CN104131847B - 汽轮机组定滑压自动优化控制系统及其自动优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机组定滑压自动优化控制系统及其自动优化方法，该系统包括实时数据采集计算输出平台、机组计算机控制设备，所述实时采集计算平台内设置有数据采集处理模块、数据计算处理模块、指令输出模块。本发明通过计算机系统和设备实现根据机组热耗率自动修正主蒸汽压力和高调门阀位功能并且将各机组相关的参数信息采集至数据实时采集计算平台，通过数据采集处理模块，将原始参数数据信息进行加工处理，通过数据计算处理模块进行在线计算得出最优主蒸汽压力和最佳高调门开度，输出指令至机组控制系统，在机组负荷稳定时及时修正，从而实现机组定滑压在线自动调整优化运行，达到降低煤耗率的目的。

Description

汽轮机组定滑压自动优化控制系统及其自动优化方法

技术领域

本发明涉及火电厂节能技术领域，具体是涉及一种汽轮机组定滑压自动优化控制系统及其自动优化方法。

背景技术

目前，中国的电力企业以火力发电为主，节能减排压力较大。各火力发电企业一直在探索节能降耗的方法，探索通过运行优化降低火力发电企业供电煤耗率的手段，特别是在火力发电厂机组定滑压优化运行方面，一直没有一个系统、完善的手段。现有技术中，大部分火电企业运行的定滑压运行控制是通过进行定滑压优化试验，制定出定滑压运行经验曲线执行。

例如，申请号为201410123674.0的中国发明专利申请公开了一种快速确定汽轮机定滑压优化曲线的方法，应用于喷嘴配汽方式的大型汽轮发电机组，其通过数据采集系统采集运行数据，计算整个滑压过程高压缸效率变化曲线，就可确定全负荷运行区间汽轮机高压调节阀最优阀位和汽轮机定滑压优化曲线，继而用于火力发电厂的汽轮机实时运行优化系统。又如，申请号为201210180860.9的中国发明专利申请公开了一种以主蒸汽流量作为调度变量获取汽轮机滑压曲线方法，涉及一种确定滑压曲线方法。针对以在不能用一条滑压曲线即可以满足供热抽汽量变化和背压变化运行状况的问题。本发明它的实现步骤为：根据供热抽汽机组的类型，选取M个主蒸汽流量；M为大于2的整数；针对每一个主蒸汽流量分别执行下述步骤：在选取的主蒸汽流量下选择该供热抽汽机组的N个不同的主蒸汽压力值，N为大于4的整数；计算供热抽汽机组的热耗值；根据最小二乘法将所述N个主蒸汽压力值和其相对应的热耗值进行曲线拟合，确定一个最优主蒸汽压力值；然后将得到的M个主蒸汽流量及其对应的最优主蒸汽压力数据进行线性拟合获得最终的滑压运行曲线。用于汽轮机滑压曲线的确定。

上述现有技术中采用参照执行汽轮机制造厂家提供的定滑压曲线。但是上述方法由于受凝汽器真空等因素影响，执行经验定滑压曲线存在较大的调节偏差。而且在目前机组AGC模式下，机组负荷变动较大，为提高负荷响应速度，高压调速汽门重叠度设置较大，实际主蒸汽压力往往偏离定滑压曲线，存在较大的节流损失。因此，现有技术中的机组定滑压运行方式不能满足机组经济运行的要求。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本发明开发的火力发电厂机组定滑压运行优化技术，通过比较主汽压力变化影响的循环热效率损失与高调门节流损失给水泵耗功损失，找出最佳工况点，降低煤耗率。

为实现上述目的本发明的技术方案是：汽轮机组定滑压自动优化控制系统，包括：机组PI服务器；用于向所述机组PI服务器上传待处理数据的机组DCS控制工程师站；用于从机组PI服务器中收集有关参数数据并进行处理的数据采集计算输出平台；用于接收经所述数据采集计算输出平台计算得到的相关数据的机组协调控制模块，其中所述数据采集计算输出平台包括：数据采集处理模块，用于处理从所述PI服务器中收集的有关参数数据；数据计算处理模块，用于对数据进行修正处理；指令输出模块，用于输出经数据计算处理模块修正处理的主蒸汽压力及高调门控制指令。

优选的是，所述数据采集处理模块与所述数据计算处理模块连接。

在上述任一方案中优选的是，所述数据处理模块与所述指令输出模块连接连接。

在上述任一方案中优选的是，所述机组DCS控制工程师站中的数据上传至机组PI服务器。

在上述任一方案中优选的是，所述实时数据采集计算输出平台从机组PI服务器中收集相关数据参数。

在上述任一方案中优选的是，所述数据采集处理模块对数据进行处理并通过数据计算处理模块实时修正相关计算参数，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令。

