发明内容
为解决上述技术问题,本申请实施例提供一种凝汽发电机组凝结水泵变频控制方法及***,以实现变频器对凝结水泵出口母管压力与除氧器水位的控制自动切换,降低凝结水泵变频电流,从而降低了功耗,技术方案如下:
本申请提供一种凝汽发电机组凝结水泵变频控制方法,应用于凝结水泵变频控制***,所述***包括变频器、凝结水泵、电动机和除氧器,所述变频器能够在液位控制模式和压力控制模式之间切换,所述液位控制模式为控制除氧器水位,所述压力控制模式为控制凝结水泵出口母管压力,所述方法包括:
当所述变频器处于液位控制模式时,通过变频器控制转速控制除氧器的水位,除氧器的上水主调节阀根据机组的负荷情况维持在一定的开度,且呈线性控制方式:当机组负荷为升负荷阶段时,按照第一预设开度曲线调节除氧器上水主调节阀的开度,当机组负荷为降负荷阶段时,按照第二预设开度曲线调节除氧器上水主调节阀的开度,其中,所述第一预设开度曲线开度值在低负荷阶段小于所述第二预设开度曲线开度值,其中,所述低负荷阶段为50%以下的负荷区间。
优选的,当变频器处于压力控制模式时,所述变频器自动从液位控制模式切换至压力控制模式,根据负荷指令控制曲线、除氧器压力与第一预设值之和,以及所述负荷指令控制曲线与压力提升曲线之和,确定所述变频器的压力设定值,以使变频器的转速达到所述压力设定值对应的转速值,其中,所述负荷指令控制曲线为依据机组负荷与凝结水泵出口母管压力之间的对应关系得到的曲线;所述压力提升曲线为机组负荷与凝结水泵出口母管压力修正值之间的对应关系得到的曲线。
优选的,所述压力设定值的确定过程具体包括:
将所述负荷指令控制曲线、除氧器压力与第一预设值之和,以及所述负荷指令控制曲线与压力提升曲线之和,进行取大运算,得到当前负荷对应的压力最大值;
所述压力最大值与偏置设定值求和运算,得到第一压力值,所述偏置设定值依据所述发电机组的运行工况预先确定;
将所述第一压力值进行速率限制后得到第二压力值;
将所述第一压力值和所述第二压力值进行取运算,将得到的最大值作为压力设定值。
优选的,当变频器从压力控制模式切换至液位控制模式时,除氧器上水主调节阀依据开度指令对应的变化速率调节开度,所述开度指令对应的变化速率为所述上水主调节阀的不同开度对应的不同的预设调节速率,且开度越小,对应的预设调节速率越大。
优选的,当凝结水***产生压力提升需求后,所述除氧器上水主调节阀的超驰关开度为工频运行模式下,机组负荷指令对应的所述上水主调节阀的开度与修正后的上水辅调节阀的开度之间的差值。
优选的,凝结水***中的低旁压力提升包括:快开高旁阀、开低旁阀及低旁阀开度指令大于5%,且当低旁阀开度指令小于3%时压力提升信号复位。
本申请还提供一种凝汽发电机组凝结水泵变频控制***,包括:凝结水泵、变频器、除氧器上水主调节阀、除氧器上水辅调节阀和除氧器水位,其中:
所述变频器能够在液位控制模式和压力控制模式之间切换,所述压力控制模式用于控制所述凝结水泵出口母管压力,所述液位控制模式用于控制所述除氧器的水位;
当所述变频器处于液位控制模式时,通过变频器调节转速,以控制除氧器的水位,除氧器的上水主调节阀根据机组的负荷情况维持在一定的开度,且呈线性控制方式:当机组负荷为升负荷阶段时,除氧器上水主调节阀的开度按照第一预设开度曲线调节,当机组负荷为降负荷阶段时,除氧器上水主调节阀的开度按照第二预设开度曲线调节,其中,所述第一预设开度曲线在低负荷阶段小于所述第二预设开度曲线,其中,所述低负荷阶段为50%以下的负荷区间。
