一种槽式光热电站导热介质流量的调节装置及调节方法与流程

1.本发明涉及一种槽式光热电站运行机组运行过程中对导热介质的流量进行自动调节，属于控制领域，尤其涉及一种槽式光热电站导热介质流量的调节装置及控制方法。


背景技术：

2.太阳能光热发电(concentratedsolarpower，简称为“csp”)是一种太阳能聚光热发电技术，依靠各种聚光镜面将太阳的直接辐射(dni)聚集，通过加热流体工质(heat transfer fluid，htf)收集热量，再经过热交换产生高温蒸汽，推动汽轮机发电。csp目前主流的技术路线都是按照太阳能采集方式来划分的，主要分为塔式、槽式、菲涅尔式和碟式四类，目前全球范围内已建成或在建的项目，以槽式技术为最多。槽式太阳能热发电将众多槽式抛物面聚光集热器经过串并联的方式排列，通过流体工质收集热量达到较高温度，然后通过进一步换热产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。槽式太阳能热发电主要由聚光集热装置(或称“镜场”)、换热系统、储热装置和汽轮发电装置四部分组成在太阳能光热电站中使用水/水蒸汽作为吸热介质，相当于把太阳能光热电站的聚光集热系统代替常规火电厂的锅炉，其他相关设备及系统大致相同，既节能又环保。
3.槽式光热发电技术是目前最成熟、最低成本的太阳能热发电技术，符合“大容量-高参数-长周期储热”的国际太阳能热发电技术发展趋势；将带储热的槽式光热电站与风电、光伏、谷电等电力组成联合互补的系统进行发电，对于降低弃风弃光率具有显著作用，且能够有效转移盈余的峰谷电力，有利于提高槽式光热电站的运行灵活性和经济性，是一种真正意义上的绿色发电技术。光热电站和常规电站中的蒸汽发生器的作用都是将给水加热产生过热蒸汽来推动汽轮机发电。两者的区别在于热源的不同，光热电站蒸汽发生器的热源是经太阳能加热的导热介质，而常规电站锅炉的热源是燃煤的火焰及高温烟气。其次，由于换热介质以及运行条件的差异，光热电站对蒸汽发生器的要求与常规电站具有一定差异，光热电站的蒸汽发生器压差(是指蒸汽发生器的导热介质侧与过热器进口侧的导热介质压差)大，差压控制主要是为导热介质提供精确的循环动力，合适的差压保障蒸汽发生器的每个部件(如集热器)都有充足的导热介质流过，防止“干烧”。因此蒸汽发生器压差是槽式光热电站运行机组运行的一个重要参数。已有槽式光热电站导热介质流量调节控制方法，或是通过手动方式调节导热介质泵的转动频率以使蒸汽发生器压差达到目标值；或是固定导热介质泵的转动频率，通过调节蒸汽发生器入口调节阀使发生器压差达到目标值。
4.已有技术的缺点在于：手动控制的方式一方面增加了人为操作的劳动工作量，操作过程过于复杂，同时增加了因人为疏忽而导致事故发生的概率；另一方面无法实现槽式光热电站整厂的智能化监控。
5.因此，提供一种将实现槽式光热电站整厂导热介质流量的自动控制成为当前急需解决的问题。


技术实现要素：

6.为解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现了槽式光热电站整厂导热介质流量的自动控制，并提供四种调节装置运行模式，实现了不同发电模式的安全、高效的自动化控制。
7.本发明第一方面，提供了一种槽式光热电站导热介质流量的调节装置，包括：槽式光热电站运行机组和pid调节装置；其中，
8.所述槽式光热电站运行机组包括：
9.膨胀罐1，用于存储和输出导热介质，建立压力并防止导热介质气化，为受热后的导热介质提供膨胀缓冲；
10.第一主控泵21，与膨胀罐1相连，用于基于变频指令改变转动频率，改变导热介质管内导热介质流速，为导热介质提供流动动力来源；
11.集热器2，布置在镜场3内，与第一主控泵21相连，用于吸收镜场太阳光的热量并对内部的导热介质进行升温得到热的导热介质；
12.镜场3，通过镜面反射太阳光至集热器2，使集热器2获得热量；
13.油盐换热器4，分别与第一主控泵21、集热器2和膨胀罐1相连，用于将导热介质与熔盐进行热交换，进行储能和释能；
14.蒸汽发生器5，分别与集热器2、油盐换热器4和膨胀罐1相连，用于接收来自集热器2和/或油盐换热器4的导热介质，将导热介质与汽水进行热交换，获得蒸汽进而推动汽轮机6进行做功，进行热交换之后的导热介质输送到膨胀罐1；
15.汽轮机6，与蒸汽发生器5和发电机7相连，用于带动发电机7进行发电；
16.导热介质管，用于所述导热介质在所述槽式光热电站运行机组中的传输；
