單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

1、第十二章 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),第一節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本概念,第二節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案分析,第三節(jié) 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實例分析,第四節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整定,第一節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本概念,一、基本概念,單元機組在處理滿足負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、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，如汽輪機調(diào)節(jié)閥開度、鍋爐燃燒率，滿足電網(wǎng)負荷的要求并保持機組主要參數(shù)（主蒸汽壓力）的穩(wěn)定，但它們能力不盡相同，差異較大。,當前隨著大型發(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)。,若在單元機組控制系統(tǒng)設(shè)計中

2、，充分考慮它們差異，以及各自特點，采取某些措施（如引入某些前饋信號、協(xié)調(diào)信號），讓機爐同時按照電網(wǎng)負荷要求變化，接收外部負荷指令，根據(jù)主要運行參數(shù)偏差，協(xié)調(diào)地進行控制，從而在滿足電網(wǎng)負荷要求同時保持主要運行參數(shù)穩(wěn)定，這樣控制系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。,機爐主控制回路除接受負荷指令信號外，還接受主蒸汽壓力信號根據(jù)這兩個信號的偏差，改變汽機調(diào)節(jié)閥的開度和鍋爐的燃燒率。,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負荷指令處理回路和機爐主控制回路這兩部分組成。,負荷指令處理回路接受中央調(diào)度所指令、值班員指令和頻率偏差信號，通過選擇和運算，再根據(jù)機組的主輔機實際的運行情況，發(fā)出負荷指令。,二、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分類,目前，各種不同單元機

3、組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計，都是從處理快速負荷響應(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)可按反饋或前饋回路的不同進行分類。,（一）按反饋回路分類,按反饋回路分類可以將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為以汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。,1、以汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,如上圖所示，汽機跟隨（鍋爐基本）控制系統(tǒng)構(gòu)成包括汽輪機側(cè)的主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和鍋爐側(cè)機組功率控制系統(tǒng)。,鍋爐調(diào)節(jié)器WT2(S)接受功率給定和功率反饋信號，當機組負荷發(fā)生變化時，首先通過鍋爐調(diào)節(jié)器WT2(S)控制燃料量（此時給水和送粉也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整）。,待機前壓力pT改變后，

4、再按機前壓力與給定值的偏差，通過汽機調(diào)節(jié)器WT1(S)改變汽輪機調(diào)節(jié)閥的開度，從而改變機組功率。,如圖12-2所示，功率偏差信號（P 0P E）可以看作是暫時改變的汽機調(diào)節(jié)器的給定值，當（P 0P E）0時，汽機調(diào)節(jié)器發(fā)出開大調(diào)節(jié)閥的指令，增加輸出功率，反之亦然，當F(x)0時，前饋作用不存在。,顯然，由于鍋爐側(cè)調(diào)節(jié)有較大的慣性，且汽輪機側(cè)保持主汽壓力穩(wěn)定時沒有利用機組蓄能，所以在負荷需求變化時機組響應(yīng)較慢，但采用汽機的調(diào)節(jié)閥來控制主汽壓力，使汽壓波動較小。,汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，可以在汽機調(diào)節(jié)器前，加入功率偏差的前饋信號。,原理：利用鍋爐蓄能，同時允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動

5、。,2、以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,如上圖, 基本構(gòu)成:兩個反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即汽機側(cè)的機組功率控制系統(tǒng)和鍋爐側(cè)的主汽壓力控制系統(tǒng)。,基本工作原理:汽機調(diào)節(jié)器WT1(S)接受功率給定值與實發(fā)功率反饋信號，根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)節(jié)汽機調(diào)節(jié)閥開度，從而改變進汽量使發(fā)電機輸出功率迅速滿足負荷要求。鍋爐調(diào)節(jié)器WT2(S)接受機前壓力定值與機前壓力反饋信號，根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)整燃料量從而保證主汽壓力的穩(wěn)定。,由于機組功率對汽機側(cè)調(diào)節(jié)作用的響應(yīng)迅速，當負荷要求變化時，本系統(tǒng)通過改變汽機調(diào)節(jié)閥開度，充分利用機組蓄能，就可以得到機組功率的快速響應(yīng)。,但以犧牲主汽壓力穩(wěn)定為代價，又因為在鍋爐側(cè)

6、調(diào)節(jié)作用下，主汽壓力的響應(yīng)有較大慣性。,所以，在鍋爐跟隨系統(tǒng)中，快速的功率響應(yīng)和較大的主汽壓力偏差是同時存在的，這就是鍋爐跟隨系統(tǒng)的特點。,為了減小主汽壓力的波動，以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以采用機前壓力的定值與機前壓力的反饋值之間的偏差信號，通過函數(shù)模塊F(X)，作用在汽機調(diào)節(jié)器的輸出端。當汽壓偏差超過非線性模塊不靈敏區(qū)時，汽機調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)閥開度指令將受到限制。,（二）、按前饋回路分類,單元機組負荷控制系統(tǒng)的任務(wù)之一是保證汽機鍋爐之間能量供求關(guān)系的平衡，為了改善控制系統(tǒng)的性能，增設(shè)了前饋回路，使能量的失衡限制在較小的范圍之內(nèi)，下面介紹兩種基本的前饋回路方案。,1、按指令信

7、號間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,圖12-4是指令信號間接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的原理圖，系統(tǒng)的特點是用指令間接平衡機爐之間的能量關(guān)系，屬于以汽機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。,返回26,汽機調(diào)節(jié)器PI任務(wù)是維持機前壓力PT 等于給定值P0 ，但在負荷變化過程中，要利用功率偏差（P0PE）信號修正汽壓給定值，以便利用鍋爐蓄熱量。,由圖12-4可見，汽機調(diào)節(jié)器入口輸入信號的平衡關(guān)系為：,（1+S）P0 PEKP（pTp0）0,S微分算子 KP加法器中比例系數(shù),穩(wěn)態(tài)時為：,式中：,由此可見，汽機功率控制回路實際上是一個汽壓控制系統(tǒng)，功率的偏差信號是汽機調(diào)節(jié)回路的前饋信號，它用來修正壓力給定值。當功率給定值P0 增

8、加時，實際壓力給定值低于給定值p0，調(diào)節(jié)器將發(fā)出開大調(diào)節(jié)閥指令，增大實發(fā)功率。,鍋爐燃燒率指令送往鍋爐各子系統(tǒng)（燃料和送風(fēng)系統(tǒng)）。由圖12-4可見，燃燒率指令PM 為：,式中：KP1 、KP比例系數(shù) S微分算子,功率定值P0 比例微分是前饋信號，微分在動態(tài)過程中加強燃燒率指令，以補償機爐之間對負荷響應(yīng)速度差異，穩(wěn)態(tài)時汽壓偏差（p0pT）信號為零，它在動態(tài)過程中有適當修正燃燒率指令作用。,2、能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,系統(tǒng)屬于以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。,主要特點: 能量平衡信號p1/pT 取代功率給定信號P0，作為控制回路前饋信號。,功率偏差積分項用來校正燃燒率指令，以保證機組功率偏差和

