超临界控制策略

1、All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 1 超临界大型机组的控制特点及对策超临界大型机组的控制特点及对策 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 2 一超临界参数大型机组控制工程的基本特点一超临界参数大型机组控制工程的基本特点 二快速协调控制的基本方法二快速协调控制的基本方法 三闭环控制中的重要概念三闭环控制中的重要概念 四四AGCAGC及协调控制在及协调控制在HIACSHIACS系统中的实现方法系统中的实现方法 五五. HIACS. HIACS5000M50

2、00M系统的实时性对策系统的实时性对策 目目 录录 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 3 一超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点：一超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点： 1. 对象特点： - 输入/输出工艺变量多。 - 动态过程快：由于没有汽包环节，作功工质占汽水循环总工质的比 例增大，动态过程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。 - 主汽压参数上升（246Kg/cm2），工作介质刚性提高，动态过程加快， 同样需要更快的控制作用及更快的控制周期。 - 数学模型不精确。 2. 机组控制系统(DCS)面临的

3、主要问题 - DCS系统的实时性更好： 快速的I/O处理； 快速的CPU处理； 更短的控制周期； - 快速控制、快速保护 - 汽机锅炉发电机总体优化的快速控制策略 - 快速响应负荷需求 - 总体协调 - 高可靠性 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 4 二快速协调控制的基本方法二快速协调控制的基本方法 1. 对控制策略的基本要求 - 具有成功地投运经验 - 对数学模型的精度要求不高 - 对负荷需求指令，有快速的响应 - 能够实现炉机电之间的稳态、动态功率平衡 2. 四种机组运行方式 - 协调方式 - 锅炉跟踪汽机的工作方式

4、 - 汽机跟踪锅炉的工作方式 - 锅炉、汽机手动状态方式 3. 二类基本控制策略 - 采用P1信号的控制策略 - 日立公司的控制策略 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 5 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 6 P1/PT:代表了调节门开度 P1/PT.PTS:代表了蒸汽流量 =P1/P Y=P11+K( PTS-PT) (F算法) 当K=1/PT时 Y=P11+1/ PT(PTS-PT) T*PTS (L-N算法) 以P 基本思想： 1作为Boil

5、er 功率需求信号， 协调B-T侧的 能量平衡。 采用汽机调节级压力采用汽机调节级压力P1信号的协调控制策略信号的协调控制策略 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 7 日立公司超临界、直流炉的协调控制思想日立公司超临界、直流炉的协调控制思想 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 8 三三. .闭环控制工程中的几个重要概念闭环控制工程中的几个重要概念 1.可控性（controllability）、快速性和控制周期。 现代控制理论中，可控性是个最基本的概念。

6、在实际工程中， 非常有意义的有两点： - 不可观测的变量及工艺过程是不可控制的； - 在一定意义下可控性等价于控制的快速性： - 控制的快速性越好，可控性越好。 - 控制周期实质上是不可控环节，控制周期越短越好，当 然为此要付出经济代价。一般说来，以受控工艺时间常数T为准 则，控制周期TO以不大于T/10为好。 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 9 例如：汽机转子运动方程、时间常数分析及DEH控制周期的要求： 汽机转子运动方程： 其中： I：汽机转子的转动惯量； ：转子角速度； Mh：蒸汽主动力矩； Me：电负荷力矩；

7、Mf：摩擦力矩； 对应减速状态；时；00 dt d M dt d M h (1)MMeM dt d I f -= h All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 10 -蒸汽主动力矩（Mt） )( )( 1 )( 2 0 秒量纲：S MK S MSK M I g g H = = w )4( )3( 0 0 00 0 H a aH T h H M I T TMI dtMdI M dt d I a w w w w w = = = = ）（米公斤2)(13. 1 00 = im n HG Mh 其中： n：转速； 同样的蒸汽流量，低转速

8、下产生的蒸汽力矩 M 高，高转速下，产生的蒸汽力矩 低。M 因此，这是一类自平衡系统。 - 全飞升时间 （Ta）的物理意义： 定义：若M =M =0 时，在额定蒸汽力矩 （M）的条件下，汽机转速从零上升到额定值 0时所需要的时间。此时（1）转化为： G ：蒸汽流量； 0：焓降； im H0 Hf e h h All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 11 经验数值： 200MW： Ta78秒 300MW： Ta67秒 600MW： Ta56秒 日立日立DEHDEH控制周期的确定：控制周期的确定： 这是一个理论上的极限数值，实际上

