翟永杰，　米　路，　劉金龍

(華北電力大學(xué) 自動(dòng)化系， 河北保定 071003)

?

直接空冷機(jī)組最佳背壓計(jì)算方法及應(yīng)用

翟永杰，米路，劉金龍

(華北電力大學(xué) 自動(dòng)化系， 河北保定 071003)

摘要：分析了直接空冷機(jī)組運(yùn)行中背壓的主要影響因素，基于機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用支持向量機(jī)和粒子群算法建立了一個(gè)最佳背壓計(jì)算模型，分析了背壓與發(fā)電機(jī)功率和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率的關(guān)系.以某300 MW直接空冷機(jī)組為研究對(duì)象，利用所建模型計(jì)算得出不同負(fù)荷段內(nèi)不同環(huán)境溫度所對(duì)應(yīng)的最佳背壓；在DCS里設(shè)計(jì)背壓優(yōu)化調(diào)節(jié)方案，將最佳背壓送入背壓調(diào)節(jié)邏輯中參與控制.結(jié)果表明：直接空冷機(jī)組最佳背壓隨負(fù)荷和環(huán)境溫度的升高而升高；最佳背壓實(shí)際應(yīng)用后，能夠在保證機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提下提高經(jīng)濟(jì)效益.

關(guān)鍵詞：直接空冷機(jī)組； 最佳背壓； 發(fā)電機(jī)功率； 空冷風(fēng)機(jī)耗功； 支持向量機(jī)

20世紀(jì)80年代末我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)空冷技術(shù)，與傳統(tǒng)的水冷技術(shù)相比，直接空冷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全廠(chǎng)節(jié)水60%以上，且直接空冷機(jī)組還具有占地面積少、運(yùn)行靈活方便等優(yōu)勢(shì)，因而直接空冷技術(shù)在我國(guó)北方缺水地區(qū)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.然而，空氣的換熱能力遠(yuǎn)低于水，相比水冷機(jī)組，直接空冷機(jī)組的背壓偏高，使得其熱耗率偏高，且背壓波動(dòng)較大，易受負(fù)荷和外界環(huán)境的影響.此外,直接空冷機(jī)組的空冷風(fēng)機(jī)耗電量大，使得機(jī)組的廠(chǎng)用電率偏高[1].

降低機(jī)組背壓會(huì)增大汽輪機(jī)出力，進(jìn)而提高發(fā)電量，但背壓的降低是以提高空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為代價(jià)的，即背壓降低的同時(shí)會(huì)增大空冷風(fēng)機(jī)耗電量[2].目前，直接空冷機(jī)組背壓的設(shè)定以運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)為主，如何在保證機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，找到機(jī)組背壓的最佳值，使得機(jī)組在此背壓下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益最顯著是目前迫切需要解決的問(wèn)題.

目前，針對(duì)直接空冷機(jī)組最佳背壓的研究尚處于初級(jí)階段，相關(guān)文獻(xiàn)較少，且以機(jī)理研究為主.高建強(qiáng)等[2]基于直接空冷機(jī)組的過(guò)程機(jī)理，建立了最佳背壓的計(jì)算模型.趙洪濱等[3]從理論上研究了排汽量、環(huán)境溫度等因素對(duì)最佳背壓的影響規(guī)律.郭民臣等[4]借鑒濕冷機(jī)組最佳背壓的研究方法，采用變工況特性，計(jì)算了不同環(huán)境溫度和排汽熱負(fù)荷下機(jī)組的最佳背壓.然而，機(jī)理研究需要依據(jù)汽輪機(jī)和空冷島側(cè)詳細(xì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行特性，而這些參數(shù)往往很難獲得，且不同機(jī)組的運(yùn)行特性差異較大.因此，筆者基于機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，以某300 MW直接空冷機(jī)組為研究對(duì)象，采用支持向量機(jī)和粒子群算法建立了直接空冷機(jī)組的最佳背壓計(jì)算模型，并對(duì)原DCS背壓控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，使最佳背壓能實(shí)際參與控制.