优选的,当凝结水***产生压力提升需求时,所述变频器自动从液位控制模式切换至压力控制模式,所述变频器的控制器根据负荷指令控制曲线值、除氧器压力与第一预设值之和,以及所述负荷指令控制曲线值与压力提升曲线值之和,确定所述变频器的压力设定值,其中,所述负荷指令控制曲线为依据机组负荷与凝结水泵出口母管压力之间的对应关系得到的曲线;所述压力提升曲线为机组负荷与凝结水泵出口母管压力修正值之间的对应关系得到的曲线;
当凝结水***产生压力提升需求后,所述除氧器上水主调节阀的超驰关开度为工频运行模式下,机组负荷指令对应的所述上水主调节阀的开度与上水辅调节阀开度修正后的开度的差值。
优选的,所述控制器具体用于:
将所述负荷指令控制曲线、除氧器压力与第一预设值之和,以及所述负荷指令控制曲线值与压力提升曲线值之和,进行取大运算,得到当前负荷对应的压力最大值;
所述压力最大值与偏置设定值求和运算,得到第一压力值,所述偏置设定值依据所述发电机组的运行工况预先确定;
将所述第一压力值进行速率限制后得到第二压力值;
将所述第一压力值和所述第二压力值进行取大运算,将得到的最大值作为压力设定值。
优选的,凝结水***中的低旁压力提升包括:快开高旁阀、开低旁阀及低旁阀开度指令大于5%,且当低旁阀开度指令小于3%时压力提升信号复位。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见,凝汽发电机组凝结水泵变频控制方法,当变频器处于液位控制模式时,由变频器和除氧器上水调节阀共同控制除氧器的水位,由变频器调节其转速,进而控制除氧器的水位,除氧器上的主调节阀根据机组负荷情况维持在一定的开度;同一负荷下,在升负荷时,由于上水主调节阀的开启压力比降负荷时上水主调节阀的关闭压力稍小,因此,在同一负荷时,当机组负荷为升负荷阶段时,除氧器上水主调节阀的开度保持较小开度,当机组负荷为降负荷阶段时,除氧器上水主调节阀保持较大开度。同时通过升、降负荷两条相夹的曲线控制,产生一定的负荷空间,能够避免小负荷波动引起的上水调节阀开度频繁变化;凝泵深度变频改造后可以保证变频器的输出频率在可调且经济的范围内,使得变频器的转速较低,进而变频器的电流较小,大幅降低了变频器的能耗。
具体实施方式
本申请实施例提供一种凝汽发电机组凝结水泵变频控制方法,应用于凝结水泵变频控制***,所述***包括变频器、凝结水泵、电动机和除氧器,其中,所述变频器能够在液位控制模式和压力控制模式之间自动切换,所述液位控制模式为控制除氧器的水位,所述压力控制模式为控制凝结水泵出口母管压力;请参见图1,所述方法包括以下步骤:
101,当所述变频器处于液位控制模式时,通过变频器及除氧器的上水调节阀控制所述除氧器的水位。
其中,所述上水调节阀包括上水主调节阀和上水辅调节阀。
具体的,变频器通过控制转速控制除氧器的水位,除氧器的上水主调节阀根据机组的负荷情况维持在一定的开度,且呈线性控制方式,具体为所述上水主调节阀的开度随机组负荷的变化而变化,当机组负荷为升负荷阶段时,除氧器上水主调节阀的开度按照第一预设开度曲线调节,当机组负荷为降负荷阶段时,除氧器上水主调节阀的开度按照第二预设开度曲线调节,其中,在低负荷区间(<50%负荷)所述第一预设开度曲线值小于所述第二预设开度曲线值。
102,当所述变频器处于压力控制模式时,所述变频器自动从液位控制模式切换至压力控制模式,根据负荷指令控制曲线、除氧器压力与第一预设值之和,以及所述负荷指令控制曲线与压力提升曲线之和,确定所述变频器的压力设定值,以使变频器的转速达到所述压力设定值对应的转速值。
