一种残膜回收机防缠绕挑膜装置的制 一种秧草收获机用电力驱动行走机构

一种电站轴流风机变频器故障状态工频动态切换方法与流程

2021-10-24 06:02:00 来源:中国专利 TAG:轴流 风机 调式 适用于 烟气


1.本发明涉及一种电站轴流风机变频器故障状态工频动态切换方法,适用于燃煤电厂烟气系统所使用的轴流风机,包括静叶可调式轴流风机和动叶可调式轴流风机。


背景技术:

2.目前全国各类火电机组轴流风机的应用最为广泛,静叶可调式轴流风机和动叶可调式轴流风机应用都非常广泛。为了提高轴流风机运行经济性,往往采用变频调速方式运行。但是,当变频器设备出现故障时,变频器会从回路中切除,电动机改为工频定速方式运行,轴流风机叶片角度需从变频器发生故障前的角度关小,一旦叶片角度切换出现问题,很容易造成炉膛负压扰动,严重时甚至会危及机组运行安全。
3.轴流风机采用变频调速方式运行时,一旦变频器设备出现故障,风机会改为工频方式运行,此时,风机叶片角度切换不当很容易产生机组运行安全问题。因此,轴流风机采用变频调速方式运行时,有必要提出在变频器故障状态下可靠的轴流风机工频动态切换方法,以提高机组运行的安全性和稳定性。


技术实现要素:

4.为解决现有技术存在的问题,本发明提出了一种电站轴流风机变频器故障状态工频动态切换方法,其目的是在变频器出现故障,电动机切为工频方式运行时,通过对轴流风机叶片角度进行切换,实现风烟系统和炉膛负压微扰动,保证机组安全稳定运行。
5.本发明采用如下技术方案来实现的:
6.一种电站轴流风机变频器故障状态工频动态切换方法,该方法包括:
7.首先,根据轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合;其次,根据轴流风机运行点、拟合好的管网系统阻力特性曲线和轴流风机工频性能曲线对轴流风机工频状态叶片角度调节范围进行区间划分;再次,根据轴流风机工频状态叶片角度调节范围和轴流风机高效运行叶片角度的变频调速曲线对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分;最后,获取上述参数后,实施轴流风机变频状态运行变频器发生故障后向工频动态切换。
8.本发明进一步的改进在于,具体包括以下步骤:
9.1、对轴流风机管网系统阻力特性曲线进行拟合。根据轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合,具体实现方法如下:
10.①
确定轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),i=1,

,s,s≥3,在机组不同发电负荷工况,对轴流风机进行现场性能测试,得到轴流风机的流量q
i
和比压能y
i
参数,进而获取轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
);
11.②
根据上一步骤确定的轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),采用基于最小二乘法的t阶多项式函数对管网系统阻力特性曲线c1进行拟合;
12.2、对轴流风机工频状态叶片角度调节范围进行区间划分,根据上一步骤得到的轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
)、管网系统阻力特性曲线c1和轴流风机工频性能曲线对轴流风机工
频状态叶片调节范围进行区间划分;
13.3、对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分,根据上一步骤确定的轴流风机工频状态叶片调节范围和轴流风机高效运行叶片角度的变频调速曲线对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分;
14.4、变频器故障状态轴流风机叶片角度α切换方法,轴流风机变频状态运行时,为保证轴流风机高效运行,轴流风机变频状态运行时将风机叶片角度固定为轴流风机高效运行叶片角度β,风机变频器发生故障前稳定运行的转速为n0。
15.本发明进一步的改进在于,第1步的步骤

中,性能测试过程中,机组最低发电负荷l
min
对应轴流风机运行点为p1(q1,y1),机组最高发电负荷l
max
对应轴流风机运行点为p
s
(q
s
,y
s
),机组发电负荷区间(l
min
,l
max
)再获取(s

2)个轴流风机运行点,即可确定s个轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
)。
16.4.根据权利要求3所述的一种电站轴流风机变频器故障状态工频动态切换方法,其特征在于,第1步的步骤

