CN114658499A - 一种火电厂汽轮机运行的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火电厂汽轮机运行的控制方法和装置，该装置由以下方法步骤运行：获取机组历史运行数据；根据稳态判据获取机组稳态运行历史数据；获得历史运行中各主蒸汽流量下的基准值，评价机组热经济性，存储主蒸汽压力、热耗率综合影响系数作为基准值，形成基准值数据库；根据机组实时运行情况，发出控制指令，并自我学习更新基准值数据库；绘制主蒸汽流量与压力的关系曲线即为汽轮机优化运行曲线。该技术方案可根据机组实际运行历史数据确定各主蒸汽流量下主蒸汽压力的最优运行方式，安全性高，维护成本低；还可通过机组实时运行数据对主蒸汽最优运行压力进行自我学习更新，使主蒸汽压力始终处于符合机组实际的最优运行方式，节能效果显著。

Description

一种火电厂汽轮机运行的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及火电厂汽轮机辅助系统技术领域，特别是涉及一种火电厂汽轮机运行的控制方法和装置。

背景技术

通常大型汽轮发电机组优化运行曲线的确定有两种方法，一是直接采用滑压热耗率试验比较法，通过逐渐改变主蒸汽压力，测得在相同负荷不同主蒸汽压力下机组的热耗率，绘制主汽压力与热耗率曲线，求得曲线最低点所对应的主蒸汽压力即为该负荷下运行的最佳压力点；二是采用滑压耗差分析法，在同一负荷下，逐渐改变主蒸汽压力，相应的高压缸效率、小汽机进汽量或给水泵电动机电流等参数发生变化，通过这些重要参数变化对热耗率的影响分析，以总耗差收益变化情况作为滑压优化的评价依据，能较简便地得到该负荷下运行的最佳压力点。连接各负荷下运行的最佳压力点并与定压线相交即构成了机组的定滑压运行曲线。上述方法以机组负荷为基准，没能考虑汽轮机排汽压力或者供热抽汽量的变化对优化运行曲线的影响，并且最优运行压力无法根据机组实际运行情况进行自我学习更新，机组大小修或老化后通常需要重新确定优化运行曲线，消耗大量人力物力。

中国专利CN105201564B公开了一种基于主蒸汽流量的汽轮机滑压优化的控制方法，针对汽轮机滑压运行过程中背压、主再热汽温、供热等因素变化时，影响机组滑压运行经济性的问题，使汽轮机在影响因素变化时仍然能够保持最优运行方式。该方案采用性能试验的方法确定最佳压力，并且在机组性能发生改变时，最优运行主蒸汽压力无法自我更新。

中国专利CN109372594B公开了一种二次再热汽轮机滑压运行优化方法，通过数据采集模块获取机组负荷、主汽调阀开度、主汽压力、主汽温度、小机进汽流量、给水泵进出口水温以及高压缸排汽压力和温度，并从机组DCS控制系统中获取当前机组运行信息，根据当前机组运行状态，通过滑压优化计算模块得出不同负荷下的汽轮机最佳主汽压力。该方案需要调整调节汽轮机主汽调阀开度开展若干工况的试验，亦无法在机组性能发生改变时，最优运行主蒸汽压力无法自我更新。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火电厂汽轮机运行的控制方法和装置，以解决现有方法根据性能试验，设计参数、数学模型计算和修正等导致误差不可控问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种火电厂汽轮机运行的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、获取机组历史运行数据；

步骤二、根据稳态判据获取机组稳态运行历史数据；

步骤三、获得历史运行各主蒸汽流量下的基准值，评价在相同主蒸汽流量、不同主蒸汽压力下机组热经济性，存储各主蒸汽流量下热耗率最低的主蒸汽压力、热耗率综合影响系数作为基准值，并形成基准值数据库；

步骤四、根据机组实时运行情况，结合所述基准值数据库，发出控制指令，并自我学习更新各主蒸汽流量下的基准值数据库；

步骤五、以基准值数据库中主蒸汽流量为横坐标，主蒸汽压力为纵坐标，绘制主蒸汽流量与压力的关系曲线即为汽轮机优化运行曲线。

优选地，所述机组历史数据至少包括：主蒸汽流量、小汽轮机用汽量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度。

