空冷發電機組汽輪機運行背壓連續優化控制方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空冷發電機組汽輪機運行背壓連續優化控制方法及系統，屬于燃煤、燃氣和核能等大型熱能發電過程的凝汽式汽輪機循環的優化控制領域，尤其是直接空冷凝汽器背壓或真空的優化控制領域。
【背景技術】
[0002]大型直接空冷發電機組的汽輪機循環凝汽器的冷卻系統即空冷島，或稱為冷源系統，通過由多臺電動機驅動、并配備變頻器進行調速的多臺單級軸流風機輸送冷卻介質，即空氣。空冷風機消耗大量的電能。發電機組運行過程中，空冷島通過調節風機轉速和風機臺數可以連續調節冷卻介質流量。通常冷卻介質的流量越大，冷源系統消耗的電能就越多，汽輪機的真空也會相應提高。由于輸送冷卻介質要消耗大量的電能、真空變化又對汽輪機的效率有重要影響，兩種影響的特性存在差異，在相等的發電功率條件下，不同的冷源運行方式，即不同的風機的臺數和轉速，會導致發電成本發生變化。在發電機組運行過程中，如何連續調節冷卻介質的流量和冷源系統的運行方式，使發電機組汽輪機循環始終保持在最佳的真空，即真空或背壓優化控制，或稱為冷源優化控制，成為汽輪機循環優化控制領域的重要課題。冷源優化可以選擇不同的優化目標，包括考慮當前上網電價、燃料價格(可以加入其它可變成本，例如與煤耗呈正比的水耗成本)的發電利潤最大化或供電成本最小化，以及不考慮價格因素的供電煤耗最小化，甚至采用與實際運行條件并不相符的輸出功率最大化等。
[0003]在發電機組實際運行過程中，不論發電功率是否穩定，當調整空冷系統的運行工作點時，由于汽輪機背壓或真空的變化取決于包括發電功率、空冷島進風溫度、空氣流量等多種變化因素的影響，運行人員無法預測空氣流量的變化值、風機群的電功率的變化值、汽輪機背壓或真空的變化值等多種優化影響因素，因此沒有必要的判斷和調節依據，處于極度盲目的狀態之下，成為實現運行背壓或真空的優化控制的根本問題和障礙。解決這個工程問題不可能通過簡單的方法，只能通過實時在線的計算機軟件，提供這些數據的預測能力，也包括借助于這種預測能力提供最優的空冷系統的工作點，并利用最優工作點的數據對空冷風機缺實現轉速自動控制。因此，冷源優化課題的關鍵是實現預測能力，此預測能力包括對當前運行狀態的預測與當前實際狀態相符、對于調節空冷系統運行方式之后的運行狀態的預測可以被驗證。換言之，需要通過同一套系統性的數值方法，對當前運行狀態的預測值應當與當前的實際運行狀態保持一致，對調節后運行狀態的預測值應當有能夠滿足優化運行目標的足夠的精度，從而為運行人員提供預測功能，并實現優化控制。
[0004]冷源優化控制問題包括兩個方面，首先是如何確定最優的真空或背壓，其次是實現自動控制。由于最優真空、最優冷源系統運行方式、最優冷卻介質流量是真空優化控制問題之同一個優化解的相互對應的三個方面，理想的解決方案是同時得到最優背壓、最優真空和對應的最優冷源系統運行方式，并利用最優冷源系統運行方式的數據直接實現自動控制。
[0005]發電功率和冷卻介質溫度是真空優化控制問題的基本影響因素之一。對于一定的發電機組，其運行過程中最佳的真空可以被認為是一種函數，即優化真空函數或冷源優化函數。該函數的形式被冷源的類型(空冷或濕冷)所決定。該函數有包括發電功率和冷卻介質溫度兩個自變量在內的多個自變量(或時變因素)，和多種待定的參數。參數的差異，決定了每臺相同冷源系統類型的不同的發電機組真空優化控制函數是不同的。時變因素的存在使得對于同一臺發電機組，在同樣的發電功率和冷卻介質溫度條件下，在不同的時刻，真空優化控制函數也是不同的。
[0006]換言之，作為形式決定于冷源系統類型的冷源優化控制函數，除發電功率和冷卻介質溫度兩個自變量以外，該函數關系還受多種因素的影響。這些因素可以分為:
[0007]多種待定參數:完全被每個具體發電機組的設備系統的實際設計因素決定的恒定特性參數，或完全由實際運行工作點決定的恒定特性參數。
[0008]多種時變因素:除發電功率和冷卻介質溫度以外的，運行過程中可能變化的多種時變因素。一般代表性的時變因素包括:
