本发明公开一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，具体指：获取两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型以及火电机组的发电功率后，实时判断两台定速循环水泵各自的循环水系统当前是否均处于稳态运行工况，当均处于稳态时，根据所述泵特性模型和管路特性模型计算两台循环水泵各自的当前扬程及循环水流量。根据两台定速循环水泵的电机功率、当前泵扬程及当前循环水流量计算当前定速循环水泵组泵效率。上述方法，针对两台定速循环水泵组泵的情况，建立了两台水泵运行工况的实时判断机制，解决了现有技术在监测过程中由于不能区分系统稳态与非稳态运行状态所导致的在非稳态条件下计算组泵效率，准确率较差的问题。
1.一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，其特征在于，包括：获取两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型；
实时判断所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前是否均处于稳态运行工况，包括：
根据式(1)和是式(2)分别计算机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速各自滤波值的方差s：式中：N为滑动窗的样本数；M为滤波级数；xi为第i个时刻的运行数据的原始值；xi′为第i个时刻的运行数据的滤波值；为运行数据滤波值的算术平均值，其中运行数据是指机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速；
如果机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速滤波值的方差均小于或等于阈值θ，则循环水系统当前处于稳态状态，其中阈值θ的取值范围为0.5～3.0；
当均处于稳态运行工况时，则根据所述泵特性模型和管路特性模型计算两台循环水泵各自的当前扬程及循环水流量；否则，结束计算过程；
根据所述两台定速循环水泵的电机功率、当前泵扬程及当前循环水流量计算当前定速循环水泵组泵效率。
2.根据权利要求1所述的一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，其特征在于，所述根据所述泵特性模型和管路特性模型计算两台循环水泵各自的扬程及循环水流量具体是指：获取所述两台定速循环水泵的型号；
获取所述两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型中的曲线参数；
当两台定速循环水泵型号相同时，利用式(3)-(6)计算各自的流量Q1、Q2及扬程H的计算方法为：
Hz＝Hs+rQ2 (3)H＝a1+a2Q/2+a3Q2/4 (4)H＝Hz (5)Q1＝Q2＝Q/2 (6)当两台定速循环水泵型号不同时，利用式(7)-(11)计算各自的循环水泵流量及扬程的计算方法为：
Hz＝Hs+rQ2 (7)H1＝a1,1+a1,2Q1+a1,3Q12 (8)H2＝a2,1+a2,2Q2+a2,3Q22 (9)Hz＝H1＝H2) (10)Q＝Q1+Q2 (11)式(3)到式(11)中，Hz为总阻力压头，Hs为静压头，H1、H2分别为每台泵的扬程，Q为管路总流量，Q1、Q2为每台泵的循环水流量，r、a1、a2、a3、a1,1、a1.2、a1.3、a2,1、a2,2、a2.3为泵的特性曲线及管路特性曲线模型系数。
3.根据权利要求2所述的一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，其特征在于，所述根据所述两台定速循环水泵的各自的电机功率、扬程及循环水流量计算定速循环水泵组泵效率具体是指：式(12)-(13)，η1、η2分别为每台定速循环水泵的效率，H1、H2分别为每台循环水泵的扬程，Q1、Q2分别为每台循环水泵的流量，Pgr1、Pgr2分别为每台循环水泵的电机功率，ηgr1、ηgr2分别为每台循环水泵的电机效率，ρ为循环水的密度，g为重力加速度，ηm为机械传动效率。
4.根据权利要求3所述的一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，其特征在于，泵的特性曲线及管路特性曲线模型系数r、a1、a2、a3、a1,1、a1.2、a1.3、a2,1、a2,2、a2.3是由系统设计说明书或实验数据拟合获得。
5.根据权利要求1所述的一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，其特征在于，M、N的取值与采集所述机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速的频率t相关，t的取值范围为1-5s。