1直接空冷系統(tǒng)熱力模型及背壓影響因素分析

直接空冷凝汽器為表面式換熱器，通過(guò)管外空氣的強(qiáng)制對(duì)流進(jìn)行換熱.直接空冷系統(tǒng)順流區(qū)結(jié)構(gòu)如圖1所示，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在汽輪機(jī)內(nèi)做功后的蒸汽經(jīng)由汽輪機(jī)排汽管道進(jìn)入空冷凝汽器，飽和蒸汽先從上往下流過(guò)順流區(qū)凝汽器管束，冷空氣被風(fēng)機(jī)自下往上吹入管束外側(cè)的散熱器，飽和蒸汽與冷空氣進(jìn)行熱量交換，部分飽和蒸汽凝結(jié)為水，直接流入管束下部的凝結(jié)水聯(lián)箱[5].

凝汽器管束內(nèi)蒸汽凝結(jié)放熱量方程[6]為

(1)

式中：Qn為單位時(shí)間蒸汽凝結(jié)放熱量，kJ；qm,n為汽輪機(jī)排汽質(zhì)量流量，kJ/h；hn為汽輪機(jī)排汽焓，kJ/kg；hsn為凝汽器凝結(jié)水焓，kJ/kg.

管外空氣吸熱量方程為

圖1　直接空冷系統(tǒng)順流區(qū)結(jié)構(gòu)圖

(2)

式中:qm,a為冷卻空氣質(zhì)量流量，kJ/h；cp為空氣的比定壓熱容，kJ/(kg·K)；ta1為凝汽器入口空氣溫度(環(huán)境溫度)，℃；ta2為凝汽器出口空氣溫度，℃；Δta為空氣的溫升，K；SF為凝汽器迎風(fēng)面積，m2；vf為迎面風(fēng)速，m/s；ρa(bǔ)為空氣密度，kg/m3.

由式(1)和式(2)可得出能量平衡方程：

(3)

在直接空冷機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，影響背壓的因素有負(fù)荷、環(huán)境溫度、空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式、環(huán)境風(fēng)向、散熱器清潔度和真空系統(tǒng)嚴(yán)密性等.筆者僅從主要因素入手，分析負(fù)荷、環(huán)境溫度和空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式對(duì)機(jī)組背壓的影響.

1.1背壓與發(fā)電機(jī)功率的關(guān)系

發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)同軸連接，由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電，發(fā)電機(jī)功率P與汽輪機(jī)輸出功率Pq的關(guān)系[7]為

(4)

式中:ηq、ηf分別為汽輪機(jī)機(jī)械效率和發(fā)電機(jī)效率，二者均與背壓pc無(wú)關(guān)，則背壓對(duì)發(fā)電機(jī)功率的影響轉(zhuǎn)化為背壓對(duì)汽輪機(jī)輸出功率的影響.

當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽量及運(yùn)行參數(shù)不變時(shí)，直接空冷機(jī)組背壓變化對(duì)汽輪機(jī)輸出功率的影響主要考慮2點(diǎn)：(1) 排汽焓變化引起的汽輪機(jī)末級(jí)做功量變化W1；(2) 凝結(jié)水溫度改變使末級(jí)抽汽量變化，引起的做功損失變化W2.則：

(5)

式中:ηi為級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率；qm,fw為凝結(jié)水質(zhì)量流量，kJ/h；cp,w為凝結(jié)水比定壓熱容，kJ/(kg·K)；Y為末級(jí)抽汽效率.

1.2背壓與空冷風(fēng)機(jī)耗功功率的關(guān)系

空冷風(fēng)機(jī)的耗功功率可由下式[8]計(jì)算：

(6)

式中：η1為風(fēng)機(jī)效率，一般不小于65%；η2為傳動(dòng)效率，直聯(lián)時(shí)η2=100%；ηd為電機(jī)效率；p為風(fēng)機(jī)出口總壓，Pa；Cs為海拔高度校正系數(shù)，可由手冊(cè)查得.

風(fēng)機(jī)出口總壓為當(dāng)?shù)丨h(huán)境的靜壓與風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓之和，即

(7)

其中，

式中:ps為當(dāng)?shù)丨h(huán)境的靜壓，Pa；pd為風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓，Pa；D為風(fēng)機(jī)葉輪直徑，m.