中,确定管网系统阻力特性曲线函数y=f(q)=a0 a1·
q a2·
q2…
a
t
·
q
t
,t≥1,参数a0,a1,

,a
t
满足以下关系:
[0017][0018]
多项式函数阶数t为整数,且t≥1,根据上面的关系,求解得到多项式函数系数a0,a1,

,a
t
和多项式函数阶数t,即可确定管网系统阻力特性曲线函数y=f(q)=a0 a1·
q a2·
q2…
a
t
·
q
t
,也就完成了管网系统阻力特性曲线c1的拟合。
[0019]
本发明进一步的改进在于,第2步的具体实现方法如下:
[0020]

将轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
)和管网系统阻力特性曲线c1标识于轴流风机工频性能曲线上,管网系统阻力特性曲线c1在轴流风机运行点p1、p
s
之间曲线段与轴流风机叶片角度α
i
开度线交点为(q
i
,y
i
),i=1,

,m,交点总数为m个,位于轴流风机运行点p1左下方并与之距离最近的开度线对风机叶片角度为α
min
,α
min
≥α
min

design
位于轴流风机运行点p
s
右上方并与之距离最近的开度线对风机叶片角度为α
max
,α
max
≤α
max

design
,管网系统阻力特性曲线c1与轴流风机叶片角度α
min
开度线交点为(q0,y0),管网系统阻力特性曲线c1与轴流风机叶片角度α
max
开度线交点为(q
m 1
,y
m 1
);
[0021]

根据轴流风机叶片角度α
min
、α
i
,i=1,

,m和α
max
对轴流风机工频状态叶片调节范围进行区间划分,第1区间轴流风机叶片角度范围为[α
min
,α1],第(m 1)区间轴流风机叶片角度范围为(α
m

max
],中间第i区间轴流风机叶片角度范围为(α
i
‑1,α
i
],i=2,

,m,即可完成轴流风机工频状态叶片角度范围的区间划分。
[0022]
本发明进一步的改进在于,第3步的具体实现方法如下:
[0023]

确定轴流风机高效运行叶片角度β,根据上面步骤确定了轴流风机叶片角度α
max
,如果α
max
对应的轴流风机叶片开度线穿过风机最高效率区域,即η
max
=η(α
max
),那么轴流风机高效运行叶片角度β=α
max
;如果α
max
对应的轴流风机叶片开度线没有穿过风机最高效率区域,那么在轴流风机叶片角度范围[α
max

max

design
]选取一个角度α
max

efficiency
,使得η
max
=η(α
max

efficiency
),那么轴流风机高效运行叶片角度为β=α
max

efficiency

[0024]

将步骤2确定的(m 2)个交点(q
i
,y
i
),i=0,

,m 1标识于轴流风机高效运行叶
片角度β对应的变频调速曲线上,求解得到每个交点对应的风机运行转速n
i
,第i交点处风机运行转速n
i
满足以下关系:
[0025][0026]

