CN113819070B - 一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法及系统，包括：获取凝结水泵的当前出口压力值、汽轮机组当前负荷、当前除氧器水位、当前除氧器上水主调阀开度；根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力；以凝结水泵的当前出口压力作为测量值，以负荷折算压力、微分前馈压力、开度反馈压力作为设定值，对凝结水泵的变频器频率进行PID控制。本发明能够综合考虑与凝结水泵的运行状态相关联的影响因素，优化凝结水泵的变频器频率控制调节方法，降低凝结水泵电能消耗。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法。本发明还涉及一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统。
背景技术
随着中国电力技术的发展，越来越多的电力设备已得到广泛使用。
当前国内各发电企业单位，在变频技术日益成熟的今天，基本都将汽轮机组进行了变频改造，包括凝结水系统在内的凝结水泵等。随着发电技术的发展，越来越多的电力设施已得到广泛使用。
汽轮机组内一般安装有凝汽器，凝汽器是将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，又称复水器。凝汽器主要用于汽轮机动力装置中，分为水冷凝汽器和空冷凝汽器两种。凝汽器不仅能够将汽轮机的排汽冷凝成水供锅炉重新使用，还能在汽轮机排汽处建立真空和维持真空。
凝结水泵与凝汽器相连，可使凝结水重新进行循环流动。凝结水泵的工作频率变化对汽轮机组的耗电量具有重要影响，当凝结水泵的工作频率超过实际需要频率或与实际需要频率不匹配时，耗电量将剧增。以660MW机组为例，系统在干态时，通过除氧器上水主调阀和除氧器上水副调阀对除氧器水位进行调节，变负荷时存在水位波动大的情况，影响整个系统的稳定性和经济性。同时，凝泵变频调节的凝泵出口压力对除氧器水位波动也有一定影响。
在现有技术中，一般通过DCS等控制系统使得凝结水泵处于自动变频调节状态，其主要控制依据是母管出口压力。然而，实际调研发现，凝结水泵的工作状态不仅受出口压力的影响，还受汽轮机组中的多种参数的影响，比如汽轮机组的负荷变化、除氧器水位波动、除氧器上水调阀开度等，而凝结水泵在多种因素的影响下，即使处于自动变频状态，也难以达到节能的目的。
因此，如何综合考虑与凝结水泵的运行状态相关联的影响因素，优化凝结水泵的变频器频率控制调节方法，降低凝结水泵电能消耗，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法，能够综合考虑与凝结水泵的运行状态相关联的影响因素，优化凝结水泵的变频器频率控制调节方法，降低凝结水泵电能消耗。本发明的另一目的是提供一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法，包括：
获取凝结水泵的当前出口压力值、汽轮机组当前负荷、当前除氧器水位、当前除氧器上水主调阀开度；
根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力；
以所述凝结水泵的当前出口压力作为测量值，以所述负荷折算压力、所述微分前馈压力、所述开度反馈压力作为设定值，对所述凝结水泵的变频器频率进行PID控制。
优选地，根据汽轮机组当前实际负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，具体包括：
根据函数关系：
F(x,y)＝(0,0；300,1.15；400,1.55；660,2.35；700,2.40)
计算负荷折算压力；
其中，x为汽轮机组当前实际负荷，单位为MW，y为负荷折算压力，单位为MPa。
优选地，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力时，微分时间为40s，微分增益为-0.004，动作限幅为±0.1Mpa。
优选地，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力，具体包括：
根据函数关系：
F(p,q)＝(0,-0.1；30,-0.05；50,0；70,0；75,0.02；100,0.02)
计算开度反馈压力；
其中，p为当前除氧器上水主调阀开度，q为开度反馈压力，单位为Mpa。
优选地，还包括：
使除氧器上水副调阀自动投入；
在所述汽轮机组当前负荷小于350MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为0；
在所述汽轮机组当前负荷位于350～450MW之间时，控制所述除氧器上水副调阀的开度从0渐增至100；
在所述汽轮机组当前负荷大于450MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为100。
本发明还提供一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统，包括：
第一获取模块，用于获取凝结水泵的当前出口压力值；