17.所述pid调节装置包括：
18.第一pid控制器31，用于通过发送变频指令调节第一主控泵21的转动频率。
19.进一步地，在第一主控泵21与集热器2之间，还连接镜场入口调节阀24；所述镜场入口调节阀24用于控制流入所述集热器2的导热介质流量；
20.在第一主控泵21与油盐换热器4之间，还连接油盐换热器阀22；所述油盐换热器阀22用于提供阀位开度f1，控制流入所述油盐换热器4的导热介质流量；
21.在集热器2与蒸汽发生器5之间，以及油盐换热器4与蒸汽发生器5之间，还连接蒸汽发生器阀23；所述蒸汽发生器阀23用于提供阀位开度f2，控制流入所述蒸汽发生器5的导热介质流量，调节蒸汽参数值。
22.进一步地，所述pid调节装置还包括：
23.第二pid控制器32，用于控制油盐换热器阀22的阀位开度f1；
24.第三pid控制器33，用于控制蒸汽发生器阀23的阀位开度f2；
25.第一pid控制器31基于所述阀位开度f1和阀位开度f2调节第一主控泵21的转动频率。
26.进一步地，所述调节装置运行模式包括：镜场至储能的运行模式和镜场系统单运行模式；其中，
27.所述镜场至储能的运行模式包括：
28.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压
后，经镜场入口调节阀24进入集热器2吸收能量升温变成热的导热介质；
29.热的导热介质经由两路导热介质管输送，一路送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；另一路送至油盐换热器4加热熔盐进行储能；
30.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环实现发电和储能；
31.所述镜场系统单运行模式包括：
32.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后，经镜场入口调节阀24进入集热器2吸收能量升温变成热的导热介质；
33.热的导热介质经由导热介质管输送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；
34.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环实现发电。
35.进一步地，所述调节装置运行模式还包括：镜场和储能联合运行模式和储能系统单运行模式；其中，
36.所述镜场和储能联合运行模式包括：
37.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后经由两路导热介质管输送；
38.一路经镜场入口调节阀24进入集热器2吸收能量升温，变成热的导热介质；另一路经油盐换热器阀22进入油盐换热器4吸收热盐的释能，进行升温变成热的导热介质；
39.两路热的导热介质经由导热介质管输送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；
40.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环发电；
41.所述储能系统单运行模式包括：
42.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后，经油盐换热器阀22进入油盐换热器4吸收热盐的释能，进行升温变成热的导热介质；
43.热的导热介质经由导热介质管输送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；
44.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环发电。
45.进一步地，所述导热介质包括导热油。
46.本发明的另一方面，基于前述调节装置提供了一种槽式光热电站导热介质流量的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
47.步骤s1、获得蒸汽发生器导热介质基础压差t；
48.步骤s2、获得前馈量b；
49.步骤s3、基于基础压差t和前馈量b获得控制量y；第一pid控制器31基于所述控制量y向第一主控泵21输出变频指令。
50.进一步地，所述步骤s1还包括：
51.步骤s11、设定运行压差r：根据所述运行模式设定蒸汽发生器导热介质运行差压r；
