單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)

1、單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)單元機組協(xié)調控制系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 發(fā)電機組控制發(fā)電機組控制 有功功率和無功功率的調節(jié)有功功率和無功功率的調節(jié) 有功功率有功功率: 通過調汽機的進汽量（改變發(fā)電機功率角）調節(jié)有功功率。(機組提供的有功功率小于負荷時，系統(tǒng)頻率下降。)無功功率無功功率: 通過調節(jié)勵磁電流達到無功功率的平衡。(機組提供的無功功率小于無功功率負荷時，電壓下降。) 一一 、單元機組控制問題、單元機組控制問題 單元機組的輸出電功率（有功功率）（有功功率）與電網負荷要求是否一致反映了機組與外部電網之間能量供求的平衡關系，而主蒸汽壓力反映了單元機組內的鍋爐與汽輪機、發(fā)電機之間能量供求的平衡關系。

2、 機組的輸出電功率PE和主蒸汽壓力pT是單元機組控制的兩個主要參數(shù)。 二、二、 單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)基本組成單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)基本組成 協(xié)調控制級基礎控制級機爐主控制器給水空氣燃料鍋爐汽輪機、發(fā)電機鍋爐控制系統(tǒng)汽輪機控制系統(tǒng)主蒸汽壓力給定值po負荷指令處理回路ADS指令值班員指令外部負荷指令電網頻率主蒸汽壓力pT實際負荷指令P0機組輸出電功率PE圖131 單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)的組成單元機組負荷控制系統(tǒng)子控制系統(tǒng)進汽量鍋爐指令BD汽輪機指令TDAGC（Automatic Generation Control） 電網能量管理系統(tǒng)Energy Manage System(EMS)遠程終端單元Rem

3、ote Terminal UnitRTU協(xié)調控制系統(tǒng)Coordinate Control System（CCS）RTUDCS電網通信AGC幾種方案 三、機組負荷控制系統(tǒng)被控對象動態(tài)特性三、機組負荷控制系統(tǒng)被控對象動態(tài)特性 +BT+GNT(s)GPT(s)GNB(s)GPB(s)PEpT汽輪機控制系統(tǒng)鍋爐控制系統(tǒng)TDBD圖132 負荷被控對象方框圖GNT(s)汽輪機調門開度T對機組輸出電功率PE的傳遞函數(shù) GPT(s) 汽輪機調門開度T對主蒸汽壓力pT 的傳遞函數(shù)GNB(s) 燃燒率B對機組輸出電功率PE的傳遞函數(shù) GPB(s) 燃燒率B對主蒸汽壓力pT的傳遞函數(shù)單元機組1. 單元機組的動態(tài)特性

4、單元機組的動態(tài)特性 圖133 單元機組被控對象動態(tài)特性TTBtttpTtPE（a）BtTtBtpTpTtPE（b）機前壓力維持不變條件下，測的利用燃料調負荷2. 負荷控制系統(tǒng)被控對象動態(tài)特性負荷控制系統(tǒng)被控對象動態(tài)特性 對于鍋爐側，由于各控制系統(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，因此可假設它們配合協(xié)調，能及時跟隨鍋爐指令BD，接近理想隨動系統(tǒng)特性，故有B=BD。 對于汽輪機側，如果汽輪機控制系統(tǒng)采用純液壓調速系統(tǒng)，則汽輪機指令TD就是調門開度T，TTD。這樣，負荷控制系統(tǒng)的廣義被控對象的動態(tài)特性與單元機組的動態(tài)特性相同。 如果汽輪機控制系統(tǒng)采用功頻電液控制系統(tǒng)，則汽輪機指令TD就

5、是汽輪機功率指令。這樣，廣義被控對象的動態(tài)特性會有很大改變。 +BT+GNT(s)GPT(s)GNB(s)GPB(s)PEpTGT(s)鍋爐控制系統(tǒng)TDBD圖134 汽輪機采用功頻電液控制系統(tǒng)時廣義被控對象方框圖GT(s)功頻調節(jié)器；nT汽輪機轉速；n0轉速給定值；n轉速不等率_+1/n+n0nT+BDTDtttpTtPE圖135 汽輪機采用功頻電液控制系統(tǒng)時廣義被控對象動態(tài)特性（a）BtTttpTpTtPE（b）TDBD第二節(jié) 負荷指令處理回路 負荷指令處理回路的主要作用是：對外部負荷要求指令進行選擇并根據(jù)機組運行情況進行處理，使之轉變?yōu)橐粋€適合于機、爐運行狀態(tài)的實際負荷指令P0。同時根據(jù)機

