機(jī)爐協(xié)調(diào)控制

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)大型單元機(jī)組的生產(chǎn)過程及其對(duì)控制的要求大型單元發(fā)電機(jī)組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。鍋爐的產(chǎn)熱、汽機(jī)的做功及發(fā)電機(jī)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(cuò)，有上千個(gè)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(jì)性，因此，大型機(jī)組的自動(dòng)化水平受到特別的重視。單元制機(jī)組熱力發(fā)電過程μN(yùn)TPTH§1單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)對(duì)象特性一、負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制任務(wù)：在保持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，快速響應(yīng)電網(wǎng)對(duì)機(jī)組負(fù)荷的需求。NpTBVsμμN(yùn)pTB負(fù)荷對(duì)象特性：GpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μN(yùn)pTBμN(yùn)pTB多變量對(duì)象特點(diǎn)：有自衡能力，機(jī)快爐慢，耦合嚴(yán)重；

爐側(cè)有蓄熱，燃料量的擾動(dòng)頻發(fā)。二、負(fù)荷控制基本方案1.鍋爐跟蹤方式（爐跟機(jī)）特點(diǎn)：系統(tǒng)響應(yīng)速度快，但機(jī)組穩(wěn)定性差。鍋爐汽機(jī)機(jī)調(diào)爐調(diào)PTNBGpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μN(yùn)pTBPIDPIDN0Ps2.汽機(jī)跟蹤方式（機(jī)跟爐）特點(diǎn)：機(jī)組穩(wěn)定性好，但系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。鍋爐汽機(jī)機(jī)調(diào)爐調(diào)PTNBGpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μN(yùn)pTBPIDPIDN0Ps3.解耦控制1）前饋補(bǔ)償法k22g22(s)k21g21(s)k12g12(s)k11g11(s)μ1y1y2μ2D21(s)D12(s)Gc2(s)Gc1(s)-++++++++++-只要使：就可是系統(tǒng)解耦，等效系統(tǒng)為k11g11(s)y1μ'1k22g22(s)y2μ'2Gc1(s)Gc2(s)前饋補(bǔ)償2）對(duì)角矩陣法G22(s)G21(s)G12(s)G11(s)μ1y1y2μ2D22(s)D21(s)D12(s)D11(s)μc1μc2GC2(s)GC1(s)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)選擇等效系統(tǒng)為G'11(s)y1μc1G'22(s)y2μc2Gc1(s)Gc2(s)可使兩個(gè)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(duì)象特性。但解耦網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，往往難以實(shí)現(xiàn)。4.機(jī)爐協(xié)調(diào)方式鍋爐汽機(jī)機(jī)調(diào)爐調(diào)PTNBPSN0GpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μN(yùn)pTBPIDPID以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的雙向補(bǔ)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(jī)為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（一）+μBμTPT_+_NE+N0鍋爐控制器P0汽機(jī)控制器鍋爐P0-PT汽機(jī)_(a)§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(fù)荷適應(yīng)性與運(yùn)行穩(wěn)定性，斜率的選擇取決于壓力偏差動(dòng)態(tài)校正的速度。以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的雙向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）+μBμTPT_+_NE+N0鍋爐控制器P0汽機(jī)控制器鍋爐P0-PT汽機(jī)_PD(b)F(t)為比例為分環(huán)節(jié)，有利于改善鍋爐對(duì)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。以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（一）__+μBμTPT_NE+N0P0汽機(jī)控制器鍋爐汽機(jī)(a)鍋爐控制器ΔPN0-NE以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）++PD(b)__+μBμTPT_NE+N0P0汽機(jī)控制器鍋爐汽機(jī)鍋爐控制器ΔPN0-NE 機(jī)爐間的能量平衡，以機(jī)前壓力Pt的穩(wěn)定為標(biāo)志。當(dāng)Pt維持在定值Ps時(shí)，就意味著機(jī)爐間達(dá)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(jí)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。二、直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

