协调控制设计方案

张掖发电有限公司1号机组协调控制方案（讨论）批准：审核：编写：王建宏张掖发电有限公司二OO六年四月五日协调控制的特点及任务 2张掖电厂协调控制设计 10张掖电厂协调控制当前主要问题 14协调控制回路的一些想法 14关于能量平衡的说明 15能量平衡协调控制方式的再认识 16热量信号系数的求取 19张掖电厂协调控制逻辑优化 25关于调门全开、节能降耗的实现方法 25十.关于加快负荷响应的基本思想 27十一.其它提高负荷响应的方法 28十二.张掖电厂协调控制辅助逻辑优化 29十三.为配合协调投入进行其它自动控制的优化 30十四.可能需要运行配合做的几个试验。 30十五.注意事项 31十六.实施步骤和目标 31十七.实现上述目标的保证措施 32张掖协调控制方案一.协调控制的特点及任务1协调控制的特点及任务目录单元机组运行时，锅炉和汽轮发电机共同维持外部负荷的要求，也共同保证内部运行参数（主要是主蒸汽压力）稳定。所以单元机组的输出功率与负荷要求是否一致反映了机组与外部电网之间能量供求平衡关系，而主蒸汽压力则反映了机组内部锅炉和汽轮发电机之间能量供求平衡关系。也就是说功率和主汽压力是单元机组协调控制的主要参数。因为锅炉和汽轮发电机的运行过程各有特点，它们的动态特性存在很大差异，汽轮发电机的负荷响应快，锅炉负荷响应慢。所以单元机组在进行负荷控制时必须很好地协调机、炉二侧的控制操作，合理的保持好内外二个能量的供求平衡关系，以兼顾负荷响应性能和内部运行参数稳定。也就是说，要使单元机组对外有较快的功率响应和一定的调频能力，对内确保主蒸汽压力维持在允许范围内，这就是单元机组协调控制的任务。2协调控制的基本组成和功能协调控制的基本组成：负荷指令计算和机组运行方式的管理二大多数。负荷指令计算部分主要作用：对ADS给出的负荷指令（AutomaticDispatchSystem）、运行人员对机组设定的目标负荷、电网频率偏差对机组负荷的修正、机组内部的异常情况对机组负荷的修正，进行选择，并加以处理，使之转变为与当时机组设备状况及安全运行情况相适合的实际负荷指令（ALD），作为输出电功率的给定值信号。机组运行方式管理部分的主要作用：根据机组运行条件及要求，选择适当的机组运行方式。使锅炉主控制器和汽机主控制器在控制机组功率和主蒸汽压力时分别取用合适的调节方式，以产生锅炉主控指令和汽机主控指令。3负荷指令运算回路注：ADS：网控的负荷指令Wsp：运行人员设定的负荷指令W：实际负荷RUNBACK：当重要辅机发生故障时FCB：脱网甩负荷，机组带厂用电运行(小岛运行)RUNDOWN：当重要辅机异常，机组出力增加受到限制时，负荷自动下降RUNUP：当重要辅机异常，机组出力降低受到限制时，负荷自动上升BLIN：禁止负荷指令增(BLOCKINCREASE)、BLDE：禁止负荷指令减(BLOCKDECREASE)是根据机组重要参数：燃料(FUELFLOW)、送风(AIRFLOW)、炉膛压力(FURNPRESS)、给水(FWF)与指令偏差超过一定值时，或者调节设备已经达到极限时产生的。机组负荷指令的形成，首先根据外部负荷变化要求来确定，“目标负荷选择”就是选择依据运行人员的负荷设定还是电网控制指令。当输入是一个阶跃变化的负荷指令，通过速率限制器后输出的是一个以一定斜率变化的斜坡信号，斜率就是负荷变化的速率，它能够由运行人员根据负荷跟踪能力和运行要求人为设定。当机组重要辅机故障情况下，选择不同的速率及目标值。“负荷指令选择”还负责在机组处于不同的运行方式时，负荷指令的切换跟踪；以使运行方式切换时无扰。如果要求机组对电网的频率偏差进行自动变负荷修正，负荷指令就要加上频率偏差修正，最终输岀经频率偏差修正后的指令。为了保证机组的安全运行，AGC和运行人员的负荷指令需要经过一些处理才变成实际的负荷指令（NO）o主要有负荷指令方式选择、负荷速率限制、负荷高/低限幅、负荷闭锁/减、RUNBACK、负荷迫升/降等处理功能。负荷指令方式选择负荷指令一般有本地和远方（AGC）二种方式，当选择本地方式时，机组运行人员能够设置机组的负荷指令；当选择远方（AGC）方式时，机组的负荷指令由调度控制。