對(duì)于已投運(yùn)的直接空冷機(jī)組，由于其結(jié)構(gòu)參數(shù)已定，故空冷風(fēng)機(jī)的耗功功率僅與冷卻空氣質(zhì)量流量qm,a和凝汽器入口空氣溫度ta1有關(guān)，則有：

(8)

由式(1)和式(2)可得：

(9)

則有：

(10)

式(5)和式(8)分別為發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓的函數(shù)關(guān)系式，在第3節(jié)中根據(jù)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓關(guān)系曲線(xiàn)進(jìn)行擬合時(shí)，需不斷優(yōu)化擬合算法中的參數(shù)，使擬合曲線(xiàn)與式(5)、式(8)的函數(shù)關(guān)系相一致.

1.3環(huán)境溫度對(duì)背壓的影響

直接空冷系統(tǒng)是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)對(duì)汽輪機(jī)排汽進(jìn)行冷卻的，空氣的冷卻能力和傳熱系數(shù)較低決定了背壓對(duì)環(huán)境溫度特別敏感.因此，環(huán)境溫度也是影響背壓的一個(gè)重要因素.

當(dāng)汽輪機(jī)排汽質(zhì)量流量、冷卻空氣質(zhì)量流量等其他影響背壓的因素不變時(shí)，環(huán)境溫度升高，凝汽器入口空氣溫度升高，冷卻空氣的溫差變小，凝汽器冷凝效果變差，背壓升高[9].在第2第和第3節(jié)中，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓的關(guān)系及求取最佳背壓時(shí)，需將環(huán)境溫度值限定在很小的變化范圍內(nèi)，以消除環(huán)境溫度對(duì)背壓的影響.

2最佳背壓計(jì)算方法

2.1理論依據(jù)

直接空冷機(jī)組的供電功率E主要與發(fā)電機(jī)功率P、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率pw和電廠(chǎng)其他設(shè)備耗電U有關(guān)[2]，即

E=P-pw-U

(11)

(12)

將式(12)改寫(xiě)為差分方程形式，背壓變化所產(chǎn)生的供電功率增量為

(13)

按照直接空冷機(jī)組最佳背壓的一般定義，凝汽器背壓變化后機(jī)組發(fā)電機(jī)功率增量與空冷風(fēng)機(jī)耗電功率增量之差最大時(shí)的背壓為最佳背壓.因此，機(jī)組在某負(fù)荷段，在一定的背壓運(yùn)行參數(shù)范圍內(nèi)，改變pc值，顯然增量函數(shù)大于0的區(qū)間為背壓變化增益區(qū)，增量函數(shù)小于0的區(qū)間為背壓變化非增益區(qū).如果能找到一點(diǎn)pc=pcbs，使得增量函數(shù)最大，即

(14)

則稱(chēng)pcbs為直接空冷機(jī)組的最佳背壓.

2.2數(shù)據(jù)處理及計(jì)算流程

為了確定最佳背壓，首先需確定發(fā)電機(jī)功率和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率隨背壓的變化關(guān)系.以某300 MW直接空冷機(jī)組為例，從廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)中提取負(fù)荷、環(huán)境溫度、背壓、空冷島供電電壓、空冷島供電電流和主蒸汽質(zhì)量流量等運(yùn)行數(shù)據(jù)，由空冷島供電電壓、空冷島供電電流求得空冷風(fēng)機(jī)耗功功率.該機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷一般在180 MW以上，筆者從負(fù)荷為180 MW開(kāi)始，每隔20 MW計(jì)算一段不同環(huán)境溫度下的最佳背壓.數(shù)據(jù)處理及計(jì)算流程如圖2所示.

圖2　最佳背壓計(jì)算流程圖

具體計(jì)算步驟如下：

(1) 將數(shù)據(jù)依負(fù)荷分為6段，即180～<200 MW、200～<220 MW、220～<240 MW、240～<260 MW、260～<280 MW以及280～300 MW.

