一种调相机冷却风温度控制方法与流程

本发明提出了一种可抑制启、停冷却风机对调相机冷却风温度影响的控制方法，归属热工自动控制技术领域。

背景技术：

近年来，特高压输电系统引起了电网特性的变化。由于常规电力和电子设备响应速度慢，在故障期间无法快速为系统提供足够的无功支持，导致系统电压稳定度降低，调相机固有的无功输出特性恰好可以弥补这个缺点。因此，调相机在“大电网”时代重获启用。调相机系统的常规控制策略需要专业的运行维护队伍和更多的人力资源，而电网对旋转设备和热力系统的技术储备相对不足。为了解决上述矛盾，需要实现少人值守功能，提高调相机主辅机设备控制策略的自动化水平，在保证系统正常运行的前提下，保持系统在最优区间运行。本发明设计主要是针对调相机冷却风系统作出的研究成果。

调相机定子铁心采用径向全出风结构，除出线部分外，调相机定子沿轴向中心位置对称，出线端半个调相机的具体风路为：冷却风从端盖进风口由风扇打入，一路进入气隙，经定子铁心径向通风道流向铁心背部，冷却定子铁心本体及阶梯段及铝压圈；另一路绕过出线端定子线圈端部，冷却定子出线铜牌和套管，然后流入定子背部，两路气体由机座出风口进入空气冷却器，降温之后再输出，如此循环，实现对调相机的循环冷却。

所述空气冷却器内的冷却介质为外冷水，冷却风管路与外冷水管路在空气冷却器中传递热量，完成高温冷水风与低温外冷水的热交换，以维持冷却风的制冷能力。

所述外冷水可采用自来水，一般以自然蒸发冷却模式搭配强制相变吸热(通过冷却风机联动实现)才能满足冷却风的冷却要求。强制相变吸热模式通过联锁启动冷却风机，增加液态水相变成气态水的量来促进吸热，从而快速降低外冷水温度，短时提高外冷水冷却能力进而满足调相机冷却空气热交换的要求。

所述空气冷却器设有风温调节阀，调节其开度可控制外冷水在空气冷却器中的进水流量，以实现对换热后冷却风温度的调节，使之保持基本稳定。常规控制方式如图1所示，pid控制器根据温度变送器反馈的冷却风温度测量值和冷却风温度给定值对所述风温调节阀进行单回路的控制，以调节空气冷却器的出风温度。

而在对应外冷水系统中，冷却风机的频繁启动是一种偶发性的内部扰动，该扰动会造成外冷水温度的波动，进而造成冷却风温度的波动。尤其是夏季高温天气下，该扰动发生的频次增加，会造成冷却风调节阀开度指令的持续大幅振荡(如图2所示)。上述振荡从自动品质角度来说是不稳定的，并会增加调节阀故障发生的概率。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于：优化调相机冷却风温度控制策略，提供一种能够在外冷水温度快速变化时，使风温调节阀既能控制响应冷却风温度变化，进行连续偏差调节，又能快速响应外冷水水汽相变吸热的温度变化，从而保证冷却风温度维持小幅波动、平抑冷却风温度，抑制系统内扰，提高调相机运行稳定性的冷却风温度优化控制方法。

为达成上述技术目的，本发明提供的技术方案为：

一种调相机冷却风温度控制方法，用在pid控制器对空气冷却器风温调节阀的控制中，其特征在于，包括以下步骤：

1)将空气冷却器出风侧的冷却风温度设定值sp，加上启、停冷却风机对所述冷却风设定值的修正量△sp，得到计算值a；

2)将冷却风温度过程值pv减去所述计算值a得到温度偏差信号△t，所述冷却风温度过程值pv即所述出风侧冷却风温度的实际测量值；

3)将△t输入所述pid控制器，pid控制器基于预设的控制参数，计算pid运算输出量u；

4)将所述pid运算输出量u作用于所述风温调节阀，以实现对空气冷却器出风侧冷却风温度的调节；

上述步骤1)中：

启、停冷却风机对冷却水温度设定值的修正量△sp由基于实际微分的动态前馈技术确定，修正量△sp为：

△sp＝(△sp+)-(△sp-)

