過程控制課設(shè)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào)：學(xué) 院:自動(dòng)化工程學(xué)院班 級(jí):題 目:300MW火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劉波指導(dǎo)教師： 劉麗麗 2011年 12 月 21 日目 錄1. 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡介.11.1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù).11.2負(fù)荷控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性.11.3協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要功能.21.3.1 參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻.2 1.3.2 穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行.3 1.3.3 具有多種選擇運(yùn)行方式.3 1.4 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成.32.協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主控制系統(tǒng).52.1負(fù)荷管理控制中心.52.2 機(jī)、爐主控制器.5 2.2.1以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制.6 2.2.2 以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制.6

2、330MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).11 3.1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成.11 3.2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方式.12 3.3負(fù)荷管理控制中心.13 3.3.1 機(jī)組最大負(fù)荷/最小負(fù)荷限制.14 3.3.2 負(fù)荷要求指令的增/減閉鎖.15 4.收獲、體會(huì)和建議.165.參獻(xiàn).171.協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡介1.1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)單元機(jī)組的輸出電功率與負(fù)荷要求是否一致反映了機(jī)組與外部電網(wǎng)之間能量供求的平衡關(guān)系；主汽壓力反映了機(jī)組內(nèi)部鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)之間能量供求的平衡關(guān)系。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是為完成這兩種平衡關(guān)系而設(shè)置的。使機(jī)組對(duì)外保證有較快的負(fù)荷響應(yīng)和一定的調(diào)頻能力；對(duì)內(nèi)保證主要運(yùn)行參數(shù)（主汽壓力）穩(wěn)定的系統(tǒng)稱為

3、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（Coordinated Control System-CCS）是將單元機(jī)組的鍋爐和汽輪機(jī)作為一個(gè)整體來進(jìn)行控制的系統(tǒng)。1.2負(fù)荷控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性在單元機(jī)組中，鍋爐和汽輪機(jī)是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備。從機(jī)組負(fù)荷控制角度來看，單元機(jī)組是一個(gè)存在相互關(guān)聯(lián)的多變量控制對(duì)象，經(jīng)適當(dāng)假設(shè)可以看作是一個(gè)具有兩個(gè)輸入和兩個(gè)輸出的互相關(guān)聯(lián)的被控對(duì)象，其方框圖如圖1所示。 對(duì)象的輸入量µB為鍋爐燃料量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度，代表鍋爐燃燒率（及相應(yīng)的給水量），µB的變化將引起機(jī)前壓力T的變化，用WPB(S)描述該通道的特性,在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度µT不變時(shí), WPB(S)具有

4、以下形式: WPB(S)= K1(T1 s + 1)² (1)式(1)是一個(gè)簡化了的和二階系統(tǒng),它表明燃料-壓力通道具有較大的慣性和遲延.在燃燒率變化后,在汽輪機(jī)調(diào)門開度µT不變時(shí),pT的變化也將引起機(jī)組實(shí)發(fā)功率PE的變化。圖1中, WNB(s)是燃料一切通道的傳遞函數(shù),它具有如下形式: WNB(S)= K2(T2 s + 1)² (2) 在機(jī)組燃燒率保持不變,將汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門開度通常用同步器位移量表示µT改變,它將引起機(jī)前壓力pT的變化,以及機(jī)組實(shí)發(fā)功率PE的變化,這兩個(gè)通道的傳遞函數(shù)WNµ(S)、WPµ(S)形式如下:WP

5、1;(S) = K3 +（K4T4s + 1） (3) WNµ(S) =K5（T5s+ 1）K6( T6s + 1)² (4)以上四個(gè)式子是通過實(shí)驗(yàn)方法得到的,通過理論分析和線性化處理也可得出以上關(guān)系。以上用傳遞函數(shù)表示單元機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性,也可用階躍響應(yīng)來表示.1.3協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要功能1.3.1 參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻特別使隨著電網(wǎng)負(fù)荷晝夜峰谷差的急劇上升，電網(wǎng)對(duì)機(jī)組參與調(diào)峰要求日益增高，世界上出現(xiàn)了各種夜間低負(fù)荷運(yùn)行，兩班制運(yùn)行，周末停運(yùn).的中間負(fù)荷機(jī)組。要求機(jī)組控制具有更快速、更靈活的負(fù)荷響應(yīng)，并且在更大的負(fù)荷變化范圍里，甚至0100%全程，CCS能夠投入自動(dòng)。調(diào)峰使按