9、汽壓偏差在穩(wěn)態(tài)時都為零，其校正過程是通過鍋爐和汽機兩個回路完成的。,所以,無論在動態(tài)還是靜態(tài)，p1/pT 都能反映調(diào)節(jié)閥開度,即汽機輸入能量。,由圖12-5可見，汽機調(diào)節(jié)器輸入信號的平衡關(guān)系為：,可見，汽機控制回路功率給定值P0反饋信號是p1，因p1對汽機調(diào)節(jié)閥開度響應(yīng)比實發(fā)功率靈敏得多。故汽機調(diào)節(jié)閥能迅速而平穩(wěn)地響應(yīng)功率給定值的變化。,p1為汽機第一級后壓力，兩者比值p1/pT與汽機調(diào)節(jié)閥開度成正比，無論什么原因引起的調(diào)節(jié)閥開度變化，p1/pT 都能對調(diào)節(jié)閥開度的微小的變化作出靈敏的反應(yīng)。,鍋爐燃燒指令PM 為：,燃燒率指令前饋信號是能量平衡信號p1/pT ，式中微分項在動態(tài)過程中加強燃燒指

10、令，以補償機爐之間對負荷要求響應(yīng)速度的差異。由于要求動態(tài)補償?shù)哪芰坎粌H與負荷變化率成正比，而且與負荷水平成正比，所以微分項要求乘以p1/ pT 值，汽壓偏差積分項保證了穩(wěn)態(tài)時能消除壓力偏差。,能量平衡信號與功率給定信號性質(zhì)不同。后者僅表示電網(wǎng)對機組負荷要求，前者反映了汽機對鍋爐的能量要求，這就為機爐之間動態(tài)過程中協(xié)調(diào)控制兩個控制回路的工作提供了一個比較直接的能量平衡信號。與指令信號間接平衡的協(xié)調(diào)系統(tǒng)相比，鍋爐控制回路的前饋信號無論是動態(tài)還是靜態(tài)的精度都比較高，整定也比較方便。,以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在快速適應(yīng)負荷要求，以及克服系統(tǒng)內(nèi)部擾動方面，有較大優(yōu)勢，是協(xié)調(diào)控制方案中

11、較好的一種。,三、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的作用,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成:負荷指令處理回路 + 機爐主控制回路,、負荷指令處理回路,（1）接受的外部指令:,各自作用：,電網(wǎng)調(diào)度所負荷分配指令;,電網(wǎng)頻率自動調(diào)整指令;,機組運行人員改變負荷的指令;,根據(jù)機組運行狀態(tài)和電網(wǎng)對機組的要求，選擇其中一種指令或兩種以上指令。,、機爐主控制回路的作用,（）根據(jù)機組輸出功率與負荷要求之間的偏差，決定不同的運行方式。,（）接受經(jīng)過處理負荷指令P0，對鍋爐、汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出協(xié)調(diào)指揮信號鍋爐指令PB和汽機指令PV。,(5) 根據(jù)機組輔機運行狀態(tài)，選擇不同的運行工況。,(4) 甩負荷保護;,(3) 限制機組最高和最低負荷;,(2)

12、限制負荷指令的變化率和起始變化幅度;,四、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。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I機爐協(xié)調(diào)控制方式,適用:機組運行情況良好,帶變動負荷。機爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所可以直接改變機組負荷，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。,（）方式II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)度所也不直接改變機組負荷。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=給定功率。,（）方式III汽機跟隨鍋爐而機組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式,（）方式IV鍋爐

13、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)備工作異常，不接受外部負荷指令，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狀態(tài)。,（）方式V手動控制方式,鍋爐和汽機都處于“手動”，單元機組的運行由運行人員手動操作，主控制系統(tǒng)中的負荷要求指令P0 跟蹤機組的實際出力，為投入自動作好準備。,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出功率，不接受任何外部負荷要求指令。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)閥處于自動控制，鍋爐燃燒率處于手動控制。,第二節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案分析,根據(jù)單元機組的動態(tài)特性及其負荷控制系統(tǒng)的任務(wù)

14、，已經(jīng)設(shè)計出了多種不同類型的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。目前協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的性能日趨完善，高性能的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有以下主要特點：,（）為了迅速滿足電網(wǎng)調(diào)頻的要求，盡可能提高機組的負荷適應(yīng)性，采用前饋回路，充分利用鍋爐蓄熱量。,（）負荷控制范圍不斷擴大，不僅在正常運行時能實現(xiàn)自動控制，而且在機組異常時能自動處理事故和系統(tǒng)切換。,（）不僅要求反饋回路能協(xié)調(diào)工作,而且要求提高前饋回路動、靜態(tài)補償精度，更好地適應(yīng)電網(wǎng)負荷要求。,（）按平衡關(guān)系調(diào)節(jié),在單元機組中，相互平衡的量比較多，例如送風(fēng)量與引風(fēng)量是一對相互平衡的量，給水量與產(chǎn)生的總的蒸汽量是一對相互平衡的量。這種調(diào)節(jié)的缺點是平衡關(guān)系絕對準確很困難，而且有些量很難測量

15、。,能量平衡觀點:輸入能量與輸出能量之間比例關(guān)系應(yīng)能調(diào)節(jié)保持，變動工況下，由于機組蓄能變化，比例關(guān)系也會有變化，它們之間總關(guān)系為：能量輸入 = 能量輸出 + 能量儲蓄。設(shè)計系統(tǒng)時可以把關(guān)系密切的兩個相互平衡的量作為調(diào)節(jié)器的輸入信號，也可以把這兩者是否平衡的指標作為被調(diào)參數(shù)。,一、熱工控制系統(tǒng)設(shè)計的基本方法,（）按平衡指標調(diào)節(jié),缺點: 指標測定有遲延和慣性，使控制系統(tǒng)的性能指標受到一定影響。,蒸汽壓力: 汽機負荷與鍋爐負荷是否平衡的指標；,爐膛負壓: 送風(fēng)量與引風(fēng)量是否平衡的指標；,煙氣含氧量: 給煤量與送風(fēng)量是否平衡的指標；,汽包水位: 鍋爐給水量與蒸汽流量是否平衡的指標;,綜合以上兩種方法，

16、可以得到兩種新的設(shè)計方法：,（）校正法,所謂校正法是將擾動量以前饋的形式，通過比例或比例微分作用，加入到控制系統(tǒng)中。圖12-6是校正法調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖 。,（）衰減法,衰減法是將擾動量以前饋的形式，通過微分作用，加入到控制系統(tǒng)中，圖12-7是衰減法調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖。,二、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案,純粹 “爐跟機”或“機跟爐”系統(tǒng)都有較大缺點:,我國單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都是在引進機組上設(shè)計和改進。,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按反饋回路分類:,前饋回路設(shè)計不同分:按指令信號間接平衡系統(tǒng)（DIB）和按能量直接平衡系統(tǒng)（DEB）。,解決辦法:加入前饋補償信號作為機爐彼此協(xié)調(diào)動作的聯(lián)系。,原因:爐機負荷之間是否保持

