單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PPT課件

1、能源與動(dòng)力工程學(xué)院?jiǎn)卧獧C(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)能源與動(dòng)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(jī)組在處理滿(mǎn)足負(fù)荷要求并同時(shí)維持機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)單元機(jī)組在處理滿(mǎn)足負(fù)荷要求并同時(shí)維持機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定這兩個(gè)問(wèn)題時(shí)，是將機(jī)爐作為一個(gè)整體來(lái)看待的。然而汽機(jī)、穩(wěn)定這兩個(gè)問(wèn)題時(shí)，是將機(jī)爐作為一個(gè)整體來(lái)看待的。然而汽機(jī)、鍋爐實(shí)際上又是相對(duì)獨(dú)立的，它們通過(guò)各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪鍋爐實(shí)際上又是相對(duì)獨(dú)立的，它們通過(guò)各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪機(jī)機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、鍋爐燃燒率鍋爐燃燒率，滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的要求并保持機(jī)組主，滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的要求并保持機(jī)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(jī)組的日益增多，大容量機(jī)組的汽機(jī)和鍋當(dāng)前隨著大型發(fā)電機(jī)組的日益增多，大容量機(jī)組的汽機(jī)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(dòng)力工程學(xué)院 若在單元機(jī)組控制系統(tǒng)若在單元機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮它們差異，設(shè)計(jì)中，充分考慮它們差異，以及各自特點(diǎn)，采取某些措以及各自特點(diǎn)，采取某些措施（如引入某些前饋信號(hào)、施（如引入某些前饋信號(hào)、協(xié)調(diào)信號(hào)），讓機(jī)爐同時(shí)按協(xié)調(diào)信號(hào)），讓機(jī)爐同時(shí)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(yùn)外部負(fù)荷指令，根據(jù)主要運(yùn)行參數(shù)偏差，協(xié)

3、調(diào)地進(jìn)行控行參數(shù)偏差，協(xié)調(diào)地進(jìn)行控制，從而在滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷要制，從而在滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷要求同時(shí)保持主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)求同時(shí)保持主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，這樣控制系統(tǒng)稱(chēng)為定，這樣控制系統(tǒng)稱(chēng)為協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)。能源與動(dòng)力工程學(xué)院 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認(rèn)為是一種二級(jí)遞階控制系統(tǒng)。單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認(rèn)為是一種二級(jí)遞階控制系統(tǒng)。處于上位級(jí)的機(jī)爐協(xié)調(diào)級(jí)，也叫作單元機(jī)組主控系統(tǒng)，是整處于上位級(jí)的機(jī)爐協(xié)調(diào)級(jí)，也叫作單元機(jī)組主控系統(tǒng)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級(jí)的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料個(gè)系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級(jí)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(jī)功率控制系統(tǒng)，風(fēng)量控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)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(jī)組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機(jī)爐控制器動(dòng)作的鍋爐指令和單元機(jī)組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機(jī)爐控制器動(dòng)作的鍋爐指令和汽機(jī)指令。局部控制級(jí)的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，汽機(jī)指令。局部控制級(jí)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(dòng)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(dòng)力工程學(xué)院WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE-+BTp0pT機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器控制對(duì)象能源與動(dòng)力工程學(xué)院（二）機(jī)

5、組控制對(duì)象分析（二）機(jī)組控制對(duì)象分析 鍋爐和汽輪機(jī)在響應(yīng)外界負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)特性存在很大差異。鍋爐和汽輪機(jī)在響應(yīng)外界負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)特性存在很大差異。 主蒸汽壓力反映機(jī)爐內(nèi)部的能量是否平衡，實(shí)發(fā)功率表征發(fā)主蒸汽壓力反映機(jī)爐內(nèi)部的能量是否平衡，實(shí)發(fā)功率表征發(fā)電機(jī)組與外部電網(wǎng)是否平衡。電機(jī)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(dòng)力工程學(xué)院二機(jī)、爐主控制器二機(jī)、爐

6、主控制器 機(jī)、爐主控制器是單元機(jī)組的控制機(jī)構(gòu)，它的主要功能是機(jī)、爐主控制器是單元機(jī)組的控制機(jī)構(gòu)，它的主要功能是根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行條件和要求，運(yùn)行人員可以選擇鍋爐跟隨、汽根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行條件和要求，運(yùn)行人員可以選擇鍋爐跟隨、汽輪機(jī)跟隨及協(xié)調(diào)等控制方式，給出合理的控制方案提供機(jī)組全輪機(jī)跟隨及協(xié)調(diào)等控制方式，給出合理的控制方案提供機(jī)組全面的協(xié)調(diào)控制。面的協(xié)調(diào)控制。（一）分開(kāi)控制（一）分開(kāi)控制1、爐跟機(jī)（BF boiler following turbine）能源與動(dòng)力工程學(xué)院爐跟機(jī)的特點(diǎn)：負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)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(dòng)力工程學(xué)院2、機(jī)跟爐（TF）機(jī)跟爐的特點(diǎn)：機(jī)組穩(wěn)定性強(qiáng)，負(fù)荷適應(yīng)性差。能源與動(dòng)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(dòng)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(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都是從處理目前，各種不同單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都是從處理快速負(fù)荷響應(yīng)和主要參數(shù)運(yùn)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(yùn)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(hào)的不同進(jìn)行分類(lèi)。制系統(tǒng)可按反饋回路或前饋信號(hào)的不同進(jìn)行分類(lèi)。1 1、按反饋回路分類(lèi)、按反

