单元机组协调控制系统

1、第十二章 单元机组协调控制系统,第一节 协调控制系统的基本概念,第二节 协调控制系统的基本方案分析,第三节 单元机组协调控制系统实例分析,第四节 协调控制系统的整定,第一节 协调控制系统的基本概念,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，如汽轮机调节阀开度、锅炉燃烧率，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炉都是组成单元制热力系统。,若在单元机组控制系统设计中

2、，充分考虑它们差异，以及各自特点，采取某些措施（如引入某些前馈信号、协调信号），让机炉同时按照电网负荷要求变化，接收外部负荷指令，根据主要运行参数偏差，协调地进行控制，从而在满足电网负荷要求同时保持主要运行参数稳定，这样控制系统称为协调控制系统。,机炉主控制回路除接受负荷指令信号外，还接受主蒸汽压力信号根据这两个信号的偏差，改变汽机调节阀的开度和锅炉的燃烧率。,协调控制系统是由负荷指令处理回路和机炉主控制回路这两部分组成。,负荷指令处理回路接受中央调度所指令、值班员指令和频率偏差信号，通过选择和运算，再根据机组的主辅机实际的运行情况，发出负荷指令。,二、协调控制系统的分类,目前，各种不同单元机

3、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，一般协调控制系统可按反馈或前馈回路的不同进行分类。,（一）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汽机跟随（锅炉基本）为基础的协调控制系统和以锅炉跟随（汽机基本）为基础的协调控制系统。,1、以汽机跟随（锅炉基本）为基础的协调控制系统：,如上图所示，汽机跟随（锅炉基本）控制系统构成包括汽轮机侧的主蒸汽压力控制系统和锅炉侧机组功率控制系统。,锅炉调节器WT2(S)接受功率给定和功率反馈信号，当机组负荷发生变化时，首先通过锅炉调节器WT2(S)控制燃料量（此时给水和送粉也应相应调整）。,待机前压力pT改变后，

4、再按机前压力与给定值的偏差，通过汽机调节器WT1(S)改变汽轮机调节阀的开度，从而改变机组功率。,如图12-2所示，功率偏差信号（P 0P E）可以看作是暂时改变的汽机调节器的给定值，当（P 0P E）0时，汽机调节器发出开大调节阀的指令，增加输出功率，反之亦然，当F(x)0时，前馈作用不存在。,显然，由于锅炉侧调节有较大的惯性，且汽轮机侧保持主汽压力稳定时没有利用机组蓄能，所以在负荷需求变化时机组响应较慢，但采用汽机的调节阀来控制主汽压力，使汽压波动较小。,汽机跟随（锅炉基本）为基础的协调控制系统，可以在汽机调节器前，加入功率偏差的前馈信号。,原理：利用锅炉蓄能，同时允许汽压在一定范围内波动

5、。,2、以锅炉跟随（汽机基本）为基础的协调控制系统：,如上图, 基本构成:两个反馈调节系统，即汽机侧的机组功率控制系统和锅炉侧的主汽压力控制系统。,基本工作原理:汽机调节器WT1(S)接受功率给定值与实发功率反馈信号，根据它们之间的偏差，调节汽机调节阀开度，从而改变进汽量使发电机输出功率迅速满足负荷要求。锅炉调节器WT2(S)接受机前压力定值与机前压力反馈信号，根据它们之间的偏差，调整燃料量从而保证主汽压力的稳定。,由于机组功率对汽机侧调节作用的响应迅速，当负荷要求变化时，本系统通过改变汽机调节阀开度，充分利用机组蓄能，就可以得到机组功率的快速响应。,但以牺牲主汽压力稳定为代价，又因为在锅炉侧

6、调节作用下，主汽压力的响应有较大惯性。,所以，在锅炉跟随系统中，快速的功率响应和较大的主汽压力偏差是同时存在的，这就是锅炉跟随系统的特点。,为了减小主汽压力的波动，以锅炉跟随（汽机基本）为基础的协调控制系统可以采用机前压力的定值与机前压力的反馈值之间的偏差信号，通过函数模块F(X)，作用在汽机调节器的输出端。当汽压偏差超过非线性模块不灵敏区时，汽机调节器发出调节阀开度指令将受到限制。,（二）、按前馈回路分类,单元机组负荷控制系统的任务之一是保证汽机锅炉之间能量供求关系的平衡，为了改善控制系统的性能，增设了前馈回路，使能量的失衡限制在较小的范围之内，下面介绍两种基本的前馈回路方案。,1、按指令信

7、号间接平衡的协调控制系统：,图12-4是指令信号间接平衡协调控制系统的原理图，系统的特点是用指令间接平衡机炉之间的能量关系，属于以汽机跟随为基础的协调控制系统。,返回26,汽机调节器PI任务是维持机前压力PT 等于给定值P0 ，但在负荷变化过程中，要利用功率偏差（P0PE）信号修正汽压给定值，以便利用锅炉蓄热量。,由图12-4可见，汽机调节器入口输入信号的平衡关系为：,（1+S）P0 PEKP（pTp0）0,S微分算子 KP加法器中比例系数,稳态时为：,式中：,由此可见，汽机功率控制回路实际上是一个汽压控制系统，功率的偏差信号是汽机调节回路的前馈信号，它用来修正压力给定值。当功率给定值P0 增

