一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空冷系统控制技术领域，尤其涉及一种基于温度场和流速场的空冷岛 阵列控制方法。
【背景技术】
[0002] 空冷岛是直接空冷机组的一个相当重要的组成部分，在我国北方的大部分地区， 该项技术已经得到一定的应用和推广，这对于节约水资源和发展大型火力发电机组具有重 要的意义，但空冷机组在减少水资源消耗的同时又增加了电能的消耗，占厂用电相当大比 重。因此，如何控制分配调整空冷单元轴流风机的最佳出力，是空冷岛节省电能的问题关 键，该系统的控制问题是多年来控制工程界普遍关注而又一直未很好解决的问题，它的工 作性能将对机组的安全性和经济性产生直接的影响。
[0003] 对系统的控制要求是保证空冷单元轴流风机的最佳出力，以便使得空冷岛的耗电 量减低，提高空冷系统的工作效率和机组运行的经济性。在传统控制系统中，空冷单元轴流 风机全部保持同样的转速，对散热翅片管束提供冷空气，不能有效的节约电能。目前直接空 冷的自动控制方法，如图1所示，是通过对背压测量值和设定值之间的偏差调节，采用纯积 分器加偏差死区的方式，从而使汽轮机背压值始终维持在设定值允许的范围之内，进而根 据其偏差来连续对风机运行台数、转速进行调节，将汽轮机背压控制在机组安全和经济运 行的范围内。
[0004] 从控制逻辑图中可知，风机的速度主要由主控制器通过控制风机电机的频率来改 变，使得实际压力与设定压力保持相对一致，该方法采用纯积分器加偏差死区的方式，当偏 差很大时，对其执行程序步序，然而调试发现汽轮机背压在调节的过程中，超调和波动都比 较大，不能很好地满足实际生产要求，实现程序跳步，从而致使调节偏差很大并容易产生振 荡。
[0005] 除以上方法外，业内人士还进行了多种方法改进，比如将单纯的积分调节修改为 比例积分调节，调节死区为〇.2kPa，或者采用在背压控制回路增加抗干扰回路和对PID比 例增益进行相应调整，或者通过设计串级系统进行PID运算的输出作为变频风机的转速调 节指令，进而调节背压，等等。但无论如何调节，空冷岛轴流风机的转速虽然也发生相应变 换，可是彼此间转速却仍然保持一致，在此基础之上，有学者进行了空冷岛轴流风机群分区 调节尝试，以某几排或某几列为一个区域，通过调节每个区域的转速，讨论了对背压的影 响。然而空冷岛本身是一个包含了机械能量转换、热交换和两相流动的复杂过程，具有非线 性，耗电量大等性质，从而导致轴流风机控制还缺乏可靠有效的方法。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术中的问题，本发明提供了一种基于温度场和流速场的空冷 岛阵列控制方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、通过传感器实时监测空冷机组的环境温度、迎面风速、给水流量、主蒸汽 量、以及直接空冷凝汽器冷却单元散热装置的凝结水出口温度的数据；
[0008] 步骤2、根据给水流量，主蒸汽量，实时计算进入空冷凝汽器各单元的蒸汽量和热 量；
[0009] 步骤3、依据环境温度，迎面风速，计算出空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入 口温度；
[0010] 步骤4、先计算由于水蒸气相变凝结为水所放热量，然后计算凝结水继续降温所放 热量，并通过散热量计算出凝结水量；
[0011] 步骤5、根据现场实际工况，测量计算每台空冷单元风机功耗和风量；
[0012] 步骤6、通过凝结水量与风机功耗相比来计算空冷单元传热工作效率，并根据全部 风机的平均换热工作效率来区分高或低效率风机；
[0013] 步骤7、以阵列的形式调高高效率风机转速，降低低效率风机转速，达到调节每台 风机的合理出力，从而实现空冷岛的最优控制。
[0014] 所述步骤2中实时计算进入空冷凝汽器各单元的热量表达式如下；
[0015] Q = D0(hs-hc) (1)
[0016] 其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h 为汽轮机排气量，单位kg/h ;h s为汽 轮机排气比洽，单位J/kg ;h。为凝结水比；)；含，单位J/kg。
[0017] 所述步骤3具体包括：
[0018] 步骤301、根据传热理论，得到空冷岛凝汽器散热量的热平衡方程式，表达式如下
[0019] Q = D0 (hs-hc) = 3600Awvw P aca Δ ta (4)
[0020] 其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h Atl为汽轮机排气量，单位kg/h ;h s为汽 轮机排气比焓，单位J/kg ;h。为凝结水比焓，单位J/kg，A w为空冷凝汽器的迎风面积，单位 m2;v w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s ; P 3为空气平均密度，单位kg/m 3;c a为空气比热 容，单位JAkg · k) ; Λ ta为空气通过散热器的温升，单位°C ;
[0021] 步骤302、根据直接空冷系统的热力计算ε -NTU法，计算出空冷凝汽器冷却单元 散热装置的蒸汽入口温度，式（4)中，
[0022] Δ ta= (t s-ta) ε (6)
[0023] 其中，Ata为空气通过散热器的温升，单位°C ;t s为空冷凝汽器冷却单元散热装置 的蒸汽入口温度，单位°C ;1为环境空气温度，单位°C ; ε为散热器效率。
[0024] 所述步骤4具体包括以下步骤：
[0025] 步骤401、首先饱和蒸汽相变凝结为水，根据空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽 入口温度所对应的潜热值，计算出冷凝潜热释放的冷凝放热量Q 1，然后，冷凝后的凝结水继 续降温释放热量，根据凝结水温差，计算出此时的降温放热量Q2;
[0026] 步骤402、将冷凝放热量Q1与降温热量Q 2相加，即得到该空冷单元从配气管道流 入蒸汽开始到冷凝成凝结水流入凝结水箱为止的整个过程中所释放的全部热量Q，而该热 量恰恰等于利用传热理论，如公式（4)所计算的该空冷单元的释放热量，
[0027] Q = D0 (hs-hc) = 3600Awvw P aca Δ ta (4)
[0028] 其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h Atl为汽轮机排气量，单位kg/h ;h s为汽 轮机排气比焓，单位J/kg ;h。为凝结水比焓，单位J/kg，A w为空冷凝汽器的迎风面积，单位 m2;v w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s ; P 3为空气平均密度，单位kg/m 3;c a为空气比热 容，单位X/(kg ·