一种火电厂循环水泵优化运行控制系统及方法与流程

1.本发明涉及火电厂纯凝机组冷端优化运行技术领域，尤其涉及一种火电厂循环水泵优化运行控制系统及方法。


背景技术：

2.当前，国内外对于冷端优化运行研究，往往采用两种方式。一种是数值模拟、理论计算的方法，如模拟凝汽器的传热情况和流体流场的参数压力、温度等；汽轮机低压排汽系统内部的流场结构和气动性能，以及冷却塔内详细的空气流速、焓值、含湿量和水温的两维分布。数值模拟的结果往往用来对设备的设计情况进行评价，对冷端优化运行的指导还比较欠缺；另一种是采用性能试验的方法，寻求机组出力增加值与循环水泵的耗功之间的最大差值，试验的方法成本较高，另外无法进行所有入口温度的试验，大量采用修正的方法拟定运行曲线，当运行参数偏离设计值较大时，误差不可控。
3.中国专利cn107829924b公开了一种基于大数据的循环水泵组最节能的控制方法及设备，将不同额定功率的水泵维持在不同频率上同时进行工作，在满足总流量输出的情况下，实现最佳能耗。该专利主要实现的是循环水泵组的节能，未考虑不同循环水泵运行方式对汽轮机运行经济性的影响。
4.徐婧.基于数据挖掘的汽轮机组冷端优化.《中国电机工程学报》.2021，第41卷(第2期)，423-431.公开了一种基于数据挖掘的汽轮机组冷端优化方法，通过建立真空预测模型，比较预测值与基准值的残差，实现真空的异常预警及冷端优化，其基准值是固定不变的，未考虑机组性能随运行时长的劣化。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于历史运行大数据确定各工况下循环水泵最优运行方式，并根据机组实时运行情况对最优运行方式进行自我学习更新的循环水泵优化运行控制系统及方法。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种火电厂循环水泵优化运行控制系统，其特征在于，包括：
7.历史数据获取模块，用于获取机组历史运行数据；
8.稳态工况判断模块，基于稳态工况判断准则，确定历史数据获取模块中机组处于稳定运行的稳态工况；
9.经济性评价模块，用于评价在相同工况、不同循环水泵运行方式下，稳态工况机组运行的经济性，将各工况的循环水泵历史最优运行方式记录于本模块中，并根据机组实时运行情况自我学习更新各工况的循环水泵最优运行方式；
10.优化运行决策模块，根据经济性评价模块中存储的各工况下循环水泵历史最优运行方式以及负荷预测曲线，评估当前循环水泵运行方式是否为最优，并发出控制指令。
11.进一步的，获取机组历史运行数据至少包括：机组负荷、循环水泵运行方式、循环
水流量、循环水入口温度、循环水出口温度、循环水泵功率、汽轮机排汽压力；
12.稳态工况判断准则为：在不小于30分钟内，循环水泵运行方式相同，并且机组负荷、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、给水流量等5个变量的波动都小于允许值时，则表明该运行工况为稳态工况；
13.相同工况是指机组负荷、循环水入口温度的偏差小于允许值；
14.机组运行的经济性是指在相同工况、不同循环水泵运行方式下，机组的热损率越小则其运行经济性越好；
15.自我学习更新各工况的循环水泵最优运行方式是指机组实时运行工况达到稳态工况要求时，检索经济性评价模块中存储的工况数据。当存在与实时运行工况相同的历史运行工况时，若循环水泵运行方式相同，则更新经济性评价模块中该运行方式下的经济性数据；若循环水泵运行方式不相同，对比实时运行工况与历史最优运行方式下的经济性，若实时运行工况经济性更优，则将实时运行工况的循环水泵运行方式作为最优运行方式存入经济性评价模块中并保持该运行方式运行，否则调整循环水泵运行方式为历史最优运行方式。当不存在与实时运行工况相同的历史运行工况时，将此时循环水泵运行方式的工况数据存入经济性评价模块中并保持该运行方式运行。
16.循环水泵优化运行方法包括如下步骤：
17.s1，获取机组运行历史数据；
18.s2，根据历史数据，获得各稳态工况的循环水泵运行方式；
19.s3，评价相同工况条件、不同循环水泵运行方式下机组经济性，记录各工况循环水泵历史最优运行方式；
20.s4，根据机组实时运行情况，结合循环水泵历史最优运行方式以及负荷预测曲线，发出控制指令，并自我学习更新各工况的循环水泵最优运行方式。
