單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)2017.032021/5/91§概述

§單元機(jī)組動態(tài)特性§間接能量平衡協(xié)調(diào)系統(tǒng)§直接能量平衡協(xié)調(diào)系統(tǒng)§自動發(fā)電控制§

協(xié)調(diào)系統(tǒng)實(shí)例分析1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)2021/5/92§

概述2021/5/93一、協(xié)調(diào)控制的基本概念從大系統(tǒng)理論出發(fā)，協(xié)調(diào)控制是一種解決大系統(tǒng)控制問題的基本策略。所謂大系統(tǒng)可理解為由若干相互關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)。應(yīng)用大系統(tǒng)理論處理這類龐大而復(fù)雜系統(tǒng)控制問題的基本方法就是分解——協(xié)調(diào)的方法。所謂分解就是把大系統(tǒng)化為若干子系統(tǒng)，以便進(jìn)行分塊的處理與控制，求得各子系統(tǒng)的局部最優(yōu)解；而協(xié)調(diào)則是從系統(tǒng)的全局出發(fā)，合理地調(diào)整各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，求得各子系統(tǒng)之間的和諧與統(tǒng)一，進(jìn)而得到整個(gè)大系統(tǒng)的最優(yōu)解。2021/5/94二、單元機(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)把鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)整體進(jìn)行控制，采用了遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把自動調(diào)節(jié)、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)等功能有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一種具有多種控制功能，滿足不同運(yùn)行方式和不同工況下控制要求的綜合控制系統(tǒng)。單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分利用了機(jī)爐對象特性方面的特點(diǎn)，采用了前饋、補(bǔ)償、多變量解耦等控制策略，使控制系統(tǒng)具有合理、可靠、易于維護(hù)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。建立在現(xiàn)代控制理論和方法基礎(chǔ)上的單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)也處于研究和發(fā)展之中。2021/5/95單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)框圖

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單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認(rèn)為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。處于上位級的機(jī)爐協(xié)調(diào)級，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/頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以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)爐控制器動作的鍋爐指令和汽機(jī)指令。局部控制級的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成指定的控制任務(wù)。協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2021/5/97負(fù)荷管理中心結(jié)構(gòu)圖

2021/5/98單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡化框圖

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三、主要特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)。采用了遞階控制結(jié)構(gòu)，在局部控制級的基礎(chǔ)上引入了機(jī)爐協(xié)調(diào)級，把鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)整體進(jìn)行控制?？刂破髟O(shè)計(jì)主要采用了前饋、反饋、補(bǔ)償以及變結(jié)構(gòu)控制等技術(shù)，并充分地利用了機(jī)爐動態(tài)特性方面的特點(diǎn)，克服系統(tǒng)內(nèi)部耦合和非線性特性，獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。同時(shí)，又保留了控制器結(jié)構(gòu)簡單，易于工程實(shí)現(xiàn)和參數(shù)整定，便于操作、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。并能直接接收電網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)指令，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)級自動調(diào)度和協(xié)調(diào)控制奠定了基礎(chǔ)。2021/5/910

（2）系統(tǒng)功能完善。除了在正常工況下的連續(xù)調(diào)節(jié)功能之外，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有一整套邏輯控制系統(tǒng)。包括實(shí)際功率給定邏輯，局部故障處理邏輯，運(yùn)行方式切換邏輯，以及顯示報(bào)警、監(jiān)督管理等功能。系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需要和設(shè)備狀況，選擇不同的運(yùn)行方式，比如機(jī)跟爐、爐跟機(jī)、機(jī)爐協(xié)調(diào)方式；定壓運(yùn)行或滑壓運(yùn)行方式；固定功率輸出或可調(diào)功率方式；調(diào)頻或非調(diào)頻方式等。適應(yīng)不同運(yùn)行工況對控制功能的要求。（3）系統(tǒng)可靠性高。通過設(shè)置安全保護(hù)系統(tǒng)和采取一系列可靠性措施，可獲得很高的系統(tǒng)可靠性。比如，當(dāng)主機(jī)或輔機(jī)設(shè)備故障時(shí)，可自動改變控制方式，對實(shí)際功率指令的幅值和變化速率進(jìn)行改變，并通過相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)，報(bào)警顯示等措施，保證機(jī)組在安全范圍內(nèi)運(yùn)行，并維持最佳的工況。2021/5/911§單元機(jī)組動態(tài)特性2021/5/912一、單元機(jī)組的運(yùn)行方式單元機(jī)組的運(yùn)行方式有定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行兩種。定壓運(yùn)行是指無論機(jī)組負(fù)荷怎樣變動，始終維持主蒸汽壓力以及主蒸汽溫度為額定值，通過改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門的開度，改變機(jī)組的輸出功率?；瑝哼\(yùn)行則是始終保持汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門全開，在維持主蒸汽溫度恒定的同時(shí)，通過改變主蒸汽壓力改變機(jī)組的輸出功率。