6、電網(wǎng)晝夜的負(fù)荷變化，視該機(jī)組在電網(wǎng)中的地位與經(jīng)濟(jì)效益，有計(jì)劃地，大幅度地進(jìn)行調(diào)度控制。而調(diào)頻則是瞬時(shí)的，有限制地，按該機(jī)組CCS系統(tǒng)設(shè)定的頻差校正特性（不等率、死區(qū)、限幅值）校正機(jī)組負(fù)荷。1.3.2 穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行CCS系統(tǒng)檢測(cè)與消除機(jī)組運(yùn)行的各種內(nèi)外擾動(dòng)，協(xié)調(diào)鍋爐與汽機(jī)的能量平衡。協(xié)調(diào)鍋爐內(nèi)部燃料、送風(fēng)、引風(fēng)、給水.各子回路的能量平衡與質(zhì)量平衡。機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)爐的能量平衡就是以機(jī)前壓力的穩(wěn)定為標(biāo)志。1.3.3 具有多種選擇的運(yùn)行方式CCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須滿足機(jī)組各種工況運(yùn)行的需要；提供可供運(yùn)行人員選擇或聯(lián)鎖自動(dòng)切換的相應(yīng)控制方式。系統(tǒng)方式的切換，均為無擾動(dòng)過程；并且，切除機(jī)或爐的某一部分自動(dòng)

7、，并不影響CCS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，使CCS具有在各種工況下，正常運(yùn)行啟動(dòng)、低負(fù)荷或局部故障條件，都投入自動(dòng)的適應(yīng)能力。1.4 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負(fù)荷控制系統(tǒng)也稱主控系統(tǒng)，常規(guī)控制系統(tǒng)也稱子控制系統(tǒng)和負(fù)荷控制對(duì)象三大部分組成的。如圖6所示。負(fù)荷控制系統(tǒng)又由二部分即負(fù)荷指令處理部分也稱負(fù)荷管理控制中心和機(jī)爐主控制器組成。負(fù)荷管理控制中心(Load Management Control CenterLMCC)接受的是外部負(fù)荷指令、根據(jù)機(jī)組和控制系統(tǒng)本身需要所設(shè)的內(nèi)部負(fù)荷指令。內(nèi)部負(fù)荷指令一般有機(jī)組輔機(jī)故障減負(fù)荷Run back（快速返回）指令，與機(jī)組負(fù)荷有關(guān)的主要運(yùn)行參數(shù)超過上

8、限而引起的減負(fù)荷Run down（迫降）指令。主要運(yùn)行參數(shù)低于下限而引起的增負(fù)荷Run up（迫升）指令，負(fù)荷控制系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，負(fù)荷控制系統(tǒng)本身跟蹤實(shí)發(fā)功率的信號(hào)。外部負(fù)荷指令一般有電網(wǎng)調(diào)度所的負(fù)荷分配指令A(yù)DS(Automatic Dispath System)、機(jī)組運(yùn)行人員手動(dòng)增/減負(fù)荷的指令。負(fù)荷管理管理控制中心的主要作用是對(duì)外部要求的負(fù)荷指令或目標(biāo)負(fù)荷指令TLD(Target Load Demand)進(jìn)行選擇，并根據(jù)機(jī)組主輔機(jī)運(yùn)行情況加以處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)、爐設(shè)備負(fù)荷能力，安全運(yùn)行所能接受的實(shí)際負(fù)荷指令A(yù)LD(Actual Load Demand)P0,實(shí)際負(fù)荷指令又稱ULD(U

9、nit Load Demand)單元機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令。機(jī)、爐主控制器接受LMCC發(fā)出的實(shí)際負(fù)荷指令P0，為了使鍋爐和汽輪機(jī)的控制作用更好地協(xié)調(diào)，在協(xié)調(diào)控制方式情況下，汽輪機(jī)主控制器接受汽輪機(jī)的DEH(Digital Electro Hydraulic即數(shù)字電液調(diào)節(jié))來的頻率偏差信號(hào)f,還接受汽輪機(jī)首級(jí)后壓力p1與主汽壓力pT的比值p1/pT的反饋信號(hào)，即汽輪機(jī)閥位的反饋信號(hào)，以及實(shí)發(fā)功率信號(hào)PE和主汽壓力的偏差p。機(jī)、爐主控制器的主要作用是根據(jù)鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行條件和要求，選擇合適的負(fù)荷控制方式，按照實(shí)際負(fù)荷指令P0與實(shí)發(fā)功率信號(hào)PE的偏差和主汽壓力的偏差p以及其他信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算，分別產(chǎn)生