优选地，所述步骤二中稳态工况的判断准则为：在不小于30分钟内，机组电功率、主蒸汽流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度的波动都小于允许值时，则表明该运行工况为稳态工况。

优选地，所述步骤三中，根据所述步骤二中的稳态运行历史数据，按主要参数变化对热耗率的影响系数，计算各主蒸汽流量下不同主蒸汽压力的热经济性，并将主蒸汽流量、主蒸汽最优运行压力以及对热耗率的综合影响系数存储，形成基准值数据库。

优选地，所述步骤四中，根据机组实际运行情况，对步骤三计算机组热经济性，并结合基准值数据库，做出汽轮机运行方式调整决策，并对各主蒸汽流量下的基准值进行自我学习更新。

优选地，所述步骤四中，自我学习更新各主蒸汽流量下的基准值数据库按照以下步骤执行：

S1、获取机组实时运行工况；

S2、检索历史运行相同工况，当所述热经济性评价模块中存在与实时运行工况主蒸汽流量相同的工况时，则对比主蒸汽压力；

S3、判断主蒸汽压力是否为历史最优运行方式，主蒸汽压力不同时，进行下面步骤；

S4、将机组实时运行热经济性与历史最优方式进行对比；

S5、判断热经济性是否由于历史最优运行方式；

S6、调整主蒸汽压力为历史最优运行压力。

优选地，所述步骤S2中，主蒸汽压力相同时，更新热经济性评价模块中该主蒸汽流量下的热耗率综合影响系数，使热耗率综合影响系数始终处于符合机组实际性能。

优选地，所述步骤S3中，主蒸汽压力不相同时，当实际运行工况的机组热经济性优于历史基准值的热经济性时，则保持该运行方式，并将此主蒸汽流量下的主蒸汽压力、热耗率综合影响系数作为基准值存储于所述热经济性评价模块，删除原主蒸汽流量下的主蒸汽压力及热耗率综合影响系数基准值；当实际运行工况的机组热经济性比历史主蒸汽压力基准值所对应的机组热经济性差时，则调整机组运行压力为历史主蒸汽压力基准值，并更新热经济性评价模块中该主蒸汽流量下的热耗率综合影响系数，使热耗率综合影响系数始终处于符合机组实际性能。

优选地，当所述热经济性评价模块中不存在与实时运行工况主蒸汽流量相同的工况时，将此时主蒸汽运行压力、热耗率综合影响系数作为该主蒸汽流量下的基准值存储于所述热经济性评价模块中并保持该主蒸汽运行压力运行。

一种用于实现上述方法的火电厂汽轮机运行控制装置，包括：

历史数据获取模块，用于获取所述步骤一中的机组历史运行数据；

稳态工况判断模块，根据稳态工况判断准则，确定所述历史数据获取模块中机组处于稳定运行的稳态工况；

热经济性评价模块，用于评价在相同主蒸汽流量、不同主蒸汽压力时，所述稳态工况机组运行的热经济性，将各主蒸汽流量下热经济性最好所对应的主蒸汽压力、机组热经济性综合影响系数以及该主蒸汽流量存储于本模块作为基准值，形成基准值数据库，并根据机组实时运行情况自我学习更新各主蒸汽流量下的所述基准值数据库，使主蒸汽压力始终处于符合机组实际性能的最好状态；

优化运行决策模块，根据所述热经济性评价模块中存储的基准值数据库以及机组实时运行的主蒸汽流量和压力，评估机组在当前主蒸汽压力下的热经济性并发出控制指令。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

上述技术方案中所提供的火电厂汽轮机运行的控制方法和装置，根据机组实际运行历史数据确定各主蒸汽流量下主蒸汽压力的最优运行方式，误差可控并无需对设备进行任何改造，安全性高，维护成本低；此外，本发明还通过机组实时运行数据对主蒸汽最优运行压力进行自我学习更新，克服了机组老化和大小修对其性能的影响，使主蒸汽压力始终处于符合机组实际的最优运行方式，节能效果显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的火电厂汽轮机运行的控制方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的火电厂汽轮机运行的控制装置的运行图。