6、組的運行方式，產生主蒸汽壓力給定值po。 一、正常工況下負荷指令處理一、正常工況下負荷指令處理 在機組的設備及主要參數(shù)都正常的情況下，機組通常接受的三個外部負荷指令為：電網調度所的負荷分配指令ADS、值班員手動指令（就地負荷指令）和電網調頻所需負荷指令。 正常工況下，負荷指令一般受到以下限制： 負荷指令變化速率限制負荷指令變化速率限制 運行人員所設定的最大、最小負荷限制運行人員所設定的最大、最小負荷限制 圖136 正常工況下負荷指令處理原則性方案輸出YPs0%速率限制回路中調指令電網頻率就地指令f變化率限制值f0頻率給定值ADSaf最小負荷Pmin最大負荷Pmaxf(x)AfAAP0實際負荷指

7、令A變化率限制值 MW/min1kN0輸 出 輸入1速率限制回路原理圖（a）（b）T3T1T4輸出等于輸入1輸入YT2為了安全和穩(wěn)態(tài)運行，幅度在3負荷死區(qū)0.033HZ(2r/min)二、異常工況下的負荷指令處理二、異常工況下的負荷指令處理 當機組的主機、主要輔機或設備發(fā)生故障，影響當機組的主機、主要輔機或設備發(fā)生故障，影響到機組的帶負荷能力或危及機組的安全運行時，就到機組的帶負荷能力或危及機組的安全運行時，就要對機組的實際負荷指令進行必要的處理，以防止要對機組的實際負荷指令進行必要的處理，以防止局部故障擴大到機組其他處，以保證機組能夠繼續(xù)局部故障擴大到機組其他處，以保證機組能夠繼續(xù)安全、穩(wěn)定

8、地運行。安全、穩(wěn)定地運行。 單元機組的主機、主要輔機或設備的故障原因有兩類：單元機組的主機、主要輔機或設備的故障原因有兩類： 第一類為跳閘或切除，如某臺風機跳閘等，這類故障的來第一類為跳閘或切除，如某臺風機跳閘等，這類故障的來源是明確的，可根據(jù)切投狀況加以確定。源是明確的，可根據(jù)切投狀況加以確定。 第二類為工作異常，其故障來源是不明確的，無法直接確第二類為工作異常，其故障來源是不明確的，無法直接確定，只能通過測量有關運行參數(shù)的偏差間接確定。定，只能通過測量有關運行參數(shù)的偏差間接確定。 對機組實際負荷指令的處理方法有四種：負荷返回（Run Back ，RB）；快速負荷切斷 (Fast Cut B

9、ack，F(xiàn)CB，快速甩負荷)；負荷閉鎖增/減(Block Increase/ Block Decrease，BI/BD) 和負荷迫升/迫降 (Run Up/ Run Down，RU/RD)。其中，負荷返回RB和快速負荷切斷FCB是處理第一類故障的，負荷閉鎖增減BI/BD和負荷迫升迫降RU/RD是處理第二類故障的。 1負荷返回RB 又稱輔機故障減負荷或甩負荷，其主要作用是：根據(jù)主要輔機的切投狀況，計算出機組的最大可能出力值。若實際負荷指令大于最大可能出力值，則發(fā)生負荷返回，將實際負荷指令降至最大可能出力值，同時規(guī)定機組的負荷返回速率。 因此，負荷返回回路具有兩個主要功能：計算機組的最大可能出力值

10、；規(guī)定機組的負荷返回速率。 （1）最大可能出力值的計算最大可能出力值的計算 當鍋爐和汽輪發(fā)電機組運行正常時，機組的最當鍋爐和汽輪發(fā)電機組運行正常時，機組的最大可能出力值與主要輔機的切投狀況直接有關，大可能出力值與主要輔機的切投狀況直接有關，主要輔機跳閘或切除，最大可能出力值就會減小。主要輔機跳閘或切除，最大可能出力值就會減小。因此機組的最大可能出力由投入運行的主要輔機因此機組的最大可能出力由投入運行的主要輔機的臺數(shù)確定。應隨時計算最大可能出力值，并將的臺數(shù)確定。應隨時計算最大可能出力值，并將它作為機組實際負荷指令的上限。它作為機組實際負荷指令的上限。 機組的主要輔機設備有風機（送、引風機）、機

11、組的主要輔機設備有風機（送、引風機）、給水泵（電動、汽動給水泵）、鍋爐循環(huán)水泵，給水泵（電動、汽動給水泵）、鍋爐循環(huán)水泵，空氣預熱器以及汽輪機或電氣側設備等。因此，空氣預熱器以及汽輪機或電氣側設備等。因此，負荷返回負荷返回RB的主要類型包括送風機的主要類型包括送風機RB、引風機、引風機RB、一次風機、一次風機RB、給水泵、給水泵RB、磨煤機、磨煤機RB等。等。 對于某一臺輔機，都有一個對應機組容量的負荷百分數(shù)。根據(jù)共同運行的臺數(shù)，將它們的負荷百分數(shù)相加，即可確定該種輔機所能承擔的最大可能出力。 例如，一臺鍋爐配用兩臺容量百分數(shù)為50%的送風機，兩臺同時運行時，帶100%負荷。若其中一臺退出運行