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1、滑壓運(yùn)行方式單元機(jī)組在滑壓運(yùn)行方式下，保持主汽門和調(diào)節(jié)汽門全開。外界負(fù)荷需求變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)鍋爐的燃料、風(fēng)量、給水以及相應(yīng)的輸入量，改變鍋爐的蒸發(fā)量，進(jìn)而改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力，在維持汽溫為額定值的前提下，使進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽的能量改變，使汽輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率適應(yīng)外界負(fù)荷的需求。采取的辦法是不使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門處于全開的位置，而是留出一定的調(diào)節(jié)余地。當(dāng)外界負(fù)荷需求變更時(shí)，首先通過調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門的開度，改變進(jìn)汽量，利用鍋爐內(nèi)部的蓄熱能量，較快地適應(yīng)外界負(fù)荷的需求。與此同時(shí)，調(diào)整進(jìn)入鍋爐的輸入量，使燃燒率改變，與外界負(fù)荷需求達(dá)到新的平衡。調(diào)節(jié)汽門的調(diào)節(jié)余地也為機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻創(chuàng)造了條件。2021/5/914滑壓運(yùn)行方式具有以下主要特點(diǎn):

（1）汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門保持近似全開將會使進(jìn)汽節(jié)流損失降低。負(fù)荷越低，節(jié)流損失的降低越明顯。另外，汽輪機(jī)的級效率也要比定壓運(yùn)行時(shí)高。例如某機(jī)組在50%負(fù)荷下，滑壓運(yùn)行級效率比定壓運(yùn)行時(shí)要高出15%左右。（2）在部分負(fù)荷下，主蒸汽和再熱蒸汽的壓力降低，容易保持蒸汽溫度不變。可獲得較高的循環(huán)效率。（3）部分負(fù)荷下給水泵的功耗比定壓運(yùn)行時(shí)減小。因?yàn)榛瑝哼\(yùn)行時(shí)給水壓力與機(jī)組負(fù)荷成正比，在相同的機(jī)組部分負(fù)荷條件下，給水泵出口壓力比定壓運(yùn)行時(shí)要低得多。例如，某機(jī)組在50%負(fù)荷下，滑壓運(yùn)行時(shí)給水泵的功耗僅相當(dāng)于定壓運(yùn)行時(shí)的55%。2021/5/915

（4）調(diào)峰停機(jī)后再啟動快，降低了啟動損耗。因?yàn)樵诘拓?fù)荷下汽輪機(jī)的金屬溫度基本不變，若在機(jī)組最低負(fù)荷下打閘停機(jī)，可以在較高的金屬溫度下停機(jī)熱備用，如重新熱態(tài)啟動，將大大縮短再啟動時(shí)間，使啟動損耗相應(yīng)地降低。例如，一臺600MW機(jī)組滑壓停機(jī)8小時(shí)以后再啟動，從鍋爐點(diǎn)火到帶額定負(fù)荷僅需35分鐘。使機(jī)組的靈活調(diào)度能力大為增強(qiáng)。（5）負(fù)荷越低，滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性越顯著。其主要原因是在低負(fù)荷下滑壓運(yùn)行的調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失比定壓運(yùn)行低得多。而在額定負(fù)荷下滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益則不明顯。因此，大容量單元機(jī)組參加電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，采用滑壓運(yùn)行方式是極為有利的。2021/5/9162、定壓運(yùn)行方式定壓運(yùn)行方式的基本特征是機(jī)組負(fù)荷在任何穩(wěn)定工況下，均保持主蒸汽壓力和溫度為額定值。定壓運(yùn)行機(jī)組的運(yùn)行方式有機(jī)跟爐、爐跟機(jī)和機(jī)爐協(xié)調(diào)三種方式。需要強(qiáng)調(diào)的是，使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門具有一定調(diào)節(jié)余量的滑壓運(yùn)行方式已不是單純的滑壓運(yùn)行，也可分為機(jī)跟爐、爐跟機(jī)和機(jī)爐協(xié)調(diào)方式。

