热工控制系统第十二章单元机组协调控制系统课件

1、能源与动力工程学院单元机组协调控制系统单元机组协调控制系统能源与动力工程学院一引言一引言（一）基本概念（一）基本概念 单元机组在处理满足负荷要求并同时维持机组主要运行参数单元机组在处理满足负荷要求并同时维持机组主要运行参数稳定这两个问题时，是将机炉作为一个整体来看待的。然而汽机、稳定这两个问题时，是将机炉作为一个整体来看待的。然而汽机、锅炉实际上又是相对独立的，它们通过各自的调节手段，如汽轮锅炉实际上又是相对独立的，它们通过各自的调节手段，如汽轮机机调节阀开度调节阀开度、锅炉燃烧率锅炉燃烧率，满足电网负荷的要求并保持机组主，满足电网负荷的要求并保持机组主要参数（主蒸汽压力）的稳定，但它们能力不

2、尽相同，差异较大。要参数（主蒸汽压力）的稳定，但它们能力不尽相同，差异较大。 当前随着大型发电机组的日益增多，大容量机组的汽机和锅当前随着大型发电机组的日益增多，大容量机组的汽机和锅炉都是组成单元制热力系统。炉都是组成单元制热力系统。能源与动力工程学院 若在单元机组控制系统若在单元机组控制系统设计中，充分考虑它们差异，设计中，充分考虑它们差异，以及各自特点，采取某些措以及各自特点，采取某些措施（如引入某些前馈信号、施（如引入某些前馈信号、协调信号），让机炉同时按协调信号），让机炉同时按照电网负荷要求变化，接收照电网负荷要求变化，接收外部负荷指令，根据主要运外部负荷指令，根据主要运行参数偏差，协

3、调地进行控行参数偏差，协调地进行控制，从而在满足电网负荷要制，从而在满足电网负荷要求同时保持主要运行参数稳求同时保持主要运行参数稳定，这样控制系统称为定，这样控制系统称为协调协调控制系统（控制系统（CCSCCS）。能源与动力工程学院 单元机组协调控制系统可认为是一种二级递阶控制系统。单元机组协调控制系统可认为是一种二级递阶控制系统。处于上位级的机炉协调级，也叫作单元机组主控系统，是整处于上位级的机炉协调级，也叫作单元机组主控系统，是整个系统的核心部分。处于局部控制级的子系统包括锅炉燃料个系统的核心部分。处于局部控制级的子系统包括锅炉燃料控制系统，风量控制系统，汽轮机功率控制系统，风量控制系统，

4、汽轮机功率/ / 频率调节系统，以频率调节系统，以及直流锅炉的给水控制系统。及直流锅炉的给水控制系统。 单元机组主控系统产生指挥机炉控制器动作的锅炉指令和单元机组主控系统产生指挥机炉控制器动作的锅炉指令和汽机指令。局部控制级的控制器执行主控系统发出的指令，汽机指令。局部控制级的控制器执行主控系统发出的指令，完成指定的控制任务。完成指定的控制任务。 协调控制主控系统结构框图协调控制主控系统结构框图 能源与动力工程学院负荷管理中心结构图负荷管理中心结构图 能源与动力工程学院WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE-+BTp0pT机炉协调控制器控制对象能源与动

5、力工程学院（二）机组控制对象分析（二）机组控制对象分析 锅炉和汽轮机在响应外界负荷时的动态特性存在很大差异。锅炉和汽轮机在响应外界负荷时的动态特性存在很大差异。 主蒸汽压力反映机炉内部的能量是否平衡，实发功率表征发主蒸汽压力反映机炉内部的能量是否平衡，实发功率表征发电机组与外部电网是否平衡。电机组与外部电网是否平衡。WpB(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)PEpT+BT121(s)=(+1)pBKWTs222(s)=(+1)PBKWT s434(s)=-(K +)+1pTKWT s56256(s)=-+1 (+1)PTKKWT sT sP:功率功率p：压力：压力能源与动力工程学院二机、

6、炉主控制器二机、炉主控制器 机、炉主控制器是单元机组的控制机构，它的主要功能是机、炉主控制器是单元机组的控制机构，它的主要功能是根据机组的运行条件和要求，运行人员可以选择锅炉跟随、汽根据机组的运行条件和要求，运行人员可以选择锅炉跟随、汽轮机跟随及协调等控制方式，给出合理的控制方案提供机组全轮机跟随及协调等控制方式，给出合理的控制方案提供机组全面的协调控制。面的协调控制。（一）分开控制（一）分开控制1、炉跟机（BF boiler following turbine）能源与动力工程学院炉跟机的特点：负荷适应性强，机组稳定性差WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P

