CN107783415B - 一种dcs数据挖掘的火电机组定滑压运行曲线计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法：a、选取与定滑压运行曲线计算相关的采样点，获得DCS数据；b、计算调节级效率、当量主蒸汽容积流量，修正当量主蒸汽流量、修正负荷并拟合前两者之间和后两者之间的关系曲线α、β；c、假设负荷以及该负荷下主蒸汽压力序列，计算修正负荷序列；d、通过β和主蒸汽压力序列计算当量主蒸汽容积流量序列；e、通过α计算调节级效率序列，拟合主蒸汽压力序列与调节级效率序列之间的关系曲线γ，关系曲线α上的拐点对应在关系曲线γ的主蒸汽压力即为最优；f、对不同负荷下最优主蒸汽压力拟合直线即为定滑压运行曲线；本发明能够利用DCS数据辨识汽轮机组定滑压运行曲线以指导机组经济运行。

Description

一种DCS数据挖掘的火电机组定滑压运行曲线计算方法
技术领域
本发明属于火电机组汽轮机发电技术领域，尤其涉及一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法。
背景技术
近年来，分布式控制系统(Distributed Control System,简称DCS)在绝大多数汽轮机组上得以应用，其形成的DCS数据流蕴涵着丰富而有价值的信息有待挖掘。
根据热力循环理论，汽轮机组在低负荷下滑压运行时，由于进汽节流损失小，漏汽损失也小，使得机组的相对内效率比定压运行有一定的提高，但随着主蒸汽压力低导致循环热效率也降低，而相对内效率的增加幅度补偿了循环热效率的下降幅度时，汽轮机组的滑压压力比较经济的，因此对汽轮机组在不同负荷下经济的滑压压力进行连线作图，即得到定滑压运行曲线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，在汽轮机组以顺序阀运行且高压调门流量线性度较好时，该方法能够简便地获得汽轮机组定滑压运行曲线。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，包括以下步骤：
A、从汽轮机组的DCS数据库中，选取主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、凝汽器真空和机组负荷这六个测点，设定采样周期小于或等于30秒，采样时长能涵盖机组运行负荷的全范围，进入步骤B；
B、由主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后蒸汽压力和调节级后蒸汽温度计算调节级效率，由主蒸汽压力、主蒸汽温度和调节级后蒸汽压力计算当量主蒸汽容积流量和修正当量主蒸汽流量，由主蒸汽压力、凝汽器真空和机组负荷计算修正负荷，进入步骤C；
C、拟合当量主蒸汽容积流量与调节级效率之间的关系曲线α，拟合修正负荷与修正当量主蒸汽流量之间的关系曲线β，进入步骤D；
D、假设负荷有85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％和50％额定负荷，在以上每一个假设负荷下假设机组运行的主蒸汽压力序列a，由机组额定工况的主蒸汽压力和序列a计算假设修正负荷序列b，通过关系曲线β计算获得修正当量主蒸汽流量序列c，与序列a一起计算获得当量主蒸汽容积流量序列d，进入步骤E；
E、对于每一个假设负荷下的当量主蒸汽容积流量序列d，在关系曲线α上插值计算获得假设调节级效率序列e，拟合序列d与序列e之间的关系曲线γ，在该关系曲线上寻找随着主蒸汽压力降低调节级效率增长开始缓慢的点，即为该假设负荷下的最优主蒸汽压力，进入步骤F；
F、利用最小二乘法对每一个假设负荷下的最优主蒸汽压力拟合直线，在该直线到达机组额定主蒸汽压力的负荷到机组额定负荷之间绘制不同负荷但同一额定主蒸汽压力的直线，该直线连同拟合直线即为汽轮机组定滑压运行曲线。
本发明进一步的改进在于，步骤B中，调节级效率η由公式(1)计算：
Figure BDA0001425880450000021
式中：H(p,t)、H(p,S)、S(p,t)表示以压力p和温度t来计算焓、压力p和熵S来计算焓、压力p和温度t来计算熵的函数，函数结果在水及水蒸气物理性质表中查询获得；角标0表示主蒸汽参数，角标s表示调节级后蒸汽参数。
本发明进一步的改进在于，当量主蒸汽容积流量Qv和修正当量主蒸汽流量Qc由公式(2)计算：
Figure BDA0001425880450000031
式中：V(p,t)表示以压力p和温度t来计算比容，角标d表示机组额定工况参数。
本发明进一步的改进在于，修正负荷Nc由公式(3)计算：
Figure BDA0001425880450000032
式中：N表示实际机组负荷，VC表示凝汽器真空，Pa表示当地大气压力，Pc表示汽轮机低压缸排汽绝对压力设计值，Cs表示汽轮机低压缸排汽绝对压力对功率的修正系数，在设备厂商提供的修正曲线上查询得到。
本发明进一步的改进在于，步骤D中，序列b中元素bi与对应的序列a中元素ai满足公式(4)的计算关系：
