CN114719626A - 一种空冷机组背压大闭环优化系统 - Google Patents

一种空冷机组背压大闭环优化系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114719626A
CN114719626A CN202210374569.9A CN202210374569A CN114719626A CN 114719626 A CN114719626 A CN 114719626A CN 202210374569 A CN202210374569 A CN 202210374569A CN 114719626 A CN114719626 A CN 114719626A
Authority
CN
China
Prior art keywords
backpressure
power
back pressure
air cooling
calculation module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210374569.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114719626B (zh
Inventor
王玮
曾德良
程阳
刘吉臻
高林
胡勇
李辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Original Assignee
North China Electric Power University
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University, Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd, Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202210374569.9A priority Critical patent/CN114719626B/zh
Publication of CN114719626A publication Critical patent/CN114719626A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114719626B publication Critical patent/CN114719626B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B11/00—Controlling arrangements with features specially adapted for condensers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

本发明公开了属于火电厂空冷系统优化控制技术领域的一种空冷机组背压大闭环优化系统。该系统包括经济背压计算模块、灵活背压计算模块、安全背压计算模块、背压定值生成模块、背压自动控制模块和灵活背压修正功率计算模块；其中，经济背压计算模块输出最优背压后接入背压切换子模块，灵活背压计算模块输出灵活背压后接入背压切换子模块，安全背压计算模块输出背压上限和背压下限后接入安全背压饱和子模块；背压定值生成模块输出背压设定值后接入背压自动控制模块；背压自动控制模块输出背压测量值作为当前背压接入灵活背压修正功率计算模块。本发明实现了背压对机组负荷工况的自适应控制优化。

