[发明专利]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

权利要求书

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Q_j、电机输入功率P_dj和系统耗电功率P_d；

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系统耗电功率，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经济性分析与最优变频调速组合运行方案确定；

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Q_j、电机输入功率P_dj和系统耗电功率P_d，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：

H_j＝A_j·Q_j²+B_j·Q_j+C_j(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；H_j为第j台水泵机组额定转速下的水泵扬程，m；A_j、B_j、C_j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n_jr，调速后转速为n_j，变速比为k_j，k_j＝n_j/n_jr，则根据水泵比例率，变速水泵流量-扬程性能曲线方程为：

H_j＝A_j·Q_j²+B_j·k_j·Q_j+C_j·k_j²(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，k_j＝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H_st与管路阻力系数S，管路特性曲线方程表示为：

多台水泵并联运行，其扬程相等，即H_j＝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Q_j(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)：

其中：ρ为水的密度，kg/m³；g为重力加速度，m/s²；η_pj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；η_cj为第j台水泵机组传动效率，直联传动时为100％；η_dj为第j台水泵机组电机效率；η_bj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

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系统耗电功率，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不同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+水泵机组组合运行和全变频调速+水泵机组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所有水泵机组均实施变频调速，计算电厂净发电功率ΔP_r，即为

式中：ΔP_r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；P_i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；P_dj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；

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，其过程如下：

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ΔP_r最大的循环冷却水系统水泵机组单泵变频调速变速比，如表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ΔP_r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；

表1某汽轮机工况下，某种运行水泵台数单变频调速不同变速比时电厂净发电功率样表

如表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℃共31×16＝496种汽轮机工况下循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案，绘制成表格，表格横向格为汽轮机不同负荷率，纵向格为冷却水不同进水温度，每个单元格对应汽轮机一个运行工况，用粗实折线将循环冷却水系统最优运行方案的不同水泵运行台数划分为不同区域，循环冷却水系统水泵机组单变频调速最优组合运行方案的水泵运行台数通过对应所述汽轮机工况的单元格所在的区域判断，参与运行的水泵仅有1台变速，单元格内数据为变速泵的变速比；该表格可供电厂实际优化运行调整使用；

表2循环冷却水系统单变频调速最优组合运行方案样表

步骤E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全变频调速最优组合运行方案，其过程如下：

将方程组(2)中循环冷却水系统所有参与运行的n台水泵流量-扬程曲线方程中的变速比全部采用k，用步骤A、B和C所述方法，计算某一确定负荷率和冷却水进水温度的汽轮机工况下，循环冷却水系统分别运行可能的n＝1，2，…台水泵机组全部统一实施变频——全变频调速组合运行的各种水泵变速比方案的电厂净发电功率，确定每一种水泵运行台数的最大净发电功率及其对应的水泵变速比，在所有不同水泵运行台数的方案中，选取最大净发电功率最大者，即为所述汽轮机工况下循环冷却水系统水泵机组全变频调速最优组合运行方案，包括水泵运行台数和所有水泵的变速比；

计算确定出具有均匀小间隔的多种负荷率和冷却水进水温度的多个汽轮机工况下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，绘制成如表3的表格，表中用粗折线自左上向右下分开循环冷却水系统水泵机组全变频调速最优组合运行方案中代表不同水泵运行台数的区域，表3中粗折线分开的4个区域自左上向右下分别为循环冷却水系统运行1台、2台、3台和4台水泵机组，根据横坐标汽轮机负荷率和纵坐标冷却水进水温度确定汽轮机工况对应的单元格，所述单元格所在区域对应全变频调速最优组合运行方案的水泵运行台数，所述单元格内的数字即为所有运行水泵的变速比，该表格供电厂实际优化运行调整使用；

表3循环冷却水系统全变频调速最优组合运行方案样表

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F所述的根据步骤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经济性分析与最优变频调速组合运行方案确定如下：

对具体电厂，根据统计的每年的运行季节和天数，每天运行24h，确定电厂所在地区每年汽轮机运行的各种负荷率和冷却水各种进水温度的小时数，考虑上网电价k_电，循环冷却水系统实施水泵机组单变频调速最优组合运行和全变频调速最优组合运行，较系统原实际运行方案年增加净收益分别为

ΔS₁＝(W₁-W₀)k_电 (7)

ΔS_全＝(W_全-W₀)k_电 (8)

式中：W₀，W₁，W_全分别为循环冷却水系统原运行方案、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的电厂年净发电量，与原方案相比，单变频优化运行方案和全变频优化运行方案电厂年净收益增加相对值分别为

δ₁＝(W₁-W₀)/W₀ (9)

δ_全＝(W_全-W₀)/W₀ (10)

循环冷却水系统水泵机组实施单变频调速最优组合运行方案，需设置1套变频装置，增加设备成本为F_bp；设循环冷却水系统水泵机组实施全变频调速最优组合运行方案，水泵机组最大运行台数为N，即需设置N套变频装置，增加设备成本为N·F_bp，设存款年利率为i_利，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增加的变频设备的投资还本年限t₁、t_全分别用式(11)、(12)求解计算：

一般要求，新增设备投资还本年限小于7～8年为合理；

考虑循环冷却水系统运行寿命T年，循环冷却水系统原运行方案运行T年的电厂取得的换算成T年以后的净效益S_0T为

循环冷却水系统水泵机组实施单变频调速最优组合运行方案，扣除增加的变频装置成本后，电厂运行T年换算成T年以后的净效益S_1T为

循环冷却水系统水泵机组实施全变频调速最优组合运行方案，扣除N套变频装置的设备成本后，电厂运行T年换算成T年以后的净效益S_全T为

电厂在循环冷却水系统寿命期T内，循环冷却水系统水泵机组单变频和全变频两种最优调速组合优化运行方案，分别较原实际运行方案增加净效益

ΔS_1T＝S_1T-S_0T (16)

ΔS_全T＝S_全T-S_0T (17)

在水泵机组单变频和全变频两种最优调速组合优化运行方案中，选取增加净效益大者为循环冷却水系统水泵机组最优变频调速组合运行方案。