CN104848708A - 一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于空冷系统控制技术领域，尤其涉及一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法，包括：实时监测空冷机组的环境温度、迎面风速、给水流量、主蒸汽量、凝结水出口温度，计算进入空冷凝汽器各单元的蒸汽量和热量，计算出空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度，计算由于水蒸气相变凝结为水所放热量，然后计算凝结水继续降温所放热量，并通过散热量计算出凝结水量；测量计算每台空冷单元风机功耗和风量；计算空冷单元传热工作效率，以阵列的形式调高高效率风机转速，降低低效率风机转速，达到调节每台风机的合理出力，从而实现空冷岛的最优化控制，有效降低空冷岛耗电量，使空冷岛控制系统稳定、可靠、优化地运行。

Description

一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法

技术领域

本发明属于空冷系统控制技术领域，尤其涉及一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法。

背景技术

空冷岛是直接空冷机组的一个相当重要的组成部分，在我国北方的大部分地区，该项技术已经得到一定的应用和推广，这对于节约水资源和发展大型火力发电机组具有重要的意义，但空冷机组在减少水资源消耗的同时又增加了电能的消耗，占厂用电相当大比重。因此，如何控制分配调整空冷单元轴流风机的最佳出力，是空冷岛节省电能的问题关键，该系统的控制问题是多年来控制工程界普遍关注而又一直未很好解决的问题，它的工作性能将对机组的安全性和经济性产生直接的影响。

对系统的控制要求是保证空冷单元轴流风机的最佳出力，以便使得空冷岛的耗电量减低，提高空冷系统的工作效率和机组运行的经济性。在传统控制系统中，空冷单元轴流风机全部保持同样的转速，对散热翅片管束提供冷空气，不能有效的节约电能。目前直接空冷的自动控制方法，如图1所示，是通过对背压测量值和设定值之间的偏差调节，采用纯积分器加偏差死区的方式，从而使汽轮机背压值始终维持在设定值允许的范围之内，进而根据其偏差来连续对风机运行台数、转速进行调节，将汽轮机背压控制在机组安全和经济运行的范围内。

从控制逻辑图中可知，风机的速度主要由主控制器通过控制风机电机的频率来改变，使得实际压力与设定压力保持相对一致，该方法采用纯积分器加偏差死区的方式，当偏差很大时，对其执行程序步序，然而调试发现汽轮机背压在调节的过程中，超调和波动都比较大，不能很好地满足实际生产要求，实现程序跳步，从而致使调节偏差很大并容易产生振荡。

除以上方法外，业内人士还进行了多种方法改进，比如将单纯的积分调节修改为比例积分调节,调节死区为0.2kPa，或者采用在背压控制回路增加抗干扰回路和对PID比例增益进行相应调整，或者通过设计串级系统进行PID运算的输出作为变频风机的转速调节指令，进而调节背压，等等。但无论如何调节，空冷岛轴流风机的转速虽然也发生相应变换，可是彼此间转速却仍然保持一致，在此基础之上，有学者进行了空冷岛轴流风机群分区调节尝试，以某几排或某几列为一个区域，通过调节每个区域的转速，讨论了对背压的影响。然而空冷岛本身是一个包含了机械能量转换、热交换和两相流动的复杂过程，具有非线性，耗电量大等性质，从而导致轴流风机控制还缺乏可靠有效的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术中的问题，本发明提供了一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过传感器实时监测空冷机组的环境温度、迎面风速、给水流量、主蒸汽量、以及直接空冷凝汽器冷却单元散热装置的凝结水出口温度的数据；

