用于高中压给泵合泵系统的变频节能控制方法与流程

本发明涉及燃气-蒸汽联合循环发电设备，尤其是涉及一种用于燃气-蒸汽联合循环机组高中压给泵合泵系统的变频节能控制方法。

背景技术：

在燃气-蒸汽燃气-蒸汽联合循环机组中，对于采用三压蒸汽循环的余热锅炉，三压蒸汽系统分别为各自独立的高压、中压和低压系统。出于经济性、系统尺寸、后期耗电量等方面考虑，给水系统常采用高中压给泵合泵的形式，即三路给水由同一台给水泵提供。给水由凝结水泵出口经凝结水预加热器后连接到低压汽包给水平台和给水泵入口，给水泵的中压抽头连接到中压给水平台，给水泵的出口连接到高压给水平台。但这种形式增加了高、中压系统的耦合性，使控制难度增大。

目前，燃气-蒸汽联合循环机组多作为调峰机组，启停频繁且长期在非额定工况下运行，使给泵设计的工作压力远高于实际需求，以调阀节流的方式来满足汽包水位控制的要求，节流损失严重。为提高机组运行的经济性，给泵变频运行的方式在燃气-蒸汽联合循环电站中广泛应用。

给水系统最经济的运行方式即给水调门全开，由变频给泵来调节汽包水位的方式，这种方式最大程度减小了节流损失。但由于给泵有允许的最低运行转速，在启停机过程和低负荷段时给泵由于最低转速限制而无法进行水位控制。又考虑到高中压合泵的机组，高压与中压系统耦合严重，任何一个系统水位或者压力扰动都会影响到另一系统的稳定。因此，目前采用高中压合泵系统的机组都无法真正实现变频给泵水位控制，只能采取差压控制，同时保留高压与中压给水调阀的水位调节功能，部分减少节流损失，控制策略如图1、图2和图3所示。

图1为给水泵差压控制流程。测量高压给水出口母管压力和高压汽包压力，两者求差作为高压给水差压测量值，同理可获得中压给水差压，两偏差取大值送入给水泵比例积分控制器进行控制运算。给水泵控制高中压给水差压不低于设定值。

图2、图3为高压给水调门和中压给水调门的水位控制流程。高中压给水调门分别对高中压汽包水位进行控制，且根据蒸汽流量进行单冲量控制与三冲量控制的切换。

存在高中压给泵合泵系统且给泵具有变频调速功能的燃气-蒸汽联合循环机组大多选择这种控制策略，而这种控制策略下高中压给水调阀依然存在较大的节流损失，特别是高压系统，压头高，流量大，由节流造成的损失也更大。因此，这种控制方式并没有最大限度地利用变频调速技术来提高给水系统的经济性。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于高中压给泵合泵系统的变频节能控制方法，能够有效减小高中压给水系统，特别是高压系统的节流损失，较现有的控制方法在保证系统稳定的情况下更加节能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于高中压给泵合泵系统的变频节能控制方法，包括以下步骤：

(1)在机组启停过程及低负荷段时，给水泵进行高中压给水差压的控制，高中压给水调门进行高中压汽包水位的控制；

(2)在机组运行高负荷段，给水泵进行高压汽包水位控制，同时保证中压给水最小差压；高压给水调门进行高包水位辅助控制，即在高包水位正常时全开调门，在水位较高时关小调门，辅助调节水位；中压调门进行中压汽包水位控制。

所述的控制方法具体为：

1)测量得到实际的高压给水出口母管和高压汽包压力，经处理后二者求差得到高压给水差压测量值一，将高压给水差压设定值一与测量值一求差后乘定值系数一得到偏差变量一；

2)测量得到实际的中压给水出口母管和中压汽包压力，经处理后二者求差得到中压给水差压测量值二，将中压给水差压设定值二与测量值二求差后乘定值系数二得到偏差变量二；

3)测量得到的实际高压汽包水位经过处理作为高压汽包水位测量值三，将高压汽包水位设定值三与测量值三求差得到偏差变量三；

4)测量得到的实际高压蒸汽流量和高压给水流量经过处理作为高压蒸汽流量测量值四和高压给水流量测量值五，二者求差后乘定值系数三得到偏差变量四，根据给水三冲量控制的投切状况，偏差变量五选择等于偏差变量三与偏差变量四的加和或者直接等于偏差变量三；