根据上一步骤确定的第i交点处风机运行转速n
i
对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分,第1区间轴流风机转速调节范围为[n0,n1],第(m 1)区间轴流风机转速调节范围为(n
m
,n
m 1
],中间第i区间轴流风机转速调节范围为(n
i
‑1,n
i
],即可完成轴流风机变频状态转速调节范围的区间划分。
[0027]
本发明进一步的改进在于,第4步的变频器发生故障后轴流风机工频切换方法如下:
[0028]
步骤1:风机变频器发生故障前稳定运行的转速为n0,根据第3步的方法,确定风机转速n0对应的转速调节范围区间序号i0,i0∈[1,m 1];
[0029]
步骤2:步骤1确定的轴流风机变频状态转速调节范围区间序号为i0,i0∈[1,m 1],对应轴流风机工频状态叶片角度调节范围区间序号也为i0,i0∈[1,m 1],根据第2步的方法,确定第i0区间对应的轴流风机工频状态叶片角度调节范围如下:
[0030][0031]
根据上面的关系,确定第i0区间对应的轴流风机工频状态叶片角度调节范围上限值为叶片角度调节范围下限值为叶片角度调节范围下限值为
[0032]
步骤3:变频器发生故障后,轴流风机转速由转速n0向电机额定转速n
design
升速切换,风机叶片角度由轴流风机高效运行叶片角度β向第i0区间工频状态叶片角度上限值同步完成关角度切换,切换过程中,保证锅炉炉膛的稳定燃烧,并保证风烟系统的波动在合理范围内;
[0033]
步骤4:步骤3切换完成后,风机转速保持电机额定转速n
design
不变,风机挡板角度由在区间范围内继续关小,每次切换以1
°
叶片角度为单位进行切换,直到炉膛负压稳定在限定范围,并且风烟系统设备稳定运行后,转入pid控制。
[0034]
本发明进一步的改进在于,第4步的步骤3中,角度切换时间较转速切换时间延迟最长不超过3秒,切换总时间控制在10秒内。
[0035]
本发明至少具有如下有益的技术效果:
[0036]
本发明提供的一种电站轴流风机变频器故障状态工频切换方法,通过轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合,结合轴流风机工频性能曲线和轴流风机高效运行叶片角度的变频调速曲线,对轴流风机工频状态叶片角度调节范围进行区间划分,并对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分。上述工作完成后,依据上面确定的参数就可以实施轴流风机变频状态运行变频器发生故障后向工频动态切换。该种切换方法稳安全可靠、稳定高效,可以实现轴流风机变频器故障状态工频动态切换,保证风烟系统和炉膛负压微扰动,保证机组安全稳定运行。
附图说明
[0037]
图1为本发明的原理示意图;
[0038]
图2为本发明的设备示意图;
[0039]
图3为本发明中的轴流风机叶片角度示意图;
[0040]
图4为本发明中的轴流风机工频性能曲线示意图;
[0041]
图5为本发明中的轴流风机变频调速曲线示意图;
[0042]
图6为本发明中实施例的轴流风机工频性能曲线示意图;
[0043]
图7为本发明中实施例的轴流风机变频调速曲线示意图。
[0044]
其中,图1中,l
min
为机组最低发电负荷,单位为mw,l
max
为机组最高发电负荷,单位为mw。
[0045]
y=f(x)为管网系统阻力特性曲线函数,a
i
(i=1,

,t)为管网系统阻力特性曲线函数系数,t为管网系统阻力特性曲线函数阶数。
[0046]
η为轴流风机运行效率,η
max
为轴流风机叶片角度范围[α
max

max

design
]内最高运行效率,α
max

efficiency
为轴流风机叶片角度范围[α
max

max

design
]内最高效运行角度,单位为
°

[0047]
n
i
(i=0,

,m 1)为第i交点处风机运行转速,单位为r/min,n0为轴流风机变频状态运行变频器发生故障前稳定运行转速,单位为r/min,i0为轴流风机转速n0对应的转速调节范围区间序号。
[0048]
图2中,1.变频器,2.电动机,3.轴流风机。
[0049]
图3中,4.叶片,α为轴流风机叶片角度,单位为
°
,α
min
为轴流风机最小运行角度,单位为
°
,α
min

design
为轴流风机设计最小叶片角度,单位为
°
,α
max
为轴流风机最大运行角度,单位为
°
,α
max

design
为轴流风机设计最大叶片角度,单位为
°

[0050]
图4中,s为轴流风机运行点数目,q
i
(i=1,

,s)为轴流风机第i个运行点的流量,y
i
(i=1,

,s)为轴流风机第i个运行点的比压能,p
i
(q
i
,y
i
)(i=1,

,s)为轴流风机第i个运行点坐标,c1为轴流风机管网系统阻力特性曲线,(q
i
,y
i
)(i=1,

,m)为轴流风机管网系统阻力特性曲线c1与轴流风机叶片角度α
i
的交点,m为交点数目。
[0051]
图5中,β为轴流风机高效运行叶片角度,单位为
°
,n
i
(i=0,