步骤2、根据给水流量，主蒸汽量，实时计算进入空冷凝汽器各单元的蒸汽量和热量；

步骤3、依据环境温度，迎面风速，计算出空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度；

步骤4、先计算由于水蒸气相变凝结为水所放热量，然后计算凝结水继续降温所放热量，并通过散热量计算出凝结水量；

步骤5、根据现场实际工况，测量计算每台空冷单元风机功耗和风量；

步骤6、通过凝结水量与风机功耗相比来计算空冷单元传热工作效率，并根据全部风机的平均换热工作效率来区分高或低效率风机；

步骤7、以阵列的形式调高高效率风机转速，降低低效率风机转速，达到调节每台风机的合理出力，从而实现空冷岛的最优控制。

所述步骤2中实时计算进入空冷凝汽器各单元的热量表达式如下；

Q＝D₀(h_s-h_c)   (1)

其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h；D₀为汽轮机排气量，单位kg/h；h_s为汽轮机排气比焓，单位J/kg；h_c为凝结水比焓，单位J/kg。

所述步骤3具体包括：

步骤301、根据传热理论，得到空冷岛凝汽器散热量的热平衡方程式，表达式如下

Q＝D₀(h_s-h_c)＝3600A_wv_wρ_ac_aΔt_a   (4)

其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h；D₀为汽轮机排气量，单位kg/h；h_s为汽轮机排气比焓，单位J/kg；h_c为凝结水比焓，单位J/kg，A_w为空冷凝汽器的迎风面积，单位m²；v_w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s；ρ_a为空气平均密度，单位kg/m³；c_a为空气比热容，单位J/(kg·k)；Δt_a为空气通过散热器的温升，单位℃；

步骤302、根据直接空冷系统的热力计算ε-NTU法，计算出空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度，式(4)中，

Δt_a＝(t_s-t_a)ε   (6)

其中，Δt_a为空气通过散热器的温升，单位℃；t_s为空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度，单位℃；t_a为环境空气温度，单位℃；ε为散热器效率。

所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤401、首先饱和蒸汽相变凝结为水，根据空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度所对应的潜热值，计算出冷凝潜热释放的冷凝放热量Q₁，然后，冷凝后的凝结水继续降温释放热量，根据凝结水温差，计算出此时的降温放热量Q₂；

步骤402、将冷凝放热量Q₁与降温热量Q₂相加，即得到该空冷单元从配气管道流入蒸汽开始到冷凝成凝结水流入凝结水箱为止的整个过程中所释放的全部热量Q，而该热量恰恰等于利用传热理论，如公式(4)所计算的该空冷单元的释放热量，

Q＝D₀(h_s-h_c)＝3600A_wv_wρ_ac_aΔt_a   (4)

其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h；D₀为汽轮机排气量，单位kg/h；h_s为汽轮机排气比焓，单位J/kg；h_c为凝结水比焓，单位J/kg，A_w为空冷凝汽器的迎风面积，单位m²；v_w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s；ρ_a为空气平均密度，单位kg/m³；c_a为空气比热容，单位J/(kg·k)；Δt_a为空气通过散热器的温升，单位℃；

联立等式，即可求得该空冷单元凝结水量。

所述步骤5中空冷单元风机功耗计算式为：

$P_{\mathrm{wR}}={\left(\frac{n_L}{n_N}\right)}^3{P}_{\mathrm{wN}}---\left(16\right)$

$\frac{Q_L}{Q_N}=\frac{n_L}{n_N}---\left(17\right)$

式中：

n_L为实际运行工况下风机转速，单位r/min；n_N为额定运行工况下风机转速，单位r/min；P_wR为实际运行工况下风机功耗，单位kw；P_wN为额定运行工况下风机功耗，单位kw；Q_L为实际运行工况下风机风量，单位m³/s；Q_N为额定运行工况下风机风量，单位m³/s。

所述步骤6中的空冷单元传热工作效率计算公式为：

$\mathrm{\η}=\frac{m_s}{P_{\mathrm{wR}}}---\left(18\right)$

其中，m_s为凝结水量，P_wR为实际运行工况下风机功耗，两者均为随时调整的变量，所以空冷单元传热工作效率η也为动态变量；则全部风机平均换热工作效率，为所有风机效率加和后除以总台数，高于平均效率的风机定义为高效率风机，低于平均效率的风机定义为低效率风机。

