高压直流输电系统阀冷系统优化控制

高压直流输电系统阀冷系统优化控制

0室外温度随时间变化的影响作为直接供电工程的核心部件，更换流量控制器在整个系统中起着重要作用，因此冷却系统特别重要。室外换热设备是换流阀冷却系统必不可少的一部分,内冷却介质在晶闸管换流阀内吸热升温后,由主循环泵驱动进入室外密式蒸发型冷却塔内的换热盘管,喷淋泵从室外地下水池抽水均匀喷洒到换热盘管表面,喷淋水吸热后形成水蒸汽通过风机排至大气,在此过程中,内冷却介质冷却降温后再由主循环泵送至换流阀……,如此周而复始地循环。换流阀正常运行期间,室外环境温度因季节、昼夜、天气的变化对换流阀进阀温度有不同程度的影响,因而进阀温度的控制就显得格外复杂。换流站阀外冷系统风机采用工频控制或者控制方法不当会引起风机频繁起停的现象,严重影响了风机的使用寿命和系统的稳定性,因此合理优化的风机控制方法是非常重要的。1阀外冷控制系统风机变频器控制系统的框图如图1所示,主要由风机、变频器和PLC控制单元共同组成。本系统中的变频器采用施耐德公司ATV21系列,PLC控制系统采用西门子公司S7-400H系列——包括PS电源模块、CPU模块、DI/DO数字量输入、输出模块、AI/AO模拟量输入、输出模块、触摸屏HMI、IM153接口模块,ProfibusDP通讯总线等构成。换流阀外水冷系统由3台闭式冷却塔构成,每台冷却塔内配置有两台风机,冷却塔风机流程如图2所示,内冷系统循环回路中的冷却水按图中箭头方向循环流动,1#、2#、3#冷却塔中的风机M11、M12、M21、M22、M31、M32是由变频器控制的。阀外冷控制系统操作模式分手动、自动、停止三种,通过钥匙式三位置旋转钮实现。手动模式在系统检修及调试时用于对单个设备的控制;钥匙旋钮置于停止位时,外冷系统处于停止模式;钥匙旋钮置于自动位时,阀外冷系统处于自动模式,PLC控制单元将根据进换流阀水温进行自动闭环控制。手动情况下,可以通过触摸屏设定变频器的运行频率,再通过PLC的模拟量输出模块传送给变频器的频率设定端,而变频器的频率值将由变频器的频率反馈端经PLC的模拟量输入模块传送给CPU模块。风机手动控制界面如图3所示。自动情况下,系统根据当前冷却水进阀温度与目标温度间偏差变化,采用PID控制,通过自动调节变频器的输出频率和风机启停组数,使温度最终稳定在目标温度附近,达到准确控制冷却水进阀温度的目的。2控制功能的实现2.1催化剂的控制和运行风机变频器控制回路的电气原理如图4所示,以M11风机为例。图4中SA1模式旋钮用于选择就地工频控制和远方变频控制,变频器就地工频控制用于就地模式风机工频控制,正常情况下风机模式旋钮SA1打到远方变频控制。远方变频控制模式下变频器的起停控制由PLC控制继电器KA1和KB1实现,变频器运行时,RY与RC接点闭合,将信号发送给PLC进行相关的运行状态判断和显示。变频器出现故障时,FLA与FLC接点闭合,将该信号发送给PLC进行相应的警示作用。变频器频率给定端VIA、CC端,通过触摸屏风机控制界面(如图3所示)可以设定风机运行频率,变频器频率反馈端FM、CC端,将变频器的运行频率反馈给PLC,其中频率反馈与频率给定均为4mA～20mA电流信号。2.2温度闭环控制PID温度调节如图5所示。图中sp(n)是给定值,pv(n)为A/D转换后的过程变量(反馈值),控制器的输入量(误差信号)为:ev(n)=sp(n)-pv(n),mv(t)是控制器的输出信号。D/A转换器将PID控制器输出的数字量转化为模拟量(4mA～20mA电流信号),mv(t)再去执行机构来控制被控对象的频率输出,从而控制风机转速,实现对温度的闭环控制。c(t)为被控量温度,由传感器和变送器转换为标准量程为4mA～20mA的直流电流信号给PLC的模拟量输入模块。在温度闭环控制系统中,由温度传感器检测进阀温度,发送给模拟量输入模块,经A/D转换后得到与温度成比例的数字量,CPU将它与温度给定值进行比较并按照PID控制算法对误差值进行运算,将运算结果送给模拟量输出模块,经D/A转换后变为电流信号,用来控制变频器的输出频率,进而控制风机的转速,从而改变系统散热量,实现对温度的闭环控制。在本系统中,PID控制功能由连续温度控制器FB58实现。在循环中断组织块OB35中调用,调用周期为200ms,在实际运行中,PID参数数据是由工程师根据不同的现场工况不断调试得出的经验值。3风机控制流程换流阀正常运行期间,室外环境温度变化对换流阀进阀温度有不同程度的影响,与传统控制方法相比,优化的控制方法能够保证进阀温度稳定在正常值范围内,而又尽量减少风机频繁启停现象的发生,并且节能效果明显。优化控制的成本虽然较高,但对于常年运行的换流站而言,节能产生的效益远远超出了成本投入,因此优化风机控制在换流站得到了广泛的推广应用。风机分A、B两组进行控制,M11、M21、M31为A组,M12、M22、M32为B组。(1)当进阀温度高于风机启动温度(参数可设定)时,依次启动第1组风机,然后根据PID控制原理控制变频器的输出频率,当进阀温度高于进阀温度给定值加1℃且已运行风机的工频运行,持续一段时间后,依次启动第2组风机,然后根据PID控制原理控制变频器输出频率。(2)当进阀温度小于进阀温度给定值减1℃且已运行风机最低频率运行,持续一段时间后,停止1组风机;当进阀温度小于风机停止温度,持续一段时间后,所有风机停止。另外,风机具有定时切换和轮循启动的控制功能。风机控制流程图如图6所示。在换流阀正常运行期间,换流阀水冷系统采用该控制方法的优点是有效减少了风机频繁启停现象,延长了风机使用寿命,实现了节能控制。4系统自动运行模式该控制方法已在换流站得到了成功应用,通过某一换流站现场实际测得的数据描绘曲线如图7所示,换流阀解锁运行后,系统自动运行模式下,换流阀进阀温度目标值为36℃。图7表明该控制系统能够有效控制冷却水进阀温度,而且有效减少了风机频繁启停现象,进阀温度保持在36℃加减1℃范围内浮动,满足换流阀正常稳定运行的要求。5风机优化控制方案设计本