单元机组的控制与调节

1、锅锅炉炉发电机发电机DCS电网电网燃料燃料 水水空气空气一、单元机组负荷控制的特点一、单元机组负荷控制的特点机组热控技术已达到了一个崭新的水平机组热控技术已达到了一个崭新的水平随着机组参数和容量的提高随着机组参数和容量的提高随着计算机的采用和控制仪表的进步随着计算机的采用和控制仪表的进步以以 DCS 为手段的自动控制系统有效地实为手段的自动控制系统有效地实现机组安全经济运行现机组安全经济运行担负着：担负着：主、辅机参数控制、主、辅机参数控制、回路调节、回路调节、联锁保护、联锁保护、 顺序控制、顺序控制、 参数显示、参数显示、 异常报警、异常报警、性能计算、性能计算、 趋势记录、趋势记录、 报表

2、输出等功能。报表输出等功能。是一个功能齐全的综合体系是一个功能齐全的综合体系（1 1）数据采集系统（）数据采集系统（DAS）（2 2）模拟量控制系统（）模拟量控制系统（CCS）（3 3）炉膛安全保护系统（）炉膛安全保护系统（FSSS）（4 4）汽轮机控制系统（）汽轮机控制系统（DEH）（5 5）汽轮机监测仪表（）汽轮机监测仪表（TSI）（6 6）汽轮机旁路控制系统（）汽轮机旁路控制系统（BPCS）（7 7）发电机氢水油监测系统）发电机氢水油监测系统（8 8）辅机顺序控制系统（）辅机顺序控制系统（SCS）（9 9）给水泵小汽轮机控制系统（）给水泵小汽轮机控制系统（MEH）主要功能有：主要功能有：

3、大型机组控制系统大型机组控制系统 - -功能构成示意图功能构成示意图自动检测自动检测自动保护自动保护顺序控制顺序控制连续控制连续控制 管理和管理和信息处理信息处理这些系统用以实现机组负荷控制的功能这些系统用以实现机组负荷控制的功能包括：包括：计算机监视（数据采集）系统计算机监视（数据采集）系统机炉协调主控制系统机炉协调主控制系统锅炉自动控制系统锅炉自动控制系统汽轮机自动控制系统汽轮机自动控制系统发电机和电气控制系统发电机和电气控制系统旁路控制系统旁路控制系统辅助设备及支持系统的自动控制系统辅助设备及支持系统的自动控制系统就地控制系统就地控制系统为一系列的自动化系统为一系列的自动化系统包括：包括

4、：厂级监视用计算机及分散控制系统的数字采集系统厂级监视用计算机及分散控制系统的数字采集系统作用：作用：对锅炉、汽轮机、发电机及电气系统生产过程参数对锅炉、汽轮机、发电机及电气系统生产过程参数一一 和设备运行状态进行监视和设备运行状态进行监视主要功能：主要功能：数字采集处理、越限报警、屏幕显示、性能计数字采集处理、越限报警、屏幕显示、性能计一一 算、操作指导、打印制表、事故追忆打印和事算、操作指导、打印制表、事故追忆打印和事一一 件顺序记录和历史数据存储等件顺序记录和历史数据存储等特点：特点：1 1）增强了各仪表控制系统之间的联系）增强了各仪表控制系统之间的联系2 2）取代了大部分常规仪表）取代

5、了大部分常规仪表3 3）提高了对机组的监视能力）提高了对机组的监视能力4 4）存贮了大量的历史数据）存贮了大量的历史数据5 5）增强了数据处理能力）增强了数据处理能力两个功能：两个功能：调节功能调节功能逻辑判断功能逻辑判断功能（异常时联锁保护动作）（异常时联锁保护动作）作用：作用：根据负荷调度命令和电力系统频率，在根据负荷调度命令和电力系统频率，在一一 单元机组所能承担负荷的情况下，对汽单元机组所能承担负荷的情况下，对汽一一 轮机自动控制系统和锅炉自动控制发出轮机自动控制系统和锅炉自动控制发出一一 指挥和控制指令指挥和控制指令 另：另：按负荷需求和机组运行状态采用不同的按负荷需求和机组运行状态