6.一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测系统，其特征在于，包括：第一数据获取模块：用于获取两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型；
系统运行工况判断模块：用于判断所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前是否均处于稳态运行工况，包括：
根据式(1)和式(2)分别计算机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速各自滤波值的方差s：
式中：N为滑动窗的样本数；M为滤波级数；xi为第i个时刻的运行数据的原始值；xi′为第i个时刻的运行数据的滤波值；为运行数据滤波值的算术平均值，其中运行数据是指机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速；
如果机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速滤波值的方差均小于或等于阈值θ，则循环水系统当前处于稳态状态，其中阈值θ的取值范围为0.5～3.0；
定速循环水泵特性计算模块：用于当所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前均处于稳态运行工况时，计算两台循环水泵各自的扬程及循环水流量；
定速循环水泵组泵效率计算模块：用于根据所述两台定速循环水泵的电机功率、泵扬程及循环水流量计算定速循环水泵组泵效率。
一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及火电机组运行性能在线监测的技术领域，具体涉及一种火电机组定速循 环水泵组泵效率在线监测方法及系统。
背景技术
[0002] 循环水泵是火电机组冷端系统的重要设备，作为火电厂中耗电量较大的辅机之一， 循环水泵消耗的电能约占厂总发电量的1％～1.5％，因此，对循环水泵的运行效率进行 较为准确的在线监测对火电机组经济运行有着重要意义。
[0003] 循环水泵效率在线监测需要准确计算循环水泵流量和扬程。而对循环水泵进行效率 评价必须基于稳态工况，当循环水系统处于变工况条件，循环水泵的电机功率、流量、 扬程等参数就处于变化过程中，此时计算出的循环水泵效率与实际值存在较大误差，不 能准确反映效率水平。其次，由于循环水流量为大流量参数，例如，在600MW火电机组 中循环水设计总流量可达近70000t/h，现场直接测量获取的循环水流量的测量成本较高， 测量精度也难以得到保证。中国发明专利CN 104863841 A提出了火电厂循环水泵效率在 线监测方法，该方法通过直接采集循环水泵流量，计算循环水泵进出口流速，进一步计 算泵扬程，前已述及，该方法受到流量计量精度的影响较大，难以保证计算结果的准确 性。
[0004] 循环水泵分为定速泵和变速泵两种，火电机组一般配置两台循环水泵，这样就存在 组合，即两台定速泵、两台变速泵或一台定速泵一台变速泵，不同泵组合的计算方法不 一样，本发明仅针对两台定速泵组泵的情况，解决现有的定速循环水泵组泵效率计算准 确率较低的问题。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法及系统，以提高定 速循环水泵组泵效率计算准确率。
[0006] 本发明提供了一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，包括：
[0007] 获取两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型；
[0008] 获取火电机组的发电功率；
[0009] 实时判断所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前是否均处于稳态运行工况，当均 处于稳态运行工况时，则根据所述泵特性模型和管路特性模型计算两台循环水泵各自的当前 扬程及循环水流量；否则，结束计算过程；
[0010] 根据所述两台定速循环水泵的电机功率、当前泵扬程及当前循环水流量计算当前定速循 环水泵组泵效率。
[0011] 优选的，在上述火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法中，所述判断循环水系统 当前是否处于稳态运行工况具体是指，
[0012] 获取所述两台定速循环水泵各自的电机功率和转速；
[0013] 根据式(1)和是式(2)分别计算机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所 述两台定速循环水泵转速各自滤波值的方差s：