[0009]a)換熱面臟污導致換熱單元的傳熱系數下降和通風阻力上升。
[0010]b)直接空冷系統的環境風向、風速等的變化。
[0011]c)熱風回流現象。
[0012]d)降雨、高溫季節噴水等。
[0013]對于空冷系統，進風溫度受本機組和鄰近機組排出的熱風的影響，因此可能明顯高于大氣溫度。
[0014]時變因素容易發生變化，也不能直接測量。一般可以認為時變因素對真空的可能影響程度，對空冷系統>3kPa，這種影響程度相當于風機轉速調節30%左右的影響程度，因此真空優化控制問題必須考慮時變因素的影響。
[0015]因為冷源優化問題涉及汽輪機循環模型、冷源模型、凝汽器模型等多方面模型的理論和實踐問題，尤其是由于上述多方面的時變因素導致的復雜性，使得真空優化控制問題變得非常困難。【背景技術】沒有取得有使用價值的系統性的成果。
【發明內容】
[0016]經研究發現，【背景技術】存在的問題還包括:
[0017]沒有建立嚴謹、實用的冷源系統流量和功率模型。【背景技術】中冷源系統的模型通常是基于風機的流量、壓頭和功率分別與轉速的一次、二次和三次防呈正比的理論。其實這種概念僅僅是在沒有環境風影響的情況下，才能勉強成立。空冷風機的實際空氣流量受環境風速的影響很大，當風速變化時，對于同樣的風機轉速，空氣流量、壓頭和功率都是明顯變化的。這種影響當風機轉速較低時更加明顯，而且完全不能被忽略。采用這種理論和概念，不可能實現在環境風影響的條件下的對當前狀態和調節后狀態的預測。因此，這種概念不僅無助于解決空冷系統優化運行問題，反而導致嚴重的概念沖突，造成空冷系統優化問題的難以進展的局面，是一種理論一種偏見。不解決這個問題，就不能為實際發電機組的運行提供可行的方案。
[0018]沒有解決環境風速和熱風回流等時變因素對冷源優化控制問題的影響條件下的建模問題。
[0019]僅對隨著冷卻介質流量的增加，真空提高，汽輪機熱耗率下降的關系的冷源優化問題實現了相當局限性的定性的認識，沒有實際定量考慮汽輪機阻塞背壓的影響。雖然阻塞背壓是汽輪低壓缸設計及相應的理論計算的重要考量因素之一，但在發電廠運行行業內，阻塞背壓僅僅停留在汽輪機熱耗率特性的理論概念的水平上，并沒有在汽輪機運行的工程實踐中被測量、被實際量化或得到量化的應用。
[0020]沒有建立有效的背壓預測模型。當冷源系統運行方式發生變化時，汽輪機熱耗率的變化與當前背壓值和背壓變化量都是相關的。因此要得到汽輪機熱耗率的變化，必須計算當冷源系統運行方式從當前方式變為設定方式后的預測背壓值。
[0021]沒有能夠實際考慮包括阻塞背壓在內的各種恒定參數的確定方法。
[0022]在發電廠實際運行層面，【背景技術】中不僅沒有嚴格和系統的技術依據作為真空優化的實際運行指導，更沒有相對完整的真空優化控制方案，甚至都沒有設計條件下的真空優化控制方案。
[0023]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術沒有考慮主要的時變因素影響的方法，沒有包括阻塞背壓在內的所有必要的恒定特性參數的完整的冷源優化數學模型，沒有恒定特性參數的測定方法；提供一種包括有阻塞背壓在內的完整的恒定特性參數的冷源優化數學模型、考慮必要的時變因素影響的方法和恒定特性參數的測定方法，并利用這些方法開發出進行在線計算求得優化解或用枚舉法進行循環對比計算的得到真空優化控制方案的計算機軟件，得到的真空優化控制方案作為嚴格和系統的真空優化運行依據，或作為真空自動優化控制的核心運算邏輯，實現真空自動優化控制的，通用的直接空冷發電機組汽輪機運行背壓連續優化控制方法及系統。
[0024]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種空冷發電機組汽輪機運行背壓連續優化控制方法，具體包括以下步驟:
[0025]風機模型建立步驟:建立用于確定風機運行方式與冷卻介質流量和風機耗電功率之間關系的風機模型；
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