大型火電機(jī)組自動控制系統(tǒng)

1、火電機(jī)組自動控制系統(tǒng)火電機(jī)組自動控制系統(tǒng)主要主要包括包括： 汽溫自動控制系統(tǒng)汽溫自動控制系統(tǒng) 給水自動控制系統(tǒng)給水自動控制系統(tǒng) 燃燒自動控制系統(tǒng)燃燒自動控制系統(tǒng) 協(xié)調(diào)自動控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)自動控制系統(tǒng) 汽輪機(jī)自動控制系統(tǒng)汽輪機(jī)自動控制系統(tǒng) 輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)常用控制方案：常用控制方案： 單回路單回路PIDPID控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 串級串級PIDPID控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 前饋反饋復(fù)合前饋反饋復(fù)合PIDPID控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 單回路系統(tǒng)：單回路系統(tǒng)：串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng)：)()()(sGsGsGcf 1 1、過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、過熱蒸汽溫度

2、調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2 2、再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一、汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)過熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)：過熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)： 保持過熱汽溫穩(wěn)定在規(guī)定值附近。 維持蒸汽流程中各點(diǎn)的過熱蒸汽溫度 一定鍋爐過熱器結(jié)構(gòu)示意圖鍋爐過熱器結(jié)構(gòu)示意圖 過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)工藝過程：過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)工藝過程： 過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性：過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性： 三種擾動：蒸汽量、煙氣量和減溫水量。1蒸汽量擾動時(shí)，過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性 特點(diǎn)是有遲延，有慣性，有自平衡能力。階躍響應(yīng)曲線 蒸汽量變化對汽溫變化的傳遞函數(shù)可用下式近似表示： sDDeSTKsDssG1)()()(2煙氣側(cè)擾動時(shí)

3、過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性 階躍響應(yīng)曲線： 煙氣擾動時(shí)的過熱器出口汽溫的階躍響應(yīng)曲線 特點(diǎn)是：有遲延、有慣性、有自平衡能力。3減溫水量擾動時(shí)過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性 導(dǎo)前區(qū)：導(dǎo)前汽溫2測點(diǎn)前至減溫器 惰性區(qū)：過熱器出口汽溫1測點(diǎn)到導(dǎo)前汽溫測點(diǎn) )()()(202swssG)()()(2101sssG )()()()()(01021sGsGswssG式中2導(dǎo)前汽溫1過熱器出口汽溫 w減溫噴水量 減溫水量擾動時(shí)過熱蒸汽溫度被調(diào)對象的階躍響應(yīng)曲線圖： 2)1 ()(2202nSTKsG1)1 ()(2101nSTKsGnTSKsGsGsG)1 ()()()(0102汽溫對象的傳遞函數(shù)可用下式表示：一般n2

4、=2 一般n12 單回路過熱汽溫自動控制系統(tǒng)：單回路過熱汽溫自動控制系統(tǒng)：單回路反饋系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)要求！串級汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)：串級汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 1系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理 串級汽溫控制系統(tǒng)的組成：再熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)：再熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)： 再熱器具有純對流的汽溫靜態(tài)特性 負(fù)荷變化、燃燒工況對汽溫影響較大目標(biāo)： 維持再熱器出口汽溫為給定值 低負(fù)荷、甩負(fù)荷，或汽機(jī)跳閘時(shí)，保護(hù)再熱器不超溫。一、再熱蒸汽溫度的控制方式1、 采用煙氣擋板的再熱汽溫控制 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便 調(diào)溫的靈敏度較差、 調(diào)溫幅度小 擋板開度與汽溫變化 不成線性關(guān)系2 2 、采用煙氣再循環(huán)的再熱汽溫控制：、采用煙氣再循環(huán)的再

