空冷發(fā)電機組汽輪機運行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空冷發(fā)電機組汽輪機運行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，屬于燃煤、燃?xì)夂秃四艿却笮蜔崮馨l(fā)電過程的凝汽式汽輪機循環(huán)的優(yōu)化控制領(lǐng)域，尤其是直接空冷凝汽器背壓或真空的優(yōu)化控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大型直接空冷發(fā)電機組的汽輪機循環(huán)凝汽器的冷卻系統(tǒng)即空冷島，或稱為冷源系統(tǒng)，通過由多臺電動機驅(qū)動、并配備變頻器進行調(diào)速的多臺單級軸流風(fēng)機輸送冷卻介質(zhì)，即空氣。空冷風(fēng)機消耗大量的電能。發(fā)電機組運行過程中，空冷島通過調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速和風(fēng)機臺數(shù)可以連續(xù)調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量。通常冷卻介質(zhì)的流量越大，冷源系統(tǒng)消耗的電能就越多，汽輪機的真空也會相應(yīng)提高。由于輸送冷卻介質(zhì)要消耗大量的電能、真空變化又對汽輪機的效率有重要影響，兩種影響的特性存在差異，在相等的發(fā)電功率條件下，不同的冷源運行方式，即不同的風(fēng)機的臺數(shù)和轉(zhuǎn)速，會導(dǎo)致發(fā)電成本發(fā)生變化。在發(fā)電機組運行過程中，如何連續(xù)調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量和冷源系統(tǒng)的運行方式，使發(fā)電機組汽輪機循環(huán)始終保持在最佳的真空，即真空或背壓優(yōu)化控制，或稱為冷源優(yōu)化控制，成為汽輪機循環(huán)優(yōu)化控制領(lǐng)域的重要課題。冷源優(yōu)化可以選擇不同的優(yōu)化目標(biāo)，包括考慮當(dāng)前上網(wǎng)電價、燃料價格(可以加入其它可變成本，例如與煤耗呈正比的水耗成本)的發(fā)電利潤最大化或供電成本最小化，以及不考慮價格因素的供電煤耗最小化，甚至采用與實際運行條件并不相符的輸出功率最大化等。
[0003]在發(fā)電機組實際運行過程中，不論發(fā)電功率是否穩(wěn)定，當(dāng)調(diào)整空冷系統(tǒng)的運行工作點時，由于汽輪機背壓或真空的變化取決于包括發(fā)電功率、空冷島進風(fēng)溫度、空氣流量等多種變化因素的影響，運行人員無法預(yù)測空氣流量的變化值、風(fēng)機群的電功率的變化值、汽輪機背壓或真空的變化值等多種優(yōu)化影響因素，因此沒有必要的判斷和調(diào)節(jié)依據(jù)，處于極度盲目的狀態(tài)之下，成為實現(xiàn)運行背壓或真空的優(yōu)化控制的根本問題和障礙。解決這個工程問題不可能通過簡單的方法，只能通過實時在線的計算機軟件，提供這些數(shù)據(jù)的預(yù)測能力，也包括借助于這種預(yù)測能力提供最優(yōu)的空冷系統(tǒng)的工作點，并利用最優(yōu)工作點的數(shù)據(jù)對空冷風(fēng)機缺實現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動控制。因此，冷源優(yōu)化課題的關(guān)鍵是實現(xiàn)預(yù)測能力，此預(yù)測能力包括對當(dāng)前運行狀態(tài)的預(yù)測與當(dāng)前實際狀態(tài)相符、對于調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)運行方式之后的運行狀態(tài)的預(yù)測可以被驗證。換言之，需要通過同一套系統(tǒng)性的數(shù)值方法，對當(dāng)前運行狀態(tài)的預(yù)測值應(yīng)當(dāng)與當(dāng)前的實際運行狀態(tài)保持一致，對調(diào)節(jié)后運行狀態(tài)的預(yù)測值應(yīng)當(dāng)有能夠滿足優(yōu)化運行目標(biāo)的足夠的精度，從而為運行人員提供預(yù)測功能，并實現(xiàn)優(yōu)化控制。