所述步骤7中最优控制的目标函数为：

$\min P_{\mathrm{wT}}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^I{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^J{P}_{\mathrm{wTij}}={\mathrm{\Σ}}_{T=1}^{I\×J}{\left(\frac{n_T}{n_N}\right)}^3{P}_{\mathrm{wN}}---\left(28\right)$

约束条件：

式中P_wT为调整后的风机功耗，P_wTij为阵列中第i行第j列的空冷机组的风机功耗，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，T＝1,2,…,I×J，I和J均为正整数，n_L为实际运行工况下风机转速，n_T为调整后的风机转速，n_N为额定运行工况下风机转速，P_wN为额定运行工况下风机功耗；t_s为空冷凝汽器入口蒸汽温度；t_a当地环境温度；t_b为凝结水流入凝结水箱出口温度，t_min和t_max分别为当地环境的最低温度和最高温度，n_min和n_max分别为风机最低转速和最高转速，η为空冷单元传热工作效率，η_av为全部风机平均换热工作效率，其中t_s，t_a，t_b都是可测值，n_L也为已知值，所以必然可以得到满足条件的n_T值，通过多目标寻优的方法，最终确定各台风机优化转速值。

本发明的有益效果在于，本发明的控制方法通过检测空冷单元所在温度场和流速场的空间变化情况，实时计算空冷单元各状态下的换热工作效率，通过调节轴流风机的转速值使得空冷单元合理出力，确定空冷岛实时换热工作效率与温度场、流速场之间的关系，从而实现空冷岛的最优控制，有效降低空冷岛耗电量，使空冷岛控制系统稳定、可靠、优化地运行。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明利用空冷岛散热工作原理，通过在线实时分析温度场和流速场，计算空冷单元换热工作效率的方法，确保轴流风机出力的合理控制，所得结果避免了风机全部一个转速，导致工作效率低的影响；

2、首次从单个空冷单元工作效率角度考虑空冷岛控制，当工作效率低的空冷单元的部分负荷由工作效率高的空冷单元承担时，系统获得最佳运行效率，耗电量降低，较传统控制方法更加的细腻精准，是针对目前空冷岛运行工况下，提高空冷单元工作效率，降低空冷岛耗电量的便捷有效途径；

3、本发明采用的技术稳定可靠，误差范围小，保证系统安全有效地运行，提高了空冷岛系统的控制水平；

采用本发明给出的空冷单元换热工作效率计算、轴流风机控制系统以及方法，有效克服了现有方法中众多风机统一转速，导致工作效率低、耗电量大的影响，使得空冷岛系统安全可靠地运行，为汽轮机出口蒸汽的优质换热提供了保证。基于空冷单元换热工作率，提高控制准确性，从而提高经济效益，在节能环保方面具有重要意义。

附图说明

图1是传统背压常规控制逻辑图。

图2是直接空冷凝汽器冷却单元示意图，

其中1是蒸汽配气管道，2是散热器翅片管束，3是凝结水联箱，4是轴流冷却风机，5是迎面风冷空气，6是换热后的热空气，7是汽轮机水蒸气，8是凝结水去水处理。

图3是优化后的系统控制方框图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。

如图2所示，基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法，采用的是通过温度和流速确定空冷单元的换热工作效率，然后通过调节每个轴流风机的转速，来使整个空冷岛的换热效率提高，降低耗电量，如图3所示，此过程包括以下步骤：

(1)通过传感器实时监测空冷机组的环境温度、迎面风速、给水流量、主蒸汽量、以及直接空冷凝汽器冷却单元散热装置的凝结水出口温度的数据；

(2)根据给水流量，主蒸汽量，实时计算进入空冷凝汽器各单元的蒸汽量和热量；

表达式如下；

Q＝D₀(h_s-h_c)   (1)

其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h；D₀为汽轮机排气量，单位kg/h；h_s为汽轮机排气比焓，单位J/kg；h_c为凝结水比焓，单位J/kg。

(3)依据环境温度，迎面风速，计算出空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度，包括如下步骤：