5、熱汽溫控制： 負(fù)荷降低使再熱汽溫降低， 開大再循環(huán)風(fēng)機(jī)出口擋板。 再熱汽溫升高，關(guān)小再循環(huán) 風(fēng)機(jī)出口擋板。 再循環(huán)設(shè)備停用，打開熱風(fēng)門， 防止煙氣倒入 反應(yīng)靈敏，調(diào)溫幅度大 設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜3、采用擺動燃燒器角度和多層布置燃燒器方式的再熱汽溫控制 改變爐膛火焰中心位置使再熱器的入口煙氣溫度改變，達(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的。4、采用噴水減溫方式的再熱汽溫控制簡單、可靠，常作為汽溫超過極限值的事故情況下的保護(hù)手段。再熱汽溫控制系統(tǒng)實(shí)例：燃燒過程自動控制系統(tǒng)1 維持蒸汽壓力穩(wěn)定2 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性3 維持爐膛壓力穩(wěn)定4 維持燃燒系統(tǒng)的正常運(yùn)行燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)：二、燃燒過程控制對象的動態(tài)特性二、燃燒過

6、程控制對象的動態(tài)特性一）汽壓控制對象動態(tài)特性分析1 鍋爐燃燒部分 指從燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度B到爐膛熱量QB。 B-燃料量； -收到基低位發(fā)熱量。 傳遞函數(shù)為 KB-燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的傳遞系數(shù)； -從調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作到QB改變的時(shí)間遲延。 netarBBQQ,netarQ,snetarBBBrBeQKssQsG,)()()(B2 蒸發(fā)部分 QB中除去熱損失，其余都被水冷壁內(nèi)的爐水吸收，產(chǎn)生蒸汽量DQ。 hs、hw-飽和蒸汽、給水焓值； -鍋爐效率； KQ-傳遞系數(shù)。 當(dāng)DQD（鍋爐輸出蒸汽量）時(shí)，多余蒸汽量在鍋爐中儲藏起來，使汽包壓力pd變化。 BwsQQhhD)(BQBwsQQKQhhD Dz-鍋爐的儲藏

7、熱量（用流量單位表示）； CK-鍋爐蓄熱系數(shù)；D-鍋爐輸出蒸汽量。 或 傳遞函數(shù) dtDDCpQKd)(1sCsDsDspsGKQds1)()()()(zQDDDdtdpCDdK3 蒸汽輸出部分u過熱器 不考慮傳熱關(guān)系，可看作為比例環(huán)節(jié) Rsh-過熱器管道阻力； D-鍋爐輸出蒸汽流量； pd、pT-汽包壓力、主蒸汽壓力。u主蒸汽管道 流入量是D，流出量是汽輪機(jī)耗汽量DT。 傳遞函數(shù)為 Cm-蒸汽管道的容量系數(shù)。 shTdgRspspsDsG1)()()()(sCsDsDspsGmTTK1)()()()(u汽輪機(jī)部分 汽輪機(jī)的進(jìn)汽量DT受主蒸汽壓力pT、汽輪機(jī)背壓pc和調(diào)節(jié)汽門開度T的影響。 假

8、定調(diào)門特性為線性，汽輪機(jī)進(jìn)汽量為 RT-汽輪機(jī)的流通阻力； KT-汽輪機(jī)調(diào)門的傳遞系數(shù)； T-汽輪機(jī)調(diào)門的開度。 TTcTTTKppRD)(1 根據(jù)四個(gè)組成部份的動態(tài)特性分析，得出汽壓調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性方框圖為： 燃料量控制子系統(tǒng)的各種基本策略 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一、單元機(jī)組的特點(diǎn)和任務(wù)一、單元機(jī)組的特點(diǎn)和任務(wù)1 特點(diǎn)u單元機(jī)組是一個(gè)強(qiáng)相互關(guān)聯(lián)的多變量控制對象，鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)共同適應(yīng)外界負(fù)荷要求，共同保證運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。u汽輪發(fā)電機(jī)負(fù)荷響應(yīng)快，鍋爐負(fù)荷響應(yīng)慢。u應(yīng)具有參加電網(wǎng)一次調(diào)頻的能力。2 任務(wù) 在保證主蒸汽壓力偏差在允許范圍內(nèi)的前提下，使機(jī)組的輸出電功率盡快適應(yīng)電網(wǎng)

