空冷发电机组汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空冷发电机组汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统，属于燃煤、燃气和核能等大型热能发电过程的凝汽式汽轮机循环的优化控制领域，尤其是直接空冷凝汽器背压或真空的优化控制领域。
【背景技术】
[0002]大型直接空冷发电机组的汽轮机循环凝汽器的冷却系统即空冷岛，或称为冷源系统，通过由多台电动机驱动、并配备变频器进行调速的多台单级轴流风机输送冷却介质，即空气。空冷风机消耗大量的电能。发电机组运行过程中，空冷岛通过调节风机转速和风机台数可以连续调节冷却介质流量。通常冷却介质的流量越大，冷源系统消耗的电能就越多，汽轮机的真空也会相应提高。由于输送冷却介质要消耗大量的电能、真空变化又对汽轮机的效率有重要影响，两种影响的特性存在差异，在相等的发电功率条件下，不同的冷源运行方式，即不同的风机的台数和转速，会导致发电成本发生变化。在发电机组运行过程中，如何连续调节冷却介质的流量和冷源系统的运行方式，使发电机组汽轮机循环始终保持在最佳的真空，即真空或背压优化控制，或称为冷源优化控制，成为汽轮机循环优化控制领域的重要课题。冷源优化可以选择不同的优化目标，包括考虑当前上网电价、燃料价格(可以加入其它可变成本，例如与煤耗呈正比的水耗成本)的发电利润最大化或供电成本最小化，以及不考虑价格因素的供电煤耗最小化，甚至采用与实际运行条件并不相符的输出功率最大化等。
[0003]在发电机组实际运行过程中，不论发电功率是否稳定，当调整空冷系统的运行工作点时，由于汽轮机背压或真空的变化取决于包括发电功率、空冷岛进风温度、空气流量等多种变化因素的影响，运行人员无法预测空气流量的变化值、风机群的电功率的变化值、汽轮机背压或真空的变化值等多种优化影响因素，因此没有必要的判断和调节依据，处于极度盲目的状态之下，成为实现运行背压或真空的优化控制的根本问题和障碍。解决这个工程问题不可能通过简单的方法，只能通过实时在线的计算机软件，提供这些数据的预测能力，也包括借助于这种预测能力提供最优的空冷系统的工作点，并利用最优工作点的数据对空冷风机缺实现转速自动控制。因此，冷源优化课题的关键是实现预测能力，此预测能力包括对当前运行状态的预测与当前实际状态相符、对于调节空冷系统运行方式之后的运行状态的预测可以被验证。换言之，需要通过同一套系统性的数值方法，对当前运行状态的预测值应当与当前的实际运行状态保持一致，对调节后运行状态的预测值应当有能够满足优化运行目标的足够的精度，从而为运行人员提供预测功能，并实现优化控制。
[0004]冷源优化控制问题包括两个方面，首先是如何确定最优的真空或背压，其次是实现自动控制。由于最优真空、最优冷源系统运行方式、最优冷却介质流量是真空优化控制问题之同一个优化解的相互对应的三个方面，理想的解决方案是同时得到最优背压、最优真空和对应的最优冷源系统运行方式，并利用最优冷源系统运行方式的数据直接实现自动控制。
[0005]发电功率和冷却介质温度是真空优化控制问题的基本影响因素之一。对于一定的发电机组，其运行过程中最佳的真空可以被认为是一种函数，即优化真空函数或冷源优化函数。该函数的形式被冷源的类型(空冷或湿冷)所决定。该函数有包括发电功率和冷却介质温度两个自变量在内的多个自变量(或时变因素)，和多种待定的参数。参数的差异，决定了每台相同冷源系统类型的不同的发电机组真空优化控制函数是不同的。时变因素的存在使得对于同一台发电机组，在同样的发电功率和冷却介质温度条件下，在不同的时刻，真空优化控制函数也是不同的。
[0006]换言之，作为形式决定于冷源系统类型的冷源优化控制函数，除发电功率和冷却介质温度两个自变量以外，该函数关系还受多种因素的影响。这些因素可以分为:
[0007]多种待定参数:完全被每个具体发电机组的设备系统的实际设计因素决定的恒定特性参数，或完全由实际运行工作点决定的恒定特性参数。
[0008]多种时变因素:除发电功率和冷却介质温度以外的，运行过程中可能变化的多种时变因素。一般代表性的时变因素包括:
