一种基于变频循泵的汽轮机冷端优化运行控制方法与流程

本发明涉及汽轮机发电技术领域，尤其涉及一种基于变频循泵的汽轮机冷端优化运行控制方法

背景技术：

随着电网对新能源电力消纳能力的提升，相对高能耗、高排放的火电机组必须面对深度调峰的现实需求，而大功率火电机组长期变负荷运行也将常态化。为响应国家《电力发展“十三五”规划》政策，达到火电机组煤耗降低目标，目前，一些新建火电机组应用变频泵或风机替代了功耗较大的定速泵或风机，尤其电耗较大的循环水泵。尽管初投资偏高，但是变频循泵在部分负荷时功率大幅降低使得机组在部分负荷下节能效果更加出众，在一定程度上加速回收了初投资。

汽轮发电机组运行时，凝汽器真空越接近设计值，机组出力越大，但真空升高是以循环水泵出力增加为代价的，尤其是在夏季工况下，因此，存在最佳真空使得汽轮机电功率与循环水泵消耗的功率差值最大。相对于定速循泵，变频循泵可连续调节转速，根据相似定律，当转速降低为额定转速的m分之一时，循泵耗功减至额定功率的m³分之一，因而在部分负荷下节能潜力巨大。设计汽轮机冷端优化运行控制系统，目的是实时调节循泵转速，连续调节循环水流量，使得凝汽器始终在最佳真空运行，从而汽轮机电功率与循环水泵消耗之差最大。

技术实现要素：

本发明的所需要解决的问题，是提供一种基于变频循泵的汽轮机冷端优化运行控制方法，能够实现实时优化循环水泵转速，获得凝汽器运行的最佳真空。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于变频循泵的汽轮机冷端优化运行控制方法，包括以下步骤：

a、采集变频循泵转速、变频循泵电压、变频循泵电流、循环水进凝汽器入口温度、汽轮机电功率五个变量作为控制系统的输入变量，且输入变量经过了滤波，该滤波方法：汽轮机电功率波动不超过15mw且维持5分钟以上的所有输入变量在该时段内的均值为滤波结果，进入步骤b；

b、忽略变频循泵功率因数随变频循泵耗功的变化，由变频循泵电压和变频循泵电流相乘得到变频循泵耗功，汽轮机电功率与变频循泵耗功之差，再除以汽轮机电功率与汽轮机额定电功率的比值即为当前微增功率，进入步骤c；

c、设置历史库预测模型，该历史库预测模型为在输入变频循泵转速和循环水进凝汽器入口温度时计算并输出预测微增功率的模型；历史库预测模型的算法是在63个节点的集合中进行二维插值，这些节点是在变频循泵转速、循环水进凝汽器入口温度、预测微增功率的三维坐标系中的已知数值点；节点的初值根据设备厂商提供的变频循泵特性曲线、凝汽器特性曲线、背压对功率的修正曲线这三个设计曲线进行计算；机组在运行过程中，由输入控制系统的变频循泵转速、循环水进凝汽器入口温度以及按步骤b计算的当前微增功率来实时更新历史库预测模型的节点，进入步骤d；

d、在输入控制系统的变频循泵转速变量数值上加1转/分，和输入控制系统的循环水进凝汽器入口温度变量作为自变量，在历史库预测模型中插值计算获得预测微增功率﹢；在输入控制系统的变频循泵转速变量数值上减1转/分，和输入控制系统的循环水进凝汽器入口温度变量作为自变量，在历史库预测模型中插值计算获得预测微增功率﹣，进入步骤e；

e、设置观测窗口，该观测窗口能够存储每一次更新节点前的历史库预测模型，并对当前微增功率、预测微增功率﹢和预测微增功率﹣这三组参数进行监督：当预测微增功率﹢和预测微增功率﹣的差值的绝对值大于当前微增功率的3％时，则利用观测窗口存储的历史库预测模型，按照步骤d中的方法重新计算预测微增功率﹢和预测微增功率﹣，进入步骤f；

f、设置比较器，该比较器对受观测窗口监督后的当前微增功率、预测微增功率﹢、预测微增功率﹣这三组参数进行比较，激活这三组参数中最大值对应的变频循泵转速，经限幅和限速后，即为控制系统的输出。

所述的步骤c中，节点的初值计算方法：选择5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃这7个参数作为节点的循环水进凝汽器入口温度变量，选择40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％额定变频循泵转速这9个参数作为节点的变频循泵转速变量，以上两个变量取值的两两组合即为节点的自变量，因而节点共7×9＝63个；在变频循泵特性曲线上，由9个不同变频循泵转速计算获得9个不同的循环水流量和变频循泵耗功；由9个不同的循环水流量和7个不同的循环水进凝汽器入口温度之间两两组合的参数，在凝汽器特性曲线上计算获得63个凝汽器真空，并由背压对功率的修正曲线计算获得63个不同真空下的汽轮机电功率，减去同一循环水流量下的变频循泵耗功即为63个节点的预测微增功率因变量。

所述的步骤c中，历史库预测模型的节点的更新规则：输入控制系统的变频循泵转速n、循环水进凝汽器入口温度t以及按步骤b计算获得的当前微增功率p，替换历史库预测模型中的一个节点，该节点的变频循泵转速n0、循环水进凝汽器入口温度t0、预测微增功率p0与(n,t,p)的欧式距离在所有节点与(n,t,p)的欧式距离中最小，欧式距离l的计算公式如下：

历史库预测模型的节点实时更新，使得历史库预测模型能够跟随设备运行状态变化而变化。

所述的步骤e中，观测窗口每一次存储的历史库预测模型，都覆盖上一次存储的历史库预测模型。

所述的步骤f中，限幅为40％至120％额定变频循泵转速，限速为每分钟变化不超过1％额定变频循泵转速。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