还有一种根据电网频率差来计算的负荷速率限制机组运行人员能够设置机组最高的负荷变化率，使机组的负荷变化速度限制允许的范围内，有些机组还有汽机组和锅炉最大允许负荷变化率的计算功能。负荷高/低限幅机组运行人员能够设置机组最高和最低负荷，使机组运行在允许的负荷范围内。负荷闭锁/减当机组和重要参数越限或主要调节量达到限值时，机组的负荷指令会禁止增加或减少，这个功能能有效地保证机组的安全运行，但对电网的负荷调度有一定的负荷影响。RUNBACK燃煤发电机组的送风机、引风机、一次风机、给水泵等辅机正常时二台运行，当其中一台故障跳闸时，机组负荷必须降到单台能维持的最高负荷，这是RUNBACK的功能要求。大型燃煤发电机组一般都设计是RUNBACK功能，如RUNBACK功能能正常投运，当发生以上辅机跳闸时，机组的负荷能自动地降到合适的值。但当前RUNBACK真正能投运的不多，辅机跳闸时，如运行操作不当，经常造成停机。RUNBACK功能如能可靠投运，对电网的安全和稳定是有较大的好处。负荷迫升/降负荷迫升/降的作用是当机组的调节量出现严重不平衡的运行工况时，机组负荷快速增加或减少，使机组恢复平衡，这个功能使用得比较少。4协调控制的运行方式协调控制是指单元机组锅炉和汽机协调动作控制机组的功率和主汽压力。当负荷指令改变时，机组主控制器并行地改变锅炉的燃烧率和汽机的进汽量，同时为了使主汽压力波动在合理的范围内，用汽压的变化来适当地限制汽机调门开度变化和适当加强锅炉的调节作用。在这种协调控制方式下，机组既能较快地响应负荷的变化。又能维持机组稳定运行。当锅炉或汽机有一方受到限制，机组就不能在协调方式下运行。若锅炉侧运行正常，而机组的输出功率受到汽机的限制时，主控制器能够釆用通过锅炉的调节来维持汽压稳定的运行方式，这就是锅炉跟随方式。若单元机组中汽机运行正常，机组的输出功率受到锅炉限制时，主控制器能够釆用通过汽机的调节来维持汽压稳定的运行方式，这就是汽机跟随方式。4.1锅炉跟随方式（BF方式）锅炉跟随方式是由汽机调节机组输出功率，锅炉调节汽压。当负荷改变时，先由汽机侧发出控制动作。由此引起主汽压力改变，再由锅炉跟随发出控制动作，所以称为锅炉跟随方式。原理图如下：在主控制器中，利用调门开度作为前馈控制，一方面补偿锅炉动态特性的延迟和惯性，加快响应。另一方面在变动负荷控制过程中起粗调作用，调节器只需对压力偏差稍加教正即“细调”，可使系统趋于稳定。这样一定程度上避免了锅炉侧必须要等到主汽压力偏差后才进行调节的弱点，既可使控制质量大为提高，也可使控制过程缩短。锅炉跟随方式因为较好地利用了锅炉的蓄热而使电功率有较快的响应，所以对带变动负荷及电网调频有利。但是因为其对主汽压力波动影响较大，对蓄热能力较小的直流锅炉和负荷变化较剧烈的场合，不宜釆用。当机组的汽机部分调节受到限制时，功率变动受到了限制，能够釆用锅炉跟随方式，由锅炉维持主汽压力稳定，使机组较安全地运行。4.2汽机跟随方式（TF方式）汽机跟随方式是由锅炉调节机组输出功率，汽机调节主汽压力。当负荷改变时，先由锅炉侧发出控制动作。待主汽压力改变后，再由汽机跟随发出控制动作，所以称为汽机跟随方式。原理图如下：汽机跟随方式中，因为主汽压力对调门开度改变反应很快，汽机主控制器可保证主汽压力变化很小，有利于机组运行的安全和稳定。但是负荷变化时，因为没有利用机组的蓄热能力，电功率的改变要等到燃料、风量、给水等变化引起蒸发量、蓄能及主汽压力变化后才开始响应，有较大的延迟。所以负荷适合能力较差，不利于带变动负荷和参与电网调频，这种方式一般适用于带基本负荷的单元机组和蓄热能力较小的直流锅炉。当单元机组的锅炉部分调节受到限制或者当机组发生RUNBACK或FCB（汽轮发电机故障或电网故障要求机组停机不停炉或带厂用电），为使机组安全运行而釆用汽机跟随的运行方式。4.3协调运行方式以上所述的两种控制方式，因为没有考虑锅炉和汽机动态特性上的差异和