5)根据机组负荷确定给水泵的控制方式，偏差变量六选择等于偏差变量一或者等于偏差变量五；

6)偏差变量六与偏差变量二取大值作为偏差变量七；

7)将偏差变量七输入比例积分调节器进行比例积分调节运算，比例积分调节器输出的信号送至给泵变频器频率设定执行机构，用于实现给泵频率控制。

所述的根据给水三冲量控制的投切状况，偏差变量五选择等于偏差变量三与偏差变量四的加和或者直接等于偏差变量三具体为：

所述的给水单冲量控制时，所述的偏差变量五等于偏差变量三；所述的给水三冲量控制时，偏差变量五等于偏差变量三与偏差变量四的加和。

所述的根据机组负荷确定给水泵的控制方式，偏差变量六选择等于偏差变量一或者等于偏差变量五具体为：

当给水泵的控制方式为水位控制时，所述的偏差变量六等于偏差变量五，否则，所述的偏差变量六等于偏差变量一。

所述的控制方法还包括以下步骤：

8)根据机组负荷确定高压给水调门的控制方式，高压汽包水位设定值五选择等于高压汽包水位设定值三或者等于高压汽包水位设定值三与正偏置一的加和，将高压汽包水位设定值五与测量值三求差得到偏差变量八；

9)根据给水三冲量控制的投切状况，偏差变量九选择等于偏差变量八与偏差变量四的加和或者等于偏差变量八；

10)将偏差变量九输入比例积分调节器进行比例积分调节运算，比例积分调节器输出的信号送至高压给水调阀执行机构，用于实现高压给水调阀控制。

所述的根据机组负荷确定高压给水调门的控制方式，高压汽包水位设定值五选择等于高压汽包水位设定值三或者等于高压汽包水位设定值三与正偏置一的加和具体为：

当给水泵的控制方式为水位控制时，高压给水调门的控制方式为高包水位辅助控制，高压汽包水位设定值五等于高压汽包水位设定值三与正偏置一的加和，否则，高压汽包水位设定值五等于高压汽包水位设定值三。

所述的根据给水三冲量控制的投切状况，偏差变量九选择等于偏差变量八与偏差变量四的加和或者等于偏差变量八具体为：

所述的给水单冲量控制时，所述的偏差变量九等于偏差变量八；

所述的给水三冲量控制时，所述的偏差变量九等于偏差变量八与偏差变量四的加和。

所述的步骤5)和8)中根据机组负荷确定高压给水调门的控制方式具体为：

在机组负荷大于25％，给水泵频率大于40Hz，且高压给水调门开度大于75％时，给水泵控制方式设置为水位控制模式；在机组负荷小于25％，给泵频率小于35Hz，且高压给水调门开度小于50％时，给水泵控制方式退出水位控制模式。

与现有技术相比，本发明应用于燃气-蒸汽联合循环机组高中压给泵合泵系统的变频控制方法，实现了高中压给泵合泵系统利用高压给泵控制高压水位，高压给水调门全开的控制方式，同时能够兼顾中压系统上水压力，达到了减小节流损失的目的，使机组运行更加节能。

附图说明

图1为现有给水泵差压控制流程图；

图2为现有高压给水调门的水位控制流程图；

图3为现有中压给水调门的水位控制流程图；

图4为本发明高中压给泵合泵系统给泵频率控制流程图；

图5为本发明高中压给泵合泵系统高压给水调阀控制流程图；

图6为泵出口压力和给水调门开度的曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

之前提到给泵设计的工作压力往往大于实际需求，而这一点在高中压给泵合泵的系统中更为明显，中压给水系统压力裕量通常较高压给水系统更大。一般运行工况下，当高压给水压力满足上水要求时，中压给水压力都能满足要求。

因此，本发明提供了一种通过改变给泵频率控制高压汽包水位，中压系统跟随的控制方法，本方法对高中压系统进行了综合考虑，以满足其控制要求。所述控制方法包含以下方面：

(1)在机组启停过程及低负荷段时，给水泵进行高中压给水差压的控制，高中压给水调门进行高中压汽包水位的控制。

(2)在机组运行高负荷段，给水泵进行高压汽包水位控制，同时保证中压给水最小差压；高压给水调门进行高包水位辅助控制，即在高包水位正常时全开调门，在水位较高时关小调门，辅助调节水位；中压调门进行中压汽包水位控制。