1)根据环境温度计算出空气平均密度，具体为：

${\mathrm{\ρ}}_a=\frac{T_0{\mathrm{\ρ}}_{a0}}{T_a}{(1-k_{s}S)}^{\frac{9.8{\mathrm{\ρ}}_{a0}}{p_0{k}_s}}---\left(2\right)$

上式(2)中T_a＝273.16+t_a   (3)

其中，ρ_a为空气平均密度，单位kg/m³；T₀为标准气体状态温度，单位K；ρ_a0是条件为标准状态下的空气密度，单位kg/m³；T_a为当地环境温度，单位K；k_s为海拔高度修正系数，k_s＝2.26×10^-5；S为当地海拔高度，单位m；p₀为标准气体状态压力，单位pa；t_a为当地环境温度，单位℃；

根据传热理论，得到直接空冷凝汽器散热量Q热平衡方程式，表达式如下

Q＝D₀(h_s-h_c)＝3600A_wv_wρ_ac_aΔt_a(4)

得到： ${\mathrm{\Δt}}_a=\frac{D_0(h_s-h_c)}{3600A_w{v}_w{p}_a{c}_a}---\left(5\right)$

其中，A_w为空冷凝汽器的迎风面积，单位m²；v_w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s；ρ_a为空气平均密度，单位kg/m³；c_a为空气比热容，单位J/(kg·k)；Δt_a为我空气通过散热器的温升，单位℃；

2)根据直接空冷系统的热力计算ε-NTU法，式(4)中，

Δt_a＝(t_s-t_a)ε   (6)

其中：

Δt_a为空气通过散热器的温升，单位℃；t_a为空冷凝汽器入口蒸汽温度，单位℃；t_a为环境空气温度，单位℃；ε为散热器效率；

上式(6)中，

ε＝1-e^-NTU   (7)

式中：NTU为传热单元数

上式(7)中：

$\mathrm{NTU}=\frac{k_G{A}_G}{A_w{v}_w{\mathrm{\ρ}}_a{c}_a}---\left(8\right)$

式中：

NTU为传热单元数；k_G为空冷凝汽器传热系数，单位w/(m²·k)；A_G为空冷换热器的传热面积，单位m²；A_w为空冷凝汽器的迎风面积，单位m²；v_w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s；ρ_a为空气平均密度，单位kg/m³；c_a为空气比热容，单位J/(kg·k)；

联立(4)-(8)式可得：

$t_s=\frac{D_0(h_s-h_c)}{3600A_w{v}_w{\mathrm{\ρ}}_a{c}_a}\·\frac{1}{1-e^{-\frac{k_G{A}_G}{A_w{v}_w{\mathrm{\ρ}}_a{c}_a}}}+t_a---\left(9\right)$

(4)随着水蒸气相变凝结为水放热，然后凝结水继续降温放热，通过散热量计算出凝结水量，该过程包括以下步骤：

1)饱和蒸汽相变凝结为水，根据空冷凝汽器入口蒸汽温度所对应的潜热值，计算出冷凝潜热释放热量：

Q₁＝qm_s   (10)

式中：

q为相应温度下的潜热值，单位kJ/kg；m_s为凝结水质量，单位kg；

然后，冷凝后的凝结水继续降温释放热量，根据凝结水温差，计算出此时的放热量：

Q₂＝c_bm_sΔt_b   (11)

式中：

c_b为水的比热容，单位J/(kg·k)；m_s为凝结水质量，单位kg；Δt_b为凝结水流入凝结水箱之前的温差，单位℃；

上式(11)中：

Δt_b＝t_s-t_b   (12)

式中：

t_s为空冷凝汽器入口蒸汽温度，单位℃；t_b为凝结水流入凝结水箱出口温度，单位℃；

2)将蒸汽相变凝结为水时的放热量Q₁与凝结水继续降温所释放的热量Q₂相加，即可得到该空冷单元从配气管道流入蒸汽开始到冷凝成凝结水流入凝结水箱为止，这整个过程中所释放的全部热量Q，表达式如下：

