联合循环燃机系统调速建模：精准控制，赋能电网稳定 CNR223-174

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了联合循环燃机系统调速建模：准确控制，支持，有效提高了作业效率与安全水平。联合循环燃机调速系统的动态特性直接影响机组对频率扰动的响应质量，也关系到电网频率稳定水平。

在上海电网，多落点直流与特高压交直流互联的新阶段到来后，频率稳定问题更加突出。低频保护策略研究、电网稳定计算和安全预警控制措施的制定，都需要以准确的调速系统模型为基础。

本项目围绕联合循环燃机系统调速建模方法展开，目的是建立能反映实际动态特性的调速系统模型，为电网频率控制体系完备提供模型支撑。

存在问题

• 模型单元不完整。原有建模方式未将调节系统、电液伺服系统和原动机统一集成，难以系统模拟燃气轮机调速系统的实际响应。
• 控制策略与实际负荷控制不匹配。缺少前馈与反馈无差PID控制策略的配合，燃料阀指令传递和执行精度不足。
• 参数辨识手段有限。燃机停机与正常运行两种状态下的辨识试验未形成配套方法，电液伺服执行机构、原动机和调节系统模型难以分别准确获取。
• 仿真与实测偏差偏大。调速系统模型仿真结果与实测结果在上升时间、过渡时间等指标上偏差明显，影响电网动态仿真可信度。
• 适用机型范围窄。已有方法多针对单一机型，难以拓展至其他类似结构的燃气轮机调速系统。

创新目标

建立集成调节系统、电液伺服系统和原动机三大模型单元的联合循环燃机调速建模方法，采用与实际负荷控制相匹配的前馈和反馈无差PID控制策略，实现燃料阀指令准确传递与执行，使仿真结果在上升时间和过渡时间等指标上贴近实测，并具备向其他类似结构燃气轮机调速系统拓展的能力。

技术方案

该方法将调节系统、电液伺服系统和原动机作为三个模型单元集成。调节系统采用前馈与反馈无差PID控制策略，与实际负荷控制相匹配；燃料阀指令经电液伺服系统精确执行后，燃料量信号传递至原动机模型单元，进而调节联合循环燃机的输出速度和功率。

参数辨识分两种状态进行。燃机停机状态下，通过预混阀开关阶跃测试辨识电液伺服执行机构模型；正常运行时，通过频率扰动试验辨识原动机和调节系统模型。辨识完成后，各模型单元按实际控制链路组合，形成完整调速系统模型。

该方法不仅适用于F级燃气轮机，也可拓展至其他类似结构的燃气轮机调速系统，具备较广的适用范围。

创新亮点

• 三单元集成建模：将调节系统、电液伺服系统和原动机统一集成，涵盖调速系统主要环节，避免模型割裂。
• 控制策略匹配实际：采用前馈和反馈无差PID控制策略，与实际负荷控制方式一致，保证燃料阀指令精准传递与执行。
• 分状态辨识：停机时用预混阀开关阶跃测试辨识电液伺服执行机构，运行时用频率扰动试验辨识原动机和调节系统，辨识条件清晰。
• 仿真偏差受控：电液伺服执行机构仿真与实测的上升时间、过渡时间允许偏差均不超过±0.1秒；调速系统模型仿真与实测的上升时间、过渡时间允许偏差分别为±0.2秒和±1.0秒。
• 机型拓展性好：方法可拓展至其他类似结构的燃气轮机调速系统，不局限于单一机型。

落地应用效果

该方法为电网低频保护策略研究提供了模型基础，对完善电网频率控制体系具有实际意义。同时，它能为电网稳定计算提供精确的数学模型，提升上海电网计算数据准确性，使电网动态仿真更贴近实际动态特性。

在分析电力系统暂态稳定、研究电网控制策略和制定电网安全预警控制措施等方面，该模型均可发挥支撑作用。

产出物：联合循环燃机调速系统模型、电液伺服执行机构模型、原动机与调节系统模型，以及配套参数辨识方法。

适用场景：电网低频保护策略研究、电网稳定计算、电力系统暂态稳定分析、电网控制策略研究、电网安全预警控制措施制定。

常见问题

Q：该方法只能用于F级燃气轮机吗？

A：不限于F级。该方法同样可拓展至其他类似结构的燃气轮机调速系统。

Q：参数辨识为什么分停机与运行两种状态？

A：停机状态下通过预混阀开关阶跃测试辨识电液伺服执行机构模型；正常运行时通过频率扰动试验辨识原动机和调节系统模型，两种状态对应不同模型单元。

Q：仿真与实测的偏差控制到什么水平？

A：电液伺服执行机构仿真与实测的上升时间和过渡时间允许偏差均不超过±0.1秒；调速系统模型仿真与实测的上升时间和过渡时间允许偏差分别为±0.2秒和±1.0秒。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。