因此，在这种控制方式下，高负荷段的高压给水调门一般处于全开状态，给泵工作压力降低，中压给水调门开度也将较现行控制方式下的调门开度增大，节流损失减小。如图6所示，工作点a为高中压给泵合泵系统中定速泵的工作点，工作点b为高中压给泵合泵系统中变速泵采用差压控制的工作点，工作点c为高中压给泵合泵系统中变速泵采用水位控制的工作点，明显地，工作点c较工作点a、b阀门开度更大，节流更小，更加节能。同时地，本发明所述的控制方法能够保证中压给水的上水能力，保证系统稳定。

在燃气-蒸汽联合循环机组高中压给泵合泵系统的给泵变频控制中，由于高中压给水系统具有耦合性，通常通过改变给泵频率控制高压给水和中压给水上水差压，通过改变高中压给水调门开度控制高中压汽包水位。

本发明主要是针对给水变频控制策略的优化改进。本发明采用了“通过改变给泵频率控制高压汽包水位，中压系统跟随”的控制方法，较现有的控制方法能够进一步减小给水节流损失，使机组运行更加经济。

本发明针对的燃气-蒸汽联合循环机组高中压给泵合泵系统布置如下：给水由凝结水泵出口经凝结水预加热器后连接到低压汽包给水平台和给水泵入口，给水泵的中压抽头连接到中压给水平台，给水泵的出口连接到高压给水平台。高压过热器减温水及高压旁路减温水由高压给水平台引出，再热器减温水由中压给水平台引出。给水泵带有变频装置，可进行调速控制。

图4、图5示出燃气-蒸汽联合循环机组高中压给泵合泵系统给泵频率控制和高压给水调阀控制的框图。如图4、图5所示，本发明的控制过程如下：

(1)、测量得到实际的高压给水出口母管和高压汽包压力，经处理后二者求差得到高压给水差压测量值ΔPE1，将高压给水差压设定值ΔPEs1与测量值ΔPE1求差后乘定值系数A1得到偏差变量Δ1；

(2)、测量得到实际的中压给水出口母管和中压汽包压力，经处理后二者求差得到中压给水差压测量值ΔPE2，将中压给水差压设定值ΔPEs2与测量值ΔPE1求差后乘定值系数A2得到偏差变量Δ2；

(3)、测量得到的实际高压汽包水位经过处理作为高压汽包水位测量值LE1，将高压汽包水位设定值LEs1与测量值LE1求差得到偏差变量Δ3；测量得到的实际高压蒸汽流量和高压给水流量经过处理作为高压蒸汽流量测量值FE1和高压给水流量测量值FE2，二者求差后乘定值系数A3得到偏差变量Δ4，给水单冲量控制时，偏差变量Δ5等于偏差变量Δ3，给水三冲量控制时，偏差变量Δ5等于偏差变量Δ3与偏差变量Δ4的加和；

(4)、当给水泵的控制方式为水位控制时，偏差变量Δ6等于偏差变量Δ5，否则等于偏差变量Δ1；

(5)偏差变量Δ2与偏差变量Δ6选大值得到偏差变量Δ7；

(6)、将偏差变量Δ7输入比例积分调节器进行比例积分调节运算，比例积分调节器输出的信号送至给泵变频器频率设定执行机构，用于实现给泵频率控制。

(7)、当给水泵的控制方式为水位控制时，高压汽包水位设定值LEs3等于高压汽包水位设定值LEs1加上正偏置ΔL；否则等于高压汽包水位设定值LEs1；

(8)、将高压汽包水位设定值LEs3与测量值LE1求差得到偏差变量Δ8，给水单冲量控制时，偏差变量Δ9等于偏差变量Δ8，给水三冲量控制时，偏差变量Δ9等于偏差变量Δ8与偏差变量Δ4的加和；

(9)、将偏差变量Δ9输入比例积分调节器进行比例积分调节运算，比例积分调节器输出的信号送至高压给水调阀执行机构，用于实现高压给水调阀控制。

步骤5和步骤7中，在机组负荷大于25％，给水泵频率大于40Hz，且高压给水调门开度大于75％时，给水泵控制方式设置为水位控制模式；在机组负荷小于25％,给泵频率小于35Hz，且高压给水调门开度小于50％时，给水泵控制方式退出水位控制模式。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。