[发明专利]一种基于数字孪生的水冷发电机组冷端系统优化方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的水冷发电机组冷端系统优化方法，其特征在于：冷端系统包括汽轮机低压缸(1)、凝汽器(2)、凝结水泵(3)、回热系统(4)和循环水泵(5)，汽轮机低压缸(1)进汽来自中压缸，汽轮机低压缸(1)排汽口与凝汽器(2)蒸汽入口相连，汽轮机低压缸(1)抽汽口与回热系统(4)抽汽进口相连，凝汽器(2)凝结水出口与凝结水泵(3)凝结水入口相连，凝结水泵(3)凝结水出口与回热器(4)给水入口相连，回热器(4)给水出口流入下一级回热器，回热器(4)凝结水出口与凝汽器(2)疏水入口相连，循环水泵(5)出口与凝汽器(2)冷却水入口相连，循环水泵(5)入口与循环水入口相连，凝汽器(2)冷却水出口与循环水出口相连；

冷端系统优化方法以水冷发电机组净输出功率最大为目标函数进行冷端优化：

max(ΔN)＝max(ΔN_T-ΔN_p)  (1)

式中：ΔN为水冷发电机组冷端系统输出净功率，ΔN_T为汽轮机低压缸(1)输出功率增量，ΔN_p为循环水泵(5)耗功增量；

步骤一、获得凝汽器(2)的传热性能，凝汽器(2)换热系数K采用别尔曼公式计算：

K＝4070ξφ_wφ_tφ_zφ_δ  (2)

式中：K为凝汽器传热系数，kW·m^-2·℃^-1；ξ为凝汽器(2)的清洁系数；φ_w为冷却管内流速和管径的修正系数；φ_t为冷却水进口温度修正系数；φ_z为冷却水流程数的修正系数；φ_δ为考虑凝汽器变工况计算时的蒸汽负荷的修正系数；

凝汽器(2)的清洁系数ξ采用主成分分析法-长短期记忆网络算法PCA-LSTM，利用冷端系统测量数据构建在线计算模型，利用历史数据进行辨识获得；

步骤二、结合汽轮机低压缸(1)排汽量D_c、凝结水量D_w、凝汽器(2)换热系数K，通过以下过程获得凝汽器(2)压力p_c；

凝汽器压力p_c为湿蒸汽饱和压力，由饱和温度t_n查询水-水蒸汽参数表得到，即：

p_c＝f(t_n)  (3)

凝汽器(2)变工况模型中湿饱和蒸汽的饱和温度t_n计算式如下：

t_n＝Δt+δt+t_w1  (4)

式中：Δt为凝汽器(2)中循环水温升，℃；δt为凝汽器(2)传热端差，℃；t_w1为循环水进口水温，℃；

凝汽器(2)中循环水温升Δt为：

式中：h_c为凝汽器(2)进口蒸汽焓，kJ/kg；h_c'为凝汽器(2)出口水焓，kJ/kg；

凝汽器(2)中传热端差δt为：

式中：A为凝汽器(2)换热面积，m²；

步骤三、通过汽轮机制造商所提供的汽轮机背压变化与汽轮机功率的特性曲线计算不同背压条件下的汽轮机低压缸(1)初始工况输出功率N_T：

N_T＝D_c(h₁-h_c)

  ＝D_c(h₁-f(p_c,η))  （7）

式中：N_T为汽轮机低压缸(1)初始工况输出功率，kW；D_c为汽轮机低压缸(1)排汽量，kg·s^-1；h₁为汽轮机低压缸(1)入口蒸汽焓，kJ/kg；h_c为汽轮机低压缸(1)初始工况排气焓，kJ/kg；p_c为凝汽器(2)初始工况压力，MPa；η为汽轮机低压缸效率；

对于汽轮机低压缸(1)输出功率增量ΔN_T，由汽轮机低压缸(1)排汽量和凝汽器(2)压力变化，结合汽轮机低压缸(1)效率进行计算：

ΔN_T＝N_T'-N_T

    ＝(D_c(h₁-h_c”)-D_c(h₁-h_c))

    ＝D_c(h_c-h_c”)

    ＝D_c(f(p_c,η)-f(p_c',η))  （8）

式中：N_T、N_T'分别为汽轮机低压缸(1)初始工况输出功率和变工况输出功率，kW；h_c”为汽轮机低压缸(1)变工况排气焓，kJ/kg；p_c'为凝汽器(2)变工况压力，MPa；

步骤四、通过循环水泵(5)特性计算改变循环水流量时的循环水泵(5)耗功增量ΔN_p：

ΔN_p＝N_p'-N_p   (9)

式中：N_p、N_p'分别为循环水泵(5)初始工况耗功和变工况耗功；

步骤五、改变循环水流量，重复步骤二至步骤四；找出水冷发电机组冷端系统输出净功率ΔN的最大值，此时水冷发电机组冷端系统的输出净功率最大，对应循环水泵(5)的最佳运行方式，凝汽器(2)真空为最佳真空，对应的循环水流量为最佳循环水流量。