一種基于噴嘴流量計(jì)算的汽輪機(jī)流量曲線辨識(shí)及優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于噴嘴流量計(jì)算的汽輪機(jī)流量 曲線辨識(shí)及優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽輪機(jī)是現(xiàn)代火力發(fā)電廠中應(yīng)用最廣泛的原動(dòng)機(jī)，其調(diào)口閥組的流量特性曲線是 根據(jù)原始設(shè)計(jì)而定，然而許多在役的老機(jī)組，尤其是經(jīng)過DEH改造、汽機(jī)通流部分改造或者 經(jīng)過大修的機(jī)組，經(jīng)常發(fā)生調(diào)口閥組流量特性設(shè)定曲線與實(shí)際曲線不一致的情況。汽輪機(jī) 調(diào)口閥組作為DEH系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其流量特性偏差過大會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)節(jié)流損失加 大、一次調(diào)頻的響應(yīng)負(fù)荷不足或者過大、AGC響應(yīng)變慢、閥口切換負(fù)荷波動(dòng)等問題，最終影響 機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003] 在汽輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行過程中，DCS系統(tǒng)每日存儲(chǔ)大量歷史數(shù)據(jù)，運(yùn)些數(shù)據(jù)來源于運(yùn) 行實(shí)際，是對(duì)機(jī)組運(yùn)行特性的全面、客觀反映，不可改變，具備絕對(duì)真實(shí)性。如何正確運(yùn)用歷 史數(shù)據(jù)，提取機(jī)組運(yùn)行特性，使其更好地為運(yùn)行實(shí)際服務(wù)，也是擺在工程技術(shù)人員面前的一 個(gè)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于噴嘴流量計(jì)算的汽輪機(jī)流量曲線辨識(shí)及優(yōu)化方 法，能夠辨識(shí)并優(yōu)化汽輪機(jī)調(diào)口閥組在特定主汽壓力下的實(shí)際流量特性曲線，使調(diào)口閥組 流量特性設(shè)定曲線與實(shí)際曲線一致，保證汽輪機(jī)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 陽〇化]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于噴嘴流量計(jì)算的汽輪機(jī)流量曲線辨識(shí)及優(yōu)化方法，包括W下步驟:A、在 汽輪機(jī)機(jī)組設(shè)置若干個(gè)采樣測(cè)點(diǎn)，并設(shè)定采樣周期和采樣時(shí)長，采集汽輪機(jī)機(jī)組的實(shí)時(shí)工 況數(shù)據(jù)，分析每個(gè)采樣測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)包含的參數(shù)類型是否完整，如果參數(shù)類型有缺 失則重新采集，如果參數(shù)類型無缺失則進(jìn)入步驟B;
[0007] B、在同一采樣周期內(nèi)，若一個(gè)或多個(gè)采樣測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)中有參數(shù)大小為 零，或者超出受其物理意義約束的數(shù)值范圍，則清除該采樣周期內(nèi)所有采樣測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工 況數(shù)據(jù)，得到基本采樣數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入步驟C;
[0008] C、從基本采樣數(shù)據(jù)中選取輸出功率值、主汽壓力值和總閥位值均連續(xù)穩(wěn)定若干個(gè) 采樣周期的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)中各個(gè)類型的參數(shù)進(jìn)行均值化處理，得到穩(wěn) 定采樣數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入步驟D;
[0009] D、根據(jù)得到的穩(wěn)定采樣數(shù)據(jù)，采用聚類分析方法中的K-中屯、點(diǎn)算法挖掘出表征 汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行特性的目標(biāo)數(shù)據(jù)集，得到采樣工況數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入步驟E;
