电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法技术方案

本发明专利技术提供一种电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法，对于电厂凝汽器循环冷却水系统的多台并联水泵机组，设置或增设1台或多台变频装置，针对任一汽轮机负荷率和冷却水进水温度的汽轮机工况，计算循环冷却水系统水泵机组不同变频调速组合运行方案的各台水泵机组流量及耗电功率，计算汽轮机发电功率扣除循环冷却水系统水泵机组耗电功率的电厂净发电功率；根据计算结果，以电厂净发电功率最大为目标，确定循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案和全变频调速最优组合运行方案，实现包括汽轮发电机、凝汽器和循环冷却水系统的电厂全系统优化运行，增益效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电厂主、辅机组全系统优化运行方案的确定方法，尤其是基于电厂净发电功率最大的凝汽器循环冷却水系统水泵机组变频调速组合主、辅机组全系统优化运行方案的精确确定方法，属于工业节能减排领域。
技术介绍
循环冷却水系统是电厂的重要系统之一，其运行直接影响到凝汽器的安全和汽轮机发电功率。电厂循环冷却水系统供水能力按发电机组最大负荷率和允许最高进水温度的最不利情况设计，而发电机组大部分时间在小于最大负荷率和冷却水进水温度低于允许最高进水温度下运行。目前，电厂运行管理，通常按季节粗略确定循环冷却水系统水泵的运行台数，缺少精确计算，无理论依据。实际上，同一季节的不同的天、同一天的不同时刻，环境温度和进水温度都会相差很大；因此，电厂普遍存在过度冷却，偶尔也会出现冷却不足的现象，结果造成能源严重浪费。另一方面，循环冷却水系统的冷却水量不但影响自身的能耗，还影响汽轮机的发电功率，问题较为复杂。现状是，电厂没有能实现循环冷却水系统的优化运行，普遍冷却过度，能源浪费严重，影响汽轮机发电功率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为克服目前普遍存在的电厂循环冷却水系统过度冷却、能源浪费严重、影响汽轮机发电功率的缺点，提供一种电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法，以电厂净发电功率最大为目标，通过优化循环冷却水系统水泵机组运行台数和转速，实现发电机组与循环冷却水系统的全系统的优化运行。为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：提供一种电厂循环冷却水系统水泵机组变频调速汽轮机和凝汽器循环冷却水系统全系统组合优化运行方案的精确确定方法，以电厂净发电功率最大为目标，确定凝汽器循环冷却水系统水泵机组最优单变频调速组合运行方案和最优全变频调速组合运行方案，实现包括汽轮发电机、凝汽器和循环冷却水系统的电厂全系统优化运行，包括以下步骤：步骤A、电厂凝汽器循环冷却水系统水泵机组变频调速组合运行各台水泵流量Qj、电机输入功率Pdj和系统能耗Pd计算；循环冷却水系统中各台水泵额定转速的性能曲线由设备生产厂家提供，水泵额定转速的流量-扬程性能曲线可用方程拟合为：Hj=Aj·Qj2+Bj·Qj+Cj,(j=1,2,3,...,n)---(1)]]>其中：j表示水泵机组编号；n为水泵机组台数；Hj为第j台水泵机组额定转速下的水泵扬程，m；Aj、Bj、Cj为常系数。若水泵机组实施变频调速运行，设第j台水泵机组额定转速为njr，调速后转速为nj，变速比为kj，kj＝nj/njr，则根据水泵比例率，变速水泵流量-扬程性能曲线方程为：Hj=Aj·Qj2+Bj·kj·Qj+Cj·kj2,(j=1,2,3,...,n)---(2)]]>式(2)可以作为定速和变速水泵流量-扬程性能曲线方程的通式，当为额定转速时，kj＝1。根据循环冷却水系统管路及相关阀件的设置，计算确定系统净扬程Hst与管路阻力系数S。管路特性曲线方程可表示为：Hj=Hst+S(Σj=1nQj)2---(3)]]>多台水泵并联运行，其扬程相等，即Hj＝H。联立包括额定转速定速和变速的所有参与运行的水泵流量-扬程性能曲线方程(2)和管路特性曲线方程(3)共n+1个方程求解，得到各台水泵运行流量Qj(j＝1，2，3，…，n)和扬程H共n+1个变量数值。第j台水泵机组电机输入功率为(kW)Pdj=ρgQjHj/1000ηpj·ηcj·ηdj·ηbj---(4)]]>其中：ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；ηpj为第j台水泵效率，由设备生产厂家提供，如果实施变频调速运行，采用对应额定转速下相似工况的水泵效率；ηcj为第j台水泵机组传动效率，直联传动时为100％；ηdj为第j台水泵机组电机效率，由设备生产厂家提供；ηbj为第j台水泵机组配套变频装置的变频效率，由设备生产厂家提供，若水泵机组在额定转速运行，则变频器脱开不运行，电源直接向电机供电，变频效率取为100％。