理論分析與試驗(yàn)研究表明，汽機(jī)第一級(jí)壓力P1與機(jī)前壓力PT的比值P1/PT可較好地反映汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度μ

。P1/PT信號(hào)用于檢測(cè)調(diào)節(jié)汽門開度不僅具有響應(yīng)快的特點(diǎn)，而且可克服直接測(cè)量汽機(jī)閥位存在的死區(qū)和非線性。

P1/PT×Ps是一種構(gòu)造的能量平衡信號(hào)，代表汽機(jī)對(duì)鍋爐的能量需求。在穩(wěn)定時(shí)，μ恒定，PT=Ps

，P1/PT×Ps=P1，代表了汽機(jī)需求的能量與進(jìn)入汽機(jī)的能量相等；在動(dòng)態(tài)中，Δμ>0，PT<Ps，則P1/PT×Ps>P1，代表了汽機(jī)需求的能量大于進(jìn)入汽機(jī)的能量；

Δμ<0，PT>Ps，則P1/PT×Ps

<

P1，代表了汽機(jī)需求的能量小于進(jìn)入汽機(jī)的能量。

1.直接能量信號(hào)

當(dāng)外界負(fù)荷指令N0增大時(shí)，P1/PT×Ps一般比負(fù)荷N0大，則這樣在動(dòng)態(tài)過程中，可動(dòng)態(tài)地多增加一些鍋爐的能量輸入，有利于及時(shí)補(bǔ)充被利用的鍋爐蓄能。

P1/PT×Ps信號(hào)的另一特點(diǎn)是不受鍋爐內(nèi)擾的影響。如鍋爐內(nèi)擾使PT上升，因μ未變，P1相應(yīng)增大，因此P1/PT基本保持不變。故以P1/PT×Ps作為鍋爐側(cè)的直接能量輸入信號(hào)，定量地建立了機(jī)爐之間的能量平衡供求關(guān)系，使機(jī)爐能夠協(xié)調(diào)動(dòng)作，滿足電網(wǎng)的負(fù)荷需求。2.直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(DEB)1)靜態(tài)平衡進(jìn)入鍋爐控制器入口的能量偏差信號(hào)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(jī)前壓力Pt等于壓力給定值的能力，而無(wú)需另加壓力校正調(diào)節(jié)器。

2)動(dòng)態(tài)過程在動(dòng)態(tài)過程中，汽包壓力的微分信號(hào)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(shí)鍋爐調(diào)節(jié)器入口偏差信號(hào)由于ef<0，使燃料量減少，加速Pt的回升。當(dāng)Pt開始回升時(shí)，提供了過程阻尼，使燃料量難以繼續(xù)增加，防止Pt出現(xiàn)過調(diào)，有助于變負(fù)荷過程的穩(wěn)定。由此可見，這種取消主壓力調(diào)節(jié)器的DEB系統(tǒng)不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所簡(jiǎn)化，而且利用汽包壓力微分起到使控制過程更加平穩(wěn)的作用。汽機(jī)能量需求信號(hào)直接作為鍋爐指令，與熱量反饋信號(hào)構(gòu)成燃料控制信號(hào)，可以更為直接、快速地實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐之間的動(dòng)靜態(tài)能量平衡。DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。DEB的獨(dú)特設(shè)計(jì)，將鍋爐、汽輪機(jī)相互影響的、復(fù)雜的、多變量的CCS系統(tǒng)，由單向解耦轉(zhuǎn)化為單變量系統(tǒng)。系統(tǒng)無(wú)需機(jī)前壓力閉環(huán)校正，結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單。（2）負(fù)荷響應(yīng)快。對(duì)燃煤汽包鍋爐機(jī)組，不論正常運(yùn)行或加/減負(fù)荷，DEB系統(tǒng)均有滿意的調(diào)節(jié)品質(zhì)。（3）調(diào)試整定方便。整定參數(shù)范圍寬，維護(hù)簡(jiǎn)單。（4）應(yīng)用范圍廣。DEB系統(tǒng)采用來自汽輪機(jī)調(diào)門動(dòng)作結(jié)果的蒸汽參數(shù)測(cè)量的能量信號(hào)，匹配機(jī)、爐平衡，適合與各種DEH的接口，并適用于機(jī)組的定壓運(yùn)行、滑壓運(yùn)行，帶中間負(fù)荷運(yùn)行或帶基本負(fù)荷運(yùn)行。§3協(xié)調(diào)控制的工程實(shí)現(xiàn)一、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能