在上述任一方案中优选的是，指令输出模块接收数据计算处理模块的控制指令并输出到机组协调控制模块在从而实现机组在线定滑压运行优化。

在上述任一方案中优选的是，所述数据计算处理模块通过采集主蒸汽压力、温度、给水压力及温度、高压缸排汽流量、再热蒸汽压力机温度、再热蒸汽减温水流量、过热蒸汽减温水流量、电功率等计算出对应同一负荷下不同的高调门开度、不同主蒸汽压力对应的热耗率，并进行二类参数修正后进行比较，计算热耗率最低对应的高调门开度、主蒸汽压力就是最优值。

汽轮机组定滑压自动优化控制方法，包括如下步骤：

步骤A是数据上传至机组PI服务器；

步骤B是从机组PI服务器中收集有关参数数据；

步骤C是对数据进行处理；

步骤D是对数据实时修正计算，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令；

步骤E输出主蒸汽压力及高调门控制指令。

优选的是，在所述步骤A中，由机组DCS控制工程师站收集数据并传送至机组PI服务器。

在上述任一方案中优选的是，所述由机组DCS控制工程师站收集数据包括，主蒸汽压力、温度、给水压力及温度、高压缸排汽流量、再热蒸汽压力机温度、再热蒸汽减温水流量、过热蒸汽减温水流量。

在上述任一方案中优选的是，在所述步骤C中，数据通过采集处理模块对数据进行处理。

在上述任一方案中优选的是，在所述步骤D中，数据计算处理模块对数据进行实时修正计算，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令。

在所述步骤E中，所述主蒸汽压力及高调门控制指令通过指令输出模块输出到机组协调控制模块。

与现有技术相比：本发明的优点在于：本发明的汽轮机组定滑压自动优化控制系统是通过计算机系统和设备实现根据机组热耗率自动修正主蒸汽压力和高调门阀位的功能，通过将各机组相关的参数信息采集并进行数据计算平台，通过数据采集处理模块，将原始参数数据信息进行加工处理，通过数据计算处理模块进行在线计算得出最优主蒸汽压力和最佳高调门开度，输出指令至机组控制系统，在机组负荷稳定时及时修正，从而实现机组定滑压在线自动调整优化运行，达到降低煤耗率的目的。

附图说明

图1为按照本发明的定滑压自动优化控制系统及其自动优化方法的技术方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的定滑压自动优化控制系统及其自动优化方法一优选实施例作进一步阐述说明。

如图1所示，汽轮机组定滑压自动优化控制系统，包括：机组PI服务器2，用于向所述机组PI服务器2上传待处理数据的机组DCS控制工程师站3；用于从机组PI服务器2中收集有关参数数据并进行处理的数据采集计算输出平台1；其中，一方面机组PI服务器2通过局域网络或以太网与机组DCS控制工程师站3连接；另一方面，机组PI服务器2通过网络与所述数据采集计算输出平台1连接。数据采集计算输出平台1通过线路与所述机组协调控制模块7连接。机组协调控制模块7控制相关机器设备的运行及各个阀门的开度实现实时的数据传输与过程控制。所述数据采集计算输出平台1将控制命令传递给机组协调控制模块7，通过机组协调控制模块7实现对机组的实施控制。

其中，所述数据采集计算输出平台1包括：数据采集处理模块4、数据计算处理模块5、指令输出模块连接6。所述数据采集处理模块4与所述数据计算处理模块5连接。所述数据计算处理模块5与所述指令输出模块连接6连接。数据采集处理模块4用于处理从所述PI服务器2中收集的有关参数数据；数据计算处理模块5用于对数据进行修正处理；指令输出模块6，用于输出经数据计算处理模块修正处理的主蒸汽压力及高调门控制指令。

本发明的工作原理是：所述机组DCS控制工程师站3中的数据上传至机组PI服务器2。所述实时数据采集计算输出平台1从机组PI服务器2中收集相关数据参数。所述数据采集处理模块4对数据进行处理并通过数据计算处理模块5实时修正相关计算参数，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令。指令输出模块6接收数据计算处理模块5的控制指令并输出到机组协调控制模块7在从而实现机组在线定滑压运行优化。

在本实施例中，机组DCS控制工程师站3一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。其由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。机组DCS控制工程师站3具有数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等功能。分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。采用机组DCS控制工程师站3的优点在于其具有：高的可靠性，由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高；开放性：采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作；灵活性：通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统；控制功能齐全：控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。