第二获取模块，用于获取汽轮机组当前负荷；
第三获取模块，用于获取当前除氧器水位；
第四获取模块，用于获取当前除氧器上水主调阀开度；
第一计算模块，用于根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力；
第二计算模块，用于根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力；
第三计算模块，用于根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力；
PID控制模块，用于以所述凝结水泵的当前出口压力作为测量值，以所述负荷折算压力、所述微分前馈压力、所述开度反馈压力作为设定值，对所述凝结水泵的变频器频率进行PID控制。
优选地，所述第一计算模块具体用于通过函数关系：
F(x,y)＝(0,0；300,1.15；400,1.55；660,2.35；700,2.40)
计算负荷折算压力；
其中，x为汽轮机组当前实际负荷，单位为MW，y为负荷折算压力，单位为MPa。
优选地，所述第二计算模块的微分时间为40s，微分增益为-0.004，动作限幅为±0.1Mpa。
优选地，所述第三计算模块具体用于通过函数关系：
F(p,q)＝(0,-0.1；30,-0.05；50,0；70,0；75,0.02；100,0.02)
计算开度反馈压力；
其中，p为当前除氧器上水主调阀开度，q为开度反馈压力，单位为Mpa。
优选地，还包括：
辅助调节模块，用于使除氧器上水副调阀自动投入，且：
在所述汽轮机组当前负荷小于350MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为0；
在所述汽轮机组当前负荷位于350～450MW之间时，控制所述除氧器上水副调阀的开度从0渐增至100；
在所述汽轮机组当前负荷大于450MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为100。
本发明所提供的汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法，主要包括三个步骤，在第一步中，主要内容为获取与凝结水泵的运行状态相关联的影响因素，分别为获取凝结水泵的当前出口压力值、获取汽轮机组的当前负荷、获取当前除氧器水位、获取当前除氧器上水主调阀开度。在第二步中，主要内容为根据在第一步中获得的后三个参数进行分别计算，即根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力。在第三步中，主要内容为根据第一步中获得的凝结水泵的当前出口压力值与第二步中计算获得的负荷折算压力、微分前馈压力、开度反馈压力进行控制PID协同控制，其中，以凝结水泵的当前出口压力作为测量值，同时以负荷折算压力、微分前馈压力和开度反馈压力三者作为设定值，通过预设PID控制算法对凝结水泵的变频器频率进行控制调整，计算出凝结水泵的变频器输出频率，最后使凝结水泵处于该变频器输出频率下进行作业。因此，本发明能够综合考虑与凝结水泵的运行状态相关联的影响因素，优化凝结水泵的变频器频率控制调节方法，降低凝结水泵电能消耗。相比于现有技术，试验结果表明，使用本发明所提供的汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法后，凝结水泵的耗电量可下降至50％左右，且频率控制调节稳定可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的方法流程图。
图2为凝结水泵的局部变频控制逻辑示意图。
图3为凝结水泵的局部变频控制逻辑示意图。
图4为本发明所提供的一种具体实施方式的模块结构图。
其中，图4中：
第一获取模块—1，第二获取模块—2，第三获取模块—3，第四获取模块—4，第一计算模块—5，第二计算模块—6，第三计算模块—7，PID控制模块—8，辅助调节模块—9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的方法流程图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法主要包括三个步骤，分别为：
S1、获取凝结水泵的当前出口压力值、汽轮机组当前负荷、当前除氧器水位、当前除氧器上水主调阀开度；
S2、根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力；
S3、以凝结水泵的当前出口压力作为测量值，以负荷折算压力、微分前馈压力、开度反馈压力作为设定值，对凝结水泵的变频器频率进行PID控制。
其中，在第一步中，主要内容为获取与凝结水泵的运行状态相关联的影响因素，分别为获取凝结水泵的当前出口压力值、获取汽轮机组的当前负荷、获取当前除氧器水位、获取当前除氧器上水主调阀开度。
在第二步中，主要内容为根据在第一步中获得的后三个参数进行分别计算，即根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力。