图3为本发明实施例提供的修正曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明提供了一种火电厂汽轮机运行的控制装置，该装置位于汽轮发电机组分散控制系统(DCS)内，包括：历史数据模块、稳态工况模块、热经济性评价模块以及优化运行决策模块。

该火电厂汽轮机运行的控制装置还包括汽轮发电机组、凝汽器以及给水泵组，其中，给水泵组与凝汽器相互连通设置，凝汽器与汽轮发电机组相互连通设置，历史数据由汽轮发电机组、凝汽器以及给水泵组提供，可通过历史数据模块获取。

本发明还提供了一种火电厂汽轮机运行的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、获取机组历史运行数据；

具体为：通过历史数据模块获取机组历史运行数据，其中，历史数据模块嵌套于DCS中，机组历史数据至少包括：主蒸汽流量、小汽轮机用汽量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力以及高压缸排汽温度；

步骤二、根据稳态判据获取机组稳态运行历史数据；

由于火电机组在实际运行过程中，根据电网侧电量需求调整负荷，因此负荷是波动的，不稳定的工况无法准确判断热经济性，稳态工况判断模块可根据稳态工况判断准则，确定机组处于稳定运行的稳态工况。本实施例根据GB/T8117.1-2008汽轮机热力性能验收试验规程并与实际运行情况相结合，定义了在工程应用上的机组稳态工况：在30分钟内，当表1的5个变量的最大值、最小值之差小于两倍的波动值绝对值时，则认为机组达到了稳定状态。

表1稳态工况判断准则

步骤三、获得历史运行各主蒸汽流量下的基准值，评价在相同主蒸汽流量、不同主蒸汽压力下机组热经济性，存储各主蒸汽流量下热耗率最低的主蒸汽压力、热耗率综合影响系数作为基准值，并形成基准值数据库；

其中，热经济性是指在相同主蒸汽流量，不同主蒸汽压力时机组高压缸效率、主蒸汽压力、小汽轮机用汽量的变化对热耗率的综合影响，当热耗率综合影响系数越小时机组运行热经济性越好。

热经济性评价模块，用于评价在相同主蒸汽流量、不同主蒸汽压力时，所述稳态工况机组运行的热经济性，从历史数据中获取若干个稳定运行工况后，将稳定运行工况的数据传输至热经济性评估模块。

例如某300MW机组为N300—16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式机组，汽轮机主要技术参数如表2所示。

表2汽轮机主要技术参数

检索近一年历史运行数据，对稳态工况判断模块中主蒸汽流量和主蒸汽压力统计分析可知，机组主蒸汽流量变化范围为400～1100t/h，主蒸汽压力变化范围为9～17MPa。按主蒸汽流量每增加50t/h为一个工况点进行历史数据聚类，因此，将历史数据按主蒸汽流量分为15个工况，主蒸汽流量分别为400t/h、450t/h、500t/h、550t/h、600t/h、650t/h、700t/h、750t/h、800t/h、850t/h、900t/h、950t/h、1000t/h、1050t/h、1100t/h。每个主蒸汽流量下有不同主蒸汽压力，例如在主蒸汽流量750t/h下，主蒸汽压力波动范围为14MPa～17MPa，主蒸汽压力每0.5MPa为间隔按稳态工况判断准则进行数据聚类，不同主蒸汽压力下的基础数据平均值如表3所示。

表3主蒸汽流量750t/h历史数据列表

在相同主蒸汽流量，不同主蒸汽压力下，主蒸汽压力、高压缸效率和小汽机用汽量对机组热耗率影响最大，其他影响可忽略不计。而主蒸汽压力对机组热耗率的影响可以采用设备厂提供的修正曲线，如图3所示，或者小指标法。高压缸效率和小汽机用汽量对热耗率的影响可以采用小指标法或者等效焓降法。本实施例采用小指标法计算主蒸汽压力、高压缸效率和小汽机用汽量对热耗率的影响。