10、對(duì)鍋爐子控制系統(tǒng)和汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動(dòng)作的指揮信號(hào)，分別稱為鍋爐指令（Boiler Demand）PB和汽輪機(jī)指令(Turbine Demand)PT。單元機(jī)組主控制系統(tǒng)是單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的核心。在單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中無論是調(diào)頻和調(diào)負(fù)荷、機(jī)組的啟動(dòng)和停止、故障情況下的安全運(yùn)行、鍋爐燃燒率的變化、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥開度的變化都是在主控制系統(tǒng)統(tǒng)一的指揮下達(dá)到協(xié)調(diào)一致的，即機(jī)組的輸入能量和輸出能量在滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求的前提條件下總是保證平衡的。完成主控制系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。一般汽輪機(jī)和鍋爐的控制系統(tǒng)都是比較簡單的單、回路和常規(guī)的控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能克服由于內(nèi)、外擾動(dòng)造成的參數(shù)波動(dòng)，使之保持在

11、允許的范圍之內(nèi)。同時(shí)也適應(yīng)負(fù)荷控制系統(tǒng)發(fā)來的變負(fù)荷指令信號(hào)，使每個(gè)子系統(tǒng)都能在主控制系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)動(dòng)作，完成子系統(tǒng)與單元機(jī)組（控制對(duì)象）之間的協(xié)調(diào)，使整個(gè)單元機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。機(jī)爐的子控制系統(tǒng)是協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，它們的控制質(zhì)量將直接影響負(fù)荷控制的質(zhì)量。因此，只有設(shè)計(jì)好各子控制系統(tǒng)，并保證其具備較高控制質(zhì)量的前提下，才有可能使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)達(dá)到要求的控制質(zhì)量。圖2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成框圖2.協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主控制系統(tǒng)2.1負(fù)荷管理控制中心負(fù)荷管理控制中心是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的指揮機(jī)構(gòu),它的主要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的要求負(fù)荷指令或機(jī)組運(yùn)行人員要求改變負(fù)荷的指令以及機(jī)組主輔機(jī)運(yùn)行情況,處理成合適于機(jī)爐運(yùn)行狀

12、態(tài)的實(shí)際負(fù)荷指令A(yù)LD或ULD(P0)。具體來講,LMCC能完成以下功能：(1) 最大/最小負(fù)荷限制 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供機(jī)組最大/最小負(fù)荷限制值，運(yùn)行人員上可通過設(shè)定器調(diào)整機(jī)組最大/最小負(fù)荷限制值，限制值的增減直接影響實(shí)際負(fù)荷指令。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷指令等于最大或最小限制值，實(shí)際負(fù)荷指令不論要增加或減少都將受到閉鎖。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷指令等于運(yùn)行人員設(shè)置的最大/最小負(fù)荷限制值時(shí)，設(shè)定器上的限制紅燈點(diǎn)亮。（2）負(fù)荷返回回路當(dāng)機(jī)組主要輔機(jī)（如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、空氣預(yù)熱器、給水泵等）出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)組就不能滿負(fù)荷運(yùn)行，必需迅速減負(fù)荷。CCS設(shè)計(jì)了快速返回信號(hào)，以保護(hù)機(jī)組的安全。如果是鍋爐側(cè)主要輔機(jī)發(fā)生故

13、障，則將在汽輪機(jī)跟隨方式下完成負(fù)荷快速返回，即鍋爐需要迅速減負(fù)荷，而汽輪機(jī)應(yīng)跟著迅速把負(fù)荷降下來。負(fù)荷降低的幅度要看主要輔機(jī)故障的情況而定。（3）負(fù)荷快速切斷回路（Fast Cut Back-FCB）機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)生嚴(yán)重故障，例如機(jī)組突然與電網(wǎng)解列（即送電負(fù)荷突然跳閘），或汽輪機(jī)跳閘，這時(shí)快速返回就已不能適應(yīng)迅速減少負(fù)荷的要求。CCS設(shè)計(jì)了快速切回信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速甩負(fù)荷。FCB的設(shè)計(jì)分兩種情況，一種是甩負(fù)荷至廠用電，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷突然跳閘，為了使機(jī)組仍能維持廠用電運(yùn)行，即不停爐不停機(jī)，F(xiàn)CB使機(jī)、爐巨維持在最小負(fù)荷。另一種是發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)跳閘，這時(shí)FCB使汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷或停機(jī)。鍋爐產(chǎn)