8、加时，实际压力给定值低于给定值p0，调节器将发出开大调节阀指令，增大实发功率。,锅炉燃烧率指令送往锅炉各子系统（燃料和送风系统）。由图12-4可见，燃烧率指令PM 为：,式中：KP1 、KP比例系数 S微分算子,功率定值P0 比例微分是前馈信号，微分在动态过程中加强燃烧率指令，以补偿机炉之间对负荷响应速度差异，稳态时汽压偏差（p0pT）信号为零，它在动态过程中有适当修正燃烧率指令作用。,2、能量直接平衡协调控制系统：,系统属于以锅炉跟随为基础的协调控制系统。,主要特点: 能量平衡信号p1/pT 取代功率给定信号P0，作为控制回路前馈信号。,功率偏差积分项用来校正燃烧率指令，以保证机组功率偏差和

9、汽压偏差在稳态时都为零，其校正过程是通过锅炉和汽机两个回路完成的。,所以,无论在动态还是静态，p1/pT 都能反映调节阀开度,即汽机输入能量。,由图12-5可见，汽机调节器输入信号的平衡关系为：,可见，汽机控制回路功率给定值P0反馈信号是p1，因p1对汽机调节阀开度响应比实发功率灵敏得多。故汽机调节阀能迅速而平稳地响应功率给定值的变化。,p1为汽机第一级后压力，两者比值p1/pT与汽机调节阀开度成正比，无论什么原因引起的调节阀开度变化，p1/pT 都能对调节阀开度的微小的变化作出灵敏的反应。,锅炉燃烧指令PM 为：,燃烧率指令前馈信号是能量平衡信号p1/pT ，式中微分项在动态过程中加强燃烧指

10、令，以补偿机炉之间对负荷要求响应速度的差异。由于要求动态补偿的能量不仅与负荷变化率成正比，而且与负荷水平成正比，所以微分项要求乘以p1/ pT 值，汽压偏差积分项保证了稳态时能消除压力偏差。,能量平衡信号与功率给定信号性质不同。后者仅表示电网对机组负荷要求，前者反映了汽机对锅炉的能量要求，这就为机炉之间动态过程中协调控制两个控制回路的工作提供了一个比较直接的能量平衡信号。与指令信号间接平衡的协调系统相比，锅炉控制回路的前馈信号无论是动态还是静态的精度都比较高，整定也比较方便。,以锅炉跟随为基础的能量直接平衡协调控制系统，在快速适应负荷要求，以及克服系统内部扰动方面，有较大优势，是协调控制方案中

11、较好的一种。,三、协调控制系统的作用,协调控制系统组成:负荷指令处理回路 + 机炉主控制回路,、负荷指令处理回路,（1）接受的外部指令:,各自作用：,电网调度所负荷分配指令;,电网频率自动调整指令;,机组运行人员改变负荷的指令;,根据机组运行状态和电网对机组的要求，选择其中一种指令或两种以上指令。,、机炉主控制回路的作用,（）根据机组输出功率与负荷要求之间的偏差，决定不同的运行方式。,（）接受经过处理负荷指令P0，对锅炉、汽机调节系统发出协调指挥信号锅炉指令PB和汽机指令PV。,(5) 根据机组辅机运行状态，选择不同的运行工况。,(4) 甩负荷保护;,(3) 限制机组最高和最低负荷;,(2)

12、限制负荷指令的变化率和起始变化幅度;,四、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。但是，一般协调控制系统都具有下列五种工作方式：,（）方式I机炉协调控制方式,适用:机组运行情况良好,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率，机炉自动调节系统都投入运行。,（）方式II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=给定功率。,（）方式III汽机跟随锅炉而机组输出功率不可调节方式,（）方式IV锅炉

13、跟随汽机输出功率不可调节方式,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状态。,（）方式V手动控制方式,锅炉和汽机都处于“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P0 跟踪机组的实际出力，为投入自动作好准备。,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处于自动控制，锅炉燃烧率处于手动控制。,第二节 协调控制系统的基本方案分析,根据单元机组的动态特性及其负荷控制系统的任务

14、，已经设计出了多种不同类型的协调控制系统。目前协调控制系统的性能日趋完善，高性能的协调控制系统有以下主要特点：,（）为了迅速满足电网调频的要求，尽可能提高机组的负荷适应性，采用前馈回路，充分利用锅炉蓄热量。,（）负荷控制范围不断扩大，不仅在正常运行时能实现自动控制，而且在机组异常时能自动处理事故和系统切换。,（）不仅要求反馈回路能协调工作,而且要求提高前馈回路动、静态补偿精度，更好地适应电网负荷要求。,（）按平衡关系调节,在单元机组中，相互平衡的量比较多，例如送风量与引风量是一对相互平衡的量，给水量与产生的总的蒸汽量是一对相互平衡的量。这种调节的缺点是平衡关系绝对准确很困难，而且有些量很难测量

15、。,能量平衡观点:输入能量与输出能量之间比例关系应能调节保持，变动工况下，由于机组蓄能变化，比例关系也会有变化，它们之间总关系为：能量输入 = 能量输出 + 能量储蓄。设计系统时可以把关系密切的两个相互平衡的量作为调节器的输入信号，也可以把这两者是否平衡的指标作为被调参数。,一、热工控制系统设计的基本方法,（）按平衡指标调节,缺点: 指标测定有迟延和惯性，使控制系统的性能指标受到一定影响。,蒸汽压力: 汽机负荷与锅炉负荷是否平衡的指标；,炉膛负压: 送风量与引风量是否平衡的指标；,烟气含氧量: 给煤量与送风量是否平衡的指标；,汽包水位: 锅炉给水量与蒸汽流量是否平衡的指标;,综合以上两种方法，