9、是不可能达到的。因 此，日立公司HIACS系统DEH的设定值为5060ms。为600MW机 组全飞升时间Ta的1/100。这一数据是有理论依据的。 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 12 2.串级调节系统中的工作周期概念 串级反馈系统中，工作周期是个重要的物理概念。控制系统测点 及执行器的位置设计时，直接影响工作周期，因此，应遵守如下准则： - 副环路工作周期 尽可能地短； - 主环路工作周期 ，此时，对主环路而言副环路可以简 化为一个比例环节。主、副环路本质上解耦，可以分别镇定、分别调 试，系统工作稳定，调试方便。反之

10、系统工作不稳定，调试困难。 3. 小偏差调节状态 从数学模型分析，电站工艺过程与其它工艺过程相同，必然是个 非线性过程。线性仅是在某稳态工作点X 邻域内的性质。当系统负荷 大范围变化时，要使调节过程符合线性化性质，控制系统必需处在小 偏差工作状态，这样才能得到正确的模型预测及好的调节品质。 1 1 2 0 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 13 MWD MSP MSP 调节器 汽 机 调 节 给 水 调 节 燃 料 调 节 通 风 调 节 FG1FG2FG3 其它系统 稳态前馈及 小偏差调节方式 给水指令=锅炉输入主指令

11、 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 14 四四 AGCAGC及协调控制在及协调控制在HIACSHIACS系统中的实现方法系统中的实现方法 A.协调控制的功能： - 接受中调或操作员指令； - 产生控制系统可以接受的负荷指令； - 平衡汽机和锅炉侧的稳态、动态响应； - 各种运行方式的合理切换； - 参与电网调频的功能； - 加快机组对负荷的响应； - 辅机故障状态下的减负荷控制； All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 15 B.HIACS系统协调控制：

12、 指令 切换 变化 率 限制 负荷 跟踪 调频 功能 上下 负荷 限制 RB 回路 MSP信号 锅炉 主控 BID MSP 校正 RB信号 （MWD） f电网 LD2 LD1 中调指令 操作员指 令 不同运行方式下的负荷跟踪 MW LD3LD4 (DPC指令） 锅 炉 动 态 加 速 汽机 指令 形成 （BIR） DEH 锅炉输入 加速指令 锅炉 主指令 图1：单元主控框图 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 16 AGC装置 DCS系统 AGC-DCS之间的信号连接 All rights reserved, copyri

13、ght(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 17 C. 锅炉动态加速信号（BIR）生成回路 目 的：加速锅炉对负荷指令的响应速度； 功 能：变负荷时具有强化微分环节的作 用，稳态负荷下，不发生作用； 指令种类： - 燃料BIR； - 通风BIR； - 给水BIR； - 减温喷水BIR等； All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 18 BIRBIR信号的设计思想信号的设计思想 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 19 BIR生成程序框图 All r

14、ights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 20 五五. HIACS. HIACS5000M5000M系统的实时性对策系统的实时性对策 HIACSHIACS控制器（控制器（R600CR600C）快速性设计：）快速性设计： 1 1。高速并行。高速并行I/OI/O总线结构总线结构 高速并行总线结构 速率100Mbps 并行总线扩展 最多扩展 七个机箱 CPUCPU 模模 件件 I/OI/O 模模 件件 总总 线线 扩扩 展展 板板 I/OI/O 模模 件件 总总 线线 扩扩 展展 板板 CPUCPU 模模 件件 All rights reser

15、ved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 21 2 2。提高。提高CPUCPU处理速度处理速度 采用采用RISCRISC芯片芯片 主频主频160MHz160MHz，相当于一般芯片，相当于一般芯片500MHz500MHz以上以上 3 3。提高软件管理效率：。提高软件管理效率： 采用专用高效实时管理软件（采用专用高效实时管理软件（PMSPMS） 处理效率高，实时性好处理效率高，实时性好 内存效率高，不产生任何内存垃圾内存效率高，不产生任何内存垃圾 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 22 HI

16、SEC-04M/CX/R600C 控制器特征控制器特征 型型 号号R-600CR-600C 处理器处理器32 32 bit RISCbit RISC 内存内存1616MBMB ROMROM512512KBKB 网络连接网络连接-100-100 时钟时钟100100MHZMHZ 控制周期控制周期 2020、5050、100100、200200、 250250、500500msms 冗余方式冗余方式热运行备份方式热运行备份方式 最小设定最小设定 间隔间隔 1010msms All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 23 望亭望亭14