其中,所述负荷指令控制曲线为依据机组负荷与凝结水泵出口母管压力之间的对应关系得到的曲线;所述压力提升曲线为机组负荷与凝结水泵出口母管压力修正值之间的对应关系得到的曲线。
本实施例提供的凝汽发电机组凝结水泵变频控制方法,当变频器处于液位控制模式时,由变频器和除氧器上水调节阀共同控制除氧器的水位,变频器调节其转速来控制除氧器的水位;除氧器上水主调节阀根据机组负荷情况维持在一定的开度;同一负荷下,在升负荷时上水主调节阀的开启压力比降负荷时上水主调节阀的关闭压力稍小,因此,在同一负荷下,当机组处于升负荷阶段时,除氧器上水主调节阀的开度保持较小开度,当机组为降负荷阶段时,除氧器上水主调节阀保持较大开度。同时,通过升、降负荷时两条相夹的曲线控制,产生一定的负荷空间,能够避免小负荷波动引起的调节阀开度频繁变化;优化控制后变频器的转速更低,电流较小,并且保证变频器的输出频率在可调且经济的范围内,大幅降低变频器的能耗。
以上是本申请的核心思想,为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。
本申请实施例提供的凝汽发电机组凝结水泵变频控制***,所述***包括凝结水泵、变频器、电动机和除氧器,请参见图2,所述电动机M1与凝结水泵A连接,所述凝结水泵A通过出线隔离开关K2与变频器101连接,变频器101通过进线隔离开关K1及断路器QS1串联后连接6kVA1段母线,同时,凝结水泵A通过旁路隔离开关K3与断路器QS1连接;电动机M2与凝结水泵B连接,凝结水泵B通过断路器QS2连接6kVA2段母线。
请参见图3,凝汽器201的出水口同时连接凝结水泵A和B,凝结水泵A和B连接轴封加热器202,轴封加热器202的出水口通过上水主调节阀203和上水辅调节阀204连接除氧器205。同时,轴封加热器202的出水口还通过凝结水泵再循环阀门206连接凝汽器201的进水口。
当凝汽发电机组凝结水***在正常运行状态时,凝结水泵处于液位控制模式,除氧器的水位由上水阀与变频器共同控制,除氧器上水辅调节阀保持较小开度进行辅助调节。
除氧器上水主调节阀有两种控制模式,分别是线性控制模式和液位控制模式,其中,当凝结水***处于正常运行状态时,除氧器上水主调节阀处于线性控制模式,是指上水主调节阀保持在一定的开度,且其开度随负荷的变化而变化。当变频器从工频工况切换至变频工况时,除氧器上水主调节阀处于液位控制模式,即除氧器上水主调节阀的开度慢慢调整至变频器在液位控制模式下的值。
具体的,在凝结水***处于正常运行阶段时,除氧器上水主调节阀处于线性控制模式,由变频器和所述上水辅调节阀共同调节除氧器的水位。所述上水主调节阀的开度随机组负荷(凝结水流量)变化而变化,在升负荷阶段,按照第一预设开度曲线调节上水主调节阀的开度;在降负荷阶段,按照第二预设开度曲线调节上水主调节阀的开度。
通过试验可以拟合得到变频器控制除氧器水位的过程中,负荷指令对应除氧器上水主调节阀的开度的曲线,不同机组需要根据实际情况进行调整,请详见表1和图4,图4所示为本申请实施例提供的机组负荷指令对应除氧器的上水主调节阀的开度曲线图,图中△表示升负荷过程对应的上水主调节阀的开度调节曲线,□表示降负荷过程对应的上水主调节阀的开度调节曲线。
表1
在保证凝结水***与机组稳定运行压力的前提下,某一负荷指令对应的上水主调节阀的开度,升负荷过程中保持较小开度,在降负荷过程中,保持较大开度。比如,负荷为100MW时,若处于升负荷过程,则上水主调节阀的开度为17%,若处于降负荷过程,则上水主调节阀的开度为18%。