17、平衡取決于汽壓PT 信號，PT 有一定惰性;,（1）Bailey820協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),如前面圖12-4所示，燃燒率指令PM為：,上式中第一項P0比例微分是前饋信號，微分作用在動態(tài)過程中加強燃燒率指令以補償機爐之間對負荷相應(yīng)速度的差異，汽壓偏差（p0pT）在動態(tài)過程中有適當修正燃燒率指令的作用，上式中最后一項用來校正燃燒率指令，以保證機組功率偏差在穩(wěn)態(tài)時為零。因為蓄熱量與負荷成比例，故改變同樣的負荷，鍋爐在高負荷時的蓄熱量變化要比低負荷時大，這就希望在高負荷時有較大的改變?nèi)剂狭康乃俣?。為此，上式中的最后一項乘以功率給定值P0，以便使積分速度隨負荷變化。,汽機閥門開度指令P為：,從上式可以看出，當P

18、0 增加時，調(diào)節(jié)器將開大汽機調(diào)節(jié)閥，增大實發(fā)功率。上式中調(diào)節(jié)器入口信號的平衡關(guān)系為：,在穩(wěn)態(tài)時上式化為：,可見，汽機功率控制回路是一個汽壓控制系統(tǒng)，其壓力的實際給定值是上式中方括號內(nèi)部分，只有在功率偏差為零時才有pTp0，改變比例系數(shù)KP 可調(diào)整功率偏差信號對壓力給定值修正作用的大小。,從上面分析可以看出，Bailey820協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中鍋爐主控器調(diào)整機組功率，汽機主控器維持機組壓力，因此它是汽機跟隨（機跟爐）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。從前饋角度來看，它以功率指令信號為前饋量，因此它間接反映了機爐之間的能量平衡關(guān)系，是按指令信號間接平衡協(xié)調(diào)系統(tǒng)（DIB系統(tǒng)）。,（2）美國Foxboro公司的DEB協(xié)調(diào)控制

19、系統(tǒng),美國Foxboro公司的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)如圖12-8所示：,由上圖可以看出，鍋爐主控器接收汽壓pT 及汽壓定值p0 信號，它們的差值送到PID調(diào)節(jié)器的入口端，圖12-8中的偏差比例乘法器輸入信號為pT 、p0 及汽機第一級壓力信號p1，輸出信號I為：,前饋信號，作用到鍋爐主控器回路來改變鍋爐的燃燒率指令。,汽機主控器是串級控制系統(tǒng),主調(diào)節(jié)器接收功率偏差信號（P0PE）,副調(diào)節(jié)器接收主調(diào)節(jié)器輸出信號及前饋信號調(diào)節(jié)機組功率。,此系統(tǒng)鍋爐主控器控制機組壓力，汽機調(diào)節(jié)閥保證功率，因此是鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。從前饋回路來看，它以汽機第一級壓力信號p1 為前饋信號，所以是能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（

20、DEB系統(tǒng)） 。,（）美國Leeds和Northrap公司的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,如上圖所示，鍋爐主控器接受p1/pT 作為前饋信號，同時還接受壓力定值信號p0，鍋爐燃燒率指令PM 為：,當機組負荷增加時，p1/pT 增加，由上式可以看出，鍋爐燃燒率指令增大，汽壓偏差的積分作用是保證在穩(wěn)態(tài)時，汽壓等于給定值。,汽機主控器如圖所示，它實際是一個串級控制系統(tǒng)。主調(diào)接收的信號是功率偏差信號，副調(diào)接收主調(diào)輸出及p1信號。,在本系統(tǒng)中，引入汽輪機第一級后壓力p1信號，用p1/pT 作為機爐協(xié)調(diào)控制之間的聯(lián)系，對鍋爐來說是前饋信號，對汽機來說是反饋信號。按反饋回路分，汽壓由鍋爐的燃燒率維持，功率是由汽機調(diào)

21、節(jié)閥來保證，因此它是爐跟機系統(tǒng)。按前饋信號分，本系統(tǒng)以直接能量信號p1/pT 作為前饋信號，因此它是能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（DEB系統(tǒng)）。,第三節(jié) 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實例分析,此外根據(jù)實際情況及保證機組安全，還有閉鎖升、閉鎖降、迫升、迫降等保護功能。以某電廠200MW機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為例，詳細分析其的組成及工作過程。,一、負荷指令處理,其原理如圖12-9。,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)=負荷指令處理回路+機爐主控回路,負荷指令處理回路:,機組發(fā)生閉鎖升、閉鎖降、迫升、迫降時，A/M處跟蹤LD 狀態(tài)，值班員按下保持按鍵時，A/M 處于既不能增也不能減的手動保持狀態(tài)。,V速率限制模塊，階躍變化的負荷指令信號變

22、成一個斜坡信號，斜坡速率整定在3%5%。,中心調(diào)度負荷指令又稱-ADS信號,正常，A/M處自動狀態(tài)，中心調(diào)度可以直接改變機組負荷;,異常，A/M處手動狀態(tài)，由值班員直接改變負荷。,二、機組最大允許負荷運算回路,單元機組主要輔機:給水泵、送、引風(fēng)機、給粉機運行臺數(shù)等。,機組最大允許負荷計算-據(jù)機組輔機實際運行情況來進行。,其原理如圖12-10所示：,負荷指令 + 各輔機投運臺數(shù)經(jīng)函數(shù)模塊F1(X) F4(X)處理后經(jīng)過限速模塊-小值選擇器-最小值-限幅器輸出負荷給定值-機爐主控制器。,三、實際出力計算及處理回路,機組實際出力：M、V、W實際值與其給定值之間的偏差進行計算，其原理如圖12-11所示

23、：,在不發(fā)生迫升、迫降時積分器輸出跟蹤負荷指令LD信號以保證切換時無擾。,1、2 、3 三個加法模塊進行代數(shù)運算，求出實際燃料量、風(fēng)量、給水量與它們給定值之間的偏差。,積分器的作用是產(chǎn)生迫升迫降信號，定值整定為0%。,四、鍋爐主控制器,發(fā)出指令：鍋爐主控指令去控制燃料和送風(fēng)兩個子系統(tǒng)。,原理如下頁圖12-12,接收指令：主汽壓力偏差信號 + 前饋信號,當?shù)椭底饔脮r，積分器輸入是正值，正向積分，為迫升工況。,當高值作用時，積分器輸入是負值，反向積分，為迫降工況。,1、前饋信號的形成：,P1調(diào)速級壓力，PT機前壓力，PTS機前壓力定值，K為補償系數(shù)。F(X)是動態(tài)補償模塊，采用比例微分規(guī)律動作，F(xiàn)

24、1(X)是函數(shù)模塊。,作用：改善控制系統(tǒng)品質(zhì)；,前饋信號：,2、壓力定值的形成：,3、燃料、風(fēng)量指令處理：,滑壓、定壓運行兩種工況，壓力定值也不相同：,滑壓自動，F(xiàn)2(X)整定為滑壓運行升壓曲線；,其目:實現(xiàn)鍋爐低過?？諝馊剂峡刂啤Ｔ鲐摵上仍鲲L(fēng)后增燃料；降負荷，先減燃料后減風(fēng)，提高燃燒的經(jīng)濟性。,燃料量指令+總?cè)剂狭啃盘柎筮x模塊較大作送風(fēng)系統(tǒng)指令。,燃料指令+總風(fēng)量信號小選模塊較小作燃料系統(tǒng)指令信號。,鍋爐主控制器輸出（燃料量）信號分別大、小選模塊。,防止改變太快，加速率限制模塊。,定壓手動，跟蹤設(shè)定的壓力定值，也可以就地直接設(shè)置；,五、汽機主控制器,組成：汽機節(jié)流壓力調(diào)節(jié)器、電功率調(diào)節(jié)器、蒸

