考虑燃烧室压力动态的燃气轮机调速系统建模EI北大核心CSCD

现有电力系统仿真计算的燃气轮机调速系统模型未考虑燃烧室空气压力的变化,一次调频仿真与实际相比,存在误差。分析了一次调频过程中燃气轮机的工作特性,发现燃气轮机为保持燃烧稳定,其旁路阀会实时调整燃烧室内空燃比,从而引起燃烧室压力动态变化。建立了一种能体现燃烧室压力动态变化对燃气轮机输出功率影响的燃气轮机调速系统新模型。提出了采用燃料喷嘴开度模拟燃烧室空气压力变化,体现出燃烧室保证最佳空燃比的动态过程。仿真结果与试验数据对比表明,考虑燃烧室压力动态的燃气轮机新模型能够真实地模拟燃气轮机实际的一次调频过程,有效降低模型不准确所引起的仿真计算误差。     

应用于电力系统仿真计算的燃气轮机调速系统模型

在对燃气轮机调速系统模型进行理论研究和对国内主流燃气轮机调速系统实际特性进行试验研究的基础上,开展了现有电力系统仿真软件的适用性分析.分析结果发现,现有仿真模型不能代表目前国内主流燃气轮机的调频特性.进一步开展了燃气轮机调速系统建模研究,建立了适用于国内主流燃气轮机调速系统的仿真模型,仿真计算结果与试验结果对比表明该模型能够模拟燃气轮机的实际调频作用.随着国内大批燃气轮机的投入运行,采用该模型进行电力系统仿真计算将能够模拟电力系统的真实系统动态特征,对解决目前国内电力系统安全所面临的问题具有重要意义.     

燃气轮机燃烧室预混燃烧稳定性数值研究

为充分理解燃气轮机燃烧不稳定特性,以某型燃气轮机旋流燃烧室为模型,对其预混燃烧过程进行了数值研究。结果表明:燃料/空气当量比会影响燃烧不稳定形成过程及其压力振荡特性,燃料/空气当量比越大,触发燃烧不稳定的时间越短,燃烧室内压力脉动主频越高,压力脉动主频振幅越大;距燃烧室喷嘴越近,燃烧室压力脉动振幅越大;涡旋脉动导致的火焰面面积变化极可能是引起燃烧室压力高频脉动的主要原因。     

进气压力对燃气轮机预混燃烧稳定性影响

燃气轮机预混燃烧条件下易出现燃烧不稳定,而已知燃烧室进气压力为影响燃烧稳定性的关键因素之一。为了研究燃烧室进气压力对燃气轮机预混燃烧稳定性的影响规律,以某重型燃气轮机分管型燃烧室为研究对象,保持燃烧室燃空当量比、进口温度、流量等参数不变,仅改变燃烧室进气压力,采用数值分析方法对燃气轮机燃烧室内流场进行计算,监测燃烧室不同位置的压力,并对压力数据进行统计学分析和频谱分析。结果表明:不同进气压力条件下,燃烧过程中均存在多个特征频率;随着燃烧室压力增加,燃烧室压力脉动变强烈,主频幅值逐渐增加;相同进气压力条件下,燃烧室监测点的压力振动比火焰筒中部振动强烈;轴向振动振型是燃烧振荡的主要振型。该研究结果可为燃气轮机燃烧室的设计改型及机组安全稳定运行提供理论依据,并为进一步的试验研究奠定基础。     

