一种循环冷却水泵变频的自动控制系统及方法与流程

本发明属于火力发电厂的自动控制领域，具体涉及一种循环冷却水泵变频的自动控制系统及方法。

背景技术：

1、循环冷却水泵是火力发电厂循环冷却水系统的一种核心的热力设备，循环冷却水变频器是对循环冷却水泵出力控制的唯一途径。循环冷却水的持续稳定供应直接影响着机组的热负荷转化效率以及机组重要辅机的安全运行。循环冷却水的主要功能是为机组凝汽器提供稳定的可靠的冷却水源，使机组凝汽器内低压缸排汽冷凝转化为可重复使用的凝结水，维持机组的凝汽器真空度。同时为机组闭式冷却水提供冷却作用。循环冷却水流量过高会影响循环冷却水泵的做工效率，浪费多余电能。循环冷却水流量过低会影响凝汽器内乏汽的冷凝，继而影响机组真空，影响机组安全的同时机组经济性也将大打折扣。同时如果供给闭式水的冷却水量不够，也将影响闭式水的母管温度，影响重要辅机的冷却效果。

2、图1为火力发电厂典型的循环冷却水系统结构示意图。

3、循环冷却水泵变频控制通常以循环冷却水母管压力或凝汽器端差为被控对象进行单回路pid控制。以循环冷却水母管压力作为被控对象时，仅能保证循环冷却水供水压力的正常，为了满足凝汽器的真空稳定，经常采用高压力大流量进行供水，额外电能损坏巨大，经济性极差。以凝汽器端差为被控对象时，由于凝汽器端差变化迟滞，常出现过调现象，循环冷却水变频器动作频繁，导致凝汽器真空度受到影响。不仅影响机组热效率同时对机组安全运行有很大的隐患，甚至机组跳闸。

4、从能量平衡角度出发，循环冷却水供水的温度和循环冷却水回水的温度差值乘以循环冷却水供水的流量再乘以水的比热容，即为循环冷却水系统实际吸收的总热量。凝汽器温度与凝汽器真空压力对应的饱和水温度的差值乘以凝汽器内机组蒸汽流量再乘以水的比热容，即为循环冷却水系统在凝汽器处需要带走的热量。闭式冷却水换热器进口闭式冷却水温度与闭式冷却水换热器出口闭式冷却水温度的差值乘以闭式冷却水换热器闭式冷却水流量再乘以水的比热容，即为循环冷却水系统在闭式冷却水换热器处需要带走的热量。当循环冷却水系统实际吸收的总热量等于循环冷却水系统在凝汽器处需要带走的热量加上闭式冷却水换热器处需要带走的热量，此时能量的供需平衡。

5、因为温度信号不能突变的属性，只根据凝汽器端差很难反映出整个系统的能量交换。目前的常规控制系统及控制方法无法实现此控制目标。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提供了一种循环冷却水泵变频的自动控制系统及方法，以实现凝汽器端差的稳定控制，避免凝汽器端差变化迟滞导致凝汽器真空波动或循环冷却水系统供给过剩多余电能损耗。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种循环冷却水泵的变频自动控制系统，包括循环冷却水泵变频调节控制模块；

4、循环冷却水泵变频调节控制模块的输入端连接设置在循环冷却水泵出口母管的循环冷却水流量计、循环冷却水泵出口母管的循环冷却水压力计、循环冷却水泵出口母管的循环冷却水温度计、凝汽器a侧循环冷却水回水温度计、凝汽器b侧循环冷却水回水温度计、a侧闭式冷却水换热器循环冷却水回水温度计、a侧闭式冷却水换热器循环冷却水回水温度计、凝汽器真空压力计、机组蒸汽流量计、凝汽器温度计、闭式冷却水换热器闭式冷却水供水流量计、a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度计、a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度计、b侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度计以及b侧闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度计；循环冷却水泵变频调节控制模块的输出端连接设置在循环冷却水供水管道上的循环冷却水泵变频器。

5、本发明进一步的改进在于，循环冷却水泵变频调节控制模块通过循环冷却水系统供给端和用户端的压力、温度和流量控制循环冷却水泵变频器的输出。

6、本发明进一步的改进在于，循环冷却水流经凝汽器使低压缸排汽冷凝后供机组凝结水循环利用。

7、本发明进一步的改进在于，环冷却水流经a侧闭式冷却水换热器和b侧闭式冷却水换热器使闭式冷却水降温后供机组使用。

8、本发明进一步的改进在于，经过凝汽器、a侧闭式冷却水换热器和b侧闭式冷却水换热器吸收热量后的循环冷却水在冷却塔和空气对流换热降温后回到循环冷却水前池重复利用。

9、一种循环冷却水泵的变频自动控制方法，该方法基于所述的一种循环冷却水泵的变频自动控制系统，包括：

10、根据凝汽器真空压力表测量得到的凝汽器真空压力ps_lp得到当前凝汽器内乏汽的饱和温度tws，凝汽器a侧循环冷却水回水温度计测量得到凝汽器a侧循环冷却水回水温度tw_oc2和凝汽器b侧循环冷却水回水温度计测量得到凝汽器b侧循环冷却水回水温度tw_oc3大选后得到凝汽器循环冷却水回水温度优选值tw1，凝汽器内乏汽的饱和温度tws与凝汽器循环冷却水回水温度优选值tw1的差值tdf为凝汽器端差；循环冷却水泵变频调节控制模块控制的凝汽器端差温度的目标值tsp与凝汽器端差tdf的偏差δt经过循环冷却水变频的自动控制的主调pid后得到循环冷却水变频的自动控制的流量目标值qsp。