25、汽流量調(diào)節(jié)器。,（1）汽機節(jié)流壓力調(diào)節(jié)器：汽機調(diào)節(jié)閥前節(jié)流壓力偏差,機跟爐時,T1 ba接通，控制汽機調(diào)節(jié)閥,自動保持主蒸汽壓力為定值。,功率可變協(xié)調(diào)控制工況中，串級控制，主信號實發(fā)功率W，副信號蒸汽流量,用P1代替，功率定值中加入頻差信號f，提高調(diào)節(jié)速度，加入LD 前饋信號。其它工況下，這兩個調(diào)節(jié)器都處于跟蹤狀態(tài)，蒸汽流量調(diào)節(jié)器的加法器輸出跟蹤實發(fā)功率W，電功率調(diào)節(jié)器輸出跟蹤P1值。,（2）電功率、蒸汽流量調(diào)節(jié)器,第四節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整定,一、單元機組自動控制的對象特性,單元機組：發(fā)電機、汽輪機、鍋爐共同適應(yīng)電網(wǎng)負荷要求，共同保持機組的穩(wěn)定運行，是一個互相關(guān)聯(lián)的負載被控對象。,圖中WPM

26、為燃料量機前壓力通道傳遞函數(shù)：,汽機調(diào)節(jié)閥開度機前壓力通道傳遞函數(shù)為：,（12-3）,（12-4）,式12-3是汽機負荷隨汽壓變化時傳函，最后負荷保持穩(wěn)定。,WT (S )為蒸汽量實發(fā)功率傳遞，由汽機原理知中間再熱機組傳函為：,式12-4是汽機負荷與調(diào)節(jié)閥開度同時變化時的傳遞函數(shù)。,圖12-14中，K 為調(diào)節(jié)閥開度與汽機進汽量的比例系數(shù)：,汽機高壓缸功率在總功率中比例，一般 1/3 1/4；,TS 中間再熱器的時間常數(shù)，無中間再熱器時TS 0；,Ta 汽機時間常數(shù)。,式中：,KP 為機前壓力與汽機進汽量的比例系數(shù)：,為分析方便，圖12-14簡化為圖12-15的等效方框圖：,其中：,寫出傳遞函數(shù)

27、矩陣為：,上式中：WN(S),WNM(S)實發(fā)功率對 和 M 傳遞函數(shù) WP(S),WPM(S)為機前壓力對 和 M 傳遞函數(shù),雙輸入雙輸出的被控對象，不能單獨討論汽機和鍋爐的負荷控制系統(tǒng)，而應(yīng)該將單元機組作為一個整體來考慮。,二、參數(shù)整定：,1、鍋爐跟隨控制方式：,此方式兩調(diào)節(jié)器參數(shù)是互相關(guān)聯(lián),但仍可以用單回路整定方法整定,在鍋爐調(diào)節(jié)器投入閉環(huán)運行條件下，其等效方框圖為：,汽機調(diào)節(jié)器等效對象傳遞函數(shù)為：,同樣鍋爐調(diào)節(jié)器等效對象傳遞函數(shù)為：,整定時汽機調(diào)節(jié)器投入閉環(huán)運行，根據(jù)兩個廣義對象的動態(tài)特性進行迭代計算，確定兩個調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)（以 1為原則）。,2、汽機跟隨控制方式：,汽壓波動小,可以

28、等效為串級系統(tǒng)，等效方框圖為：,串級系統(tǒng)，先獨立整定副回路中的汽機調(diào)節(jié)器，然后再確定主回路內(nèi)鍋爐調(diào)節(jié)器WT2(S)的參數(shù)（以 1為原則）。,3、協(xié)調(diào)控制方式：,上述控制方式的基礎(chǔ)上加進反饋信號，形成了以前饋反饋復(fù)合控制為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，如下圖所示：,系統(tǒng)加入前饋信號，使調(diào)節(jié)更為圓滿，對調(diào)節(jié)器的參數(shù)不影響，仍可用前面的方法來進行整定。,TPT ,盡管此時MPT,但慣性大,故PP0PT 0 。,穩(wěn)態(tài)工況下，NEN0，PTP0 。,機組負荷，功率給定值N0 ，N=N0NE 0TNE。,P0 正值,鍋爐調(diào)節(jié)器M,負作用到汽機調(diào)節(jié)器 ,力圖使汽壓恢復(fù)到正常值。,正N、負P 信號共同作用開大一定程度停

29、止，NEN0，暫時；,正N、P 信號同時通過鍋爐調(diào)節(jié)器使MPTP, TNENEN0，機組達到新的穩(wěn)態(tài)。,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）的投入與維護,48 CCS系統(tǒng)檢查、測試 481概述 CCS(Coordinated Control System)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：指將鍋爐-汽輪發(fā)電機組作為一個整體進行控制，通過控制回路協(xié)調(diào)鍋爐與汽輪機組在自動狀態(tài)的工作，給鍋爐、汽輪機的自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，以適應(yīng)負荷變化的需要，盡最大可能發(fā)揮機組調(diào)頻、調(diào)峰的能力，它直接作用的執(zhí)行級是鍋爐燃料控制系統(tǒng)和汽輪機控制系統(tǒng)。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是實現(xiàn)整臺機組的負荷調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、協(xié)調(diào)控制方式切換、負荷指令、跟蹤功能、過程

30、變量負荷閉鎖、快速返回(RB)、ADS功能、定壓滑壓控制切換、閉鎖增、閉鎖減、快速上升、快速下降等。它接受汽輪機的機前壓力、第一級壓力、調(diào)節(jié)汽門閥位、發(fā)電機有功功率和頻率作為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要輸入信號，機前壓力作為主蒸汽壓力的主要被調(diào)量，第一級壓力作為汽輪機負荷的反饋信號代表進人汽輪機的蒸汽流量。輸出信號是鍋爐指令和汽輪機指令。,RB（輔機故障減負荷）和FCB（機組快速甩負荷）的功能作用？舉例說明。 RB功能是指機組某些主要輔機（送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、空預(yù)器、給水泵、鍋爐爐水循環(huán)泵等）突然跳閘停止運行時，模擬量控制系統(tǒng)自動改變負荷設(shè)定值，和其他控制系統(tǒng)自動地將負荷減至與剩余的運行負載能力相

31、適應(yīng)的一個新的平衡點，并保持機組繼續(xù)穩(wěn)定運行。 FCB是針對機組某些嚴重的故障，如機組突然與電網(wǎng)解列、汽輪機跳閘或發(fā)電機故障時的快速甩負荷，以使機組仍能維持帶廠用電運行或停機僅維持鍋爐最低負荷帶旁路運行。 482協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 主要包括：(1)機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；(2)鍋爐制粉控制系統(tǒng)； (3)鍋爐給水控制系統(tǒng)；(4)鍋爐汽溫度控制系統(tǒng)； (5)爐膛壓力控制系統(tǒng)；(6)送風(fēng)機控制系統(tǒng)； (7)二次風(fēng)流量控制系統(tǒng)；(8)一次風(fēng)壓力控制系統(tǒng)； (9)爐膛燃油控制系統(tǒng),(10)空預(yù)器出口溫度控制； (11)除氧器壓力、水位控制系統(tǒng)； (12)熱井水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)； (13)汽動給水泵最小流量控制系統(tǒng)； (1