本申请提供的凝汽发电机组凝结水泵变频控制***中,当变频器从压力控制模式切换至液位控制模式时,变频器的转速逐渐恢复至当前负荷下对应的转速值,除氧器上水主调节阀也逐渐调整至变频器在液位控制模式下对应的开度值。为使凝结水***运行更稳定,采用除氧器上水主调节阀开度指令对应的速率变化来调节所述上水主调节阀的开度,该速率值与上水主调节阀的开度成反比,从而保证了上水主调节阀在低开度时尽量减少节流,从而减少了节流导致的能耗,进而增强***的稳定性。
所述水主调节阀开度指令对应的速率变化具体如表2所示:
表2
由上表可知,上水主调节阀的开度调节速率值与上水主调节阀的开度成反比,即上水主调节阀的开度越大,调节速率越小。
请参见图5,示出了本申请实施例提供的压力设定值的实现框图。当机组负荷在20%以下,或者当变频器处于压力控制模式时,除氧器水位由除氧器上水调节阀控制,变频器控制凝结水泵出口母管压力。
具体的,操作人员根据机组的负荷情况手动输入压力设定值,所述压力设定值依据图5所示的运算方式得到。
将负荷指令曲线f(LD)201、压力提升曲线f(LD2)与负荷指令曲线之和(即f(LD)+f(LD2))202、除氧器压力P与第一预设值之和(即P+0.3MPa)203进行取大运算204,从三者中选出某一负荷指令对应压力值中的最大值,得到第一压力值。
其中,所述压力提升曲线f(LD2)为凝结水***产生压力提升需求时,不同的负荷指令对应的变频器转速的提升曲线,通过试验获得表3所示的数据,表3中的变频器转速指令为变频器的额定转速的百分比。
表3
负荷指令(MW) |
变频器转速指令(%) |
0 |
40 |
20 |
42.5 |
50 |
44 |
75 |
45 |
100 |
50 |
将第一压力值加上偏置205得到第二压力值,将第二压力值进行速率限制运算206并与所述第二压力值进行取大运算207,得到较大值作为最终的压力设定值。
这样,当凝结水***产生压力提升需求时,采用图4所示的结构框图,计算得到某一负荷下对应的压力设定值,能够使凝结水泵的出口母管压力迅速提升,提高***的响应速度;而压力下降调节时能够缓慢逼近,从而实现了压力控制的快速和稳定性,防止压力向下调节时过调的现象发生,使得凝结水***运行更稳定。
当变频器不在液位控制模式时,除氧器的水位由除氧器上水主调节阀和上水辅调节阀控制,下面以600MW超临界机组为例,当负荷小于120MW时,所述上水辅调节阀开度保持全关,当负荷小于295MW时,保持较小开度,负荷大于330MW时,开度增大,参与除氧器水位调节,除氧器水位主要由上水主调节阀调节。
当凝结水***产生压力提升需求后,除氧器水位由除氧器上水调节阀控制,上水主调节阀超驰关开度为工频运行模式下负荷指令对应除氧器上水主调节阀开度,与上水辅调节阀开度修正后的开度的差值。
其中,上述的超驰是指凝结水***产生压力提升需求时,变频器转速迅速提升至当前负荷在工频运行方式下对应的转速值,除氧器上水主调节阀迅速关至工频运行工况下当前负荷对应的经过修正后上水辅调节阀开度值。
具体的,工频运行模式下负荷指令对应除氧器上水主调节阀的开度具体如表4所示。
表4
负荷指令(MW) |
上水主调节阀开度(%) |
0 |
16 |
200 |
20 |
400 |
25 |
500 |
27 |
600 |
30 |
在整个运行过程中,除氧器上水辅调节阀都在投用,且开度随着负荷指令的升高而增大,因此需要对上水辅调节阀的开度进行修正,即依据除氧器水位三冲量控制时的PID输出指令对上水辅调节阀进行修正。具体的修正数据如表5所示。
