空冷凝汽器风机运行的控制与优化

摘要

火力发电在中国的电源结构中占据主导地位，传统的火电机组节能降耗潜力巨大。冷端系统作为火电机组重要的辅助系统，其运行状况对于机组的安全和经济运行有十分重要的影响。因此研究冷端系统涉及到的各个子系统，优化并提高其整体的运行性能，是电厂节能降耗、提高机组热经济性的重要手段。本文主要围绕冷端系统的建模与优化两个方面展开研究，力求在深入理论分析的基础上，结合运行数据建立训练各台风机转速的神经网络模型，同时建立以风机转速结合其它参数为输入的机组背压模型，并对冷端系统的节能优化提出有效解决方案，实现对于空冷风机的矩阵控制。
　　首先，简述了直接空冷系统的结构和特点，对冷端系统存在的问题进行了介绍，并通过机理分析推导出直接空冷凝汽器的数学模型，研究了汽轮机末级变工况条件下传热系数、风机相关参数的计算。在此基础上，研究机组背压增量同机组负荷增量之间的关系，针对背压带给汽轮机组经济运行的影响进行了详细的说明。随后，提出冷端系统净收益功率的定义，建立了空冷风机变速调节系统的目标节能优化体系结构，并以此为基础提出确定机组的最佳真空的计算方法。本文从环境因素为出发点，分析其对于机组性能造成的影响，结合理论计算中存在的问题，展开基于运行数据的系统建模。以BP神经网络为研究思路，结合主元分析、数据滤波等数据处理方法对神经网络的输入样本进行丰富和去冗余，并使用参数之间存在的数学关系进行整合，尽可能地保留模型的物理意义，并进行了一定的模型验证。在此基础上提出以机组背压为自变量的最佳转速的寻优方向，以及以翅片壁温为被控量的机组运行防冻解决方案。本文最后以风机转速为模型输入结合一系列的其他参数对于机组背压模型采用遗传算法进行辨识，得到了较好的辨识模型，并综合神经网络模型共同融入到多变量预测控制系统之中，最终实现了对于风机的矩阵控制，具有较好的工程应用价值。

目录

声明

摘要

1．1．1 我国能源结构

1．1．2 火电机组冷端优化控制的重要性

1．2 课题的国内外研究现状

1．3 本课题研究内容

第2章 空冷风机优化运行的基本原理以及计算方法

2．1 直接空冷系统简述

2．1．1 直接空冷系统简介

2．1．2 直接空冷机组特点

2．2 直接空冷凝汽器的数学计算模型

2．2．1 汽轮机末级变工况计算

2．2．2 变工况下空冷凝汽器传热系数计算

2．2．3 迎面风速及空冷风机功率计算

2．3 低压缸末级特性研究

2．3．1 汽轮机的功率背压特性

2．3．2 背压对机组经济性的影响

2．3．3 环境因素对机组性能造成的影响

2．4 本章小结

第3章 基于BP神经网络的冷端建模

3．1 顺流空冷单元温度测点研究

3．1．1 空冷单元壁温数据

3．1．2 空冷单元冷却风温数据

3．2 BP神经网络概述

3．2．1 BP算法的实现步骤

3．3 现场数据的处理与建模

3．3．1 数据主元分析(PCA)

3．3．2 BP神经网络训练与模型检验

3．3．3 模型的基本性能分析

3．4 机组运行防冻问题

3．5 本章小结

第4章 基于神经网络模型的最佳转速寻优与背压的预测控制

4．1 最佳转速与最优背压

4．2 空冷单元背压简化模型

4．3 基于辨识模型的预测控制

4．3．1 DMC预测控制原理

4．3．2 背压多变量预测控制仿真

4．3．3 背压预测控制与传统pid控制对比

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