它们之间内在的相互关联性。所以在功率和汽压的控制性能方面存在顾此失彼的问题。运行方式扰动BF方式TF方式功率主汽压力功率主汽压力负荷扰动响应快波动大响应慢波动小燃料扰动波动小波动大波动大波动小为了克服这些缺点，必须使锅炉和汽机协调动作，既能共同适合负荷的需要，又能共同保证内部参数的稳定。4.3.1以锅炉跟随为基础的协调运行方式原理图如下：分析：当负荷指令改变时，通过汽机主控制器的功率调节器输出，汽机调门动作，使功率迅速与目标负荷一致。同时锅炉侧通过负荷指令的前馈作用提前改变燃烧率及时补偿锅炉侧蓄能，锅炉调节器通过压力偏差修正锅炉燃烧率。当主汽压力偏差超过一定值后，作用于汽机侧，以防止过度利用锅炉蓄能，从而使主汽压力的动态变化减小。汽机主控制器不但要保证功率与负荷指令一致，且协助锅炉较快地控制主汽压力的稳定。从主汽压力偏差对汽机调门的限制作用可见，即使这样可减缓主汽压力的急剧变化，但同时也减慢了输出电功率的响应速度，实质上是以降低功率响应性能为代价换取主汽压力控制质量的提高。在此意义上，协调的结果是兼顾了电功率和主汽压力两方面的控制质量。4.3.2以汽机跟随为基础的协调运行方式原理图如下：分析：当负荷指令改变时，锅炉侧在负荷指令前馈和反馈功率调节器作用下，锅炉主控制器输出改变，从而改变燃烧率，在锅炉燃烧延迟期间，作用在汽机侧的功率偏差信号立即使汽机调门动作，暂时利用蓄热能力，使机组的输出功率迅速响应，蓄热量的变化导致主汽压力变化，这时一方面主汽压力的微分信号作用于锅炉主控制器，加快锅炉侧的响应。另一方面通过汽机侧的压力反馈调节器最终使主汽压力恢复为给定值，由锅炉侧保证输出功率与负荷指令一致。功率偏差作用在汽机侧，使汽机调门配合锅炉侧动作，暂时利用蓄热能力。机组功率响应是加快了，但是主汽压力偏差也所以加大，实质上是以加大主汽压力动态偏差为代价换取功率响应的提高。4.3.3直接能量平衡方式（DEB方式、Direct-Energy-Balance）DEB方式，即直接能量平衡方式，其设计思想主要为：

体现机炉协调控制的原则。当出现负荷需求时，机炉并行参与控制功率和汽压；以“能量平衡”的观点来设计协调控制系统。“能量”指单位时间内的能量，即“功率”；原理图如下：几个关键变量：汽机调节级压力P,它代表进入汽机的蒸汽流量，亦即汽机的输入功率。汽机调节阀有效开度P./Pt汽机一级压力与主汽压力比值R/Pt正比于调节阀开度，它只对阀门开度有反1010共33页应，不受燃料量(内扰)的影响。Pt为主汽压力。能量平衡信号(P/Pt)*Psp它代表汽机预期的输入功率。P"为主汽压定值。热量信号HR=PM(dPd/dt)Pd为汽包压力，C为锅炉蓄热系数。热量信号代表单位时间内燃料燃烧传给锅炉的热量。热量指令BD=(P./Pt)*Pw+(P./Pt)*P"Ki*d((PjP「)*PQ/dt热量指令由三部分组成：(P./Pt)*Pw——BD的主体。在稳态时，Pt=Psp,(P./Pt)*P卯等于R,它代表汽机的即时功率。在过渡过程中，PFP”，(P/R)*P"等于未来达到稳定时的P.值，代表汽机的预期功率。(P./Pt)*P$p*Ki*d((R/Pt)*Pw)/dt——代表因为汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。控制策略：热量信号HR作为锅炉主控调节器的被调量，热量指令BD作为锅炉主控调节器的设定值，处于稳态时，调节器的被调量应等于设定值，即BD二HR；此外，各微分项为零，艮卩：HR=Pi+C(dP/dt)二PiBD=(P./PJ*P,p+(P./Pt)*P”*K】*d((P,/Pt)*P.Q/dt=(P,/PT)*P“P1=(P./PT)*Psp，即Pt=P"以上设计的控制方案实质上是以锅炉跟随为基础的协调运行方式。二.张掖电厂协调控制设计张掖电厂协调控制逻辑是北京国电智深公司根据增量式状态观测器工作原理和燃煤机组机炉特性设计的，下面根据逻辑图简要进行说明：