14、生的蒸汽通過旁路系統(tǒng)輸出，鍋爐繼續(xù)維持最小負(fù)荷運(yùn)行，即停機(jī)不停爐。（4）閉鎖增/減回路當(dāng)發(fā)生煤輸送管道或燃燒噴嘴堵塞，擋板卡死，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等設(shè)備工作異常的故障時(shí)，將會(huì)造成燃料量、空氣量、給水量等運(yùn)行參數(shù)的偏差增大。CCS設(shè)計(jì)了負(fù)荷增/減閉鎖信號(hào)，對(duì)這些運(yùn)行參數(shù)的偏差大小和方向進(jìn)行監(jiān)視，如果出現(xiàn)故障，負(fù)荷增/減閉鎖回路根據(jù)偏差的方向，將對(duì)實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)施增或減方向的閉鎖，以防止故障的危害進(jìn)一步擴(kuò)大，直至偏差回到規(guī)定限值內(nèi)才解除閉鎖。（5）負(fù)荷迫升/迫降回路對(duì)于負(fù)荷增/減閉鎖所談到的一類故障，除了采用增/減閉鎖措施外，CCS通常還采用迫升/迫降措施。當(dāng)有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)偏差超過了允許值，同時(shí)有

15、關(guān)的控制輸出已達(dá)到極限位置，不再有調(diào)節(jié)余地。則迫升/迫降回路根據(jù)偏差的方向，將對(duì)實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)施迫升/迫降，使偏差回到允許值范圍之內(nèi)，從而達(dá)到縮小故障危害的目的。當(dāng)發(fā)生迫升/迫降后，CCS將使負(fù)荷指令處于保持狀態(tài)。2.2 機(jī)、爐主控制器機(jī)、爐主控制器是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu),機(jī)、爐主控制器的主要功能是根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行條件和要求,運(yùn)行人員可選擇協(xié)調(diào)、鍋爐跟隨、汽輪機(jī)跟隨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.機(jī)爐主控制器的設(shè)計(jì)從其控制結(jié)構(gòu)出發(fā)有兩種指導(dǎo)思想，一種是以反饋控制為基礎(chǔ)的，適當(dāng)加入一些前饋信號(hào)作為輔助調(diào)節(jié)以改善控制品質(zhì)；另一種則是從能量平衡的角度考慮前饋的控制，力爭做到前饋補(bǔ)

16、償后，鍋爐和汽輪機(jī)就能協(xié)調(diào)一致地達(dá)到所要求的負(fù)荷，反饋?zhàn)饔脙H在此基礎(chǔ)上起校正作用。這樣機(jī)爐主控制器就有二種分類方法，一種以反饋回路分類，一種以能量平衡分類。按反饋回路分類有以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的控制方式和以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的控制方式。以能量平衡分類有能量間接平衡控制方式和能量直接平衡控制方式。主控制系統(tǒng)類型各異。主要反映在機(jī)爐主控制器上，因此，主控制系統(tǒng)或協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的類型是以機(jī)爐主控制器的控制方式而命名。下面對(duì)各類機(jī)爐主控制器進(jìn)行原理介紹。2.2.1以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制單元機(jī)組以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖7（a）所示。它是以爐跟機(jī)控制方式為基礎(chǔ)加入一個(gè)非線性環(huán)節(jié)形成的。鍋爐跟隨控制方式的

17、特點(diǎn)是機(jī)組能比較快地適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的要求。但汽壓波動(dòng)大，為了限制汽壓變化，增加了非線性元件。如果負(fù)荷要求增長的速率和幅度較大，可能引起汽壓pT的變化幅值過大。當(dāng)汽壓偏差p0-pT死區(qū)組件的時(shí),死區(qū)組件將發(fā)出限制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥繼續(xù)開大或回關(guān)的信號(hào),以保證汽壓pT在允許的范圍內(nèi)變化.當(dāng)汽壓偏差不太大時(shí),不去限制調(diào)節(jié)閥門開度µT的變化,以使PE盡快響應(yīng)P0。以上分析可以看出,機(jī)組在共同保持汽壓的過程中采用了爐跟機(jī)協(xié)調(diào)的控制動(dòng)作,故稱為爐跟機(jī)為基礎(chǔ)協(xié)調(diào)控制。從汽壓偏差對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門開度µT可以看出,盡管可以減少汽壓的較大波動(dòng),但同時(shí)也減慢了輸出功率PE響應(yīng)負(fù)荷要求指令P0的速度,實(shí)