11、本发明进一步的改进在于，还包括：根据凝汽器温度计测量得到的凝汽器温度ts_lp，凝汽器温度ts_lp减去凝汽器真空压力表测量得到的凝汽器真空ps_lp经过函数f1(x)得到当前凝汽器内乏汽的饱和温度tws，再加上运行人员设定的凝汽器端差tsp，作为凝汽器温度最终的控制目标温度和实际温度差；凝汽器温度最终的控制目标温度和实际温度差乘以机组蒸汽流量的实时值再乘以水的比热容，得出凝汽器达到设定的端差值需要释放的热量。

12、本发明进一步的改进在于，还包括：a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度计测量得到a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度tw_cc1、a侧闭式冷却水换热闭式冷却水回水温度计测量得到a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度tw_cc2、b侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度计测量得到b侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度tw_cc3、b侧闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度计测量得到b侧闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度tw_cc4，a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度tw_cc1和a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度tw_cc3大选后得到闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度tw3，a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度tw_cc2和a侧闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度tw_cc4大选后得到闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度tw2，闭式冷却水换热器闭式冷却水供水温度tw3与闭式冷却水换热器闭式冷却水回水温度tw2的差值乘以闭式冷却水换热器闭式冷却水供水流量计测量得到的闭式冷却水换热器闭式冷却水供水流量再乘以水的比热容，得到闭式冷却水换热器闭式冷却水需要释放的热量。

13、本发明进一步的改进在于，还包括：凝汽器达到设定的端差值需要释放的热量与闭式冷却水换热器闭式冷却水需要释放的热量之和为循环冷却水系统在整个换热过程中需要吸收的热量；凝汽器a侧循环冷却水回水温度计测量得到凝汽器a侧循环冷却水回水温度tw-oc2，凝汽器b侧循环冷却水回水温度计测量得到凝汽器b侧循环冷却水回水温度tw-oc3，a侧闭式冷却水换热器循环冷却水回水温度计测量得到a侧闭式冷却水换热器循环冷却水回水温度tw-oc4、a侧闭式冷却水换热器循环冷却水回水温度计测量得到b侧闭式冷却水换热器循环冷却水回水温度tw-oc5，四个温度大选后得到循环冷却水回水温度tw4；循环冷却水泵出口母管的循环冷却水温度计测量得到循环冷却水泵出口母管的循环冷却水温度tw-oc1，循环冷却水回水温度tw4与循环冷却水泵出口母管的循环冷却水温度tw-oc1的求差得到循环冷却水在整个换热过程中的温度变化；循环冷却水系统在整个换热过程中需要吸收的热量除以循环冷却水在整个换热过程中的温度变化，再除以水的比热容得到需要的循环冷却水流量qam。

14、本发明进一步的改进在于，还包括：循环冷却水变频的自动控制的主调pid后得到循环冷却水变频的自动控制的流量目标值qsp与需要的循环冷却水流量qam的偏差δq经过循环冷却水变频的自动控制的副调pid后得到循环冷却水变频控制中间指令，循环冷却水变频控制中间指令与系统设计的最小运行压力取大，作为最后的循环冷却水变频控制ao指令。

15、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

16、在循环冷却水系统换热过程中，凝汽器端差的变化较为缓慢，常规的单pid控制策略无法精准控制凝汽器端差经常出现过调现象，整个系统稳定性差。本发明提供的一种循环冷却水泵变频的自动控制系统及方法，通过循环冷却水泵变频调节控制模块，引入串级pid控制方式，主pid调节凝汽器端差，副pid调节循环冷却水的流量达到换热平衡。在凝汽器端差变化缓慢时，副pid能敏锐的提前判断循环冷却水用户端的能量变化提前对控制系统进行控制输出，实现凝汽器端差温度的精准控制，以避免当凝汽器端差变化迟滞或者变化幅度很小时，调节系统反应不及时，循环冷却水泵变频器的输出频繁波动。

17、此外，单一的循环冷却水压力控制、凝汽器端差控制、循环冷却水流量控制都无法精确的控制循环冷却水整个换热过程。为确保循环冷却水系统能持续稳定的供应机组冷却水，常规控制方式常采用大流量高压的方式运行，虽然保证了机组的冷却效果却大大降低了节能效果。本发明引入换热平衡的控制策略，可有效避免整个换热过程中循环冷却水系统的供给端电能浪费。