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

【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算的汽輪機流量曲線辨識及優(yōu)化方 法，能夠辨識并優(yōu)化汽輪機調(diào)口閥組在特定主汽壓力下的實際流量特性曲線，使調(diào)口閥組 流量特性設(shè)定曲線與實際曲線一致，保證汽輪機機組的安全穩(wěn)定運行。 陽〇化]為實現(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算的汽輪機流量曲線辨識及優(yōu)化方法，包括W下步驟:A、在 汽輪機機組設(shè)置若干個采樣測點，并設(shè)定采樣周期和采樣時長，采集汽輪機機組的實時工 況數(shù)據(jù)，分析每個采樣測點的實時工況數(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)類型無缺失則進入步驟B;
[0007] B、在同一采樣周期內(nèi)，若一個或多個采樣測點的實時工況數(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)所有采樣測點的實時工 況數(shù)據(jù)，得到基本采樣數(shù)據(jù)，然后進入步驟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 采樣周期的實時工況數(shù)據(jù)，并對實時工況數(shù)據(jù)中各個類型的參數(shù)進行均值化處理，得到穩(wěn) 定采樣數(shù)據(jù)，然后進入步驟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、點算法挖掘出表征 汽輪機機組運行特性的目標數(shù)據(jù)集，得到采樣工況數(shù)據(jù)，然后進入步驟E;
[0010] E、將汽輪機主蒸汽入口至高壓缸調(diào)節(jié)級級后作為廣義噴嘴，根據(jù)正常投運電廠機 組進氣量與輸出功率值的線性關(guān)系W及噴嘴流量計算原理，計算機組在采樣工況下的實際 進汽量，然后采用輸出功率值表征機組的實際進氣量，在總閥位值不變的情況下，采用主汽 壓力變工況計算，得到將機組的采樣工況修正到特定主汽壓力下時機組的輸出功率值，進 而辨識出特定主汽壓力下機組總閥位值與輸出功率值之間的關(guān)系，即為汽輪機調(diào)口閥組流 量特性曲線，然后進入步驟F;
[0011] F、提取特定主汽壓力值為額定主汽壓力的汽輪機調(diào)口閥組流量特性曲線，根據(jù)機 組負荷調(diào)整的快速性和穩(wěn)定性對機組流量特性曲線的要求，分析額定主汽壓力下汽輪機調(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線性度不合理的區(qū)段進行優(yōu)化， 得到優(yōu)化后的機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中汽輪機機組的實際進氣量G為
[0013]
[0014] 式中流量系數(shù)
級組壓比εv=P2/pi，εV、εα分別為研究對 象級組的前后壓力比和臨界壓力比，Ρ、υ分別為級段工質(zhì)壓力和比容，Αν為機組通流截面 積，上標代表級段參數(shù)的滯止值，下標"1"表示級組前、下標"2"表示級組后，"cr"表 示臨界狀態(tài)，采用輸出功率值表征機組的實際進氣量G，則有
[0015]
[0016]式中k為機組的輸出功率值Ppi與實際進氣量G的比例系數(shù)，機組通流截面積AV采 用總閥位值表征，然后在總閥位值不變的情況下進行主汽壓力變工況計算，得到將機組的 采樣工況修正到特定主汽壓力下時機組的輸出功率值P'
[0017]
[0018] 式中上標表示修正到特定主汽壓力下時機組對應(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中提取辨識得到額定主汽壓力下的汽輪機調(diào)口閥組流量特性曲線， 進行高階次多項式擬合和線性化分析，然后采用分段線性方法對汽輪機調(diào)口閥組流量特性 曲線線性度不合理的區(qū)段進行優(yōu)化時，根據(jù)汽輪機實際運行中機組通流能力與機組輸出負 荷的唯一確定關(guān)系，固定機組輸出功率值與各閥閥位值的對應(yīng)關(guān)系，然后對汽輪機調(diào)口閥 組流量特性曲線線性度不合理的區(qū)段進行線性優(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，目標函數(shù)采用平 方誤差準則，采用K-中屯、點算法挖掘出包含150個W上采樣工況的目標數(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 W上。
