單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PPT課件

1、能源與動力工程學(xué)院單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能源與動力工程學(xué)院一引言一引言（一）基本概念（一）基本概念 單元機組在處理滿足負(fù)荷要求并同時維持機組主要運行參數(shù)單元機組在處理滿足負(fù)荷要求并同時維持機組主要運行參數(shù)穩(wěn)定這兩個問題時，是將機爐作為一個整體來看待的。然而汽機、穩(wěn)定這兩個問題時，是將機爐作為一個整體來看待的。然而汽機、鍋爐實際上又是相對獨立的，它們通過各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪鍋爐實際上又是相對獨立的，它們通過各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪機機調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)閥開度、鍋爐燃燒率鍋爐燃燒率，滿足電網(wǎng)負(fù)荷的要求并保持機組主，滿足電網(wǎng)負(fù)荷的要求并保持機組主要參數(shù)（主蒸汽壓力）的穩(wěn)定，但它們能力不

2、盡相同，差異較大。要參數(shù)（主蒸汽壓力）的穩(wěn)定，但它們能力不盡相同，差異較大。 當(dāng)前隨著大型發(fā)電機組的日益增多，大容量機組的汽機和鍋當(dāng)前隨著大型發(fā)電機組的日益增多，大容量機組的汽機和鍋爐都是組成單元制熱力系統(tǒng)。爐都是組成單元制熱力系統(tǒng)。能源與動力工程學(xué)院 若在單元機組控制系統(tǒng)若在單元機組控制系統(tǒng)設(shè)計中，充分考慮它們差異，設(shè)計中，充分考慮它們差異，以及各自特點，采取某些措以及各自特點，采取某些措施（如引入某些前饋信號、施（如引入某些前饋信號、協(xié)調(diào)信號），讓機爐同時按協(xié)調(diào)信號），讓機爐同時按照電網(wǎng)負(fù)荷要求變化，接收照電網(wǎng)負(fù)荷要求變化，接收外部負(fù)荷指令，根據(jù)主要運外部負(fù)荷指令，根據(jù)主要運行參數(shù)偏差，協(xié)

3、調(diào)地進行控行參數(shù)偏差，協(xié)調(diào)地進行控制，從而在滿足電網(wǎng)負(fù)荷要制，從而在滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求同時保持主要運行參數(shù)穩(wěn)求同時保持主要運行參數(shù)穩(wěn)定，這樣控制系統(tǒng)稱為定，這樣控制系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)。能源與動力工程學(xué)院 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認(rèn)為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認(rèn)為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。處于上位級的機爐協(xié)調(diào)級，也叫作單元機組主控系統(tǒng)，是整處于上位級的機爐協(xié)調(diào)級，也叫作單元機組主控系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料個系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)，風(fēng)量控制系統(tǒng)，汽輪機功率控制系統(tǒng)，風(fēng)量控制系統(tǒng)，汽輪機功率/ /

4、頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)。及直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)。 單元機組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機爐控制器動作的鍋爐指令和單元機組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機爐控制器動作的鍋爐指令和汽機指令。局部控制級的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，汽機指令。局部控制級的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成指定的控制任務(wù)。完成指定的控制任務(wù)。 協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 能源與動力工程學(xué)院負(fù)荷管理中心結(jié)構(gòu)圖負(fù)荷管理中心結(jié)構(gòu)圖 能源與動力工程學(xué)院WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE-+BTp0pT機爐協(xié)調(diào)控制器控制對象能源與動力工程學(xué)院（二）機

5、組控制對象分析（二）機組控制對象分析 鍋爐和汽輪機在響應(yīng)外界負(fù)荷時的動態(tài)特性存在很大差異。鍋爐和汽輪機在響應(yīng)外界負(fù)荷時的動態(tài)特性存在很大差異。 主蒸汽壓力反映機爐內(nèi)部的能量是否平衡，實發(fā)功率表征發(fā)主蒸汽壓力反映機爐內(nèi)部的能量是否平衡，實發(fā)功率表征發(fā)電機組與外部電網(wǎng)是否平衡。電機組與外部電網(wǎng)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：壓力：壓力能源與動力工程學(xué)院二機、爐主控制器二機、爐