1、负荷指令LDC的计算方法如图所示为张掖发电有限公司1#机组负荷计算（LDC）的SAMA图：DEH负荷参考图1如图1所示为LDC的计算SAMA图，目标值有三种修改方式：投入AGC后由中调遥控设定负荷目标值、协调方式下由运行人员手动输入负荷目标值、目标值的跟踪值。负荷指令的值有两种方式：跟踪值、负荷指令的计算值。•投入AGC控制后，目标负荷由网调按照自己的升降负荷率遥控设定，而CCS的负荷设定值LDC指令则由操作员输入的升负荷率经一积分计算而来，当目标值与LDC的差值大于某一值时，系统选择正的升速率（小时选择负的升速率），LDC逐步逼近负荷目标值，当目标值与LDC相等时，升降负荷率为零，即LDC值保持在原来的值，不再变换，直到LDC与目标值不相等时，操作员按"GO”按扭后方可继续。•CCTF方式下情况同AGC模式，不同的是负荷目标值由操作员手动输入。LDC的计算方法相同。2、主汽压设定值计算主汽压的设定值计算如下：如图2所述为主汽压设定值的计算SAMA图，机组的主汽压设定值有两种方式：滑压运行和定压运行，在滑压运行方式下，主汽压的设定值是LDC负荷指令值经F(X)分段函数计算的值，即在一定的负荷下对应一定的主汽压力设定，滑压运行能改变机组在变工况运行时的热应力和热变形，使机组的启停时间缩短，减小节流损失，降低给水泵功率消耗，提高机组效益。在定压运行方式下，操作员通过CRT画面在主汽压目标值中输入要改变的主汽压目标值，在主汽压升速率中输入改变主汽压的速率，主汽压设定值是通过主汽压速率设定值连续累加形成的，控制器每扫描一次,主汽压设定值累加一次主汽压速率值(降汽压时加负的主汽压速率值)o当目标值与主汽压设定值相等时，累加的速率为零，即自动选择保持。3、协调控制回路1） 在锅炉主控回路中加入了基于增量式状态观测器的状态反馈控制，主要是为了预测主汽压的变化，修正锅炉主控的输出，克服主汽压的过调、振荡和稳定主汽压的作用。2） 利用概率统计的方法，找出不同工况下负荷与煤量之间的关系曲线，按量式状态观测器的设计概念，将其作为参考信号引入观测器，同时作为前馈信号引入调节系统，对机组各种负荷下对应的煤量进行超强定位，增强锅炉的响应速度。即使煤的发热量是一个随机变量，但通过大量的实时数据并按照概率分布所求取的函数关系曲线，其所代表的是负荷与煤量之间最好数学期望值，该信号在变负荷时起重要作用。3） 在锅炉主控回路中加入了负荷设定值的微分信号，这个设计的目的是基于在增量式函数观测器IFO-KAX的实际应用过程中，观测器与控制系统可分离设计的必要条件中的要求。4） 在最大限度的降低锅炉迟滞和惯性对升降负荷的影响，在锅炉主控回路中加入了预给煤计算的逻辑，当升降负荷的逻辑信号置位时，给出一个额外的加减煤量的指令，经若干时间该信号消失，该信号作用为正踢（相当于初始冲量）。5） 同理，当升降负荷的逻辑信号复位时，此时要求升降负荷的过程己经结束，但因为锅炉退滞的作用，此时此刻进入锅炉的煤量将在随后的过程中产生过量的影响，所以在预给煤的运算逻辑中还设计了一个反踢功能（类似于刹车功能），用以防止汽压的过调。6） 在锅炉主控回路中设计有加速回路，由负荷设定值与实际负荷的差值信号经一函数发生器而形成，是一非线性比例调节器，在负荷设定值与实际负荷的差值较大时，说明锅炉跟不上汽机的变化，所以输出一指令给锅炉主控器，令其再额外的增加或减少一部分煤量，其加速器的作用。7） 将压力偏差大修正回路引入到汽机主控回路中，在汽机调功的同时，适当考虑压力偏差的影响，当压力偏差大时，汽机等一等锅炉。8） 锅炉主控回路中保留传统的PI调节器，用以消除稳态偏差。张掖电厂协调控制当前主要问题1、 磨煤机容量风门线性差，运行人员手动调整困难，压力自动投入困难。2、 协调逻辑复杂，不能量化，参数不易匹配3、 风量信号波动大、调门线性不好协调控制回路的一些想法单元机组控制系统设计的困难，在于它是一个具有强烈交叉影响的双输入双输岀系统，负荷和主蒸汽压力控制相互依赖、相互制约，很难达到双满意。古典控制理论缺乏多变量系统综合的直接方法。解决问题的途径有2种基本思路：一是实现“汽轮机跟踪”或“锅炉跟踪”以达到能量平衡；二是釆用补偿阵解耦的方法（前补偿阵或后补偿阵），变多变量系统为单变量系统，达到自治。仿真分析和应用研究表明，2种思路都是可行的，但也存在较大缺点。“锅炉跟踪”系统的负荷适合性较好，但主蒸汽压力的稳定性无法保证；相反，“汽轮机跟踪”可保持主蒸汽压力稳定，但负荷适合性较差。