32、4)電動給水泵最小流量控制系統(tǒng)； (15)低壓密封蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)； (16)再熱冷段來蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,483基本檢修項目及要求 (一)DCS自動控制系統(tǒng)軟件檢查和試驗 (1)測量信號的系數(shù)及補償參數(shù)的檢查。 (2)例外報告量程及報警限值檢查。 (3)各系統(tǒng)控制軟件邏輯、定值、參數(shù)設(shè)置的檢查和模擬試驗。 (4)各控制系統(tǒng)相關(guān)畫面的檢查。,(二)外圍設(shè)備的檢修 (1)變送器量程核對與確認。 (2)執(zhí)行機構(gòu)行程和方向確認，動作應(yīng)平穩(wěn)、靈活。 484機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由負荷運算回路、鍋爐主控和汽輪機主控回路三部分組成。設(shè)置有四種基本的運行方式，即協(xié)調(diào)控制方式、爐跟機自動控制方式、

33、機跟爐自動控制方式和手動方式。 (一)機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)功能 (1)負荷指令處理裝置的主要功能。 1)根據(jù)機爐運行狀態(tài)，選擇機組可以接受的ADS、頻差信號、操作員設(shè)定及跟蹤實際功率等各種外部指令，處理后轉(zhuǎn)化為機爐的功率給定值NO(機組出力指令)。 2)進行對外部負荷指令的變化率和變化幅度的限制處理。一般外部對機組的負荷要求都是以電功率為目標，但根據(jù)機組負荷變化能力的規(guī)定對機組負荷指令的要求，應(yīng)不超過規(guī)定負荷變化速度及負荷變化幅度。,3)最高、最低負荷的限制。對機組的負荷要求指令不應(yīng)超過機組的實際允許出力的上、下限值，即閉鎖增、閉鎖減。當機組負荷要求超過實際可能允許的出力時，應(yīng)對負荷要求進行限制。

34、 4)當機組輔機發(fā)生部分故障，為了保證機組正常運行，不管此時電網(wǎng)對機組負荷要求如何(即不接受電網(wǎng)負荷要求)，都能把機組負荷降到相應(yīng)的水平(故障后所能允許的負荷水平)。在機組降負荷過程中，可按照故障類型自動選擇不同的降負荷速度。 (2)鍋爐能量信號和熱量信號的構(gòu)成和特點： 1)(PsP1PT)是鍋爐能量信號的核心(式中P1-汽機第一級壓力；PT機前壓力；PS-機前壓力設(shè)定值)。P1PT代表了汽輪機調(diào)門的有效閥位，能靈敏反映閥位的變化，它代表預(yù)期汽輪機能量輸入或者是汽輪機所需的能量。為了反應(yīng)動態(tài)變負荷工況下的汽輪機能量需求，對能量信號做了一些技術(shù)處理。引人能量平衡信號的實際微分環(huán)節(jié)以加快響應(yīng)速度。

35、引入機前壓力偏差校正回路，有利于保持機組運行工況的穩(wěn)定。,2)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)需要解決的主要矛盾是協(xié)調(diào)負荷的響應(yīng)速度與機組的運行穩(wěn)定性之間的關(guān)系。汽輪機調(diào)負荷，既充分利用了鍋爐蓄能，負荷適應(yīng)性又最好。為了補償動態(tài)過程中鍋爐蓄能的變化以及機爐動態(tài)響應(yīng)差異，系統(tǒng)還設(shè)計了能量平衡信號的動態(tài)前饋信號(PsP1PT)d(PsP1PT)dt指對(PsP1PT)微分。 3)采用一級壓力加汽包壓力微分的方法，即熱量信號為(P1+dPb/dt)，其汽包壓力變化率dPb/dt反映了鍋爐蓄能的動態(tài)變化。當然，這兩個信號通過相應(yīng)的系數(shù)加權(quán)求和得到熱量信號。 4)對汽機調(diào)節(jié)器引入機前壓力偏差(Ps-PT)前饋，不僅能夠補償

36、爐側(cè)擾動的影響，而且限制了功率需求變化引起的汽輪機調(diào)門過調(diào)現(xiàn)象。 5)主控制器能根據(jù)機組運行工況，對不同的運行控制方式進行切換，實現(xiàn)單元機組協(xié)調(diào)控制、鍋爐跟隨，汽輪機跟隨及手動了運行方式的切換。 6)主汽壓調(diào)節(jié)由控制熱一次風(fēng)流量大小來調(diào)節(jié)燃燒率。,(二)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)功能性檢查及方式切換試驗 在控制系統(tǒng)軟件修改后，應(yīng)對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行功能性檢查及方式切換試驗： (1)機組負荷指令的手動調(diào)整(升和降)、負荷高低限值的調(diào)整、負荷變化率的設(shè)定功能性檢查。 (2)鍋爐跟隨、汽輪機跟隨、協(xié)調(diào)控制三種方式的切換試驗。 (3)負荷增減閉鎖(Block IncreaseBlock Decrease)功能性檢查。

37、 (三)控制系統(tǒng)投入的條件 (1)鍋爐運行正常，爐膛燃燒穩(wěn)定。 (2)機組功率、負荷指令、主蒸汽壓力、調(diào)速級壓力、總風(fēng)量、總?cè)剂狭康戎匾獏?shù)準確可靠，記錄清晰。 (3)DEH系統(tǒng)功能正常，能轉(zhuǎn)人CCS控制方式。 (4)燃燒、給水、過熱汽溫、再熱汽溫、除氧器水位等主要自動控制系統(tǒng)已投人運行。 (5)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制方式及各參數(shù)設(shè)置正確，汽輪機主控、鍋爐主控等MA操作正常，跟蹤信號正確，無切手動信號。,485制粉控制系統(tǒng) 直吹式雙進雙出制粉系統(tǒng)的磨煤機控制包括：一次風(fēng)量控制、出口溫度控制、給煤量控制及磨旁路系統(tǒng)及制粉密封風(fēng)系統(tǒng)。 (一) 磨入口一次風(fēng)量控制系統(tǒng)及旁路 在鍋爐設(shè)計中，一次風(fēng)流量的大小

38、代表送人爐膛燃料量的多少。 (1)外圍設(shè)備的檢查和測試： 1)檢查一次風(fēng)差壓信號，量程合適、測量正確、CRT顯示正常。 2)檢查一次風(fēng)溫信號，量程合適、測量正確、CRT顯示正常。 3)檢查熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)檔板(6個)，動作方向正確、行程時間和行程誤差合適。 (2)測量處理模塊檢查：檢查設(shè)計一次風(fēng)差壓信號經(jīng)過風(fēng)溫補償開方后得到一次風(fēng)流量信號是否準確。 (3)設(shè)定值切換檢查：,1)在正常運行過程中，一次風(fēng)流量的設(shè)定值來源是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒指令信號與二次風(fēng)測量值，做小選后才成為最終一次風(fēng)流量的設(shè)定值。2)當停磨順控過程時第32步減少燃料量與磨負荷小于燃料指令條件滿足時，或當停磨順控過程時第41步設(shè)