21.进一步的，机组运行的经济性是指在相同工况、不同循环水泵运行方式下，机组出力增加值与循环水泵耗功增加值的差值越大则机组运行经济性越好。
22.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明根据机组实际运行历史数据确定循环水泵最优运行方式，解决了传统方法根据性能试验、设计参数、数学模型计算和修正等导致误差不可控问题，并无需对设备进行任何改造，安全性高，维护成本低。另外，本发明还通过实时运行数据对循环水泵最优运行指令进行自我更新，克服了机组老化和大小修对其性能的影响，使循环水泵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
23.图1为本发明控制系统的结构示意图。
24.图2为本发明实施例的修正曲线图。
25.图3为本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
26.为了更好地了解本发明的目的、控制系统的数据处理方式及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述，本发明并不局限于以下实施例。
27.如图1所示，本发明的火电厂循环水泵优化运行控制系统位于汽轮发电机组分散
控制系统(dcs)内，包括：历史数据获取模块，该模块嵌套于dcs中，用于从汽轮发电机组、凝汽器以及循环水泵组获取历史运行数据，至少包括机组负荷、循环水泵运行方式、循环水入口温度、循环水出口温度、循环水泵功率、汽轮机排汽压力。
28.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，不稳定的工况无法判断经济性。稳态工况判断模块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/t 8117.1-2008汽轮机热力性能验收试验规程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中的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，则认为机组达到稳定状态。
29.表1稳态工况判断准则
[0030][0031][0032]
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经济性评估模块，该模块用于判断在相同工况、不同循环水泵运行方式下，稳态工况机组运行的经济性。例如某300mw机组配两台循环水泵，其中一台进行了高低速改造，那么循环水泵的运行方式有四种，分别为一台低速泵运行(简称“一低”)、一台高速泵运行(简称“一高”)、一台低速泵和一台高速泵同时运行(简称“一高一低”)和两台高速泵同时运行(简称“两高”)。循环水泵耗功以及流量如表2所示。
[0033]
表2循环水泵不同运行方式数据列表
[0034]
循环水泵运行方式循环水流量(t/h)循泵耗功(kw)“一低”179981063.0“一高”215991388.5“一高一低”276772403.9“两高”316782883.1
[0035]
检索近一年历史运行数据，对稳态工况判断模块中机组负荷和循环水入口温度统计分析可知，机组负荷波动范围为150～300mw，循环水温度变化范围为5～36℃，经分析认为，当负荷波动在7.5mw范围内，循环水入口温度波动4℃时，冷端系统的主要运行参数可认为基本不变，因此，工况划分时设置负荷及循环水入口温度邻域区间为7.5mw，2℃。得到与负荷280mw循环水入口温度14℃相同的工况数据为负荷272.5～287.5mw，循环水入口温度12～16摄氏度。不同循环水泵运行方式下的基础数据平均值如表3所示。
[0036]
表3工况280mw、14℃工况历史数据列表
[0037][0038]
根据附图2，机组负荷为280mw时，循环水泵不同运行方式对机组出力的影响见表4所示。
[0039]
表4不同循环水泵运行方式下机组出力增量
[0040]
循泵运行方式变化循泵出力增加值kw机组出力增加值kw净增加值kw“一低”至“一高”325.5455.616130.1“一高”至“一高一低”1015.4894.96-120.4“一高一低”至“两高”479.2195.264-283.9