釆用前补偿器的系统，被调参数可保持得较稳定，但控制机构动作频繁、幅度较大；相反，后补偿器系统控制机构动作较稳定，但被调参数不一定能保持。所以最终方法是在上述2种思路的2种方案基础上增加辅助信号，实现控制作用的组合、协调或再釆用某些极限限制措施，通称为协调控制，实质是一种折衷的解决方案。能够认为，这2种系统设计思路的方向是明确的，但缺乏确切的量化概念，具有较多的技巧成分和一定的主观随意性，系统的调试整定变成一种漫长的、不断摸索、改进的过程。随着现代控制理论的发展，人们尝试釆用最佳控制理论的方法例如，一种带有观察器的、具有前馈、反馈信号的综合系统，一种具有动态补偿器的极点配置设计方法及其他一些最佳控制方法都被提出来，也获得了一定结果（典型的方案如北京国电智深公司的协调设计方案）：但这种解决方案过于复杂，并不直观简捷，也不便于掌握应用，同样缺乏确切的量化概念，具有较多的技巧成分和一定的主观随意性，系统的调试整定变成一种漫长的、不断摸索、改进的过程，系统不易整定。.关于能量平衡的说明主蒸汽压力在负荷控制中是一个主要参数，它是汽机与锅炉能量平衡的标志。主蒸汽压力不变表示汽机与锅炉能量平衡，主蒸汽压力下降表示汽机的能量需（发电量）求大于锅炉的发热量，主蒸汽压力上升表示汽机的能量需求（发电量）小于锅炉的发热量。另外，主蒸汽压力是反映机组安全和稳定运行的主要参数，如果它有大幅度地频繁变化，主蒸汽温度、汽包炉的汽包水位等机组主要参数也会同步变化，使煤、风、水等调节系统大幅度波动，引起机组运行不稳定，甚至影响机组的安全运行。其实协调控制的最终目的，也就是满足机炉能量平衡。六.能量平衡协调控制方式的再认识虽然DEB这个名称和其所釆用的方法仍是能量平衡，但这里所说的能量平衡具有更深刻的机理。它是建立在下述3个基本概念基础之上的。第一，P1/PT汽轮机第1级汽压对主蒸汽压力之比作为调速器阀门开度的有效测量值。实验证明，这个比率在汽轮机运行范围内具有线性特性，而且因为这个测量值直接取自汽轮机工艺机理本身，而不是人为构成的阀位信号，不会受到阀门本身的非线性和其他机械问题影。也不会受锅炉侧的任何扰动或燃料系统存在问题的影响，因为在这种扰动下，第1级的汽压和主蒸汽压力变化是成比例的，比值不变。第二，PS(P1/PT)汽压比值乘以主蒸汽压力定值，表示汽轮机向锅炉索求能量的需求信号。这个信号建立了汽轮机负荷和调速门开度之间正确的比例关系，不受锅炉侧扰动影响，不论在恒定负荷或负荷改变时，还是常压运行或滑压运行时，都是正确的，它为锅炉和汽轮机之间的协调提供了一种有效手段。在DEB系统中，它用作燃料控制器的给定值。第三，P1+(dPd/dt)热量释放信号或简称热量信号，它用第1级汽压P1加上锅炉蓄能变化(用汽包压力Pd的微分表示)来测量，间接代表了进入锅炉的燃料量(和相对应风量)测量。不管燃用何种燃料，这种测量都是正确的，它可反映燃料数量的改变，同时也反映出燃料成份的改变，包括其发热量的改变。燃料输送系统的机械故障也可获得快速反映。正像能量需求信号必须免除锅炉扰动的影响一样，热量信号也必须免除汽轮机侧扰动的影响，以确切表述锅炉供应的能量。事实情况也正如此，汽门开大时，P1,升高，汽包压力却在减少，两者正好平衡，热量信号不变，这表示汽轮机阀门的动作对热量信号没有影响。这3个概念的提岀不单是丰富实际经验的总结升华，也是对过程机理深刻分析的理论创新。所谓“直接能量平衡”(DEB)正是指的锅炉“热量释放”应该和机组“能量需求"相平衡，即Pl=dPd/dt=PS(Pl/PT)(1)这个公式是DEB协调控制系统的核心内容和设计基础。L&N公司最终推荐的DEB协调控制系统示于下图，称为DEB/400。正像该图所示的那样，汽轮机负荷控制系统和送风控制系统两者都釆用了串级结构，包括粗调控制层和细调校正层2级。至于燃料控制系统，除具有式(1)表述的基本内容外，还有2个特点：第一，它没有引入PT这个细调控制校正信号，对此在下面的分析中再作说明；第二，系统中增加了一个“能量需求”的微分信号，它是作为“动态补偿"用的。负荷增加时，锅炉蓄能也将增大，所以必须加强燃烧，满足这种蓄能变化需要。此外，在DEB/400中还有一负荷限值调节器(DLR),在图上未表示，它在机组处于异常工况时对关键控制回路进行协调以保证运行的安全性。

