[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

说明书

冷端系统消耗的电量占水冷发电机组总发电量的1％‑1.5％，通过冷端优化可以降低水冷发电机组厂用电率进而提高发电机组效率。为此，本发明公开了一种基于数字孪生的水冷发电机组冷端系统优化方法，该方法采用主成分分析法‑长短期记忆网络算法建立了凝汽器传热性能数字孪生模型，结合汽轮机、凝汽器变工况特性计算，获得计算汽轮机输出功率随循环水流量的变化规律，进而通过循环水流量优化实现水冷发电机组效率的最大化。本发明可以获得不同工况下最佳循环水泵运行方式，降低冷端损失，提高机组输出功率，提高水冷发电机组经济效益。

技术领域

本发明属于热力发电冷端优化技术领域，具体为一种基于数字孪生的水冷发电机组冷端系统优化方法。本发明帮助优化冷端运行方式，给机组冷端策略提供指导。

背景技术

随着近些年大数据以及人工智能技术的快速发展，智能技术也逐渐应用于工业生产中，并且推动着下一代制造业技术的发展，数字孪生是一个多学科交叉、多物理量、多尺度的仿真过程，该技术的本质是构建一个能反映物理实体的虚拟模型来实现数据和机理模型的交互。冷端系统主要包括凝汽器和循环水泵两个设备，凝汽器是冷端系统中的核心设备，其作用是维持一定的背压。凝汽器的性能不仅仅对汽轮机整体热效率有一定的影响，还对汽轮机的安全运行有一定的影响。循环水泵是汽轮机系统中最重要的辅机之一，因此要确保循环水泵所处工况为最佳工作工况来提高机组功率效益，获得最大收益。

随着电网对电力机组经济效益要求的进一步提升，对于主要用电辅机的优化受到了更多关注。循环水泵是电厂中消耗电量较大的辅机之一，所占电厂总发电量的1％～1.5％。

发明内容

本发明专利针对冷端优化中凝结水泵运行方式调节条件单一、未获得最大紧急效益的问题，提出一种基于数字孪生的水冷发电机组冷端系统优化方法。本发明通过优化水冷机组循环水泵运行方式，可减少不必要的冷端用电，进一步提高机组功率效益。

为达成上述目的，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于数字孪生的水冷发电机组冷端系统优化方法，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；