18、質(zhì)上是以降低功率響應(yīng)性能為代價(jià)來提高汽壓控制的品質(zhì)。因此協(xié)調(diào)的結(jié)果是功率和汽壓兩方面性能指標(biāo)的折衷。圖3為又一種爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的示意圖。它是以爐跟機(jī)控制方式為基礎(chǔ)將功率偏差信號(hào)P0-PE并行地送入汽輪機(jī)控制器和鍋爐控制器,加入非線性環(huán)節(jié)和前饋信號(hào)P0的比例微分作用形成的。設(shè)“負(fù)荷要求”P0增大,功率偏差信號(hào)P0-PE并行地送入汽輪機(jī)控制器和鍋爐控制器,汽輪機(jī)控制器迅速開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥,機(jī)前壓力pT降低,鍋爐放出蓄熱,蒸汽流量增大,以暫時(shí)適應(yīng)負(fù)荷要求增大的需要。由于鍋爐對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)較汽輪機(jī)慢,采用負(fù)荷要求P0通過比例微分作用作為送往鍋爐的前饋信號(hào),以補(bǔ)償鍋爐的慣性和遲延。如果負(fù)

19、荷要求增長的速率和幅度較大,可能引起汽壓pT的變化幅值過大。當(dāng)汽壓偏差p0-pT死區(qū)組件的時(shí),死區(qū)組件將發(fā)出限制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥繼續(xù)開大或回關(guān)的信號(hào),以保證汽壓pT在允許范圍內(nèi)變化。汽壓偏差信號(hào)p0-pT同時(shí)送入鍋爐控制器,加強(qiáng)對(duì)鍋爐的調(diào)節(jié)作用,以補(bǔ)充由于汽壓變化引起鍋爐蓄熱量變化附加的燃料量。調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí),達(dá)到P0=PE，pT=p0的平衡狀態(tài)。圖3所示系統(tǒng)的特點(diǎn)是嫩黃補(bǔ)償鍋爐的慣和遲延，加強(qiáng)對(duì)鍋爐的控制作用。目前，以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。圖3 以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖2.2.2 以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制單元機(jī)組以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖4所示，它是在機(jī)

20、跟爐控制方式為基礎(chǔ)加入一個(gè)非線性環(huán)節(jié)形成的。汽輪機(jī)跟隨控制方式的特點(diǎn)是適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求能力較差而波動(dòng)小，不能充分利用鍋爐的蓄熱量。為了提高適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的能力，通過非線性元件將功率信號(hào)引入汽輪機(jī)控制回路。當(dāng)負(fù)荷要求P0增大是，功率偏差信號(hào)P0-PE送入鍋爐控制器。增大燃燒率。與此同時(shí)，通過非線性元件暫時(shí)降低主汽壓力給定值，汽輪機(jī)控制器就發(fā)出開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥的指令，使輸出功率PE迅速增加。反之，當(dāng)減小負(fù)荷即P0-PE0時(shí)，增大汽壓給定值，汽輪機(jī)控制器發(fā)出關(guān)小調(diào)節(jié)汽閥的指令，迅速減小輸出功率PE。非線性元件是一個(gè)雙向限幅的比例器，它可以輸出一個(gè)與P成比例的信號(hào)，暫時(shí)地改變pT的定值p0,從而使鍋爐

21、的蓄熱得到利用,用以提高負(fù)荷適應(yīng)性。當(dāng)P0-PE超過這個(gè)區(qū)域時(shí),非線性環(huán)節(jié)的輸出不再變化(水平段飽和區(qū)),即汽壓給定不再變化.看來這種pT定值的改變只限定在一定的范圍內(nèi),以免汽壓偏離給定值超過允許范圍。增加一個(gè)限幅非線性元件的作用是限起始控制過程中,功率變化P對(duì)調(diào)節(jié)閥門開度µT的影響以保證p不會(huì)波動(dòng)太大。從以上分析可以看出，在響應(yīng)負(fù)荷要求指令時(shí),機(jī)爐采用了共同的協(xié)調(diào)控制動(dòng)作,故稱為機(jī)跟爐為基礎(chǔ)協(xié)調(diào)控制。 由于負(fù)荷要求指令改變時(shí),汽輪機(jī)側(cè)配合鍋爐側(cè)燃燒率µB的改變同時(shí)改變調(diào)節(jié)閥門開度µT,暫時(shí)利用了鍋爐的蓄熱能力,所以功率響應(yīng)速度加快。但同時(shí)汽壓波動(dòng)也因此加大,實(shí)質(zhì)