式中，△sp+为停风机对冷却风温度设定值的修正量△sp+，△sp-为启风机对冷却风温度设定值的修正量△sp-；

(△sp+)＝step+

(△sp-)＝step-

所述step+为停止风机时，针对从0到d的阶跃变化所选定的实际微分模块；

所述step-为启动风机时，针对从0到c的阶跃变化所选定的实际微分模块；

其传递函数分别为：

上式中，td为停止风机时的微分时间，tc为启动风机时的微分时间，s为拉普拉斯算子；

td＝70～90sec，d＝4～6

tc＝300～400sec，c＝2～5。

进一步的，设置pid控制器的控制参数中比例增益kp的值为第一预设值b1、积分时间ti的值为第二预设值b2、微分系数kd的值为第三预设值b3。

进一步的，比例增益kp的预设值b1为0.2～0.3，积分时间ti的预设值b2为10～20s。

进一步的，所述第三预设值b3的值为0。

有益效果：

本发明调相机冷却风温度控制方法，可抑制启、停冷却风机对调相机冷却风温度的干扰，在机械通风冷却塔的冷却风机联锁启、停时，使减温水调节阀响应调相机内部产热变化对冷却风温度的影响，进行连续偏差调节，又能快速响应由于风机启、停造成大幅水汽相变吸热引起的外冷水温度剧变，保证冷却风温度维持较高的控制精度，抑制系统内扰，提高调相机运行稳定性。并能减少风温调节阀的频繁动作，延长调节阀的使用寿命。

附图说明

图1为冷却风温度常规控制方式的原理图；

图2为单回路调节方式下的冷却风温度调节品质的示意图；

图3为本发明控制方法的流程图；

图4为本发明控制方法的原理图。

具体实施方式

为阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图3、图4所示的一种调相机冷却风温度控制方法，用在调相机冷却风系统的pid控制器对风温调节阀的控制中。所述风温调节阀安装在空气冷却器外冷水的输水管道上，通过调节冷却器的外冷水进水流量，实现对空气冷却器的冷却风出风温度的调节。

本实施例控制方法的具体过程包括以下步骤：

1)将空气冷却器出风口的冷却风温度设定值sp，加上启、停冷却风机对设定值sp的修正量△sp，得到计算值a；

所述修正量△sp由基于实际微分的动态前馈技术确定，以抵消启风机时的温度骤降或停风机时的温度突升，从而抑制启、停冷却风机过程对冷却风温度的影响。

启、停冷却风机对温度设定值的修正量△sp为：

△sp＝(△sp+)-(△sp-)

式中，△sp+为停风机对冷却风温度设定值的修正量△sp+，△sp-为启风机对冷却风温度设定值的修正量△sp-

(△sp+)＝step+(从0到d的阶跃变化)停风机时

(△sp-)＝step-(从0到c的阶跃变化)启风机时

step+为停止冷却风机时，针对从0到d的阶跃变化所选定的实际微分模块；

step-为启动冷却风机时，针对从0到c的阶跃变化所选定的实际微分模块；

其传递函数分别为：

上式中，td为停止风机时的微分时间，tc为启动风机时的微分时间，s为拉普拉斯算子；

td＝70～90sec，d＝4～6

tc＝300～400sec，c＝2～5

2)将冷却风温度过程值pv减去所述计算值a得到温度偏差信号△t，所述过程值pv即温度变送器实时反馈的空气冷却器出风口的冷却风温度测量值；

3)将△t输入pid控制器，pid控制器基于预设的控制参数，计算pid运算输出量u；

所述控制参数包括比例增益kp、积分时间ti和微分系数kd，设比例增益kp的值为第一预设值b1、积分时间ti的值为第二预设值b2、微分系数kd的值为第三预设值b3。本实施例中，作为优选，将比例增益kp的预设值b1设为0.2～0.3，积分时间ti的预设值b2设为10～20s，所述第三预设值b3的值设为0。

4)将pid运算输出量u作用于风温调节阀，实现对空气冷却器输出的冷却风温度的调节。

本发明一种调相机冷却风温度控制方法，可在各类分散控制系统dcs中直接通过组态方式实现。而本实施例控制方法已在某换流站配套建设的300mvar调相机组上成功应用，在该实践过程中，冷却风通过与外冷水换热来维持其冷却能力，当调相机外冷水供水温度达到35℃时，三台冷却风机延时十秒变频启动，启动频率迅速拉升至30hz，通过水汽相变模式大量吸热，外冷水温度迅速下降。当水温降到30℃时，冷却风机变频指令归零，三台风机延时十秒停止，水汽相变吸热模式切换为对流换热方式。当调相机在夏季高温天气运行时，外冷水温度大概率会进入30～35℃区间，常规控制方式将面临大频率的风机启停内部扰动，不利于冷却风温的稳定控制。在采用本发明之前，机组在大部分的运行时间里冷却风温度均在(-3～3)℃之间波动，且无法镇定收敛。而采用本发明后，冷却风温度的波动能稳定控制在(-1～1)℃区间，有效抑制三台风机启、停产生的偶发性内扰，提高了冷却风温度的控制精度，减缓了冷却风风温调节阀的动作频率，延长了调节阀的使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。