[0041]
由表4可知，280mw、14℃工况循环水泵运行方式由“一低”调整至“一高”时，机组净出力增加130.1kw，循环水泵运行方式由“一高”调整至“一高一低”时，机组净出力减少120.4kw，循环水泵运行方式由“一高一低”调整至“两高”时，机组净出力减少283.9kw，因此，280mw、14℃工况循环水泵为“一高”时，机组运行经济性最好，此时循环水泵运行方式为最优。
[0042]
此外，不同循环水泵运行方式下机组的经济性亦可采用热损率法来评价，通过调整循环水泵的运行台数，使冷源损失的热量最小，那么，整体汽轮发电机组所消耗的能量就最小，该种循环水泵的运行方式即为最优运行方式。热损率的计算公式如下：
[0043][0044]
式中，q
l
为热损率(kj/kw)；pe为发电机功率(kw)；q2为循环冷却水带走的热量(kj/h)，p
p
为循环水泵功率(kw)；pa为其它辅机功率(kw)。
[0045]
热损率的意义为单位上网功率所对应的冷源损失，在相同发电机输出功率下，切换循环水泵的运行方式，当q
l
最小时即为该负荷下的循环水泵最优运行方式。
[0046]
根据表3数据计算不同循环水泵运行方式下机组的热损率如表5所示。
[0047]
表5不同循环水泵运行方式下机组热损率
[0048]
循泵运行方式热损率kj/kw“一低”5327.6“一高”5298.1“一高一低”5369.4“两高”5929.4
[0049]
由表5可知，280mw、14℃工况循环水泵运行方式为“一高”时，机组热损率最小，因此，280mw、14℃工况循环水泵最优运行方式为“一高”。由此可见，根据机组出力净增加值法和热损率法评价循环水泵不同运行方式的经济性，其结果是一致的。
[0050]
如图3所示，优化运行决策模块，根据经济性评价结果以及负荷预测曲线，评估相同工况下循环水泵的最优运行方式，并发出控制指令。具体工作流程如下：首先，根据电网给定的负荷预测曲线，若当前机组负荷在未来2小时以上波动值小于如表1所述的2.5％，则触发该模块。第二，检索经济性评价模块中的数据，
①
当存在与实时运行工况相同的历史运行工况时，则判断循环水泵运行方式是否相同，若相同，则更新经济性评价模块中该运行方式下的经济性数据；若不相同，对比实时运行工况与历史最优运行方式下的经济性，若经济性更优，则将实时运行工况的循环水泵运行方式作为最优运行方式存入经济性评价模块，并保持该运行方式运行，否则调整循环水泵运行方式为历史最优运行方式，从而实现循环水泵最优运行方式的自我更新。
②
当不存在与实时运行工况相同的历史运行工况时，将此时循环水泵运行方式的工况数据存入经济性评价模块，使该模块中的数据更趋完整。
[0051]
本发明循环水泵优化运行控制方法包括如下步骤：
[0052]
s1，获取机组运行历史数据；
[0053]
具体地，至少获取包括机组负荷、循环水泵运行方式、循环水流量、循环水入口温度、循环水出口温度、汽轮机排汽压力。
[0054]
s2，根据历史数据，获得各稳态运行工况的循环水泵运行方式；
[0055]
具体地，根据稳态工况判断准则，如表1所示，按负荷和循环水进口温度划分稳态工况，例如稳定工况1负荷272.5～287.5mw，循环水入口温度12℃～16℃；稳定工况2负荷272.5～287.5mw，循环水入口温度16℃～18℃等等。
[0056]
s3，判断在相同工况条件、不同循环水泵运行方式的经济性，记录历史最优运行方式；
[0057]
具体地，根据稳定运行工况，记录各工况下历史循环水泵最优运行方式。
[0058]
s4，根据机组实时运行情况，结合循环水泵历史最优运行方式以及负荷预测曲线，发出控制指令，并自我学习更新各工况的循环水泵最优运行方式；
[0059]
具体地，根据机组实际运行情况，对s3步骤的循环水泵最优运行方式并结合电网侧负荷预测曲线，做出循环水泵运行方式调整决策。并对各工况的循环水泵最优运行方式进行自我学习更新。
[0060]
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0061]
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。