一次调频参数对超超临界二次再热机组性能的影响

二次再热机组流程复杂,惯性较大,其一次调频特性对电厂的运行稳定性、灵活性影响较大。以GSE仿真平台为基础,采用JTopmeret模块和自定义程序相结合的形式,建立了超超临界二次再热汽轮机的仿真模型与一次调频模型,并对此模型进行了精度校验。在此基础上,研究了二次再热机组参与一次调频过程中的热力参数响应特性,分析了负荷阶跃幅度、调速不等率对二次再热机组一次调频特性的影响。结果表明：当机组的负载功率增加时,二次再热机组一次调频控制系统开始动作,在动态调节过程中,实时频率小于50Hz,在达到稳态后,一、二次再热蒸汽的流量、压力变化相对值大于主蒸汽流量、压力变化相对值。在二次再热机组一次调频过程中,频率的动态超调量随负荷阶跃幅度的增大而增大,随调速不等率减小而增大。频率的调节时间随着负荷阶跃幅度的增大或调速不等率的下降而延长。与一次再热机组相比,二次再热机组一次调频控制系统动作较快,但调节过程中最大超调量较大。     

燃用低热值合成气的燃气轮机透平排气温度分散度优化研究

建立了一个关于燃用低热值合成气的燃气轮机的工程热力学模型,利用燃气轮机实际运行数据对该模型进行了校验。利用经过验证的热力学模型分析了该燃气轮机透平出口排气温度不同测点之间分散度较大的原因在于燃气轮机压气机出口至左、右侧燃烧室的压缩空气流量不平衡。根据压气机出口至左、右侧燃烧室顶部环形空间差压以及透平出口排气温度周向差异,给出了一种快速计算分别进入燃气轮机左、右侧燃烧室合成气流量的方法,据此调节合成气流量可以减少透平出口排气温度分散度。计算结果表明,利用该方法调节分别进入左、右侧燃烧室的合成气流量后,燃气轮机左、右侧燃烧室排气经过透平后温度的相对偏差由实际运行的平均3.55%(相当于平均29.7℃)可以减少到平均0.14%(相当于平均1.2℃)。CFD模拟表明,该合成气流量调节方案基本不影响燃气轮机燃烧稳定性,同时会略降低NOx排放。     

燃气轮机燃烧室预混燃烧器天然气燃料/空气掺混均匀性研究

采用数值模拟与实验研究相结合的方法开展了应用于燃气轮机燃烧室的预混燃烧器中燃料/空气掺混均匀性问题研究。在CHEMKIN软件中建立化学反应网络模型,通过零维模拟研究了燃/空预混不均匀度对NO_x排放的影响规律。针对某预混燃烧器,从影响燃料/空气掺混均匀性角度,采用三维数值模拟手段对预混段长度和燃料孔径结构开展了参数化研究,评估了预混段长度对流场和组分场的综合影响,着重关注燃/空动量比对燃料射流深度的影响,进而分析其对燃料/空气掺混性能的影响。最后,选取2种典型预混燃烧器结构,实验测量了预混火焰在不同当量比工况下的OH分布和NO_x排放。结果表明,相同当量比工况下,2种预混燃烧器火焰结构相似,尺寸变化不大,但燃/空掺混性能更优的火焰OH峰值信号强度低,脉动小;燃/空预混不均匀度直接影响NO_x排放,尤其在高当量比工况下影响更加显著。研究结果将对预混燃烧器优化设计提供参考。     

液化空气储能系统参与电网调频的动态特性研究

为深入研究液化空气储能系统参与电网调频的动态特性,基于液化空气储能系统的数学模型,建立了12.5 MW液化空气储能机组膨胀系统的仿真模型,并结合无穷大电网模型,模拟了储能系统在空载冲转、并网以及电网调频工况下的参数变化,分析了液化空气储能系统作为新的辅佐新能源电网调频技术的可行性及其动态特性。仿真结果表明:空载冲转过程中,膨胀机转子转速标幺值最大为1.013,超速比为1.3%;并网发电过程中,实际转速标幺值和实际电功率标幺值在765 s时稳定至1;电网调频过程中,实际功率标幺值在 10 s内稳定至0.990,且在调频过程中实际电功率标幺值最高为1.032。本研究为了解液化空气储能系统参与电网调频的动态特性提供了数据参考。     