52.步骤s12、设定默认基础压差a：将蒸汽发生器5的旁路导热介质管道压损参数作为默认基础压差a；
53.步骤s13、获取初始压差c：当槽式光热电站运行机组不工作且有初始压差时，通过传感装置获得蒸汽发生器5的导热介质管道初始压差c；
54.步骤s14、确定基础压差t：当槽式光热电站运行机组不工作且有初始压差时，基础压差t等于c；当槽式光热电站运行机组不工作且无初始压差时，基础压差t等于a；当槽式光热电站运行机组工作时，基础压差t等于r。
55.进一步地，所述步骤s2还包括：
56.步骤s21、获取油盐换热器阀22的阀位开度f1；
57.步骤s22、获取蒸汽发生器阀23的阀位开度f2；
58.步骤s23、确定前馈量b：
59.b＝max(f1，f2)
×k×
(kp ki)
60.式中：k为增益系数；kp为比例系数；ki是积分系数。
61.进一步地，所述步骤s3还包括：
62.将所述基础压差t与前馈量b进行求和，获得控制量y；
63.y＝t b
64.基于y生成变频指令；
65.第一pid控制器31向第一主控泵21输出所述变频指令；
66.第一主控泵21根据所述变频指令调节转动频率。
67.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
68.1)通过pid控制器控制蒸汽发生器的压差，实现导热介质流量的实时自动控制，具有较高的控制精度，能满足槽式光热电站运行机组工作需求。
69.2)有效防止导热介质流经的部件由于热力不平衡导致热应力过大而引起设备损坏。
70.3)提供了四种调节装置运行模式，实现了不同发电模式的安全、高效的自动化控制。
附图说明
71.图1示出了本发明实施例一种槽式光热电站导热介质流量调节装置的结构示意图；
72.图2示出了本发明实施例一种槽式光热电站运行机组镜场至储能的运行模式示意图；
73.图3示出了本发明实施例一种槽式光热电站运行机组镜场系统单运行模式的运行模式示意图；
74.图4示出了本发明实施例一种槽式光热电站运行机组镜场和储能联合运行模式的运行模式示意图；
75.图5示出了本发明实施例一种槽式光热电站运行机组储能系统单运行模式的运行
模式示意图；
76.图6示出了本发明实施例一种槽式光热电站导热介质流量的调节方法流程图。
具体实施方式
77.以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。需要说明的是，本发明中所述的“冷的导热介质”和“热的导热介质”仅是表示工程过程中相对的温度变化趋势，并非体感温度。
78.实施例1
79.本发明示例性的提供一种槽式光热电站导热介质流量的调节装置，包括：槽式光热电站运行机组和pid调节装置，所述槽式光热电站运行机组包括：
80.膨胀罐1，用于存储和输出导热介质，建立压力并防止导热介质气化，为受热后的导热介质提供膨胀缓冲；
81.第一主控泵21，与膨胀罐1相连，用于基于变频指令改变转动频率，改变导热介质管内导热介质流速，为导热介质提供流动动力来源；
82.集热器2，布置在镜场3内，与第一主控泵21相连，用于吸收镜场太阳光的热量并对内部的导热介质进行升温得到热的导热介质；
83.镜场3，通过镜面反射太阳光至集热器2，使集热器2获得热量；
84.油盐换热器4，分别与第一主控泵21、集热器2和膨胀罐1相连，用于将导热介质与熔盐进行热交换，进行储能和释能；
85.蒸汽发生器5，分别与集热器2、油盐换热器4和膨胀罐1相连，用于接收来自集热器2和/或油盐换热器4的导热介质，将导热介质与汽水进行热交换，获得蒸汽进而推动汽轮机6进行做功，进行热交换之后的导热介质输送到膨胀罐1；
86.汽轮机6，与蒸汽发生器5和发电机7相连，用于带动发电机7进行发电；
87.导热介质管，用于所述导热介质在所述槽式光热电站运行机组中的传输；
88.所述pid调节装置包括：
89.第一pid控制器31，用于通过发送变频指令调节第一主控泵21的转动频率。
90.示例性地，所述第一pid控制器31通过发送基于蒸汽发生器压差产生的变频指令，调节第一主控泵21的转动频率。
91.其中，油盐换热器4用于储能和释能。储能过程为：冷的熔盐从冷熔盐罐通过冷泵送入油盐换热器4后吸收导热介质的热量得到热的熔盐和冷的导热介质，在热泵的作用下将热的熔盐送入热熔盐罐储存；释能过程为热的熔盐从热熔盐罐通过热泵送入油盐换热器4后对冷的导热介质进行加热得到热的导热介质和冷的熔盐，冷的熔盐在冷泵的作用下将其送入冷的熔盐。
