本發(fā)明涉及火電優(yōu)化控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地，涉及一種用于雙背壓冷端系統(tǒng)循環(huán)水質(zhì)量流量?jī)?yōu)化控制的方法，尤其是一種基于機(jī)組凈增功率最大化的火電機(jī)組雙背壓冷端、裝備雙速泵(即循環(huán)水質(zhì)量流量非連續(xù)可調(diào))系統(tǒng)的循環(huán)水質(zhì)量流量?jī)?yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：冷端系統(tǒng)是火電機(jī)組重要組成部分。隨著機(jī)組容量的擴(kuò)大，汽輪機(jī)排汽量和排汽口數(shù)量增多，為提高機(jī)組效率，電站大多采用雙背壓或多背壓冷端系統(tǒng)。冷端系統(tǒng)中各設(shè)備的工作狀態(tài)不僅通過(guò)冷凝器壓力影響機(jī)組的出力，而且因自身電力消耗影響供電煤耗，其中循環(huán)水泵尤為明顯。當(dāng)循環(huán)水量增大時(shí)，冷凝器壓力降低，機(jī)組出力增加，然而循環(huán)水泵功耗也隨之增大，反之亦然。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，公開(kāi)號(hào)為CN102279565A、申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110118579.8的中國(guó)發(fā)明專利，該專利中涉及一種火力發(fā)電機(jī)組冷端設(shè)備優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)冷凝器實(shí)際運(yùn)行的壓力值與壓力應(yīng)達(dá)值之間的偏差量獲得機(jī)組的微增功率，并將其與循環(huán)水泵功耗相減得到冷端綜合功率耗差，然后比較不同工況下的耗差，選取性能較優(yōu)的冷端設(shè)備調(diào)整方式。但上述發(fā)明計(jì)算冷凝器應(yīng)達(dá)值過(guò)程中需用到總體換熱系數(shù)，在計(jì)算微增功率時(shí)需用到機(jī)組功率修正曲線，然而總體換熱系數(shù)很難精確確定，機(jī)組功率修正曲線也是通過(guò)專門試驗(yàn)得到的擬合曲線，在大部分機(jī)組只能一年做一次試驗(yàn)的條件下，它顯然不能反映設(shè)備的性能動(dòng)態(tài)變化，因此無(wú)法保證冷端系統(tǒng)中循環(huán)水流量實(shí)際最優(yōu)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于機(jī)組凈增功率最大化的火電機(jī)組雙背壓冷端、裝備雙速泵系統(tǒng)的循環(huán)水質(zhì)量流量?jī)?yōu)化方法。該方法不需計(jì)算冷凝器總體換熱系數(shù)，同時(shí)機(jī)組微增功率通過(guò)計(jì)算而非根據(jù)修正曲線得到。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種火電機(jī)組雙背壓冷端系統(tǒng)變頻泵循環(huán)水流量?jī)?yōu)化方法，具體步驟如下：步驟1：從現(xiàn)場(chǎng)DCS(DistributedControlSystem，即分布式控制系統(tǒng))實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取給定時(shí)刻的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體包括：低壓冷凝器循環(huán)水入口溫度、高壓冷凝器循環(huán)水出口溫度，主蒸汽質(zhì)量流量，高壓和低壓冷凝器真空度及環(huán)境大氣壓力；步驟2：根據(jù)步驟1參數(shù)，計(jì)算低壓缸排汽濕度，并在抽汽份額給定的條件下，根據(jù)可覆蓋全操作工況的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，分別計(jì)算該給定時(shí)刻高壓和低壓冷凝器入口排汽質(zhì)量流量、入口排汽比焓、凝結(jié)水比焓和飽和蒸汽溫度；步驟3：根據(jù)步驟2的結(jié)果，根據(jù)低壓冷凝器和高壓冷凝器內(nèi)換熱過(guò)程能量衡算模型，計(jì)算循環(huán)水實(shí)際質(zhì)量流量、低壓冷凝器循環(huán)水出口溫度及高壓冷凝器的當(dāng)前端差；步驟4：根據(jù)步驟3的結(jié)果，保持步驟2的保持排汽濕度和抽汽份額不變，改變雙速泵運(yùn)行方式，計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的低壓冷凝器循環(huán)水出口溫度以及高壓和低壓冷凝器的飽和蒸汽溫度，并計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的高壓和低壓冷凝器入口排汽比焓，用于步驟5的尋優(yōu)；步驟5：定義雙速泵運(yùn)行方式改變后機(jī)組的微增功率與循環(huán)水泵的功耗增量之差(即凈功率增量)為循環(huán)水質(zhì)量流量增量?jī)?yōu)化效益函數(shù)，在給定的低壓缸機(jī)械效率和發(fā)電機(jī)效率下，以雙速泵運(yùn)行方式為待尋優(yōu)變量，優(yōu)化效益函數(shù)，得到最優(yōu)雙速泵運(yùn)行方式，其對(duì)應(yīng)的循環(huán)水質(zhì)量流量即為最優(yōu)循環(huán)水質(zhì)量流量；在每一采樣時(shí)刻，重復(fù)上述步驟1～5，即實(shí)現(xiàn)冷端系統(tǒng)循環(huán)水質(zhì)量流量的滾動(dòng)優(yōu)化。