（1）機(jī)跟爐方式外界負(fù)荷需求變化時(shí)，首先改變鍋爐負(fù)荷。當(dāng)主蒸汽壓力產(chǎn)生額定值偏差時(shí)，調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度，維持汽輪機(jī)機(jī)前壓力恒定。這種方式簡單地稱為鍋爐保持負(fù)荷、汽機(jī)保持壓力的方式，也稱為鍋爐基本、汽機(jī)跟隨方式。該運(yùn)行方式下，機(jī)組對外界負(fù)荷響應(yīng)較慢，但主蒸汽壓力穩(wěn)定性好。2021/5/917

（2）爐跟機(jī)方式外界負(fù)荷需求變化時(shí)，首先改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門的開度，改變進(jìn)汽量，使機(jī)組輸出功率與外界負(fù)荷需求相適應(yīng)。此時(shí)勢必造成機(jī)前壓力偏離額定值。鍋爐依據(jù)機(jī)前壓力偏差調(diào)整燃燒率和給水流量，消除主蒸汽壓力偏差，達(dá)到新的能量平衡。這種方式稱為汽機(jī)保持負(fù)荷、鍋爐保持壓力方式。也稱為汽機(jī)基本、鍋爐跟隨方式。這種運(yùn)行方式的特點(diǎn)是機(jī)組響應(yīng)外界負(fù)荷的速度快，但機(jī)前壓力的波動性大。

（3）機(jī)爐協(xié)調(diào)方式當(dāng)外界負(fù)荷需求變化時(shí)，同時(shí)改變機(jī)爐的負(fù)荷。既考慮到機(jī)組響應(yīng)外界負(fù)荷的快速性，又不致造成機(jī)前壓力的過分波動，使機(jī)爐之間出現(xiàn)的能量不平衡程度盡可能小，時(shí)間盡可能短，這樣的運(yùn)行方式則稱之為機(jī)爐協(xié)調(diào)運(yùn)行方式。2021/5/9183、聯(lián)合運(yùn)行方式綜合以上滑壓和定壓兩種運(yùn)行方式的特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)在低負(fù)荷時(shí)滑壓運(yùn)行有利，在高負(fù)荷時(shí)定壓運(yùn)行方式具有其優(yōu)越性。比如，可有效地利用鍋爐蓄熱，提高對外界負(fù)荷需求的響應(yīng)速度。如果根據(jù)機(jī)組的不同負(fù)荷水平，在低負(fù)荷下采用滑壓運(yùn)行方式，在高負(fù)荷下采用定壓運(yùn)行方式，就構(gòu)成聯(lián)合運(yùn)行方式。

4、調(diào)頻運(yùn)行方式電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和對供電質(zhì)量的更高要求，對大機(jī)組參加電網(wǎng)調(diào)頻的要求愈來愈迫切。單元機(jī)組參加電網(wǎng)調(diào)頻的方式分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。一次調(diào)頻是指汽輪機(jī)電液調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自動地改變一部分負(fù)荷，以減小電網(wǎng)頻率的波動。2021/5/919一次調(diào)頻特性示意圖

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從控制特性角度來看，直流鍋爐與汽包鍋爐的主要不同點(diǎn)表現(xiàn)在燃水比例的變化，引起鍋爐內(nèi)工質(zhì)儲量的變化，從而改變各受熱面積比例。