[0004]冷源優(yōu)化控制問題包括兩個方面，首先是如何確定最優(yōu)的真空或背壓，其次是實現(xiàn)自動控制。由于最優(yōu)真空、最優(yōu)冷源系統(tǒng)運行方式、最優(yōu)冷卻介質(zhì)流量是真空優(yōu)化控制問題之同一個優(yōu)化解的相互對應(yīng)的三個方面，理想的解決方案是同時得到最優(yōu)背壓、最優(yōu)真空和對應(yīng)的最優(yōu)冷源系統(tǒng)運行方式，并利用最優(yōu)冷源系統(tǒng)運行方式的數(shù)據(jù)直接實現(xiàn)自動控制。
[0005]發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度是真空優(yōu)化控制問題的基本影響因素之一。對于一定的發(fā)電機組，其運行過程中最佳的真空可以被認(rèn)為是一種函數(shù)，即優(yōu)化真空函數(shù)或冷源優(yōu)化函數(shù)。該函數(shù)的形式被冷源的類型(空冷或濕冷)所決定。該函數(shù)有包括發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度兩個自變量在內(nèi)的多個自變量(或時變因素)，和多種待定的參數(shù)。參數(shù)的差異，決定了每臺相同冷源系統(tǒng)類型的不同的發(fā)電機組真空優(yōu)化控制函數(shù)是不同的。時變因素的存在使得對于同一臺發(fā)電機組，在同樣的發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度條件下，在不同的時刻，真空優(yōu)化控制函數(shù)也是不同的。
[0006]換言之，作為形式?jīng)Q定于冷源系統(tǒng)類型的冷源優(yōu)化控制函數(shù)，除發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度兩個自變量以外，該函數(shù)關(guān)系還受多種因素的影響。這些因素可以分為:
[0007]多種待定參數(shù):完全被每個具體發(fā)電機組的設(shè)備系統(tǒng)的實際設(shè)計因素決定的恒定特性參數(shù)，或完全由實際運行工作點決定的恒定特性參數(shù)。
[0008]多種時變因素:除發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度以外的，運行過程中可能變化的多種時變因素。一般代表性的時變因素包括:
[0009]a)換熱面臟污導(dǎo)致?lián)Q熱單元的傳熱系數(shù)下降和通風(fēng)阻力上升。
[0010]b)直接空冷系統(tǒng)的環(huán)境風(fēng)向、風(fēng)速等的變化。
[0011]c)熱風(fēng)回流現(xiàn)象。
[0012]d)降雨、高溫季節(jié)噴水等。
[0013]對于空冷系統(tǒng)，進風(fēng)溫度受本機組和鄰近機組排出的熱風(fēng)的影響，因此可能明顯高于大氣溫度。
[0014]時變因素容易發(fā)生變化，也不能直接測量。一般可以認(rèn)為時變因素對真空的可能影響程度，對空冷系統(tǒng)>3kPa，這種影響程度相當(dāng)于風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)30%左右的影響程度，因此真空優(yōu)化控制問題必須考慮時變因素的影響。
[0015]因為冷源優(yōu)化問題涉及汽輪機循環(huán)模型、冷源模型、凝汽器模型等多方面模型的理論和實踐問題，尤其是由于上述多方面的時變因素導(dǎo)致的復(fù)雜性，使得真空優(yōu)化控制問題變得非常困難?！颈尘凹夹g(shù)】沒有取得有使用價值的系統(tǒng)性的成果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，【背景技術(shù)】存在的問題還包括:
[0017]沒有建立嚴(yán)謹(jǐn)、實用的冷源系統(tǒng)流量和功率模型?！颈尘凹夹g(shù)】中冷源系統(tǒng)的模型通常是基于風(fēng)機的流量、壓頭和功率分別與轉(zhuǎn)速的一次、二次和三次防呈正比的理論。其實這種概念僅僅是在沒有環(huán)境風(fēng)影響的情況下，才能勉強成立?？绽滹L(fēng)機的實際空氣流量受環(huán)境風(fēng)速的影響很大，當(dāng)風(fēng)速變化時，對于同樣的風(fēng)機轉(zhuǎn)速，空氣流量、壓頭和功率都是明顯變化的。這種影響當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速較低時更加明顯，而且完全不能被忽略。采用這種理論和概念，不可能實現(xiàn)在環(huán)境風(fēng)影響的條件下的對當(dāng)前狀態(tài)和調(diào)節(jié)后狀態(tài)的預(yù)測。因此，這種概念不僅無助于解決空冷系統(tǒng)優(yōu)化運行問題，反而導(dǎo)致嚴(yán)重的概念沖突，造成空冷系統(tǒng)優(yōu)化問題的難以進展的局面，是一種理論一種偏見。不解決這個問題，就不能為實際發(fā)電機組的運行提供可行的方案。
[0018]沒有解決環(huán)境風(fēng)速和熱風(fēng)回流等時變因素對冷源優(yōu)化控制問題的影響條件下的建模問題。
[0019]僅對隨著冷卻介質(zhì)流量的增加，真空提高，汽輪機熱耗率下降的關(guān)系的冷源優(yōu)化問題實現(xiàn)了相當(dāng)局限性的定性的認(rèn)識，沒有實際定量考慮汽輪機阻塞背壓的影響。雖然阻塞背壓是汽輪低壓缸設(shè)計及相應(yīng)的理論計算的重要考量因素之一，但在發(fā)電廠運行行業(yè)內(nèi)，阻塞背壓僅僅停留在汽輪機熱耗率特性的理論概念的水平上，并沒有在汽輪機運行的工程實踐中被測量、被實際量化或得到量化的應(yīng)用。
[0020]沒有建立有效的背壓預(yù)測模型。當(dāng)冷源系統(tǒng)運行方式發(fā)生變化時，汽輪機熱耗率的變化與當(dāng)前背壓值和背壓變化量都是相關(guān)的。因此要得到汽輪機熱耗率的變化，必須計算當(dāng)冷源系統(tǒng)運行方式從當(dāng)前方式變?yōu)樵O(shè)定方式后的預(yù)測背壓值。
[0021]沒有能夠?qū)嶋H考慮包括阻塞背壓在內(nèi)的各種恒定參數(shù)的確定方法。
[0022]在發(fā)電廠實際運行層面，【背景技術(shù)】中不僅沒有嚴(yán)格和系統(tǒng)的技術(shù)依據(jù)作為真空優(yōu)化的實際運行指導(dǎo)，更沒有相對完整的真空優(yōu)化控制方案，甚至都沒有設(shè)計條件下的真空優(yōu)化控制方案。
[0023]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮主要的時變因素影響的方法，沒有包括阻塞背壓在內(nèi)的所有必要的恒定特性參數(shù)的完整的冷源優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，沒有恒定特性參數(shù)的測定方法；提供一種包括有阻塞背壓在內(nèi)的完整的恒定特性參數(shù)的冷源優(yōu)化數(shù)學(xué)模型、考慮必要的時變因素影響的方法和恒定特性參數(shù)的測定方法，并利用這些方法開發(fā)出進行在線計算求得優(yōu)化解或用枚舉法進行循環(huán)對比計算的得到真空優(yōu)化控制方案的計算機軟件，得到的真空優(yōu)化控制方案作為嚴(yán)格和系統(tǒng)的真空優(yōu)化運行依據(jù)，或作為真空自動優(yōu)化控制的核心運算邏輯，實現(xiàn)真空自動優(yōu)化控制的，通用的直接空冷發(fā)電機組汽輪機運行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)。
[0024]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種空冷發(fā)電機組汽輪機運行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法，具體包括以下步驟:
[0025]風(fēng)機模型建立步驟:建立用于確定風(fēng)機運行方式與冷卻介質(zhì)流量和風(fēng)機耗電功率之間關(guān)系的風(fēng)機模型；
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