16、可以得到两种新的设计方法：,（）校正法,所谓校正法是将扰动量以前馈的形式，通过比例或比例微分作用，加入到控制系统中。图12-6是校正法调节系统原理示意图 。,（）衰减法,衰减法是将扰动量以前馈的形式，通过微分作用，加入到控制系统中，图12-7是衰减法调节系统原理示意图。,二、协调控制系统的基本方案,纯粹 “炉跟机”或“机跟炉”系统都有较大缺点:,我国单元机组协调控制系统都是在引进机组上设计和改进。,协调控制系统按反馈回路分类:,前馈回路设计不同分:按指令信号间接平衡系统（DIB）和按能量直接平衡系统（DEB）。,解决办法:加入前馈补偿信号作为机炉彼此协调动作的联系。,原因:炉机负荷之间是否保持

17、平衡取决于汽压PT 信号，PT 有一定惰性;,（1）Bailey820协调控制系统,如前面图12-4所示，燃烧率指令PM为：,上式中第一项P0比例微分是前馈信号，微分作用在动态过程中加强燃烧率指令以补偿机炉之间对负荷相应速度的差异，汽压偏差（p0pT）在动态过程中有适当修正燃烧率指令的作用，上式中最后一项用来校正燃烧率指令，以保证机组功率偏差在稳态时为零。因为蓄热量与负荷成比例，故改变同样的负荷，锅炉在高负荷时的蓄热量变化要比低负荷时大，这就希望在高负荷时有较大的改变燃料量的速度。为此，上式中的最后一项乘以功率给定值P0，以便使积分速度随负荷变化。,汽机阀门开度指令P为：,从上式可以看出，当P

18、0 增加时，调节器将开大汽机调节阀，增大实发功率。上式中调节器入口信号的平衡关系为：,在稳态时上式化为：,可见，汽机功率控制回路是一个汽压控制系统，其压力的实际给定值是上式中方括号内部分，只有在功率偏差为零时才有pTp0，改变比例系数KP 可调整功率偏差信号对压力给定值修正作用的大小。,从上面分析可以看出，Bailey820协调控制系统中锅炉主控器调整机组功率，汽机主控器维持机组压力，因此它是汽机跟随（机跟炉）协调控制系统。从前馈角度来看，它以功率指令信号为前馈量，因此它间接反映了机炉之间的能量平衡关系，是按指令信号间接平衡协调系统（DIB系统）。,（2）美国Foxboro公司的DEB协调控制

19、系统,美国Foxboro公司的DEB协调控制系统如图12-8所示：,由上图可以看出，锅炉主控器接收汽压pT 及汽压定值p0 信号，它们的差值送到PID调节器的入口端，图12-8中的偏差比例乘法器输入信号为pT 、p0 及汽机第一级压力信号p1，输出信号I为：,前馈信号，作用到锅炉主控器回路来改变锅炉的燃烧率指令。,汽机主控器是串级控制系统,主调节器接收功率偏差信号（P0PE）,副调节器接收主调节器输出信号及前馈信号调节机组功率。,此系统锅炉主控器控制机组压力，汽机调节阀保证功率，因此是锅炉跟随协调控制系统。从前馈回路来看，它以汽机第一级压力信号p1 为前馈信号，所以是能量直接平衡协调控制系统（

20、DEB系统） 。,（）美国Leeds和Northrap公司的DEB协调控制系统：,如上图所示，锅炉主控器接受p1/pT 作为前馈信号，同时还接受压力定值信号p0，锅炉燃烧率指令PM 为：,当机组负荷增加时，p1/pT 增加，由上式可以看出，锅炉燃烧率指令增大，汽压偏差的积分作用是保证在稳态时，汽压等于给定值。,汽机主控器如图所示，它实际是一个串级控制系统。主调接收的信号是功率偏差信号，副调接收主调输出及p1信号。,在本系统中，引入汽轮机第一级后压力p1信号，用p1/pT 作为机炉协调控制之间的联系，对锅炉来说是前馈信号，对汽机来说是反馈信号。按反馈回路分，汽压由锅炉的燃烧率维持，功率是由汽机调

21、节阀来保证，因此它是炉跟机系统。按前馈信号分，本系统以直接能量信号p1/pT 作为前馈信号，因此它是能量直接平衡协调控制系统（DEB系统）。,第三节 单元机组协调控制系统实例分析,此外根据实际情况及保证机组安全，还有闭锁升、闭锁降、迫升、迫降等保护功能。以某电厂200MW机组协调控制系统为例，详细分析其的组成及工作过程。,一、负荷指令处理,其原理如图12-9。,协调控制系统=负荷指令处理回路+机炉主控回路,负荷指令处理回路:,机组发生闭锁升、闭锁降、迫升、迫降时，A/M处跟踪LD 状态，值班员按下保持按键时，A/M 处于既不能增也不能减的手动保持状态。,V速率限制模块，阶跃变化的负荷指令信号变

22、成一个斜坡信号，斜坡速率整定在3%5%。,中心调度负荷指令又称-ADS信号,正常，A/M处自动状态，中心调度可以直接改变机组负荷;,异常，A/M处手动状态，由值班员直接改变负荷。,二、机组最大允许负荷运算回路,单元机组主要辅机:给水泵、送、引风机、给粉机运行台数等。,机组最大允许负荷计算-据机组辅机实际运行情况来进行。,其原理如图12-10所示：,负荷指令 + 各辅机投运台数经函数模块F1(X) F4(X)处理后经过限速模块-小值选择器-最小值-限幅器输出负荷给定值-机炉主控制器。,三、实际出力计算及处理回路,机组实际出力：M、V、W实际值与其给定值之间的偏差进行计算，其原理如图12-11所示

