CN113589863B - 一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，属于发电机领域，其特征在于，包括以下步骤：a、计算冷却水质量流量W_S；b、求得冷却水阀开度P₁；c、将冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，输出反馈冷却水阀开度信号；d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出；e、驱动冷却水阀打开达到目标开度。本发明采用前馈和反馈的有机复合控制，实时计算出冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，再结合闭环反馈控制，对偏差进行不断修正，进而能够大大提高冷氢温度的控制精度，减小冷氢温度的波动，满足发电机灵活性运行及工况多变的需求。

Description

一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法

技术领域

本发明涉及到发电机技术领域，尤其涉及一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法。

背景技术

近年来，火电市场从传统的基负荷稳定运行逐渐转变为频繁调峰、深度进相的灵活性运行，机组的安全稳定运行面临新的挑战。发电机灵活性运行时，机组负荷不断调节，发电机定子线棒、定子铁芯及转子温度必然随负荷大幅波动，这就要求发电机冷却系统适应这种变化，使发电机内部部件保持在合理的温度范围，确保机组运行安全，尽量延长机组寿命。

大型汽轮发电机通常采用水-氢-氢冷却方式，即定子线圈采用水内冷，定子铁芯和转子绕组由氢气密闭循环系统进行冷却，冷却气体由安装在转子两端的风扇驱动。冷却氢气将吸收的热量通过氢气冷却器传递给冷却器中的冷却水，带出发电机外。通过冷却水的循环，对经过冷却器的热氢进行冷却，确保发电机内部冷氢温度在合适的范围内。冷氢温度太高不利于发电机的散热，并且太高若高于定子冷却水的温度，可能导致氢气结露。目前电厂通常采用手动或者PID闭环控制调节氢气冷却器的冷却水阀的流量来实现冷氢的温度控制，但是，由于换热器的换热需要一定的时间，所以该闭环控制系统滞后较大，反馈控制作用不能及时影响系统的输出，以致引起冷氢温度的过大波动，直接影响控制品质。此外，在不同的季节，冷却水的温度差异较大，这对闭环系统的控制精度也有很大的影响。所以，目前的冷氢温度控制系统，精度较低，并且当冷氢温度波动较大或者异常时，需要人为进行大量操作、调整，这无疑加大了运行人员的劳动强度。

公开号为CN 103811085A，公开日为2014年05月21日的中国专利文献公开了一种核电站发电机氢气冷却系统的冷氢温度监控和调整方法，所述核电站发电机氢气冷却系统包括进水干路、出水干路、至少两个支路、温控阀门、至少两个氢气冷却器以及至少两个隔离阀；所述至少两个支路并联于所述进水干路及所述出水干路之间，所述至少两个氢气冷却器以及所述至少两个隔离阀均分别设置于所述至少两个支路中，所述至少两个隔离阀分别用于调节所述至少两个支路中的冷却水的流量；所述温控阀门设置于该出水干路，其具有自动控制及手动控制两种控制模式，在自动控制模式中，所述温控阀门根据所述至少两个氢气冷却器中的一个氢气冷却器出口处的冷氢的温度自动调节冷却水的总流量；其特征在于，所述冷氢温度监控和调整方法包括如下步骤：(A)分别检测上述至少两个氢气冷却器出口处的冷氢温度；以及(B)手动开大温控阀门，对所述至少两个氢气冷却器的流量分配状态进行扰动，尽量使其平均，并增加总流量。

该专利文献公开的核电站发电机氢气冷却系统的冷氢温度监控和调整方法，在不改变电站机组的运行状态的情况下，能够实现对部分氢气冷却器流量的节流和再分配，降低氢气的温度偏差。但是，仍然不能实时精确的计算冷却水阀开度，不能最大程度的减小扰动，且不能对温度偏差进行不断修正，影响冷氢温度的控制精度，也不能减小冷氢温度的波动。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，本发明采用前馈和反馈的有机复合控制，并结合当前的工况数据，实时计算出冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，再结合闭环反馈控制，对偏差进行不断修正，进而能够大大提高冷氢温度的控制精度，减小冷氢温度的波动，满足发电机灵活性运行及工况多变的需求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量。

