一种直接空冷机组变负荷背压调整方法及系统与流程

本发明属于火力发电机组冷端控制，具体涉及一种直接空冷机组变负荷背压调整方法及系统。

背景技术：

1、火力发电机组在运行过程中需要根据电网调度要求及系统负荷需求进行升负荷、降负荷及负荷保持等运行调整。对于采用直接空冷系统的火力发电机组，汽轮机排汽通过直接空冷凝汽器与环境空气进行换热，空冷风机驱动空气流经换热管束，以维持凝汽器的换热能力。凝汽器背压是影响汽轮机运行经济性的重要参数之一，凝汽器背压降低能够在一定条件下改善汽轮机做功能力，但降低背压通常需要提高空冷风机的运行频率、转速或投入数量，从而增加厂用电消耗。因此，直接空冷机组运行过程中需要综合考虑汽轮机出力变化和空冷风机耗功变化，使凝汽器背压与当前机组负荷及环境条件相适应。

2、直接空冷凝汽器的运行状态受机组负荷、汽轮机排汽量、环境温度、环境风、空冷凝汽器进出口空气状态以及空冷风机运行状态等多种因素共同影响。在机组负荷改变时，汽轮机排汽热负荷随之发生变化，凝汽器背压也会产生相应的动态变化；与此同时，通过改变空冷风机的运行状态能够改变流经空冷凝汽器的空气流量及换热能力，进而对凝汽器背压产生调节作用。由于降低背压所获得的汽轮机出力增益与空冷风机增加的电耗之间存在相互制约关系，现有直接空冷机组通常根据机组负荷、环境条件及凝汽器背压等运行参数，通过试验曲线、历史运行关系或在线调整方式确定经济运行背压，并通过改变空冷风机频率、转速或者空冷单元运行状态实现背压调节。部分运行控制方式还将空冷风机划分为不同区域，通过依次改变相应区域的风机运行状态并观察凝汽器背压变化，对风机调整前后的汽轮机出力变化和风机耗功变化进行比较，以评价相应调整是否有利于机组经济运行。

3、然而，在机组升负荷或降负荷过程中，凝汽器背压的变化并非仅由空冷风机调整引起。机组负荷变化造成的汽轮机排汽量及排汽热负荷变化本身即可使凝汽器背压发生变化，而空冷风机调整又同时对凝汽器背压产生影响。若直接采用风机调整前后的凝汽器背压差评价风机调整效果，容易将机组负荷变化引起的背压变化计入风机调整产生的背压响应，使由风机调整产生的实际增量作用难以准确识别，进而影响汽轮机增量出力及调整经济性的判断。部分现有控制方式为减小上述影响，需要等待机组进入相对稳定状态后再进行风机调整及收益评价，但该方式与火电机组频繁参与自动发电控制（agc）调节和连续变负荷运行的实际工况存在一定矛盾，在负荷持续变化过程中可能无法及时完成背压调整。

4、此外，直接空冷系统具有一定的热惯性和动态响应过程，不同空冷区域在风机运行状态改变后形成可用于背压调整评价的响应所需时间可能存在差异。当采用固定时间间隔、固定时段划分或者按照预定区域顺序进行调整时，如果当前可用于背压调整的时间不足以覆盖相应空冷区域的响应过程，则可能在背压响应尚未充分形成时即进行收益判断；若在评价过程中新的负荷指令到达，还可能使评价前后的机组运行基准发生变化，从而降低调整结果的可靠性。

5、为此，现有直接空冷机组背压调整技术仍需要解决变负荷过程中负荷变化引起的背压背景变化与空冷风机调整引起的背压增量响应难以区分，以及空冷区域动态响应时间与实际可用调整时间不匹配的问题，以提高变负荷工况下背压调整结果的准确性和可执行性。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种直接空冷机组变负荷背压调整方法及系统。

2、本发明一方面提供一种直接空冷机组变负荷背压调整方法，包括如下步骤：

3、s1，获取机组负荷变化信息、凝汽器背压和各空冷区域的风机运行状态，根据所述机组负荷变化信息，以所述凝汽器背压为起始基准，确定在所述风机运行状态保持不变时与当前负荷变化对应的背压背景响应，并确定当前负荷变化过程中用于风机调整及响应评价的剩余评价时间；

4、s2，获取各候选空冷区域从实施风机调整至形成用于收益评价的背压响应所需的区域响应时间，从所述区域响应时间不大于所述剩余评价时间的候选空冷区域中，根据各候选空冷区域的风机运行状态确定待调空冷区域及对应的风机调整动作；

5、s3，对所述待调空冷区域实施所述风机调整动作，在覆盖所述区域响应时间的评价时段内获取实际凝汽器背压和风机有功功率，根据所述实际凝汽器背压与对应时刻的所述背压背景响应确定所述风机调整动作产生的增量背压响应；