23、：,在不发生迫升、迫降时积分器输出跟踪负荷指令LD信号以保证切换时无扰。,1、2 、3 三个加法模块进行代数运算，求出实际燃料量、风量、给水量与它们给定值之间的偏差。,积分器的作用是产生迫升迫降信号，定值整定为0%。,四、锅炉主控制器,发出指令：锅炉主控指令去控制燃料和送风两个子系统。,原理如下页图12-12,接收指令：主汽压力偏差信号 + 前馈信号,当低值作用时，积分器输入是正值，正向积分，为迫升工况。,当高值作用时，积分器输入是负值，反向积分，为迫降工况。,1、前馈信号的形成：,P1调速级压力，PT机前压力，PTS机前压力定值，K为补偿系数。F(X)是动态补偿模块，采用比例微分规律动作，F

24、1(X)是函数模块。,作用：改善控制系统品质；,前馈信号：,2、压力定值的形成：,3、燃料、风量指令处理：,滑压、定压运行两种工况，压力定值也不相同：,滑压自动，F2(X)整定为滑压运行升压曲线；,其目:实现锅炉低过剩空气燃料控制。增负荷先增风后增燃料；降负荷，先减燃料后减风，提高燃烧的经济性。,燃料量指令+总燃料量信号大选模块较大作送风系统指令。,燃料指令+总风量信号小选模块较小作燃料系统指令信号。,锅炉主控制器输出（燃料量）信号分别大、小选模块。,防止改变太快，加速率限制模块。,定压手动，跟踪设定的压力定值，也可以就地直接设置；,五、汽机主控制器,组成：汽机节流压力调节器、电功率调节器、蒸

25、汽流量调节器。,（1）汽机节流压力调节器：汽机调节阀前节流压力偏差,机跟炉时,T1 ba接通，控制汽机调节阀,自动保持主蒸汽压力为定值。,功率可变协调控制工况中，串级控制，主信号实发功率W，副信号蒸汽流量,用P1代替，功率定值中加入频差信号f，提高调节速度，加入LD 前馈信号。其它工况下，这两个调节器都处于跟踪状态，蒸汽流量调节器的加法器输出跟踪实发功率W，电功率调节器输出跟踪P1值。,（2）电功率、蒸汽流量调节器,第四节 协调控制系统的整定,一、单元机组自动控制的对象特性,单元机组：发电机、汽轮机、锅炉共同适应电网负荷要求，共同保持机组的稳定运行，是一个互相关联的负载被控对象。,图中WPM

26、为燃料量机前压力通道传递函数：,汽机调节阀开度机前压力通道传递函数为：,（12-3）,（12-4）,式12-3是汽机负荷随汽压变化时传函，最后负荷保持稳定。,WT (S )为蒸汽量实发功率传递，由汽机原理知中间再热机组传函为：,式12-4是汽机负荷与调节阀开度同时变化时的传递函数。,图12-14中，K 为调节阀开度与汽机进汽量的比例系数：,汽机高压缸功率在总功率中比例，一般 1/3 1/4；,TS 中间再热器的时间常数，无中间再热器时TS 0；,Ta 汽机时间常数。,式中：,KP 为机前压力与汽机进汽量的比例系数：,为分析方便，图12-14简化为图12-15的等效方框图：,其中：,写出传递函数

27、矩阵为：,上式中：WN(S),WNM(S)实发功率对 和 M 传递函数 WP(S),WPM(S)为机前压力对 和 M 传递函数,双输入双输出的被控对象，不能单独讨论汽机和锅炉的负荷控制系统，而应该将单元机组作为一个整体来考虑。,二、参数整定：,1、锅炉跟随控制方式：,此方式两调节器参数是互相关联,但仍可以用单回路整定方法整定,在锅炉调节器投入闭环运行条件下，其等效方框图为：,汽机调节器等效对象传递函数为：,同样锅炉调节器等效对象传递函数为：,整定时汽机调节器投入闭环运行，根据两个广义对象的动态特性进行迭代计算，确定两个调节器的整定参数（以 1为原则）。,2、汽机跟随控制方式：,汽压波动小,可以

28、等效为串级系统，等效方框图为：,串级系统，先独立整定副回路中的汽机调节器，然后再确定主回路内锅炉调节器WT2(S)的参数（以 1为原则）。,3、协调控制方式：,上述控制方式的基础上加进反馈信号，形成了以前馈反馈复合控制为基础的协调控制系统，如下图所示：,系统加入前馈信号，使调节更为圆满，对调节器的参数不影响，仍可用前面的方法来进行整定。,TPT ,尽管此时MPT,但惯性大,故PP0PT 0 。,稳态工况下，NEN0，PTP0 。,机组负荷，功率给定值N0 ，N=N0NE 0TNE。,P0 正值,锅炉调节器M,负作用到汽机调节器 ,力图使汽压恢复到正常值。,正N、负P 信号共同作用开大一定程度停

29、止，NEN0，暂时；,正N、P 信号同时通过锅炉调节器使MPTP, TNENEN0，机组达到新的稳态。,协调控制系统（CCS）的投入与维护,48 CCS系统检查、测试 481概述 CCS(Coordinated Control System)协调控制系统：指将锅炉-汽轮发电机组作为一个整体进行控制，通过控制回路协调锅炉与汽轮机组在自动状态的工作，给锅炉、汽轮机的自动控制系统发出指令，以适应负荷变化的需要，尽最大可能发挥机组调频、调峰的能力，它直接作用的执行级是锅炉燃料控制系统和汽轮机控制系统。 协调控制系统的主要任务是实现整台机组的负荷调节、压力调节、协调控制方式切换、负荷指令、跟踪功能、过程