優(yōu)選地，步驟3中，所述低壓冷凝器和高壓冷凝器內(nèi)換熱過(guò)程能量衡算模型為：DLEB(hLEB-hcw1)＝Dwcpw(tw2-tw1)DLEA(hLEA-hcw2)＝DLEB(hcw2-hcw1)+Dwcpw(tw3-tw2)式中：DLEB和DLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽質(zhì)量流量,kg/s；hLEB和hLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；hcw1和hcw2分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的凝結(jié)水比焓,J/kg；Dw為循環(huán)水質(zhì)量流量,kg/s；tw1和tw3分別為低壓冷凝器循環(huán)水入口溫度和高壓冷凝器循環(huán)水出口溫度,K；tw2為低壓冷凝器循環(huán)水出口水溫,K；cpw為水的等壓比熱容，通常取為4.1868J/(kg*K)。DLEB和DLEA的計(jì)算為：DLE＝Dms(1-α)DLEB＝0.5DLEDLEA＝DLE-DLEB式中：DLE為低壓缸總排汽質(zhì)量流量,kg/s；Dms為機(jī)組主蒸汽質(zhì)量流量,kg/s；α為主蒸汽抽汽份額,％。步驟3中，所述高壓冷凝器當(dāng)前端差δtA計(jì)算方法為：δtA＝tsA-tw3tsA為高壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K；tw3為高壓冷凝器循環(huán)水出口溫度,K。優(yōu)選地，步驟4中，保持排汽濕度和抽汽份額不變，改變雙速泵運(yùn)行方式，計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的高壓和低壓冷凝器飽和蒸汽溫度的方法為：tw2′=tw1+DLEB(hLEB-hcw1)cpwDw1]]>t′sB＝tsB+(t'w2-tw2)δtA′=δtA(31.5+tw2)31.5+tw2′]]>tsA′=tw2′+DLEA(hLEA-hcw2)+DLEB(hcw1-hcw2)cpwDw1+δtA′]]>以上式中：Dw1為雙速泵運(yùn)行方式改變后循環(huán)水質(zhì)量流量,kg/s；tsB為雙速泵運(yùn)行方式改變前低壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K；t'w2為雙速泵運(yùn)行方式改變后低壓冷凝器出口循環(huán)水溫度,K；t′sB為雙速泵運(yùn)行方式改變后低壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K；δ′tA為雙速泵運(yùn)行方式改變后高壓冷凝器端差,K；t′sA為雙速泵運(yùn)行方式改變后高壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K。優(yōu)選地，步驟5中，循環(huán)水質(zhì)量流量增量?jī)?yōu)化效益函數(shù)為：J=maxcs{ΔP-ΔPp}]]>ΔP＝[DLEA(hLEA-h'LEA)+DLEB(hLEB-h'LEB)]ηmηgΔPp＝P2-P1cs＝1,2,…,ncs式中：ΔP為雙速泵運(yùn)行方式改變后機(jī)組的微增功率,W；ΔPp為循環(huán)水泵的功耗增量,W；h'LEA和h'LEB為雙速泵運(yùn)行方式改變后高壓冷凝器和低壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；P1為當(dāng)前運(yùn)行方式的雙速泵功耗，kW；P2為運(yùn)行方式改變后的雙速泵功耗，kWηm為低壓缸機(jī)械效率,％；ηg為發(fā)電機(jī)效率,％；cs為雙速泵運(yùn)行方式變量；ncs為雙速泵運(yùn)行方式個(gè)數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明根據(jù)冷凝器內(nèi)換熱過(guò)程能量平衡關(guān)系，給出了一種火電機(jī)組冷端、裝備雙速泵系統(tǒng)的循環(huán)水質(zhì)量流量?jī)?yōu)化方法。