17、# CTL14# CTL负荷实测结果负荷实测结果 NO.NO.CTLCTL 控制运算周期控制运算周期 ( (ms)ms) 实测负荷率（实测负荷率（r1r1） 1 1MCS1MCS1200200 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 MCS2MCS2100100 MCS3MCS3200200 100100 200200 200200 100100 200200 9 9100100 1010200200 1111 BMS&MILL1BMS&MILL1 BMS&MILL2BMS&MILL2 SCS1SCS1 SCS2SCS2 SCS3SCS3 SCS4SCS4 SCS5SCS5 D

18、ASDAS 200200 1212 FSSFSS 200200 10.2310.2310.1810.18 12.3212.3211.8611.86 10.9610.96 11.4511.4510.9710.97 6.386.386.206.20 5.665.665.495.49 9.869.869.509.50 5.365.365.185.18 11.5011.5010.9810.98 6.126.125.965.96 5.605.605.445.44 14.0214.0213.5813.58 Max(%)Max(%)平均平均(%)(%) 11.2711.27 All rights reser

19、ved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 24 华能南京电厂华能南京电厂1 1CTLCTL负荷实测结果负荷实测结果 NO.NO.CTLCTL 控制运算周期控制运算周期 ( (ms)ms) 实测负荷率（实测负荷率（r1r1） 1 1OPCOPC2020 2 3 4 5 6 7 8 BTC200 通风通风A200 100 200 200 100 100 9200 10100 11 BMS BMS CCS 给水给水 辅机辅机1 辅机辅机2 辅机辅机3 DAS 100 12 通风通风B 100 28.8428.8428.0628.06 10.6910.44 8.52

20、6.326.11 7.527.32 7.036.83 17.5517.09 10.159.88 5.385.13 19.8319.20 13.2812.94 18.6818.53 Max(%)Max(%)平均平均(%)(%) 8.30 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 25 望亭电厂望亭电厂CTLCTL 内存占用率实测数据内存占用率实测数据（一）（一） NONO CTLCTL 功能功能内存区内存区已占用已占用(%) (%) 未用区未用区(%) (%) 逻逻 辑辑 区区6 69494 1 1BTCBTC通通 讯讯 区区1

21、19999 I / O I / O 区区1 19999 逻逻 辑辑 区区6 69494 2 2MCS1MCS1通通 讯讯 区区2 29898 I / O I / O 区区2 29898 逻逻 辑辑 区区4 49696 3 3MCS2MCS2通通 讯讯 区区1 19999 I / O I / O 区区1 19999 逻逻 辑辑 区区3 39797 4 4MCS3MCS3通通 讯讯 区区1 19999 I / O I / O 区区1 19999 逻逻 辑辑 区区6 69494 5 5BMS1BMS1通通 讯讯 区区2 29898 I / O I / O 区区1 19999 All rights r

22、eserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 26 望亭电厂望亭电厂CTLCTL 内存占用率实测数据内存占用率实测数据 （二）（二） NONO CTLCTL 功能功能内存区内存区已占用已占用(%) (%) 未用区未用区(%) (%) 逻逻 辑辑 区区7 79393 BMS2BMS2通通 讯讯 区区1 199996 6 I / O I / O 区区1 19999 逻逻 辑辑 区区6 69696 7 7SCS1SCS1通通 讯讯 区区2 29898 I / O I / O 区区1 19999 逻逻 辑辑 区区6 69494 8 8SCS2SCS2通通 讯讯 区

23、区2 29898 I / O I / O 区区1 19999 逻逻 辑辑 区区8 89292 9 9SCS3SCS3通通 讯讯 区区12128888 I / O I / O 区区1 19999 逻逻 辑辑 区区4 49696 1010DASDAS通通 讯讯 区区2 29898 I / O I / O 区区3 39797 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd. BHC 27 高效、快速传输的机组控制级网络（高效、快速传输的机组控制级网络（-100 Nwtwork-100 Nwtwork) )： 采用国际校准的环形令牌（采用国际校准的环形令牌（Token-RingToken-Ring）网络）网络 执行标准的执行标准的IEEE802.5IEEE802.5协议协议 - -不用不用HUBHUB； - -不用交换机；不用交换机； - -光纤介质环形连接的物理结构；光纤介质环形连接的物理结构； 双重化双重化IEEE802.5IEEE802.5网络接口卡网络接口卡 - -双重化光双重化光/ /电转换接口；电转换接口； - -双重化处理电路；双重化处理电路； - -独立的网络处理器，与独立的网络处理器，与CPUCPU处理器并行总