在本实施例中，汽轮机组定滑压自动优化控制系统的流程是：所述由机组DCS控制工程师站3通过各个机组上安装的测点进行实时数据检测，并将测得的检测结果传回到机组DCS控制工程师站3，机组DCS控制工程师站3将所述检测结果通过网络传递到PI服务器；机组PI服务器2中的数据传递给实时数据采集计算输出平台1中。实时数据采集计算输出平台1中的数据采集处理模块4对接收到的数据进行处理，并将处理过的数据信息传递给数据计算处理模块，数据计算处理模块5通过将数据采集处理模块4传递过来的数据通过热耗率计算公式为：HR=(Gms*ims+Grh*irh-Gfw*ifw-Gch*ich-Gss*iss-Grs*irs)/Pe计算得出热耗率并将计算结果转换成相应的电信号指令传递给指令输出模块6，指令输出模块6将接收到控制指令输送到机组协调控制模块7，所述机组协调控制模块根据相应的控制指令控制机组中的各个装置的运行实现适时地控制汽轮机组定滑压自动优化控制。其中各个符号的解释为，Gms-----主汽流量、ims-----主蒸汽焓、Grh-----再热蒸汽流量、irh-----再热蒸汽焓、Gfw-----最终给水流量、ifw-----最终给水焓、Gch-----冷再热蒸汽流量(高压缸排汽)、ich-----冷再热蒸汽焓、Gss-----过热器减温水流量、iss-----过热器减温水焓、Grs-----再热器减温水流量、irs-----再热器减温水焓、Pe------发电机输出功率。

汽轮机组定滑压自动优化控制系统中的数据计算处理模块5通过采集汽轮机组的功率、主蒸汽压力、温度、给水压力及温度、高压缸排汽流量、再热蒸汽压力机温度、再热蒸汽减温水流量、过热蒸汽减温水流量、电功率等计算出对应同一负荷下不同的高调门开度、不同主蒸汽压力对应的热耗率，并进行二类参数修正后进行比较，计算热耗率最低对应的高调门开度、主蒸汽压力就是最优值。

汽轮机组定滑压自动优化控制系统中的PI服务器用于采集现场的生产数据并且存储相关数据。

如图1所示，本发明提供了一种汽轮机组定滑压自动优化控制方法，包括如下步骤：

步骤A是数据上传至机组PI服务器；在本步骤中，各个监测点的数据集中或分散的将采集到的数据传递到机组PI服务器中，机组PI服务器将从工业现场采集到的相关生产数据进行存储。其中，对工业现场采集数据是通过机组DCS控制工程师站3进行采集的。所述机组机组DCS控制工程师站3主要采集的数据主要有：机组各个机器的功率、主蒸汽压力及温度、给水压力及温度、高压缸排汽流量、再热蒸汽压力及温度、再热蒸汽减温水流量、过热蒸汽减温水流量、压力、温度参数等，各个监测点中的数据通过数据线将测得的参数传至DCS工程师站；

步骤B是从机组PI服务器中收集有关参数数据；

步骤C是对数据进行处理；

步骤D是对数据实时修正计算，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令；

步骤E输出主蒸汽压力及高调门控制指令；

在所述步骤A中，由机组DCS控制工程师站3收集数据并传送至机组PI服务器。所述由机组DCS控制工程师站3收集数据包括，机组功率、主蒸汽压力及温度、给水压力及温度、高压缸排汽流量、再热蒸汽压力及温度、再热蒸汽减温水流量、过热蒸汽减温水流量、功率、压力、温度参数均有测点，流量有测量装置通过数据线将参数传至DCS工程师站。在所述步骤C中，数据通过采集处理模块4对数据进行处理，通过采集的参数，可以计算对应不同主蒸汽压力下的热耗率。

热耗率计算公式为:

HR=(Gms*ims+Grh*irh-Gfw*ifw-Gch*ich-Gss*iss-Grs*irs)/Pe

Gms-----主汽流量

ims-----主蒸汽焓

Grh-----再热蒸汽流量

irh-----再热蒸汽焓

Gfw-----最终给水流量

ifw-----最终给水焓

Gch-----冷再热蒸汽流量(高压缸排汽)

ich-----冷再热蒸汽焓

Gss-----过热器减温水流量

iss-----过热器减温水焓

Grs-----再热器减温水流量

irs-----再热器减温水焓

Pe------发电机输出功率

在所述步骤D中，数据计算处理模块5对数据进行实时修正计算，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令。