(2) 在每一負(fù)荷段內(nèi)，按照環(huán)境溫度間隔1 K對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分類(lèi)，如環(huán)境溫度在5.5～<6.5 ℃范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)歸為環(huán)境溫度為6 ℃的數(shù)據(jù).

(3) 在每一負(fù)荷段內(nèi)每個(gè)環(huán)境溫度下，為了保證背壓主要受負(fù)荷、空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的影響，限定主蒸汽質(zhì)量流量在其平均值的±1‰范圍內(nèi)變化[10]，最后得到各個(gè)負(fù)荷段內(nèi)不同環(huán)境溫度下的負(fù)荷、背壓和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率3組數(shù)據(jù).

(4) 采用支持向量機(jī)分別建立每一負(fù)荷段內(nèi)，每個(gè)環(huán)境溫度下的發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓關(guān)系模型.

(5) 采用粒子群算法對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，分別得到發(fā)電機(jī)功率和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率隨背壓變化的曲線(xiàn).

(6) 找出曲線(xiàn)中背壓的最大值，并計(jì)算得出背壓最大時(shí)的發(fā)電機(jī)功率和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率，以該工況點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，采用窮舉法，以0.1 kPa為步長(zhǎng)，將背壓逐漸降低至曲線(xiàn)中的背壓最小值，并根據(jù)曲線(xiàn)分別計(jì)算各背壓下的發(fā)電機(jī)功率和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率，以求得各背壓下發(fā)電機(jī)功率和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的增量，再對(duì)兩者求差值得到各背壓下的供電功率增量，當(dāng)供電功率增量最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的背壓值即為該負(fù)荷段內(nèi)該環(huán)境溫度下的最佳背壓值.

2.3支持向量機(jī)與粒子群算法

構(gòu)建回歸型支持向量機(jī)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，擬合對(duì)象為發(fā)電機(jī)功率-背壓和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓.支持向量機(jī)模型中損失函數(shù)類(lèi)型為ε-不敏感損失函數(shù)，核函數(shù)為RBF核函數(shù)，需要人為選取的參數(shù)包括懲罰因子C、精度ε、核函數(shù)寬度σ以及交叉檢驗(yàn)參數(shù)v[11].

文獻(xiàn)[11]～文獻(xiàn)[12]指出，懲罰因子C過(guò)小容易導(dǎo)致欠學(xué)習(xí)現(xiàn)象，過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)學(xué)習(xí)現(xiàn)象；精度ε較小時(shí)，模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較高，但是支持向量的數(shù)目較多，ε較大時(shí)，模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度顯著下降；當(dāng)核函數(shù)寬度σ較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)欠學(xué)習(xí)現(xiàn)象，σ較小時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)學(xué)習(xí)現(xiàn)象.因此，合理地選取參數(shù)對(duì)提高模型性能起著至關(guān)重要的作用.

目前，參數(shù)的選取方法主要包括經(jīng)驗(yàn)選擇法、實(shí)驗(yàn)試湊法、梯度下降法、網(wǎng)格法、交叉檢驗(yàn)法、遺傳算法以及粒子群算法等[12].基于算法的快速性和有效性，筆者采用交叉檢驗(yàn)和粒子群算法相結(jié)合的算法，交叉檢驗(yàn)?zāi)芊乐惯^(guò)擬合，在防止過(guò)擬合的前提下，采用粒子群算法找到最優(yōu)的懲罰因子C、精度ε和核函數(shù)寬度σ，從而使支持向量機(jī)模型能夠準(zhǔn)確地辨識(shí)出發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓的關(guān)系.

3計(jì)算結(jié)果與分析

以某300 MW直接空冷機(jī)組為例，當(dāng)負(fù)荷段為240～<260 MW，環(huán)境溫度為27 ℃時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓關(guān)系曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖3所示.其中，粒子群算法中粒子數(shù)為50，進(jìn)化代數(shù)為80，遺忘因子為0.6，學(xué)習(xí)因子為[0.6 0.6]；交叉檢驗(yàn)法中的參數(shù)v為10；懲罰因子C、精度ε、核函數(shù)寬度σ的初始范圍分別為[0，1 000]、[0.000 1，0.1]和[0.01，1 000].

