一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统，其方法包括：初级模型建立步骤：建立冷源系统的水力模型；建立压头模型和功率模型；建立凝汽器模型；建立时变因素模型；次级模型建立步骤：建立背压模型；建立用于确定汽轮机循环热耗率与发电机组背压之间关系的汽轮机热耗率模型；优化控制步骤：在当前发电功率条件下，根据功率模型、背压模块和热耗率模型，计算不同冷源运行方式的冷源耗电功率、燃料消耗率，求得冷源优化控制的最优解。本发明专利技术全面突破了背景技术面临的实质性的技术障碍，首次完整实现了大型发电厂汽轮机组真空的连续优化控制的关键技术，解决了这一历史性课题，并在实践中取得了理想的应用效果。

【技术实现步骤摘要】
一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统
本专利技术涉及一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统，属于燃煤、燃气和核能等大型热能发电过程的凝汽式汽轮机循环的优化控制领域，尤其是湿冷凝汽器运行背压或真空的优化控制领域。
技术介绍
大型湿冷发电机组的汽轮机循环凝汽器的冷却系统即冷源系统，通过由多台电动机驱动、并可配备变频器进行调速的并联水泵系统输送冷却介质，即循环水，因此而消耗大量的电能。在配备了变频器，或水泵自身具有流量调节能力的情况下，该冷源系统可以连续调节冷却介质流量。通常冷却介质的流量越大，冷源系统消耗的电能就越多，汽轮机的背压也会相应越低，即真空提高，汽轮机热耗率会发生相应的变化。由于输送冷却介质要消耗大量的电能、真空变化又对汽轮机的效率有重要影响，两种影响的特性存在差异,在相等的发电功率条件下，不同的冷源运行方式，即水泵或风机的台数和转速(或其它流量调节参数)，会导致发电成本发生变化。在发电机组运行过程中，如何通过冷源系统的运行方式连续调节冷却介质的流量，使发电机组汽轮机循环始终保持在最佳的真空，即运行背压或真空的优化控制，或称为冷源优化控制，成为汽轮机循环优化控制领域的历史性课题。在发电机组实际运行过程中，不论发电功率是否稳定，当调整循环水系统的运行工作点时，由于汽轮机背压或真空的变化取决于包括循环水温度、循环水流量等多种变化因素的影响，运行人员无法预测循环水流量的变化值、循环水系统的电功率的变化值、汽轮机背压或真空的变化值等多种优化影响因素，因此没有必要的调节依据，处于极度盲目的行走的过程之中和状态之下，成为实现运行背压或真空的优化控制的根本问题和障碍。解决这个工程问题不可能通过简单的方法，只能通过实时在线的计算机软件，提供这些数据的预测能力，也包括借助于这种预测能力提供最优的循环水系统的工作点，并利用最优工作点的数据对循环水泵实现转速自动控制。因此，冷源优化课题的关键是实现预测能力，此预测能力包括对当前运行状态的预测和调节循环水系统运行状态之后的运行状态。通过同一套完整和系统的数值方法，对当前运行状态的预测值应当反映当前实际运行状态，并与当前的实际运行状态保持一致，对调节后运行状态的预测值应当有能够满足优化运行目标的足够的精度，为运行人员提供预测功能，并实现优化控制。冷源优化可以选择不同的优化目标，包括考虑当前上网电价、燃料价格(可以加入其它可变成本，例如与煤耗呈正比的水耗成本)的发电利润最大化、供电成本最小化以及不考虑价格因素的供电煤耗最小化等，甚至采用与实际运行条件并不相符的输出功率最大化等。冷源优化控制问题包括两个方面，首先是如何确定最优的真空或背压，其次是实现自动控制。由于最优真空、最优冷源系统运行方式、最优冷却介质流量是真空优化控制问题之同一个优化解的相互对应的三个方面，理想的解决方案是同时得到最优背压、最优真空和对应的最优冷源系统运行方式，并利用最优冷源系统运行方式的数据实现自动控制。发电功率和冷却介质温度是真空优化控制问题的基本影响因素之一。对于一定的发电机组，其运行过程中最佳的真空可以被认为是一种函数，即优化真空函数或冷源优化函数。该函数有包括发电功率和冷却介质温度两个自变量在内的多个自变量(或时变因素)，和多种待定的参数。参数的差异，决定了每台相同冷源系统类型的不同的发电机组真空优化控制函数是不同的。时变因素的存在使得对于同一台发电机组，在同样的发电功率和冷却介质温度条件下，在不同的时刻，真空优化控制函数也是不同的。