12、，則由送風機決定的機組最大可能出力值就減小到50%。又如，配用五臺容量百分數(shù)為25%的磨煤機，由磨煤機決定的機組最大可能出力值為n25%，其中n為投人運行的臺數(shù)。當n4時，最大可能出力值為100。再如，若配用三臺給水泵，其中兩臺容量百分數(shù)為50，一臺為30，則根據(jù)不同投運臺數(shù)的組合，由給水泵決定的機組最大可能出力值有100、80、30幾檔，其他輔機以此類推。 從各種輔機負荷百分數(shù)中選出最小值，就是機組的最大可能出力值。 FSSS（furnace safeguard supervisory system）系統(tǒng)根據(jù)RB目標值將部分磨煤機切除，保留與機組負荷相適應的磨煤機臺數(shù)。送風機（或引風機、一次

13、風機）RB發(fā)生時，一般需要切掉對應側的其他風機，以保證爐膛負壓穩(wěn)定。若風機的執(zhí)行機構動作及時，也可以將對應側的其他風機快關，以保證機組輔機RB發(fā)生之后能夠快速恢復正常調節(jié)。 當發(fā)生負荷返回時，會自動切換機組的運行方式。若鍋爐輔機發(fā)生跳閘而產生負荷返回，則機組將以汽輪機跟隨方式運行，這時因為此時鍋爐擔負機組負荷能力受到限制。同理，若汽輪機輔機發(fā)生跳閘而產生負荷返回，則機組將以鍋爐跟隨方式運行。 （2）負荷返回速率的規(guī)定）負荷返回速率的規(guī)定 當機組的主要輔機跳閘或切除時，最大出力階躍下降，這對于機組來說是一個較大的沖擊，為保證負荷返回過程中機組能安全、穩(wěn)定地繼續(xù)運行，所以必須對最大可能出力值的變化

14、速率進行限制。 0TTf(x)A送風機A運行TTA送風機B運行f(x)引風機A運行引風機B運行TTAf(x)空氣預熱器A運行空氣預熱器B運行TTAf(x)汽泵A轉數(shù)2kr/min同時汽泵A出口門開汽泵B轉數(shù)2kr/min同時汽泵B出口門開TA電泵運行RB 目標值（MW）TTAf(x)一次風機A運行一次風機B運行RB 返回速率（MW/min）圖137 負荷返回回路2負荷快速切斷負荷快速切斷FCB 負荷快速切斷負荷快速切斷FCB（又稱快速甩負荷）的作用是（又稱快速甩負荷）的作用是當機組突然與電網解列（送電負荷跳閘），或發(fā)當機組突然與電網解列（送電負荷跳閘），或發(fā)電機、汽輪機跳閘時，快速切斷負荷指令

15、，實現(xiàn)電機、汽輪機跳閘時，快速切斷負荷指令，實現(xiàn)機組快速甩負荷。機組快速甩負荷。 主機跳閘的負荷快速切斷通?？紤]兩種情況： 一種是送電負荷跳閘，機組仍維持廠用電運行，即不停機一種是送電負荷跳閘，機組仍維持廠用電運行，即不停機不停爐；不停爐； 另一種是發(fā)電機跳閘、汽輪機跳閘，由旁路系統(tǒng)維持鍋另一種是發(fā)電機跳閘、汽輪機跳閘，由旁路系統(tǒng)維持鍋爐繼續(xù)運行，即停機不停爐。負荷指令應快速切到爐繼續(xù)運行，即停機不停爐。負荷指令應快速切到0（鍋（鍋爐仍維持最小負荷運行）。爐仍維持最小負荷運行）。 負荷快速切斷回路的功能與實現(xiàn)和負荷返回回路相似，只不過減負荷的速率要大得多。 3負荷閉鎖增負荷閉鎖增/減減BI/B

16、D 第二類故障會造成諸如燃料量、空氣量、給水流量等運行參數(shù)的偏差增大。 負荷閉鎖增減指的是，當機組在運行過程中，如果出現(xiàn)下述任一種情況： （1）任一主要輔機已工作在極限狀態(tài)，比如給風機等工作在最大極限狀態(tài)； （2）燃料量、空氣量、給水流量等任一運行參數(shù)與其給定值的偏差已超出規(guī)定限值。 認為設備工作異常，出現(xiàn)故障。該回路就對實際負荷指令加以限制，即不讓機組實際負荷指令朝著超越工作極限或擴大偏差的方向進一步變化，以防止事故的發(fā)生，直至偏差回到規(guī)定限值內才解除閉鎖，這就是所謂的負荷指令閉鎖或負荷閉鎖。負荷指令閉鎖分閉鎖增BI（實際負荷指令上升方向被閉鎖）和閉鎖減BD（實際負荷指令下降方向被閉鎖）。