7、0PE-+BTp0pT原理框图能源与动力工程学院2、机跟炉（TF）机跟炉的特点：机组稳定性强，负荷适应性差。能源与动力工程学院WT1(s)WPT(s)WT2(s)WpB(s)WpT(s)WPB(s)p0P0PEpT-+BT原理框图能源与动力工程学院（二）协调控制方式（二）协调控制方式 目前，各种不同单元机组协调控制系统的设计，都是从处理目前，各种不同单元机组协调控制系统的设计，都是从处理快速负荷响应和主要参数运行稳定这一矛盾出发的，一般协调控快速负荷响应和主要参数运行稳定这一矛盾出发的，一般协调控制系统可按反馈回路或前馈信号的不同进行分类。制系统可按反馈回路或前馈信号的不同进行分类。1 1、按

8、反馈回路分类、按反馈回路分类 按反馈回路分类可以将协调控制系统分为以按反馈回路分类可以将协调控制系统分为以锅炉跟随（汽机锅炉跟随（汽机基本）基本）为基础的协调控制系统和为基础的协调控制系统和汽机跟随（锅炉基本）汽机跟随（锅炉基本）以为基础以为基础的协调控制系统。的协调控制系统。 （1 1）以炉跟机为基础的协调控制系统）以炉跟机为基础的协调控制系统 CBFCBF： 能源与动力工程学院特点：能源与动力工程学院（2）以机跟炉为基础的协调控制方式）以机跟炉为基础的协调控制方式CTF特点：能源与动力工程学院2、前馈控制在机炉协调控制中的应用、前馈控制在机炉协调控制中的应用能源与动力工程学院（1）直接能量

9、平衡（）直接能量平衡（DEB direct energy balance） 按蒸汽流量需求进行的前馈控制按蒸汽流量需求进行的前馈控制 若系统在锅炉跟随方式下，负荷指令由汽轮机手动控制或由DEH就地控制，P0跟踪机组实际功率，P0=PE，而PE是被调量，不能主动反映负荷需求的变化，这时再用P0作前馈就失去了“前馈”的意义。 这时，通常采用蒸汽流量需求信号作为锅炉的前馈信号。蒸汽流量需求是汽轮机希望消耗的能量，用此信号可保持汽轮机耗能与锅炉产能随时平衡，从而改善机组的负荷响应。汽轮机对锅炉的能量需求信号也称能量平衡信号。能源与动力工程学院p1大体上代表汽轮机的进汽量，可以作为对锅炉的能量需求信号。

10、缺点：缺点：仅采用p1作为前馈信号，当锅炉侧内扰时，将对汽压pT造成动态正反馈。如：如：燃烧率扰动使主汽压增加时，即使调门开度不变，调节级压力p1也增加，如果直接把p1作为前馈信号直接作用于锅炉，就会使燃烧率进一步增加。 因此，若采用p1作为前馈信号，就必须对其进行修正。具有压力比修正的能量平衡信号具有压力比修正的能量平衡信号T01p/pp当锅炉内扰引起进入汽轮机的蒸汽量变化时，p1/pT可保持不变。这样就消除了内扰影响。滑压运行时由于p0的变化，该信号同样有效。能源与动力工程学院（2）直接指令平衡控制系统直接指令平衡控制系统DIB（间接能量平衡（间接能量平衡IEB）能源与动力工程学院（三）协

11、调控制系统的运行方式（三）协调控制系统的运行方式 协调控制系统的设计不同，所供选择的工作方式也有所区别。协调控制系统的设计不同，所供选择的工作方式也有所区别。但是，一般协调控制系统都具有下列五种工作方式：但是，一般协调控制系统都具有下列五种工作方式：（）方式（）方式I I机炉协调控制方式机炉协调控制方式 适用适用: :机组运行情况良好机组运行情况良好, ,带变动负荷。机炉参加电网调频，调带变动负荷。机炉参加电网调频，调度所可以直接改变机组负荷，机组运行人员也可以改变机组输出功度所可以直接改变机组负荷，机组运行人员也可以改变机组输出功率，机炉自动调节系统都投入运行。率，机炉自动调节系统都投入运行

12、。 （）方式（）方式IIII汽机跟随锅炉而汽机输出功率可调方式汽机跟随锅炉而汽机输出功率可调方式 锅炉、汽机自动，机组不参加电网调频，调度所也不直接改变锅炉、汽机自动，机组不参加电网调频，调度所也不直接改变机组负荷。只有机组运行人员可以改变机组给定功率，机组输出功机组负荷。只有机组运行人员可以改变机组给定功率，机组输出功率能自动保持率能自动保持= =给定功率。给定功率。 （）方式（）方式IIIIII汽机跟随锅炉而机组输出功率不可调节方式汽机跟随锅炉而机组输出功率不可调节方式 能源与动力工程学院（）方式（）方式IVIV锅炉跟随汽机输出功率不可调节方式锅炉跟随汽机输出功率不可调节方式 锅炉工作正常