LDOH：冲tf量MINMAX9Pit空m量—-第幔穴压去，飒urn根村云送网■LDOH：冲tf量MINMAX9Pit空m量—-第幔穴压去，飒urn根村云送网■笛机内汽粒机负荷岭定供DEB步调择锅系统财理图&■ROC发*功#常mn/kxna力d/dr命W*.i妬h。•穴但氏力3动态行为分析单元机组和其DEB控制系统的连接用图2所示的动态结构框图表示。机理分析和试验研究表明，单元机组的工艺流程可分解为燃料输送、燃烧和传热过程，锅炉汽包、过热器和管道的蓄热过程及再热器蓄热过程等环节。锅炉释热量或热量信号DQ以往常用D+(dpd/dt)表示，D的测量具有平方关系，且还有参数校正问题。在DEB系统中，它用pl+(dpd/dt)测量，P1的变化与负荷成正比，可相当正确地代表负荷量。七.热量信号系数的求取当前大多单元机组釆用直接能量平衡（DEB）的控制策略，因为DEB控制策略中，调节品质好坏的关键在于锅炉蓄热系数Ck的确定，所以获取准确的锅炉蓄热系数Ck在CCS的整定与投入中起到至关重要的作用，能够说能量平衡协调实现的瓶颈：热量信号系数Ck的不易求取。下面介绍热量信号的求取方法1.传统的G整定方法：试验法通常釆用试验的方法（系统辨识）或仅凭经验整定锅炉的蓄热系数，试验时稳定锅炉燃烧，保持进入炉膛的给煤（粉）量不变，阶跃改变汽机调门开度ut,获取主蒸汽流量Dk（或汽机调节级压力Pl）及汽包压力Pb动态过程曲线，通过该曲线，锅炉蓄热系数Ck可用如下方程得到：6="pjo厂PSD（1）这种试验方法是以锅炉燃烧率保持不变为前提，试验时仅仅保持给煤（粉）机转速不变，但运行过程中煤种的变化、制粉系统运行状况等不可预期。（2）试验过程中需要较大幅度地变更机组负荷。在实际使用过程中，试验的复现性较差：同一工况下做同样的试验所得到的曲线可能不同，或在同一曲线中选取不同的时间段(tl)计算所得的结果也不同，说明这种方法难以得到精确的Cko不同的汽包压力Pb下锅炉蓄热系数Ck不同，这种方法所得的结果仅仅某一压力工况下的Cko2.计算法当釆用试验的方法(系统辨识)整定调节系统的某一参数出现困难时，还可通过机理分析(理论建模)来获得：建立系统的数学模型，通过理论分析及计算，得出该参数的数值。1991年，F.P.de.Mello给出了一个大型燃煤火电机组的动态模型结构】1、2],为建立该数学模型提供了理论基础。2锅炉蓄热的构成2.1水冷壁蓄热炉膛中热能的转换过程为燃料燃烧释放的热能传递给水冷壁金属管壁，再由金属将热量传递给水，并将水加热蒸发的过程。转换过程中，因为水冷壁的热容性，一部分热量存储在金属及介质中，成为水冷壁蓄热，蓄热系数为Cm。DEB中，该蓄热系数主要表现在燃烧系统对象特性的动态响应时间上。2.2汽包蓄热汽包流入蒸汽流量（即锅炉蒸发量）Dq与流出蒸汽流量Dk之间的偏差转化为汽包的蓄热增量，使汽包金属及汽包介质中积蓄了一定的热力势能，形成了汽包压力Pb,蓄热系数为Cb。2.3过热器及主蒸汽管道蓄热汽包流出蒸汽流量Dk与主蒸汽流量Dk之间的偏差存储于过热器及主蒸汽管道中，同时过热器吸收的热量也部分转化为蓄热（主要表现为蒸汽培值及金属蓄热的变化），使过热器及主蒸汽管道中积蓄了一定的热力势能，形成了主汽压力Pt,蓄热系数为Csh。其中，汽包蓄热包括金属、饱和水及饱和蒸汽蓄热，理论分析和工程实践已经证明［3］：汽包蓄热系数Cb占锅炉蓄热系数Ck的90%0所以，只要求得汽包蓄热系数Cb,便可得出锅炉蓄热Ck：Ck=Cb/0.9o3锅炉热平衡原理分析根据能量守恒原理，汽包动态热平衡方程为：Qdt+iODOdt=i"Dkdt+d（Mwiw+Msis）+dqjs（1）式中：Q为单位时间内水冷壁在炉膛中吸收的热量，kJ/s；DO为锅炉给水流量，kg/s；Dk为汽包出口蒸汽流量，kg/s；iO为锅炉给水（省煤器出口*含值，kJ/kg；i”为汽包出口蒸汽恰值，kJ/kg；iw为汽包中饱和水培值，kJ/kg；is为汽包中饱和蒸汽培值，kJ/kg；Mw为21共33页汽包中饱和水质量，kg；Ms为汽包中饱和蒸汽质量，kg；qjs为汽包金属的蓄热量，kJo令Qr=Mwiw+Msis+dqjs,即Qr为汽包蓄热(包括水、汽及金属蓄热，kJ),为汽包压力Pb的函数。