從圖3可以看出，發(fā)電機(jī)功率先隨著背壓的降低而增大，在背壓為8.0 kPa時(shí)達(dá)到峰值，隨后逐漸減小.圖3中背壓變化范圍為5.0～15.5 kPa,當(dāng)背壓為15.5 kPa時(shí)，發(fā)電機(jī)功率為246.09 MW，空冷風(fēng)機(jī)耗功功率為220.05 kW，以此工況點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，在此背壓變化范圍內(nèi)尋優(yōu)，得到供電功率增量與背壓的關(guān)系曲線(xiàn)(見(jiàn)圖4).

從圖4可以看出，該工況下，背壓為9.5 kPa時(shí)的供電功率增量最大，則負(fù)荷段為240～<260 MW，環(huán)境溫度為27 ℃時(shí)，最佳背壓值為9.5 kPa.

圖3　發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓的關(guān)系曲線(xiàn)

圖4　供電功率增量與背壓的關(guān)系曲線(xiàn)

同樣對(duì)算法中的參數(shù)進(jìn)行選取，擬合其他負(fù)荷段不同環(huán)境溫度下的發(fā)電機(jī)功率-背壓、空冷風(fēng)機(jī)耗功功率-背壓關(guān)系曲線(xiàn)，得出各工況下的最佳背壓值，如表1～表3所示.

使用最小二乘法對(duì)表1～表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到各負(fù)荷段內(nèi)最佳背壓與環(huán)境溫度的函數(shù)關(guān)系式(見(jiàn)表4)，為了便于觀(guān)察分析，將各函數(shù)曲線(xiàn)畫(huà)于同一圖中，如圖5所示.

由圖5可知，同一負(fù)荷段內(nèi)，最佳背壓隨著環(huán)境溫度的升高而升高，且環(huán)境溫度越高，最佳背壓升高的速率越快；當(dāng)負(fù)荷較低，且環(huán)境溫度較低時(shí)，最佳背壓變化緩慢；環(huán)境溫度較低時(shí)，最佳背壓隨負(fù)荷的變化不太明顯，而環(huán)境溫度較高時(shí)，最佳背壓隨負(fù)荷的升高而升高，在高負(fù)荷段時(shí)更加顯著.

4實(shí)際應(yīng)用

將最佳背壓計(jì)算模型應(yīng)用在某300 MW直接空冷機(jī)組上，對(duì)DCS中原有背壓調(diào)節(jié)邏輯進(jìn)行優(yōu)化，利用分段線(xiàn)性函數(shù)，函數(shù)中參數(shù)按照表1～表3設(shè)置，以負(fù)荷和環(huán)境溫度為輸入，最佳背壓為輸出；添加1個(gè)背壓選擇模塊，運(yùn)行人員可根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況在最佳背壓與人為設(shè)定背壓之間進(jìn)行選取，將選取后的背壓作為背壓設(shè)定值送入PID中進(jìn)行空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié).優(yōu)化后的背壓調(diào)節(jié)邏輯圖如圖6(a)所示，組態(tài)圖如圖6(b)所示.由于篇幅有限，僅對(duì)2個(gè)負(fù)荷段的最佳背壓求取組態(tài)進(jìn)行表示，實(shí)際應(yīng)用中其他負(fù)荷段最佳背壓的求取采用同樣的方法即可.

表1180～<200 MW、200～<220 MW負(fù)荷段內(nèi)不同環(huán)境溫度下的最佳背壓值

Tab.1Optimum back pressure corresponding to different ambient temperatures at 180-<200 MW and 200-<220 MW

180～<200MW200～<220MW環(huán)境溫度/℃最佳背壓/kPa環(huán)境溫度/℃最佳背壓/kPa25.225.565.966.1106.0106.2146.1146.7186.1187.0226.2227.5266.9267.9308.0309.0349.33410.23811.53811.8

表2220～<240 MW、240～<260 MW負(fù)荷段內(nèi)不同環(huán)境溫度下的最佳背壓值

Tab.2Optimum back pressure corresponding to different ambient temperatures at 220-<240 MW and 240-<260 MW