該方法能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算冷凝器熱力特性和機(jī)組微增功率，但避免了整體換熱系數(shù)的計(jì)算，也無(wú)需應(yīng)用機(jī)組功率修正曲線，提高了計(jì)算速度和機(jī)組冷端系統(tǒng)性能跟蹤的實(shí)時(shí)性。另外，該方法所需的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)DCS控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，不需要額外增加測(cè)點(diǎn)，僅需在已有的控制系統(tǒng)中增加相應(yīng)的軟件計(jì)算模塊，實(shí)施成本低。最后，借助可覆蓋全工況的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，該方法還可適用于不同工況和負(fù)荷條件，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。附圖說(shuō)明通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1為本發(fā)明一實(shí)施例雙背壓冷端系統(tǒng)示意圖；圖2為實(shí)施例冷端系統(tǒng)優(yōu)化效果圖；具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，以下提供一種基于機(jī)組凈增功率最大化的火電機(jī)組雙背壓冷端、裝備雙速泵(即循環(huán)水質(zhì)量流量非連續(xù)可調(diào))系統(tǒng)的循環(huán)水質(zhì)量流量?jī)?yōu)化方法的實(shí)施例說(shuō)明。以某300MW火電機(jī)組為例，該冷端系統(tǒng)主要包括低壓冷凝器、高壓冷凝器和循環(huán)水系統(tǒng)三個(gè)部分。其中，低壓冷凝器的凝結(jié)水進(jìn)入高壓冷凝器再次換熱后和高壓冷凝器的凝結(jié)水一起排出，循環(huán)水系統(tǒng)由三臺(tái)相同的雙速循環(huán)泵供水，常用的運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)的流量和功耗數(shù)據(jù)如下表1所示，其中“高”和“低”分別表示雙速泵處于高速和低速狀態(tài)，cs為雙速泵運(yùn)行方式變量。表1cs運(yùn)行方式流量(kg/s)功耗(kW)1二低1512934322一高一低2022139483二高2182545584三低2142553885一高二低2367260746二高一低239526221上述方法具體包括以下步驟：步驟1：從DCS控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取給定的某一時(shí)刻的機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，具體如下：低壓冷凝器循環(huán)水入口溫度tw1為296.31K；高壓冷凝器循環(huán)水出口溫度tw3為307.52K；高壓冷凝器真空度為-0.0937MPa；低壓冷凝器真空度為-0.0951MPa；主蒸汽質(zhì)量流量為587.94kg/s；環(huán)境大氣壓力為0.101MPa。步驟2：利用現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算低壓缸排汽濕度為4％，并在抽汽份額給定為35％的條件下，根據(jù)可以覆蓋全操作工況的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算該給定時(shí)刻低壓冷凝器入口排汽質(zhì)量流量DLEB為191.08kg/s、入口排汽比焓hLEB為2469.27kJ/kg、凝結(jié)水比焓hcw1為149.75kJ/kg和飽和蒸汽溫度tsB為308.89K；高壓冷凝器入口排汽質(zhì)量流量DLEA為191.08kg/s、入口排汽比焓hLEA為2476.95kJ/kg、凝結(jié)水比焓hcw2為166.77kJ/kg和飽和蒸汽溫度tsA為312.96K。本實(shí)施例中，所述工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，是指根據(jù)水和水蒸氣熱力性質(zhì)工業(yè)公式(IAPWS-IF97)開(kāi)發(fā)的具有可并行調(diào)用的、區(qū)域自動(dòng)判別、批處理運(yùn)算等特點(diǎn)的用于在線計(jì)算的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，具體可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，比如文獻(xiàn)：王旭輝，于彤，惠兆宇，袁景淇，用于火電全范圍仿真的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，控制工程，2011,18:131-133。