300MW机组参数变化对热经济性的影响如表4所示。

表4 300MW机组参数变化对经济性的影响

结合表3和表4，以设计值为基准，计算主蒸汽流量750t/h时，不同主蒸汽压力对机组热耗率的影响如表5所示，使热耗率增加为正。

表5不同主蒸汽压力对机组热耗率的影响

由表5可知，工况5对应的主蒸汽压力，各主要参数对热耗率的综合影响最小，对应的主蒸汽压力为16.03MPa，将该主蒸汽流量、对应的最优主蒸汽压力以及对热耗率的综合影响系数储存于所述热经济性评价模块作为基准值。

以此类推，可以得到主蒸汽流量在其它14个工况，即400t/h、450t/h、500t/h、550t/h、600t/h、650t/h、700t/h、800t/h、850t/h、900t/h、950t/h、1000t/h、1050t/h、1100t/h时对应的最优主蒸汽压力以及对热耗率的综合影响系数，并且都储存于所述热经济性评价模块作为基准值，形成基准值数据库。

步骤四、根据机组实时运行情况，结合所述基准值数据库，发出控制指令，并自我学习更新各主蒸汽流量下的基准值数据库；

优化运行决策模块可根据所述热经济性评价模块中存储的基准值数据库以及机组实时运行的主蒸汽流量和压力，评估机组在当前主蒸汽压力下的热经济性并发出控制指令。

其中，自我学习更新各主蒸汽流量下的基准值数据库是指检索所述热经济性评价模块中存储的主蒸汽流量、主蒸汽压力以及对热耗率的综合影响系数等基准值数据，按以下步骤执行：

S1、获取机组实时运行工况；

S2、检索历史运行相同工况，当所述热经济性评价模块中存在与实时运行工况主蒸汽流量相同的工况时，则对比主蒸汽压力，主蒸汽压力相同时，更新热经济性评价模块中该主蒸汽流量下的热耗率综合影响系数，使热耗率综合影响系数始终处于符合机组实际性能；

S3、判断主蒸汽压力是否为历史最优运行方式，主蒸汽压力不同时，进行下面步骤；

S4、将机组实时运行热经济性与历史最优方式进行对比；

S5、判断热经济性是否由于历史最优运行方式；

S6、调整主蒸汽压力为历史最优运行压力。

步骤S3-S5具体为：主蒸汽压力不相同时，当实际运行工况的机组热经济性优于历史基准值的热经济性时，则保持该运行方式，并将此主蒸汽流量下的主蒸汽压力、热耗率综合影响系数作为基准值存储于所述热经济性评价模块，删除原主蒸汽流量下的主蒸汽压力及热耗率综合影响系数基准值；当实际运行工况的机组热经济性比历史主蒸汽压力基准值所对应的机组热经济性差时，则调整机组运行压力为历史主蒸汽压力基准值，并更新热经济性评价模块中该主蒸汽流量下的热耗率综合影响系数，使热耗率综合影响系数始终处于符合机组实际性能。

当所述热经济性评价模块中不存在与实时运行工况主蒸汽流量相同的工况时，将此时主蒸汽运行压力、热耗率综合影响系数作为该主蒸汽流量下的基准值存储于所述热经济性评价模块中并保持该主蒸汽运行压力运行。

步骤五、以基准值数据库中主蒸汽流量为横坐标，主蒸汽压力为纵坐标，绘制主蒸汽流量与压力的关系曲线即为汽轮机优化运行曲线。

具体为：根据得到的主蒸汽流量在15个工况，即400t/h、450t/h、500t/h、550t/h、600t/h、650t/h、700t/h、750t/h、800t/h、850t/h、900t/h、950t/h、1000t/h、1050t/h、1100t/h时，对应的最优主蒸汽压力，绘制以主蒸汽流量为横坐标，以主蒸汽压力为纵坐标的运行优化曲线。

此外，机组高压缸效率、小汽轮机用汽量的变化对热耗率的影响采用小指标法或等效焓降法。

机组主蒸汽压力的变化对热耗率的影响采用小指标法或制造厂提供的修正曲线。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、获取机组历史运行数据；

步骤二、根据稳态判据获取机组稳态运行历史数据；

步骤三、获得历史运行各主蒸汽流量下的基准值，评价在相同主蒸汽流量、不同主蒸汽压力下机组热经济性，存储各主蒸汽流量下热耗率最低的主蒸汽压力、热耗率综合影响系数作为基准值，并形成基准值数据库；

