空冷發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)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(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)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(guò)程的凝汽式汽輪機(jī)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(jī)組的汽輪機(jī)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(guò)由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、并配備變頻器進(jìn)行調(diào)速的多臺(tái)單級(jí)軸流風(fēng)機(jī)輸送冷卻介質(zhì)，即空氣?？绽滹L(fēng)機(jī)消耗大量的電能。發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，空冷島通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)臺(tái)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(jī)的真空也會(huì)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(duì)汽輪機(jī)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(yùn)行方式，即不同的風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電成本發(fā)生變化。在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)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(yùn)行方式，使發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)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(jī)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(jià)、燃料價(jià)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(rùn)最大化或供電成本最小化，以及不考慮價(jià)格因素的供電煤耗最小化，甚至采用與實(shí)際運(yùn)行條件并不相符的輸出功率最大化等。
[0003]在發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(yùn)行工作點(diǎn)時(shí)，由于汽輪機(jī)背壓或真空的變化取決于包括發(fā)電功率、空冷島進(jìn)風(fēng)溫度、空氣流量等多種變化因素的影響，運(yùn)行人員無(wú)法預(yù)測(cè)空氣流量的變化值、風(fēng)機(jī)群的電功率的變化值、汽輪機(jī)背壓或真空的變化值等多種優(yōu)化影響因素，因此沒(méi)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(shí)現(xiàn)運(yùn)行背壓或真空的優(yōu)化控制的根本問(wèn)題和障礙。解決這個(gè)工程問(wèn)題不可能通過(guò)簡(jiǎn)單的方法，只能通過(guò)實(shí)時(shí)在線的計(jì)算機(jī)軟件，提供這些數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)能力，也包括借助于這種預(yù)測(cè)能力提供最優(yōu)的空冷系統(tǒng)的工作點(diǎn)，并利用最優(yōu)工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)空冷風(fēng)機(jī)缺實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制。因此，冷源優(yōu)化課題的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)能力，此預(yù)測(cè)能力包括對(duì)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)與當(dāng)前實(shí)際狀態(tài)相符、對(duì)于調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)運(yùn)行方式之后的運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)可以被驗(yàn)證。換言之，需要通過(guò)同一套系統(tǒng)性的數(shù)值方法，對(duì)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)值應(yīng)當(dāng)與當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)保持一致，對(duì)調(diào)節(jié)后運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)值應(yīng)當(dāng)有能夠滿足優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)的足夠的精度，從而為運(yùn)行人員提供預(yù)測(cè)功能，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
[0004]冷源優(yōu)化控制問(wèn)題包括兩個(gè)方面，首先是如何確定最優(yōu)的真空或背壓，其次是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。由于最優(yōu)真空、最優(yōu)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式、最優(yōu)冷卻介質(zhì)流量是真空優(yōu)化控制問(wèn)題之同一個(gè)優(yōu)化解的相互對(duì)應(yīng)的三個(gè)方面，理想的解決方案是同時(shí)得到最優(yōu)背壓、最優(yōu)真空和對(duì)應(yīng)的最優(yōu)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式，并利用最優(yōu)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式的數(shù)據(jù)直接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(wèn)題的基本影響因素之一。對(duì)于一定的發(fā)電機(jī)組，其運(yùn)行過(guò)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(gè)自變量在內(nèi)的多個(gè)自變量(或時(shí)變因素)，和多種待定的參數(shù)。參數(shù)的差異，決定了每臺(tái)相同冷源系統(tǒng)類型的不同的發(fā)電機(jī)組真空優(yōu)化控制函數(shù)是不同的。時(shí)變因素的存在使得對(duì)于同一臺(tái)發(fā)電機(jī)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(shí)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(gè)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(gè)具體發(fā)電機(jī)組的設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)因素決定的恒定特性參數(shù)，或完全由實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)決定的恒定特性參數(shù)。