6、采用不同的一一 运行方式运行方式包括：包括：1 1）锅炉的调节控制系统）锅炉的调节控制系统（或称锅炉主控制器）（或称锅炉主控制器）给水调节；给水调节； 燃料量调节；燃料量调节； 送风量调节；送风量调节；炉膛负压调节；炉膛负压调节； 过热汽温和再热汽温调节；过热汽温和再热汽温调节；为单元机组协调控制系统的组成部分为单元机组协调控制系统的组成部分2 2）炉膛安全保护监控系统）炉膛安全保护监控系统（FSSS）又称：又称：“锅炉燃烧器管理系统锅炉燃烧器管理系统”包括燃烧器管理和安全保护两大部分包括燃烧器管理和安全保护两大部分主要功能包括锅炉运行安全功能、操主要功能包括锅炉运行安全功能、操一一 作功能、

7、和火焰检测作功能、和火焰检测汽轮机调节系统汽轮机调节系统（调速系统调速系统，对转速和负荷连续调控对转速和负荷连续调控）汽轮机保护系统汽轮机保护系统（保护动作时自动关闭主汽门，停机保护动作时自动关闭主汽门，停机）超速保护超速保护低真空保护低真空保护其执行机构是自动主汽其执行机构是自动主汽门门汽轮机监视系统汽轮机监视系统（固有保护装置之外的安全监视、保护固有保护装置之外的安全监视、保护）包括：包括： 汽轮机转速；汽轮机转速； 轴向位移；轴向位移； 相对膨胀；相对膨胀；轴承振动；轴承振动；转子挠度；转子挠度；推力轴瓦和支持轴瓦温度；推力轴瓦和支持轴瓦温度；汽轮机自启停控制系统汽轮机自启停控制系统（保

8、证机组安全短时启、停保证机组安全短时启、停）控制热应力、延长机组寿命、实现寿命管理控制热应力、延长机组寿命、实现寿命管理图图（1 1）发电机组自动控制系统发电机组自动控制系统励磁系统励磁系统控制发电机电压和无功功率控制发电机电压和无功功率调速系统调速系统控制发电机转速和有功功率控制发电机转速和有功功率自动同期并列装置和断路器自动同期并列装置和断路器控制同期并列控制同期并列自控系统控制自控系统控制经济运行组合经济运行组合和和分配分配（2 2）厂用电控制系统厂用电控制系统确保厂用电不致中断确保厂用电不致中断厂用电包括备用电源和紧急直流电源厂用电包括备用电源和紧急直流电源设有备用电源自动投入装置、蓄

9、电池、设有备用电源自动投入装置、蓄电池、UPS火电厂辅助系统的自动控制系统火电厂辅助系统的自动控制系统大多属于顺序控制系统大多属于顺序控制系统作用：保证这些系统的安全运行作用：保证这些系统的安全运行包括：包括：输煤控制系统；输煤控制系统；锅炉吹灰控制系统；锅炉吹灰控制系统；锅炉补给水处理控制系统；锅炉补给水处理控制系统；给水启停控制；给水启停控制；风机启停控制；风机启停控制；锅炉启停系统控制；锅炉启停系统控制；煤粉制备系统控制；煤粉制备系统控制；断路器控制励磁系统调速系统自动同期并列装置G发电机汽轮机DLYH 2YH 3YH 1YH 4母线至系统.（一）有功负荷与频率调节概述（一）有功负荷与频

10、率调节概述通过控制发电机有功出力来跟踪通过控制发电机有功出力来跟踪电力系统负荷变化，从而维持频电力系统负荷变化，从而维持频率等于额定值，同时满足互联电率等于额定值，同时满足互联电力系统之间按计划要求交换功率力系统之间按计划要求交换功率通常称为：通常称为： 电力系统自动发电控制电力系统自动发电控制或：或： 电力系统负荷与频率控制电力系统负荷与频率控制一次调频一次调频使系统的总发电出力满足系统使系统的总发电出力满足系统一一 总负荷的要求总负荷的要求主要由汽轮机的调速控制实现主要由汽轮机的调速控制实现二次调频二次调频使电力系统运行频率与额定频使电力系统运行频率与额定频一一 率之间的误差趋于零率之间的