6、s4，根据所述增量背压响应和所述机组负荷变化信息确定汽轮机增量出力，根据所述风机有功功率在实施所述风机调整动作前后的变化确定风机有功功率变化量，并根据所述汽轮机增量出力和所述风机有功功率变化量确定调整收益，依据所述调整收益确定所述待调空冷区域的风机运行状态，并向所述待调空冷区域的风机驱动装置或空冷单元控制装置输出对应的控制指令。

7、进一步地，所述机组负荷变化信息包括负荷指令、实际机组负荷以及表征汽轮机排汽热负荷的运行参数；所述背压背景响应根据预先建立的机组负荷变化与凝汽器背压动态响应之间的对应关系确定。

8、具体地，所述区域响应时间根据相应空冷区域的历史风机调整响应数据或试验响应数据确定。

9、具体地，所述风机调整动作包括在风机允许调节范围和凝汽器背压允许范围内，改变所述待调空冷区域的风机频率、转速或功率设定值。

10、优选地，当所述调整收益大于预设收益阈值时，保持所述待调空冷区域执行所述风机调整动作后的风机运行状态；当所述调整收益不大于所述预设收益阈值时，使所述待调空冷区域恢复至实施所述风机调整动作前的风机运行状态。

11、具体地，在所述待调空冷区域恢复至实施所述风机调整动作前的风机运行状态后，从尚未完成收益评价且所述区域响应时间不大于所述剩余评价时间的候选空冷区域中确定后续待调空冷区域；当负荷指令更新时，终止当前收益评价，并根据更新后的负荷指令重新确定所述背压背景响应和所述剩余评价时间。

12、进一步地，在所述评价时段内，对所述汽轮机增量出力进行时间积分得到汽轮机增量输出能量，对所述风机有功功率变化量进行时间积分得到风机增量耗能，并以所述汽轮机增量输出能量与所述风机增量耗能之差作为所述调整收益。

13、本发明另一方面提供一种直接空冷机组变负荷背压调整系统，包括：

14、状态获取模块，用于获取机组负荷变化信息、凝汽器背压、各空冷区域的风机运行状态以及当前负荷指令允许用于背压调整的剩余评价时间；

15、背景响应确定模块，与所述状态获取模块连接，用于根据所述机组负荷变化信息和所述凝汽器背压，确定在所述风机运行状态保持不变时与当前负荷变化对应的背压背景响应；

16、区域确定模块，与所述状态获取模块连接，用于根据各候选空冷区域的区域响应时间和所述剩余评价时间确定待调空冷区域及针对所述待调空冷区域的风机调整动作；

17、背压调整执行模块，与所述区域确定模块连接，且控制输出端与各空冷区域的风机驱动装置或空冷单元控制装置连接，用于执行所述风机调整动作；以及

18、响应评价模块，分别与所述状态获取模块、所述背景响应确定模块和所述背压调整执行模块连接，用于根据实施所述风机调整动作后的实际凝汽器背压与对应时刻的所述背压背景响应确定增量背压响应，并根据所述增量背压响应、所述机组负荷变化信息以及实施所述风机调整动作前后的风机有功功率确定调整收益，并将所述调整收益发送至所述背压调整执行模块；

19、所述背压调整执行模块还用于根据所述调整收益确定所述待调空冷区域的风机运行状态，并向对应的所述风机驱动装置或空冷单元控制装置输出控制指令。

20、进一步地，所述状态获取模块分别与机组控制系统、凝汽器背压检测装置以及各空冷区域的风机驱动装置连接；所述风机有功功率由所述风机驱动装置的有功功率信号或对应的电能计量信号确定。

21、具体地，所述系统还包括安全约束模块，所述安全约束模块分别与所述状态获取模块和所述背压调整执行模块连接，用于根据凝汽器背压、防冻状态和风机运行状态确定安全运行条件；所述背压调整执行模块在所述调整收益未达到预设收益条件时输出恢复所述待调空冷区域风机运行状态的控制指令，并在所述安全运行条件不满足时停止执行所述风机调整动作。

22、本发明的有益效果如下：

23、本发明通过确定机组变负荷过程中空冷风机保持原运行状态时的背压背景响应，并将其与风机调整后的实际凝汽器背压进行比较，能够分离负荷变化与风机调整分别产生的背压影响，提高风机调整效果及经济收益判断的准确性。同时，根据空冷区域响应时间与剩余评价时间筛选待调区域，避免在有限变负荷时间内进行无法完成有效评价的调整；结合汽轮机增量出力和风机有功功率变化确定调整收益并输出风机控制指令，从而实现直接空冷机组变负荷过程中的背压经济性闭环调整。