Q＝Q₁+Q₂＝m_s(q+c_b(t_s-t_b))   (13)

而该热量恰恰等于利用传热理论，如公式(2)所计算的该空冷单元的释放热量，联立等式，表达式如下：

Q＝m_s(q+c_b(t_s-t_b))＝3600A_wv_wρ_ac_aΔt_a   (14)

综上所述，即可求得该空冷单元凝结水量：

$m_s=\frac{3600A_w{v}_w{\mathrm{\ρ}}_a{c}_a(t_s-t_a)1-e^{-\frac{k_G{A}_G}{A_w{v}_w{\mathrm{\ρ}}_a{c}_a}}}{q+c_b(t_s-t_b)}---\left(15\right)$

(5)根据现场实际工况，直接测量每台空冷单元风机功耗P_wR和风量Q_L；轴流风机的运行特性满足相似定律

$P_{\mathrm{wR}}={\left(\frac{n_L}{n_N}\right)}^3{P}_{\mathrm{wN}}---\left(16\right)$

$\frac{Q_L}{Q_N}=\frac{n_L}{n_N}---\left(17\right)$

式中：

n_L为实际运行工况下风机转速，单位r/min；

n_N为额定运行工况下风机转速，单位r/min；

P_wR为实际运行工况下风机功耗，单位kw；

P_wN为额定运行工况下风机功耗，单位kw；

Q_L为实际运行工况下风机风量，单位m³/s；

Q_N为额定运行工况下风机风量，单位m³/s；

(6)通过凝结水量与风机功耗相比来计算空冷单元传热工作效率，并根据全部风机的平均换热工作效率来区分高或低效率风机，表达式如下；

$\mathrm{\η}=\frac{m_s}{P_{\mathrm{wR}}}---\left(18\right)$

其中，m_s为凝结水量，P_wR为风机功耗，两者均为随时调整的变量，所以空冷单元传热工作效率η也为动态变量。

以56台机组的空冷岛为例，全部风机平均换热工作效率，为所有风机效率加和后除以总台数，表达式如下：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{av}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{56}{\mathrm{\η}}_i}{56}---\left(19\right)$

高于平均效率的风机定义为高效率风机，低于平均效率的风机定义为低效率风机；

(7)得到每个单元空冷单元风机换热工作效率后，假设如果负荷一定，即凝结水量一定，那么换热工作效率高的空冷单元，其风机功耗必然小。也就是说，如果同样的负荷由换热工作效率高的空冷单元完成，其功耗要小于换热工作效率低的空冷单元，表达式如下：

P_wRH<P_wRL   (20)

式中：

P_wRH为高效率单元功耗，单位kw；

P_wRL为低效率单元功耗，单位kw；

那么根据换热工作效率高低，调高高效风机转速，降低低效风机转速，调整后的单台风机功耗为：

P_wT＝P_wR±Δ   (21)

式中：

P_wT为调整后的实际运行工况下风机功耗，单位kw；

P_wR为调整前的实际运行工况下风机功耗，单位kw；

Δ为微调量，单位kw；

上式：

Δ＝(Δ₁，Δ₂，…，Δ₅₆)   (22)

因此如果在总负荷不变的条件下，如果适当的加大高效率单元功耗，同时减小低效率单元功耗，则高效单元增加的功耗则必然要低于低效单元减小的功耗，进而使得调整后整个空冷单元的功耗必然低于调整前的功耗，表达式如下。

${\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^7{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^8{P}_{\mathrm{wTij}}<{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^7{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^8{P}_{\mathrm{wRij}}---\left(23\right)$

上式(15)中的v_w在现场是用风速计测得的，考虑实际情况，该迎面风速是由自然风和轴流风机产生的风两部分矢量风共同组成。

用公式表达为：v_w＝v_K+v_F   (24)