在第三步中，主要内容为根据第一步中获得的凝结水泵的当前出口压力值与第二步中计算获得的负荷折算压力、微分前馈压力、开度反馈压力进行控制PID协同控制，其中，以凝结水泵的当前出口压力作为测量值，同时以负荷折算压力、微分前馈压力和开度反馈压力三者作为设定值，通过预设PID控制算法对凝结水泵的变频器频率进行控制调整，计算出凝结水泵的变频器输出频率(0～50Hz)，最后使凝结水泵处于该变频器输出频率下进行作业。
因此，本实施例能够综合考虑与凝结水泵的运行状态相关联的影响因素，优化凝结水泵的变频器频率控制调节方法，降低凝结水泵电能消耗。相比于现有技术，试验结果表明，使用本实施例所提供的汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法后，凝结水泵的耗电量可下降至50％左右，且频率控制调节稳定可靠。此外，经过优化控制后，除氧器上水主调阀的开度基本维持在50％～75％之间，除氧器的水位波动明显变小，保证了整个系统的稳定性和经济性。
具体的，在步骤S2中，汽轮机组当前实际负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，具体包括：
根据函数关系：
F(x,y)＝(0,0；300,1.15；400,1.55；660,2.35；700,2.40)
计算负荷折算压力；
其中，x为汽轮机组当前实际负荷，单位为MW，y为负荷折算压力，单位为MPa。
如此设置，即对凝泵变频进行控制，对其逻辑进行优化，修改为凝泵的出口压力随汽轮机组的负荷自动变化，运行可通过偏置修正，然后对凝结水泵的变频器比例、积分参数进行优化。
在步骤S2中，当前除氧器水位与预设水位设定值的偏差计算微分前馈压力时，微分时间为40s，微分增益为-0.004，动作限幅为±0.1Mpa。
在步骤S2中，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力，具体包括：
根据函数关系：
F(p,q)＝(0,-0.1；30,-0.05；50,0；70,0；75,0.02；100,0.02)
计算开度反馈压力；
其中，p为当前除氧器上水主调阀开度，q为开度反馈压力，单位为Mpa。
如此设置，即通过除氧器水位主调阀的开度位置反馈对凝泵变频控制进行修正。具体的，当主调阀开度超过70％时，根据函数适当提高设定压力，保证除氧器水位稳定；当主调阀开度低于50％时，适当降低设定压力，减少凝泵出口压力。
此外，还可对凝结水泵的变频器比例、积分参数进行调整。具体的，将除氧器上水副调阀设置为自动投入运行方式，同时修改控制逻辑为近似于开环控制方式。当汽轮机组的当前负荷小于350MW时，控制除氧器上水副调阀的开度保持为0；当汽轮机组的当前负荷位于350～450MW时，控制除氧器上水副调阀的开度从0渐增至100；当汽轮机组的当前负荷大于450MW时，控制除氧器上水副调阀的开度保持为100。同时，将其输出死区限制在3％，凝结水泵由变频切工频时，迅速关闭除氧器上水副调阀，速率为每秒关10％等。
另外，凝结水泵的变频器频率的PID控制中的设定值还可包括第四部分，即手动偏置，管理人员可根据实际情况通过手操块输入手动偏置。同时，PID控制模块内置跟踪功能模块，当手自动状态切换时，设定值跟踪实际值，从而实现无扰切换。
如图4所示，图4为本发明所提供的一种具体实施方式的模块结构图。
本实施例还提供一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统，主要包括第一获取模块1，用于获取凝结水泵的当前出口压力值；第二获取模块2，用于获取汽轮机组当前负荷；第三获取模块3，用于获取当前除氧器水位；第四获取模块4，用于获取当前除氧器上水主调阀开度；第一计算模块5，用于根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力；第二计算模块6，用于根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力；第三计算模块7，用于根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力；PID控制模块8，用于以所述凝结水泵的当前出口压力作为测量值，以所述负荷折算压力、所述微分前馈压力、所述开度反馈压力作为设定值，对所述凝结水泵的变频器频率进行PID控制。
其中，第一计算模块5主要用于通过函数关系：
F(x,y)＝(0,0；300,1.15；400,1.55；660,2.35；700,2.40)
计算负荷折算压力；
其中，x为汽轮机组当前实际负荷，单位为MW，y为负荷折算压力，单位为MPa。
第二计算模块6的微分时间为40s，微分增益为-0.004，动作限幅为±0.1Mpa。
同时，第三计算模块7具体用于通过函数关系：
F(p,q)＝(0,-0.1；30,-0.05；50,0；70,0；75,0.02；100,0.02)
计算开度反馈压力；
其中，p为当前除氧器上水主调阀开度，q为开度反馈压力，单位为Mpa。