,m 1)为交点(q
i
,y
i
)在轴流风机高效运行叶片角度β的风机变频调速曲线上对应的风机转速,单位为r/min,n0为风机变频器发生故障前稳定运行的转速,单位为r/min,n
design
为电机额定转速,单位为r/min。
[0052]
图6为实施例配图,图中,p
i
(q
i
,y
i
)(i=1,

,3)为轴流风机第i个运行点坐标,c1为轴流风机管网系统阻力特性曲线,m为交点数目,m=3,α
min
为轴流风机最小运行角度,单位为
°
,α
min


20
°
,α
max
为轴流风机最大运行角度,单位为
°
,α
max
=5
°

[0053]
图7为实施例配图,图中,n
design
为电机额定转速,n
design
=990r/min,β为轴流风机高效运行叶片角度,单位为
°
,β=5
°
,n0为风机变频器发生故障前稳定运行的转速,单位为r/min,n0=859r/min。
具体实施方式
[0054]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例
所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0055]
本发明提出的一种电站轴流风机变频器故障状态工频动态切换方法,其目的是在变频器1出现故障,电动机2切为工频方式运行时,通过对轴流风机3叶片4角度进行切换,实现风烟系统和炉膛负压微扰动,保证机组安全稳定运行。该方法包括:
[0056]
首先,根据轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合;其次,根据轴流风机运行点、拟合好的管网系统阻力特性曲线和轴流风机工频性能曲线对轴流风机工频状态叶片角度调节范围进行区间划分;再次,根据轴流风机工频状态叶片角度调节范围和轴流风机高效运行叶片角度的变频调速曲线对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分;最后,获取上述参数后,实施轴流风机变频状态运行变频器发生故障后向工频动态切换。具体实现方法如下:
[0057]
1、对轴流风机管网系统阻力特性曲线进行拟合。根据轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合,具体实现方法如下:
[0058]

确定轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),i=1,

,s,s≥3。在机组不同发电负荷工况,对轴流风机进行现场性能测试,得到轴流风机的流量q
i
,i=1,

,s和比压能y
i
,i=1,

,s参数,进而获取轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),i=1,

,s。性能测试过程中,机组最低发电负荷l
min
对应轴流风机运行点为p1(q1,y1),机组最高发电负荷l
max
对应轴流风机运行点为p
s
(q
s
,y
s
),机组发电负荷区间(l
min
,l
max
)再获取(s

2)个(s≥3)轴流风机运行点。这样,就确定了s个轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),i=1,

,s。
[0059]

根据上一步确定的轴流风机运行点(q
i
,y
i
),i=1,

,s,s≥3,采用基于最小二乘法的t阶多项式函数对管网系统阻力特性曲线c1进行拟合,确定管网系统阻力特性曲线函数y=f(q)=a0 a1·
q a2·
q2…
a
t
·
q
t
,t≥1,参数a0,a1,

,a
t
满足以下关系:
[0060][0061]
多项式函数阶数t为整数,且t≥1,根据上面的关系,可以求解得到多项式函数系数a0,a1,

,a
t
和多项式函数阶数t,这样就确定了管网系统阻力特性曲线函数y=f(q)=a0 a1·
q a2·
q2…
a
t
·
q
t
,也就完成了管网系统阻力特性曲线c1的拟合。
[0062]
2、对轴流风机工频状态叶片角度调节范围进行区间划分。根据上一步得到的轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),i=1,

,s、管网系统阻力特性曲线c1和轴流风机工频性能曲线对轴流风机工频状态叶片调节范围进行区间划分,具体实现方法如下:
[0063]

将轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),i=1,

,s和管网系统阻力特性曲线c1标识于轴流风机工频性能曲线上,管网系统阻力特性曲线c1在轴流风机运行点p1、p
s
之间曲线段与轴流风机叶片角度α
i
开度线交点为(q
i
,y
i
),i=1,