39、定一次風(fēng)流量最小值，與磨負荷小于燃料指令條件滿足時，則切到控制系統(tǒng)預(yù)定義風(fēng)量設(shè)定值。3)在磨煤機單端運行時，設(shè)定值以控制系統(tǒng)模塊設(shè)定為高限。非單端運行時以控制系統(tǒng)SG-3模塊設(shè)定為高限。4)調(diào)節(jié)模塊PID參數(shù)調(diào)整：控制系統(tǒng)為單回路，調(diào)節(jié)器為比例-積分調(diào)節(jié)器，反作用。當一次風(fēng)量與磨煤機指令信號存在偏差時，經(jīng)調(diào)節(jié)器比例-積分調(diào)節(jié)，去控制一次風(fēng)檔板的開度，調(diào)整所需求的一次風(fēng)量。(5)超馳信號檢查：當啟磨順控過程時，第3步磨驅(qū)動的準備條件要求強制關(guān)閉熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)檔板。 (二)磨旁路風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) (1)外圍設(shè)備的檢查和測試： 1)檢查旁路風(fēng)檔板位置變送器(12個)，量程合適、測量正確、CRT顯示正常。 2

40、)檢查旁路風(fēng)檔板(12個)，動作方向正確、行程時間和行程誤差合適。,(2)設(shè)定值切換檢查：磨旁路風(fēng)設(shè)定值是在一次風(fēng)流量設(shè)定值基礎(chǔ)上，經(jīng)過函數(shù)模塊處理得出磨旁路風(fēng)檔板開度指令。 (3)調(diào)節(jié)模塊PID參數(shù)調(diào)整：控制系統(tǒng)為單回路，調(diào)節(jié)器為比例-積分調(diào)節(jié)器，反作用。當兩個旁路風(fēng)檔板反饋位置經(jīng)函數(shù)模塊處理取均值與給定值存在偏差時，經(jīng)調(diào)節(jié)器比例一積分作用，去控制兩個旁路檔板的開度。 (4)超馳信號檢查：,1)當啟磨順控過程時，第3步磨驅(qū)動的準備條件要求強制關(guān)閉旁路風(fēng)檔板。 2)當啟磨順控過程時，第11步暖磨過程中要求強制打開旁路檔板至49開度。 (三)磨出口溫度控制系統(tǒng),(1)外圍設(shè)備的檢查和測試： 1)

41、檢查磨驅(qū)動端分離器出口溫度信號(12個)，量程合適、測量正確、CRT顯示正常。 2)檢查磨非驅(qū)動端分離器出口溫度信號(12個)，量程合適、測量正確、CRT顯示正常。 3)檢查磨人口溫度信號(12個)，量程合適、測量正確、CIH顯示正常。 4)檢查磨溫調(diào)節(jié)檔板(12個)，動作方向正確、行程時間和行程誤差合適。 (2)測量處理模塊檢查：檢查設(shè)計由磨驅(qū)動端和非驅(qū)動端分離器出口溫度各經(jīng)過二選一邏輯后取大選信號是否準確。,(3)設(shè)定值切換檢查： 1)在正常運行過程中由操作員直接設(shè)定。 2)暖磨過程中控制系統(tǒng)自定義溫度設(shè)定值。,3)磨從雙端到單端切換時控制系統(tǒng)自定義溫度設(shè)定值。 4)正常停磨時控制系統(tǒng)自定

42、義溫度設(shè)定值。 5)磨人口溫度在暖磨和正常運行過程中，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出信號作為磨出口溫度調(diào)節(jié)輸出的最小限制。 (4)調(diào)節(jié)模塊PID參數(shù)調(diào)整：控制系統(tǒng)為單回路，調(diào)節(jié)器為比例-積分調(diào)節(jié)器，反作用。當由于擾動使磨煤機分離器出口溫度上升或下降時，經(jīng)調(diào)節(jié)器比例積分作用輸出使熱風(fēng)檔板開大或減小，使溫度趨于給定值。在磨出口溫度調(diào)節(jié)過程中加入熱一次風(fēng)開度的耦合作,用，使磨出口溫度調(diào)節(jié)更靈敏，出口溫度波動小。 (5)超馳信號檢查： 1)當啟磨順控過程時，第3步磨驅(qū)動的準備條件要求強制全開調(diào)溫檔板。 2)當停磨順控過程時，第40步要求強制開調(diào)溫檔板到x開度。 (四)磨料位控制系統(tǒng) 通過改變給煤機轉(zhuǎn)速來保證雙人

43、一雙出磨煤位的控制方式。,(1)外圍設(shè)備的檢查和測試： 1)檢查聲納測量煤位的電耳信號(12個)，量程合適、測量正確、CRT顯示正常。 2)檢查VS-60607系列變頻器輸出靈敏，反饋準確。 3)檢查給煤轉(zhuǎn)速電機絕緣良好，轉(zhuǎn)動的方向應(yīng)正確。 (2)測量處理模塊檢查：檢查處理后電耳測量的煤位信號是否準確。 (3)設(shè)定值切換檢查：,1)在正常運行過程中由操作員直接設(shè)定。 2)當停磨順控過程時，第36步減少磨料位到50，且磨料位大于50條件滿足時，由控制系統(tǒng)預(yù)定義煤位設(shè)定值按3min比率改變。 (4)調(diào)節(jié)模塊PID參數(shù)調(diào)整：控制系統(tǒng)為單回路，調(diào)節(jié)器為比例-積分調(diào)節(jié)器，反作用。當設(shè)定值與電耳信號產(chǎn)生偏

44、差，由調(diào)節(jié)器反作用輸出，經(jīng)過加法器、高限、低限和速率變化限制器，經(jīng)過手自動站去控制給煤機的轉(zhuǎn)速。調(diào)整調(diào)節(jié)模塊PID參數(shù)來滿足磨料位穩(wěn),定。 (5)超馳信號檢查： 1)當啟磨順控過程時，第14步啟動給煤機信號，且給煤機可用條件滿足時，給煤機以最小速率啟動。轉(zhuǎn)速信號設(shè)定值大小控制由操作員選擇。,2)當雙端運行時，由模擬信號發(fā)生器SG-5給出A1或A2運行，經(jīng)除法器、乘法器去控制給煤機轉(zhuǎn)速，超馳信號為5.15。A1和A2均運行，超馳信號為5.152。 3)當單端運行時，由模擬信號發(fā)生器SG4給出A1或A2運行時，超馳信號為2.58 。A1和A2均運行時，超馳信號為2.582。,(五)質(zhì)量指標 (1)