工程上機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要完成以下功能：（1）接收中調(diào)來的負(fù)荷指令信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控（AGC）；（2）在滿足電網(wǎng)負(fù)荷變化要求的同時(shí)，能夠保證單元機(jī)組本身運(yùn)行的穩(wěn)定；（3）能夠根據(jù)機(jī)組狀況采取相應(yīng)運(yùn)行方式，并具有處理意外事件的能力（可測(cè)的與非可測(cè)的）；（4）方便、簡(jiǎn)潔的運(yùn)行人員接口。機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般由協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)及與協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)相關(guān)的鍋爐汽機(jī)控制子系統(tǒng)組成。對(duì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)的功能一般有以下幾個(gè)方面：（1）建立電網(wǎng)調(diào)度中心與機(jī)組鍋爐控制和汽機(jī)控制系統(tǒng)之間的通信聯(lián)系。實(shí)施機(jī)組負(fù)荷控制，參與電網(wǎng)調(diào)頻。（2）在異常情況下，對(duì)單元員機(jī)組及其鍋爐和汽機(jī)負(fù)荷需求指令進(jìn)行限制。（3）改善機(jī)組對(duì)外界負(fù)荷擾動(dòng)的響應(yīng)能力，及時(shí)克服各種擾動(dòng)影響，提高機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)能力。（4）機(jī)組具有較高的運(yùn)行效率。（5）減小鍋爐和汽機(jī)的熱應(yīng)力。（6）減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成一般協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)主要由兩部分組成：第一部分為機(jī)組指令處理回路，用以協(xié)調(diào)機(jī)組能力與電網(wǎng)需求的平衡，根據(jù)AGC指令或本機(jī)的運(yùn)行人員指令（目標(biāo)指令），經(jīng)運(yùn)算處理，給出在幅值大小和變化率均為機(jī)組可能接受的實(shí)際機(jī)組功率指令ULD（UnitLoadDemand）。第二部分為機(jī)爐主控系統(tǒng)或機(jī)爐主控制器，根據(jù)機(jī)組功率指令ULD、機(jī)組的運(yùn)行工況、運(yùn)行方式以及機(jī)、爐不同的動(dòng)態(tài)特性，協(xié)調(diào)鍋爐與汽輪機(jī)間的能量平衡，提供機(jī)組級(jí)的輸出功率與機(jī)前壓力聯(lián)合控制，從而使機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性與運(yùn)行穩(wěn)定性兼優(yōu)。報(bào)警區(qū)域目標(biāo)負(fù)荷負(fù)荷速率ADSM壓力設(shè)定負(fù)荷主站BDBIRDRURBHOLDRU/RD允許FREQ功率MASPPV汽機(jī)主站壓力MASPPV鍋爐主站MBFTFCCSDEH定壓滑壓最大最小負(fù)荷DEHLOC實(shí)際負(fù)荷指令MWTP1負(fù)荷主站(UM)

負(fù)荷主站是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中位于最高一級(jí)的人——機(jī)接口，它有三種工況，即機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷()自動(dòng)設(shè)定、機(jī)組值班員手動(dòng)設(shè)定和跟蹤。2頻差校正在機(jī)、爐主控制器中，機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)是以機(jī)組實(shí)發(fā)電功率Ne為反饋信號(hào)，即穩(wěn)態(tài)時(shí)Ne=N0(實(shí)際負(fù)荷指令)。因此，電網(wǎng)頻率變化時(shí)，機(jī)組一次調(diào)頻能力使機(jī)組負(fù)荷變化ΔNe