220～<240MW240～<260MW環(huán)境溫度/℃最佳背壓/kPa環(huán)境溫度/℃最佳背壓/kPa25.625.766.166.1106.2107.0146.7147.2187.5187.8228.0228.0268.8269.2309.93010.93412.03412.93814.13816.0

表3260～<280 MW、280～300 MW負(fù)荷段內(nèi)不同環(huán)境溫度下的最佳背壓值

Tab.3Optimum back pressure corresponding to different ambient temperatures at 260-<280 MW and 280-300 MW

260～<280MW280～300MW環(huán)境溫度/℃最佳背壓/kPa環(huán)境溫度/℃最佳背壓/kPa26.126.366.266.4107.1107.2147.9148.0188.3189.2229.32211.12610.82613.23012.43015.43415.13418.03818.03821.4

當(dāng)該直接空冷機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，將空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式設(shè)置在自動(dòng)控制狀態(tài)下，并將背壓設(shè)定值設(shè)為7.2 kPa，此時(shí)背壓調(diào)節(jié)邏輯中PID控制器根據(jù)背壓設(shè)定值和背壓實(shí)際值的偏差進(jìn)行計(jì)算，輸出空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速總控指令來(lái)控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行.穩(wěn)定后，負(fù)荷維持在212.4 MW附近，空冷風(fēng)機(jī)耗功功率維持在2 520 kW附近，背壓實(shí)際值維持在7.2 kPa左右.此時(shí)，啟用背壓優(yōu)化模式，機(jī)組參數(shù)變化曲線(xiàn)如圖7所示.從圖7可以看出，啟用背壓優(yōu)化模式后，最佳背壓高于當(dāng)前背壓實(shí)際值，背壓調(diào)節(jié)邏輯通過(guò)PID控制減小空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)提高背壓.空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小，則空冷風(fēng)機(jī)耗功功率減小，在此過(guò)程中，機(jī)組發(fā)電機(jī)功率波動(dòng)很小，發(fā)電量損失較小.

表4各負(fù)荷段內(nèi)最佳背壓與環(huán)境溫度的函數(shù)關(guān)系式

Tab.4Functional relationship between optimum back pressure and ambient temperature at different loads

負(fù)荷/MW最佳背壓-環(huán)境溫度函數(shù)關(guān)系式180～<200y=0.0004x3-0.0153x2+0.2266x+4.8874200～<220y=0.0002x3-0.0074x2+0.1665x+5.2210220～<240y=0.0002x3-0.0064x2+0.1509x+5.3025240～<260y=0.0004x3-0.0159x2+0.2927x+5.0822260～<280y=0.0003x3-0.0062x2+0.1787x+5.6211280～300y=0.0111x2-0.0308x+6.2805

圖5　各負(fù)荷段內(nèi)最佳背壓與環(huán)境溫度的關(guān)系曲線(xiàn)

(a) 優(yōu)化后的DCS背壓調(diào)節(jié)邏輯圖

(b) 優(yōu)化后的DCS背壓調(diào)節(jié)組態(tài)圖

圖7　啟用背壓優(yōu)化模式后的機(jī)組運(yùn)行曲線(xiàn)

從機(jī)組SIS數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出啟用背壓優(yōu)化模式后的機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，畫(huà)出背壓、發(fā)電機(jī)功率和空冷風(fēng)機(jī)耗功功率的變化曲線(xiàn)(見(jiàn)圖8).由圖8可知，啟用背壓優(yōu)化模式后，發(fā)電機(jī)功率損失約890 kW,而空冷風(fēng)機(jī)耗功功率減小約1 400 kW，供電功率增量平均為510 kW.最佳背壓的應(yīng)用在保證機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提下提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益.