45、正常運行時，控制系統(tǒng)應(yīng)能將磨煤機人口一次風(fēng)流量保持在給定值的5范圍內(nèi)。 (2)正常運行時，控制系統(tǒng)應(yīng)能將磨煤機出口溫度保持在其給值3范圍內(nèi)。 (3)一次風(fēng)量給定值改變10時，一次風(fēng)量控制系統(tǒng)應(yīng)在20s內(nèi)將風(fēng)量穩(wěn)定在新的給定值。 (4)冷風(fēng)檔板開度改變10時，控制系統(tǒng)應(yīng)在30s內(nèi)消除擾動。,(5)磨煤機出口溫度給定值改變3，控制系統(tǒng)應(yīng)在3min內(nèi)將磨煤機出口溫度穩(wěn)定在新的給定值。 (6)高溫風(fēng)(或低溫風(fēng))檔板開度改變10時，控制系統(tǒng)應(yīng)能在3min內(nèi)消除擾動，磨煤機出口溫度最大偏差不應(yīng)超過5。,大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求,大型單元發(fā)電機組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群

46、。鍋爐的產(chǎn)熱、汽機的做功及發(fā)電機的發(fā)電協(xié)調(diào)配合完成發(fā)電生產(chǎn)。由于其工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、操作或控制，而且電能生產(chǎn)還要求有高度的安全可靠性和經(jīng)濟性，因此，大型機組的自動化水平受到特別的重視。,單元制機組 熱力發(fā)電過程,N,T,PT,H,1 單元機組負荷控制系統(tǒng)對象特性,一、 負荷控制系統(tǒng)的控制任務(wù)： 在保持機組穩(wěn)定運行的前提下，快速響應(yīng)電網(wǎng)對機組負荷的需求。,負荷對象特性：,多變量對象,特點： 有自衡能力，機快爐慢，耦合嚴重； 爐側(cè)有蓄熱，燃料量的擾動頻發(fā)。,二、負荷控制基本方案,1. 鍋爐跟蹤方式（爐跟機）,特點：系統(tǒng)響應(yīng)速度快，但機組穩(wěn)定性差。,2. 汽

47、機跟蹤方式（機跟爐）,特點：機組穩(wěn)定性好， 但系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。,3. 解耦控制,1） 前饋補償法,只要使：,就可是系統(tǒng)解耦，等效系統(tǒng)為,前饋補償,2） 對角矩陣法,補償網(wǎng)絡(luò),選擇,等效系統(tǒng)為,可使,兩個單變量系統(tǒng),這種解耦方法不僅可以解除耦合，還可改善單變量對象特性。但解耦網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，往往難以實現(xiàn)。,4. 機爐協(xié)調(diào)方式,以爐跟機為基礎(chǔ)的雙向補償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),一、間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 以爐跟機為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（一）,2 協(xié)調(diào)控制基本控制方案,F(x) 為帶有死區(qū)的非線性環(huán)節(jié)，有利于提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。死區(qū)的大小決定了蓄能的利用，兼顧負荷適應(yīng)性與運行穩(wěn)定性，斜率的選擇取決于壓力

48、偏差動態(tài)校正的速度。,以爐跟機為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）,F(t) 為比例為分環(huán)節(jié)，有利于改善鍋爐對功率的響應(yīng)特性。 F(x) 為死區(qū)的環(huán)節(jié)，有利于提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,以爐跟機為基礎(chǔ)的雙向補償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（三）,燃料擾動（增加）時，壓力信號（增加）通過交叉環(huán)節(jié)K抵消（要求汽輪機控制回路開大調(diào)門）了功率信號要求關(guān)小調(diào)門的動作。這樣，擾動由鍋爐側(cè)自行快速消除，汽輪機側(cè)控制系統(tǒng)盡量少動或不動，減少鍋爐對汽輪機動作的相互影響，提高了穩(wěn)定性。,以機跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（一）,以機跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）,二、 直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),理論分析與試驗研究表明，汽機第

49、一級壓力P1與機前壓力PT的比值P1/PT可較好地反映汽機調(diào)節(jié)汽門開度 。 P1/PT信號用于檢測調(diào)節(jié)汽門開度不僅具有響應(yīng)快的特點，而且可克服直接測量汽機閥位存在的死區(qū)和非線性。 P1/PTPs是一種構(gòu)造的能量平衡信號，代表汽機對鍋爐的能量需求。 在穩(wěn)定時，恒定， PT=Ps ， P1/PTPs= P1，代表了汽機需求的能量與進入汽機的能量相等； 在動態(tài)中， 0，PTP1，代表了汽機需求的能量大于進入汽機的能量； Ps， 則P1/PTPs P1，代表了汽機需求的能量小于進入汽機的能量。,1. 直接能量信號,當外界負荷指令N0增大時， P1/PTPs一般比負荷N0大，則這樣在動態(tài)過程中，可動態(tài)地

50、多增加一些鍋爐的能量輸入，有利于及時補充被利用的鍋爐蓄能。 P1/PTPs信號的另一特點是不受鍋爐內(nèi)擾的影響。如鍋爐內(nèi)擾使PT上升，因未變， P1相應(yīng)增大，因此P1/PT基本保持不變。,故以P1/PTPs作為鍋爐側(cè)的直接能量輸入信號，定量地建立了機爐之間的能量平衡供求關(guān)系，使機爐能夠協(xié)調(diào)動作，滿足電網(wǎng)的負荷需求。,機爐間的能量平衡，以機前壓力Pt的穩(wěn)定為標志。當Pt維持在定值Ps時，就意味著機爐間達到靜態(tài)平衡。間接能量平衡式協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)方案中，鍋爐控制均串級壓力控制方式，主調(diào)節(jié)器為具有積分作用的壓力控制器，副調(diào)節(jié)器為燃料調(diào)節(jié)器。,2. 直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(DEB),1) 靜態(tài)平衡 進入鍋

51、爐控制器入口的能量偏差信號為：,在靜態(tài)工況下,，因此,鍋爐控制器的積分作用總是消除調(diào)節(jié)器入口偏差，使ef最終等于零。由于P1/Pt恒不等于零，這就必須使,可見，該系統(tǒng)中的燃料調(diào)節(jié)器具有保持機前壓力Pt等于壓力給定值的能力，而無需另加壓力校正調(diào)節(jié)器。,2) 動態(tài)過程 在動態(tài)過程中，汽包壓力的微分信號具有防止Pt過調(diào)，使過程穩(wěn)定的作用。例如，由于鍋爐內(nèi)擾作用使Pt增高時,鍋爐調(diào)節(jié)器入口偏差信號,由于ef,負荷給定,功率調(diào)節(jié)器,A,A,A,速率限制設(shè)定,上限負荷設(shè)定,下限負荷設(shè)定,操作員設(shè)定,一次調(diào)頻函數(shù),T,PI,PI,MW,MW,切換單元,汽機調(diào)門指令,DCS-CCS,DEH,指令直接疊加在調(diào)門