Figure BDA0001425880450000033
式中：Na表示假设负荷，下标i表示统计时间段内的样本个数；
序列d中元素di由公式(5)计算：
Figure BDA0001425880450000034
本发明进一步的改进在于，步骤E中，最优主蒸汽压力是随着主蒸汽压力降低调节级效率增长开始缓慢的点，其寻找方法是：先在关系曲线α上寻找曲线拐点对应的Y轴坐标，在关系曲线γ上查看相同Y轴坐标下对应的主蒸汽压力值，即为最优主蒸汽压力。
本发明具有如下的优点：
1、常规采用汽轮机热耗率性能试验获得机组定、滑压试验的方法，其试验费用昂贵，本发明能够以较低费用获得机组定、滑压运行曲线。
2、常规采用汽轮机热耗率性能试验获得的机组定、滑压试验方法，需要的负荷量较大，机组在不同负荷下均要求连续稳定试验时间达到7～9个小时，总试验时间一般超过5天，特别在电网负荷量偏低的时间段进行试验，会导试验困难较大、试验周期较长。本发明能够在较短时间内，获得机组定、滑压运行曲线，一般仅需要1～2天时间，且对机组运行负荷无要求。
3、常规采用汽轮机热耗率性能试验获得的机组定、滑压试验方法，因为往往使用汽轮机性能试验规程中的简化试验方法，试验不确定度较大，特别是当采用现场永久性安装的流量测量装置作为整个汽轮机性能试验基准时，试验不确定度可到达1.5％～3.0％，不适用于精度要求较高的机组定、滑压试验。本发明采用大量机组运行统计数据，并依托理论计算及分析，得到的定、滑压曲线随机性更小，可靠性更高。
4、机组在运行过程中的老化、特性改变等因素往往会导致机组预设在控制系统内的定、滑压曲线在运行一段时间后，偏离机组最佳定、滑压曲线。本发明可在机组运行控制系统中进行扩展应用，实现机组动态定、滑压曲线计算，使机组时刻都运行在最佳定、滑压曲线下。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为关系曲线α、β，注意X轴和Y轴的数值经过标幺。
图3为关系曲线γ，注意X轴和Y轴的数值经过标幺。
图4为实例汽轮机组定滑压运行曲线，注意X轴和Y轴的数值经过标幺。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法作进一步的详细说明。
如图1所示，一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，有以下步骤。
1、从汽轮机组的DCS数据库中，选取主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、综合阀位指令、凝汽器真空、机组负荷这七个测点，设定采样周期小于或等于30秒，采样时长能涵盖机组运行负荷的全范围。
2、由主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度计算调节级效率η：
Figure BDA0001425880450000051
式中：H(p,t)、H(p,S)、S(p,t)表示以压力p和温度t来计算焓、压力p和熵S来计算焓、压力p和温度t来计算熵的函数，函数结果可以在水及水蒸气物理性质表中查询获得；角标“0”表示主蒸汽参数，角标“s”表示调节级后蒸汽参数；由主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后蒸汽压力计算当量主蒸汽容积流量Qv和修正当量主蒸汽流量Qc：
Figure BDA0001425880450000061
式中：V(p,t)表示以压力p和温度t来计算比容，角标“d”表示机组额定工况参数；由主蒸汽压力、凝汽器真空、机组负荷计算修正负荷Nc：
Figure BDA0001425880450000062
式中：N表示实际机组负荷，VC表示凝汽器真空，Pa表示当地大气压力，Pc表示汽轮机低压缸排汽绝对压力设计值，Cs表示汽轮机低压缸排汽绝对压力对功率的修正系数，在设备厂商提供的修正曲线上查询得到。
3、拟合当量主蒸汽容积流量与调节级效率之间的关系曲线α，拟合修正负荷与修正当量主蒸汽流量之间的关系曲线β；如图2所示，关系曲线α拐点处的Y轴坐标值为0.9790。
4、假设负荷有85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％额定负荷，在以上每一个假设负荷下假设机组运行的主蒸汽压力序列a，其中元素以0.1MPa为步长；由机组额定工况的主蒸汽压力和序列a计算假设修正负荷序列b，序列b中元素bi与对应的序列a中元素ai满足计算公式：
Figure BDA0001425880450000063
式中：Na表示假设负荷，下标i表示统计时间段内的样本个数；通过关系曲线β计算获得修正当量主蒸汽流量序列c，与序列a一起计算获得当量主蒸汽容积流量序列d，其中元素di满足计算公式：
Figure BDA0001425880450000064
