瑞光熱電廠對機場供冷控制系統的應用與研究

袁宇田，李方春，龍志強，劉乾坤

?

瑞光熱電廠對機場供冷控制系統的應用與研究

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的應用與研究，發現制冷機組的效率低、人為操作頻繁、沒有實現自動控制的運行方式，在節約熱能和電能方面均不能很好協調。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水溫度和冷凍水溫度進行模擬控制，對熱網水溫度的遲延采用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；而且對促進經濟發展、改善大氣環境都有重要意義[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，減輕了依賴傳統的氟利昂壓縮式空調對環境的污染。

此制冷系統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，實現長距離自動調節，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自動控制，人工調節容易出現失誤動作或過大偏差。熱網管道長度為12.4 km，系統本身帶有很大的規律性遲延，通過調節冷卻循環水單位時間內流量，控制用戶的室內溫度在某一恒定值。人為調節過程容易出現熱網供給水的熱量與制冷機組所需的熱量不協調，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在節約能源和降低運行成本方面實現自動控制，運用一些算法程序，可以在節約電能和節約熱能的關系式上找到最優的控制方案。②通過自動調節換熱器進汽閥的開度和冷卻循環水的流量，實現自動控制用戶的室內溫度在舒適的溫度范圍內。③白天和夜間的環境溫度變化較大，根據環境溫度的變化，實現自動調節制冷機組負荷。④調整設備的運行參數，實現自動控制用戶的室內溫度值，減少人為操作，降低容易出現誤差的概率。

3 工藝系統介紹

3.1 系統工藝流程圖

系統的工藝流程如圖1所示。

圖1 系統的工藝流程圖

3.2 工藝系統介紹

整個系統包含一個蒸汽進汽閥V1，熱網循環泵組A，熱網循環水調節閥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，再由冷凍循環泵提供給用戶室內冷源的系統裝置。

選擇熱網供水3而不選擇熱網回水溫度作為被控制量，是因為熱網供水溫度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循環水至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、熱網循環水流量為3、熱網加熱器進汽閥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.影響熱網供水溫度3的因素有熱網循環水流量3和熱網加熱器進汽閥開度1.引起控制變量遲延的因素有冷凍水流量1和熱網循環水流量3.在整個供冷系統中加入一個消除遲延的環節，這里選擇自適應補償環節。

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 對熱網供水溫度3控制的模型建立

4.4 系統仿真

4.4.1 冷凍水溫度2的模擬控制

根據冷凍水溫度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 熱網循環水溫度3的模擬控制

在這個控制回路檢測熱網循環水溫度測量值3與設定的1=120 ℃偏差。熱網供水溫度3受熱網循環水流量3和換熱器進汽調節閥開度1的影響。根據所需熱網供水溫度的設定值=120 ℃，對用戶回水溫度2采用串級復合控制。又因熱網供水系統存在遲延，所以針對熱網側被控對象的特點，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。這時整個熱網循環水系統的傳遞函數為：

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，控制系統所消耗的能量近似分為熱能和電能兩部分。為了節約熱能，通常把熱網換熱器進汽閥開度1調到適當值；為了節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.過程控制系統及其MATLAB實現［M］.北京：電子工業出版社，2013.

［2］張麗香，林金棟，降愛琴，等.自動調節原理及系統［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［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，總經理，主要從事發電廠管理工作。李方春（1981—），男，新疆新源人，2004年畢業于西安理工大學電氣工程及其自動化專業，工程師，主要從事發電廠設備管理工作。龍志強（1982—），男，山西太原人，2005年畢業于太原電力高等專科學校工業電氣自動化技術專業，工程師，主要從事發電廠設備管理工作。劉乾坤（1982—），男，河南鄲城人，山西大學數學科學學院碩士，主要從事控制工程方面的研究。

〔編輯：嚴麗琴〕