機爐協(xié)調(diào)控制.ppt

1、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,N,T,PT,H,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。,負荷對象特性：,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)

2、。,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。,2. 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。,3. 解耦控制,1） 前饋補償法,只要使：,就可是系統(tǒng)解耦，等效系統(tǒng)為,前饋補償,2） 對角矩陣法,補償網(wǎng)絡(luò),選擇,等效系統(tǒng)為,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,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）,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

3、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)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）,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。,以爐跟機為基礎(chǔ)的雙向補償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（三）,燃料擾動（增加）時，壓力信號（增加）通過交叉環(huán)節(jié)K抵消（要求汽輪機控制回路開大調(diào)門）了功率信號要求關(guān)小調(diào)門的動作。這樣，擾動由鍋爐側(cè)自行快速消除，汽輪機側(cè)控制系統(tǒng)盡量少動或不動，減少鍋爐對汽輪機動作的相互影響，提高了穩(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）

4、,以機跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）,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 。 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/PTPs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，恒定， PT=Ps ， P1/PTPs= 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， 0，PTP1，代表了汽機需求的能量大于進入汽機的能量； Ps， 則P1/PTPs P1，代表了汽機需求的能量小于進入汽機的能量。,1.

5、 直接能量信號,當外界負荷指令N0增大時， P1/PTPs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/PTPs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，因未變， P1相應(yīng)增大，因此P1/PT基本保持不變。,故以P1/PTPs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。,機爐間的能量平衡，以機前壓力Pt的穩(wěn)定為標志。當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

6、用的壓力控制器，副調(diào)節(jié)器為燃料調(diào)節(jié)器。,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ef0，使燃料量減少，加速Pt的回升。當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

7、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

8、，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。,3 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

9、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，對黨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）是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）減輕運行人員的流動強度，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

10、人員指令（目標指令），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（Unit Load Demand）。 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,協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)工程實例一,（一） 負荷指令處理回路,1 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

11、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Ne ；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Ne，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Ne，這樣在實發(fā)電功率Ne變化Ne時其給定值N0也相應(yīng)變化 N0 ，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

12、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前值。

13、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,1 UM切至手動工況: (1)中調(diào)指令與目標負荷偏差大； (2)風(fēng)量控制在手動(FDF In Manual)； (3)鍋爐主站在手動(BM In Manual)； (4)汽機主站在手動(TM In Manual)。,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

14、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,下圖是由運行人員選擇確認的一些狀態(tài)，它包括RD/RU功能投入，頻差控制投入及投入保持狀態(tài)等。,（三）機爐主控制器,機爐協(xié)調(diào)控制,1 鍋爐主站BM、汽機主站TM管理邏輯,（四）機爐主控切換邏輯,2 協(xié)調(diào)系統(tǒng)運行方式切換邏輯,3 汽機指令與DEH的接口，汽機位置指令的閉鎖,4 汽機實際指令的方向閉鎖 邏輯,5 滑壓運行方式 滑壓運行方式的特點 1）減少汽機調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失 通常，滑壓運行下汽機幾組調(diào)節(jié)閥(噴嘴)全開，與定壓方式相比節(jié)流損失要小。 2）汽機可獲得較高的內(nèi)效率 滑壓運行時主蒸汽的重量流量和壓力與機組功率基本上成正比

15、，主汽溫度并不隨功率變化，故主汽體積流量基本不變。這樣，汽機各級速比、壓力、焓降和溫度變化較小，各級相對內(nèi)效率基本不變，即在設(shè)計條件下運行。 3）改善機組部件的熱應(yīng)力和熱變形 滑壓運行時主蒸汽溫度不變，汽機各部件熱應(yīng)力和熱變形比定壓運行時小得多。對中間再熱機組，滑壓運行時蒸汽壓力隨負荷降低而減小，蒸汽比熱減小，再熱汽溫容易達到額定值，這使中、低壓缸運行條件得以改善。 4）減小給水泵的功耗 給水泵是火力發(fā)電機機組中耗功最大的輔機，滑壓運行時給水泵由于出口壓頭下降而使耗功下降。尤其在采用變速給水泵滑壓運行方式下可進一步降低給水泵的功耗。,主汽壓力設(shè)定回路,工程實例二,4 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整定,一、DEB控制系統(tǒng)的整定 1）整定熱量信號,2）整定內(nèi)回路,3）整定微分信號,4）整定外回路,，控制PT和燃料量的動態(tài)偏差。,二、間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整定,1）內(nèi)回路整定 2）外回路整定 3）前饋信號的整定,4 發(fā)電機組參與電網(wǎng)AGC調(diào)節(jié),一、直控機組負荷的AGC功能 1 由電網(wǎng)通過RTU下達的信號： 中調(diào)AGC投入自動信號（DI） 中調(diào)AGC指令（AI） 2 由機組通過RTU上傳的信號有： AGC投入自動請求信號（DO） 機組閉鎖負荷指令升（DO） 機組