式中：v_K为空气自然风，单位m/s；v_F为轴流风机产生的出口风速，单位m/s；

其中： $v_F=\frac{Q_L}{S}---\left(25\right)$

式中：Q_L为风量，单位m³/s，S为风道截面积，单位m²；

根据(17)(24)(25)联立可得：

$v_w=v_K+\frac{Q_N}{S}\&CenterDot;\frac{n_L}{n_N}---\left(26\right)$

建立风机转速与空冷单元凝结水量的关系：

m_s＝f(t_s，t_a，t_b，v_w)＝f(t_s，t_a，t_b，n_L)   (27)

因此构造目标函数，当空冷岛所有空冷单元的凝结水量总和一定时，所有风机以优化转速运行时，风机总耗电量最小，通过多目标函数寻优的方法，确定在不同的温度场和流速场的情况下，全部风机各自的优化转速值，目标函数如下：

$\min P_{\mathrm{wT}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^7{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^8{P}_{\mathrm{wTij}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{T=1}^{56}{\left(\frac{n_T}{n_N}\right)}^3{P}_{\mathrm{wN}}---\left(28\right)$

约束条件：

式中n_L，n_T为调整前后的风机转速值，其中t_s，t_a，t_b都是可测值，n_L也为已知值，所以必然可以得到满足条件的n_T值，通过多目标寻优的方法，最终确定各台风机优化转速值。

如果同时出现多组最优解或非劣解都满足目标函数，则通过采取调整后的风机转速n_T与各自风机调整前的转速n_L的相关系数准则的方法，选取一组与原转速相关系数最大的n_T值，尽量避免风机大幅度调频，影响风机使用寿命。

最后根据每台风机的出力和全部风机出力总和，计算出每台风机所占权重，表达式如下：

$A_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{wTij}}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^7{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^8{P}_{\mathrm{wTij}}}---\left(30\right)$

写成阵列形式，表达式如下：

通过PID控制各风机最佳出力，从而实现空冷岛的最优控制。

本发明提出的新型控制方法，有效降低了空冷岛的耗电量，即空冷岛风机控制的问题，通过对空冷岛周围的温度场和流速场进行有效实时监控，方便有效地控制风机转速，实现空冷岛系统安全、经济、可靠、稳定运行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过传感器实时监测空冷机组的环境温度、迎面风速、给水流量、主蒸汽量、以及直接空冷凝汽器冷却单元散热装置的凝结水出口温度的数据；

步骤2、根据给水流量，主蒸汽量，实时计算进入空冷凝汽器各单元的蒸汽量和热量；

步骤3、依据环境温度，迎面风速，计算出空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度；

步骤4、先计算由于水蒸气相变凝结为水所放热量，然后计算凝结水继续降温所放热量，并通过散热量计算出凝结水量；

步骤5、根据现场实际工况，测量计算每台空冷单元风机功耗和风量；

步骤6、通过凝结水量与风机功耗相比来计算空冷单元传热工作效率，并根据全部风机的平均换热工作效率来区分高或低效率风机；

步骤7、以阵列的形式调高高效率风机转速，降低低效率风机转速，达到调节每台风机的合理出力，从而实现空冷岛的最优控制。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2中实时计算进入空冷凝汽器各单元的热量表达式如下；

Q＝D₀(h_s-h_c)             (1)

其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h；D₀为汽轮机排气量，单位kg/h；h_s为汽轮机排气比焓，单位J/kg；h_c为凝结水比焓，单位J/kg。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤301、根据传热理论，得到空冷岛凝汽器散热量的热平衡方程式，表达式如下：

Q＝D₀(h_s-h_c)＝3600A_wv_wρ_ac_aΔt_a       (4)

其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h；D₀为汽轮机排气量，单位kg/h；h_s为汽轮机排气比焓，单位J/kg；h_c为凝结水比焓，单位J/kg，A_w为空冷凝汽器的迎风面积，单位m²；v_w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s；ρ_a为空气平均密度，单位kg/m³；c_a为空气比热容，单位J/(kg·k)；Δt_a为空气通过散热器的温升，单位℃；