需要特別說(shuō)明的是，最佳背壓的應(yīng)用在春秋季節(jié)對(duì)機(jī)組效益的提高意義最大.冬季低溫環(huán)境下，空冷風(fēng)機(jī)基本處于停運(yùn)狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)調(diào)整空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速已無(wú)法實(shí)現(xiàn)降低背壓的目的；另外，環(huán)境溫度很低時(shí)，空冷凝汽器面臨凍結(jié)的危險(xiǎn)，出于防凍考慮，也不能無(wú)限制地降低背壓[13].夏季高溫環(huán)境下，空冷風(fēng)機(jī)基本處于滿(mǎn)頻運(yùn)行狀態(tài)，已無(wú)調(diào)節(jié)裕度，機(jī)組只能在高背壓下運(yùn)行，為保證安全，必要時(shí)還需降低負(fù)荷，此時(shí)可考慮采用噴淋[14]等其他手段來(lái)降低背壓.

5結(jié)論

(1) 直接空冷機(jī)組的背壓受多種因素的綜合影響，其中負(fù)荷、環(huán)境溫度和空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式對(duì)最佳背壓的影響最為顯著.

(2) 直接空冷機(jī)組背壓的選擇直接影響其經(jīng)濟(jì)性，機(jī)組在最佳背壓下運(yùn)行時(shí)供電功率增量最大.

(3) 在各工況下運(yùn)行時(shí)，直接空冷機(jī)組存在某一確定的最佳背壓值，但該值隨著負(fù)荷和環(huán)境溫度的變化而變化.最佳背壓隨著負(fù)荷和環(huán)境溫度的升高而升高，且環(huán)境溫度越高，最佳背壓升高的速率越快；當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，最佳背壓受負(fù)荷的影響較小.

(a)

(b)

(c)

(4) 最佳背壓在春秋季節(jié)的應(yīng)用可在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，提高經(jīng)濟(jì)效益.

參考文獻(xiàn)：

[1]張學(xué)鐳，王金平，陳海平.環(huán)境風(fēng)影響下直接空冷機(jī)組排汽壓力的計(jì)算模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(23)：40-41.

ZHANG Xuelei,WANG Jinping,CHEN Haiping.A calculation model of exhaust pressure of direct air-cooled units considering the effect of environmental wind[J].Proceedings of the CSEE,2012,32(23):40-41.

[2]高建強(qiáng)，陳冠兵，薛楠楠.直接空冷機(jī)組經(jīng)濟(jì)背壓計(jì)算模型及其應(yīng)用[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2014，34(2)：153-154.

GAO Jianqiang,CHEN Guanbing,XUE Nannan.Calculation model for economic back pressure of direct air-cooling unit and its application[J].Journal of Chinese Society of Power Engineering,2014,34(2):153-154.

[3]趙洪濱，曹嶺.直接空冷凝汽器理論最佳背壓的研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2009，30(11)：1834-1836.

ZHAO Hongbin,CAO Ling.Theoretical study on the optimal back-pressure of a direct air-cooled condenser[J].Journal of Engineering Thermophysics,2009,30(11):1834-1836.

[4]郭民臣，謝靜嵐，李鵬.變工況下直接空冷機(jī)組最佳真空的分析[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2012,32(7)：542-546.

GUO Minchen,XIE Jinglan,LI Peng.Analysis on optimum vacuum of direct air-cooled unit under variable working conditions[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering,2012,32(7):542-546.

[5]金秀章，許鐵，張建輝.300 MW機(jī)組空冷島溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2013，30(11)：112-113.

JIN Xiuzhang,XU Tie,ZHANG Jianhui. Design of air-cooled island temperature monitoring system for 300 MW unit[J]. Computer Simulation,2013,30(11):112-113.

[6]嚴(yán)俊杰，張春雨，李秀云，等.直接空冷系統(tǒng)變工況特性的理論研究[J].熱能動(dòng)力工程，2000,15(6)：601-603.

YAN Junjie,ZHANG Chunyu,LI Xiuyun,etal.Theoretical research on the off-design performance of a direct air-cooled system[J].Journal of Engineering for Thermal Energy and Power,2000,15(6):601-603.

[7]曹麗華，金建國(guó)，李勇.背壓變化對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組電功率影響的計(jì)算方法研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2006，48(1)：11-13.