[0008]多種時(shí)變因素:除發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度以外的，運(yùn)行過(guò)程中可能變化的多種時(shí)變因素。一般代表性的時(shí)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(duì)于空冷系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)溫度受本機(jī)組和鄰近機(jī)組排出的熱風(fēng)的影響，因此可能明顯高于大氣溫度。
[0014]時(shí)變因素容易發(fā)生變化，也不能直接測(cè)量。一般可以認(rèn)為時(shí)變因素對(duì)真空的可能影響程度，對(duì)空冷系統(tǒng)>3kPa，這種影響程度相當(dāng)于風(fēng)機(jī)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(wèn)題必須考慮時(shí)變因素的影響。
[0015]因?yàn)槔湓磧?yōu)化問(wèn)題涉及汽輪機(jī)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(shí)踐問(wèn)題，尤其是由于上述多方面的時(shí)變因素導(dǎo)致的復(fù)雜性，使得真空優(yōu)化控制問(wèn)題變得非常困難?！颈尘凹夹g(shù)】沒(méi)有取得有使用價(jià)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(wèn)題還包括:
[0017]沒(méi)有建立嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)用的冷源系統(tǒng)流量和功率模型。【背景技術(shù)】中冷源系統(tǒng)的模型通常是基于風(fēng)機(jī)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(shí)這種概念僅僅是在沒(méi)有環(huán)境風(fēng)影響的情況下，才能勉強(qiáng)成立?？绽滹L(fēng)機(jī)的實(shí)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(shí)，對(duì)于同樣的風(fēng)機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)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(shí)現(xiàn)在環(huán)境風(fēng)影響的條件下的對(duì)當(dāng)前狀態(tài)和調(diào)節(jié)后狀態(tài)的預(yù)測(cè)。因此，這種概念不僅無(wú)助于解決空冷系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)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(wèn)題的難以進(jìn)展的局面，是一種理論一種偏見(jiàn)。不解決這個(gè)問(wèn)題，就不能為實(shí)際發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行提供可行的方案。
[0018]沒(méi)有解決環(huán)境風(fēng)速和熱風(fēng)回流等時(shí)變因素對(duì)冷源優(yōu)化控制問(wèn)題的影響條件下的建模問(wèn)題。
[0019]僅對(duì)隨著冷卻介質(zhì)流量的增加，真空提高，汽輪機(jī)熱耗率下降的關(guān)系的冷源優(yōu)化問(wèn)題實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)局限性的定性的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有實(shí)際定量考慮汽輪機(jī)阻塞背壓的影響。雖然阻塞背壓是汽輪低壓缸設(shè)計(jì)及相應(yīng)的理論計(jì)算的重要考量因素之一，但在發(fā)電廠運(yùn)行行業(yè)內(nèi)，阻塞背壓僅僅停留在汽輪機(jī)熱耗率特性的理論概念的水平上，并沒(méi)有在汽輪機(jī)運(yùn)行的工程實(shí)踐中被測(cè)量、被實(shí)際量化或得到量化的應(yīng)用。
[0020]沒(méi)有建立有效的背壓預(yù)測(cè)模型。當(dāng)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，汽輪機(jī)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(jī)熱耗率的變化，必須計(jì)算當(dāng)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式從當(dāng)前方式變?yōu)樵O(shè)定方式后的預(yù)測(cè)背壓值。
[0021]沒(méi)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(shí)際運(yùn)行層面，【背景技術(shù)】中不僅沒(méi)有嚴(yán)格和系統(tǒng)的技術(shù)依據(jù)作為真空優(yōu)化的實(shí)際運(yùn)行指導(dǎo)，更沒(méi)有相對(duì)完整的真空優(yōu)化控制方案，甚至都沒(méi)有設(shè)計(jì)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(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有考慮主要的時(shí)變因素影響的方法，沒(méi)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(méi)有恒定特性參數(shù)的測(cè)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(shí)變因素影響的方法和恒定特性參數(shù)的測(cè)定方法，并利用這些方法開(kāi)發(fā)出進(jìn)行在線計(jì)算求得優(yōu)化解或用枚舉法進(jìn)行循環(huán)對(duì)比計(jì)算的得到真空優(yōu)化控制方案的計(jì)算機(jī)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(yùn)行依據(jù)，或作為真空自動(dòng)優(yōu)化控制的核心運(yùn)算邏輯，實(shí)現(xiàn)真空自動(dòng)優(yōu)化控制的，通用的直接空冷發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)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(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種空冷發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)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(jī)模型建立步驟:建立用于確定風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式與冷卻介質(zhì)流量和風(fēng)機(jī)耗電功率之間關(guān)系的風(fēng)機(jī)模型；
[0