11、误差趋于零由调节发电机的频率特性实现由调节发电机的频率特性实现合理分配发电出力合理分配发电出力在电力系统各成员之在电力系统各成员之一一 间使联络线交换的功率满间使联络线交换的功率满一一 足预先商定的计划值足预先商定的计划值以此保证运行水平和各方利益以此保证运行水平和各方利益有功功率和频率的调节控制还涉及：有功功率和频率的调节控制还涉及：机组调速器的结构和工作原理；机组调速器的结构和工作原理；调速系统的工作特性；调速系统的工作特性；电力系统负荷的频率特性；电力系统负荷的频率特性；电力系统的调频方法；电力系统的调频方法；有功功率和频率的调节控制还与有功功率和频率的调节控制还与电力系统电力系统的经济

12、调度控制的经济调度控制（电力系统运行方式电力系统运行方式）密）密切相关切相关电力系统综合负荷电力系统综合负荷（1）随机分量）随机分量（2）脉动分量）脉动分量（3）持续分量）持续分量时间时间负荷负荷PLPL3PL2PL11 1、电力系统的有功功率平衡、电力系统的有功功率平衡系统负荷功率变化是随机的系统负荷功率变化是随机的P PL1L1是持续负荷分量，变化缓慢、幅是持续负荷分量，变化缓慢、幅一一 度大，取决于生产和生活规律度大，取决于生产和生活规律P PL3L3是随机负荷分量，变化快、幅是随机负荷分量，变化快、幅 一一 度很小，引起频率偏移很小，可度很小，引起频率偏移很小，可一一 有一次调频来调节

13、有一次调频来调节P PL2L2是脉动负荷分量，变化幅度大，是脉动负荷分量，变化幅度大，一一 引起的频率偏移较大，须通过二引起的频率偏移较大，须通过二一一 次调频来调节次调频来调节调节的机组功率与调节的机组功率与P PL2L2、P PL3L3一一 之和相平衡的之和相平衡的须有足够的须有足够的“热备用热备用”与频率变化基本无关的负荷，如：与频率变化基本无关的负荷，如：照明、电热、整流照明、电热、整流与频率成正比的负荷，如：与频率成正比的负荷，如：机床、球磨机、往复水泵机床、球磨机、往复水泵负荷特点是阻力矩为常数负荷特点是阻力矩为常数与频率与频率2次方成正比的负荷，如：次方成正比的负荷，如：铁心涡流

14、；铁心涡流；份额小份额小与频率与频率3次方成正比的负荷，如：次方成正比的负荷，如：泵与风机泵与风机与频率更高次方成正比的负荷，如：与频率更高次方成正比的负荷，如：特殊泵特殊泵neDeneDeeDeDeDffPffPffPPP 2210将上述各类负荷综合，可得有功功率与频率的关系为：将上述各类负荷综合，可得有功功率与频率的关系为：其相对值：其相对值：nndfffP.2210负荷变化与转速变化之间的关系负荷变化与转速变化之间的关系总框图：总框图：sKsT11CHsT11DKIs01R/1PDPG+发电机及负荷发电机及负荷原动机原动机调速器调速器PR+传传递递函函数数DCHDDKIssTsTRKIs

15、P0011111111转子以恒定转速转子以恒定转速 0 运行时：运行时：输入的机械转矩输入的机械转矩 TG = = 输出的电磁转矩输出的电磁转矩 Te输入功率输入功率PG（= = 0 TG） = = 输出功率输出功率Pe （ = = 0 Te）有扰动时，加速转矩、角速度偏移和相位的关系为：有扰动时，加速转矩、角速度偏移和相位的关系为：22dtdIdtdITTTEG转动惯量转动惯量= - 0若转速变化不大，可以近似地认为：若转速变化不大，可以近似地认为：GGTP0EETP0则：则：dtdIPPEG0其中：其中：fPKDD衡量负荷调节效应的大小衡量负荷调节效应的大小为为负荷的频率调节系数负荷的频率

16、调节系数PGPD+-Is01DK-PGPD+-DKIs01即：即：转速测量（离心飞锤）转速测量（离心飞锤）错油门错油门油动机油动机同步器同步器蒸汽蒸汽压力油压力油由调速器实现发电机转速（频率）的调整由调速器实现发电机转速（频率）的调整如图：为一液压调速器，包括测量、放大、执行和整如图：为一液压调速器，包括测量、放大、执行和整一一 定环节定环节其调节原理为：其调节原理为：为为“有差调节有差调节”反馈系数为：反馈系数为：PR模型框图为：模型框图为：-SK /PR-即：即：R1Ts11PPGaPGbabfPGPGff0fafb发电机输出功率和频率的静态关系发电机输出功率和频率的静态关系如图：可用如图

