水口水电厂厂用电系统节能优化运行研究

【摘要】：当前，随着能源危机的加剧，节能降耗显得更加重要，并已成为我国的一项基本国策。同时，水口水电厂存在厂用电量较大的问题，急需进行节能改造。然而，节能改造工程耗资较大，启动前须进行科学严谨的方案设计。本文紧跟时代需求，并结合水口水电厂实际，对厂用电系统中的主变冷却器系统和渗漏深井泵系统进行节能改造方案设计。在设计中，力求维持各个厂用电子系统的安全、稳定，以最终达到厂用电系统节能优化运行的目的。 在主变冷却器系统方面，首先根据当前系统存在的问题，引入变频调速技术，设计了改进系统的硬件电路。接着，根据变压器运行规程和控制过程的实际需要，编制了主变冷却器PLC控制程序；并利用PLCSIM仿真软件对PLC程序运行的正确性进行仿真，仿真结果符合控制过程要求，从而验证了程序的可靠性。最后，为维持主变油温的稳定，引入模糊控制方法来调整主变冷却风机变频器频率输出值。模糊控制器设计过程具有一定的主观性，会导致误差的产生。主要采用改进粒子群算法来优化模糊控制器，使得模糊控制器的设计误差达到最小，具有一定的理论参考价值。 在渗漏深井泵系统上，通过泵性能曲线拟合和管路特性曲线计算，求取泵的实际工作点，由此确定当前深井泵运行于低效区，并基于变频调速原理对系统进行节能方案设计。在设计中，首先构造4个随调速比率变化的目标函数，并采用改进灰色关联度分析方法进行多目标决策，以求得某一特定工况下的最优调速比率。接着，将不同工况下的最优调速比率作为RBF神经网络的输入样本，并在泛化能力上对网络进行优化，使其可以精确预测最优调速比率。最后，根据当前系统存在的问题和控制过程的实际需要，对深井泵控制系统硬件电路进行改进设计，并编制了PLC程序。本文还开发了上位机人机界面，它可以调用神经网络程序以控制变频器输出频率，并可监测部分系统参数。 本文还对所提出的改造方案进行节能效果预测，预测结果表明相关方案具有一定的应用价值，值得实施和推广。全文最后总结了本文的特点和不足之处，并对后续工作进行了展望。 【关键词】：水电厂厂用电 变频调速 可编程控制器 模糊控制 灰色关联度分析
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TV737
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-16
• 1.1 课题相关背景11-14
• 1.1.1 课题的选题由来和研究对象11
• 1.1.2 火电厂辅机节能研究及对本课题的启发11-12
• 1.1.3 变频调速技术12-13
• 1.1.4 电力变压器冷却系统优化运行研究现状13-14
• 1.1.5 水电厂集水井排水泵优化运行研究现状14
• 1.2 课题研究的目的和意义14-15
• 1.3 本文所做的工作15-16
• 第二章 主变冷却器电气控制系统硬件设计16-33
• 2.1 主变冷却系统介绍16-17
• 2.1.1 系统概况、运行情况和节能改造的必要性16
• 2.1.2 强迫油循环风冷却器构成与工作原理16
• 2.1.3 电力变压器的损耗和散热16-17
• 2.1.4 变压器冷却器节能原理17
• 2.2 主变冷却器继电控制线路17-20
• 2.3 当前主变冷却器 PLC 控制系统20-22
• 2.4 节能设计中的变送器、变频器、PLC 选型22-24
• 2.4.1 低压电器元件选用和变送器、变频器选型22
• 2.4.2 PLC 的选用和组成结构22-23
• 2.4.3 PLC 的输入输出23-24
• 2.4.4 PLC 的模块选型24
• 2.5 主变冷却器控制系统硬件设计24-33
• 2.5.1 电气控制线路24-26
• 2.5.2 信号部分接线26-27
• 2.5.3 PLC 数字量输入输出接线27-30
• 2.5.4 PLC 模拟量输入输出接线30
• 2.5.5 变频器主回路、控制回路端子接线30-33
• 第三章 主变冷却器 PLC 控制程序设计与仿真33-46
• 3.1 PLC 程序的功能以及和手动操作的配合33-34
• 3.1.1 相关标准对主变冷却器控制过程的要求33
• 3.1.2 主变冷却器 PLC 程序主要功能33-34
• 3.1.3 PLC 控制与运行人员手动操作的配合34
• 3.2 PLC 程序结构34-39
• 3.2.1 PLC 编程语言和编程原则34-35
• 3.2.2 PLC 程序的硬件组态35
• 3.2.3 PLC 程序中的块35-36
• 3.2.4 PLC 程序的符号表和变量声明表36-39
• 3.3 PLC 程序分析39-43
• 3.3.1 组织块 OB100 和 OB139
• 3.3.2 功能块 FB139-41
• 3.3.3 多重背景功能块 FB241-42
• 3.3.4 功能和数据块42-43
• 3.4 PLC 程序仿真43-46
• 第四章 模糊控制在主变冷却器节能运行中的应用46-59
• 4.1 模糊控制的可行性和系统结构46
• 4.2 模糊控制原理46-48