[0014]
[0015]
[0016] 式中：N为滑动窗的样本数；M为滤波级数；xi为第i个时刻的运行数据的原始值；xi′为 第i个时刻的运行数据的滤波值； 为运行数据滤波值的算术平均值，其中运行数据是指机 组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速；
[0017] 如果机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速滤波 值的方差均小于或等于阈值θ，则循环水系统当前处于稳态状态，其中阈值θ的取值范围为 0.5～3.0。
[0018] 优选的，在上述火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法中，所述根据所述泵特性 模型和管路特性模型计算两台循环水泵各自的扬程及循环水流量具体是指：
[0019] 获取所述两台定速循环水泵的型号；
[0020] 获取所述两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型中的曲线参数；
[0021] 获取Hs为静压头，
[0022] 当两台定速循环水泵型号相同时，利用式(3)-(6)计算各自的流量Q1、Q2及扬程H 的计算方法为：
[0023] Hz＝Hs+rQ2 (3)
[0024] H＝a1+a2Q/2+a3Q2/4 (4)
[0025] H＝Hz (5)
[0026] Q1＝Q2＝Q/2 (6)
[0027] 当两台定速循环水泵型号不同时，利用式(7)-(11)计算各自的循环水泵流量及扬程 的计算方法为：
[0028] Hz＝Hs+rQ2 (7)
[0029] H1＝a1,1+a1,2Q1+a1,3Q12 (8)
[0030] H2＝a2,1+a2,2Q2+a2,3Q22 (9)
[0031] Hz＝H1＝H2) (10)
[0032] Q＝Q1+Q2 (11)
[0033] 式(3)到式(11)中，Hz为总阻力压头，Hs为静压头，H1、H2分别为每台泵的扬程，Q为 管路总流量，Q1、Q2为每台泵的循环水流量，r、a1、a2、a3、a1,1、a1.2、a1.3、a2,1、a2,2、a2.3为泵的特性曲线及管路特性曲线模型系数，
[0034] 优选的，在上述火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法中，所述根据所述两台定 速循环水泵的各自的电机功率、扬程及循环水流量计算定速循环水泵组泵效率具体是指：
[0035]
[0036]
[0037] 式(12)-(13)，η1、η2分别为每台定速循环水泵的效率，H1、H2分别为每台循环水 泵的扬程，Q1、Q2分别为每台循环水泵的流量，Pgr1、Pgr2分别为每台循环水泵的电机功率， ηgr1、ηgr2分别为每台循环水泵的电机效率，ρ为循环水的密度，g为重力加速度，ηm为机械 传动效率。
[0038] 优选的，在上述火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法中，所述泵的特性曲线及 管路特性曲线模型系数r、a1、a2、a3、a1,1、a1.2、a1.3、a2,1、a2,2、a2.3是由系统设计说明书 或实验数据拟合获得。
[0039] 优选的，在上述火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法中，M、N的取值与采集 所述机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速的频率t 相关，t的取值范围为1-5s。
[0040] 第二方面，本发明提供了一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测系统，包括：
[0041] 第一数据获取模块：用于获取两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型；
[0042] 第二数据获取模块：用于获取火电机组的发电功率；
[0043] 系统运行工况判断模块：用于判断所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前是否均 处于稳态运行工况；
[0044] 定速循环水泵特性计算模块：用于当所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前均处 于稳态运行工况时，计算两台循环水泵各自的扬程及循环水流量；
[0045] 定速循环水泵组泵效率计算模块：用于根据所述两台定速循环水泵的电机功率、泵扬程 及循环水流量计算定速循环水泵组泵效率。