CAO Lihua,JIN Jianguo,LI Yong.Study on calculation method of the affection of back pressure to electric power of turbo-generator set[J].Turbine Technology,2006,48(1):11-13.

[8]邱麗霞，郝艷紅，李潤(rùn)林，等.直接空冷汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[9]楊立軍，杜小澤，楊勇平.空冷凝汽器全工況運(yùn)行特性分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(8)：24-28.

YANG Lijun,DU Xiaoze,YANG Yongping.Performance analysis of air-cooled condensers at all operating conditions[J]. Proceedings of the CSEE,2008,28(8):24-28.

[10]曹旭，胡洪華，臧瑞起.直接空冷機(jī)組空冷島優(yōu)化運(yùn)行研究[J].熱力發(fā)電，2011，40(8)：6-7.

CAO Xu,HU Honghua,ZHANG Ruiqi.Study on operation optimization of air-colled island for direct air-cooled units[J]. Thermal Power Generation,2011,40(8):6-7.

[11]奉國(guó)和.SVM分類(lèi)核函數(shù)及參數(shù)選擇比較[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47(3)：123-124.

FENG Guohe. Parameter optimizing for support vector machines classification[J]. Computer Engineering and Applications,2011,47(3):123-124.

[12]戴上平，宋永東.基于遺傳算法與粒子群算法的支持向量機(jī)參數(shù)選擇[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2012，34(10)：114-116.

DAI Shangping,SONG Yongdong.Parameter selection of support vector machines based on the fusion of genetic algorithm and the particle swarm optimization[J].Computer Engineering & Science,2012,34(10):114-116.

[13]韓玉霞，張嘉英，李鑫，等.典型300 MW直接空冷供熱機(jī)組冬季防凍措施分析[J].電站系統(tǒng)工程，2011，27(3)：37-39.

HAN Yuxia,ZHANG Jiaying,LI Xin,etal. Anti-freezing protection of 300 MW direct air-cooling thermal power unit[J]. Power System Engineering,2011,27(3):37-39.

[14]趙爽，李西軍.噴霧解決直接空冷機(jī)組夏季出力受阻的經(jīng)濟(jì)性分析[J].電站系統(tǒng)工程，2012，28(6)：53-54.

ZHAO Shuang,LI Xijun.Economic analysis of spray cooling solving output limit of direct air-cooling unit in summer[J]. Power System Engineering,2012,28(6):53-54.

Calculation Method for Optimum Back Pressure of Direct Air-cooling Unit and Its Application

ZHAIYongjie,MILu,LIUJinlong

(Department of Automation, North China Electric Power University, Baoding 071003,Hebei Province, China)

Abstract：By analyzing the main factors that affect the back pressure of a direct air-cooling unit, and based on its historical data, a calculation model was set up for optimum back-pressure of the unit using support vector machine and particle swarm algorithm, so as to study the relations of back pressure with both the generator power and the power consumption of air-cooling fan. Taking a 300 MW direct air-cooling unit as the object of study, the optimum back pressure corresponding to different loads and ambient temperatures was calculated with the model, while a scheme for optimization of the back pressure was designed in DCS, and the optimized back pressure was then put into the adjusting logic of back pressure to regulate the controller. Results show that the optimum back pressure of direct air-cooling unit increases with the rise of load and ambient temperature. The application of optimum back pressure can help to increase the unit economy under the premise of ensuring safe and stable operation of the unit.

Key words：direct air-cooling unit; optimum back pressure; generator power; power consumption of air-cooling fan; support vector machine

收稿日期：2015-08-28

修訂日期：2015-11-02

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014MS140)

作者簡(jiǎn)介：翟永杰(1972-)，男，河南漯河人，副教授，博士，主要從事火電廠(chǎng)自動(dòng)控制、分散控制系統(tǒng)、智能計(jì)算等方面的工作.

文章編號(hào)：1674-7607(2016)07-0575-08中圖分類(lèi)號(hào)：TK262

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A學(xué)科分類(lèi)號(hào)：470.30

米路(通信作者)，男，碩士研究生，電話(huà)(Tel.):15200091361;E-mail:15200091361@163.com.