6、主控制器 機、爐主控制器是單元機組的控制機構(gòu)，它的主要功能是機、爐主控制器是單元機組的控制機構(gòu)，它的主要功能是根據(jù)機組的運行條件和要求，運行人員可以選擇鍋爐跟隨、汽根據(jù)機組的運行條件和要求，運行人員可以選擇鍋爐跟隨、汽輪機跟隨及協(xié)調(diào)等控制方式，給出合理的控制方案提供機組全輪機跟隨及協(xié)調(diào)等控制方式，給出合理的控制方案提供機組全面的協(xié)調(diào)控制。面的協(xié)調(diào)控制。（一）分開控制（一）分開控制1、爐跟機（BF boiler following turbine）能源與動力工程學(xué)院爐跟機的特點：負(fù)荷適應(yīng)性強，機組穩(wěn)定性差WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE-+BTp0

7、pT原理框圖能源與動力工程學(xué)院2、機跟爐（TF）機跟爐的特點：機組穩(wěn)定性強，負(fù)荷適應(yīng)性差。能源與動力工程學(xué)院WT1(s)WPT(s)WT2(s)WpB(s)WpT(s)WPB(s)p0P0PEpT-+BT原理框圖能源與動力工程學(xué)院（二）協(xié)調(diào)控制方式（二）協(xié)調(diào)控制方式 目前，各種不同單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計，都是從處理目前，各種不同單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計，都是從處理快速負(fù)荷響應(yīng)和主要參數(shù)運行穩(wěn)定這一矛盾出發(fā)的，一般協(xié)調(diào)控快速負(fù)荷響應(yīng)和主要參數(shù)運行穩(wěn)定這一矛盾出發(fā)的，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋回路或前饋信號的不同進行分類。制系統(tǒng)可按反饋回路或前饋信號的不同進行分類。1 1、按反饋回路分類、按反

8、饋回路分類 按反饋回路分類可以將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為以按反饋回路分類可以將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為以鍋爐跟隨（汽機鍋爐跟隨（汽機基本）基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和汽機跟隨（鍋爐基本）汽機跟隨（鍋爐基本）以為基礎(chǔ)以為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 （1 1）以爐跟機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）以爐跟機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) CBFCBF： 能源與動力工程學(xué)院特點：能源與動力工程學(xué)院（2）以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式）以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式CTF特點：能源與動力工程學(xué)院2、前饋控制在機爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用、前饋控制在機爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用能源與動力工程學(xué)院（1）直接能量平衡（）直接能量平

9、衡（DEB direct energy balance） 按蒸汽流量需求進行的前饋控制按蒸汽流量需求進行的前饋控制 若系統(tǒng)在鍋爐跟隨方式下，負(fù)荷指令由汽輪機手動控制或由DEH就地控制，P0跟蹤機組實際功率，P0=PE，而PE是被調(diào)量，不能主動反映負(fù)荷需求的變化，這時再用P0作前饋就失去了“前饋”的意義。 這時，通常采用蒸汽流量需求信號作為鍋爐的前饋信號。蒸汽流量需求是汽輪機希望消耗的能量，用此信號可保持汽輪機耗能與鍋爐產(chǎn)能隨時平衡，從而改善機組的負(fù)荷響應(yīng)。汽輪機對鍋爐的能量需求信號也稱能量平衡信號。能源與動力工程學(xué)院p1大體上代表汽輪機的進汽量，可以作為對鍋爐的能量需求信號。缺點：缺點：僅采用