8、饋回路分類(lèi) 按反饋回路分類(lèi)可以將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為以按反饋回路分類(lèi)可以將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為以鍋爐跟隨（汽機(jī)鍋爐跟隨（汽機(jī)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(jī)跟隨（鍋爐基本）汽機(jī)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(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) CBFCBF： 能源與動(dòng)力工程學(xué)院特點(diǎn)：能源與動(dòng)力工程學(xué)院（2）以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式）以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式CTF特點(diǎn)：能源與動(dòng)力工程學(xué)院2、前饋控制在機(jī)爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用、前饋控制在機(jī)爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用能源與動(dòng)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(jìn)行的前饋控制按蒸汽流量需求進(jìn)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(jī)手動(dòng)控制或由DEH就地控制，P0跟蹤機(jī)組實(shí)際功率，P0=PE，而PE是被調(diào)量，不能主動(dòng)反映負(fù)荷需求的變化，這時(shí)再用P0作前饋就失去了“前饋”的意義。 這時(shí)，通常采用蒸汽流量需求信號(hào)作為鍋爐的前饋信號(hào)。蒸汽流量需求是汽輪機(jī)希望消耗的能量，用此信號(hào)可保持汽輪機(jī)耗能與鍋爐產(chǎn)能隨時(shí)平衡，從而改善機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)。汽輪機(jī)對(duì)鍋爐的能量需求信號(hào)也稱(chēng)能量平衡信號(hào)。能源與動(dòng)力工程學(xué)院p1大體上代表汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，可以作為對(duì)鍋爐的能量需求信號(hào)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：僅采用

10、p1作為前饋信號(hào)，當(dāng)鍋爐側(cè)內(nèi)擾時(shí)，將對(duì)汽壓pT造成動(dòng)態(tài)正反饋。如：如：燃燒率擾動(dòng)使主汽壓增加時(shí)，即使調(diào)門(mén)開(kāi)度不變，調(diào)節(jié)級(jí)壓力p1也增加，如果直接把p1作為前饋信號(hào)直接作用于鍋爐，就會(huì)使燃燒率進(jìn)一步增加。 因此，若采用p1作為前饋信號(hào)，就必須對(duì)其進(jìn)行修正。具有壓力比修正的能量平衡信號(hào)具有壓力比修正的能量平衡信號(hào)T01p/pp當(dāng)鍋爐內(nèi)擾引起進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量變化時(shí)，p1/pT可保持不變。這樣就消除了內(nèi)擾影響?；瑝哼\(yùn)行時(shí)由于p0的變化，該信號(hào)同樣有效。能源與動(dòng)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(dòng)力工程學(xué)院（三）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行方

11、式（三）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式 適用適用: :機(jī)組運(yùn)行情況良好機(jī)組運(yùn)行情況良好, ,帶變動(dòng)負(fù)荷。機(jī)爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)帶變動(dòng)負(fù)荷。機(jī)爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所可以直接改變機(jī)組負(fù)荷，機(jī)組運(yùn)行人員也可以改變機(jī)組輸出功度所可以直接改變機(jī)組負(fù)荷，機(jī)組運(yùn)行人員也可以改變機(jī)組輸出功率，機(jī)爐自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都投入運(yùn)行。率，機(jī)爐自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都投入運(yùn)行。 （）方式（）方