30、变量负荷闭锁、快速返回(RB)、ADS功能、定压滑压控制切换、闭锁增、闭锁减、快速上升、快速下降等。它接受汽轮机的机前压力、第一级压力、调节汽门阀位、发电机有功功率和频率作为协调控制系统的主要输入信号，机前压力作为主蒸汽压力的主要被调量，第一级压力作为汽轮机负荷的反馈信号代表进人汽轮机的蒸汽流量。输出信号是锅炉指令和汽轮机指令。,RB（辅机故障减负荷）和FCB（机组快速甩负荷）的功能作用？举例说明。 RB功能是指机组某些主要辅机（送风机、引风机、一次风机、空预器、给水泵、锅炉炉水循环泵等）突然跳闸停止运行时，模拟量控制系统自动改变负荷设定值，和其他控制系统自动地将负荷减至与剩余的运行负载能力相

31、适应的一个新的平衡点，并保持机组继续稳定运行。 FCB是针对机组某些严重的故障，如机组突然与电网解列、汽轮机跳闸或发电机故障时的快速甩负荷，以使机组仍能维持带厂用电运行或停机仅维持锅炉最低负荷带旁路运行。 482协调控制系统 主要包括：(1)机炉协调控制系统；(2)锅炉制粉控制系统； (3)锅炉给水控制系统；(4)锅炉汽温度控制系统； (5)炉膛压力控制系统；(6)送风机控制系统； (7)二次风流量控制系统；(8)一次风压力控制系统； (9)炉膛燃油控制系统,(10)空预器出口温度控制； (11)除氧器压力、水位控制系统； (12)热井水位调节系统； (13)汽动给水泵最小流量控制系统； (1

32、4)电动给水泵最小流量控制系统； (15)低压密封蒸汽温度调节系统； (16)再热冷段来蒸汽压力调节系统。,483基本检修项目及要求 (一)DCS自动控制系统软件检查和试验 (1)测量信号的系数及补偿参数的检查。 (2)例外报告量程及报警限值检查。 (3)各系统控制软件逻辑、定值、参数设置的检查和模拟试验。 (4)各控制系统相关画面的检查。,(二)外围设备的检修 (1)变送器量程核对与确认。 (2)执行机构行程和方向确认，动作应平稳、灵活。 484机炉协调控制系统 机炉协调控制系统由负荷运算回路、锅炉主控和汽轮机主控回路三部分组成。设置有四种基本的运行方式，即协调控制方式、炉跟机自动控制方式、

33、机跟炉自动控制方式和手动方式。 (一)机炉协调控制系统功能 (1)负荷指令处理装置的主要功能。 1)根据机炉运行状态，选择机组可以接受的ADS、频差信号、操作员设定及跟踪实际功率等各种外部指令，处理后转化为机炉的功率给定值NO(机组出力指令)。 2)进行对外部负荷指令的变化率和变化幅度的限制处理。一般外部对机组的负荷要求都是以电功率为目标，但根据机组负荷变化能力的规定对机组负荷指令的要求，应不超过规定负荷变化速度及负荷变化幅度。,3)最高、最低负荷的限制。对机组的负荷要求指令不应超过机组的实际允许出力的上、下限值，即闭锁增、闭锁减。当机组负荷要求超过实际可能允许的出力时，应对负荷要求进行限制。

34、 4)当机组辅机发生部分故障，为了保证机组正常运行，不管此时电网对机组负荷要求如何(即不接受电网负荷要求)，都能把机组负荷降到相应的水平(故障后所能允许的负荷水平)。在机组降负荷过程中，可按照故障类型自动选择不同的降负荷速度。 (2)锅炉能量信号和热量信号的构成和特点： 1)(PsP1PT)是锅炉能量信号的核心(式中P1-汽机第一级压力；PT机前压力；PS-机前压力设定值)。P1PT代表了汽轮机调门的有效阀位，能灵敏反映阀位的变化，它代表预期汽轮机能量输入或者是汽轮机所需的能量。为了反应动态变负荷工况下的汽轮机能量需求，对能量信号做了一些技术处理。引人能量平衡信号的实际微分环节以加快响应速度。

35、引入机前压力偏差校正回路，有利于保持机组运行工况的稳定。,2)协调控制系统需要解决的主要矛盾是协调负荷的响应速度与机组的运行稳定性之间的关系。汽轮机调负荷，既充分利用了锅炉蓄能，负荷适应性又最好。为了补偿动态过程中锅炉蓄能的变化以及机炉动态响应差异，系统还设计了能量平衡信号的动态前馈信号(PsP1PT)d(PsP1PT)dt指对(PsP1PT)微分。 3)采用一级压力加汽包压力微分的方法，即热量信号为(P1+dPb/dt)，其汽包压力变化率dPb/dt反映了锅炉蓄能的动态变化。当然，这两个信号通过相应的系数加权求和得到热量信号。 4)对汽机调节器引入机前压力偏差(Ps-PT)前馈，不仅能够补偿

36、炉侧扰动的影响，而且限制了功率需求变化引起的汽轮机调门过调现象。 5)主控制器能根据机组运行工况，对不同的运行控制方式进行切换，实现单元机组协调控制、锅炉跟随，汽轮机跟随及手动了运行方式的切换。 6)主汽压调节由控制热一次风流量大小来调节燃烧率。,(二)协调控制系统功能性检查及方式切换试验 在控制系统软件修改后，应对协调控制系统进行功能性检查及方式切换试验： (1)机组负荷指令的手动调整(升和降)、负荷高低限值的调整、负荷变化率的设定功能性检查。 (2)锅炉跟随、汽轮机跟随、协调控制三种方式的切换试验。 (3)负荷增减闭锁(Block IncreaseBlock Decrease)功能性检查。