影響鍋爐內(nèi)工質(zhì)儲量的因素很多，主要有外界負(fù)荷、燃料流量和給水流量。對于不同壓力等級的直流鍋爐，各段受熱面積比例不同。壓力越高，蒸發(fā)段的吸熱量比例越小，而加熱段與過熱段吸熱量比例越大。因而，不同壓力等級直流鍋爐的動態(tài)特性通常存在一定差異。下圖為直流鍋爐動態(tài)特性曲線：二、單元機(jī)組動態(tài)特性分析

2021/5/921圖.直流鍋爐動態(tài)特性曲線(a)調(diào)節(jié)汽門開度擾動；（b）燃料量擾動；(c)給水量擾動

實(shí)線—一般直流鍋爐；虛線—帶分離器的蘇爾壽直流鍋爐

2021/5/922四、直流爐與汽包爐機(jī)組動態(tài)特性區(qū)別

直流鍋爐單元機(jī)組的汽水流程如下圖所示。在直流鍋爐中，鍋爐給水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝倪^程是一次性完成的。鍋爐的蒸發(fā)量除了受燃燒率影響外，與給水流量直接有關(guān)。當(dāng)給水流量和燃燒率的比例改變時(shí)，鍋爐汽水流程中各個(gè)段的界面就發(fā)生移動。比如，給水流量減小，將使蒸發(fā)段向給水側(cè)移動，汽水流程中各點(diǎn)的工質(zhì)焓值將有所提高，汽溫會隨之上升。因此，在直流鍋爐單元機(jī)組中，還應(yīng)當(dāng)把給水流量W和主蒸汽溫度或中間點(diǎn)溫度T也做為控制量和被控量。2021/5/923直流鍋爐汽水流程示意圖直流鍋爐單元受控對象模型

如果能做到燃水比恒定，就可由燃料量B代表給水量，相應(yīng)地可保持汽水流程中各點(diǎn)溫度的穩(wěn)定。這樣，就可以把直流鍋爐單元機(jī)組受控對象簡化為與汽包鍋爐機(jī)組相類似的雙輸入、雙輸出模型。

2021/5/924圖.汽包鍋爐與直流鍋爐單元機(jī)組動態(tài)響應(yīng)曲線比較1－汽包鍋爐響應(yīng)曲線；2－直流鍋爐響應(yīng)曲線

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直流鍋爐機(jī)組在汽機(jī)調(diào)節(jié)門開度擾動下，主蒸汽壓力的變化很快，比汽包鍋爐的幅度要大。這反映出其蓄熱能力比汽包鍋爐小得多。燃料量擾動時(shí)，送風(fēng)量、引風(fēng)量以及直流鍋爐的給水量相應(yīng)地變化。此時(shí)，直流鍋爐機(jī)組汽壓和功率的變化較快、幅度要高。一方面反映出直流鍋爐的熱慣性較小，同時(shí)，給水流量的增加直接使鍋爐的能量輸入有所增加。需要指出，對于直流鍋爐機(jī)組來說，保證燃料量與給水量按適當(dāng)比例變化，是機(jī)組正常運(yùn)行與控制的前提。2021/5/926§

間接能量平衡系統(tǒng)（IEB）2021/5/927一、爐跟機(jī)控制系統(tǒng)

基本點(diǎn)：汽輪機(jī)為基礎(chǔ)，鍋爐跟隨的負(fù)荷控制方式，簡稱爐跟機(jī)方式；機(jī)接受負(fù)荷指令，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)功率，具有較好的負(fù)荷響應(yīng)能力；爐負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)汽壓，維持汽壓的穩(wěn)定，由于鍋爐動態(tài)響應(yīng)慢，動態(tài)過程中汽壓波動大；因機(jī)爐間的相互影響，燃料擾動（如增加）時(shí)壓力、功率都有變動（上升），而為保持原有功率，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門要?jiǎng)幼鳎P(guān)?。?，更使壓力有所波動（增加）。2021/5/928圖.爐跟機(jī)方式特點(diǎn)：

①.充分利用鍋爐蓄熱量，機(jī)組能比較快地適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的要求，但汽壓波動大。②.由于汽壓允許變化范圍小，限制了機(jī)組對負(fù)荷的適應(yīng)性。2021/5/929二、機(jī)跟爐控制系統(tǒng)

