雙機(jī)系統(tǒng)中380mw同步發(fā)電機(jī)原動系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　雙機(jī)系統(tǒng)中380MW同步發(fā)電機(jī)原動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘 要： 本文以實物原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行分析、計算為基礎(chǔ)，設(shè)計仿真了雙機(jī)系統(tǒng)的380WM發(fā)電機(jī)原動系統(tǒng)，當(dāng)故障發(fā)生時調(diào)速系統(tǒng)能使發(fā)電機(jī)迅速的進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到設(shè)計要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 調(diào)速系統(tǒng)； 仿真； 原動機(jī) </p><p>　　中圖分類號： TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識

2、碼： A 文章編號： 1009-8631（2012）（11-12）-0040-01 </p><p>　　1 原動機(jī)的原理和作用 </p><p>　　電力系統(tǒng)中向發(fā)電機(jī)提供機(jī)械功率和機(jī)械能的機(jī)械裝置，如汽輪機(jī)、水輪機(jī)等統(tǒng)稱為原動機(jī)。為了控制原動機(jī)向發(fā)電機(jī)輸出的機(jī)械功率，并保持電網(wǎng)的正常運(yùn)行頻率，以及在各并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間合理分配負(fù)荷，每一臺原動機(jī)都配置了調(diào)速器。調(diào)速系統(tǒng)一般通過控制汽輪

3、機(jī)的汽門開度來實現(xiàn)功率和頻率調(diào)節(jié)。通過改變調(diào)速器的參數(shù)及給定值（一般是給定速度或給定功率）可以得到所要求的發(fā)電機(jī)功率?頻率調(diào)節(jié)特性。 </p><p>　　原動機(jī)及其調(diào)速器在電力系統(tǒng)中的作用及其與其他元件的關(guān)系簡單示于圖1。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速ωref和給定速度ωref作比較，其偏差ε進(jìn)入調(diào)速器，以控制汽輪機(jī)汽門開度μ，從而改變原動機(jī)輸出的機(jī)械功率Pm，亦即發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率，從而可調(diào)節(jié)速度和（或）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電功率

4、Pe。 </p><p>　　2 原動機(jī)數(shù)學(xué)模型的總體分析 </p><p>　　汽輪機(jī)的原理以及數(shù)學(xué)模型 </p><p>　　調(diào)速器根據(jù)轉(zhuǎn)速變化控制進(jìn)入原動機(jī)的動力元素。原動機(jī)分汽輪機(jī)與水輪機(jī)。對于汽輪機(jī)，由于調(diào)節(jié)汽門和第一級噴嘴之間有一定的空間的存在，當(dāng)汽門開啟或關(guān)閉時，進(jìn)入汽門的蒸汽量雖有改變，但這個空間的壓力卻不能立即改變，這就形成了機(jī)械功率滯后于汽門開度

5、變化的現(xiàn)象，稱為汽容影響（也稱為蒸汽容積效應(yīng)）。蒸汽容積效應(yīng)可簡述如下：當(dāng)改變汽門開度時，由于汽門和噴嘴間存在一定容積的蒸汽，此蒸汽的壓力不會立即發(fā)生變化，因而輸入汽輪機(jī)的功率也不會立即發(fā)生變化，而有一個時滯，在數(shù)學(xué)上用一個一階慣性環(huán)節(jié)來表示， 即 </p><p><b>　　Pm=■ （1） </b></p><p>　　式中，μ為為汽門開度，Pm為汽輪機(jī)機(jī)械功率

6、，均為以發(fā)電機(jī)額定工況下的相應(yīng)值為基值的標(biāo)幺值；T為反映蒸汽容積效應(yīng)的時間常數(shù)；P為對時間的微分算子。 </p><p>　　汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型就是指汽輪機(jī)汽門開度與輸出機(jī)械功率間的傳遞函數(shù)關(guān)系。 </p><p>　　在計及蒸汽容積效應(yīng)時，汽輪機(jī)常采用以下二種動態(tài)模型即： </p><p>　?。?）只計及高壓蒸汽容積效應(yīng)的一階模型，設(shè)汽輪機(jī)蒸汽為額定參數(shù)，則汽輪機(jī)傳

7、遞函數(shù)為 </p><p><b>　　■=■ （2） </b></p><p>　　式中，Pm為汽輪機(jī)輸出機(jī)械功率（標(biāo)幺值）；μ為汽門開度（標(biāo)幺值）；TCH為高壓蒸汽容積時間常數(shù)，一般為0.1～0.4s。 </p><p>　?。?）計及高壓蒸汽和中間再熱蒸汽容積效應(yīng)的二階模型， 其傳遞函數(shù)為 </p><p>　　■