37、 (三)控制系统投入的条件 (1)锅炉运行正常，炉膛燃烧稳定。 (2)机组功率、负荷指令、主蒸汽压力、调速级压力、总风量、总燃料量等重要参数准确可靠，记录清晰。 (3)DEH系统功能正常，能转人CCS控制方式。 (4)燃烧、给水、过热汽温、再热汽温、除氧器水位等主要自动控制系统已投人运行。 (5)协调控制系统控制方式及各参数设置正确，汽轮机主控、锅炉主控等MA操作正常，跟踪信号正确，无切手动信号。,485制粉控制系统 直吹式双进双出制粉系统的磨煤机控制包括：一次风量控制、出口温度控制、给煤量控制及磨旁路系统及制粉密封风系统。 (一) 磨入口一次风量控制系统及旁路 在锅炉设计中，一次风流量的大小

38、代表送人炉膛燃料量的多少。 (1)外围设备的检查和测试： 1)检查一次风差压信号，量程合适、测量正确、CRT显示正常。 2)检查一次风温信号，量程合适、测量正确、CRT显示正常。 3)检查热一次风调节档板(6个)，动作方向正确、行程时间和行程误差合适。 (2)测量处理模块检查：检查设计一次风差压信号经过风温补偿开方后得到一次风流量信号是否准确。 (3)设定值切换检查：,1)在正常运行过程中，一次风流量的设定值来源是协调控制系统的锅炉燃烧指令信号与二次风测量值，做小选后才成为最终一次风流量的设定值。2)当停磨顺控过程时第32步减少燃料量与磨负荷小于燃料指令条件满足时，或当停磨顺控过程时第41步设

39、定一次风流量最小值，与磨负荷小于燃料指令条件满足时，则切到控制系统预定义风量设定值。3)在磨煤机单端运行时，设定值以控制系统模块设定为高限。非单端运行时以控制系统SG-3模块设定为高限。4)调节模块PID参数调整：控制系统为单回路，调节器为比例-积分调节器，反作用。当一次风量与磨煤机指令信号存在偏差时，经调节器比例-积分调节，去控制一次风档板的开度，调整所需求的一次风量。(5)超驰信号检查：当启磨顺控过程时，第3步磨驱动的准备条件要求强制关闭热一次风调节档板。 (二)磨旁路风调节系统 (1)外围设备的检查和测试： 1)检查旁路风档板位置变送器(12个)，量程合适、测量正确、CRT显示正常。 2

40、)检查旁路风档板(12个)，动作方向正确、行程时间和行程误差合适。,(2)设定值切换检查：磨旁路风设定值是在一次风流量设定值基础上，经过函数模块处理得出磨旁路风档板开度指令。 (3)调节模块PID参数调整：控制系统为单回路，调节器为比例-积分调节器，反作用。当两个旁路风档板反馈位置经函数模块处理取均值与给定值存在偏差时，经调节器比例一积分作用，去控制两个旁路档板的开度。 (4)超驰信号检查：,1)当启磨顺控过程时，第3步磨驱动的准备条件要求强制关闭旁路风档板。 2)当启磨顺控过程时，第11步暖磨过程中要求强制打开旁路档板至49开度。 (三)磨出口温度控制系统,(1)外围设备的检查和测试： 1)

41、检查磨驱动端分离器出口温度信号(12个)，量程合适、测量正确、CRT显示正常。 2)检查磨非驱动端分离器出口温度信号(12个)，量程合适、测量正确、CRT显示正常。 3)检查磨人口温度信号(12个)，量程合适、测量正确、CIH显示正常。 4)检查磨温调节档板(12个)，动作方向正确、行程时间和行程误差合适。 (2)测量处理模块检查：检查设计由磨驱动端和非驱动端分离器出口温度各经过二选一逻辑后取大选信号是否准确。,(3)设定值切换检查： 1)在正常运行过程中由操作员直接设定。 2)暖磨过程中控制系统自定义温度设定值。,3)磨从双端到单端切换时控制系统自定义温度设定值。 4)正常停磨时控制系统自定

42、义温度设定值。 5)磨人口温度在暖磨和正常运行过程中，经PI调节器调节输出信号作为磨出口温度调节输出的最小限制。 (4)调节模块PID参数调整：控制系统为单回路，调节器为比例-积分调节器，反作用。当由于扰动使磨煤机分离器出口温度上升或下降时，经调节器比例积分作用输出使热风档板开大或减小，使温度趋于给定值。在磨出口温度调节过程中加入热一次风开度的耦合作,用，使磨出口温度调节更灵敏，出口温度波动小。 (5)超驰信号检查： 1)当启磨顺控过程时，第3步磨驱动的准备条件要求强制全开调温档板。 2)当停磨顺控过程时，第40步要求强制开调温档板到x开度。 (四)磨料位控制系统 通过改变给煤机转速来保证双人

43、一双出磨煤位的控制方式。,(1)外围设备的检查和测试： 1)检查声纳测量煤位的电耳信号(12个)，量程合适、测量正确、CRT显示正常。 2)检查VS-60607系列变频器输出灵敏，反馈准确。 3)检查给煤转速电机绝缘良好，转动的方向应正确。 (2)测量处理模块检查：检查处理后电耳测量的煤位信号是否准确。 (3)设定值切换检查：,1)在正常运行过程中由操作员直接设定。 2)当停磨顺控过程时，第36步减少磨料位到50，且磨料位大于50条件满足时，由控制系统预定义煤位设定值按3min比率改变。 (4)调节模块PID参数调整：控制系统为单回路，调节器为比例-积分调节器，反作用。当设定值与电耳信号产生偏

44、差，由调节器反作用输出，经过加法器、高限、低限和速率变化限制器，经过手自动站去控制给煤机的转速。调整调节模块PID参数来满足磨料位稳,定。 (5)超驰信号检查： 1)当启磨顺控过程时，第14步启动给煤机信号，且给煤机可用条件满足时，给煤机以最小速率启动。转速信号设定值大小控制由操作员选择。,2)当双端运行时，由模拟信号发生器SG-5给出A1或A2运行，经除法器、乘法器去控制给煤机转速，超驰信号为5.15。A1和A2均运行，超驰信号为5.152。 3)当单端运行时，由模拟信号发生器SG4给出A1或A2运行时，超驰信号为2.58 。A1和A2均运行时，超驰信号为2.582。,(五)质量指标 (1)

