瑞光熱電廠對機場供冷控制系統(tǒng)的應用與研究

袁宇田，李方春，龍志強，劉乾坤

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瑞光熱電廠對機場供冷控制系統(tǒng)的應用與研究

袁宇田，李方春，龍志強，劉乾坤

（山西瑞光熱電有限責任公司，山西 榆次 030600）

針對瑞光熱電廠對外供冷系統(tǒng)的應用與研究，發(fā)現(xiàn)制冷機組的效率低、人為操作頻繁、沒有實現(xiàn)自動控制的運行方式，在節(jié)約熱能和電能方面均不能很好協(xié)調。所以急需設計出一套自動控制方案，對溴化鋰制冷機組熱網(wǎng)水溫度和冷凍水溫度進行模擬控制，對熱網(wǎng)水溫度的遲延采用Smith預估器。由于人工操作繁雜，且不能很好控制熱網(wǎng)水的溫度，使溴化鋰機組不能在額定的功率下運行，所以在運行成本方面有很多熱能被浪費。只有實現(xiàn)自動控制，才可以降低熱能損失，達到最好的制冷效果；而且對促進經(jīng)濟發(fā)展、改善大氣環(huán)境都有重要意義[4]。

電廠供冷；Smith預估器；串級控制；自動控制

近年來，能源和環(huán)保問題越來越受到重視，集中供冷和集中供熱，對改善大氣環(huán)境有同樣重要的作用。瑞光電廠利用汽輪機的末端熱能，探索夏季采用溴化鋰制冷技術給機場供冷，降低了對電能的依賴，減輕了依賴傳統(tǒng)的氟利昂壓縮式空調對環(huán)境的污染。

此制冷系統(tǒng)目前采用的是人工加半自動控制的模式，需要設計一套智能控制方案，以降低人工操作的復雜度和操作誤差的頻率，實現(xiàn)長距離自動調節(jié)，為用戶提供舒適的室內溫度。

1 當前的狀況

目前，大部分設備沒有實現(xiàn)自動控制，人工調節(jié)容易出現(xiàn)失誤動作或過大偏差。熱網(wǎng)管道長度為12.4 km，系統(tǒng)本身帶有很大的規(guī)律性遲延，通過調節(jié)冷卻循環(huán)水單位時間內流量，控制用戶的室內溫度在某一恒定值。人為調節(jié)過程容易出現(xiàn)熱網(wǎng)供給水的熱量與制冷機組所需的熱量不協(xié)調，造成熱量的浪費。

2 需要解決問題

需要解決問題主要有以下幾方面：①在節(jié)約能源和降低運行成本方面實現(xiàn)自動控制，運用一些算法程序，可以在節(jié)約電能和節(jié)約熱能的關系式上找到最優(yōu)的控制方案。②通過自動調節(jié)換熱器進汽閥的開度和冷卻循環(huán)水的流量，實現(xiàn)自動控制用戶的室內溫度在舒適的溫度范圍內。③白天和夜間的環(huán)境溫度變化較大，根據(jù)環(huán)境溫度的變化，實現(xiàn)自動調節(jié)制冷機組負荷。④調整設備的運行參數(shù)，實現(xiàn)自動控制用戶的室內溫度值，減少人為操作，降低容易出現(xiàn)誤差的概率。

3 工藝系統(tǒng)介紹

3.1 系統(tǒng)工藝流程圖

系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的工藝流程圖

3.2 工藝系統(tǒng)介紹

整個系統(tǒng)包含一個蒸汽進汽閥V1，熱網(wǎng)循環(huán)泵組A，熱網(wǎng)循環(huán)水調節(jié)閥V2，旁路閥V3，冷卻水泵組B，冷凍水泵組C。溴化鋰制冷機組是利用水在高真空狀態(tài)下低沸點汽化，吸收熱量從而制取7 ℃左右冷凍水，再由冷凍循環(huán)泵提供給用戶室內冷源的系統(tǒng)裝置。

選擇熱網(wǎng)供水3而不選擇熱網(wǎng)回水溫度作為被控制量，是因為熱網(wǎng)供水溫度3達到120 ℃是制冷機組在額定功率下工作時的效率最高條件，此時制冷機組的工作效率最高可達到75%，同時，制冷機組的功率也是影響用戶回水溫度2的因素。換熱器是把來自汽輪機的240 ℃末端抽汽的熱能，傳遞給換熱器的熱網(wǎng)循環(huán)水至120 ℃的裝置。