13、，汽机部分设备工作异常，不接受外部负荷指令，锅炉工作正常，汽机部分设备工作异常，不接受外部负荷指令，锅炉燃烧率处于自动状态，维持机前压力。汽机主控制器处于手动锅炉燃烧率处于自动状态，维持机前压力。汽机主控制器处于手动状态。状态。 （）方式（）方式V V手动控制方式手动控制方式 锅炉和汽机都处于锅炉和汽机都处于“手动手动”，单元机组的运行由运行人员手动，单元机组的运行由运行人员手动操作，主控制系统中的负荷要求指令操作，主控制系统中的负荷要求指令P P0 0 跟踪机组的实际出力，为投跟踪机组的实际出力，为投入自动作好准备。入自动作好准备。 汽机运行正常，锅炉部分设备有故障，机组维持它本身实际输汽机

14、运行正常，锅炉部分设备有故障，机组维持它本身实际输出功率，不接受任何外部负荷要求指令。自动调节的主要目的是维出功率，不接受任何外部负荷要求指令。自动调节的主要目的是维持锅炉继续运行，以便排除锅炉的部分故障。此时只是汽机调节阀持锅炉继续运行，以便排除锅炉的部分故障。此时只是汽机调节阀处于自动控制，锅炉燃烧率处于手动控制。处于自动控制，锅炉燃烧率处于手动控制。 能源与动力工程学院（一）负荷管理控制中心基本原理（一）负荷管理控制中心基本原理三负荷指令处理三负荷指令处理1 1、负荷指令运算环节、负荷指令运算环节 负荷指令处理的主负荷指令处理的主要功能是根据电网调度要功能是根据电网调度中心的负荷指令或机

15、组中心的负荷指令或机组运行人员指令以及机组运行人员指令以及机组主辅机运行情况，处理主辅机运行情况，处理成适合于机炉运行状态成适合于机炉运行状态的实际负荷指令的实际负荷指令P P0 0 。能源与动力工程学院2、负荷指令限制环节、负荷指令限制环节（1）最大/最小负荷限制环节机组最大可能出力与主要辅机的投切状况有关。主要辅机故障切除时，机组最大可能出力值减小，为了保证机组能量力而行，应根据辅机运行情况，计算最大可能出力值，作为机组负荷上限。如有的机组以运行中的摩煤机台数来计算机组最大可能出力。能源与动力工程学院（2）负荷快速返回RB 机组运行过程中，当机组的主要辅助设备突然发生故障，造成机组承担负荷

16、能力下降时，就要求机组的负荷指令处理装置将机组的实际负荷指令下降到机组所能承担的水平，这种辅机故障引起的机组实际负荷指令的快速下降，称为快速返回，简称RB（RUN BACK）引起RB的辅机有：送风机、引风机、给水泵、一次风机、空气预热器等能源与动力工程学院（3）负荷增）负荷增/减闭锁（减闭锁（BLOCK I/D）引起机组闭锁的原因：引起机组闭锁的原因：1）第二类故障：指运行）第二类故障：指运行中存在的可能导致机组实中存在的可能导致机组实际负荷的增减受到限制，际负荷的增减受到限制，但又不能立即加以识别的但又不能立即加以识别的故障因素。故障因素。例如：燃烧器喷嘴堵塞、例如：燃烧器喷嘴堵塞、风机挡板

17、卡涩、执行器连风机挡板卡涩、执行器连杆折断、给水调节机构故杆折断、给水调节机构故障等。障等。2）各辅机的动作速率不）各辅机的动作速率不一致或负荷指令变化过快。一致或负荷指令变化过快。能源与动力工程学院负荷指令增负荷指令增/减闭锁实现方案减闭锁实现方案能源与动力工程学院（4）负荷迫升）负荷迫升/迫降迫降 （RUN UP/RUN DOWN）对于第二类故障，除采取负荷增对于第二类故障，除采取负荷增/减闭锁措施外，通常还可减闭锁措施外，通常还可能进一步采取迫升能进一步采取迫升/迫降措施。迫降措施。负荷增负荷增/减闭锁是减闭锁是“消极防守消极防守”性措施，负荷迫升性措施，负荷迫升/迫降则迫降则是是“积极进攻积极进攻”性措施。从偏