此外，本实施例中还增设有辅助调节模块9，主要用于使除氧器上水副调阀进行自动投入运行状态，并且当汽轮机组的当前负荷小于350MW时，控制除氧器上水副调阀的开度保持为0；当汽轮机组的当前负荷位于350～450MW时，控制除氧器上水副调阀的开度从0渐增至100；当汽轮机组的当前负荷大于450MW时，控制除氧器上水副调阀的开度保持为100。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法，其特征在于，包括：
获取凝结水泵的当前出口压力值、汽轮机组当前负荷、当前除氧器水位、当前除氧器上水主调阀开度；
根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力；
以所述凝结水泵的当前出口压力作为测量值，以所述负荷折算压力、所述微分前馈压力、所述开度反馈压力作为设定值，对所述凝结水泵的变频器频率进行PID控制；根据汽轮机组当前实际负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力，具体包括：
根据函数关系：
F（x,y）=（0,0；300,1.15；400,1.55；660,2.35；700,2.40）
计算负荷折算压力；
其中，x为汽轮机组当前实际负荷，单位为MW，y为负荷折算压力，单位为MPa。
2.根据权利要求1所述的汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法，其特征在于，根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力时，微分时间为40s，微分增益为-0.004，动作限幅为±0.1Mpa。
3.根据权利要求2所述的汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法，其特征在于，根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力，具体包括：
根据函数关系：
F（p,q）=（0,-0.1；30,-0.05；50,0；70,0；75,0.02；100,0.02）
计算开度反馈压力；
其中，p为当前除氧器上水主调阀开度，q为开度反馈压力，单位为Mpa。
4.根据权利要求3所述的汽轮机组凝结水泵变频优化节能方法，其特征在于，还包括：
使除氧器上水副调阀自动投入；
在所述汽轮机组当前负荷小于350MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为0；
在所述汽轮机组当前负荷位于350~450MW之间时，控制所述除氧器上水副调阀的开度从0渐增至100；
在所述汽轮机组当前负荷大于450MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为100。
5.一种汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取凝结水泵的当前出口压力值；
第二获取模块，用于获取汽轮机组当前负荷；
第三获取模块，用于获取当前除氧器水位；
第四获取模块，用于获取当前除氧器上水主调阀开度；
第一计算模块，用于根据汽轮机组当前负荷与凝结水泵运行状态的函数关系计算负荷折算压力；
第二计算模块，用于根据当前除氧器水位与预设水位值的偏差计算微分前馈压力；
第三计算模块，用于根据当前除氧器上水主调阀开度与凝结水泵运行状态的函数关系计算开度反馈压力；
PID控制模块，用于以所述凝结水泵的当前出口压力作为测量值，以所述负荷折算压力、所述微分前馈压力、所述开度反馈压力作为设定值，对所述凝结水泵的变频器频率进行PID控制；
所述第一计算模块具体用于通过函数关系：
F（x,y）=（0,0；300,1.15；400,1.55；660,2.35；700,2.40）
计算负荷折算压力；
其中，x为汽轮机组当前实际负荷，单位为MW，y为负荷折算压力，单位为MPa。
6.根据权利要求5所述的汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统，其特征在于，所述第二计算模块的微分时间为40s，微分增益为-0.004，动作限幅为±0.1Mpa。
7.根据权利要求6所述的汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统，其特征在于，所述第三计算模块具体用于通过函数关系：
F（p,q）=（0,-0.1；30,-0.05；50,0；70,0；75,0.02；100,0.02）
计算开度反馈压力；
其中，p为当前除氧器上水主调阀开度，q为开度反馈压力，单位为Mpa。
8.根据权利要求7所述的汽轮机组凝结水泵变频优化节能系统，其特征在于，还包括：
辅助调节模块，用于使除氧器上水副调阀自动投入，且：
在所述汽轮机组当前负荷小于350MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为0；
在所述汽轮机组当前负荷位于350~450MW之间时，控制所述除氧器上水副调阀的开度从0渐增至100；
在所述汽轮机组当前负荷大于450MW时，控制所述除氧器上水副调阀的开度保持为100。
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