正常情况下，锅炉给水流量与汽包出口蒸汽流量相同，即Dk=D0=D(kg/s),则=顼Mi方dx亠I-io dt I-ton,(KM-iw+Mj.+gQ]vdPj,1—dPbxr^7；xd7⑵式中：Q/(i”.iO)为DEB中用蒸汽流量单位表示的热量信号HR(kg/s)o令Cb-dPbxr-：0dpb日(3)C1?即为汽包的蓄热系数(kg/MPa)式(2)可表达为：HR=D+Cb曾这就是DEB中热量信号的基本形式。4汽包蓄热系数Q的计算4.1汽包中介质蓄热变化当汽包压力Pb变化时，汽包中的蓄水质量近似保持不变，则Q；=Mwiw+MJa=M丄+P,(Vo-K)'=Mwi,+pM"p,Fw式中：Q'r为汽包中介质(包括水和蒸汽)蓄热量，kJ；ps为汽包中饱和蒸汽密度，kg/m3；pw为汽包中饱和水密度，kg/m3；V0为汽包有效容积，m3；Vw为汽包有效水容积，m3o部业留皿M缺坤T")款+(峋-%崩+粉.爲般⑸4.2汽包金属蓄热变化式中：Gjs为汽包金属总质量，kg；Cjs为汽包金属比热，kJ/kg.°C；沃为饱和温度随压力的变化率，°C/MPa。将式(5)、式(6)代入式(3)：Cb=dP；xF^=皿[Mw箫+角(V。一Vw)器+(Vo-Vw)i.dp;+說*(;**制志⑺公式(7)中，VO、Vw、Gjs可通过汽包尺寸图计算或锅炉说明书查得；ps、pw>iw^is、i"、i0、diw/dPb>dis/dPb>dps/dPb、dpw/dPb>扌丄均可由水蒸汽表(IFC程序)求得；而Mw=pwVw。所以，通过公式(7)便可较容易地算岀某一压力下的汽包蓄热系数Czb(kg/MPa)o在DEB中，用Pl代表主蒸汽压力，认为主蒸汽流量D与汽机调速级后压力Pl(MPa)成线性关系，令D=K1P1式中：Kl=De/Ple为主蒸汽流量D与汽机调速级后压力P1的比例系数，kg/s-MPa；De为汽机额定蒸汽流量，kg/s；Pie为额定工况下汽机调速级压力，MPa。则式(4)为：HR=KlPl^Ch^K广 dr令=济则BD=P|+Cb肾这就是DEB中的燃烧率指令的表达式，其中：BD为以汽机调速级后压力表征的燃烧率指令，MPa；Cb为汽包蓄热系数，so将式(7)代入Cb=C'b/KlCb=[-Mtt豔"JV。-Vw）弱+（V。-Vw）isdg>4.Vj•匝&厂厂dT]1 心、dP：紀dp；"知可⑼锅炉的蓄热系数Ck：（10）Ck=Cb/0.9

（10）5.张掖电厂热量信号系数（锅炉的蓄热系数Ck）,通过上述计算为76S6.张掖电厂热量信号系数需要在投协调前6.张掖电厂热量信号系数需要在投协调前,采用试验法进行验证、修改。八.张掖电厂协调控制逻辑优化九.关于调门全开、节能降耗的实现方法1、 机组采取复合滑压运行方式随着电力工业的发展，大容量机组参与调峰是不可避免的事实，要保证机组在各种负荷时都保持较高热经济性就要釆取复合滑压运行方式，即汽轮机釆用喷嘴配汽方式，在高负荷区域内（如80%〜95%额定负荷以上）进行定压运行，用启闭调节汽门来调节负荷，汽轮机组初压较高，循环热效率较高，且负荷偏离设计值不远，相对内效率也较高。在较低负荷区域内（如80%〜95%与25%〜50%额定负荷之间）进行四阀全开、三阀全开或二阀全开滑压运行，这时没有部分开启汽门，节流损失相对最小，而且主蒸汽温度不变，各种负荷下新汽容积流量基本不变，各级喷嘴、动叶出口流速不变，比培降和内效率都不变，全机相对内效率接近设计值。现在大型机组的给水泵均釆用液力偶合器变速调节，滑压运行使给水压力降低，给水泵耗工降低。当机组负荷急剧增减时，可启闭调节汽门进行应急调节。在滑压运行的最低负荷点以下（如25%〜50%额定负荷以下）进行初压水平较低的定压运行，以免经济性降低太多。