当前多数的电站厂的汽轮机冷端多采用高低定速循泵搭配运行，可选择的运行方式简单，不能实现循环水流量的连续调节，导致机组节能效果并不明显。目前，部分新建电厂已开始采用变频循泵以替换定速循泵，以期获得更为突出的节能效果。本发明基于变频循泵的汽轮机冷端优化运行控制方法，通过改变变频循泵转速实现循环水流量的连续调节，并根据机组当前运行状态实时调整控制系统输出，使得凝汽器始终运行在最佳真空，从而汽轮机电功率与变频循泵耗功之差最大。

附图说明

图1为本发明控制方法流程框图。

图2为历史库预测模型初值计算过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于变频循泵的汽轮机冷端优化运行控制方法包括以下步骤：

a、采集变频循泵转速、变频循泵电压、变频循泵电流、循环水进凝汽器入口温度、汽轮机电功率五个变量作为控制系统的输入变量，且输入变量经过了滤波，该滤波方法：汽轮机电功率波动不超过15mw且维持5分钟以上的所有输入变量在该时段内的均值为滤波结果，进入步骤b。

b、忽略变频循泵功率因数随变频循泵耗功的变化，由变频循泵电压和变频循泵电流相乘得到变频循泵耗功，汽轮机电功率与变频循泵耗功之差，再除以汽轮机电功率与汽轮机额定电功率的比值即为当前微增功率，进入步骤c。

c、设置历史库预测模型，该历史库预测模型为在输入变频循泵转速和循环水进凝汽器入口温度时计算并输出预测微增功率的模型；历史库预测模型的算法是在63个节点的集合中进行二维插值，这些节点是在变频循泵转速、循环水进凝汽器入口温度、预测微增功率的三维坐标系中的已知数值点；节点的初值根据设备厂商提供的变频循泵特性曲线、凝汽器特性曲线、背压对功率的修正曲线这三个设计曲线进行计算；机组在运行过程中，由输入控制系统的变频循泵转速、循环水进凝汽器入口温度以及按步骤b计算的当前微增功率来实时更新历史库预测模型的节点，进入步骤d。

d、在输入控制系统的变频循泵转速变量数值上加1转/分，和输入控制系统的循环水进凝汽器入口温度变量作为自变量，在历史库预测模型中插值计算获得预测微增功率﹢；在输入控制系统的变频循泵转速变量数值上减1转/分，和输入控制系统的循环水进凝汽器入口温度变量作为自变量，在历史库预测模型中插值计算获得预测微增功率﹣，进入步骤e。

e、设置观测窗口，该观测窗口能够存储每一次更新节点前的历史库预测模型，并对当前微增功率、预测微增功率﹢和预测微增功率﹣这三组参数进行监督：当预测微增功率﹢和预测微增功率﹣的差值的绝对值大于当前微增功率的3％时，则利用观测窗口存储的历史库预测模型，按照步骤d中的方法重新计算预测微增功率﹢和预测微增功率﹣，进入步骤f。

f、设置比较器，该比较器对受观测窗口监督后的当前微增功率、预测微增功率﹢、预测微增功率﹣这三组参数进行比较，激活这三组参数中最大值对应的变频循泵转速，经限幅和限速后，即为控制系统的输出。

所述的步骤c中，二维插值方法：在历史库预测模型中寻找与输入历史库预测模型的变频循泵转速nc和循环水进凝汽器入口温度tc距离最近的四个节点(n1,t1,p1)、(n2,t2,p2)、(n3,t3,p3)、(n4,t4,p4)，距离最近的衡量条件：没有其它节点的变频循泵转速和循环水进凝汽器入口温度的变量数值在由(n1,t1)、(n2,t2)、(n3,t3)、(n4,t4)构成的四边形范围内，且满足公式(2)：

则应用二维插值计算预测微增功率pc的公式：

所述的步骤c中，节点的初值计算方法：选择5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃这7个参数作为节点的循环水进凝汽器入口温度变量，选择40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％额定变频循泵转速这9个参数作为节点的变频循泵转速变量，以上两个变量取值的两两组合即为节点的自变量，因而节点共7×9＝63个；在变频循泵特性曲线上，由9个不同变频循泵转速计算获得9个不同的循环水流量和变频循泵耗功；由9个不同的循环水流量和7个不同的循环水进凝汽器入口温度之间两两组合的参数，在凝汽器特性曲线上计算获得63个凝汽器真空，并由背压对功率的修正曲线计算获得63个不同真空下的汽轮机电功率，减去同一循环水流量下的变频循泵耗功即为63个节点的预测微增功率因变量；以上计算过程的参数流程如图2所示。

所述的步骤c中，历史库预测模型的节点的更新规则：输入控制系统的变频循泵转速n、循环水进凝汽器入口温度t以及按步骤b计算获得的当前微增功率p，替换历史库预测模型中的一个节点，该节点的变频循泵转速n0、循环水进凝汽器入口温度t0、预测微增功率p0与(n,t,p)的欧式距离在所有节点与(n,t,p)的欧式距离中最小，欧式距离l的计算公式如下：

历史库预测模型的节点实时更新，使得历史库预测模型能够跟随设备运行状态变化而变化；

所述的步骤e中，观测窗口每一次存储的历史库预测模型，都覆盖上一次存储的历史库预测模型。

所述的步骤f中，限幅为40％至120％额定变频循泵转速，限速为每分钟变化不超过1％额定变频循泵转速。

以上列举的仅是本发明的具体实施样例，本发明不局限于以上样例，还可以有诸多变形。从本发明公开内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。