52、上,T,手動方式,協(xié)調(diào)方式,閥位限制,CCS控制,DEH控制,圖9 一次調(diào)頻控制原理示意圖,圖10 DCS頻率校正回路對一次調(diào)頻的影響,DCS頻率校正回路對一次調(diào)頻的影響 當機組運行在AGC或機組協(xié)調(diào)控制方式時，不投入頻率校正回路將出現(xiàn)負荷反調(diào)現(xiàn)象，電網(wǎng)頻率還未恢復(fù)正常，機組的一次調(diào)頻能力已消失。,圖10 DCS頻率校正回路對一次調(diào)頻的影響,圖11 未投入DCS校正回路的一次調(diào)頻曲線,圖12 未投入DCS校正回路的一次調(diào)頻曲線,圖13 投入DCS校正回路的一次調(diào)頻曲線,圖14 投入DCS校正回路的一次調(diào)頻曲線,一次調(diào)頻控制邏輯對負荷響應(yīng)快速性的影響 電液調(diào)速系統(tǒng)（DEH）工作在閥位控制方式，當

53、電網(wǎng)頻率變化時負荷的響應(yīng)最快一般在12秒內(nèi)機組負荷發(fā)生變化（見圖15）。而只由DCS的協(xié)調(diào)系統(tǒng)完成一次調(diào)頻，受到影響的因素較多，負荷響應(yīng)較慢，如圖16所示的試驗，需12秒時間。,圖15 閥位方式下的一次調(diào)頻負荷響應(yīng),火電機組主蒸汽壓力對一次調(diào)頻的影響 主蒸汽壓力以及調(diào)速汽門特性對一次調(diào)頻也會產(chǎn)生影響?；痣姍C組一般都按定滑定方式運行，既滿足調(diào)整負荷的要求，又可保證經(jīng)濟性。當火電機組主蒸汽壓力變化時，對一次調(diào)頻會產(chǎn)生較大影響。這主要是目前汽輪機電調(diào)系統(tǒng)的頻差函數(shù)指令是按綜合閥位疊加在汽機調(diào)速汽門上，而調(diào)速汽門的線性化是按額定壓力整定，偏離額定參數(shù)可能產(chǎn)生較大的偏差。 看下面圖1721，主汽壓力為1

54、4MPa時，綜合閥位變化4.9相當于汽機轉(zhuǎn)速變化8r/min(不包括死區(qū)），負荷從192.3MW變?yōu)?96.8MW，增加了4.5MW。主汽壓力為16MPa時綜合閥位同樣變化4.9，負荷從185.09MW變?yōu)?96.95MW，負荷增加了11.86MW?？梢娭髌麎毫\行在閥位方式的機組一次調(diào)頻影響較大，但從圖21可見，當投入頻率校正回路時，機組一次調(diào)頻負荷受到主汽壓力的影響較小。,圖17 主汽壓力14MPa的一次調(diào)頻曲線（一）,圖18 主汽壓力14MPa的一次調(diào)頻曲線（二）,圖19 主汽壓力16MPa的一次調(diào)頻曲線（一）,圖20 主汽壓力16MPa的一次調(diào)頻曲線（二）,圖21 投入DCS校正回路

55、的一次調(diào)頻曲線,頻差函數(shù)疊加位置對一次調(diào)頻的影響 頻差函數(shù)疊加在速率限制之后，負荷指令迅速上升。疊加在速率限制之前負荷指令緩慢變化，影響一次調(diào)頻效果。,4.7 京津唐電網(wǎng)火電機組一次調(diào)頻負荷總量 京津唐電網(wǎng)以火力發(fā)電為主，容量為90MW以上的機組共計74臺總?cè)萘?7050MW。其中包括8臺水電機組，總?cè)萘?220MW。 各機組有關(guān)一次調(diào)頻的詳細情況見附表。,5改進后的系統(tǒng)投入情況 通過對秦皇島電廠、托克托電廠、京能熱電廠、華能北京熱電廠、三河電廠、華能楊柳青電廠等機組的試驗及投入情況看，效果良好。機組能夠快速地隨電網(wǎng)頻率變化負荷，對機組安全也沒有造成影響。圖2326是秦皇島電廠#2機組、三河電

56、廠#2機組，托克托電廠#1機組、盤山電廠#1機組一次調(diào)頻投入曲線。,圖23 秦皇島電廠#2機組一次調(diào)頻曲線,圖24 三河電廠#2機組一次調(diào)頻曲線,圖25 托克托電廠#1機組一次調(diào)頻曲線,圖26 盤山電廠#1機組一次調(diào)頻曲線,6有關(guān)標準及管理方面的問題 6.1 技術(shù)標準有待解決 6.2 管理規(guī)范化問題 各發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)有關(guān)條款與制造廠、科研單位深入研究，完善機組的一次調(diào)頻功能。 在新機組訂貨、老機組改造時也應(yīng)特別注意滿足有關(guān)條款要求。 電網(wǎng)管理部門可通過并網(wǎng)協(xié)議、并網(wǎng)安全性評價等形式對各發(fā)電機組的一次調(diào)頻投入情況進行監(jiān)督管理。 6.3 運行機組的監(jiān)督管理 提高技術(shù)手段，EMS目前刷新時間周期是46

57、s，對一次調(diào)頻投入的監(jiān)視不利。 考慮改進：刷新時間1s、分辨率0.1MW的有功功率數(shù)據(jù)，發(fā)電機頻率信號分辨率0.001Hz。 考慮編制電網(wǎng)頻率機組有功功率趨勢曲線（見圖28）。,f N,t,N,f,50.034 50.000 49.966 負荷指令,圖28 調(diào)度監(jiān)視曲線,發(fā)電機頻率（轉(zhuǎn)速）曲線,機組功率曲線,華北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻運行管理規(guī)定的編制 根據(jù)本項目的試驗研究結(jié)果，并廣泛征求意見。于2003年5月正式頒布了華北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻運行管理規(guī)定（試行）。,謝謝 2004.02,華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 NORTH-CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH IN

58、STITUTE CO.LTD,水電機組一次調(diào)頻,陜西電力科學(xué)研究院 李華,主要內(nèi)容,一、一次調(diào)頻的概念 二、水電機組一次調(diào)頻的技術(shù)要求 三、水電機組一次調(diào)頻相關(guān)測試與試驗 四、影響水電機組一次調(diào)頻性能的因素 五、相關(guān)問題探討,一、一次調(diào)頻概念,什么是一次調(diào)頻？ 調(diào)頻？ 機組，電網(wǎng)？ 一次？（固有特性）,幾種定義,發(fā)電機組根據(jù)其調(diào)速系統(tǒng)的固有頻率特性，隨頻率變化而進行功率調(diào)整的調(diào)頻過程。 通過水輪發(fā)電機組和火力發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的負荷頻率特性對電網(wǎng)的功率和頻率的控制，通常叫電網(wǎng)一次調(diào)頻。他主要是由發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性F=f（P）及其PID動態(tài)調(diào)節(jié)特性來實現(xiàn)的。 電網(wǎng)的一次調(diào)頻是針對偏離了系統(tǒng)額定頻率（50Hz）的頻率偏差，按功率永態(tài)差值系數(shù)ep（調(diào)差系數(shù)）對機組進行功率控制的。它是將電網(wǎng)（機組）頻率（轉(zhuǎn)速）信號送入機組調(diào)速系統(tǒng)的頻率（轉(zhuǎn)速）輸入端口，頻率（轉(zhuǎn)速）給定值與其比較形成頻率（轉(zhuǎn)速）偏差，調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)這個偏差信號進行調(diào)節(jié)。 機組并網(wǎng)運