9、負(fù)荷變化的需要。二、單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)的基本組成二、單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)的基本組成1 負(fù)荷自動控制系統(tǒng)(the unit load control system) 負(fù)荷指令管理部分 機(jī)爐負(fù)荷控制部分 作用:接受外部負(fù)荷要求指令，并發(fā)出使機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作的指令。 分別稱為汽輪機(jī)主控制指令PT和鍋爐主控制指令PB 機(jī)、爐主控制指令PT、PB分別代表了汽輪機(jī)調(diào)門開度（或汽輪機(jī)功率）指令和鍋爐燃燒率（及相應(yīng)的給水流量）指令。2 主控系統(tǒng)與機(jī)、爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)系 主控制系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指揮機(jī)構(gòu)，起上位控制作用。 機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)對于主控制系統(tǒng)相當(dāng)于伺服機(jī)構(gòu)，起下位控制的作用，是主控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，

10、兩者構(gòu)成分層控制的結(jié)構(gòu)。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：主控制系統(tǒng)和鍋爐、汽輪機(jī)各自的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總稱。 四、單元機(jī)組負(fù)荷控制對象的動態(tài)特性四、單元機(jī)組負(fù)荷控制對象的動態(tài)特性輸入量：燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度B、調(diào)門開度T輸出量：單元機(jī)組的輸出電功率PE和汽輪機(jī)前主蒸汽壓力pT。四、主控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性四、主控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性1 主控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象包括機(jī)、爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)和單元機(jī)組；控制輸入量為PB和PT。2 鍋爐側(cè)各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)過程相對于鍋爐特性的遲延和慣性可忽略不計(jì)，因此可假設(shè)它們配合協(xié)調(diào)，能及時(shí)跟隨主控制指令PB,接近理想隨動系統(tǒng)特性，有BPB。 單元機(jī)組負(fù)荷控制方式單元機(jī)組負(fù)荷控制方式一、負(fù)荷控制的基

11、本原則1 大型機(jī)組負(fù)荷控制的首要任務(wù): 保證機(jī)組出力適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷變化要求、維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。 PE：迅速適應(yīng)負(fù)荷變化； pT：維持為給定值，或在附近規(guī)定的范圍變化。2 基本原則：為了提高負(fù)荷響應(yīng)性能，充分利用機(jī)組的蓄熱能力；加強(qiáng)對燃燒率的調(diào)節(jié)。3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 以前饋-反饋控制為主的多變量協(xié)調(diào)控制 反饋 確保機(jī)組內(nèi)、外兩個(gè)能量供求平衡關(guān)系； 前饋 補(bǔ)償機(jī)組的動態(tài)遲延，加快負(fù)荷響應(yīng)。二、二、負(fù)荷控制方式負(fù)荷控制方式負(fù)荷控制方式可分為兩類：機(jī)爐分別控制方式和機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式 1 1機(jī)爐分別控制方式機(jī)爐分別控制方式分別控制：由一個(gè)調(diào)節(jié)量來控制一個(gè)被調(diào)量（1）鍋爐跟隨（boiler follo

12、w，BF）方式由汽機(jī)控制輸出電功率，鍋爐控制汽壓。 鍋爐跟隨方式的特點(diǎn):當(dāng)P0改變時(shí)，由于利用了鍋爐的蓄熱能力，具有較好的負(fù)荷適應(yīng)性，對機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻有利，但汽壓波動較大；當(dāng)有內(nèi)擾（燃燒率擾動）時(shí)，汽壓波動較大。（2）汽輪機(jī)跟隨（turbine follow, TF）方式鍋爐控制輸出電功率，汽機(jī)控制汽壓。 汽機(jī)跟隨方式的特點(diǎn)：汽壓波動小。但由于沒有利用鍋爐的蓄熱能力，有較大的遲延，因此適應(yīng)負(fù)荷變化能力差，不利于帶變動負(fù)荷和參加電網(wǎng)調(diào)頻。2 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式協(xié)調(diào)控制方式的控制策略：允許汽壓有一定波動，以便能充分利用鍋爐的蓄熱量，使機(jī)組能較快地適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求。但是，這里利用鍋爐蓄熱量是有限度的，必須保證機(jī)前壓力與給定值的偏差不超過允許值。所以協(xié)調(diào)控制方式既能使機(jī)組較快適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求，又能確保汽壓的波動在允許的范圍之內(nèi)。（1）以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(BFCC) 可減緩汽壓的急劇變化 減慢了輸出電功率的響應(yīng)速度 實(shí)質(zhì)：降低輸出電功率響應(yīng)性能，換取汽壓控制質(zhì)量的提高。兼顧電功率