步骤四、根据机组实时运行情况，结合所述基准值数据库，发出控制指令，并自我学习更新各主蒸汽流量下的基准值数据库；

步骤五、以基准值数据库中主蒸汽流量为横坐标，主蒸汽压力为纵坐标，绘制主蒸汽流量与压力的关系曲线即为汽轮机优化运行曲线。

2.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，所述机组历史数据至少包括：主蒸汽流量、小汽轮机用汽量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度。

3.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，所述步骤二中稳态工况的判断准则为：在不小于30分钟内，机组电功率、主蒸汽流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度的波动都小于允许值时，则表明该运行工况为稳态工况。

4.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，所述步骤三中，根据所述步骤二中的稳态运行历史数据，按主要参数变化对热耗率的影响系数，计算各主蒸汽流量下不同主蒸汽压力的热经济性，并将主蒸汽流量、主蒸汽最优运行压力以及对热耗率的综合影响系数存储，形成基准值数据库。

5.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，所述步骤四中，根据机组实际运行情况，对步骤三计算机组热经济性，并结合基准值数据库，做出汽轮机运行方式调整决策，并对各主蒸汽流量下的基准值进行自我学习更新。

6.根据权利要求4所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，所述步骤四中，自我学习更新各主蒸汽流量下的基准值数据库按照以下步骤执行：

S1、获取机组实时运行工况；

S2、检索历史运行相同工况，当所述热经济性评价模块中存在与实时运行工况主蒸汽流量相同的工况时，则对比主蒸汽压力；

S3、判断主蒸汽压力是否为历史最优运行方式，主蒸汽压力不同时，进行下面步骤；

S4、将机组实时运行热经济性与历史最优方式进行对比；

S5、判断热经济性是否由于历史最优运行方式；

S6、调整主蒸汽压力为历史最优运行压力。

7.根据权利要求6所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，主蒸汽压力相同时，更新热经济性评价模块中该主蒸汽流量下的热耗率综合影响系数，使热耗率综合影响系数始终处于符合机组实际性能。

8.根据权利要求6所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，主蒸汽压力不相同时，当实际运行工况的机组热经济性优于历史基准值的热经济性时，则保持该运行方式，并将此主蒸汽流量下的主蒸汽压力、热耗率综合影响系数作为基准值存储于所述热经济性评价模块，删除原主蒸汽流量下的主蒸汽压力及热耗率综合影响系数基准值；当实际运行工况的机组热经济性比历史主蒸汽压力基准值所对应的机组热经济性差时，则调整机组运行压力为历史主蒸汽压力基准值，并更新热经济性评价模块中该主蒸汽流量下的热耗率综合影响系数，使热耗率综合影响系数始终处于符合机组实际性能。

9.根据权利要求6所述的火电厂汽轮机运行的控制方法，其特征在于，当所述热经济性评价模块中不存在与实时运行工况主蒸汽流量相同的工况时，将此时主蒸汽运行压力、热耗率综合影响系数作为该主蒸汽流量下的基准值存储于所述热经济性评价模块中并保持该主蒸汽运行压力运行。

10.一种用于实现如权利要求1所述方法的火电厂汽轮机运行控制装置，其特征在于，包括：

历史数据获取模块，用于获取所述步骤一中的机组历史运行数据；

稳态工况判断模块，根据稳态工况判断准则，确定所述历史数据获取模块中机组处于稳定运行的稳态工况；

热经济性评价模块，用于评价在相同主蒸汽流量、不同主蒸汽压力时，所述稳态工况机组运行的热经济性，将各主蒸汽流量下热经济性最好所对应的主蒸汽压力、机组热经济性综合影响系数以及该主蒸汽流量存储于本模块作为基准值，形成基准值数据库，并根据机组实时运行情况自我学习更新各主蒸汽流量下的所述基准值数据库，使主蒸汽压力始终处于符合机组实际性能的最好状态；

优化运行决策模块，根据所述热经济性评价模块中存储的基准值数据库以及机组实时运行的主蒸汽流量和压力，评估机组在当前主蒸汽压力下的热经济性并发出控制指令。

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