17、引起機組實際負荷指令閉鎖的原因主要有：（1）閉鎖增BI1） 負荷BI：機組實際負荷指令達到運行人員手動設定的最大負荷限制值，或機組輸出電功率小于機組實際負荷指令，且二者偏差大于允許值；2） 主蒸汽壓力BI：汽輪機負荷達到最大值，或在鍋爐跟隨方式下，機前主蒸汽壓力小于給定值，且二者偏差大于允許值；3） 燃料BI：燃料指令達到高限（給煤機工作在最大極限狀態(tài)），或燃料量小于燃料指令，且二者偏差大于允許值；4） 給水泵BI：給水泵輸出指令達到高限，或給水量小于給水指令，且二者偏差大于允許值；5） 送風機BI：送風機輸出指令達到高限，或風量小于風量指令，且二者偏差大于允許值；6） 引風機BI：引風機輸出

18、指令達到高限，或爐膛壓力高于給定值，且二者偏差大于允許值；7） 一次風機BI：一次風機輸出指令達到高限，或一次風壓小于給定值，且二者偏差大于允許值。 實際負荷指令為最大負荷限制值BI圖138 負荷閉鎖增 BI邏輯圖輸出電功率小于實際負荷指令一定限值汽機負荷達到最大鍋爐跟隨方式主蒸汽壓力小于給定值一定限值燃料指令達到高限燃料量小于燃料指令一定限值給水泵輸出指令達到高限給水量小于給水指令一定限值送風機輸出指令達到高限送風量小于風量指令一定限值引風機輸出指令達到高限爐膛壓力高于給定值一定限值一次風機輸出指令達到高限一次風壓小于給定值一定限值11111111& 4負荷迫升、迫降負荷迫升、迫降R

19、U/ RD 對于第二類故障，采取負荷閉鎖增/減BI/BD措施是機組安全運行的第一道防線。當采用BI/BD措施后，監(jiān)測的燃料量、空氣量、給水流量等運行參數(shù)中的任一參數(shù)依然偏差增大，這樣需采取進一步措施，使負荷實際負荷指令減小增大，直到偏差回到允許范圍內。從而達到縮小故障危害的目的。這就是實際負荷指令的迫升迫降RU/ RD，負荷迫升/迫降是機組安全運行的第二道防線。 通常，下列情況之一發(fā)生，則產生實際負荷指令迫降RD：1）燃料RD：燃料指令達到高限（給煤機工作在最大極限狀態(tài)），同時燃料量小于燃料指令的偏差大于允許值；2）給水RD：給水泵輸出指令達到高限（給水泵工作在最大極限狀態(tài)），同時給水量小于給

20、水指令的偏差大于允許值；3）送風機RD：送風機輸出指令達到高限（送風機工作在最大極限狀態(tài)），同時風量小于風量指令，且二者偏差大于允許值；4）引風機RD：引風機輸出指令達到高限（引風機工作在最大極限狀態(tài)），同時爐膛壓力高于給定值，且二者偏差大于允許值；5）一次風機RD：一次風機輸出指令達到高限（一次風機工作在最大極限狀態(tài)），同時一次風壓小于給定值，且二者偏差大于允許值。 調頻投入PmaxYADSA手動設定PminBDBIRURB速率RD/RU速率熱應力限制手動速率fP0RB目標值AATTTRDT速率限制回路TRBTRD或RUATf(x)A0%T圖139 負荷指令處理回路原則性構成功能框圖YNNA

21、A100%0%AY單元機組連鎖（三個層次）單元機組連鎖（三個層次）（1）RB： 由CCS發(fā)出 CCS和FSSS協(xié)調動作（2）FCB:電氣或CCS發(fā)出（3）機組跳閘全停鍋爐主燃料跳閘（MFT）鍋爐MFT條件汽輪機跳閘條件發(fā)電機跳閘條件1停機鍋爐低負荷運行投旁路YN機組快速甩負荷FCB汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）發(fā)電機保護跳閘主斷路器跳閘電網故障不成功成功帶廠用電鍋爐低負荷運行第三節(jié)第三節(jié) 機爐主控制器機爐主控制器 機爐主控制器是由汽輪機主控制器機爐主控制器是由汽輪機主控制器(TM，Turbine Master)和鍋爐主控制器（和鍋爐主控制器（BM，Boiler Master）兩部分組成。）兩部分

22、組成。 機爐主控制器主要作用是：機爐主控制器主要作用是：（1）根據(jù)機組運行的條件和要求，選擇合適的負荷控制方）根據(jù)機組運行的條件和要求，選擇合適的負荷控制方式；式；（2）接受）接受P0、PE、pT和和p0信號，并按照選擇的負荷控制方信號，并按照選擇的負荷控制方式將這些信號送到機爐主控制器中的相應控制回路中，控式將這些信號送到機爐主控制器中的相應控制回路中，控制回路經過控制運算給出鍋爐指令制回路經過控制運算給出鍋爐指令BD和汽機指令和汽機指令TD，從，從而完成負荷控制任務。而完成負荷控制任務。 負荷控制方式：機爐分別控制方式和機爐協(xié)調控制方式。負荷控制方式：機爐分別控制方式和機爐協(xié)調控制方式。

