機爐協(xié)調(diào)控制

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)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。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μNTPTH§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。NpTBVsμμNpTB負荷對象特性：GpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μNpTBμNpTB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。鍋爐汽機機調(diào)爐調(diào)PTNBGpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μNpTBPIDPIDN0Ps2.汽機跟蹤方式（機跟爐）特點：機組穩(wěn)定性好，但系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。鍋爐汽機機調(diào)爐調(diào)PTNBGpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μNpTBPIDPIDN0Ps3.解耦控制1）前饋補償法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)前饋補償2）對角矩陣法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)方式鍋爐汽機機調(diào)爐調(diào)PTNBPSN0GpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μNpTBPIDPID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）+μBμTPT_+_NE+N0鍋爐控制器P0汽機控制器鍋爐P0-PT汽機_(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，兼顧負荷適應(yīng)性與運行穩(wěn)定性，斜率的選擇取決于壓力偏差動態(tài)校正的速度。以爐跟機為基礎(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汽機控制器鍋爐P0-PT汽機_PD(b)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。以機跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（一）__+μBμTPT_NE+N0P0汽機控制器鍋爐汽機(a)鍋爐控制器ΔPN0-NE以機跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）++PD(b)__+μBμTPT_NE+N0P0汽機控制器鍋爐汽機鍋爐控制器ΔPN0-NE 機爐間的能量平衡，以機前壓力Pt的穩(wěn)定為標(biāo)志。當(dāng)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。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μ

。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/PT×Ps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，μ恒定，PT=Ps

，P1/PT×Ps=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，Δμ>0，PT<Ps，則P1/PT×Ps>P1，代表了汽機需求的能量大于進入汽機的能量；

Δμ<0，PT>Ps，則P1/PT×Ps

<

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(dāng)外界負荷指令N0增大時，P1/PT×Ps一般比負荷N0大，則這樣在動態(tài)過程中，可動態(tài)地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/PT×Ps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，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。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<0，使燃料量減少，加速Pt的回升。當(dāng)Pt開始回升時，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。汽機能量需求信號直接作為鍋爐指令，與熱量反饋信號構(gòu)成燃料控制信號，可以更為直接、快速地實現(xiàn)機、爐之間的動靜態(tài)能量平衡。DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有以下特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單。DEB的獨特設(shè)計，將鍋爐、汽輪機相互影響的、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)無需機前壓力閉環(huán)校正，結(jié)構(gòu)最為簡單。（2）負荷響應(yīng)快。對燃煤汽包鍋爐機組，不論正常運行或加/減負荷，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，維護簡單。（4）應(yīng)用范圍廣。DEB系統(tǒng)采用來自汽輪機調(diào)門動作結(jié)果的蒸汽參數(shù)測量的能量信號，匹配機、爐平衡，適合與各種DEH的接口，并適用于機組的定壓運行、滑壓運行，帶中間負荷運行或帶基本負荷運行?！?協(xié)調(diào)控制的工程實現(xiàn)一、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能

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

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

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

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

由常數(shù)塊設(shè)定的負荷指令上限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，這樣使實際負荷指令只能在Nmin、Nmax間變化。對實際負荷指令的幅值及變化速度加了限制，目的是保證機組的安全運行。負荷指令的閉鎖增/閉鎖減（BI/BD）機組在實際運行過程中，一些不明原因可能造成執(zhí)行機構(gòu)工作到極限狀態(tài)，為防止事故的發(fā)生，必須對負荷指令進行方向閉鎖。

5負荷指令的迫降/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，為保證機組的安全運行，還必須將機組的負荷迫降或迫升到與其自身允許出力相適應(yīng)的水平上運行。6負荷指令保持(Hold)

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

負荷指令閉鎖減（1）負荷指令達下限；（2）汽機主站閉鎖減；（3）給煤機轉(zhuǎn)速指令達下限；（4）送風(fēng)機位置指令達下限；（5）汽動泵轉(zhuǎn)速指令達下限。

4負荷指令的迫降(1)送風(fēng)機動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)機靜頁開度在最大5負荷指令的迫升(1)送風(fēng)機動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