8、=■α+■ （3） </p><p>　　式中，α為高壓缸穩(wěn)態(tài)輸出功率占汽輪機(jī)總輸出功率的百分比，一般為0.3左右；TRH為中間再熱蒸汽容積效應(yīng)時間常數(shù)，一般為4～11s；Pm為汽輪機(jī)輸出機(jī)械功率（標(biāo)幺值）；μ為汽門開度（標(biāo)幺值）；TCH為高壓蒸汽容積時間常數(shù)，一般為0.1～0.4s。 </p><p>　　綜合以上系統(tǒng)進(jìn)行總體分析得到以下關(guān)系式。 </p><p>

9、;　　對于離心飛擺中A點位移η若以其最大位移為基值，則相應(yīng)標(biāo)幺值和速度偏差（ωref-ω）之間有近似的線性關(guān)系 </p><p>　　η=Kδ（ωref-ω） （4） </p><p>　　式中，Kδ為離心飛擺測速部件的放大倍數(shù)；ωref為參考速度。配壓閥的標(biāo)幺行程σ是飛擺A點位移η和總反饋量ζ的差，即有 </p><p>　　σ=η-ζ （5） </p>

10、;<p>　　而配壓閥的活塞位移σ造成接力器活塞位移μ的變化，相當(dāng)于水門開度的變化，二者之間的關(guān)系可用積分環(huán)節(jié)描寫，即 </p><p><b>　　μ=■σ （6） </b></p><p>　　式中，Ts為接力器時間常數(shù)。調(diào)速器的總反饋量ζ只有硬反饋量ζ2組成。 </p><p><b>　　ζ=ζ2 （7） <

11、;/b></p><p>　　硬反饋和接力器位移μ成比例，即 </p><p>　　ζ2=Kiμ （8） </p><p>　　式中，Ki為硬反饋放大倍數(shù)。 </p><p>　　3 PID調(diào)節(jié)器的改進(jìn) </p><p>　　由于汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)組基本上都有再熱系統(tǒng)，其產(chǎn)生的再熱蒸汽的容積效應(yīng)引起的影響如果不才有P

12、ID調(diào)節(jié)器很難進(jìn)行消除且采用PID調(diào)節(jié)器有利于保證必要的靜特性。PID調(diào)節(jié)是在PI調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加上微分控制作用D就構(gòu)成PID調(diào)節(jié)規(guī)律。PID調(diào)節(jié)規(guī)律又可分為串聯(lián)PID和并聯(lián)PID兩種典型結(jié)構(gòu)。串聯(lián)PID調(diào)速器就是在PI調(diào)速器的調(diào)節(jié)輸入通道上加上一個超前校正裝置，并聯(lián)PID型水輪機(jī)調(diào)速器由實現(xiàn)P、I、D調(diào)節(jié)規(guī)律的單元并聯(lián)形成，其最大特點是比例、微分、積分放大系數(shù)相互獨(dú)立，因而參數(shù)容易整定，相互無干擾。 </p><p&

13、gt;　　由于bp有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，并且值比較小，因此分析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性時，傳統(tǒng)上是令其等于零進(jìn)行分析的，這樣就無法考慮取自何處更好，實際上永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp反饋取自不同的地方對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)有較大的影響，根據(jù)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp反饋點的引出位置及反饋輸出位置不同構(gòu)成如圖，改進(jìn)型并聯(lián)型PID調(diào)節(jié)器。 </p><p>　　4 汽輪機(jī)原動系統(tǒng)的仿真 </p><p>　　此仿真系統(tǒng)包括38

14、0WM原動機(jī)、電壓采集模塊、負(fù)載、變壓器、無窮大系統(tǒng)、故障系統(tǒng)、調(diào)速模塊、原動機(jī)數(shù)據(jù)采集分析模塊。 </p><p>　　在不加入調(diào)速模塊的情況時，將原動機(jī)的pm輸入端接入常量1，Vf值是將電壓表示數(shù)調(diào)節(jié)為-1到1時所提供的值為1.67。在故障模塊設(shè)置在10秒是設(shè)置故障且持續(xù)0.2秒，通過與常量的對比從波形看出接有調(diào)速系統(tǒng)和不接的不同波形變化，從而能看出調(diào)速系統(tǒng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中可以起到的作用。 </p>

15、;<p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　經(jīng)仿真運(yùn)行結(jié)果證明，本設(shè)計可以將模擬控制同步發(fā)電機(jī)原動系統(tǒng)仿真模型，通過調(diào)速器模型的設(shè)置，實現(xiàn)了對同步發(fā)電機(jī)故障時能快速的使系統(tǒng)能快速的進(jìn)入正常狀態(tài)的仿真過程。提供了可靠的模擬示數(shù)，以供以后的學(xué)習(xí)和實際工廠仿真運(yùn)行。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b><

16、/p><p>　　[1]王離九.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1990.10（16）：234-238. </p><p>　　[2]楊德先.原動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)研究[J].中國機(jī)械工程，1998，09（2）：12-14. </p><p>　　[3]黃俊，王兆國.電力電子變流技術(shù)（3）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.4（25）：12