Description

一种空冷机组背压大闭环优化系统
技术领域
本发明涉及火电厂空冷系统优化控制技术领域，尤其涉及一种空冷机组背压大闭环优化系统。
背景技术
背压作为蒸汽动力循环的终参数，对火电机组的安全、高效、灵活运行有显著影响。根据汽轮机乏汽冷凝方式的不同，火电机组有湿冷机组和空冷机组；由于空冷系统几乎不消耗水，在我国北方地区应用广泛。对于空冷机组来说，在确定的汽轮机负荷和环境条件下，背压只与空冷风机的转速有关。因此，背压的优化运行，实质上是空冷风机转速的运行优化。
首先，背压过高或过低都会对机组的安全运行带来较大的影响，需维持背压运行在最高容许背压和阻塞背压范围内；第二，在安全范围内，背压越低汽轮机功率越大，但背压降低需以消耗更多的空冷风机功率为代价，因此需要平衡计算获得最佳背压；第三，空冷风机转速变化影响汽轮机功率变化的响应较快，可以提升机组的负荷响应性能。因此，空冷机组背压的优化运行需统筹考虑安全性、经济性、灵活性三种因素，确定优化定值，并实现自动控制。
发明内容
本发明的目的是提出一种空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述系统包括经济背压计算模块、灵活背压计算模块、安全背压计算模块、背压定值生成模块、背压自动控制模块和灵活背压修正功率计算模块；所述背压定值生成模块包括背压切换子模块和安全背压饱和子模块；
其中，经济背压计算模块输出最优背压后接入背压切换子模块，灵活背压计算模块输出灵活背压后接入背压切换子模块，安全背压计算模块输出背压上限和背压下限后接入安全背压饱和子模块；背压定值生成模块输出背压设定值后接入背压自动控制模块；背压自动控制模块输出背压测量值作为当前背压接入灵活背压修正功率计算模块。
所述经济背压计算模块的具体计算过程如下：
首先，定义目标函数
max(PTi-PFi)
Figure BDA0003590272670000021
其中，PTi为当前工况下的汽轮机功率；PFi为当前工况下的空冷风机耗功率；PF0为空冷风机的额定耗功率，Dai为当前工况下的空冷风机流量，Da0为额定工况下的空冷风机流量；
然后，计算机组背压，再通过机组背压和功率的修正曲线获得汽轮机功率；
最后，通过机组净收益功率拟合曲线或求极值算法对目标函数进行寻优。
所述灵活背压计算模块的具体计算过程如下：
首先，根据当前的机组功率确定当前工况所对应的修正曲线；然后，根据当前背压获得修正曲线在此点的斜率，再根据目标指令发电功率和当前背压获得目标的灵活背压pk0为
Figure BDA0003590272670000022
其中，α为背压对功率的修正曲线在当前背压pk处的斜率；PT0为目标指令发电功率；PT为当前汽轮发电机组发电功率。
所述安全背压计算模块计算的背压上限为直接给定值，背压下限为阻塞背压。
当机组处于稳态运行工况时，背压切换子模块将背压切换为最优背压；当机组处于变负荷运行工况时，背压切换子模块将背压切换为灵活背压。
所述背压经过安全背压饱和子模块后输出背压设定值。
所述背压自动控制模块采用单回路负反馈控制系统，其前向通道依次为调节死区、PID控制器、空冷风机变频器和空冷凝汽器。
所述灵活背压修正功率计算模块计算出实发功率送入机炉协调控制系统；所述实发功率等于机组功率与灵活背压修正功率之和；所述灵活背压修正功率等于当前背压和最优背压之差与修正函数的乘积。
所述修正函数为一阶惯性环节。
本发明的有益效果在于：
本发明空冷机组背压大闭环优化系统保证了机组的安全、经济、灵活运行，实现了背压对机组负荷工况的自适应控制优化。
附图说明
图1为本发明一种空冷机组背压大闭环优化系统。
图2为某330MW直接空冷机组的阻塞背压拟合曲线。
具体实施方式
本发明提出一种空冷机组背压大闭环优化系统，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
图1所示为本发明一种空冷机组背压大闭环优化系统，包括以下子模块：经济背压计算模块、灵活背压计算模块、安全背压计算模块、背压定值生成模块、背压自动控制模块和灵活背压修正功率计算模块；背压定值生成模块包括背压切换子模块T和安全背压饱和子模块；
其中，经济背压计算模块输出最优背压后接入背压切换子模块T，灵活背压计算模块输出灵活背压后接入背压切换子模块T，安全背压计算模块输出背压上限和背压下限后接入安全背压饱和子模块；背压定值生成模块输出背压设定值后接入背压自动控制模块；背压自动控制模块输出背压测量值作为当前背压接入灵活背压修正功率计算模块。
各子模块的内部计算方式分别如下：
(1)经济背压计算模块
在忽略环境侧风等因素影响的前提下，机组的经济背压一般由汽轮机负荷及环境温度决定。增大空冷风机转速可以降低凝汽器压力进而增大机组负荷，但同时空冷风机的耗功率也随之增加。因此，当机组负荷增量与空冷风机耗功增量的差值最大时，此时为经济背压。考虑到汽轮机功率增量与空冷风机耗功增量之差的最大时，汽轮机功率与空冷风机功率之差也最大。定义目标函数为：
max(PTi-PFi) (1)
其中：PTi为当前工况下的汽轮机功率；PFi为当前工况下的空冷风机耗功率。
空冷风机耗功率可通过相似定律计算获得：
Figure BDA0003590272670000041
其中，PF0为空冷风机的额定耗功率，Dai为当前工况下的空冷风机流量，Da0为额定工况下的空冷风机流量。
汽轮机功率可首先计算机组背压，再通过背压和功率的修正曲线获得。其中机组背压为凝汽器饱和蒸汽温度的函数。具体计算过程如下：
Figure BDA0003590272670000042
Figure BDA0003590272670000043
PTi＝f(pk) (5)
式中：PT为当前汽轮发电机组发电功率，pk为当前背压，即凝汽器压力，ts为凝汽器内饱和蒸汽温度，Dc为汽轮机排汽量，hc为排汽焓，Cpa为空气的定压比热容，Da为空冷风机风量，Cpw为凝结水的定压比热容，ta1为冷却风入口温度，ε为换热效能。
式(5)为多项式，对于不同机组表达式一般不同，可通过汽轮机厂家提供的功率背压特性曲线拟合获得。
目标函数(1)的寻优，可通过机组净收益功率拟合曲线图示获得，也可通过求极值的算法，例如遗传算法、粒子群算法等获得。
(2)灵活背压计算模块
灵活背压计算模块可通过背压对功率的修正曲线获得。根据当前的机组功率可确定当前工况所对应的修正曲线，再根据目标指令和当前背压即可获得目标的灵活背压。
Figure BDA0003590272670000044
其中，α为背压对功率的修正曲线在当前背压pk处的斜率。
(3)安全背压计算模块
安全背压计算模块需要计算安全背压的上下限两个值，其中背压上限一般可直接给一个定值，例如25kPa；其下限值一般称为阻塞背压，该阻塞背压一般与汽轮机工况有关，可直接拟合曲线获得，图2为某330MW直接空冷机组的阻塞背压拟合曲线。
(4)背压定值生成模块
该模块首先需要根据当前的功率指令和实发功率进行机组工况判断和切换，当机组处于稳态运行工况时，背压定值切换为最优背压；当机组处于变负荷运行工况时，背压定值切换为灵活背压。该最优背压或灵活背压还需要经过安全背压的饱和模块，才生成最终的背压定值，以确保所生成的背压定值处于机组安全运行所处的安全区。
例如：由安全背压计算模块计算的安全背压上下限分别为25kPa、4.6kPa；当前机组处于变负荷工况，灵活背压值为4.3kPa，则经过安全背压饱和模块后，生成的背压定值应为4.6kPa。
(5)背压自动控制模块
其PID控制器根据所接收的背压设定值与测量值偏差产生控制律并作用于空冷风机变频器，为避免控制器频繁动作，背压偏差在送入控制器之前设置了0.1kPa的调节死区。该控制回路为单回路控制，PID控制律可通过常规整定方法获得。
(6)灵活背压修正功率计算模块
该修正功率用于协调控制系统，取代原来的实发功率；该修正可克服背压调节对机组能量的影响，同时可对背压产生自恢复作用。修正的实发功率等于机组功率与灵活背压的修正功率之和；灵活背压的修正功率等于当前背压与最优背压的差值乘以修正函数；该修正函数可由一阶惯性环节描述，其时间常数一般约为10s，放大倍数由背压对功率的修正曲线决定。
本发明计算获得机组变负荷所需的实际燃料对应功率。为使机炉协调控制系统所接收到的实发功率与燃料量精准对应，在实际实发功率的基础上扣除了灵活背压参与变负荷调节所提供的实发功率，所得的修正功率反应了系统当前真实的燃料能量水平。
此实施例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 (9)