循环冷却水系统耗电功率为系统所有参与运行的水泵机组电机输入功率之和，即Pd=Σj=1nρgQjHj/1000ηpj·ηcj·ηdj·ηbj---(5)]]>步骤B、电厂不同负荷率和不同冷却水进水温度的汽轮机不同工况，凝汽器循环冷却水系统不同运行方案的电厂发电功率P计算。根据汽轮机运行相关理论，汽轮机发电功率P与汽轮机负荷率β、冷却水进水温度tw和汽轮机排汽压力pc有关，其中，汽轮机排汽压力pc与冷却水进水温度tw、汽轮机广义排汽量Dc和冷却水流量Dw有关。根据设备生产厂家提供的汽轮机和凝汽器的结构与性能参数，计算汽轮机不同负荷率和不同冷却水进水温度的工况下，循环冷却水系统不同变频调速组合运行方案的汽轮机发电功率P。步骤C、电厂不同负荷率和不同冷却水进水温度的汽轮机不同工况，凝汽器循环冷却水系统水泵机组不同变频调速组合运行方案的电厂净发电功率计算。对于汽轮机不同负荷率和冷却水进水温度的任一工况，综合考虑汽轮机发电功率与凝汽器循环冷却水系统耗电功率，针对循环冷却水系统单变频调速(参与运行的水泵机组仅1台实施变频调速)组合运行和全变频调速(参与运行的水泵机组所有机组均实施变频调速)组合运行两种情况的参与运行水泵不同台数、变速泵不同变速比的水泵机组多种变频调速组合运行方案，计算电厂净发电功率ΔPr，即为ΔPr=Σi=1mPi-Σj=1nPdj---(6)]]>式中：ΔPr为循环冷却水系统第r个水泵机组变频调速组合运行方案的净发电功率，r＝1，2，…，s，s为水泵机组变频调速组合运行方案数；Pi为所述循环冷却水系统水泵机组变频调速组合运行方案供水冷却的第i台汽轮机发电功率；m为汽轮机运行台数；Pdj为循环冷却水系统第j台水泵机组电机输入功率；n为循环冷却水系统参与运行的水泵机组台数。例如，2台汽轮机运行、负荷率90％、冷却水进水温度5℃工况，2泵单变频调速不同变速比时电厂净发电功率如实施例表1。步骤D、电厂凝汽器循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案确定。应用计算程序，在步骤C计算出的汽轮机某一工况下的循环冷却水系统确定的水泵运行台数的单变频调速组合运行的变速泵不同变速比多个方案的电厂净发电功率中，寻找出所述水泵运行台数下电厂净发电功率ΔPr最大的循环冷却水系统水泵机组单泵变频调速变速比，如实施例表1。再计算寻找出其他每一种可能的参与运行的水泵台数时电厂净发电功率ΔPr最大的循环冷却水系统水泵机组单泵变频调速变速比。在所有不同水泵运行台数的使净发电功率最大的运行方案中，确定出净发电功率最大的运行方案，包括水泵运行台数和单泵变速比，该方案即为所述汽轮机工况下的循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案。如实施例表2，用步骤A、B和C所述方法，计算确定出汽轮机负荷率40％～100％间隔2％、冷却水进水温度5℃～35℃间隔2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、计算电厂凝汽器循环冷却水系统水泵机组变频调速组合运行各台水泵流量Qj、电机输入功率Pdj和系统能耗Pd；步骤B、计算电厂不同负荷率和不同冷却水进水温度的汽轮机不同工况下，对应步骤A的凝汽器循环冷却水系统不同运行方案的电厂发电功率P；步骤C、用步骤B电厂不同负荷率和不同冷却水进水温度的汽轮机不同工况下的电厂发电功率，减去步骤A对应的凝汽器循环冷却水系统运行方案的能耗，计算电厂不同汽轮机工况下的净发电功率；步骤D、针对步骤C汽轮机各种工况的循环冷却水系统不同方案，选取使电厂净发电功率最大的循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案；步骤E、针对步骤C汽轮机各种工况的循环冷却水系统不同方案，选取使电厂净发电功率最大的循环冷却水系统水泵机组全变频调速最优组合运行方案；步骤F、根据步骤D和步骤E的计算结果，对照循环冷却水系统原运行方案，进行电厂凝汽器循环冷却水系统水泵机组变频调速组合优化运行方案的经济性分析。

【技术特征摘要】
