然能够较为精细地描述工质流动、传热和压力变化过程，但需要进行复杂的时空离散求解，难以直接形成适用于电网在线仿真、运行调整和安全稳定校核的输入输出映射关系。由此导致现有技术难以在变工况一次调频分析中同时兼顾热力机理准确表征和工程仿真高效应用，进而影响超临界机组调频能力评估、控制参数整定以及运行安全边界判断的准确性和适用性。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明提供了一种超临界机组变工况调频等值建模方法、系统及介质，可有效解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种超临界机组变工况调频等值建模方法，所述方法包括：

4、获取超临界机组在变工况一次调频起始时刻的运行数据，并根据所述运行数据确定所述超临界机组的初始边界条件；

5、根据所述运行数据和所述初始边界条件，基于质量守恒、能量守恒和动量守恒建立表征所述超临界机组一次调频热力动态特性的分布参数机理模型；

6、对所述分布参数机理模型进行近似等值变换，得到表征主汽压力、主汽流量和机组功率耦合动态关系的集中参数等值模型；

7、利用所述超临界机组的一次调频响应数据对所述集中参数等值模型的模型参数进行辨识，得到适用于所述变工况的调频动态模型；

8、基于所述调频动态模型求解所述超临界机组的一次调频动态响应，并根据所述一次调频动态响应确定所述超临界机组的一次调频能力。

9、进一步地，获取变工况一次调频起始时刻的运行数据并确定初始边界条件，包括：

10、获取所述超临界机组在所述变工况一次调频起始时刻的水汽状态数据、阀门状态数据、受热状态数据和负荷频率状态数据，并将所述水汽状态数据、所述阀门状态数据、所述受热状态数据和所述负荷频率状态数据作为所述运行数据；

11、根据所述运行数据确定所述超临界机组的给水侧边界、主汽侧边界、阀门侧边界、受热面侧边界和负荷频率侧边界，并将所述给水侧边界、所述主汽侧边界、所述阀门侧边界、所述受热面侧边界和所述负荷频率侧边界作为所述初始边界条件；

12、从所述超临界机组的分散控制系统、汽轮机电液控制系统、历史试验数据和实时运行数据中的至少一种数据源获取所述运行数据，并利用所述运行数据对所述初始边界条件进行更新。

13、进一步地，建立表征所述超临界机组一次调频热力动态特性的分布参数机理模型，包括：

14、根据所述运行数据和所述初始边界条件确定所述超临界机组中参与所述变工况一次调频的锅炉受热面、主蒸汽通道、高压调节阀及汽轮机主汽入口，并将所述锅炉受热面、所述主蒸汽通道、所述高压调节阀及所述汽轮机主汽入口作为建模对象；

15、基于所述建模对象中的工质密度、工质流速、工质压力、工质温度、工质焓值和受热面热输入，建立所述建模对象的质量守恒关系、能量守恒关系和动量守恒关系；

16、将所述质量守恒关系、所述能量守恒关系和所述动量守恒关系进行耦合，得到表征所述超临界机组在所述变工况一次调频过程中热力参数随时间和空间变化的所述分布参数机理模型。

17、进一步地，对所述分布参数机理模型进行近似等值变换，得到表征主汽压力、主汽流量和机组功率耦合动态关系的集中参数等值模型，包括：

18、在所述超临界机组由稳态进入所述变工况一次调频的条件下，将所述分布参数机理模型中的时间变化项置零，以得到用于求解初始热力分布的稳态化模型；

19、根据所述运行数据中的给水压力、主汽压力、入口焓值和出口焓值，对所述稳态化模型中的工质流动区域进行热力状态分段，并确定各分段的边界温度和边界焓值；

20、根据所述各分段的边界温度、所述各分段的边界焓值和所述初始边界条件中的受热面热输入，计算所述各分段的热量分配、分段长度和换热参数；

21、根据所述各分段的分段长度、工质粘性参数和流动阻力参数，计算所述各分段的压降分配；

22、根据所述各分段的压降分配更新所述各分段的边界温度、边界焓值、分段长度和换热参数，并在相邻两次计算结果满足预设收敛条件时得到所述各分段对应的初始平衡参数。

23、进一步地，热力状态分段，包括：

24、根据所述工质流动区域中的工质相态和热力状态，将所述工质流动区域划分为过冷段和超临界态段，并建立与所述过冷段和所述超临界态段对应的集中参数模块；

25、在所述工质流动区域存在汽液共存过程或等效相变过程的情况下，在所述过冷段和所述超临界态段之间设置两相段，并建立与所述两相段对应的集中参数模块；

26、根据所述过冷段、所述两相段和所述超临界态段中的至少两个分段对应的所述初始平衡参数，形成用于进行所述近似等值变换的两段式或三段式集中参数结构。

27、进一步地，建立所述集中参数等值模型，包括：

28、根据所述初始平衡参数，将所述分布参数机理模型中的模块入口质量流量与模块出口质量流量之间的差值转换为模块平均密度变化量，并根据汽水工质物性函数将所述模块平均密度变化量转换为模块压力变化量，以得到流量、密度和压力之间的质量守恒等值关系；