步骤302、根据直接空冷系统的热力计算ε-NTU法，计算出空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度，式(4)中，

Δt_a＝(t_s-t_a)ε       (6)

其中，Δt_a为空气通过散热器的温升，单位℃；t_s为空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度，单位℃；t_a为环境空气温度，单位℃；ε为散热器效率。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤401、首先饱和蒸汽相变凝结为水，根据空冷凝汽器冷却单元散热装置的蒸汽入口温度所对应的潜热值，计算出冷凝潜热释放的冷凝放热量Q₁，然后，冷凝后的凝结水继续降温释放热量，根据凝结水温差，计算出此时的降温放热量Q₂；

步骤402、将冷凝放热量Q₁与降温热量Q₂相加，即得到该空冷单元从配气管道流入蒸汽开始到冷凝成凝结水流入凝结水箱为止的整个过程中所释放的全部热量Q，而该热量恰恰等于利用传热理论，如公式(4)所计算的该空冷单元的释放热量，

Q＝D₀(h_s-h_c)＝3600A_wv_wρ_ac_aΔt_a     (4)

其中，Q为空冷岛凝汽器散热量，单位J/h；D₀为汽轮机排气量，单位kg/h；h_s为汽轮机排气比焓，单位J/kg；h_c为凝结水比焓，单位J/kg，A_w为空冷凝汽器的迎风面积，单位m²；v_w为空冷凝汽器的迎面风速，单位m/s；ρ_a为空气平均密度，单位kg/m³；c_a为空气比热容，单位J/(kg·k)；Δt_a为空气通过散热器的温升，单位℃；

联立等式，求得该空冷单元凝结水量。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤5中空冷单元风机功耗计算式为：

$P_{\mathrm{wR}}={\left(\frac{n_L}{n_N}\right)}^3{P}_{\mathrm{wN}}---\left(16\right)$

$\frac{Q_L}{Q_N}=\frac{n_L}{n_N}---\left(17\right)$

式中：

n_L为实际运行工况下风机转速，单位r/min；n_N为额定运行工况下风机转速，单位r/min；P_wR为实际运行工况下风机功耗，单位kw；P_wN为额定运行工况下风机功耗，单位kw；Q_L为实际运行工况下风机风量，单位m³/s；Q_N为额定运行工况下风机风量，单位m³/s。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤6中的空冷单元传热工作效率计算公式为：

$\mathrm{\&eta;}=\frac{m_s}{P_{\mathrm{wR}}}---\left(18\right)$

其中，m_s为凝结水量，P_wR为实际运行工况下风机功耗，两者均为随时调整的变量，所以空冷单元传热工作效率η也为动态变量；则全部风机平均换热工作效率，为所有风机效率加和后除以总台数，高于平均效率的风机定义为高效率风机，低于平均效率的风机定义为低效率风机。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤7中最优控制的目标函数为：

$\min P_{\mathrm{wT}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^I{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^J{P}_{\mathrm{wTij}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{T=1}^{I\&times;J}{\left(\frac{n_T}{n_N}\right)}^3{P}_{\mathrm{wN}}---\left(28\right)$

约束条件：

式中P_wT为调整后的风机功耗，P_wTij为阵列中第i行第j列的空冷机组的风机功耗，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，T＝1,2,…,I×J，I和J均为正整数，n_L为实际运行工况下风机转速，n_T为调整后的风机转速，n_N为额定运行工况下风机转速，P_wN为额定运行工况下风机功耗；t_s为空冷凝汽器入口蒸汽温度；t_a当地环境温度；t_h为凝结水流入凝结水箱出口温度，t_min和t_max分别为当地环境的最低温度和最高温度，n_min和n_max分别为风机最低转速和最高转速，η为空冷单元传热工作效率，η_av为全部风机平均换热工作效率，其中t_s，t_a，t_b都是可测值，n_L也为已知值，所以必然得到满足条件的n_T值，通过多目标寻优的方法，最终确定各台风机优化转速值。