[0010] E、將汽輪機(jī)主蒸汽入口至高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)后作為廣義噴嘴，根據(jù)正常投運(yùn)電廠機(jī) 組進(jìn)氣量與輸出功率值的線性關(guān)系W及噴嘴流量計(jì)算原理，計(jì)算機(jī)組在采樣工況下的實(shí)際 進(jìn)汽量，然后采用輸出功率值表征機(jī)組的實(shí)際進(jìn)氣量，在總閥位值不變的情況下，采用主汽 壓力變工況計(jì)算，得到將機(jī)組的采樣工況修正到特定主汽壓力下時(shí)機(jī)組的輸出功率值，進(jìn) 而辨識(shí)出特定主汽壓力下機(jī)組總閥位值與輸出功率值之間的關(guān)系，即為汽輪機(jī)調(diào)口閥組流 量特性曲線，然后進(jìn)入步驟F;
[0011] F、提取特定主汽壓力值為額定主汽壓力的汽輪機(jī)調(diào)口閥組流量特性曲線，根據(jù)機(jī) 組負(fù)荷調(diào)整的快速性和穩(wěn)定性對(duì)機(jī)組流量特性曲線的要求，分析額定主汽壓力下汽輪機(jī)調(diào) 口閥組流量特性曲線的線性度，然后采用分段線性方法對(duì)線性度不合理的區(qū)段進(jìn)行優(yōu)化， 得到優(yōu)化后的機(jī)組總閥位值與輸出功率值W及各閥閥位值之間的關(guān)系。
[0012] 所述的步驟E中汽輪機(jī)機(jī)組的實(shí)際進(jìn)氣量G為
[0013]
[0014] 式中流量系數(shù)
級(jí)組壓比εv=P2/pi，εV、εα分別為研究對(duì) 象級(jí)組的前后壓力比和臨界壓力比，Ρ、υ分別為級(jí)段工質(zhì)壓力和比容，Αν為機(jī)組通流截面 積，上標(biāo)代表級(jí)段參數(shù)的滯止值，下標(biāo)"1"表示級(jí)組前、下標(biāo)"2"表示級(jí)組后，"cr"表 示臨界狀態(tài)，采用輸出功率值表征機(jī)組的實(shí)際進(jìn)氣量G，則有
[0015]
[0016]式中k為機(jī)組的輸出功率值Ppi與實(shí)際進(jìn)氣量G的比例系數(shù)，機(jī)組通流截面積AV采 用總閥位值表征，然后在總閥位值不變的情況下進(jìn)行主汽壓力變工況計(jì)算，得到將機(jī)組的 采樣工況修正到特定主汽壓力下時(shí)機(jī)組的輸出功率值P'
[0017]
[0018] 式中上標(biāo)表示修正到特定主汽壓力下時(shí)機(jī)組對(duì)應(yīng)的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)，整理上兩 式，得到：
[0019]
[0020] 所述的步驟F中提取辨識(shí)得到額定主汽壓力下的汽輪機(jī)調(diào)口閥組流量特性曲線， 進(jìn)行高階次多項(xiàng)式擬合和線性化分析，然后采用分段線性方法對(duì)汽輪機(jī)調(diào)口閥組流量特性 曲線線性度不合理的區(qū)段進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，根據(jù)汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組通流能力與機(jī)組輸出負(fù) 荷的唯一確定關(guān)系，固定機(jī)組輸出功率值與各閥閥位值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后對(duì)汽輪機(jī)調(diào)口閥 組流量特性曲線線性度不合理的區(qū)段進(jìn)行線性優(yōu)化處理。
[0021] 所述的步驟D中將穩(wěn)定采樣數(shù)據(jù)按照數(shù)值距離分配到相應(yīng)的簇，目標(biāo)函數(shù)采用平 方誤差準(zhǔn)則，采用K-中屯、點(diǎn)算法挖掘出包含150個(gè)W上采樣工況的目標(biāo)數(shù)據(jù)集。
[0022] 所述的步驟C中輸出功率值、主汽壓力值和總閥位值連續(xù)穩(wěn)定的采樣周期為5個(gè) W上。
[0023] 本發(fā)明通過采集并挖掘汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，利用基于噴嘴流量計(jì)算的方 法辨識(shí)出汽輪機(jī)調(diào)口閥組在特定主汽壓力下的實(shí)際流量特性曲線，并采用分段線性方法對(duì) 實(shí)際流量特性曲線線性度不合理的區(qū)段進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整機(jī)組總閥位值與輸出功率值W及各 閥閥位值之間的關(guān)系，使優(yōu)化后的汽輪機(jī)調(diào)口閥組流量特性曲線與設(shè)定曲線一致，改善機(jī) 組運(yùn)行調(diào)節(jié)品質(zhì)。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖；
[0025] 圖2為采用本發(fā)明方法辨識(shí)得到的汽輪機(jī)調(diào)口閥組流量特性曲線；
[0026] 圖3為分段線性優(yōu)化后的汽輪機(jī)調(diào)口閥組流量特性曲線；
[0027] 圖4為分段線性優(yōu)化后的總閥位值與各閥閥位值對(duì)應(yīng)關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明所述的基于噴嘴流量計(jì)算的汽輪機(jī)流量曲線辨識(shí)及優(yōu)化方 法，包括W下步驟：