29、根据所述初始平衡参数，将所述分布参数机理模型中的模块净热流、模块入口焓值、模块出口焓值和模块等效质量转换为模块平均焓值或模块平均温度的变化量，以得到热流、焓值和温度之间的能量守恒等值关系；

30、根据所述初始平衡参数，将所述分布参数机理模型中的模块入口压力、模块出口压力、沿程阻力和局部阻力转换为模块质量流量或模块流速的变化量，以得到压力、阻力和流量之间的动量守恒等值关系；

31、将所述质量守恒等值关系、所述能量守恒等值关系和所述动量守恒等值关系进行耦合，构建表征所述主汽压力、所述主汽流量、主汽焓值和所述机组功率之间动态耦合关系的所述集中参数等值模型。

32、进一步地，建立适用于所述变工况的调频动态模型，包括：

33、获取所述超临界机组在所述变工况一次调频过程中的主汽压力实测数据、主汽流量实测数据、机组功率实测数据、主汽温度实测数据和阀位变化实测数据，并将所述主汽压力实测数据、所述主汽流量实测数据、所述机组功率实测数据、所述主汽温度实测数据和所述阀位变化实测数据作为所述一次调频响应数据；

34、根据所述一次调频响应数据和所述集中参数等值模型的模型输出之间的偏差，建立用于辨识所述模型参数的参数辨识目标函数；

35、基于所述参数辨识目标函数，对所述集中参数等值模型中的等效惯性常数、比例系数、压力-密度变换系数、焓值-压力耦合系数和阀位裕度相关系数中的至少一种所述模型参数进行辨识修正；

36、利用递推最小二乘、卡尔曼滤波、神经网络回归和支持向量回归中的至少一种参数辨识算法，对所述模型参数进行在线校正或离线校正，以得到适用于所述变工况的所述调频动态模型。

37、进一步地，求解超临界机组的一次调频动态响应并确定一次调频能力，包括：

38、将所述初始边界条件和经辨识修正后的所述模型参数输入所述调频动态模型，求解所述主汽压力、所述主汽流量、主汽焓值和所述机组功率随时间变化的所述一次调频动态响应；

39、根据所述一次调频动态响应，确定所述超临界机组在所述变工况下的最大可调功率、等效惯性常数和比例系数；

40、根据所述一次调频动态响应，确定所述超临界机组在所述变工况下的主汽压力下限约束、主汽温度偏差约束和阀位裕度限值；

41、根据所述最大可调功率、所述等效惯性常数、所述比例系数、所述主汽压力下限约束、所述主汽温度偏差约束和所述阀位裕度限值，得到用于电网在线运行调整、机组控制参数整定或电力系统安全稳定校核的所述一次调频能力。

42、一种超临界机组变工况调频等值建模系统，所述系统包括：

43、运行数据获取模块，获取超临界机组在变工况一次调频起始时刻的运行数据，并根据运行数据确定超临界机组的初始边界条件；

44、机理模型构建模块，根据运行数据和初始边界条件，基于质量守恒、能量守恒和动量守恒建立表征超临界机组一次调频热力动态特性的分布参数机理模型；

45、等值模型生成模块，对分布参数机理模型进行近似等值变换，得到表征主汽压力、主汽流量和机组功率耦合动态关系的集中参数等值模型；

46、模型参数辨识模块，利用超临界机组的一次调频响应数据对集中参数等值模型的模型参数进行辨识，得到适用于变工况的调频动态模型；

47、调频能力评估模块，基于调频动态模型求解超临界机组的一次调频动态响应，并根据一次调频动态响应确定超临界机组的一次调频能力。

48、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现所述的超临界机组变工况调频等值建模方法。

49、通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

50、通过获取超临界机组变工况一次调频运行数据，基于三大守恒建立分布参数机理模型，并经近似等值变换、参数辨识和动态响应求解，实现一次调频能力评估，有效解决了现有超临界机组一次调频模型难以在变工况下兼顾热力机理准确表征与电网动态仿真高效应用的问题。

51、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。