[發(fā)明專利]一種基于水和水蒸汽熱力性質IAPWS-IF97的實時控制算法

有效

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• 申請日: 2012-01-29
• 公開（公告）號: CN102541025A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 葉敏;徐雪元;丁怡若;吳乃新;孫晅
• 申請（專利權）人: 上海鍋爐廠有限公司;上海迪吉特控制系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種實時控制方法，尤其是涉及一種基于水和水蒸汽熱力性質IAPWS-IF97的實時控制算法。屬于熱工自動控制領域。

背景技術

蒸汽動力工程相關領域的設備和系統(tǒng)的設計制造、生產運行以及性能分析和試驗研究過程中均離不開水和蒸汽性質的計算。國際水和水蒸汽熱力性質學會(IAPWS)于1997年通過并于1998年發(fā)表了新的工業(yè)用水和水蒸汽熱力性質計算公式IAPWS-IF97。與原來的IFC67公式比較，該公式具有很多優(yōu)點，已成為新的國際標準^[1]。

進行水和蒸汽性質計算的方法通常有二種：(一)建立電子數據表格，采用4點線性插值法、9點拋物線插值法或其它插值算法，自動選取最接近的有關點通過插值得到結果；(二)采用國際協(xié)會發(fā)布的公式或自己根據試驗數據擬合的公式進行計算。兩種方法對比，插值法計算速度更快，但是需要存儲龐大的數據表格而消耗存儲空間，而公式法需要復雜公式進行計算，但不需要存儲數據表格。國內外不少單位也已經開發(fā)出了適合于計算、分析和研究應用的水和蒸汽性質通用計算軟件^[2]～[6]。對如水和水蒸汽擬臨界溫度等IAPWS-IF97沒有給出相應計算公式的物性參數，國內外的參考文獻也給出了相應的擬合計算公式^[7]～[9]。

由于國內外大部分的計算機分散控制系統(tǒng)DCS都開發(fā)于上世紀80年代初，當時的微處理器CPU的實時處理和存儲能力還很難滿足IFC67這樣復雜的計算需要，因此，大部分的DCS都沒有提供水和蒸汽性質計算功能，盡管隨著計算機技術的飛速發(fā)展，DCS的軟、硬件平臺先后經過了數代升級。但由于向下兼容的原因，很多DCS的實時控制軟件結構和算法并沒有發(fā)生大的變化。一些在電廠自動化領域應用較多的DCS廠商雖然已經提供了基于IFC67的標準控制算法，但多采用的是插值方法，功能和精度和目前的技術水平并不相稱。上世紀90年代末期在消化吸收國外產品技術基礎上開發(fā)的各種國產DCS系統(tǒng)，在這方面的功能也都沒有大的改進。

目前，國內新建的火電機組大多為高效清潔的超臨界參數燃煤機組。由于結構和工作原理上的區(qū)別，超臨界機組所采用的直流鍋爐的啟動、停機以及運行過程的控制和參數調節(jié)與國內原來應用較多的亞臨界汽包鍋爐相比要復雜得多，具有更明顯的多變量、非線性、和強耦合特性。尤其是采用變壓運行的超(超)臨界直流鍋爐，鍋爐內的工質會從亞臨界變化到超臨界狀態(tài)。在亞臨界時，工質的加熱區(qū)段有熱水段，蒸發(fā)段和過熱段；隨著鍋爐運行壓力升高到臨界點時，水直接變?yōu)檎羝瘽摕釣榱悖绷麇仩t內的工質不再有汽液兩相共存的蒸發(fā)段。因此，超(超)臨界變壓運行鍋爐在不同負荷工況下，工質物性會發(fā)生顯著變化。其機組運行監(jiān)控和自動控制策略都要求其機組DCS系統(tǒng)能夠具備高精度的水和水蒸汽性質的實時計算能力。

同時，在超臨界機組招投標、性能驗收以及運行試驗、仿真分析、優(yōu)化分析等應用領域，新的水和水蒸汽性質計算方法IAPWS-IF97已得到了越來越多的應用，DCS已經作為各種蒸汽動力設備試驗和分析的一種重要技術手段，也應該盡快采用統(tǒng)一標準。

與通用的計算軟件完全不同，完整的IAPWS-IF97公式對實時控制仍過于復雜，而且其中的大部分功能在DCS中也非必要。但實時控制卻要求更高的計算可靠性，同時要滿足原有嵌入式軟件算法的模塊化和可復用性等基本要求。因此，開發(fā)符合DCS特點和控制需要的水和水蒸汽熱力性質IAPWS-IF97實時控制算法就具有較強的現實意義。

參考文獻：

[1](德)W.瓦格納(W.Wagner)，(德)A.克魯澤(A.Kruse)著，項紅衛(wèi)譯.水和蒸汽的性質[M].科學出版社，2003

[2]王培紅，賈俊穎，程懋華.水和水蒸汽性質的IAPWS-IF97計算模型[J].動力工程.2000(06)

[3]蘇明旭，蔡小舒.新的水和水蒸汽熱力性質國際標準IAPWS-IF97及計算軟件[J].鍋爐制造.2000(02)

[4]楊宇，史進淵，豐春芳.水和水蒸汽熱力性質動態(tài)鏈接庫的開發(fā)及在汽輪機中的應用[J].上海汽輪機.2001，79(02)：10-14.

[5]汪國山，朱小星.新的水和水蒸汽熱力性質國際工業(yè)標準IAPWS-IF97和計算程序編制[J].汽輪機技術，2005，47(3)：161-167.

[6]吳燕玲，鐘崴，童水光，周鴻波.IAPWS-IF97水和水蒸汽性質計算方法的補充模型及應用[J].熱力發(fā)電.2008(03)