[0023] 本發(fā)明通過采集并挖掘汽輪機機組運行的歷史數(shù)據(jù)，利用基于噴嘴流量計算的方 法辨識出汽輪機調(diào)口閥組在特定主汽壓力下的實際流量特性曲線，并采用分段線性方法對 實際流量特性曲線線性度不合理的區(qū)段進行優(yōu)化，調(diào)整機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)化后的汽輪機調(diào)口閥組流量特性曲線與設(shè)定曲線一致，改善機 組運行調(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)明方法辨識得到的汽輪機調(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應(yīng)關(guān)系。
【具體實施方式】
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明所述的基于噴嘴流量計算的汽輪機流量曲線辨識及優(yōu)化方 法，包括W下步驟：
[0029] A、在汽輪機機組設(shè)置若干個采樣測點，并設(shè)定采樣周期和采樣時長，采集汽輪機 機組的實時工況數(shù)據(jù)，分析每個采樣測點的實時工況數(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)類型無缺失則進入步驟B。
[0030] B、針對所有采樣測點，若在同一采樣周期內(nèi)，一個或多個采樣測點的實時工況數(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，剔除該采樣周期內(nèi)所有采樣測點的實時工況數(shù)據(jù)，得到基本采 樣數(shù)據(jù)，分析基本采樣數(shù)據(jù)中各個類型參數(shù)的最大值和最小值，W確定各個類型參數(shù)的值 域范圍，然后進入步驟C。
[0031] C、根據(jù)汽輪機機組的控制邏輯，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W上采樣周期的實時工況數(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，然后對實時工況數(shù)據(jù) 中各個類型的參數(shù)進行均值化處理，得到穩(wěn)定采樣數(shù)據(jù)，然后進入步驟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，目標函數(shù)采用平方誤差準則，挖掘出包含150個W上 采樣工況的目標數(shù)據(jù)集，得到能夠表征汽輪機機組運行特性的采樣工況數(shù)據(jù)，然后進入步 驟E。
[0033] E、將汽輪機主蒸汽入口至高壓缸調(diào)節(jié)級級后作為廣義噴嘴，根據(jù)正常投運電廠機 組進氣量與輸出功率值的線性關(guān)系W及噴嘴流量計算原理，計算機組在采樣工況下的實際 進汽量，然后采用輸出功率值表征機組的實際進氣量，在總閥位值不變的情況下，采用主汽 壓力變工況計算，得到將機組的采樣工況修正到特定主汽壓力下時機組的輸出功率值，進 而辨識出特定主汽壓力下機組總閥位值與輸出功率值之間的關(guān)系，即為汽輪機調(diào)口閥組流 量特性曲線。
[0034] 汽輪機機組的實際進氣量G為
[0035]
[0036] 式中流量系數(shù)
級組壓比εv=P2/pi，εV、εα分別為研究對 象級組的前后壓力比和臨界壓力比，Ρ、υ分別為級段工質(zhì)壓力和比容，Αν為機組通流截面 積，上標代表級段參數(shù)的滯止值，下標"1"表示級組前、下標"2"表示級組后，"cr"表 示臨界狀態(tài)，采用輸出功率值？。1表征機組的實際進氣量G，則有
[0037]
[0038] 式中k為機組的輸出功率值Ppi與實際進氣量G的比例系數(shù)。因為采樣工況數(shù)據(jù) 中沒有調(diào)節(jié)汽口的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，而機組通流截面積Αν與總閥位值為一一對應(yīng)關(guān)系，故機 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行主汽壓力變工況計 算，得到將機組的采樣工況修正到特定主汽壓力下時機組的輸出功率值Ρ'
[0039]
[0040] 式中上標表示修正到特定主汽壓力下時機組對應(yīng)的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)，整理上兩 式，得到：
[0041 ]
[0042] 由