换言之，冷源优化控制函数，除发电功率和冷却介质温度两个自变量以外，该函数关系还受多种因素的影响。这些因素可以分为：多种待定参数：完全被每个具体发电机组的设备系统的实际设备的设计因素决定的恒定特性参数，包括完全由实际运行工作点决定的恒定特性参数(例如凝汽器传热系数受换热强度和冷却介质温度的影响)。多种时变因素：除发电功率和冷却介质温度以外的，运行过程中可能变化的各种时变因素。一般代表性的时变因素包括：a)汽轮机循环热耗率或冷源损失的变化。b)真空测点的类型、位置和安装方式等导致的真空或背压的测量误差。c)冷却介质温度测点的差异导致的温度测量误差。d)真空严密性和抽真空系统特性的变化，导致背压中空气分压的变化。e)凝汽器清节度的变化，导致背压中蒸汽分压的变化。f)闭路湿冷循环水系统的蓄水池水位的变化，开式湿冷循环水系统水源入口水位、水源出口水位的变化。g)由于换热管堵塞导致的凝汽器有效冷却面积的减少。h)由于换热管堵塞导致的凝汽器阻力变化。i)循环水系统阻力变化等。时变因素容易发生变化，也往往难以直接测量。一般可以认为时变因素对真空的影响可能的程度，对湿冷系统>1kPa,这种影响程度相当于一台循环水泵的启停或所有风机转速调节30％左右的影响程度，因此真空优化控制问题必须考虑时变因素的影响。
技术实现思路
经过研究发现，因为冷源优化问题涉及汽轮机循环模型、冷源模型、凝汽器模型等多方面模型的理论和实践问题，尤其是由于上述多方面的时变因素导致的复杂性，使得真空优化控制问题变得非常困难。作为有使用价值的系统性的成果的完整的解决方案，
技术介绍
停滞在空白状态。现有技术不仅没有实现运行背压或真空准确的最优真空的确定方法，也没有实现运行背压的自动控制，也没有对冷源系统进行连续调节的完整的方案。导致实际运行中，循环水系统的调节和控制，处于深度的盲目和随意状态，成为发电厂运行管理中的难题。存在的问题包括：仅对随着冷却介质流量的增加，真空提高，汽轮机循环热耗率下降的关系的冷源优化问题进行过定性的理论性的量化分析的研究,没有考虑时变因素和确定实际发电机组的设备特性的方法，也没有实际定量考虑阻塞背压的影响。没有建立有效的背压预测模型。当冷源系统运行方式发生变化时，汽轮机循环热耗率的变化是与当前背压值和背压变化量相关的。因此要得到汽轮机循环热耗率的变化，必须计算当冷源系统运行方式从当前方式变为设定方式后的预测背压值。没有建立严谨、实用的冷源系统流量和功率模型。
技术介绍
的冷源系统模型通常是基于流量、压头和功率分别与转速的一次、二次和三次防呈正比的理论。这显然是错误的：至少对于并联运行的循环水泵系统，经常出现并联运行、台数变化或转速不同的情况，这时定速运行的水泵的流量、压头都会受到影响，每台泵的流量、压头的变化并非完全取决于转速。例如，单台泵运行比时双台泵并联运行时的单泵流量明显要小。没有实际阻塞背压的确定方法。没有考虑时变因素对冷源优化控制问题的影响条件下的建模问题。在发电厂实际运行层面，
技术介绍
中不仅没有严格和系统的技术依据作为真空优化的实际运行指导，更没有相对完整的真空优化控制方案，甚至都没有设计条件下的真空优化控制方案。虽然阻塞背压是汽轮机低压缸设计及相应的理论计算的重要考量因素之一，但在发电厂运行行业内，阻塞背压仅仅停留在汽轮机循环热耗率特性的理论概念的水平上，并没有在汽轮机运行的工程实践中被确定、被测量、或得到量化的应用。在理论研究层面，
技术介绍
只是提出了根据发电功率和循环水温度通过建立冷端系统数学模型进行在线分析、再通过枚举法循环对比计算得到真空优化控制方案的功能思路，并没有提出完整的或实际可行的方法。本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术没有包括阻塞背压在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：初级模型建立步骤：建立冷源系统的水力模型；建立以循环水泵组运行方式参数为自变量的循环水泵组的压头模型和功率模型；建立用于确定冷却介质流量、冷却介质进出口温度与凝汽器饱和温度之间关系的凝汽器模型；确定主要的时变因素表征量，并建立用于计算主要时变因素表征量的时变因素模型；次级模型建立步骤：根据水力模型、压头模型、功率模型、凝汽器模型和时变因素模型；建立用于确定不同的冷源系统运行方式与相应的预测背压之间关系的背压模型；建立用于确定汽轮机循环热耗率与发电机组背压之间关系的汽轮机热耗率模型；优化控制步骤：获取冷源系统当前发电功率，在当前发电功率条件下，根据功率模型、背压模块和热耗率模型，计算不同冷源运行方式的冷源耗电功率和燃料消耗率，求得冷源优化控制的最优解。