23、一、機爐分別控制方式一、機爐分別控制方式1、鍋爐跟隨方式、鍋爐跟隨方式 由汽輪機側調功率，鍋爐側調汽壓。 P0改變時，汽輪機主控制器先發(fā)出改變調門開度的TD，改變汽輪機的進汽量，使機組PE迅速與P0趨于一致。調門開度改變后pT隨即變化，這時，鍋爐主控制器根據(jù)汽壓偏差發(fā)出BD，改變鍋爐的燃燒率（及相應的給水流量），使pT恢復到給定值p0，最后穩(wěn)態(tài)時，PEP0，pTp0。 當燃燒率擾動（內擾）時，汽壓變化而產生偏差，蒸汽流量也變化。汽輪機側為了保持輸出電功率不變而要動作調門，其結果將進一步加劇汽壓的變化，使偏差增大，造成較大的汽壓波動。 +BT+GNT(s)GPT(s)GNB(s)GPB(s)PE

24、pT汽輪機控制系統(tǒng)鍋爐控制系統(tǒng)TDBD圖1310 鍋爐跟隨方式方框圖GTM(s)GBM(s)P0+p0pTBDTDp0PIPEP0PI圖139 鍋爐跟隨方式 鍋爐跟隨方式一般用于蓄熱能力相對較大的中，小型汽包鍋爐機組。母管制運行機組常采用這種方式。 大型單元機組蓄熱能力相對較小，尤其是直流鍋爐機組在負荷變化較劇烈的場合，正常情況下一般不采用這種負荷控制方式。鍋爐跟隨方式在大型單元機組負荷控制中只是作為一種輔助運行方式。一般當鍋爐側正常，機組輸出電功率因汽輪機側的原因而受到限制時，如汽輪機側的主、輔機或控制系統(tǒng)故障，汽輪機控制系統(tǒng)處于手動狀態(tài)，常采用鍋爐跟隨方式來維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。 2、汽輪機

25、跟隨方式 +BTGNT(s)GPT(s)GNB(s)GPB(s)PEpT汽輪機控制系統(tǒng)鍋爐控制系統(tǒng)TDBD圖1312 汽輪機跟隨方式方框圖GTM(s)GBM(s)P0+p0pTBDTDp0PIPEP0PI圖1311 汽輪機跟隨方式 鍋爐調節(jié)機組的輸出電功率、汽輪機調節(jié)汽壓。 當P0改變時，鍋爐主控制器先發(fā)出改變鍋爐的燃燒率的指令BD。pT改變后，汽輪機主控制器發(fā)出改變調門開度的指令TD，從而改變進入汽輪機的蒸汽流入量，使機組輸出電功率PE改變，并與實際負荷指令P0趨于一致。最后穩(wěn)態(tài)時，PEP0，pTp0。 當燃燒率擾動時，汽壓變化而產生偏差，蒸汽流量也變化，機組輸出電功率隨之變化。汽輪機主控制

26、器為了保持汽壓而要動作調門，其結果將進一步加劇蒸汽流量的變化，使機組輸出電功率的變化加劇，偏差增大。造成較大的輸出電功率波動。 機組負荷響應速度慢，不利于帶變動負荷和參加電網調頻。這種負荷控制方式適用于帶基本負荷的單元機組，在一些特殊場合被使用，如：（1）新機組剛投人運行，機組特性尚未完全掌握的情況下；（2）鍋爐出力小于汽輪機出力，而且想讓機組帶最大可能的負荷運行時；（3）在鍋爐側發(fā)生主機、輔機及控制系統(tǒng)故障，鍋爐控制系統(tǒng)投入手動運行時；（4）機組啟動過程中采用滑壓升負荷，當汽壓達到額定值后，進行定壓升負荷。 鍋爐跟隨汽機跟隨電功率汽壓電功率汽壓負荷擾動響應快波動大響應慢波動小燃燒率擾動波動小

27、波動大波動大波動小3、其它方式 某些特殊條件下，機爐主控制器需要部分或全部切除自動控制，轉為手動操作。在單元機組的啟動和停止階段，以及設備問題不能承擔輸出電功率自動控制任務時，將輸出電功率自動控制作用切除，轉為操作員手動操作。對于鍋爐跟隨方式，汽輪機主控制器切為手動，操作員手動改變汽機主控指令，調節(jié)機組輸出功率，而汽壓仍由鍋爐側進行自動控制。對于汽輪機跟隨方式，鍋爐主控制器切為手動狀態(tài)，由操作員手動改變鍋爐主控指令，調節(jié)機組的輸出電功率，而汽壓仍由汽輪機側進行自動控制。以上兩種方式，跟隨特點沒變，只是手動代替主控制器的自動控制，通常叫不帶功率控制的鍋爐跟隨方式和汽輪機跟隨方式。機爐主控制器全部