[0046] 本发明提供的方法，针对两台定速循环水泵组泵的情况，建立了两台水泵运行工况的实 时判断机制，当两台水泵均为稳态工况时，才将计算当前稳态时刻下各自的扬程和循环水流 量，而且才利用所述前稳态时刻下各自的扬程和循环水流量计算当前两台定速循环水泵组泵 效率。也就是说，本发明提供的方法能甄别非稳态运行状态，解决了现有技术在监测过程中 由于不能区分系统稳态与非稳态运行状态所导致的在非稳态条件下计算组泵效率，准确率较 差的问题。而且，上述判断和计算中所需要的参数均可从DCS控制系统或电厂SIS系统中直 接读取，现场不需要额外增加分析或测量仪表等昂贵的辅助设备，成本较低。利用本发明提 供的方法可以较为准确的掌握循环水泵的运行经济性水平，并可以以此为依据，对循环水系 统所做的任何节能优化措施进行有效评价。
附图说明
[0047] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单 地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048] 图1为本发明提供的一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法的流程示意 图；
[0049] 图2本发明提供的一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测系统的结构示意图。
具体实施方式
[0050] 本发明提供一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法及系统，以提高定速 循环水泵组泵效率计算准确率。
[0051] 本发明提供了一种火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法，针对两台定速循环水 泵组泵的情况，请参考图1，该图示出了该方法的流程，步骤如下：
[0052] 在步骤S1中，获取所述两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型。由系统设 计说明书或实验数据拟合获得所述泵的特性曲线及管路特性曲线模型系数。
[0053] 在步骤S2中，获取火电机组的发电功率。获取方式可以为DCS控制系统或电厂SIS系统 中直接读取。现场不需要额外增加分析或测量仪表等昂贵的辅助设备，成本较低。
[0054] 在步骤S3中，实时判断所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前是否均处于稳态运 行工况，当均处于稳态运行工况时，则在步骤S5中，根据所述泵特性模型和管路特性模型计 算两台循环水泵各自的当前扬程及循环水流量；否则，在步骤S4中，结束计算过程。可见， 本发明引入了对两台定速循环水泵实时运行工况的判断，只有两台均处于稳态运行时，才采 集数据，
[0055] 最后，在步骤S6中，根据所述两台定速循环水泵的电机功率、当前泵扬程及当前循环水 流量计算当前定速循环水泵组泵效率。利用稳态下的数据，保证了不会因为采集到的数据与 各自实际值存在误差，而导致采用这些数据后得到的当前组泵效率的准确性较差。本发明克 服了现有的方法中，用非稳态工况下的组泵效率为依据来指导火电机组的节能优化而存在的 问题。利用本发明提供的方法可以较为准确的掌握循环水泵的运行经济性水平，以次为依据 对循环水系统做节能优化措施进行有效评价。
[0056] 对于步骤S3中，判断循环水系统当前是否处于稳态运行工况具体是指按照以下步骤进行：
[0057] 首先，获取所述两台定速循环水泵各自的电机功率和转速。获取方式可以为DCS控制系 统或电厂SIS系统中直接读取。
[0058] 其次，根据式(1)和是式(2)分别计算机组发电功率、两台定速循环水泵电机功率和 所述两台定速循环水泵转速各自滤波值的方差s：
[0059]
[0060]
[0061] 式中：N为滑动窗的样本数；M为滤波级数；xi为第i个时刻的运行数据的原始值；xi′为 第i个时刻的运行数据的滤波值； 为运行数据滤波值的算术平均值，其中运行数据是指机 组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速。
[0062] 如果机组发电功率、所述两台定速循环水泵电机功率和所述两台定速循环水泵转速滤波 值的方差均小于或等于阈值θ，则循环水系统当前处于稳态状态，其中阈值θ的取值范围为 0.5～3.0。M、N为常量，其取值与采集机组发电功率、两台定速循环水泵电机功率和两台定 速循环水泵转速的频率t相关，t的取值范围为1-5s。t的取值越小，组泵效率的精确度越高。 1-5s的采集频率符合国标，得到的组泵效率均为准确的，本领域技术人员可以在此范围内自 行决定采集频率的高低，本发明对此不做限制。