92.本实施例中，冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后，导热介质进入镜场3中的集热器4进行升温得到热的导热介质；热的导热介质分两路输送：一路送至蒸汽发生器5产生高温蒸汽，高温蒸汽带动汽轮机6转动做功进而带动发电机7进行发电，另一路送至油盐换热器4，在所述油盐换热器4中熔盐与导热介质进行换热储能；释放热量后的导热介质汇集至膨胀罐1；其中，第一pid控制器31控制第一主控泵21的转动频率调节导热介质的流量。
93.所述导热介质，包括导热油。
94.实施例2
95.在实施例1的基础上，在第一主控泵21与集热器2之间，还连接镜场入口调节阀24；所述镜场入口调节阀24用于控制流入所述集热器2的导热介质流量；在第一主控泵21与油盐换热器4之间，还连接油盐换热器阀22；所述油盐换热器阀22用于提供阀位开度f1，控制流入所述油盐换热器4的导热介质流量；在集热器2与蒸汽发生器5之间，以及油盐换热器4与蒸汽发生器5之间，还连接蒸汽发生器阀23；所述蒸汽发生器阀23用于提供阀位开度f2，控制流入所述蒸汽发生器5的导热介质流量，调节蒸汽参数值。
96.本实施例可见图1所示的一种槽式光热电站导热介质流量调节装置的结构示意图。
97.优选地，所述pid调节装置还包括：
98.第二pid控制器32，用于控制油盐换热器阀22的阀位开度f1；
99.示例性地，基于油盐换热器对熔盐的需求流量作为第二pid控制器32的输入。
100.第三pid控制器33，用于控制蒸汽发生器阀23的阀位开度f2，控制流入所述蒸汽发生器5的导热介质流量，进而控制蒸汽参数值获得不同参数值的蒸汽，调节发电量。
101.示例性地，将对产生蒸汽的导热介质的需求量作为第三pid控制器33的输入。
102.第一pid控制器31基于所述阀位开度f1和阀位开度f2调节第一主控泵21的转动频率。
103.优选地，本实施例提供的一种槽式光热电站导热介质流量的调节装置，包括四种运行模式：镜场至储能的运行模式、镜场系统单运行模式、镜场和储能联合运行模式和储能系统单运行模式。
104.优选地，根据日照强弱及时段不同选择不同的运行模式，如在太阳强烈时，可选择镜场至储能的运行模式；当太阳强度不足以进行储存时，选择镜场系统单运行模式；在阴天单独靠太阳光照能量无法带动电站的汽轮机转动时，选择镜场和储能联合运行模式；在雨天或者夜晚完全无光照时，选择储能系统单运行模式。
105.图2示出了镜场至储能的运行模式示意图。镜场至储能的运行模式的工作过程包括：
106.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后，经镜场入口调节阀24进入集热器2吸收能量升温变成热的导热介质；
107.热的导热介质经由两路导热介质管输送，一路送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；另一路送至油盐换热器4加热熔盐进行储能；
108.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环实现发电和储能。
109.图3示出了镜场系统单运行模式示意图。镜场系统单运行模式工作过程包括：
110.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后，经镜场入口调节阀24进入集热器2吸收能量升温变成热的导热介质；
111.热的导热介质经由导热介质管输送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；
112.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环实现发电。
113.图4示出了镜场和储能联合运行模式示意图。镜场和储能联合运行模式的工作过程包括：
114.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后经由两路导热介质管输送；
115.一路经镜场入口调节阀24进入集热器2吸收能量升温，变成热的导热介质；另一路经油盐换热器阀22进入油盐换热器4吸收热盐的释能，进行升温变成热的导热介质；
116.两路热的导热介质经由导热介质管输送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；