28、解除自動控制，轉為手動控制，主控指令由操作員手動改變，各自維持各子系統(tǒng)的運行參數(shù)穩(wěn)定，而不參與機組輸出功率和汽壓的自動控制，負荷自動控制系統(tǒng)相當于被切除，這種方式稱為基本控制方式。 二、機爐協(xié)調控制方式 沒有考慮機組的動態(tài)特性，并忽視了機爐之間的內在相互關聯(lián)性，因此對帶變動負荷的單元機組來說，其在輸出電功率和汽壓的控制性能方面存在顧此失彼的問題。機爐協(xié)調控制是將鍋爐和汽輪機作為有機的整體進行系統(tǒng)設計，以解決負荷響應快速性和汽壓運行穩(wěn)定問題，由此要考慮汽輪機側和鍋爐側同時兼有調功和調壓的雙重任務。 PE反映了機組對外能量的輸出量，故為外部參數(shù)，要迅速適應負荷變化的需要。pT反映機、爐之間用汽和產

29、汽的能量平衡與否以及機組蓄能大小，是機爐運行是否協(xié)調的一個主要指標。 從機組的動態(tài)特性知：從燃燒率改變到機組輸出電功率變化有較大的慣性和遲延，如果只依靠鍋爐側的調節(jié)，必然不會獲得迅速的負荷響應，而汽輪機調門動作可使機組釋放部分蓄能，輸出電功率暫時迅速增加。 為提高負荷響應能力，在保證機組安全運行（即汽壓在允許范圍內變化）前提下，充分利用機組的蓄熱能力，加快機組初期負荷的響應速度。與此同時，加強對鍋爐側燃燒率的調節(jié)，及時恢復蓄能，使蒸發(fā)量保持與機組負荷一致。 協(xié)調控制系統(tǒng)的設計思想，就在于蓄能的合理利用和補償，也就是：（1）充分利用鍋爐的蓄能，又要相應限制這種利用；（2）補償蓄能，動態(tài)超調鍋爐的

30、能量輸入。 協(xié)調控制系統(tǒng)的控制策略，在于盡可能減少和消除鍋爐、汽輪機動作間的相互影響，采用擾動補償、自治或解耦的控制原則。 擾動應由擾動側的控制回路自行快速消除，而非擾動側的控制回路應少動或不動，以利于動態(tài)過程的穩(wěn)定。 為了提高負荷響應能力，在協(xié)調控制系統(tǒng)中多采用前饋控制技術。同時為了保證充分利用蓄熱能力，并使汽壓不超過允許范圍，協(xié)調控制系統(tǒng)還引入了一些非線性環(huán)節(jié)。 因此協(xié)調控制是以前饋反饋控制為主的多變量控制系統(tǒng)，其中反饋控制是負荷控制的基礎，通過它來確保機組內、外兩個能量供求平衡關系，前饋控制主要是為了補償機組的動態(tài)遲延，加快負荷響應。而非線性環(huán)節(jié)的引入是為了合理地利用機組蓄熱能力。 1、

31、以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng) pTBDTDp0PIPEP0PI圖1313 以汽輪機跟隨方式為基礎 的協(xié)調控制系統(tǒng)非線性環(huán)節(jié)的限幅值pmax即為主蒸汽壓力pT允許變化的范圍， 2、以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng) 從汽壓偏差對汽輪機調門的限制作用可見，盡管這樣可使汽壓波動不超過允許范圍，但同時也減慢了輸出電功率的響應速度，實質上是以降低輸出電功率響應性能作為代價來換取汽壓控制質量的提高。 BDpTTDp0PIPEP0PI圖1314以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)A3、綜合型協(xié)調控制系統(tǒng) pTp0PEP0BDTDPIPIAPD4、負荷指令間接平衡的協(xié)調控制系統(tǒng)、負荷指令間接平衡的協(xié)調控制系統(tǒng) 由于

32、鍋爐的動態(tài)遲延和慣性是影響單元機組負荷特性的主要制約因素。因此，前饋控制的重點是鍋爐側。前饋信號來源有兩種： (1) 按負荷指令進行的前饋控制，負荷指令反映電網對機組的負荷要求，將負荷指令作為鍋爐側的前饋信號，可加速平衡汽輪機與鍋爐之間能量供求關系，進而加快鍋爐側的負荷響應速度； （2）按蒸汽流量進行前饋控制，蒸汽流量反映汽輪機對鍋爐的負荷要求，將蒸汽流量作為鍋爐側的前饋信號，也可加快鍋爐側的負荷響應速度。因此，雖然前饋信號不同，但作用都是使鍋爐的輸入能量與能量要求隨時保持平衡，也就是使機爐之間能量保持平衡。 P0pTBDTDPEp0DKID KPI圖1316 負荷指令間接平衡的協(xié)調控制系統(tǒng)以