17、：可用调差系数调差系数（调差率）（调差率）表示其倾斜程度。表示其倾斜程度。其定义为：其定义为：)/(MWHzPfPPffGGaGbba又又2/RGGeGePfPPff/或或0GPf相对值相对值调差率：调差率：表示机组负荷变化时相应表示机组负荷变化时相应一一 的频率（转速）偏差。的频率（转速）偏差。其倒数：其倒数：)/(1HzMWfPKGGfPKGG1其相对值：其相对值：即：即：“电调电调”，如下，如下图：图：为一功频电液调速器，有三部分组成：为一功频电液调速器，有三部分组成：若设置汽压给定和真空给定，可改善调节性能若设置汽压给定和真空给定，可改善调节性能频频率率给给定定频频率率测测量量调调差差

18、设设定定功功率率给给定定功功率率测测量量 Uf UP+-+-+-控制作用有多种不同的方法有多种不同的方法可将油动机行程经位移传感器反馈到频率可将油动机行程经位移传感器反馈到频率偏差的输入端偏差的输入端或用功率变送器的输出信号作为调差反馈或用功率变送器的输出信号作为调差反馈环节的输入信号，环节的输入信号，如图：如图：大功率机组必须采用直接功率反馈控制大功率机组必须采用直接功率反馈控制因为蒸汽压力对机组处理的影响很大因为蒸汽压力对机组处理的影响很大也称：也称：“迟缓率迟缓率” fw PwfPeo Pw fw.如图：存在一个如图：存在一个“失灵区失灵区”，其宽度为，其宽度为“fw”，可用可用表表示：

19、示：即：即：称之为调节器的称之为调节器的 “ “迟缓率迟缓率”与调差率（速度变动率）的关系为：与调差率（速度变动率）的关系为：/WPewff /注意：注意：1 1）* 不能取得太小，否不能取得太小，否一一 则功率分配误差大则功率分配误差大2 2）失灵区太小对机组不失灵区太小对机组不一一 利，应适当利，应适当汽容量影响：汽容量影响：由于调节阀门与第一级喷嘴之间由于调节阀门与第一级喷嘴之间存在一定的空间，当阀门开度变动时，进汽两存在一定的空间，当阀门开度变动时，进汽两的变化不能促使汽压立即改变，形成机械功率的变化不能促使汽压立即改变，形成机械功率滞后于阀门开度变化的现象。滞后于阀门开度变化的现象。

20、机组容量越大，汽容影响越大。机组容量越大，汽容影响越大。可用一个可用一个 惯性环节惯性环节 来表示来表示其时间常数为其时间常数为 TCH，一般为一般为 0.2 0.3 s再热式汽轮机还要考虑再热段再热式汽轮机还要考虑再热段一一 的充汽时延的充汽时延1 1、频率的一次调整：、频率的一次调整：当电力系统负荷变化引起系统频率变化时，当电力系统负荷变化引起系统频率变化时，系统内并联运行机组的调速器会根据电力系统系统内并联运行机组的调速器会根据电力系统频率变化自动调节进入它所控制的原动机的动频率变化自动调节进入它所控制的原动机的动力元素，改变输入原动机的功率，使系统频力元素，改变输入原动机的功率，使系统

21、频率维持在某一值运行，率维持在某一值运行，一次调频：一次调频：电力系统内并联运行机组的调速器在没电力系统内并联运行机组的调速器在没一一 有手动和自动调节装置参与调节的情况有手动和自动调节装置参与调节的情况一一 下，自动调节原动机的输入功率与系统下，自动调节原动机的输入功率与系统一一 负荷功率变化相互平衡来维持电力系统负荷功率变化相互平衡来维持电力系统一一 频率的一种调节频率的一种调节即：图中由即：图中由 A 点到点到 D 点点 再到再到 C 点的过点的过程程PG（f）为电力系统等效发电机组静态调节特性曲线为电力系统等效发电机组静态调节特性曲线PL（f）为电力系统负荷的静态频率特性曲线为电力系统负荷的静态频率特性曲线两条曲线的交点即为系统的运行点两条曲线的交点即为系统的运行点