[0009]a)换热面脏污导致换热单元的传热系数下降和通风阻力上升。
[0010]b)直接空冷系统的环境风向、风速等的变化。
[0011]c)热风回流现象。
[0012]d)降雨、高温季节喷水等。
[0013]对于空冷系统，进风温度受本机组和邻近机组排出的热风的影响，因此可能明显高于大气温度。
[0014]时变因素容易发生变化，也不能直接测量。一般可以认为时变因素对真空的可能影响程度，对空冷系统>3kPa，这种影响程度相当于风机转速调节30%左右的影响程度，因此真空优化控制问题必须考虑时变因素的影响。
[0015]因为冷源优化问题涉及汽轮机循环模型、冷源模型、凝汽器模型等多方面模型的理论和实践问题，尤其是由于上述多方面的时变因素导致的复杂性，使得真空优化控制问题变得非常困难。【背景技术】没有取得有使用价值的系统性的成果。
【发明内容】
[0016]经研究发现，【背景技术】存在的问题还包括:
[0017]没有建立严谨、实用的冷源系统流量和功率模型。【背景技术】中冷源系统的模型通常是基于风机的流量、压头和功率分别与转速的一次、二次和三次防呈正比的理论。其实这种概念仅仅是在没有环境风影响的情况下，才能勉强成立。空冷风机的实际空气流量受环境风速的影响很大，当风速变化时，对于同样的风机转速，空气流量、压头和功率都是明显变化的。这种影响当风机转速较低时更加明显，而且完全不能被忽略。采用这种理论和概念，不可能实现在环境风影响的条件下的对当前状态和调节后状态的预测。因此，这种概念不仅无助于解决空冷系统优化运行问题，反而导致严重的概念冲突，造成空冷系统优化问题的难以进展的局面，是一种理论一种偏见。不解决这个问题，就不能为实际发电机组的运行提供可行的方案。
[0018]没有解决环境风速和热风回流等时变因素对冷源优化控制问题的影响条件下的建模问题。
[0019]仅对随着冷却介质流量的增加，真空提高，汽轮机热耗率下降的关系的冷源优化问题实现了相当局限性的定性的认识，没有实际定量考虑汽轮机阻塞背压的影响。虽然阻塞背压是汽轮低压缸设计及相应的理论计算的重要考量因素之一，但在发电厂运行行业内，阻塞背压仅仅停留在汽轮机热耗率特性的理论概念的水平上，并没有在汽轮机运行的工程实践中被测量、被实际量化或得到量化的应用。
[0020]没有建立有效的背压预测模型。当冷源系统运行方式发生变化时，汽轮机热耗率的变化与当前背压值和背压变化量都是相关的。因此要得到汽轮机热耗率的变化，必须计算当冷源系统运行方式从当前方式变为设定方式后的预测背压值。
[0021]没有能够实际考虑包括阻塞背压在内的各种恒定参数的确定方法。
[0022]在发电厂实际运行层面，【背景技术】中不仅没有严格和系统的技术依据作为真空优化的实际运行指导，更没有相对完整的真空优化控制方案，甚至都没有设计条件下的真空优化控制方案。
[0023]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术没有考虑主要的时变因素影响的方法，没有包括阻塞背压在内的所有必要的恒定特性参数的完整的冷源优化数学模型，没有恒定特性参数的测定方法；提供一种包括有阻塞背压在内的完整的恒定特性参数的冷源优化数学模型、考虑必要的时变因素影响的方法和恒定特性参数的测定方法，并利用这些方法开发出进行在线计算求得优化解或用枚举法进行循环对比计算的得到真空优化控制方案的计算机软件，得到的真空优化控制方案作为严格和系统的真空优化运行依据，或作为真空自动优化控制的核心运算逻辑，实现真空自动优化控制的，通用的直接空冷发电机组汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统。
[0024]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种空冷发电机组汽轮机运行背压连续优化控制方法，具体包括以下步骤:
[0025]风机模型建立步骤:建立用于确定风机运行方式与冷却介质流量和风机耗电功率之间关系的风机模型；
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