33、汽輪機跟隨為基礎的一種協(xié)調控制方式。鍋爐側是以P0(1+d/dt)作為前饋信號，形成對鍋爐側的前饋控制作用。比例作用使得燃燒率與指令始終保持一致，微分作用用于補償鍋爐的動態(tài)遲延和慣性，加速鍋爐的負荷響應。 鍋爐側以功率偏差作為反饋信號，對功率偏差進行積分來校正鍋爐指令BD，以保證機組的功率偏差在穩(wěn)態(tài)時為零。此外，還根據(jù)汽壓偏差來修正指令BD，即通過調整鍋爐燃燒率來減少汽壓波動。如當pT低于給定值時，應增大燃燒率使鍋爐蓄能增加，使pT上升。鍋爐指令為 穩(wěn)態(tài)時，積分控制使得PEP0，若汽壓偏差為零，則BDP0 。 010001(1)()()TIEBDs PK ppK PPPs 汽輪機側以汽壓偏差作

34、為反饋信號，形成對汽輪機側的PI反饋控制。而功率偏差作為前饋信號用來修正壓力給定值。當P0改變時，引起壓力給定值的改變，控制器發(fā)出的汽機指令TD的改變。這樣能充分利用鍋爐的蓄熱能力提高機組負荷響應速度。 汽輪機側的PI調節(jié)器可保證穩(wěn)態(tài)時，其調節(jié)器輸入端信號的代數(shù)和近似為零，于是有 00(1)()0ETs PPK pp001()TEppPPK 當P0增加時，P0PE立即增加，暫時減少壓力給定值，這時汽輪機側的PI調節(jié)器輸出立即增大調門開度指令TD，增大機組輸出電功率。 P0 作為前饋信號送到機、爐控制回路中，使機、爐同時改變負荷，保證快速響應外界負荷要求。 當燃燒率干擾為增加時，使pT上升，使得

35、PE增加，由于中間再熱機組功率滯后較大， pT 的反應比PE 靈敏，在擾動初期，汽輪機調門將開大，又對汽輪機是一擾動，使得PE增加。這種協(xié)調控制系統(tǒng)消除鍋爐燃燒內擾能力相對較差。汽輪機汽機調門產生擾動時， pT 與PE變化方向相反，一般控制回路能較快消除擾動。5、以能量平衡信號為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)、以能量平衡信號為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng) 以能量平衡信號為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)是一種以汽輪機能量需求信號為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)，其出發(fā)點是在任何工況下保證鍋爐輸入能量與汽輪機需求能量相適應。 汽輪機耗汽量可作為對鍋爐輸入能量的要求信號，以保持鍋爐產能與汽輪機耗能隨時平衡，從而實現(xiàn)機、爐間的基本協(xié)調。汽輪機對鍋

36、爐的能量要求信號也稱能量平衡信號。 調節(jié)級壓力p1可以代表進入汽輪機的實際蒸汽流量，因此用p1 作為對鍋爐的能量要求信號。但僅采用p1 作為前饋信號將對主蒸汽壓力pT造成動態(tài)正反饋作用。 如燃燒率增加，使主蒸汽壓力pT 上升，會使調節(jié)級壓力p1 上升，這樣采用p1 前饋作用會使燃燒率進一步增加。由此可見， p1 并不總是代表汽機的能量要求，因此單引p1 作鍋爐前饋信號，很少采用。 為了克服正反饋，應以汽輪機的能量需求信號而不是實際的消耗能量信號作為對鍋爐的能量要求信號，即應以蒸汽流量的需求（稱為目標蒸汽流量）而不是實際蒸汽流量作為鍋爐的前饋控制信號。為此必須對p1進行修正，以形成目標蒸汽流量信

37、號。目前有兩種修正法：壓力比修正法和壓力差修正。 下面介紹具有壓力比修正的能量平衡信號的構成。 能量平衡信號為p1p0/pT，壓力比p0/pT 為p1 的修正系數(shù)，它能克服動態(tài)過程中p1 正反饋，能量平衡信號準確地代表汽輪機的能量需求。 p1與pT 之比精確地表示汽輪機調門的有效流通面積或開度。即。T0時， p10； T Tmax 時， p1 p1max。 如果定壓運行時，p0為常數(shù)，則能量平衡信號與調門開度之間是線性關系，汽輪機能量需求也可由代表調門開度的壓力比p1 / pT表示。 如果滑壓運行時， p0 不是常數(shù)，則能量平衡信號與調門開度不是線性關系，代表調門開度的壓力比p1 / pT 不

38、能正確表示汽輪機能量需求，這時必須采用p1p0/pT 作為汽輪機的能量需求信號。 鍋爐側擾動對主蒸汽壓力pT和調節(jié)級壓力p1具有相似的影響，如燃燒率自發(fā)增加時， pT 上升， p1 也上升，而p1 / pT （調門開度）保持不變，能量平衡信號p1 p0/ pT不變，因而動態(tài)過程中正反饋作用消失。穩(wěn)態(tài)時，通過控制使得 pT p0 ， 故p1 p0/ pT p1，即能量需求等于實際消耗或目標蒸汽流量等于實際蒸汽流量。 由此可見，能量平衡信號p1 p0/ pT無論動態(tài)還是靜態(tài)都能準確地代表汽輪機的能量需求 。因此，能量平衡信號p1 p0/ pT 被廣泛應用于單元機組的協(xié)調控制中，形成了各種形式的協(xié)調