GE燃机一次调频原理分析与仿真

介绍了GE燃气轮机一次调频的原理以及具体的组态,利用已掌握的机组实际常数对一次调频的各项参数进行计算并建立模型,计算燃气轮机对电网频率波动的时域响应。     

重型燃气轮机燃烧室压力变化对NO_x排放的影响

为了研究重型燃气轮机燃烧室压力变化对NO_x排放的影响规律,基于某重型燃气轮机单管燃烧室,建立了预混燃烧模式下燃烧室三维数值仿真模型。模型采用可实现k-ε湍流模型和有限速率-涡耗散湍流燃烧模型对燃烧室预混燃烧流场特性进行求解,通过热力型和快速型NO_x生成模型对燃烧室NO_x排放进行计算。结果表明:从燃烧室头部至燃烧室尾部,NO_x生成平均质量分数逐步增加;在燃气轮机燃烧室工作压力范围内,随着燃烧室压力的增加,燃烧室出口NO_x生成平均质量分数以及燃烧室内NO_x生成质量分数峰值均逐渐增加。研究结果可为燃气轮机燃烧调整及低NO_x排放提供依据。     

基于PSCAD的区域闭环频率调速系统在不同负荷扰动下的调频参数分析

一次调频是调速系统根据电网频率变化,自发调整机组负荷,确保电网频率稳定的重要途径之一。通过建立典型发电机组一次调频模型和调速系统模型,将控制区等效为一个同步发电机群,进行不同负荷扰动时的仿真试验,分析一次调频参数对控制电网频率的影响,得出参数对控制系统稳态性能和动态性能的影响规律,可作为实际控制系统中参数设置的重要参考。     

微型燃气轮机燃烧室性能试验测试

设计了一种以天然气为燃料的微型燃气轮机燃烧室,并对燃烧室的燃烧性能进行了试验测试。所设计的燃烧室为单级旋流器+主燃孔的折流式单管燃烧室,采用L型燃气导管实现气流在燃烧室内的180°转角;燃料喷嘴为多孔式,2排孔的喷射角度分别为120°和90°;通过掺混孔和燃气导管冷却孔相互配合的方式来满足燃烧室出口温度场的要求。测试结果表明:在设计点燃烧室的冷、热态压力恢复系数分别为0.955、0.940;点火燃空比为0.005～0.007,具有较好的点火特性;对贫油熄火特性影响较大的因素是燃烧室入口温度,当大气温度由-30℃升至30℃时,贫油熄火燃空比由0.0026降低至0.0023;排放及燃烧效率未能达到要求,尤其是CO排放较高,体积分数达到300×10~(–6);燃烧室出口温度分布的热点指标低于0.15,满足要求,但空气流量分配不合理导致火焰筒局部温度过高。     

考虑主蒸汽压力的燃煤机组调速模型的分析与改进

为满足电网对火电机组一次调频能力的要求,对燃煤机组调速模型进行了研究。针对现有PSD-BPA模型中因模型不完善导致无法考虑主蒸汽压力影响的问题,通过分析汽轮机在滑压运行工况下主蒸汽压力对于一次调频出力的影响,提出了改进的GK和TB模型,并进行了仿真验证;提出了压力裕度的概念,给出了机组在运行负荷下要保证一次调频出力达到6%额定负荷时的压力应高于阀门全开时压力的12%。     

联网燃气轮机的动态特性分析

介绍了燃气轮机发电机组及其励磁系统和调速系统的数学模型,并在MATLAB中建立了燃气轮机励磁系统的仿真模型,对其动态特性进行了仿真计算.利用电力系统分析综合程序(PSASP 6.1版)建立了燃气轮机励磁系统及调速系统的用户自定义模型,并结合典型配电网,对并网后的燃气轮机进行了暂态分析和小干扰稳定分析计算,分析了励磁系统及调速系统的有关参数对燃气轮机动态特性的影响,为研究分布式电源对电力系统暂态特性的影响奠定了基础.     