45、正常运行时，控制系统应能将磨煤机人口一次风流量保持在给定值的5范围内。 (2)正常运行时，控制系统应能将磨煤机出口温度保持在其给值3范围内。 (3)一次风量给定值改变10时，一次风量控制系统应在20s内将风量稳定在新的给定值。 (4)冷风档板开度改变10时，控制系统应在30s内消除扰动。,(5)磨煤机出口温度给定值改变3，控制系统应在3min内将磨煤机出口温度稳定在新的给定值。 (6)高温风(或低温风)档板开度改变10时，控制系统应能在3min内消除扰动，磨煤机出口温度最大偏差不应超过5。,大型单元机组的生产过程及其对控制的要求,大型单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群

46、。锅炉的产热、汽机的做功及发电机的发电协调配合完成发电生产。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重视。,单元制机组 热力发电过程,N,T,PT,H,1 单元机组负荷控制系统对象特性,一、 负荷控制系统的控制任务： 在保持机组稳定运行的前提下，快速响应电网对机组负荷的需求。,负荷对象特性：,多变量对象,特点： 有自衡能力，机快炉慢，耦合严重； 炉侧有蓄热，燃料量的扰动频发。,二、负荷控制基本方案,1. 锅炉跟踪方式（炉跟机）,特点：系统响应速度快，但机组稳定性差。,2. 汽

47、机跟踪方式（机跟炉）,特点：机组稳定性好， 但系统响应速度慢。,3. 解耦控制,1） 前馈补偿法,只要使：,就可是系统解耦，等效系统为,前馈补偿,2） 对角矩阵法,补偿网络,选择,等效系统为,可使,两个单变量系统,这种解耦方法不仅可以解除耦合，还可改善单变量对象特性。但解耦网络复杂，往往难以实现。,4. 机炉协调方式,以炉跟机为基础的双向补偿协调控制系统,一、间接能量平衡协调控制系统 以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统（一）,2 协调控制基本控制方案,F(x) 为带有死区的非线性环节，有利于提高协调控制系统的稳定性。死区的大小决定了蓄能的利用，兼顾负荷适应性与运行稳定性，斜率的选择取决于压力

48、偏差动态校正的速度。,以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统（二）,F(t) 为比例为分环节，有利于改善锅炉对功率的响应特性。 F(x) 为死区的环节，有利于提高协调控制系统的稳定性。,以炉跟机为基础的双向补偿协调控制系统（三）,燃料扰动（增加）时，压力信号（增加）通过交叉环节K抵消（要求汽轮机控制回路开大调门）了功率信号要求关小调门的动作。这样，扰动由锅炉侧自行快速消除，汽轮机侧控制系统尽量少动或不动，减少锅炉对汽轮机动作的相互影响，提高了稳定性。,以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统（一）,以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统（二）,二、 直接平衡协调控制系统,理论分析与试验研究表明，汽机第

49、一级压力P1与机前压力PT的比值P1/PT可较好地反映汽机调节汽门开度 。 P1/PT信号用于检测调节汽门开度不仅具有响应快的特点，而且可克服直接测量汽机阀位存在的死区和非线性。 P1/PTPs是一种构造的能量平衡信号，代表汽机对锅炉的能量需求。 在稳定时，恒定， PT=Ps ， P1/PTPs= P1，代表了汽机需求的能量与进入汽机的能量相等； 在动态中， 0，PTP1，代表了汽机需求的能量大于进入汽机的能量； Ps， 则P1/PTPs P1，代表了汽机需求的能量小于进入汽机的能量。,1. 直接能量信号,当外界负荷指令N0增大时， P1/PTPs一般比负荷N0大，则这样在动态过程中，可动态地

50、多增加一些锅炉的能量输入，有利于及时补充被利用的锅炉蓄能。 P1/PTPs信号的另一特点是不受锅炉内扰的影响。如锅炉内扰使PT上升，因未变， P1相应增大，因此P1/PT基本保持不变。,故以P1/PTPs作为锅炉侧的直接能量输入信号，定量地建立了机炉之间的能量平衡供求关系，使机炉能够协调动作，满足电网的负荷需求。,机炉间的能量平衡，以机前压力Pt的稳定为标志。当Pt维持在定值Ps时，就意味着机炉间达到静态平衡。间接能量平衡式协调控制系统方案中，锅炉控制均串级压力控制方式，主调节器为具有积分作用的压力控制器，副调节器为燃料调节器。,2. 直接能量平衡协调控制系统(DEB),1) 静态平衡 进入锅

51、炉控制器入口的能量偏差信号为：,在静态工况下,，因此,锅炉控制器的积分作用总是消除调节器入口偏差，使ef最终等于零。由于P1/Pt恒不等于零，这就必须使,可见，该系统中的燃料调节器具有保持机前压力Pt等于压力给定值的能力，而无需另加压力校正调节器。,2) 动态过程 在动态过程中，汽包压力的微分信号具有防止Pt过调，使过程稳定的作用。例如，由于锅炉内扰作用使Pt增高时,锅炉调节器入口偏差信号,由于ef,负荷给定,功率调节器,A,A,A,速率限制设定,上限负荷设定,下限负荷设定,操作员设定,一次调频函数,T,PI,PI,MW,MW,切换单元,汽机调门指令,DCS-CCS,DEH,指令直接叠加在调门