基本點(diǎn)：鍋爐為基礎(chǔ)，汽輪機(jī)跟隨的負(fù)荷控制方式，簡稱機(jī)跟爐方式；機(jī)跟爐方式：爐接受負(fù)荷指令，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)功率，負(fù)荷響應(yīng)能力差，不僅不能利用鍋爐蓄能，負(fù)荷增加時(shí)，還要先向鍋爐附加蓄能，要先提高汽包壓力；因機(jī)爐間的相互影響，燃料擾動時(shí)，機(jī)組功率波動也大，如燃料增加時(shí)，功率、汽壓都上升，要保持原有汽壓，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開大，會使功率更為增加，對燃煤機(jī)組來說這個(gè)缺點(diǎn)比較突出。單純的汽輪機(jī)跟蹤運(yùn)行方式對電網(wǎng)干擾較大，不利于電網(wǎng)周波的穩(wěn)定；但因汽輪機(jī)調(diào)壓的動態(tài)響應(yīng)比鍋爐調(diào)壓快，不論負(fù)荷變化或燃料擾動，汽壓波動都小，有利于機(jī)組本身運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。2021/5/930圖.單元機(jī)組機(jī)跟爐方式特點(diǎn)：①.汽壓波動??；②.功率變化大，負(fù)荷適應(yīng)性差，未利用蓄熱；③.適用于帶基本負(fù)荷的機(jī)組。2021/5/931三、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制方式就是一種較好地解決機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性與運(yùn)行穩(wěn)定性這一對矛盾的運(yùn)行方式。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)思想，就在于蓄能的合理利用和補(bǔ)償：

1）充分利用鍋爐的蓄能，又要相應(yīng)限制這種利用；

2）補(bǔ)償蓄能，動態(tài)超調(diào)鍋爐的能量輸入。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵控制策略，在于盡可能減少和消除鍋爐、汽輪機(jī)動作間的相互影響，采用擾動補(bǔ)償、自治或解耦的控制原則。擾動應(yīng)由擾動側(cè)的控制回路自行快速消除，而非擾動側(cè)的控制回路應(yīng)少動或不動，以利于動態(tài)過程的穩(wěn)定。

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為了提高負(fù)荷響應(yīng)能力，世界上越來越多的CCS設(shè)計(jì)采用前饋控制技術(shù)，使鍋爐輸入能被控制得很接近于屆時(shí)要求的量，而不完全依賴于反饋控制的緩慢且往往會引起不穩(wěn)定的積分過程。2021/5/933特點(diǎn)：

①.允許汽壓有一定波動，充分利用蓄熱，使機(jī)組較快適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷要求。②.利用負(fù)的壓力偏差能適當(dāng)限制汽機(jī)調(diào)節(jié)閥動作，機(jī)前壓力不致產(chǎn)生較大的偏差，確保汽壓波動在允許范圍之內(nèi)。③.鍋爐調(diào)節(jié)器接受功率偏差前饋信號，能迅速改變?nèi)剂狭浚箼C(jī)組功率較快地達(dá)到功率給定值。2021/5/934§

直接能量平衡系統(tǒng)（DEB）2021/5/935

一種以汽輪機(jī)能量需求信號直接對鍋爐輸入能量進(jìn)行控制的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這種協(xié)調(diào)方式的基本出發(fā)點(diǎn)是在任何工況下均保證鍋爐能量的輸入與汽輪機(jī)能量的需求相平衡。這類控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為:

（1）機(jī)組的功率由汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門進(jìn)行控制，具有爐跟機(jī)控制方式的特點(diǎn)，即機(jī)組對外界負(fù)荷的響應(yīng)性好。（2）采用了一個(gè)代表汽機(jī)能量需求的信號。這個(gè)信號作為機(jī)爐之間的協(xié)調(diào)信號，或稱為能量平衡信號，控制鍋爐的輸入能量，保證任何工況下機(jī)組內(nèi)部能量供需的平衡。2021/5/9362021/5/937

美國Max控制系統(tǒng)公司（原利諾公司）采用MAX—1000分散控制系統(tǒng)的第四代直接能量平衡（directenengybalance，DEB）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，稱為DEB—400，該系統(tǒng)的特點(diǎn)為：