5、对于每一个假设负荷下的当量主蒸汽容积流量序列d，在关系曲线α上插值计算获得假设调节级效率序列e，拟合序列d与序列e之间的关系曲线γ，其中80％额定负荷关系曲线γ如图3所示，其余假设负荷的关系曲线γ与之类似，不再赘述；关系曲线α拐点处的Y轴坐标值为0.9790，对应在80％额定负荷关系曲线γ的主蒸汽压力为0.9418，即为该假设负荷下的最优主蒸汽压力。
6、利用最小二乘法对每一个假设负荷下的最优主蒸汽压力拟合直线，在该直线到达机组额定主蒸汽压力的负荷到机组额定负荷之间绘制不同负荷但同一额定主蒸汽压力的直线，该直线连同拟合直线即为汽轮机组定滑压运行曲线，如图4所示。

Claims (6)

1.一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、从汽轮机组的DCS数据库中，选取主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、凝汽器真空和机组负荷这六个测点，设定采样周期小于或等于30秒，采样时长能涵盖机组运行负荷的全范围，进入步骤B；
B、由主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后蒸汽压力和调节级后蒸汽温度计算调节级效率，由主蒸汽压力、主蒸汽温度和调节级后蒸汽压力计算当量主蒸汽容积流量和修正当量主蒸汽流量，由主蒸汽压力、凝汽器真空和机组负荷计算修正负荷，进入步骤C；
C、拟合当量主蒸汽容积流量与调节级效率之间的关系曲线α，拟合修正负荷与修正当量主蒸汽流量之间的关系曲线β，进入步骤D；
D、假设负荷有85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％和50％额定负荷，在以上每一个假设负荷下假设机组运行的主蒸汽压力序列a，由机组额定工况的主蒸汽压力和序列a计算假设修正负荷序列b，通过关系曲线β计算获得修正当量主蒸汽流量序列c，序列c与序列a一起计算获得当量主蒸汽容积流量序列d，进入步骤E；
E、对于每一个假设负荷下的当量主蒸汽容积流量序列d，在关系曲线α上插值计算获得假设调节级效率序列e，拟合序列d与序列e之间的关系曲线γ，在关系曲线γ上寻找随着主蒸汽压力降低调节级效率增长开始缓慢的点，即为该假设负荷下的最优主蒸汽压力，进入步骤F；
F、利用最小二乘法对每一个假设负荷下的最优主蒸汽压力拟合直线L1，在L1上计算机组额定主蒸汽压力对应的负荷到机组额定负荷之间绘制不同负荷但同一额定主蒸汽压力的直线L2，组合L1与L2即为汽轮机组定滑压运行曲线。
2.如权利要求1所述的一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，其特征在于，步骤B中，调节级效率η由公式(1)计算：
Figure FDA0002539478080000021
式中：H(p,t)、H(p,S)、S(p,t)表示以压力p和温度t来计算焓、压力p和熵S来计算焓、压力p和温度t来计算熵的函数，函数结果在水及水蒸气物理性质表中查询获得；角标0表示主蒸汽参数，角标s表示调节级后蒸汽参数。
3.如权利要求2所述的一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，其特征在于，当量主蒸汽容积流量Qv和修正当量主蒸汽流量Qc由公式(2)计算：
Figure FDA0002539478080000022
式中：V(p,t)表示以压力p和温度t来计算比容，角标d表示机组额定工况参数。
4.如权利要求3所述的一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，其特征在于，修正负荷Nc由公式(3)计算：
Figure FDA0002539478080000023
式中：N表示实际机组负荷，VC表示凝汽器真空，Pa表示当地大气压力，Pc表示汽轮机低压缸排汽绝对压力设计值，Cs表示汽轮机低压缸排汽绝对压力对功率的修正系数，在设备厂商提供的修正曲线上查询得到。
5.如权利要求4所述的一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，其特征在于，步骤D中，序列b中元素bi与对应的序列a中元素ai满足公式(4)的计算关系：
Figure FDA0002539478080000031
式中：Na表示假设负荷，下标i表示统计时间段内的样本个数；
序列d中元素di由公式(5)计算：
Figure FDA0002539478080000032
式中：ci为序列c中元素。
6.如权利要求1所述的一种DCS数据挖掘的汽轮机组定滑压运行曲线计算方法，其特征在于，步骤E中，最优主蒸汽压力是随着主蒸汽压力降低调节级效率增长开始缓慢的点，其寻找方法是：先在关系曲线α上寻找曲线拐点对应的Y轴坐标，在关系曲线γ上查看相同Y轴坐标下对应的主蒸汽压力值，即为最优主蒸汽压力。
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