所述低壓缸排汽濕度可以采用現(xiàn)有方法計(jì)算，比如按以下文獻(xiàn)提供的方法計(jì)算：LiangXu,JingqiYuan.Onlineapplicationorientedcalculationoftheexhauststeamwetnessfractionofthelowpressurecylinderinthermalpowerplant.AppliedThermalEngineering,2015,76:357-366。步驟3：根據(jù)低壓冷凝器和高壓冷凝器內(nèi)換熱過(guò)程能量衡算模型，計(jì)算循環(huán)水實(shí)際質(zhì)量流量Dw、低壓冷凝器循環(huán)水出口溫度tw2及高壓冷凝器的當(dāng)前端差δtA。本實(shí)施例中，步驟3所述低壓冷凝器和高壓冷凝器內(nèi)換熱過(guò)程能量衡算模型為：DLEB(hLEB-hcw1)＝Dwcpw(tw2-tw1)DLEA(hLEA-hcw2)＝DLEB(hcw2-hcw1)+Dwcpw(tw3-tw2)式中，DLEB和DLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽質(zhì)量流量,kg/s；hLEB和hLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；hcw1和hcw2分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的凝結(jié)水比焓,J/kg；tw1和tw3分別為低壓冷凝器循環(huán)水入口溫度和高壓冷凝器循環(huán)水出口溫度,K；tw2為低壓冷凝器循環(huán)水出口溫度，也即高壓冷凝器的循環(huán)水入口溫度,K；cpw為水的等壓比熱容，通常取為4.1868J/(kg*K)。本實(shí)施例中，步驟3所述高壓冷凝器當(dāng)前端差δtA計(jì)算方法為δtA＝tsA-tw3結(jié)合步驟2中的計(jì)算結(jié)果，可得該給定時(shí)刻的Dw、tw2和δtA分別為1881.85kg/s、301.94K和5.47K。步驟4：保持排汽濕度和抽汽份額不變，改變雙速泵運(yùn)行方式，令循環(huán)水質(zhì)量流量從Dw增加為Dw1，計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的低壓冷凝器循環(huán)水出口溫度t'w2以及高壓和低壓冷凝器的飽和蒸汽溫度t′sA和t′sB，并計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的高壓和低壓冷凝器入口排汽比焓h'LEA和h'LEB。本實(shí)例中，步驟4所述雙速泵運(yùn)行方式改變后的低壓冷凝器出口水溫t'w2為tw2′=tw1+DLEB(hLEB-hcw1)cpwDw1]]>雙速泵運(yùn)行方式改變后的低壓冷凝器飽和蒸汽溫度為ts'B＝tsB+(t'w2-tw2)雙速泵運(yùn)行方式改變后的高壓冷凝器的端差為δtA′=δtA(31.5+tw2)31.5+tw2′]]>雙速泵運(yùn)行方式改變后的高壓冷凝器飽和蒸汽溫度為tsA′=tw2′+DLEA(hLEA-hcw2)+DLEB(hcw1-hcw2)cpwDw1+δtA′]]>步驟5：定義效益函數(shù)為即凈功率增量，在給定的低壓缸機(jī)械效率和發(fā)電機(jī)效率條件下，以雙速泵運(yùn)行方式為待尋優(yōu)變量，優(yōu)化效益函數(shù)，得到最優(yōu)雙速泵運(yùn)行方式，其對(duì)應(yīng)的循環(huán)水質(zhì)量流量即為最優(yōu)循環(huán)水質(zhì)量流量。在每一采樣時(shí)刻，重復(fù)上述計(jì)算步驟，即可實(shí)現(xiàn)冷端系統(tǒng)循環(huán)水質(zhì)量流量的滾動(dòng)優(yōu)化。本實(shí)例中，步驟5所述的循環(huán)水質(zhì)量流量增量?jī)?yōu)化的效益函數(shù)為J=maxcs{ΔP-ΔPp}]]>ΔP＝[DLEA(hLEA-h'LEA)+DLEB(hLEB-h'LEB)]ηmηgΔPp＝P2-P1cs＝1,2,…,6式中，ΔP為雙速泵運(yùn)行方式改變后機(jī)組的微增功率,W；ΔPp為循環(huán)水泵的功耗增量,W；h'LEA和h'LEB為雙速泵運(yùn)行方式改變后高壓冷凝器和低壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；P1為當(dāng)前運(yùn)行方式的雙速泵功耗，kW；P2為運(yùn)行方式改變后的雙速泵功耗，kWηm為低壓缸機(jī)械效率,99％；ηg為發(fā)電機(jī)效率,98.5％；cs為雙速泵運(yùn)行方式變量。求解以上效益函數(shù)，得到該給定時(shí)刻雙速泵最優(yōu)運(yùn)行方式為3，即“二高”形式，因此最優(yōu)循環(huán)水質(zhì)量流量為21825kg/s。此時(shí)凈功率增量為178.99kW。本實(shí)施例中，對(duì)某一天的循環(huán)水質(zhì)量流量進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)圖2。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3