1.一种空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述系统包括经济背压计算模块、灵活背压计算模块、安全背压计算模块、背压定值生成模块、背压自动控制模块和灵活背压修正功率计算模块；所述背压定值生成模块包括背压切换子模块和安全背压饱和子模块；
其中，经济背压计算模块输出最优背压后接入背压切换子模块，灵活背压计算模块输出灵活背压后接入背压切换子模块，安全背压计算模块输出背压上限和背压下限后接入安全背压饱和子模块；背压定值生成模块输出背压设定值后接入背压自动控制模块；背压自动控制模块输出背压测量值作为当前背压接入灵活背压修正功率计算模块。
2.根据权利要求1所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述经济背压计算模块的具体计算过程如下：
首先，定义目标函数
max(PTi-PFi)
Figure FDA0003590272660000011
其中，PTi为当前工况下的汽轮机功率；PFi为当前工况下的空冷风机耗功率；PF0为空冷风机的额定耗功率，Dai为当前工况下的空冷风机流量，Da0为额定工况下的空冷风机流量；
然后，计算机组背压，再通过机组背压和功率的修正曲线获得汽轮机功率；
最后，通过机组净收益功率拟合曲线或求极值算法对目标函数进行寻优。
3.根据权利要求1所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述灵活背压计算模块的具体计算过程如下：
首先，根据当前的机组功率确定当前工况所对应的修正曲线；然后，根据当前背压获得修正曲线在此点的斜率，再根据目标指令发电功率和当前背压获得目标的灵活背压pk0为
Figure FDA0003590272660000012
其中，α为背压对功率的修正曲线在当前背压pk处的斜率；PT0为目标指令发电功率；PT为当前汽轮发电机组发电功率。
4.根据权利要求1所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述安全背压计算模块计算的背压上限为直接给定值，背压下限为阻塞背压。
5.根据权利要求1所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，当机组处于稳态运行工况时，背压切换子模块将背压切换为最优背压；当机组处于变负荷运行工况时，背压切换子模块将背压切换为灵活背压。
6.根据权利要求5所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述背压经过安全背压饱和子模块后输出背压设定值。
7.根据权利要求1所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述背压自动控制模块采用单回路负反馈控制系统，其前向通道依次为调节死区、PID控制器、空冷风机变频器和空冷凝汽器。
8.根据权利要求1所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述灵活背压修正功率计算模块计算出实发功率送入机炉协调控制系统；所述实发功率等于机组功率与灵活背压修正功率之和；所述灵活背压修正功率等于当前背压和最优背压之差与修正函数的乘积。
9.根据权利要求8所述空冷机组背压大闭环优化系统，其特征在于，所述修正函数为一阶惯性环节。
CN202210374569.9A 2022-04-11 2022-04-11 一种空冷机组背压大闭环优化系统 Active CN114719626B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210374569.9A CN114719626B (zh) 2022-04-11 2022-04-11 一种空冷机组背压大闭环优化系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210374569.9A CN114719626B (zh) 2022-04-11 2022-04-11 一种空冷机组背压大闭环优化系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114719626A true CN114719626A (zh) 2022-07-08
CN114719626B CN114719626B (zh) 2023-04-28