所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：

C_q*(T_qr-T_ql)*W_q＝η*C_s*(T_sr-T_sl)*W_s 式1

根据式1，得到冷却水质量流量W_S：

其中，W_S为冷却水质量流量；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃。

所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量W_S与冷却水阀开度P₁之间的函数关系为式3；

P₁＝a*W_S+b 式3

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；W_S为冷却水质量流量；b为系数。

所述步骤b中，冷却水阀开度P₁根据式2和式3计算获得；

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃；b为系数。

所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。

所述步骤e中，执行机构上设置有位移传感器，位移传感器采集冷却水阀的阀门位置信息并进行实时反馈。

所述步骤e中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度具体是指将冷却水阀的目标开度控制信号通过复合控制系统的伺服控制卡输出到伺服阀，经伺服阀转换后输出至执行机构，执行机构驱动冷却水阀打开到目标开度。

本发明所述PID控制模块是指比例-积分-微分控制器，是用于对基本线性和动态特性不随时间变化系统的控制。

本发明的原理如下：

通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，通过对冷却水阀目标开度的控制，实现了进入氢气冷却器的冷却水流量的控制，从而实现冷氢温度控制；由于冷氢温度、热氢温度、冷却水温度是随着机组的工况及环境的变化而动态变化的，所以前馈控制和反馈控制也是动态的，需不断的进行动态调节。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，“a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量”，通过采用前馈和反馈的有机复合控制，并结合当前的工况数据，实时计算出冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，再结合闭环反馈控制，对偏差进行不断修正，进而能够大大提高冷氢温度的控制精度，减小冷氢温度的波动，满足发电机灵活性运行及工况多变的需求。

二、本发明，较单纯采用闭环PID反馈控制，由于冷却器的滞后较大，导致冷氢温度波动较大，致使调节品质较差而言，将前馈控制和反馈控制进行有机结合，前馈控制使输出具有较小的偏差，有利于反馈控制的调节；反馈控制，则尽量消除控制偏差，从而达到避免震荡，提高控制精度及稳定性的作用，前馈控制和反馈控制形成互补作用，最终达到了良好的控制品质。

三、本发明，基于发电机不同负荷下其发热量不同，通过计算冷却水质量流量，实现了氢气冷却器冷氢温度的精确控制，这样既能够将发电机内部部件温度控制在合理的范围内，又能够维持轴系标高的稳定，从而避免发电机局部过热以及由于冷氢温度波动较大带来的轴系振动，进而能够提高发电机灵活性运行能力，确保机组的安全和稳定运行。

四、本发明，较现有技术在不同的季节，冷却水的温度差异较大，导致冷却器换热结果差异较大，实际运行过程中，需要运行人员根据热氢温度及冷却水温度不断手动调节冷却水阀开度而言，通过实时计算冷却水阀开度，能够极大的减轻运行人员的工作强度。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：

图1为本发明复合控制逻辑框图；

图2为本发明复合控制系统原理图。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2，一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量。

“a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量”，通过采用前馈和反馈的有机复合控制，并结合当前的工况数据，实时计算出冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，再结合闭环反馈控制，对偏差进行不断修正，进而能够大大提高冷氢温度的控制精度，减小冷氢温度的波动，满足发电机灵活性运行及工况多变的需求。

实施例2

参见图1和图2，一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量。

所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：

C_q*(T_qr-T_ql)*W_q＝η*C_s*(T_sr-T_sl)*W_s 式1

根据式1，得到冷却水质量流量W_S：

其中，W_S为冷却水质量流量；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃。

较单纯采用闭环PID反馈控制，由于冷却器的滞后较大，导致冷氢温度波动较大，致使调节品质较差而言，将前馈控制和反馈控制进行有机结合，前馈控制使输出具有较小的偏差，有利于反馈控制的调节；反馈控制，则尽量消除控制偏差，从而达到避免震荡，提高控制精度及稳定性的作用，前馈控制和反馈控制形成互补作用，最终达到了良好的控制品质。

实施例3

参见图1和图2，一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量。

所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：

C_q*(T_qr-T_ql)*W_q＝η*C_s*(T_sr-T_sl)*W_s 式1

根据式1，得到冷却水质量流量W_S：

其中，W_S为冷却水质量流量；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃。

所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量W_S与冷却水阀开度P₁之间的函数关系为式3；

P₁＝a*W_S+b 式3

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；W_S为冷却水质量流量；b为系数。

实施例4

参见图1和图2，一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量。

所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：

C_q*(T_qr-T_ql)*W_q＝η*C_s*(T_sr-T_sl)*W_s 式1

根据式1，得到冷却水质量流量W_S：

其中，W_S为冷却水质量流量；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃。

所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量W_S与冷却水阀开度P₁之间的函数关系为式3；

P₁＝a*W_S+b 式3

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；W_S为冷却水质量流量；b为系数。

所述步骤b中，冷却水阀开度P₁根据式2和式3计算获得；

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃；b为系数。

基于发电机不同负荷下其发热量不同，通过计算冷却水质量流量，实现了氢气冷却器冷氢温度的精确控制，这样既能够将发电机内部部件温度控制在合理的范围内，又能够维持轴系标高的稳定，从而避免发电机局部过热以及由于冷氢温度波动较大带来的轴系振动，进而能够提高发电机灵活性运行能力，确保机组的安全和稳定运行。

实施例5

参见图1和图2，一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量。

所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：

C_q*(T_qr-T_ql)*W_q＝η*C_s*(T_sr-T_sl)*W_s 式1

根据式1，得到冷却水质量流量W_S：

其中，W_S为冷却水质量流量；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃。

所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量W_S与冷却水阀开度P₁之间的函数关系为式3；

P₁＝a*W_S+b 式3

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；W_S为冷却水质量流量；b为系数。

所述步骤b中，冷却水阀开度P₁根据式2和式3计算获得；

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃；b为系数。

所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。

实施例6

参见图1和图2，一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量。

所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：

C_q*(T_qr-T_ql)*W_q＝η*C_s*(T_sr-T_sl)*W_s 式1

根据式1，得到冷却水质量流量W_S：

其中，W_S为冷却水质量流量；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃。

所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量W_S与冷却水阀开度P₁之间的函数关系为式3；

P₁＝a*W_S+b 式3

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；W_S为冷却水质量流量；b为系数。

所述步骤b中，冷却水阀开度P₁根据式2和式3计算获得；

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃；b为系数。

所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。

所述步骤e中，执行机构上设置有位移传感器，位移传感器采集冷却水阀的阀门位置信息并进行实时反馈。

所述步骤e中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度具体是指将冷却水阀的目标开度控制信号通过复合控制系统的伺服控制卡输出到伺服阀，经伺服阀转换后输出至执行机构，执行机构驱动冷却水阀打开到目标开度。

较现有技术在不同的季节，冷却水的温度差异较大，导致冷却器换热结果差异较大，实际运行过程中，需要运行人员根据热氢温度及冷却水温度不断手动调节冷却水阀开度而言，通过实时计算冷却水阀开度，能够极大的减轻运行人员的工作强度。

Claims (5)

1.一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S；

b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P₁；

c、将计算求得的冷却水阀开度P₁作为前馈控制模块输出的前馈冷却水阀开度信号，引入反馈控制，根据当前冷氢温度实测值与冷氢温度目标值的偏差，经过PID控制模块计算后，输出反馈冷却水阀开度信号；

d、再将前馈冷却水阀开度信号和反馈冷却水阀开度信号叠加计算后输出，作为冷却水阀的目标开度控制信号；

e、最后将冷却水阀的目标开度控制信号输送到复合控制系统的执行机构中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度，以调节进入氢气冷却器的冷却水流量；

所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量W_S具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：

C_q*(T_qr-T_ql)*W_q＝η*C_s*(T_sr-T_sl)*W_s 式1

根据式1，得到冷却水质量流量W_S：

其中，W_S为冷却水质量流量；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃；

所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量W_S与冷却水阀开度P₁之间的函数关系为式3；

P₁＝a*W_S+b 式3

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；W_S为冷却水质量流量；b为系数。

2.根据权利要求1所述的一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，其特征在于：所述步骤b中，冷却水阀开度P₁根据式2和式3计算获得；

其中，P₁为冷却水阀开度；a为系数；C_q为氢的比热，kcal/kg℃；T_qr为热氢温度，℃；T_ql为冷氢温度，℃；W_q为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；C_S为水的比热，kcal/kg℃；T_Sr为冷却水出口温度，℃；T_Sl为冷却水入口温度，℃；b为系数。

3.根据权利要求2所述的一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，其特征在于：所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。

4.根据权利要求1所述的一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，其特征在于：所述步骤e中，执行机构上设置有位移传感器，位移传感器采集冷却水阀的阀门位置信息并进行实时反馈。

5.根据权利要求4所述的一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法，其特征在于：所述步骤e中，通过执行机构驱动冷却水阀打开达到目标开度具体是指将冷却水阀的目标开度控制信号通过复合控制系统的伺服控制卡输出到伺服阀，经伺服阀转换后输出至执行机构，执行机构驱动冷却水阀打开到目标开度。

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