瑞光热电厂对机场供冷控制系统的应用与研究

袁宇田，李方春，龙志强，刘乾坤



瑞光热电厂对机场供冷控制系统的应用与研究

袁宇田，李方春，龙志强，刘乾坤

（山西瑞光热电有限责任公司，山西 榆次 030600）

针对瑞光热电厂对外供冷系统的应用与研究，发现制冷机组的效率低、人为操作频繁、没有实现自动控制的运行方式，在节约热能和电能方面均不能很好协调。所以急需设计出一套自动控制方案，对溴化锂制冷机组热网水温度和冷冻水温度进行模拟控制，对热网水温度的迟延采用Smith预估器。由于人工操作繁杂，且不能很好控制热网水的温度，使溴化锂机组不能在额定的功率下运行，所以在运行成本方面有很多热能被浪费。只有实现自动控制，才可以降低热能损失，达到最好的制冷效果；而且对促进经济发展、改善大气环境都有重要意义[4]。

电厂供冷；Smith预估器；串级控制；自动控制

近年来，能源和环保问题越来越受到重视，集中供冷和集中供热，对改善大气环境有同样重要的作用。瑞光电厂利用汽轮机的末端热能，探索夏季采用溴化锂制冷技术给机场供冷，降低了对电能的依赖，减轻了依赖传统的氟利昂压缩式空调对环境的污染。

此制冷系统目前采用的是人工加半自动控制的模式，需要设计一套智能控制方案，以降低人工操作的复杂度和操作误差的频率，实现长距离自动调节，为用户提供舒适的室内温度。

1 当前的状况

目前，大部分设备没有实现自动控制，人工调节容易出现失误动作或过大偏差。热网管道长度为12.4 km，系统本身带有很大的规律性迟延，通过调节冷却循环水单位时间内流量，控制用户的室内温度在某一恒定值。人为调节过程容易出现热网供给水的热量与制冷机组所需的热量不协调，造成热量的浪费。

2 需要解决问题

需要解决问题主要有以下几方面：①在节约能源和降低运行成本方面实现自动控制，运用一些算法程序，可以在节约电能和节约热能的关系式上找到最优的控制方案。②通过自动调节换热器进汽阀的开度和冷却循环水的流量，实现自动控制用户的室内温度在舒适的温度范围内。③白天和夜间的环境温度变化较大，根据环境温度的变化，实现自动调节制冷机组负荷。④调整设备的运行参数，实现自动控制用户的室内温度值，减少人为操作，降低容易出现误差的概率。

3 工艺系统介绍

3.1 系统工艺流程图

系统的工艺流程如图1所示。

图1 系统的工艺流程图

3.2 工艺系统介绍

整个系统包含一个蒸汽进汽阀V1，热网循环泵组A，热网循环水调节阀V2，旁路阀V3，冷却水泵组B，冷冻水泵组C。溴化锂制冷机组是利用水在高真空状态下低沸点汽化，吸收热量从而制取7 ℃左右冷冻水，再由冷冻循环泵提供给用户室内冷源的系统装置。

选择热网供水3而不选择热网回水温度作为被控制量，是因为热网供水温度3达到120 ℃是制冷机组在额定功率下工作时的效率最高条件，此时制冷机组的工作效率最高可达到75%，同时，制冷机组的功率也是影响用户回水温度2的因素。换热器是把来自汽轮机的240 ℃末端抽汽的热能，传递给换热器的热网循环水至120 ℃的装置。

4 设计控制方案

4.1 选择控制变量

选择用户回水温度2、热网供水温度3作为被控制变量；选择冷冻水流量为1、冷却水流量2、热网循环水流量为3、热网加热器进汽阀1为控制变量。

4.2 影响被控变量的因素

抓住主要因素，忽略次要因素，影响用户回水温度2的因素有冷却水流量2和冷冻水流量1.影响热网供水温度3的因素有热网循环水流量3和热网加热器进汽阀开度1.引起控制变量迟延的因素有冷冻水流量1和热网循环水流量3.在整个供冷系统中加入一个消除迟延的环节，这里选择自适应补偿环节。

4.3 建立模型

4.3.1 对用户回水温度2控制的模型建立

4.3.2 对热网供水温度3控制的模型建立

4.4 系统仿真

4.4.1 冷冻水温度2的模拟控制

根据冷冻水温度2及其影响因素的特点，选择串级复合控制，控制回路检测温度测量值2与设定的0=12 ℃偏差。对用户回水温度2采用串级复合控制，利用Simulink仿真。控制信号方框如图2所示。

图2 控制信号方框图

4.4.2 热网循环水温度3的模拟控制

在这个控制回路检测热网循环水温度测量值3与设定的1=120 ℃偏差。热网供水温度3受热网循环水流量3和换热器进汽调节阀开度1的影响。根据所需热网供水温度的设定值=120 ℃，对用户回水温度2采用串级复合控制。又因热网供水系统存在迟延，所以针对热网侧被控对象的特点，采用Smith预估器，控制方框如图3所示。

图3 控制方框图

Smith预估模型具有提前预估、消除迟延的作用。这时整个热网循环水系统的传递函数为：

利用Simulink仿真，在加入阶跃信号时，得到被控制量2，3的响应曲线如图4所示。

注：2表示制冷机组供冷冻水的温度，3表示热网水供水的温度。

图42，3的响应曲线图

5 结束语

在这一过程中，控制系统所消耗的能量近似分为热能和电能两部分。为了节约热能，通常把热网换热器进汽阀开度1调到适当值；为了节约电能通常把冷却水流量调到适当值，即在满足主要控制量2和次要控制量3等于各自的给定值的条件下，协调好所供热量与所需热量以及它们所消耗的电能。如果实现智能控制，可减少人为操作，降低运行成本，同时既减少热能的损耗又降低电能的消耗。

［1］方康玲，王新民，潘炼，等.过程控制系统及其MATLAB实现［M］.北京：电子工业出版社，2013.

［2］张丽香，林金栋，降爱琴，等.自动调节原理及系统［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［3］胡浩，王洪诚，张伟伟，等.基于串级控制的加热炉Smith预估温度控制系统［J］.自动化技术与应用，2014，33（12）.

［4］邵莉，王美霞，双效溴化锂吸收式制冷机热工参数控制的计算机仿真［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，大学本科，总经理，主要从事发电厂管理工作。李方春（1981—），男，新疆新源人，2004年毕业于西安理工大学电气工程及其自动化专业，工程师，主要从事发电厂设备管理工作。龙志强（1982—），男，山西太原人，2005年毕业于太原电力高等专科学校工业电气自动化技术专业，工程师，主要从事发电厂设备管理工作。刘乾坤（1982—），男，河南郸城人，山西大学数学科学学院硕士，主要从事控制工程方面的研究。

〔编辑：严丽琴〕