基于电力系统黑启动单轴燃气轮机建模与仿真研究

摘要

燃气轮机及其联合循环由于其高效率、低污染，起停迅速等特点是被广泛使用的发电方式之一。随着我国西气东输，沿海LNG工程的开展，我国燃气轮机发电事业得到了飞速发展。特别是沿海一些城市燃机比例达到相当规模。燃气轮机一直行使着调峰电站，基本负荷发电的功能，但是却被忽略了其从电力安全角度的黑启动能力。 正常情况下电力系统机组的启动电源来之电网，电力系统黑启动即在电网全黑的情况下发生大面积停电事故，借助自身的启动能力快速恢复电网的过程，黑启动能力是考核电力安全的重要指标。通常电网以水电机组作为黑启动电源的首选，绝大多数黑启动方案也都是以水电厂作为黑启动电源编制，然而燃气轮机机组同样具有黑启动的能力，以燃机作为黑启动电源的研究却很少，对于像缺乏水电的地区以燃气轮机作为黑启动电源的研究具有十分深远地意义，而对于具备黑启动能力的电网，考虑燃机为小系统恢复的电源点对于增强自身电网黑启动可靠性同样具有十分重要的意义。 本文首先分析了燃气轮机在我国和世界的发展趋势，以及黑启动的研究现状，提出了燃气轮机作为黑启动电源研究的必要性。然后着重从燃机机理基于模块化的建模思想出发建立精确的燃气轮机模型，并结合其控制系统建立整体仿真模型，模型在MATLAB/SIMULINK中验证。然后结合深圳地方电网黑启动过程中小系统恢复的方案，以深圳月亮湾燃机电厂9E机组为研究对象，制定黑启动恢复计划，在特定的电力网络构架下，将建立的模型在电力系统暂态仿真软件BPA中实现，着重分析了黑启动过程中机组电压和频率的稳定性问题，验证了方案的有效性。为燃气轮机黑启动研究打下了基础。