• 4.2.1 输入量模糊化46-47
• 4.2.2 确定模糊控制规则47
• 4.2.3 模糊推理47
• 4.2.4 输出量去模糊化47-48
• 4.3 主变油温模糊控制器设计与设计误差48-51
• 4.3.1 主体方案48
• 4.3.2 模糊控制器等级值与实际值的对应关系48-49
• 4.3.3 各模糊集初始隶属函数设计49-50
• 4.3.4 模糊控制规则表50
• 4.3.5 模糊控制表50-51
• 4.3.6 模糊控制器设计误差51
• 4.4 改进粒子群算法和模糊控制器隶属函数修正51-54
• 4.4.1 粒子群算法（PSO）与改进51-52
• 4.4.2 模糊控制器隶属函数修正52
• 4.4.3 隶属函数修正的限制条件52
• 4.4.4 隶属函数与设计误差的修正结果52-53
• 4.4.5 残留设计误差原因分析53-54
• 4.5 模糊控制器设计的 MATLAB仿真54-55
• 4.6 顶层油温模糊控制的 PLC 编程实现55-57
• 4.6.1 模拟量模块的 A/D 转换和 D/A 转换55
• 4.6.2 PLC 对输入温度信号的处理55-56
• 4.6.3 PLC 对输出信号的处理56
• 4.6.4 模糊控制计时处理56
• 4.6.5 模糊控制编程56-57
• 4.7 主变冷却器节能效果预测57-59
• 第五章 渗漏泵变频调速节能原理研究59-69
• 5.1 渗漏排水系统概况59
• 5.2 离心泵性能参数和性能曲线拟合59-62
• 5.2.1 离心泵性能参数59-60
• 5.2.2 离心泵性能曲线60
• 5.2.3 最小二乘法曲线拟合原理60-61
• 5.2.4 渗漏泵性能曲线拟合61-62
• 5.3 渗漏排水系统管路特性曲线62-63
• 5.3.1 管路特性曲线和离心泵运行工作点62-63
• 5.3.2 渗漏排水系统管路特性曲线计算63
• 5.4 渗漏泵运行工况、节能必要性和节能方案分析63-64
• 5.4.1 渗漏泵运行工况和节能必要性63-64
• 5.4.2 节能方案分析64
• 5.5 调速时离心泵性能曲线变化64-65
• 5.6 调速比率变化时相关目标函数构造65-67
• 5.6.1 离心泵效率函数65-66
• 5.6.2 离心泵单位流量耗轴功率函数66
• 5.6.3 扬程损失因子函数66-67
• 5.6.4 集水井安全性函数67
• 5.7 相关目标函数的综合和协调67-69
• 第六章 人工智能在确定渗漏泵调速方案中的应用69-81
• 6.1 多目标决策和灰色关联度分析69-70
• 6.2 权重向量 V 的求取70-73
• 6.2.1 改进层次分析法确定指标权重向量70-72
• 6.2.2 熵权系数法确定指标权重向量72-73
• 6.2.3 综合权重 V73
• 6.3 灰色理论在最优调速比率确定中的应用73-75
• 6.4 RBF 神经网络理论75-77
• 6.4.1 引入神经网络的必要性75
• 6.4.2 RBF 神经网络模型75-76
• 6.4.3 基于 OLS 的 RBF 神经网络76-77
• 6.5 改进 RBF 神经网络与最优调速比率预测77-81
• 6.5.1 基于改进 OLS 的 RBF 神经网络77-79
• 6.5.2 改进网络仿真结果79-81
• 第七章 渗漏泵电气控制系统设计81-94
• 7.1 渗漏泵控制系统运行情况和设备配置81-82
• 7.1.1 渗漏泵控制系统运行情况81
• 7.1.2 运行注意事项81
• 7.1.3 系统设备配置81-82
• 7.2 节能设计中的变送器、变频器、PLC 选型82-83
• 7.3 渗漏泵控制系统硬件设计83-87
• 7.3.1 电气控制线路83-84
• 7.3.2 PLC 数字量输入输出接线84-86
• 7.3.3 PLC 模拟量输入输出接线86
• 7.3.4 变频器端子接线和参数设置86-87
• 7.4 渗漏泵 PLC 控制程序设计87-89
• 7.5 渗漏泵运行的上位机监控系统开发89-93
• 7.5.1 FX 系列 PLC 与 PC 的有协议通信89-90
• 7.5.2 FX 系列 PLC 与 PC 通信实例示范90-91
• 7.5.3 PLC 通信编程和上位机人机界面编制91-92
• 7.5.4 具体操作和通信过程92-93
• 7.6 渗漏泵节能效果预测93-94
• 结论与展望94-96
• 参考文献96-99
• 致谢99-100
• 附录100-112
• 附录 1 主变冷却器 PLC 程序部分梯形图100-105
• 附录 2 最优调速比率神经网络预测训练样本105-106
• 附录 3 渗漏泵 PLC 程序部分梯形图与分析106-108
• 附录 4 基于 VB 的集水井控制系统上位机监控程序108-112
• 个人简历112
• 在学期间参与的研究课题112
• 在学期间发表或录用的论文112

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