,m,交点总数为m个,位于轴流风机运行点p1左下方并与之距离最近的开度线对风机叶片角度为α
min
,α
min
≥α
min

design
位于轴流风机运行点p
s
右上方并与之距离最近的开度线对风机叶片角度为α
max
,α
max
≤α
max

design
。管网系统阻力特性曲线c1与轴流风机叶片角度α
min
开度线交点为(q0,y0),管网系统阻力特性曲线c1与轴流风机叶片角度α
max
开度线交点为(q
m 1
,y
m 1
)。
[0064]

根据轴流风机叶片角度α
min
、α
i
,i=1,

,m和α
max
对轴流风机工频状态叶片调节范围进行区间划分。第1区间轴流风机叶片角度范围为[α
min
,α1],第(m 1)区间轴流风机叶片角度范围为(α
m

max
],中间第i区间轴流风机叶片角度范围为(α
i
‑1,α
i
],i=2,

,m。这样,就完成了轴流风机工频状态叶片角度范围的区间划分。
[0065]
3、对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分。根据上一步确定的轴流风机工频状态叶片调节范围和轴流风机高效运行叶片角度的变频调速曲线对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分,具体实现方法如下:
[0066]

确定轴流风机高效运行叶片角度β。根据上面步骤确定了轴流风机叶片角度α
max
,如果α
max
对应的轴流风机叶片开度线穿过风机最高效率区域,即η
max
=η(α
max
),那么轴流风机高效运行叶片角度β=α
max
;如果α
max
对应的轴流风机叶片开度线没有穿过风机最高效率区域,那么在轴流风机叶片角度范围[α
max

max

design
]选取一个角度α
max

efficiency
,使得η
max
=η(α
max

efficiency
),那么轴流风机高效运行叶片角度为β=α
max

efficiency

[0067]

将上面步骤确定的(m 2)个交点(q
i
,y
i
),i=0,

,m 1标识于轴流风机高效运行叶片角度β对应的变频调速曲线上,求解得到每个交点对应的风机运行转速n
i
,i=0,

,m 1。第i交点处风机运行转速n
i
满足以下关系:
[0068][0069]

根据上一步骤确定的第i交点处风机运行转速n
i
,i=0,

,m 1对轴流风机变频状态转速调节范围进行区间划分。第1区间轴流风机转速调节范围为[n0,n1],第(m 1)区间轴流风机转速调节范围为(n
m
,n
m 1
],中间第i区间轴流风机转速调节范围为(n
i
‑1,n
i
],i=2,

,m。这样,就完成了轴流风机变频状态转速调节范围的区间划分。
[0070]
4、变频器故障状态轴流风机叶片角度α切换方法。轴流风机变频状态运行时,为保证轴流风机高效运行,轴流风机变频状态运行时将风机叶片角度固定为轴流风机高效运行叶片角度β,风机变频器发生故障前稳定运行的转速为n0,变频器发生故障后轴流风机工频切换方法如下:
[0071]
步骤1:风机变频器发生故障前稳定运行的转速为n0,根据第3步的方法,确定风机转速n0对应的转速调节范围区间序号i0,i0∈[1,m 1];
[0072]
步骤2:步骤1确定的轴流风机变频状态转速调节范围区间序号为i0,i0∈[1,m 1],对应轴流风机工频状态叶片角度调节范围区间序号也为i0,i0∈[1,m 1],根据第2步的方法,确定第i0区间对应的轴流风机工频状态叶片角度调节范围如下:
[0073][0074]
根据上面的关系,可以确定第i0区间对应的轴流风机工频状态叶片角度调节范围上限值为叶片角度调节范围下限值为
[0075]
步骤3:变频器发生故障后,轴流风机转速由转速n0向电机额定转速n
design
升速切换,风机叶片角度由轴流风机高效运行叶片角度β向第i0区间工频状态叶片角度上限值
同步完成关角度切换,切换过程中,必须保证锅炉炉膛的稳定燃烧,并保证风烟系统的波动在合理范围内,角度切换时间较转速切换时间延迟最长不超过3秒,切换总时间控制在10秒内;
[0076]
步骤4:步骤3切换完成后,风机转速保持电机额定转速n
design
不变,风机挡板角度由在区间范围内继续关小,每次切换以1
°
叶片角度为单位进行切换,直到炉膛负压稳定在限定范围,并且风烟系统设备稳定运行后,转入pid控制。
[0077]
实施例
[0078]
国内某330mw机组引风机为动叶可调式轴流风机,风机额定转速n
design
=990r/min,日常运行采用变频调速方式。机组最小负荷l
min
为160mw,机组最大负荷l
max
为330mw。依次按照下面的步骤进行轴流风机变频器故障状态工频动态切换:
[0079]
1、选取1个机组中间负荷265mw,在160mw、265mw和330mw工况,现场实测两台轴流风机3个运行点(s=3)平均值分别为p1(162.6,3709.8)、p2(216.2,5865.7)、p3(263.2,8288.8),采用基于最小二乘法的多项式函数对轴流风机运行点进行曲线拟合,得到轴流风机管网系统阻力特性曲线函数为y=f(x)=1168.2

