袁宇田，李方春，龍志強(qiáng)，劉乾坤

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瑞光熱電廠對(duì)機(jī)場(chǎng)供冷控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

袁宇田，李方春，龍志強(qiáng)，劉乾坤

（山西瑞光熱電有限責(zé)任公司，山西 榆次 030600）

針對(duì)瑞光熱電廠對(duì)外供冷系統(tǒng)的應(yīng)用與研究，發(fā)現(xiàn)制冷機(jī)組的效率低、人為操作頻繁、沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的運(yùn)行方式，在節(jié)約熱能和電能方面均不能很好協(xié)調(diào)。所以急需設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)控制方案，對(duì)溴化鋰制冷機(jī)組熱網(wǎng)水溫度和冷凍水溫度進(jìn)行模擬控制，對(duì)熱網(wǎng)水溫度的遲延采用Smith預(yù)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(jī)組不能在額定的功率下運(yùn)行，所以在運(yùn)行成本方面有很多熱能被浪費(fèi)。只有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，才可以降低熱能損失，達(dá)到最好的制冷效果；而且對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善大氣環(huán)境都有重要意義[4]。

電廠供冷；Smith預(yù)估器；串級(jí)控制；自動(dòng)控制

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

此制冷系統(tǒng)目前采用的是人工加半自動(dòng)控制的模式，需要設(shè)計(jì)一套智能控制方案，以降低人工操作的復(fù)雜度和操作誤差的頻率，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離自動(dòng)調(diào)節(jié)，為用戶提供舒適的室內(nèi)溫度。

1 當(dāng)前的狀況

目前，大部分設(shè)備沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，人工調(diào)節(jié)容易出現(xiàn)失誤動(dòng)作或過(guò)大偏差。熱網(wǎng)管道長(zhǎng)度為12.4 km，系統(tǒng)本身帶有很大的規(guī)律性遲延，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻循環(huán)水單位時(shí)間內(nèi)流量，控制用戶的室內(nèi)溫度在某一恒定值。人為調(diào)節(jié)過(guò)程容易出現(xiàn)熱網(wǎng)供給水的熱量與制冷機(jī)組所需的熱量不協(xié)調(diào)，造成熱量的浪費(fèi)。

2 需要解決問(wèn)題

需要解決問(wèn)題主要有以下幾方面：①在節(jié)約能源和降低運(yùn)行成本方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，運(yùn)用一些算法程序，可以在節(jié)約電能和節(jié)約熱能的關(guān)系式上找到最優(yōu)的控制方案。②通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)換熱器進(jìn)汽閥的開(kāi)度和冷卻循環(huán)水的流量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制用戶的室內(nèi)溫度在舒適的溫度范圍內(nèi)。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(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷機(jī)組負(fù)荷。④調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制用戶的室內(nèi)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(gè)系統(tǒng)包含一個(gè)蒸汽進(jìn)汽閥V1，熱網(wǎng)循環(huán)泵組A，熱網(wǎng)循環(huán)水調(diào)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(jī)組是利用水在高真空狀態(tài)下低沸點(diǎn)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(nèi)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?yàn)闊峋W(wǎng)供水溫度3達(dá)到120 ℃是制冷機(jī)組在額定功率下工作時(shí)的效率最高條件，此時(shí)制冷機(jī)組的工作效率最高可達(dá)到75%，同時(shí)，制冷機(jī)組的功率也是影響用戶回水溫度2的因素。換熱器是把來(lái)自汽輪機(jī)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(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)汽閥開(kāi)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(gè)供冷系統(tǒng)中加入一個(gè)消除遲延的環(huán)節(jié)，這里選擇自適應(yīng)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。

4.3 建立模型

4.3.1 對(duì)用戶回水溫度2控制的模型建立

4.3.2 對(duì)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(diǎn)，選擇串級(jí)復(fù)合控制，控制回路檢測(cè)溫度測(cè)量值2與設(shè)定的0=12 ℃偏差。對(duì)用戶回水溫度2采用串級(jí)復(fù)合控制，利用Simulink仿真?？刂菩盘?hào)方框如圖2所示。

圖2 控制信號(hào)方框圖

4.4.2 熱網(wǎng)循環(huán)水溫度3的模擬控制

在這個(gè)控制回路檢測(cè)熱網(wǎng)循環(huán)水溫度測(cè)量值3與設(shè)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(jìn)汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度1的影響。根據(jù)所需熱網(wǎng)供水溫度的設(shè)定值=120 ℃，對(duì)用戶回水溫度2采用串級(jí)復(fù)合控制。又因熱網(wǎng)供水系統(tǒng)存在遲延，所以針對(duì)熱網(wǎng)側(cè)被控對(duì)象的特點(diǎn)，采用Smith預(yù)估器，控制方框如圖3所示。

圖3 控制方框圖

Smith預(yù)估模型具有提前預(yù)估、消除遲延的作用。這時(shí)整個(gè)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(hào)時(shí)，得到被控制量2，3的響應(yīng)曲線如圖4所示。

注：2表示制冷機(jī)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(yīng)曲線圖

5 結(jié)束語(yǔ)

在這一過(guò)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(jìn)汽閥開(kāi)度1調(diào)到適當(dāng)值；為了節(jié)約電能通常把冷卻水流量調(diào)到適當(dāng)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(diào)好所供熱量與所需熱量以及它們所消耗的電能。如果實(shí)現(xiàn)智能控制，可減少人為操作，降低運(yùn)行成本，同時(shí)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(guò)程控制系統(tǒng)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［2］張麗香，林金棟，降愛(ài)琴，等.自動(dòng)調(diào)節(jié)原理及系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［3］胡浩，王洪誠(chéng)，張偉偉，等.基于串級(jí)控制的加熱爐Smith預(yù)估溫度控制系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2014，33（12）.

［4］邵莉，王美霞，雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)熱工參數(shù)控制的計(jì)算機(jī)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(xué)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(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，主要從事發(fā)電廠設(shè)備管理工作。龍志強(qiáng)（1982—），男，山西太原人，2005年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校工業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)，工程師，主要從事發(fā)電廠設(shè)備管理工作。劉乾坤（1982—），男，河南鄲城人，山西大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院碩士，主要從事控制工程方面的研究。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