二极管中点钳位型三电平逆变器—交流电机调速系统的高精度建模与分析

在将二极管中点钳位型三电平逆变器—交流电机调速系统应用于实际的工业场合时,高精度的仿真模型是必不可少的设计与分析工具。本文深入地分析了三电平逆变器—异步电机调速系统的运行机理、调制方式与控制策略,基于Matlab/Simulink建立了完整的仿真分析模型。在建模过程中充分考虑了影响仿真模拟精度的关键要素,包括IGBT的动态开关过程、空间矢量调制过程中的死区设置以及异步电机的空载转矩等。将通过仿真分析模型获得的仿真结果与实验样机上取得的测试结果进行了全面的比较。结果表明,稳态运行时电机电压、电流的相对模拟误差小于4%,电流谐波畸变率的相对模拟误差仅为10.78%,负载转矩动态变化时电机电流整定时间的相对模拟误差小于9%。上述结果充分证明了本文建立的三电平逆变器-异步电机调速系统仿真分析模型具有非常高的模拟精度,为设计研发相关的实际系统装置提供了重要的设计工具和分析手段。     

预混燃烧室热声不稳定性的数值分析

不稳定燃烧过程将引起燃烧室内高幅度的压力振荡,这对燃气轮机设备的安全运行危害很大。应用湍流燃烧CFD(计算流体力学)的方法对燃气轮机预混燃烧进行了数值分析,着重研究了发生自激振荡时的火焰动态特性和燃烧室内热、声学特性。数值计算精确地捕捉到了整个激励循环中火焰前锋的变形和分离过程,并且与实验结果很好地吻合。通过数值计算还对不稳定燃烧过程中燃烧室内的压力和热释放进行了分析,研究表明燃烧室内的压力和热释放以相同的频率振荡,并且与火焰的振荡频率也相一致。研究发现在数值分析中可根据燃烧的化学反应动力学得到燃烧的局部热释放率,这提供了一种计算局部燃烧热释放率分布状况的方法。     

考虑真实燃气物性的透平数值研究

在大焓降燃气透平的气动分析中,使用理想工质模型会带来很大误差。为提高透平性能预测精度,研究了考虑真实燃气物性的工质模型的计算方法。在真实燃气模型(RG)中,与其他研究方法不同的是考虑了粘性系数的影响,认为定压比热容和比热比是温度和燃空比的函数。以四级透平为研究对象,使用真实燃气物性通过CFD程序进行数值模拟,分析指出物性变化对温度、马赫数分布影响较大,对压力和密度的影响较小,可以忽略。随着级数的增加,使用理想气体模型计算带来的误差越来越大。验证了数值模拟中使用RG模型的必要性。     

考虑调频死区的电网一次调频能力评价指标

现有的在线估计一次调频能力的指标没有考虑调频死区对电网一次调频能力的影响。为了表征调频死区对电网一次调频能力的影响,提出利用均方差定义电网一次调频能力(Primary Frequency Modulation Ability,PFMA)指标。根据一次调频模型给出了其静态和动态表达式。最后通过计算仿真,对比了不考虑死区和不同死区大小情况下的评价指标曲线。结果表明,所提的指标同时兼顾了一次调频能力的动态特性和死区,实现了一次调频能力的在线全面评估。     

水电机组不同类型一次调频对实际积分电量的影响

水电机组一次调频考核中普遍存在实际积分电量不满足要求的情况,不同类型的一次调频对应的调节幅度不一样,对一次调频实际积分电量会造成影响。为此分析了不同类型一次调频控制原理的差异,借助PSDBPA暂态稳定程序提供的水电机组原动机及其调节系统模型,仿真并对比两种类型一次调频动态响应过程。最后结合实例计算相同扰动下2类一次调频实际积分电量,分析增强型一次调频对积分电量的补偿优势,并指出了其在电网稳定性和机组安全性方面的不足。     

用蒸汽和水喷入燃气轮机来控制其NO_x

<正> 燃气轮机NO_x的排放必须通过改进燃烧过程或燃烧设计而加以控制。燃烧过程污染的形成取决于一些相互相关的因素,例如空燃比、最高燃烧区域的温度、压力和燃