39、控制方案。 p1po /pTpTp1鍋爐指令BDpoK圖1317 以能量平衡信號為前饋信號的協(xié)調控制方案f(x)PPEKP0汽機指令TD一次調頻問題DEH 一次調頻一次調頻 CCS 一次調頻一次調頻 合理的一次調頻方法應由系統(tǒng)的頻率校正（調頻）功能及系統(tǒng)的調頻功能兩部分分別或一起作用來完成。因此衍生出幾種調頻方式： （）系統(tǒng)手動或間位控制方式時的一次調頻功能，（相當于以前同步器液調機組的一次調頻功能，）優(yōu)點是負荷響應速度很快，但由于非線性的閥門流量特性及不同參數(shù)運行的工況靜態(tài)上不能準確地達到參數(shù)指標的幅度要求。 （）系統(tǒng)功率回路自動方式時的頻率校正（調頻）功能，優(yōu)點是負荷響應速度快，靜態(tài)上也可

40、以達到參數(shù)指標的幅度要求，但是該狀態(tài)不能參加機組的及調節(jié)。 （）系統(tǒng)在遙控方式，汽輪機主控在手動方式時的一次調頻功能，此時相當于第 （1）種方式。 （）系統(tǒng)在遙控方式，汽輪機主控在調功方式時的頻率校正（調頻）功能，優(yōu)點是可以達到參數(shù)指標的幅度要求，但負荷響應速度慢。 （）方式時頻率校正（調頻）功能，此時相當于第（）種方式。（）以上方式主要是針對一些汽包鍋爐而言的，目前多數(shù)機組的一次調頻只能在機組方式下運行。 （）機組在或工況時，為了快速響應調度負荷，基本不使用汽輪機主控在調壓方式（直流鍋爐除外）上。一次調頻使得電網頻率明顯改善。為了安全和穩(wěn)態(tài)運行，幅度在3負荷死區(qū)0.033HZ(2r/min)

41、_主控指令e+Kfof+Po主控制器子控制系統(tǒng)機組PE電網_()0ooEK ffPP()/oEoffPPK發(fā)電機組一次調頻靜態(tài)特性PbbPoPEaffofbfPO二次調頻電網控制策略電網控制策略（1）定頻率控制 （2）定聯(lián)絡線功率控制（3）聯(lián)絡線功率頻率偏差控制0tADSPIPGfGfdt 0TACEPK f 0tADSPIPG ACEGACEdtRTUDCS電網通信超臨界機組協(xié)調控制系統(tǒng)實例超臨界機組協(xié)調控制系統(tǒng)實例 一、負荷指令處理回路一、負荷指令處理回路 1. 回路分析 （1） 目標負荷的選擇目標負荷的選擇 外部負荷指令有三種：ADS指令、運行人員手動設定目標負荷指令和電網頻率。目標負荷

42、的選擇由切換器T2實現(xiàn)。（2）負荷指令的形成）負荷指令的形成) ADS方式。 2）運行人員手動方式。ADS方式方式協(xié)調控制協(xié)調控制&S 1R 011ADS邏輯邏輯選擇遠方控制選擇遠方控制選擇本地手動設選擇本地手動設定定BIBDRD或或RBADS指令品質壞指令品質壞 當機組為基本方式、鍋爐跟隨方式或汽輪機跟隨方式中任一運行方式時，負荷指令跟蹤邏輯信號為“1”時，T3、T7的輸出信號將輸出電功率，此時，負荷指令跟蹤輸出電功率。 3臺磨煤機跳閘RB目標值目標值 RB或RD目標值生成實際負荷指令2臺磨煤機跳閘RBAYRD0%2臺磨煤機跳閘RB目標值AA空預器單側運行RB目標值A1臺一次風機跳閘

43、RB目標值A1臺引風機跳閘RB目標值A1臺送風機跳閘RB目標值A1臺汽泵RB目標值1臺汽泵跳閘RB電泵未聯(lián)啟A1臺RB目標值ANNNNNNNNYYYYYYYY3臺磨煤機跳閘RB空預器單側運行RB1臺一次風機跳閘RB1臺引風機跳閘RB1臺送風機跳閘RB1臺汽泵跳閘RB電泵聯(lián)啟T1T2T3T4T5T6T7T8T9該機組只設計RD功能，沒有設RU功能。具體考慮以下幾種情況負荷指令：）燃料）燃料RD：燃料主控輸出已達最大，而燃料量小于指令一定限值；）給水）給水RD：給水泵指令達最大，而給水流量小于指令一定限值；）送風）送風RD：送風機指令達最大，而空氣量小于指令一定限值；）引風）引風RD：引風機指令達最大，而爐膛壓力高于指令一定限值；）一次風）一次風RD：一次風機指令在最大，而風壓小于指令一定限值。 （5）頻率校正）頻率校正- -PmaxfP一次