1.一种电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、计算电厂凝汽器循环冷却水系统水泵机组变频调速组合运行各台水泵流量Qj、电机输入功率Pdj和系统能耗Pd；步骤B、计算电厂不同负荷率和不同冷却水进水温度的汽轮机不同工况下，对应步骤A的凝汽器循环冷却水系统不同运行方案的电厂发电功率P；步骤C、用步骤B电厂不同负荷率和不同冷却水进水温度的汽轮机不同工况下的电厂发电功率，减去步骤A对应的凝汽器循环冷却水系统运行方案的能耗，计算电厂不同汽轮机工况下的净发电功率；步骤D、针对步骤C汽轮机各种工况的循环冷却水系统不同方案，选取使电厂净发电功率最大的循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案；步骤E、针对步骤C汽轮机各种工况的循环冷却水系统不同方案，选取使电厂净发电功率最大的循环冷却水系统水泵机组全变频调速最优组合运行方案；步骤F、根据步骤D和步骤E的计算结果，对照循环冷却水系统原运行方案，进行电厂凝汽器循环冷却水系统水泵机组变频调速组合优化运行方案的经济性分析。2.根据权利要求1所述电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法，其特征在于，步骤A所述的计算电厂凝汽器循环冷却水系统水泵机组变频调速组合运行各台水泵流量Qj、电机输入功率Pdj和系统能耗Pd，其过程如下：水泵额定转速的流量-扬程性能曲线用方程拟合为：Hj＝Aj·Qj2+Bj·Qj+Cj(j＝1，2，3，…，n)(1)其中：j表示水泵机组编号；n为水泵机组台数；Hj为第j台水泵机组额定转速下的水泵扬程，m；Aj、Bj、Cj为常系数；若水泵机组实施变频调速运行，设第j台水泵机组额定转速为njr，调速后转速为nj，变速比为kj，kj＝nj/njr，则根据水泵比例率，变速水泵流量-扬程性能曲线方程为：Hj＝Aj·Qj2+Bj·kj·Qj+Cj·kj2(j＝1，2，3，…，n)(2)式(2)可以作为定速和变速水泵流量-扬程性能曲线方程的通式，当为额定转速时，kj＝1；根据循环冷却水系统管路及相关阀件的设置，计算确定系统净扬程Hst与管路阻力系数S，管路特性曲线方程可表示为：Hj=Hst+S(Σj=1nQj)2---(3)]]>多台水泵并联运行，其扬程相等，即Hj＝H；联立包括额定转速定速和变速的所有参与运行的水泵流量-扬程性能曲线方程(2)和管路特性曲线方程(3)共n+1个方程，求解得到各台水泵运行流量Qj(j＝1，2，3，…，n)和扬程H共n+1个变量数值；第j台水泵机组电机输入功率为(kW)；Pdj=ρgQjHj/1000ηpj·ηcj·ηdj·ηbj---(4)]]>其中：ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；ηpj为第j台水泵效率，如果实施变频调速运行，采用对应额定转速下相似工况的水泵效率；ηcj为第j台水泵机组传动效率，直联传动时为100％；ηdj为第j台水泵机组电机效率；ηbj为第j台水泵机组配套变频装置的变频效率，若水泵机组在额定转速运行，则变频器脱开不运行，电源直接向电机供电，变频效率取为100％；循环冷却水系统耗电功率为系统所有参与运行的水泵机组电机输入功率之和，即Pd=Σj=1nρgQjHj/1000ηpj·ηcj·ηdj·ηbj.---(5)]]>3.根据权利要求1所述的电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法，其特征在于，步骤C所述的用步骤B电厂不同负荷率和不同冷却水进水温度的汽轮机不同工况下的电厂发电功率，减去步骤A对应的凝汽器循环冷却水系统运行方案的能耗，计算电厂不同汽轮机工况下的净发电功率，计算过程如下：对于汽轮机不同负荷率和冷却水进水温度的任一工况，综合考虑汽轮机发电功率与凝汽器循环冷却水系统耗电功率，针对循环冷却水系统单变频调速组合运行和全变频调速组合运行两种情况的参与运行的水泵不同台数、变速泵不同变速比的水泵机组多种变频调速组合运行方案，其中，单变频调速为参与运行的水泵机组仅1台实施变频调速，全变频调速为参与运行的水泵机组所有机组均实施变频调速，计算电厂净发电功率ΔPr，即为ΔPr=Σi=1mPi-Σj=1nPdj---(6)]]>式中：ΔPr为循环冷却水系统第r个水泵机组变频调速组合运行方案的电厂净发电功率，r＝1，2，…，s，s为水泵机组变频调速组合运行方案数；Pi为所述循环冷却水系统水泵机组变频调速组合运行方案供水冷却的第i台汽轮机发电功率；m为汽轮机运行台数；Pdj为循环冷却水系统第j台水泵机组电机输入功率；n为循环冷却水系统参与运行的水泵机组台数。4.根据权利要求1所述电厂冷却水泵机组变频调速全系统组合优化运行方案确定方法，其特征在于：步骤D所述的针对步骤C汽轮机各种工况的循环冷却水系统不同方案，选取使电厂净发电功率最大的循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案，其过...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇宝云，冯晓莉，曹金玉，李勇，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32