22、上是以降低汽壓控制的品質(zhì)為代價(jià)來提高功率響應(yīng)的速度。因此協(xié)調(diào)的結(jié)果是功率和汽壓兩方面性能指標(biāo)的折衷。為了補(bǔ)償鍋爐負(fù)荷響應(yīng)的慣性和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥開度變化對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)的影響,可采用圖4 所示以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。它是以機(jī)跟爐控制方式為基礎(chǔ)加入非線性環(huán)節(jié)和前饋P0的比例微分作用、機(jī)前壓力pT的微分作用形成的。采用P0經(jīng)比例微分(PD)作用后作為前饋信號(hào),這樣能提前和加強(qiáng)調(diào)節(jié)鍋爐的燃燒率，改善鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性的慣性。由于當(dāng)負(fù)荷要求P0不變時(shí),如果某種擾動(dòng)使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門開度變化,機(jī)組實(shí)發(fā)功率PE隨之變化。這個(gè)擾動(dòng)將使鍋爐控制系統(tǒng)動(dòng)作,不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。為了減少汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門開度對(duì)鍋爐控制系

23、統(tǒng)的干擾,在鍋爐控制器入口加入pT的微分信號(hào),用以補(bǔ)償PE變化的影響。只要微分器參數(shù)KD、TD選擇得合適,當(dāng)汽輪機(jī)后調(diào)節(jié)汽閥動(dòng)作時(shí),可使鍋爐控制器入口PE+pT0(pT為pT的微分信號(hào)),即不受調(diào)節(jié)汽閥動(dòng)作的干擾。 圖4 以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖330MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成1負(fù)荷管理控制中心（LMCC）負(fù)荷管理控制中心包括如下幾個(gè)部分：（1）機(jī)組負(fù)荷指令的方式及處理。根據(jù)機(jī)爐狀態(tài)，選擇機(jī)組可能接受的外部負(fù)荷指令（ADS及運(yùn)行人員設(shè)定負(fù)荷指令。f調(diào)頻指令等），將機(jī)組的外部負(fù)荷指令處理成能夠接受的機(jī)組負(fù)荷指令P0。（2）機(jī)組最大負(fù)荷/最小負(fù)荷限制。

24、運(yùn)行人員可根據(jù)運(yùn)行情況設(shè)置機(jī)組的最大/最小負(fù)荷限制值。（3）負(fù)荷要求指令的增/減閉鎖。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的某些故障，對(duì)實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)施增或減的方向的閉鎖，以防止故障的危害進(jìn)一步擴(kuò)大。2機(jī)爐主控制器機(jī)爐主控制器的主要任務(wù)是產(chǎn)生各種控制策略和控制方式的切換?？刂撇呗允乔梆伩刂?、反饋控制、非線性元件以及多變量控制理論的應(yīng)用。 機(jī)爐主控制器主要有以下兩個(gè)部分組成：（1）機(jī)爐正常運(yùn)行情下的負(fù)荷指令PB、PT的形成。 （2）機(jī)爐的實(shí)際負(fù)荷指令PB、PT的形成。3.2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方式在單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)設(shè)計(jì)多種控制方式，尤其是汽輪機(jī)側(cè)或鍋爐側(cè)出