2.8233
·
x 0.1136
·
x2,这样就得到了管网系统阻力特性曲线c1。
[0080]
2、轴流风机工频性能曲线如图6所示,将轴流风机运行点p
i
(q
i
,y
i
),i=1,

,s和管网系统阻力特性曲线c1标识于轴流风机工频性能曲线上,得到m为4,α
min


20
°
,β=α
max
=5
°
,同时得到6个交点的坐标(q
i
,y
i
),i=0,

,5。依据第二步的方法将轴流风机工频状态叶片角度调节范围划分为5个区间,第1~5区间分别为[

20
°
,

15
°
]、(

15
°
,

10
°
]、(

10
°
,
‑5°
]、(
‑5°
,0
°
]、(0
°
,5
°
]。
[0081]
3、轴流风机高效运行叶片角度β=5
°
的变频调速曲线如图7所示,将上一步得到的6个交点坐标(q
i
,y
i
),i=0,

,5标识于轴流风机高效运行叶片角度β=5
°
的变频调速曲线上,依据第三步的方法,轴流风机变频状态转速调节范围划分为5个区间,这5个区间分别为[580,670]r/min、

、(837,922]r/min、(922,990]r/min。
[0082]
4、当轴流风机变频状态运行时,轴流风机高效运行叶片角度β=5
°
,风机变频器发生故障前稳定运行转速n0为859r/min,根据第3步划分的转速区间,确定风机变频器发生故障前稳定运行转速n0对应的转速调节范围区间序号i0为4,对应叶片角度范围序号i0也为4;根据第2步划分的轴流风机叶片角度范围区间,确定第4区间轴流风机叶片角度范围为(
‑5°
,0
°
]。
[0083]
5、变频器发生故障后,风机转速由转速n0=859r/min向电机额定转速n
design
=990r/min升速切换,轴流风机叶片角度由β=5
°
向工频状态叶片角度α4=0
°
同步完成关小角度切换,切换过程中,必须保证锅炉炉膛的稳定燃烧,并保证风烟系统的波动在合理范围内,角度切换时间较转速切换时间延迟最长不超过3秒,切换总时间控制在10秒内;上面切换完成后,风机转速保持电机额定转速n
design
=990r/min不变,轴流风机叶片角度由α4=0
°
在区间范围(
‑5°
,0
°
]内继续关小,每次切换以1
°
叶片角度为单位进行切换,直到炉膛负压稳定在限定范围,并且风烟系统设备稳定运行后,转入pid控制。
[0084]
经过上面的步骤,就完成了轴流风机变频器故障状态工频动态切换,切换过程安全可靠、稳定高效,保证了风烟系统和炉膛负压微扰动,实现了机组安全稳定运行。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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