12、式IIII汽機(jī)跟隨鍋爐而汽機(jī)輸出功率可調(diào)方式汽機(jī)跟隨鍋爐而汽機(jī)輸出功率可調(diào)方式 鍋爐、汽機(jī)自動(dòng)，機(jī)組不參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所也不直接改變鍋爐、汽機(jī)自動(dòng)，機(jī)組不參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所也不直接改變機(jī)組負(fù)荷。只有機(jī)組運(yùn)行人員可以改變機(jī)組給定功率，機(jī)組輸出功機(jī)組負(fù)荷。只有機(jī)組運(yùn)行人員可以改變機(jī)組給定功率，機(jī)組輸出功率能自動(dòng)保持率能自動(dòng)保持= =給定功率。給定功率。 （）方式（）方式IIIIII汽機(jī)跟隨鍋爐而機(jī)組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式汽機(jī)跟隨鍋爐而機(jī)組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式 能源與動(dòng)力工程學(xué)院（）方式（）方式IVIV鍋爐跟隨汽機(jī)輸出功率不可調(diào)節(jié)方式鍋爐跟隨汽機(jī)輸出功率不可調(diào)節(jié)方式 鍋爐工作正常，汽機(jī)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(jī)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(dòng)狀態(tài)，維持機(jī)前壓力。汽機(jī)主控制器處于手動(dòng)鍋爐燃燒率處于自動(dòng)狀態(tài)，維持機(jī)前壓力。汽機(jī)主控制器處于手動(dòng)狀態(tài)。狀態(tài)。 （）方式（）方式V V手動(dòng)控制方式手動(dòng)控制方式 鍋爐和汽機(jī)都處于鍋爐和汽機(jī)都處于“手動(dòng)手動(dòng)”，單元機(jī)組的運(yùn)行由運(yùn)行人員手動(dòng)，單元機(jī)組的運(yùn)行由運(yùn)行人員手動(dòng)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(jī)組的實(shí)際出力，為投跟蹤機(jī)組的實(shí)際出力，為投入自動(dòng)作好準(zhǔn)備。入自動(dòng)作好準(zhǔn)備。 汽機(jī)運(yùn)行正常，鍋爐部分設(shè)備有故障，機(jī)組維持它本身實(shí)際輸汽機(jī)運(yùn)行正常，鍋爐部分

14、設(shè)備有故障，機(jī)組維持它本身實(shí)際輸出功率，不接受任何外部負(fù)荷要求指令。自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)的主要目的是維持鍋爐繼續(xù)運(yùn)行，以便排除鍋爐的部分故障。此時(shí)只是汽機(jī)調(diào)節(jié)閥持鍋爐繼續(xù)運(yùn)行，以便排除鍋爐的部分故障。此時(shí)只是汽機(jī)調(diào)節(jié)閥處于自動(dòng)控制，鍋爐燃燒率處于手動(dòng)控制。處于自動(dòng)控制，鍋爐燃燒率處于手動(dòng)控制。 能源與動(dòng)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(yùn)算環(huán)節(jié)、負(fù)荷指令運(yùn)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(jī)組中心的負(fù)荷指令或

15、機(jī)組運(yùn)行人員指令以及機(jī)組運(yùn)行人員指令以及機(jī)組主輔機(jī)運(yùn)行情況，處理主輔機(jī)運(yùn)行情況，處理成適合于機(jī)爐運(yùn)行狀態(tài)成適合于機(jī)爐運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)際負(fù)荷指令的實(shí)際負(fù)荷指令P P0 0 。能源與動(dòng)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(jī)組最大可能出力與主要輔機(jī)的投切狀況有關(guān)。主要輔機(jī)故障切除時(shí)，機(jī)組最大可能出力值減小，為了保證機(jī)組能量力而行，應(yīng)根據(jù)輔機(jī)運(yùn)行情況，計(jì)算最大可能出力值，作為機(jī)組負(fù)荷上限。如有的機(jī)組以運(yùn)行中的摩煤機(jī)臺(tái)數(shù)來(lái)計(jì)算機(jī)組最大可能出力。能源與動(dòng)力工程學(xué)院（2）負(fù)荷快速返回RB 機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組的主要輔助設(shè)備突然發(fā)生故障，造成機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷能力下降時(shí)，就要求

16、機(jī)組的負(fù)荷指令處理裝置將機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令下降到機(jī)組所能承擔(dān)的水平，這種輔機(jī)故障引起的機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令的快速下降，稱(chēng)為快速返回，簡(jiǎn)稱(chēng)RB（RUN BACK）引起RB的輔機(jī)有：送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、一次風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等能源與動(dòng)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(jī)組閉鎖的原因：引起機(jī)組閉鎖的原因：1）第二類(lèi)故障：指運(yùn)行）第二類(lèi)故障：指運(yùn)行中存在的可能導(dǎo)致機(jī)組實(shí)中存在的可能導(dǎo)致機(jī)組實(shí)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(shí)別的但又不能立即加以識(shí)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(jī)擋板卡澀、執(zhí)行器連風(fēng)機(jī)

17、擋板卡澀、執(zhí)行器連桿折斷、給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故桿折斷、給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障等。障等。2）各輔機(jī)的動(dòng)作速率不）各輔機(jī)的動(dòng)作速率不一致或負(fù)荷指令變化過(guò)快。一致或負(fù)荷指令變化過(guò)快。能源與動(dòng)力工程學(xué)院負(fù)荷指令增負(fù)荷指令增/減閉鎖實(shí)現(xiàn)方案減閉鎖實(shí)現(xiàn)方案能源與動(dòng)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(duì)于第二類(lèi)故障，除采取負(fù)荷增對(duì)于第二類(lèi)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(jìn)一步采取迫升能進(jìn)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(jìn)攻積極進(jìn)攻”性措施。從偏差