117.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环发电。
118.图5示出了储能系统单运行模式示意图。储能系统单运行模式的工作过程包括：
119.冷的导热介质由膨胀罐1经导热介质管流至第一主控泵21，经第一主控泵21升压后，经油盐换热器阀22进入油盐换热器4吸收热盐的释能，进行升温变成热的导热介质；
120.热的导热介质经由导热介质管输送至蒸汽发生器5，将蒸汽发生器5中的水加热变成蒸汽推动汽轮机6带动发电机7进行发电；
121.热的导热介质经过做功放热冷却后变成冷的导热介质汇集回膨胀罐1，如此循环发电。
122.实施例3
123.在前述实施例的基础上，本发明还利用上述一种槽式光热电站导热介质流量的调节装置，基于蒸汽发生器压差控制实现了对导热介质流量的精确控制方法，如图6所示，该方法包括如下步骤：
124.步骤s1、获得蒸汽发生器导热介质基础压差t。该步骤具体包括：
125.步骤s11、设定运行压差r。
126.根据不同运行模式设定蒸汽发生器导热介质运行差压r，示例性地，当槽式光热电站处于镜场至储能的运行模式时,运行压差r设定为0.77，其他模式时运行压差r设定为0.59。
127.步骤s12、设定默认基础压差a。
128.通过检查蒸汽发生器5的旁路导热介质管道情况设定管道压损参数，将旁路导热介质管道压损参数作为默认基础压差a，示例性地，将默认基础压差a设为0.3。
129.步骤s13、获取初始压差c。
130.当槽式光热电站运行机组不工作且有初始压差时，不处于运行模式下，通过传感装置获得蒸汽发生器5的导热介质管道初始压差c；
131.步骤s14、确定基础压差t。
132.当槽式光热电站运行机组不工作且有初始压差时，无运行模式，基础压差t为初始压差c；
133.当槽式光热电站运行机组不工作且无初始压差时，以步骤s12的默认基础压差a作为基础压差t；
134.当槽式光热电站运行机组工作时，以步骤s11的运行压差r作为基础压差t。
135.步骤s2、获得前馈量b。该步骤具体包括：
136.步骤s21、获取油盐换热器阀22的阀位开度f1。
137.步骤s22、获取蒸汽发生器阀23的阀位开度f2。
138.步骤s23、确定前馈量b。
139.通过以下公式确定前馈量b：
140.b＝max(f1，f2)
×k×
(kp ki)
141.式中：f1为油盐换热器流量阀位开度；f2为蒸汽发生器阀位开度；k为增益系数；kp为比例系数；ki是积分系数；max为取最大值。
142.步骤s3、基于基础压差t和前馈量b获得控制量y；第一pid控制器31基于所述控制量y向第一主控泵21输出变频指令。具体包括：
143.将所述基础压差t与前馈量b进行求和，获得控制量y；
144.y＝t b
145.基于y生成变频指令；
146.第一pid控制器31向第一主控泵21输出所述变频指令；
147.第一主控泵21根据所述变频指令调节转动频率，实现第一主控泵21的转动频率的自动化调节。
148.本领域的技术人员知晓，本发明实施例中省略了部分公知的控制装置和控制方法，如开关、阀门、通道、控制器和电源等装置，相关装置的设置和控制方法经公知常识即可推理获得，本发明不再赘述。
149.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本技术实施例中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，包括：各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
150.在本技术的流程图中或以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序依次连接，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
151.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中
未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
152.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。