10、p1作為前饋信號，當(dāng)鍋爐側(cè)內(nèi)擾時，將對汽壓pT造成動態(tài)正反饋。如：如：燃燒率擾動使主汽壓增加時，即使調(diào)門開度不變，調(diào)節(jié)級壓力p1也增加，如果直接把p1作為前饋信號直接作用于鍋爐，就會使燃燒率進一步增加。 因此，若采用p1作為前饋信號，就必須對其進行修正。具有壓力比修正的能量平衡信號具有壓力比修正的能量平衡信號T01p/pp當(dāng)鍋爐內(nèi)擾引起進入汽輪機的蒸汽量變化時，p1/pT可保持不變。這樣就消除了內(nèi)擾影響。滑壓運行時由于p0的變化，該信號同樣有效。能源與動力工程學(xué)院（2）直接指令平衡控制系統(tǒng)直接指令平衡控制系統(tǒng)DIB（間接能量平衡（間接能量平衡IEB）能源與動力工程學(xué)院（三）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方

11、式（三）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計不同，所供選擇的工作方式也有所區(qū)別。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計不同，所供選擇的工作方式也有所區(qū)別。但是，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都具有下列五種工作方式：但是，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都具有下列五種工作方式：（）方式（）方式I I機爐協(xié)調(diào)控制方式機爐協(xié)調(diào)控制方式 適用適用: :機組運行情況良好機組運行情況良好, ,帶變動負(fù)荷。機爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)帶變動負(fù)荷。機爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所可以直接改變機組負(fù)荷，機組運行人員也可以改變機組輸出功度所可以直接改變機組負(fù)荷，機組運行人員也可以改變機組輸出功率，機爐自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)都投入運行。率，機爐自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)都投入運行。 （）方式（）方

12、式IIII汽機跟隨鍋爐而汽機輸出功率可調(diào)方式汽機跟隨鍋爐而汽機輸出功率可調(diào)方式 鍋爐、汽機自動，機組不參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所也不直接改變鍋爐、汽機自動，機組不參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所也不直接改變機組負(fù)荷。只有機組運行人員可以改變機組給定功率，機組輸出功機組負(fù)荷。只有機組運行人員可以改變機組給定功率，機組輸出功率能自動保持率能自動保持= =給定功率。給定功率。 （）方式（）方式IIIIII汽機跟隨鍋爐而機組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式汽機跟隨鍋爐而機組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式 能源與動力工程學(xué)院（）方式（）方式IVIV鍋爐跟隨汽機輸出功率不可調(diào)節(jié)方式鍋爐跟隨汽機輸出功率不可調(diào)節(jié)方式 鍋爐工作正常，汽機部分設(shè)備工作

13、異常，不接受外部負(fù)荷指令，鍋爐工作正常，汽機部分設(shè)備工作異常，不接受外部負(fù)荷指令，鍋爐燃燒率處于自動狀態(tài)，維持機前壓力。汽機主控制器處于手動鍋爐燃燒率處于自動狀態(tài)，維持機前壓力。汽機主控制器處于手動狀態(tài)。狀態(tài)。 （）方式（）方式V V手動控制方式手動控制方式 鍋爐和汽機都處于鍋爐和汽機都處于“手動手動”，單元機組的運行由運行人員手動，單元機組的運行由運行人員手動操作，主控制系統(tǒng)中的負(fù)荷要求指令操作，主控制系統(tǒng)中的負(fù)荷要求指令P P0 0 跟蹤機組的實際出力，為投跟蹤機組的實際出力，為投入自動作好準(zhǔn)備。入自動作好準(zhǔn)備。 汽機運行正常，鍋爐部分設(shè)備有故障，機組維持它本身實際輸汽機運行正常，鍋爐部分