2、顺序阀控制新建机组在试运期间一般釆取全周进汽的单阀运行方式，使得转子和定子的温差较小，在变负荷运行时温差影响较小，有利于机组初期的磨合。另外在机组启动过程或调峰方式运行时，也同样需要釆用单阀控制，但单阀运行在中负荷阶段，高压调节阀都参与开度调节，且一般高压调门开度不大，蒸汽通过调节阀门时有较大的节流损失。机组运行要求尽量减少调节阀门的节流损失，提高汽轮机的效率。通常阀门的节流损失在阀门接近全关或接近最大流量时达到最小。顺序阀门控制方式下，只有一个高压调节阀进行开度调节，其余的阀门保持全开或全关，这样减少了节流损失，提高机组热效率。下图为顺序阀门控制和单阀控制的热效率比较曲线，从中能明显的看出两者之间的差异。单Iffl和噸序阀控制热效率比较图如此，机组运行过程中，为了机组热效率的提高，需要在顺序阀控制方式下运行。3、主汽压力设定修改，使调门运行在最经济阀位1）滑压定值是机组目标负荷函数，另外，增加运行人员手动改变调门设定值（平均阀位），微调主汽压的设定值，使调门运行在经济阀位。机组指令2） 定压定值由运行人员设定，主汽压未投时跟踪实际压力。3） 定压、滑压切换•机组未投协调时未定压控制。•机组投入协调后，由运行人员选择定压、滑压控制方式。•RB发生后，选择滑压控制方式。4） 调门调节器输出增加输岀限制（调整幅度、速率）十.关于加快负荷响应的基本思想1、利用锅炉的蓄热加快机组初期的负荷响应速度。因为机组对锅炉燃烧率的响应有较大的延迟和惯性，而调门变化时，电负荷变化较快，所以当有变负荷要求时，应适当动作汽机调门，在主蒸汽压力允许的范围内，充分利用锅炉的蓄热加快机组初期的负荷响应速度。2、适当超调锅炉的燃烧率，提高锅炉的响应速度。变负荷时，如果燃烧率不超调，机组的负荷变化的平均速度比较慢，从能量平衡角度分析，变负荷时改变调门开度（利用蓄热）无非是使锅炉的热量提前释放出来一些，其平均变负荷速度不会提高，所以要提高机组的变负荷速度必须适当超调锅炉的燃烧率，使锅炉热负荷快速跟上电负荷的变化要求，及时与电负荷平衡，并使主蒸汽压力快速恢复。这也是大多数协调控制逻辑提高机组负荷调节性能的基本思想，协调控制系统的控制策略和调整试验都是基于这个基本思想的。十一.其它提高负荷响应的方法1、风煤交叉的实现方法一加快负荷响应风/煤交叉釆用锅炉指令与该指令经惯性环节输出相比较，取大值控制风量，取小值控制燃料量，能够避免实际信号波动对控制带来负面影响，方便地实现了加负荷时先加风、后加煤；减负荷时先减煤、后减风的"富氧"策略。2、增加功率调节回路的主汽压力校正，增加负荷响应能力主汽压力对蒸汽流量的前馈校正协调调功回路接受的蒸汽流量是按额定主汽压力确定的，当主汽压力不等于额定压力时，同样的调节阀门开度所获得的蒸汽流量不等于控制所要求的流量，导致负荷调节动态偏差。当然，通过投入自动调节回路，加以反馈校正，同样能够消除偏差。但这种反馈校正有一定的迟延，且超调较大。若将蒸汽流量信号按当前主汽压力加以修正，补偿主汽压力对蒸汽流量的影响，将修正后的流量指令作为阀门开度控制信号，显然就能更及时、准确的调节。协调调功回路根据主汽压力对流量指令进行比例校正，即：Q=QO.PTREF/PT其中Q为校正后的蒸汽流量要求值；Q0为校正前的蒸汽流量要求值；PTREF为主汽压力额定值；PT为当前主汽压力。在校正软件中，设置了不灵敏区，当PT偏离PTREF达一定值时才进行校正，如图2所示。十二.张掖电厂协调控制辅助逻辑优化1、 锅炉主控调节器釆用积分分离的算法，使积分作用正确动作。主要指（Pt-Ps）dpt/dt>0时，投入积分作用，（Pt-Ps）dpt/dtW0时，切除积分作用，使锅炉主控调节器的积分作用正确动作。2、 锅炉主控调节器PI参数加入小偏差积分分离的控制，减少压力波动。主要指（Pt-Ps）在土0.05MPa以内时，切除积分作用，减少压力频繁调节。3、 按投入自动的磨煤机数量加校正4、 负荷指令变化信号的微分加在锅炉主控的输出，加快负荷响应。5、 负荷指令回路进行修改，使ADS指令处于最上级。6、 锅炉主控的输出暂时跨过容量风调节器，直接作用到容量风门进行控制。7、 将锅炉主控回