；然而機(jī)組負(fù)荷指令N0未變，負(fù)荷控制結(jié)果使Ne反向變化而消除ΔNe，即破壞了機(jī)組的一次調(diào)頻作用。為保持機(jī)組一次調(diào)頻作用，應(yīng)在實(shí)際負(fù)荷指令N0中加入由電網(wǎng)頻率變化產(chǎn)生的ΔNe，這樣在實(shí)發(fā)電功率Ne變化ΔNe時(shí)其給定值N0也相應(yīng)變化ΔN0

，且方向相同，負(fù)荷控制器輸入信號(hào)不變。這就是設(shè)置頻差校正回路的原因。3實(shí)際負(fù)荷指令限制

由常數(shù)塊設(shè)定的負(fù)荷指令上限Nmax、下限Nmin分別通過切換開關(guān)T1、T2加至小選和大選輸入端，這樣使實(shí)際負(fù)荷指令只能在Nmin、Nmax間變化。對(duì)實(shí)際負(fù)荷指令的幅值及變化速度加了限制，目的是保證機(jī)組的安全運(yùn)行。負(fù)荷指令的閉鎖增/閉鎖減（BI/BD）機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中，一些不明原因可能造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作到極限狀態(tài)，為防止事故的發(fā)生，必須對(duì)負(fù)荷指令進(jìn)行方向閉鎖。

5負(fù)荷指令的迫降/迫升(RD/RU)

如果在系統(tǒng)發(fā)生閉鎖增或閉鎖減的過程中，同時(shí)出現(xiàn)某些重要參數(shù)偏差大并超過設(shè)定的限值，為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，還必須將機(jī)組的負(fù)荷迫降或迫升到與其自身允許出力相適應(yīng)的水平上運(yùn)行。6負(fù)荷指令保持(Hold)

正常情況下，機(jī)組值班員隨時(shí)按“保持”(Hold)鍵，實(shí)際負(fù)荷指令值同時(shí)成為的上限限值和下限限值，因此實(shí)際負(fù)荷指令被閉鎖在當(dāng)前值。在同時(shí)發(fā)生閉鎖減和閉鎖增時(shí)，上述動(dòng)作一樣出現(xiàn)，因而負(fù)荷指令也將保持。（二）負(fù)荷指令處理邏輯1UM切至手動(dòng)工況:(1)中調(diào)指令與目標(biāo)負(fù)荷偏差大；(2)風(fēng)量控制在手動(dòng)(FDFInManual)；(3)鍋爐主站在手動(dòng)(BMInManual)；(4)汽機(jī)主站在手動(dòng)(TMInManual)。2負(fù)荷指令閉鎖增(1)負(fù)荷指令達(dá)上限；(2)汽機(jī)主站閉鎖增；(3)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速指令達(dá)上限；(4)送風(fēng)機(jī)位置指令達(dá)上限；(5)引風(fēng)機(jī)位置指令達(dá)上限；(6)汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速指令達(dá)上限。

負(fù)荷指令閉鎖減（1）負(fù)荷指令達(dá)下限；（2）汽機(jī)主站閉鎖減；（3）給煤機(jī)轉(zhuǎn)速指令達(dá)下限；（4）送風(fēng)機(jī)位置指令達(dá)下限；（5）汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速指令達(dá)下限。

4負(fù)荷指令的迫降(1)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度在最大而空氣流量小于指令要求(2)燃料主控在最大而燃料量小于指令要求(3)鍋爐給水泵在最大而給水流量小于指令要求(4)引風(fēng)機(jī)靜頁(yè)開度在最大5負(fù)荷指令的迫升(1)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度在最小而空氣流量大于指令要求(2)燃料主控在最小而燃料量大