[0063] 对于步骤S5中，根据所述泵特性模型和管路特性模型计算两台循环水泵各自的扬程及循 环水流量具体是指：
[0064] 首先，获取所述两台定速循环水泵的型号。泵的型号可根据设备说明书获取。
[0065] 其次，获取所述两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型中的曲线参数，具 体是指下式中的r、a1、a2、a3、a1,1、a1.2、a1.3、a2,1、a2,2、a2.3是由系统设计说明书或实验数 据拟合获得。
[0066] 再次，通过现场试验获取Hs为静压头。
[0067] 当两台定速循环水泵型号相同时，利用式(3)-(6)计算各自的流量Q1、Q2及扬程H 的计算方法为：
[0068] Hz＝Hs+rQ2 (3)
[0069] H＝a1+a2Q/2+a3Q2/4 (4)
[0070] H＝Hz (5)
[0071] Q1＝Q2＝Q/2 (6)
[0072] 当两台定速循环水泵型号不同时，利用式(7)-(11)计算各自的循环水泵流量及扬程 的计算方法为：
[0073] Hz＝Hs+rQ2 (7)
[0074] H1＝a1,1+a1,2Q1+a1,3Q12 (8)
[0075] H2＝a2,1+a2,2Q2+a2,3Q22 (9)
[0076] Hz＝H1＝H2) (10)
[0077] Q＝Q1+Q2 (11)
[0078] 式(3)到式(11)中，Hz为总阻力压头，Hs为静压头，H1、H2分别为每台泵的扬程，Q为 管路总流量，Q1、Q2为每台泵的循环水流量，r、a1、a2、a3、a1,1、a1.2、a1.3、a2,1、a2,2、a2.3为泵的特性曲线及管路特性曲线模型系数。
[0079] 可见，在上式(3)-(11)中，已知参数为：Hs、r、a1、a2、a3、a1,1、a1.2、a1.3、a2,1、 a2,2、a2.3，未知参数为Hz、H1、H2、Q1、Q2，即五个方程五个未知数，可以求得两台定速循 环水泵各自的当前的扬程和流量。
[0080] 在步骤S6中，根据所述两台定速循环水泵的各自的电机功率、扬程及循环水流量计算定 速循环水泵组泵效率具体是指按照下式进行：
[0081]
[0082]
[0083] 式(12)-(13)，η1、η2分别为每台定速循环水泵的效率，H1、H2分别为每台循环水 泵的扬程，Q1、Q2分别为每台循环水泵的流量，Pgr1、Pgr2分别为每台循环水泵的电机功率， ηgr1、ηgr2分别为每台循环水泵的电机效率，ρ为循环水的密度，g为重力加速度，ηm为机械 传动效率。Pgr1、Pgr2、ηgr1、ηgr2为已知的。
[0084] 请参考图2，该图示出了本发明提供的火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测系统的 结构示意图，如图所示包括以下模块，具体功能如下。
[0085] 第一数据获取模块：用于获取两台定速循环水泵各自的泵特性模型和管路特性模型；
[0086] 第二数据获取模块：用于获取火电机组的发电功率和获取所述两台定速循环水泵各自的 电机功率和转速，具体通过OPC方式从DCS或SIS系统获取。获取的数据经过滤波处理后供 系统运行工况判断模块、定速循环水泵特性计算模块和定速循环水泵组泵效率计算模块使用。
[0087] 系统运行工况判断模块：用于判断所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前是否均 处于稳态运行工况。系统运行工况判断模块输入数据为为机组发电功率、各台循环水泵电机 功率和转速的滤波值，输出为计算使能信号，当判断循环水系统处于稳态运行工况时，输出 的计算使能信号值为1，否则，输出的计算使能信号值为0。具体的判断逻辑请参考上述火电 机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法的相关介绍内容，此不赘述。
[0088] 定速循环水泵特性计算模块：用于当所述两台定速循环水泵各自的循环水系统当前均处 于稳态运行工况时，计算两台循环水泵各自的扬程及循环水流量。定速循环水泵特性计算模 块的输入包括计算使能信号，输出为每台循环水泵的流量及扬程。具体的计算过程请参考上 述火电机组定速循环水泵组泵效率在线监测方法的相关介绍内容，此不赘述。
[0089] 定速循环水泵组泵效率计算模块：用于根据所述两台定速循环水泵的电机功率、泵扬程 及循环水流量计算定速循环水泵组泵效率。上述定速循环水泵组泵效率计算模块的输入包括 计算使能信号、定速循环水泵特性计算模块计算的各台循环水泵流量、扬程以及每台泵的电 机功率，输出为每台循环水泵的效率。具体的计算过程请参考上述火电机组定速循环水泵组 泵效率在线监测方法的相关介绍内容，此不赘述。
[0090] 以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