[0029] A、在汽輪機(jī)機(jī)組設(shè)置若干個(gè)采樣測(cè)點(diǎn)，并設(shè)定采樣周期和采樣時(shí)長，采集汽輪機(jī) 機(jī)組的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，分析每個(gè)采樣測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)包含的參數(shù)類型是否完整，如果 參數(shù)類型有缺失則重新采集，如果參數(shù)類型無缺失則進(jìn)入步驟B。
[0030] B、針對(duì)所有采樣測(cè)點(diǎn)，若在同一采樣周期內(nèi)，一個(gè)或多個(gè)采樣測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工況數(shù) 據(jù)中有參數(shù)大小為零，即出現(xiàn)空缺工況數(shù)據(jù)，或參數(shù)大小超出受其物理意義約束的數(shù)值范 圍，即出現(xiàn)異常工況數(shù)據(jù)時(shí)，剔除該采樣周期內(nèi)所有采樣測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，得到基本采 樣數(shù)據(jù)，分析基本采樣數(shù)據(jù)中各個(gè)類型參數(shù)的最大值和最小值，W確定各個(gè)類型參數(shù)的值 域范圍，然后進(jìn)入步驟C。
[0031] C、根據(jù)汽輪機(jī)機(jī)組的控制邏輯，從基本采樣數(shù)據(jù)中選取輸出功率值、主汽壓力值 和總閥位值均連續(xù)穩(wěn)定5個(gè)W上采樣周期的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，即輸出功率值、主汽壓力值和 總閥位值在5個(gè)W上采樣周期內(nèi)的變化偏差均小于各自的規(guī)定精度，然后對(duì)實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù) 中各個(gè)類型的參數(shù)進(jìn)行均值化處理，得到穩(wěn)定采樣數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入步驟D。
[0032] D、根據(jù)得到的穩(wěn)定采樣數(shù)據(jù)，采用聚類分析方法中的K-中屯、點(diǎn)算法，將穩(wěn)定采樣 數(shù)據(jù)按照數(shù)值距離分配到相應(yīng)的簇，目標(biāo)函數(shù)采用平方誤差準(zhǔn)則，挖掘出包含150個(gè)W上 采樣工況的目標(biāo)數(shù)據(jù)集，得到能夠表征汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行特性的采樣工況數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入步 驟E。
[0033] E、將汽輪機(jī)主蒸汽入口至高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)后作為廣義噴嘴，根據(jù)正常投運(yùn)電廠機(jī) 組進(jìn)氣量與輸出功率值的線性關(guān)系W及噴嘴流量計(jì)算原理，計(jì)算機(jī)組在采樣工況下的實(shí)際 進(jìn)汽量，然后采用輸出功率值表征機(jī)組的實(shí)際進(jìn)氣量，在總閥位值不變的情況下，采用主汽 壓力變工況計(jì)算，得到將機(jī)組的采樣工況修正到特定主汽壓力下時(shí)機(jī)組的輸出功率值，進(jìn) 而辨識(shí)出特定主汽壓力下機(jī)組總閥位值與輸出功率值之間的關(guān)系，即為汽輪機(jī)調(diào)口閥組流 量特性曲線。
[0034] 汽輪機(jī)機(jī)組的實(shí)際進(jìn)氣量G為
[0035]
[0036] 式中流量系數(shù)
級(jí)組壓比εv=P2/pi，εV、εα分別為研究對(duì) 象級(jí)組的前后壓力比和臨界壓力比，Ρ、υ分別為級(jí)段工質(zhì)壓力和比容，Αν為機(jī)組通流截面 積，上標(biāo)代表級(jí)段參數(shù)的滯止值，下標(biāo)"1"表示級(jí)組前、下標(biāo)"2"表示級(jí)組后，"cr"表 示臨界狀態(tài)，采用輸出功率值？。1表征機(jī)組的實(shí)際進(jìn)氣量G，則有
[0037]
[0038] 式中k為機(jī)組的輸出功率值Ppi與實(shí)際進(jìn)氣量G的比例系數(shù)。因?yàn)椴蓸庸r數(shù)據(jù) 中沒有調(diào)節(jié)汽口的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，而機(jī)組通流截面積Αν與總閥位值為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，故機(jī) 組通流截面積Αν采用總閥位值表征，然后在總閥位值不變的情況下進(jìn)行主汽壓力變工況計(jì) 算，得到將機(jī)組的采樣工況修正到特定主汽壓力下時(shí)機(jī)組的輸出功率值Ρ'
[0039]
[0040] 式中上標(biāo)表示修正到特定主汽壓力下時(shí)機(jī)組對(duì)應(yīng)的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)，整理上兩 式，得到：
[0041 ]
[0042] 由