4 設計控制方案

4.1 選擇控制變量

選擇用戶回水溫度2、熱網(wǎng)供水溫度3作為被控制變量；選擇冷凍水流量為1、冷卻水流量2、熱網(wǎng)循環(huán)水流量為3、熱網(wǎng)加熱器進汽閥1為控制變量。

4.2 影響被控變量的因素

抓住主要因素，忽略次要因素，影響用戶回水溫度2的因素有冷卻水流量2和冷凍水流量1.影響熱網(wǎng)供水溫度3的因素有熱網(wǎng)循環(huán)水流量3和熱網(wǎng)加熱器進汽閥開度1.引起控制變量遲延的因素有冷凍水流量1和熱網(wǎng)循環(huán)水流量3.在整個供冷系統(tǒng)中加入一個消除遲延的環(huán)節(jié)，這里選擇自適應補償環(huán)節(jié)。

4.3 建立模型

4.3.1 對用戶回水溫度2控制的模型建立

4.3.2 對熱網(wǎng)供水溫度3控制的模型建立

4.4 系統(tǒng)仿真

4.4.1 冷凍水溫度2的模擬控制

根據(jù)冷凍水溫度2及其影響因素的特點，選擇串級復合控制，控制回路檢測溫度測量值2與設定的0=12 ℃偏差。對用戶回水溫度2采用串級復合控制，利用Simulink仿真。控制信號方框如圖2所示。

圖2 控制信號方框圖

4.4.2 熱網(wǎng)循環(huán)水溫度3的模擬控制

在這個控制回路檢測熱網(wǎng)循環(huán)水溫度測量值3與設定的1=120 ℃偏差。熱網(wǎng)供水溫度3受熱網(wǎng)循環(huán)水流量3和換熱器進汽調節(jié)閥開度1的影響。根據(jù)所需熱網(wǎng)供水溫度的設定值=120 ℃，對用戶回水溫度2采用串級復合控制。又因熱網(wǎng)供水系統(tǒng)存在遲延，所以針對熱網(wǎng)側被控對象的特點，采用Smith預估器，控制方框如圖3所示。

圖3 控制方框圖

Smith預估模型具有提前預估、消除遲延的作用。這時整個熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

利用Simulink仿真，在加入階躍信號時，得到被控制量2，3的響應曲線如圖4所示。

注：2表示制冷機組供冷凍水的溫度，3表示熱網(wǎng)水供水的溫度。

圖42，3的響應曲線圖

5 結束語

在這一過程中，控制系統(tǒng)所消耗的能量近似分為熱能和電能兩部分。為了節(jié)約熱能，通常把熱網(wǎng)換熱器進汽閥開度1調到適當值；為了節(jié)約電能通常把冷卻水流量調到適當值，即在滿足主要控制量2和次要控制量3等于各自的給定值的條件下，協(xié)調好所供熱量與所需熱量以及它們所消耗的電能。如果實現(xiàn)智能控制，可減少人為操作，降低運行成本，同時既減少熱能的損耗又降低電能的消耗。

［1］方康玲，王新民，潘煉，等.過程控制系統(tǒng)及其MATLAB實現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［2］張麗香，林金棟，降愛琴，等.自動調節(jié)原理及系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［3］胡浩，王洪誠，張偉偉，等.基于串級控制的加熱爐Smith預估溫度控制系統(tǒng)［J］.自動化技術與應用，2014，33（12）.

［4］邵莉，王美霞，雙效溴化鋰吸收式制冷機熱工參數(shù)控制的計算機仿真［J］.制冷，2001，9（03）.

2095－6835（2018）20－0150－02

TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.150

袁宇田（1968—），男，山西保德人，大學本科，總經(jīng)理，主要從事發(fā)電廠管理工作。李方春（1981—），男，新疆新源人，2004年畢業(yè)于西安理工大學電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，主要從事發(fā)電廠設備管理工作。龍志強（1982—），男，山西太原人，2005年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W校工業(yè)電氣自動化技術專業(yè)，工程師，主要從事發(fā)電廠設備管理工作。劉乾坤（1982—），男，河南鄲城人，山西大學數(shù)學科學學院碩士，主要從事控制工程方面的研究。

〔編輯：嚴麗琴〕