25、現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)地?zé)o擾動(dòng)切換成其他控制方式。不同的機(jī)組，控制方式有所不同，本機(jī)組有以下幾種運(yùn)行方式和控制方式。1 定壓運(yùn)行方式單元機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí)有4種機(jī)爐負(fù)荷控制方式。（1）基本控制方式。當(dāng)機(jī)組由于某些故障（如主燃料跳閘MFT）不能正常運(yùn)行時(shí)，常采用此種控制方式。（2）鍋爐跟隨控制方式。當(dāng)爐側(cè)主機(jī)和輔機(jī)運(yùn)行正常，而汽輪機(jī)側(cè)主機(jī)或輔機(jī)有某些不正常情況而使機(jī)組不能達(dá)到額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，常采用此種控制方式。（3）汽輪機(jī)跟隨控制方式。當(dāng)機(jī)組汽輪機(jī)側(cè)主機(jī)和輔機(jī)運(yùn)行正常，而鍋爐側(cè)主機(jī)或輔機(jī)有某些不正常情況而使機(jī)組不能達(dá)到額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，常采用此種控制方式。（4）協(xié)調(diào)控制方式。當(dāng)單元機(jī)組鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)主機(jī)

26、和輔機(jī)均處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，且機(jī)、爐主控制器均投入自動(dòng)的情況下，機(jī)組可采用協(xié)調(diào)控制方式。2 滑壓運(yùn)行方式單元機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí)有兩種機(jī)爐負(fù)荷控制方式：（1）鍋爐跟隨控制方式。（2）協(xié)調(diào)控制方式。3.3負(fù)荷管理控制中心單元機(jī)組的負(fù)荷控制受到兩個(gè)方面的制約，一方面是電網(wǎng)的需求，另一方面是機(jī)組本身的能力。反映電網(wǎng)需求的有運(yùn)行人員的手動(dòng)給定負(fù)荷信號(hào)（一般按電網(wǎng)規(guī)定的負(fù)荷曲線操作），頻差信號(hào)以及來自中調(diào)的負(fù)荷要求。反映機(jī)組本身負(fù)荷能力的有機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和輔機(jī)狀態(tài)。負(fù)荷管理控制中心用來綜合這兩方面的信息，產(chǎn)生一個(gè)機(jī)組能接受的實(shí)際負(fù)荷指令P0，完成機(jī)組與電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)。負(fù)荷管理控制中心功能框圖如圖10所示，從圖1

27、0可以看出，主要包括負(fù)荷指令的方式及處理部分，負(fù)荷要求指令的增/減閉瑣部分，機(jī)組最大負(fù)荷/最小負(fù)荷限制部分。3.3.1 機(jī)組最大負(fù)荷/最小負(fù)荷限制協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供機(jī)組最大/最小負(fù)荷限制值，運(yùn)行人員可通過設(shè)定器調(diào)整機(jī)組最大/最小負(fù)荷限制值，限制值的增減直接影響機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷指令等于最大或最小限制值，實(shí)際負(fù)荷指令不論要增加或減少都將受到閉鎖。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷指令等于由運(yùn)行人員設(shè)置的最大/最小負(fù)荷限制值時(shí)，設(shè)定器上的限制紅燈點(diǎn)亮。最大/最小負(fù)荷限制值將分別通過小值選擇器和大值選擇器，起到限制機(jī)組最大負(fù)荷及最小負(fù)荷的作用。3.3.2 負(fù)荷要求指令的增/減閉鎖在機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生某種故障時(shí)，使機(jī)組實(shí)

28、際負(fù)荷的增減受到限制。例如輸煤管道或噴燃器堵塞，風(fēng)機(jī)擋板卡住、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障等，這類設(shè)備工作異常，常會(huì)造成燃料量、空氣量、給水量運(yùn)行參數(shù)的偏差增加。如果對(duì)這些運(yùn)行參數(shù)的偏差大小和方向進(jìn)行監(jiān)視，就可判斷設(shè)備工作是否異常，是否出現(xiàn)故障。這樣就可以根據(jù)運(yùn)行參數(shù)的偏差大小和方向?qū)?shí)際負(fù)荷指令實(shí)施增或減方向的閉鎖，以防止故障的危害進(jìn)一步擴(kuò)大。增閉鎖是由轉(zhuǎn)換器T9和小值選擇器實(shí)現(xiàn)，減閉鎖是由轉(zhuǎn)換器T8和大值選擇器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)只有轉(zhuǎn)換器T8切換在A端時(shí)，負(fù)荷指令不能減只能升。當(dāng)只有切換器T9切換在A端時(shí)，負(fù)荷要求指令不能增只能減，增減負(fù)荷的幅度決定與最大最小負(fù)荷限制設(shè)定器的取值。當(dāng)T8、T9都置為A端時(shí)負(fù)荷指令處于保持狀態(tài)。切換器T8或T9切換到A端是自動(dòng)進(jìn)行的，切換器T9