52、上,T,手动方式,协调方式,阀位限制,CCS控制,DEH控制,图9 一次调频控制原理示意图,图10 DCS频率校正回路对一次调频的影响,DCS频率校正回路对一次调频的影响 当机组运行在AGC或机组协调控制方式时，不投入频率校正回路将出现负荷反调现象，电网频率还未恢复正常，机组的一次调频能力已消失。,图10 DCS频率校正回路对一次调频的影响,图11 未投入DCS校正回路的一次调频曲线,图12 未投入DCS校正回路的一次调频曲线,图13 投入DCS校正回路的一次调频曲线,图14 投入DCS校正回路的一次调频曲线,一次调频控制逻辑对负荷响应快速性的影响 电液调速系统（DEH）工作在阀位控制方式，当

53、电网频率变化时负荷的响应最快一般在12秒内机组负荷发生变化（见图15）。而只由DCS的协调系统完成一次调频，受到影响的因素较多，负荷响应较慢，如图16所示的试验，需12秒时间。,图15 阀位方式下的一次调频负荷响应,火电机组主蒸汽压力对一次调频的影响 主蒸汽压力以及调速汽门特性对一次调频也会产生影响。火电机组一般都按定滑定方式运行，既满足调整负荷的要求，又可保证经济性。当火电机组主蒸汽压力变化时，对一次调频会产生较大影响。这主要是目前汽轮机电调系统的频差函数指令是按综合阀位叠加在汽机调速汽门上，而调速汽门的线性化是按额定压力整定，偏离额定参数可能产生较大的偏差。 看下面图1721，主汽压力为1

54、4MPa时，综合阀位变化4.9相当于汽机转速变化8r/min(不包括死区），负荷从192.3MW变为196.8MW，增加了4.5MW。主汽压力为16MPa时综合阀位同样变化4.9，负荷从185.09MW变为196.95MW，负荷增加了11.86MW。可见主汽压力对运行在阀位方式的机组一次调频影响较大，但从图21可见，当投入频率校正回路时，机组一次调频负荷受到主汽压力的影响较小。,图17 主汽压力14MPa的一次调频曲线（一）,图18 主汽压力14MPa的一次调频曲线（二）,图19 主汽压力16MPa的一次调频曲线（一）,图20 主汽压力16MPa的一次调频曲线（二）,图21 投入DCS校正回路

55、的一次调频曲线,频差函数叠加位置对一次调频的影响 频差函数叠加在速率限制之后，负荷指令迅速上升。叠加在速率限制之前负荷指令缓慢变化，影响一次调频效果。,4.7 京津唐电网火电机组一次调频负荷总量 京津唐电网以火力发电为主，容量为90MW以上的机组共计74台总容量17050MW。其中包括8台水电机组，总容量1220MW。 各机组有关一次调频的详细情况见附表。,5改进后的系统投入情况 通过对秦皇岛电厂、托克托电厂、京能热电厂、华能北京热电厂、三河电厂、华能杨柳青电厂等机组的试验及投入情况看，效果良好。机组能够快速地随电网频率变化负荷，对机组安全也没有造成影响。图2326是秦皇岛电厂#2机组、三河电

56、厂#2机组，托克托电厂#1机组、盘山电厂#1机组一次调频投入曲线。,图23 秦皇岛电厂#2机组一次调频曲线,图24 三河电厂#2机组一次调频曲线,图25 托克托电厂#1机组一次调频曲线,图26 盘山电厂#1机组一次调频曲线,6有关标准及管理方面的问题 6.1 技术标准有待解决 6.2 管理规范化问题 各发电厂应根据有关条款与制造厂、科研单位深入研究，完善机组的一次调频功能。 在新机组订货、老机组改造时也应特别注意满足有关条款要求。 电网管理部门可通过并网协议、并网安全性评价等形式对各发电机组的一次调频投入情况进行监督管理。 6.3 运行机组的监督管理 提高技术手段，EMS目前刷新时间周期是46

57、s，对一次调频投入的监视不利。 考虑改进：刷新时间1s、分辨率0.1MW的有功功率数据，发电机频率信号分辨率0.001Hz。 考虑编制电网频率机组有功功率趋势曲线（见图28）。,f N,t,N,f,50.034 50.000 49.966 负荷指令,图28 调度监视曲线,发电机频率（转速）曲线,机组功率曲线,华北电网发电机组一次调频运行管理规定的编制 根据本项目的试验研究结果，并广泛征求意见。于2003年5月正式颁布了华北电网发电机组一次调频运行管理规定（试行）。,谢谢 2004.02,华北电力科学研究院有限责任公司 NORTH-CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH IN

58、STITUTE CO.LTD,水电机组一次调频,陕西电力科学研究院 李华,主要内容,一、一次调频的概念 二、水电机组一次调频的技术要求 三、水电机组一次调频相关测试与试验 四、影响水电机组一次调频性能的因素 五、相关问题探讨,一、一次调频概念,什么是一次调频？ 调频？ 机组，电网？ 一次？（固有特性）,几种定义,发电机组根据其调速系统的固有频率特性，随频率变化而进行功率调整的调频过程。 通过水轮发电机组和火力发电机组调速系统的负荷频率特性对电网的功率和频率的控制，通常叫电网一次调频。他主要是由发电机组调速系统的静态特性F=f（P）及其PID动态调节特性来实现的。 电网的一次调频是针对偏离了系统额定频率（50Hz）的频率偏差，按功率永态差值系数ep（调差系数）对机组进行功率控制的。它是将电网（机组）频率（转速）信号送入机组调速系统的频率（转速）输入端口，频率（转速）给定值与其比较形成频率（转速）偏差，调速系统根据这个偏差信号进行调节。 机组并网运