【技术特征摘要】
2014.10.31 CN PCT/CN2014/000959;2014.10.31 CN PCT/1.一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：初级模型建立步骤：建立冷源系统的水力模型；建立以循环水泵组运行方式参数为自变量的循环水泵组的压头模型和功率模型；建立用于确定冷却介质流量、冷却介质进出口温度与凝汽器饱和温度之间关系的凝汽器模型；确定主要的时变因素表征量，并建立用于计算主要时变因素表征量的时变因素模型；次级模型建立步骤：根据水力模型、压头模型、功率模型、凝汽器模型和时变因素模型；建立用于确定不同的冷源系统运行方式与相应的预测背压之间关系的背压模型；建立用于确定汽轮机循环热耗率与发电机组背压之间关系的汽轮机循环热耗率模型；优化控制步骤：获取冷源系统当前发电功率，在当前发电功率条件下，根据功率模型、背压模型和汽轮机循环热耗率模型，计算不同冷源运行方式的冷源耗电功率和燃料消耗率，求得冷源优化控制的最优解。2.根据权利要求1所述的一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法，其特征在于，所述水力模型用于确定冷源系统冷却介质流量、水源入口水位、水源出口水位、水泵的压头、凝汽器压力损失和管网压力损失之间的关系。3.根据权利要求1所述的一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法，其特征在于，所述建立汽轮机循环热耗率模型的具体过程包括以下步骤：在设定的冷却介质温度条件下和设定的发电功率条件下，通过建立背压散点图，计算获得所述设定的发电功率所对应的阻塞背压；根据所述设定的发电功率和其对应的所述阻塞背压之间的关系建立阻塞模型；根据超临界状态汽轮机循环热耗率和背压之间的关系建立超临界汽轮机循环热耗率模型；根据亚临界状态汽轮机循环热耗率和背压之间的关系建立亚临界汽轮机循环热耗率模型；根据当前发电功率和阻塞模型计算阻塞背压，根据当前背压和阻塞背压判断背压处于亚临界、临界或超临界状态；根据背压所处的状态，选择相应的亚临界汽轮机循环热耗率模型或超临界汽轮机循环热耗率模型，计算汽轮机循环热耗率。4.根据权利要求3所述的一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法，其特征在于，计算所述阻塞背压的过程具体包括以下步骤：在13摄氏度以下冷却介质温度条件下和设定的发电功率条件下，通过改变冷却介质流量，使汽轮机工作在四个以上不同的背压工作点；分别测量所有背压工作点所对应的汽轮机循环热耗率；所述汽轮机循环热耗率以背压为横轴，并以热耗率为纵轴；获得汽轮机循环热耗率对应的背压散点图；判断阻塞背压在所述背压散点图所处的位置；分别对阻塞背压在背压散点图所处的位置的左侧和右侧的数据进行曲线拟和；求两条拟和曲线的交点，得到的交点即为当前发电功率所对应的阻塞背压。5.根据权利要求1所述的一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法，其特征在于，所述循环水泵组运行方式参数包括水泵数量、转速和冷却介质流量。6.根据权利要求5所述的一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法，其特征在于，所述建立循环水泵组的压头模型和功率模型的过程具体包括以下步骤：对单台循环水泵，在至少三种不同转速下进行试验，确定功率与转速的特性关系曲线；获取已知的在额定转速下的流量-压头曲线，将其表示为二次多项式形式的流量-压头表达式；在流量-压头表达式中加入转速分量，转速分量为转速的线性表达式，压头等于转速分量与流量的二次多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王砧，
申请(专利权)人：王砧，
类型：发明
国别省市：北京;11