1）機(jī)組功率由汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)，負(fù)荷響應(yīng)快。機(jī)側(cè)采用串級控制，副環(huán)PI以第一級壓力作反饋。2021/5/9382）以能量平衡信號作為鍋爐側(cè)的負(fù)荷前饋指令，以熱量信號作反饋，直接接汽輪機(jī)的能量需求來控制鍋爐的能量輸入。系統(tǒng)無需機(jī)前壓力的反饋控制，取消了世界上其他公司CCS系統(tǒng)都必須具有的機(jī)前壓力閉環(huán)校正。上兩式中，為汽輪機(jī)第一級壓力，為汽包壓力。2021/5/939一、DEB協(xié)調(diào)控制原理

1.能量平衡信號

()稱為能量平衡信號（energybalancesignal）,其中壓力比線性地代表了汽輪機(jī)的有效閥位，可精確測量實(shí)際調(diào)節(jié)閥門開度。DEH系統(tǒng)取為適用于任何定壓或滑壓運(yùn)行的能量平衡信號，以該信號響應(yīng)汽輪機(jī)能量需求來調(diào)節(jié)鍋爐的輸入指令如燃料、送風(fēng)等。

2021/5/940圖.協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原則性功能框圖2021/5/941

能量平衡信號的特點(diǎn)有：

1)()正確反映汽輪機(jī)對鍋爐的能量需求，且只反映外擾（汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度變化），而不受鍋爐側(cè)內(nèi)擾（燃料擾動）的影響。

2)()代表汽輪機(jī)對鍋爐的能量需求，協(xié)調(diào)機(jī)爐間的能量平衡，能適用于所有運(yùn)行工況：定壓運(yùn)行或滑壓運(yùn)行、汽輪機(jī)控制是液壓調(diào)節(jié)或是DEH控制，都能使鍋爐輸入匹配汽輪機(jī)的需求。

3）壓力比代表的是汽輪機(jī)實(shí)際調(diào)節(jié)汽門開度，而非要求的開度。2021/5/942

2.熱量信號汽包鍋爐的DEB控制系統(tǒng)，不論是中間貯倉式制粉系統(tǒng)，或是直吹式制粉系統(tǒng)，其鍋爐的輸入能量信號都采用熱量信號（heatrelease）進(jìn)行測量。熱量信號的特點(diǎn)是：

1）熱量信號度量了鍋爐總的能量輸入，計(jì)及全部燃用燃料（煤、油…）總的爐內(nèi)放熱。

2）熱量信號能識別燃料熱值、水分、灰分等煤質(zhì)以及燃燒工況變化的影響，任何燃料輸入擾動，無須待燃燒率指令受影響發(fā)生變化，系統(tǒng)即可予以迅速消除。

3）熱量信號測量鍋爐的能量輸入，考慮到了鍋爐的蓄能，因而既適用于靜態(tài)，也適用于動態(tài)，具有實(shí)時(shí)性。2021/5/9434）用作燃料控制系統(tǒng)的反饋，熱量信號只反映鍋爐的內(nèi)擾（燃料變化），而不反映外擾。

3.機(jī)爐間能量平衡

機(jī)爐間能量平衡，以機(jī)前壓力穩(wěn)定為標(biāo)志。DEB—400CCS系統(tǒng)的鍋爐側(cè)燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其PI調(diào)節(jié)器輸入信號為：

前饋（指令）=能量平衡信號=

反饋=熱量信號（HR）=

燃料偏差

=（）-==2021/5/944式中為機(jī)前壓力偏差。對靜態(tài)工況，有=0=0則==0由于

為汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度，不可能為零，則必然是=0即

所以DEB系統(tǒng)的鍋爐燃料調(diào)節(jié)器，具有保持機(jī)前壓力等于其給定值的能力，無需另外再加壓力的積分校正，從而也就消除了帶壓力校正的串級控制所引起的問題，系統(tǒng)也最簡單。2021/5/945二、結(jié)論

DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)際上也是一種利用物理規(guī)律巧妙構(gòu)思的單向解耦系統(tǒng)，即按輸出要求（能量增量與蓄能補(bǔ)償）控制輸入的機(jī)爐直接能量平衡原理。靜態(tài)工況，機(jī)前壓力總是等于壓力定值，無需機(jī)前壓力的閉環(huán)校正。這樣，機(jī)前壓力可以看成是DEB系統(tǒng)內(nèi)部取決于定值的一個(gè)平衡參數(shù)，汽輪機(jī)側(cè)功率指令ULD改變或調(diào)節(jié)汽門開度擾動，對機(jī)前壓力靜態(tài)沒有影響，與靜態(tài)無關(guān)。所以對DEB系統(tǒng)可以視作一個(gè)單向解耦系統(tǒng)，汽輪機(jī)側(cè)擾動不影響機(jī)前壓力。由于單向解耦DEB協(xié)調(diào)控制實(shí)際上已經(jīng)由機(jī)爐相互影響的、MW多變量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)單變量MW控制系統(tǒng)，因而在快速響應(yīng)負(fù)荷的基礎(chǔ)上，又大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)。

2021/5/9463、取消主壓力調(diào)節(jié)器的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

美國L&N公司對DEB/300系統(tǒng)的改進(jìn)型，命名為DEB/400

2021/5/947§

自動發(fā)電控制（AGC）2021/5/948

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的頻率和功率的調(diào)整一般是按負(fù)荷變動周期的長短和幅度的大小分別進(jìn)行調(diào)整。

一次調(diào)頻：對于幅度較小、變動周期短的微小分量，主要是靠汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)來自動調(diào)整完成的，即所謂一次調(diào)頻。一次調(diào)頻的特點(diǎn)是由汽輪發(fā)電機(jī)組本身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)，因此響應(yīng)速度最快。

二次調(diào)整：由于調(diào)速器為有差調(diào)節(jié)，因此對于變化幅度較大、周期較長的變動負(fù)荷分量，需要通過改變汽輪發(fā)電機(jī)組的同步器來實(shí)現(xiàn)，即通過平移調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靜態(tài)特性，從而改變汽輪發(fā)電機(jī)組的出力來達(dá)到調(diào)頻的目的，稱為二次調(diào)整。

2021/5/949

手動控制：當(dāng)二次調(diào)整由電廠運(yùn)行人員就地設(shè)定時(shí)稱就地手動控制；

自動發(fā)電控制：當(dāng)二次調(diào)整由由電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遙控自動控制時(shí)，則稱為自動發(fā)電控制（AGC）。自動發(fā)電控制的系統(tǒng)示意圖如下圖所示。圖.自動發(fā)電控制系統(tǒng)示意圖2021/5/950

自動發(fā)電控制系統(tǒng)主要由三部分組成：電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)（EMS）、電廠端的遠(yuǎn)方終端（RTU）和分散控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、微波通道。

實(shí)現(xiàn)自動發(fā)電控制系統(tǒng)閉環(huán)自動控制必須滿足下列基本要求：

1）電廠機(jī)組的熱工自動控制系統(tǒng)必須在自動方式運(yùn)行，且協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必須在“協(xié)調(diào)控制”方式。

2）電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)、微波通道、電廠端的遠(yuǎn)方終端RTU必須都在正常工作狀態(tài)，并能從電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)的終端CRT上直接改變機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的調(diào)度負(fù)荷指令。2021/5/951

機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能直接接收到從能量管理系統(tǒng)下發(fā)的要求執(zhí)行自動發(fā)電控制的“請求”和“解除”信號、“調(diào)度負(fù)荷指令”的模擬量信號（標(biāo)準(zhǔn)接口為4～20mA）。能量管理系統(tǒng)能接收到機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的反饋信號：協(xié)調(diào)控制方式信號和AGC已投入信號。

3）能量管理系統(tǒng)下達(dá)的“調(diào)度負(fù)荷指令”信號與電廠機(jī)組實(shí)際出力的絕對偏差必須控制在允許范圍以內(nèi)。

4）機(jī)組在協(xié)調(diào)控制方式下運(yùn)行，負(fù)荷由運(yùn)行人員設(shè)定稱就地控制；接受調(diào)度負(fù)荷指令，直接由電網(wǎng)調(diào)度中心控制稱遠(yuǎn)方控制。就地控制和遠(yuǎn)方控制之間相互切換是雙向無擾的。在就地控制時(shí)，調(diào)度負(fù)荷指令自動跟蹤機(jī)組實(shí)發(fā)功率；在遠(yuǎn)方控制時(shí)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的手動負(fù)荷設(shè)定器的輸出負(fù)荷指令自動跟蹤調(diào)度負(fù)荷指令。2021/5/952§

