引领电气CAD、PLM以及模拟仿真的未来

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发电厂单元机组电气仿真系统建模新方法

发表时间:2017-03-30 作者: 刘玉方  万秋兰   来源: 互联网
由于发电厂电气主要包括单元机组DCS和NCS,因此发电厂单元机组仿真的电气部分扩展为DCS+NCS(环境下的仿真。在此背景下单元机组仿真原有的单机对无穷大系统模型已不再适用。同时,传统的以固定机组为对象的仿真系统开发效率低,难以满足用户的实际需求。针对以上问题,该文探讨了DCS+NCS的仿真数学模和基于模块化建模及数据库建模的方法,提高了仿真的真实性和通用性。

    发电厂电气部分纳入分散控制系统(DCS)后,发电厂电气设计部分的仿真包括网控系统NCS与单元机组电气部分DCS两大部分。NCS仿真使得传统的单元机组电气部分仿真用单机对无穷大系统的模型,已不能满足仿真真实性的要求。NCS反映了电力系统网络的概念,它是一个动态系统,系统中的电压、频率将随发电机的出力和负荷的变化而变化。作为单元机组,它是这个网络的一个组成部分,因此机组和网络之间相互影响和相互作用。本仿真模型突破原单元机组电气部分用单机对无穷大系统的模型,用网络模型进行全面仿真NCS和单元机组的DCS,以真实反映网络和单元机组的相互影响和相互作用的关系。

    现在电力行业多采用计算机仿真技术对运行人员进行培训,并取得良好的效果。但由于各个发电厂的机组和系统都有一些差异,在开发发电厂仿真系统时,如果根据不同的实际系统进行开发,成本高,专用性强,周期长,因此需要开发一种通用的仿真软件。本文基于模块化建模的思想和数据库建模的方法,采用面向对象技术对单元机组电气仿真系统进行设计,形成面向对象的仿真平台。在建立实际系统的仿真模型时,只需根据实际系统调用模块库中相应的模块就可迅速构建其仿真模型。这种新的模型通用性和灵活性强,而且程序结构清晰,易于编程、调试,便于维护。

    1 仿真对象

    发电厂电气部分的仿真对象不仅包括DCS的电气部分,而且包括NCS。不同的单元机组有许多差异,但单元机组电气部分的仿真对象是由以下各部分组成(如图1),各个子系统相对独立又相互联系,构成整个电气系统。

   

    图1 仿真对象及关系

    2 NCS模型

    发电厂电气主系统经联络线与电力系统相连,成为电力系统的组成部分。NCS是发电厂电气仿真的重要组成部分。

    电力系统的网络拓扑是仿真系统中各种分析计算的基础。本模型采用快速广度优先搜索的方法。该方法以母线为顶点,母线间或线路两端开关为边来描述,建立反映顶点和边关系的-个单维数组,进而建立起节点—开关的分配表,以此为基础建立搜索表。在实时网络拓扑时,只需根据实时开关状态,按搜索表进行连通块搜索。

    NCS是一个动态的系统,潮流计算NCS仿真的重要部分。以往的仿真系统中,一般采用稳态潮流方法,把与发电厂相连的对端系统的节点设为平衡节点,当发电厂有功功率发生扰动时所产生的系统不平衡功率由平衡机承担,系统的频率恒定,而实际网控系统的电压和频率将随发电机的出力和负荷的变化而变化。为了提高仿真水平,本模型采用按一次调频特性作为分配因子的动态潮流方法。

    由于发电厂仿真主要关心的是本电厂的运行方式,因此可将厂外系统简化,把与发电厂相连的厂外系统处理为初始有功功率已知的一个等值发电机和一个等值负荷,电压幅值和相角由初始状态决定。系统的频率变化量由全系统的频率响应特性系数决定。其有功迭代方程式为:

   

    3 模块化建模仿真系统设计

    3.1 面向对象分类

    虽然不同的火电厂的单元机组的发电机、变压器的型号、主接线的方式等有不同,但同一类设备可用相同或相似的数学模型表示。因此,本模型用面向对象的方法,以同一类单元设备或功能作为一个基本的类建立模型。每个基本的类中包括公用数据、专用数据、对象初始化函数和设备的功能函数,功能函数根据数学模型编写。