14、設(shè)備有故障，機組維持它本身實際輸出功率，不接受任何外部負(fù)荷要求指令。自動調(diào)節(jié)的主要目的是維出功率，不接受任何外部負(fù)荷要求指令。自動調(diào)節(jié)的主要目的是維持鍋爐繼續(xù)運行，以便排除鍋爐的部分故障。此時只是汽機調(diào)節(jié)閥持鍋爐繼續(xù)運行，以便排除鍋爐的部分故障。此時只是汽機調(diào)節(jié)閥處于自動控制，鍋爐燃燒率處于手動控制。處于自動控制，鍋爐燃燒率處于手動控制。 能源與動力工程學(xué)院（一）負(fù)荷管理控制中心基本原理（一）負(fù)荷管理控制中心基本原理三負(fù)荷指令處理三負(fù)荷指令處理1 1、負(fù)荷指令運算環(huán)節(jié)、負(fù)荷指令運算環(huán)節(jié) 負(fù)荷指令處理的主負(fù)荷指令處理的主要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的負(fù)荷指令或機組中心的負(fù)荷指令或

15、機組運行人員指令以及機組運行人員指令以及機組主輔機運行情況，處理主輔機運行情況，處理成適合于機爐運行狀態(tài)成適合于機爐運行狀態(tài)的實際負(fù)荷指令的實際負(fù)荷指令P P0 0 。能源與動力工程學(xué)院2、負(fù)荷指令限制環(huán)節(jié)、負(fù)荷指令限制環(huán)節(jié)（1）最大/最小負(fù)荷限制環(huán)節(jié)機組最大可能出力與主要輔機的投切狀況有關(guān)。主要輔機故障切除時，機組最大可能出力值減小，為了保證機組能量力而行，應(yīng)根據(jù)輔機運行情況，計算最大可能出力值，作為機組負(fù)荷上限。如有的機組以運行中的摩煤機臺數(shù)來計算機組最大可能出力。能源與動力工程學(xué)院（2）負(fù)荷快速返回RB 機組運行過程中，當(dāng)機組的主要輔助設(shè)備突然發(fā)生故障，造成機組承擔(dān)負(fù)荷能力下降時，就要求

16、機組的負(fù)荷指令處理裝置將機組的實際負(fù)荷指令下降到機組所能承擔(dān)的水平，這種輔機故障引起的機組實際負(fù)荷指令的快速下降，稱為快速返回，簡稱RB（RUN BACK）引起RB的輔機有：送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、一次風(fēng)機、空氣預(yù)熱器等能源與動力工程學(xué)院（3）負(fù)荷增）負(fù)荷增/減閉鎖（減閉鎖（BLOCK I/D）引起機組閉鎖的原因：引起機組閉鎖的原因：1）第二類故障：指運行）第二類故障：指運行中存在的可能導(dǎo)致機組實中存在的可能導(dǎo)致機組實際負(fù)荷的增減受到限制，際負(fù)荷的增減受到限制，但又不能立即加以識別的但又不能立即加以識別的故障因素。故障因素。例如：燃燒器噴嘴堵塞、例如：燃燒器噴嘴堵塞、風(fēng)機擋板卡澀、執(zhí)行器連風(fēng)機

17、擋板卡澀、執(zhí)行器連桿折斷、給水調(diào)節(jié)機構(gòu)故桿折斷、給水調(diào)節(jié)機構(gòu)故障等。障等。2）各輔機的動作速率不）各輔機的動作速率不一致或負(fù)荷指令變化過快。一致或負(fù)荷指令變化過快。能源與動力工程學(xué)院負(fù)荷指令增負(fù)荷指令增/減閉鎖實現(xiàn)方案減閉鎖實現(xiàn)方案能源與動力工程學(xué)院（4）負(fù)荷迫升）負(fù)荷迫升/迫降迫降 （RUN UP/RUN DOWN）對于第二類故障，除采取負(fù)荷增對于第二類故障，除采取負(fù)荷增/減閉鎖措施外，通常還可減閉鎖措施外，通常還可能進一步采取迫升能進一步采取迫升/迫降措施。迫降措施。負(fù)荷增負(fù)荷增/減閉鎖是減閉鎖是“消極防守消極防守”性措施，負(fù)荷迫升性措施，負(fù)荷迫升/迫降則迫降則是是“積極進攻積極進攻”性措施。從偏差