單元機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)實(shí)例分析12021/5/953

主控系統(tǒng)由負(fù)荷指令處理回路和機(jī)、爐主控制器兩部分組成。一、負(fù)荷指令處理回路

1、CCS與ADS接口

可接受電網(wǎng)負(fù)荷自動調(diào)度系統(tǒng)(AutomaticDispatchSystem——ADS)給出的機(jī)組負(fù)荷指令，單元機(jī)組置于遠(yuǎn)方控制方式。

2021/5/954CCS與ADS接口回路原理圖

2021/5/9552、機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令的形成

負(fù)荷指令處理回路的主要功能之一是對來自中調(diào)的負(fù)荷指令或機(jī)組值班員手動給定的負(fù)荷指令及電網(wǎng)頻差信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令。

實(shí)際負(fù)荷指令形成回路的組成原理框圖2021/5/956l．負(fù)荷主站(UM)

負(fù)荷主站是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中位于最高一級的人—機(jī)接口，它有三種工況，即機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷()自動設(shè)定、機(jī)組值班員手動設(shè)定和跟蹤。自動工況下，負(fù)荷主站輸出信號跟隨中調(diào)負(fù)荷指令A(yù)DS變化，工況為單元機(jī)組負(fù)荷遠(yuǎn)方控制方式。當(dāng)運(yùn)行人員將UM切至手動，或切負(fù)荷主站于手動邏輯<116>為1時(shí)，負(fù)荷主站工作到手動工況。目標(biāo)負(fù)荷由機(jī)組值班員手動設(shè)定，單元機(jī)組負(fù)荷為就地控制方式。當(dāng)負(fù)荷主站跟蹤驅(qū)動邏輯<115>為1時(shí)，UM切至跟蹤狀態(tài)，輸出目標(biāo)負(fù)荷跟隨機(jī)組實(shí)發(fā)電功率()。2021/5/957

2、頻差校正

并網(wǎng)運(yùn)行的火力發(fā)電機(jī)機(jī)組在電網(wǎng)頻率變化時(shí)，其自身的電液調(diào)速系統(tǒng)會使機(jī)組自動改變一部分負(fù)荷，以減小電網(wǎng)頻率的波動，這是機(jī)組的一次調(diào)頻能力。

汽輪機(jī)n—NT特性2021/5/9583.實(shí)際負(fù)荷指令限制實(shí)際負(fù)荷指令的變化速率是由常數(shù)A設(shè)定并作用于速率限制模塊，即目標(biāo)負(fù)荷的變動速率小于等于時(shí)，隨變化而變化；當(dāng)時(shí)，按設(shè)定的速度變化。當(dāng)負(fù)荷主站處于跟蹤狀態(tài)時(shí)，圖中非門2輸出為0，解除速率限制。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2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。

2021/5/9594.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。

2021/5/9606.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，動作時(shí)刻的實(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。

2021/5/9612021/5/962

二、機(jī)、爐主控制器機(jī)、爐主控制器是單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的核心，它決定單元機(jī)組負(fù)荷控制的策略。控制器的給定輸入是負(fù)荷處理回路輸出信號，經(jīng)運(yùn)算處理后輸出汽機(jī)負(fù)荷指令和鍋爐負(fù)荷指令。汽機(jī)子控制回路和鍋爐子控制回路在汽機(jī)指令和鍋爐指令的作用下分工協(xié)調(diào)動作，共同響應(yīng)外界對機(jī)組的負(fù)荷需求，同時(shí)維持機(jī)前壓力在設(shè)定值。2021/5/963汽機(jī)主控鍋爐主控2021/5/9641、主控制器組成及運(yùn)行方式

控制器輸入信號有:機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令(ULD)，機(jī)組實(shí)發(fā)電功率(MW)，機(jī)前壓力(TurottlePressure)PT，壓力設(shè)定值Ps，第一級壓力(FirstStagePressure