在所述步骤E中，所述主蒸汽压力及高调门控制指令通过指令输出模块6输出到机组协调控制模块7。

需要说明的是，按照本发明的汽轮机组定滑压自动优化控制系统及汽轮机组定滑压自动优化控制方法包括上述实施例中的任何一项及其任意组合，但上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (12)

1.汽轮机组定滑压自动优化控制系统，包括：

机组PI服务器（2）；

用于向所述机组PI服务器（2）上传待处理数据的机组DCS控制工程师站（3）；

用于从机组PI服务器（2）中收集有关参数数据并进行处理的数据采集计算输出平台（1）；

用于接收经所述数据采集计算输出平台（1）计算得到的相关数据的机组协调控制模块（7），其特征在于：其中所述数据采集计算输出平台（1）包括：

数据采集处理模块（4），用于处理从所述机组PI服务器（2）中收集的有关参数数据；

数据计算处理模块（5），用于对数据进行修正处理；

指令输出模块（6），用于输出经数据计算处理模块（5）修正处理的主蒸汽压力及高调门控制指令；

所述数据采集处理模块（4）与所述数据计算处理模块（5）连接。

2.如权利要求1所述的汽轮机组定滑压自动优化控制系统，其特征在于：所述数据计算处理模块（5）与所述指令输出模块（6）连接。

3.如权利要求1所述的汽轮机组定滑压自动优化控制系统，其特征在于：所述机组DCS控制工程师站（3）中的数据上传至机组PI服务器（2）。

4.如权利要求1所述的汽轮机组定滑压自动优化控制系统，其特征在于：所述数据采集计算输出平台（1）从机组PI服务器（2）中收集相关数据参数。

5.如权利要求1所述的汽轮机组定滑压自动优化控制系统，其特征在于：所述数据采集处理模块（4）对数据进行处理并通过数据计算处理模块（5）实时修正相关计算参数，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令。

6.如权利要求1所述的汽轮机组定滑压自动优化控制系统，其特征在于：指令输出模块（6）接收数据计算处理模块（5）的控制指令并输出到机组协调控制模块（7），从而实现机组在线定滑压运行优化。

7.如权利要求1所述的汽轮机组定滑压自动优化控制系统，其特征在于：所述数据计算处理模块（5）通过采集主蒸汽压力、温度、给水压力及温度、高压缸排汽流量、再热蒸汽压力及温度、再热蒸汽减温水流量、过热蒸汽减温水流量、电功率计算出对应同一负荷下不同的高调门开度、不同主蒸汽压力对应的热耗率，并进行二类参数修正后进行比较，计算热耗率最低对应的高调门开度、主蒸汽压力就是最优值。

8.汽轮机组定滑压自动优化控制方法，包括如下步骤：

步骤A是数据上传至机组PI服务器；

步骤B是从机组PI服务器（2）中收集有关参数数据；

步骤C是对数据进行处理；

步骤D是对数据实时修正计算，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令；

步骤E输出主蒸汽压力及高调门控制指令；

在所述步骤A中，由机组DCS控制工程师站（3）收集数据并传送至机组PI服务器。

9.如权利要求8所述的汽轮机组定滑压自动优化控制方法，其特征在于：所述由机组DCS控制工程师站（3）收集数据包括，机组功率、主蒸汽压力、温度、给水压力及温度、高压缸排汽流量、再热蒸汽压力及温度、再热蒸汽减温水流量、过热蒸汽减温水流量。

10.如权利要求8所述的汽轮机组定滑压自动优化控制方法，其特征在于：在所述步骤C中，通过数据采集处理模块（4）对数据进行处理，

具体热耗率计算公式为:

HR=(Gms*ims+Grh*irh-Gfw*ifw-Gch*ich-Gss*iss-Grs*irs)/Pe

Gms-----主汽流量

ims-----主蒸汽焓

Grh-----再热蒸汽流量

irh-----再热蒸汽焓

Gfw-----最终给水流量

ifw-----最终给水焓

Gch-----冷再热蒸汽流量

ich-----冷再热蒸汽焓

Gss-----过热器减温水流量

iss-----过热器减温水焓

Grs-----再热器减温水流量

irs-----再热器减温水焓

Pe------发电机输出功率。

11.如权利要求8所述的汽轮机组定滑压自动优化控制方法，其特征在于：在所述步骤D中，数据计算处理模块（5）对数据进行实时修正计算，得出最合理的主蒸汽压力及高调门控制指令。

12.如权利要求9所述的汽轮机组定滑压自动优化控制方法，其特征在于：在所述步骤E中，所述主蒸汽压力及高调门控制指令通过指令输出模块（6）输出到机组协调控制模块（7）。