表5
下面以一个具体的实例说明除氧器上水主调节阀超驰关开度的获得过程,假设负荷为600MW,变频运行时,除氧器上水主调节阀的开度为85%,工频运行时600MW负荷对应的上水主调节阀的开度为30%,上水辅调节阀在600MW负荷下全开,上水辅调节阀的开度修正值为12%,因此上水主调节阀的超驰关开度为30%-12%=18%,即上水主调节阀的开度从85%超驰关至18%。
当凝结水***产生压力提升需求后,变频器的转速提升,除氧器上水主调节阀超驰关,超驰关的开度为工频运行模式下负荷指令对应除氧器上水主调节阀开度,与上水辅调节阀开度修正后的开度的差值,使得上水主调节阀的开度与变频器的转速相匹配,上水主调节阀关闭的速度与变频器提升的速度相协调,避免了除氧器水位的大幅变化,从而降低了除氧器水位对凝结水泵出口母管压力的扰动,使得凝结水***运行更稳定。
此外,当下列任一种情况发生时,变频器超驰至当前负荷下工频运行时对应的转速,且控制凝结水泵出口母管压力,除氧器上水主调节阀的开度超驰关至当前负荷下的工频运行工况时对应的上水主调节阀开度与上水辅调节阀的开度修正后的值的差值,除氧器水位的控制由除氧器上水调阀控制有利于更为精确地对上水主调节阀进行定位控制。
1)低压旁路A/B任意出口温度高于120℃;
2)任意一台小机组密封水回水温度任意一点高于75℃(当低于70℃复位);
当密封水回水温度低于70℃时,不再触发凝结水***故障信号复位,即所述变频器无需超驰至工频运行方式,仍处于液位控制方式,即控制除氧器的水位。3)低压旁路处于压力提升模式;
4)变频器在运行,任一凝结水泵在工频运行方式且除氧器上水主调节阀运行在自动方式,所述自动方式是指上水主调节阀根据除氧器水位设定值与除氧器的水位实际值之间的偏差利用PID(ProportionIntegrationDifferentiation,比例-积分-微分)控制方式自动控制水位,使其达到水位设定值。
本申请对凝结水***压力提升需求中的低压旁路压力提升进行了明确的定义,包括快开高旁阀、开低旁阀、低旁开度指令大于5%三种情况,而且当低旁开度指令小于3%时,低旁阀压力提升信号复位,即不进行压力提升,大大降低了蒸汽的消耗,提高了机组的性能。
本申请提供的凝汽发电机组凝结水泵变频控制***中,由于给泵密封水由凝结水提供,故给泵密封水的温度受凝结水泵出口母管压力变化影响较大,尤其在切换泵及凝结水***产生压力提升需求的情况下,PID参数调整作用不明显,因此,对给泵密封水温度控制增加凝结水泵出口母管压力前馈回路,即当凝结水泵出口母管压力较高时,减少密封水温度调阀指令;当凝结水泵出口母管压力较低时,增加密封水温度调阀指令,以尽量减小密封水温度变化的幅度,实现对密封水温度的快速稳定控制,同时提高凝结水***的稳定性。
为密封水温度控制增加凝结水泵出口母管压力前馈回路后,密封水的温度变化幅度较低,调节更迅速,凝结水***更稳定。
综上所述,以容量为600MW的机组为例,从机组启动到满负荷运行过程中变频器VP、除氧器上水主调节阀MV、除氧器上水辅调节阀AV的控制状态如表6所示:
表6
上表中表示逻辑中设置当负荷低于295MW时有快速关回路,使除氧器上水辅调节阀保持较小开度;表示当负荷高于330MW时有快速开回路,使除氧器上水辅调节阀增大开度,使之更好的调节水位。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。