Family

ID=82243971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210374569.9A Active CN114719626B (zh) 2022-04-11 2022-04-11 一种空冷机组背压大闭环优化系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114719626B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117521499A (zh) * 2023-11-07 2024-02-06 北京大唐高鸿数据网络技术有限公司 一种最佳背压确定方法、装置、设备及可读存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009004169A (ja) * 2007-06-20 2009-01-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN102322749A (zh) * 2011-09-14 2012-01-18 中科诺维(北京)科技有限公司 直接空冷系统温度场在线监测控制系统及控制方法
CN103216282A (zh) * 2013-04-24 2013-07-24 华北电力大学 基于背压连续可调的火电机组负荷控制系统与方法
CN105569748A (zh) * 2014-10-31 2016-05-11 王砧 一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统
CN107062936A (zh) * 2017-04-01 2017-08-18 廖原 直接空冷系统的控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009004169A (ja) * 2007-06-20 2009-01-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN102322749A (zh) * 2011-09-14 2012-01-18 中科诺维(北京)科技有限公司 直接空冷系统温度场在线监测控制系统及控制方法
CN103216282A (zh) * 2013-04-24 2013-07-24 华北电力大学 基于背压连续可调的火电机组负荷控制系统与方法
CN105569748A (zh) * 2014-10-31 2016-05-11 王砧 一种湿冷汽轮机运行背压连续优化控制方法及系统
CN107062936A (zh) * 2017-04-01 2017-08-18 廖原 直接空冷系统的控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘慧超: "直接空冷机组背压的闭环优化控制研究", 《硕士学位论文 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117521499A (zh) * 2023-11-07 2024-02-06 北京大唐高鸿数据网络技术有限公司 一种最佳背压确定方法、装置、设备及可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN114719626B (zh) 2023-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101183505B1 (ko) 배열 회수 시스템을 위한 제어 장치
CN111058911B (zh) 基于环境湿球温度的火力发电机组冷端背压实时控制方法
CZ279459B6 (cs) Způsob a systém pro zjišťování a regulaci nadměrných otáček kombinované turbinové jednotky
CN114719626B (zh) 一种空冷机组背压大闭环优化系统
CN114465284A (zh) 一种适应快速变化agc指令的机组负荷控制方法
CN114609902A (zh) 一种基于agc指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法及装置
EP2867735A1 (en) A method for optimization of control and fault analysis in a thermal power plant
CN106371314A (zh) 基于冷却工质节流调节的负荷控制系统及变工况计算方法
US11125166B2 (en) Control system, gas turbine, power generation plant, and method of controlling fuel temperature
JP6775070B1 (ja) 発電プラントの制御装置、発電プラント、及び、発電プラントの制御方法
CN112947052B (zh) 一种直接空冷型机组背压的控制方法及系统
JP2823342B2 (ja) コンバインドサイクル発電設備における過熱器・再熱器の蒸気温度制御装置
CN111794820B (zh) 一种有机朗肯循环系统
CN110703703B (zh) 一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法
KR102432715B1 (ko) 500mw 발전기 예비력 대체를 위한 ess 연계 순 변압운전 시스템
TWI813086B (zh) 發電系統及其之控制方法以及程式
JPH05340205A (ja) 複合発電プラントの制御装置
CN112653157B (zh) 一种一次调频能力计算方法、装置及存储介质
EP4379194A1 (en) Combined power generation system and control method thereof
JPS6154927B2 (zh)
JPS6239657B2 (zh)
JP2642999B2 (ja) コンバインドサイクルプラントの負荷制御装置
CN117553288A (zh) 一种燃气轮机透平冷却空气系统冷却水流量控制方法
CN117950434A (zh) 一种用于发电机组单位能耗最优控制方法
CN115978527A (zh) 一种火电超超临界机组低旁喷水调节阀控制方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant