《單元機組運行》ppt課件

1、 第十章 單元機組主控制系統(tǒng) The Unit Master Control System 第一節(jié) 概 述 (Overview) 第二節(jié) 調(diào)理對象的動態(tài)特性The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object第三節(jié) 負荷控制方式The Modes of Unit Load Control 第四節(jié) 前饋控制的運用The Application of Feedforward Control 第五節(jié)第五節(jié) 滑壓運轉(zhuǎn)機組的協(xié)調(diào)控制方案滑壓運轉(zhuǎn)機組的協(xié)調(diào)控制方案 The Sliding Pressure Control of Unit Load The

2、Sliding Pressure Control of Unit Load 第六節(jié)第六節(jié) 負荷指令處置負荷指令處置 Processing the Load Instruction Processing the Load Instruction 第七節(jié)第七節(jié) 單元機組主控系統(tǒng)實例單元機組主控系統(tǒng)實例 The Examples of The Master Control System The Examples of The Master Control System 第十章第十章 單元機組主控制系統(tǒng)單元機組主控制系統(tǒng)The Unit Master Control The Unit Master C

3、ontrol SystemSystem第一節(jié) 概 述Overview一、單元機組負荷控制系統(tǒng)的義務 大型機組負荷控制的首要義務: 保證機組出力順應電網(wǎng)的負荷變化要求、維持機組穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。詳細地說就是對外保證單元機組有較快的功率呼應和有一定的調(diào)頻才干，對內(nèi)保證主蒸汽壓力偏向在允許范圍內(nèi)。 負荷自動控制系統(tǒng)(the unit load control system)。作用:接受外部負荷要求指令，并發(fā)出使機爐調(diào)理系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作的指揮信號。 負荷自動控制系統(tǒng)機爐調(diào)理系統(tǒng)發(fā)出的指揮信號分別稱為汽輪機主控制指令MT和鍋爐主控制指令MB。 機、爐主控制指令MT、MB分別代表了汽輪機調(diào)門開度或汽輪機功率指令和鍋爐

4、熄滅率及相應的給水流量指令。二、主控系統(tǒng)與機、爐調(diào)理系統(tǒng)的關系二、主控系統(tǒng)與機、爐調(diào)理系統(tǒng)的關系 主控制系統(tǒng)相當于機爐調(diào)理系統(tǒng)的指揮機構(gòu)，起上位控制造用； 機爐調(diào)理系統(tǒng)對于主控制系統(tǒng)相當于伺服機構(gòu)，起下位控制的作用，是主控制系統(tǒng)的根底，兩者構(gòu)成分層控制的構(gòu)造。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng):主控制系統(tǒng)和鍋爐、汽輪機各自的調(diào)理系統(tǒng)的總稱。 第二節(jié) 調(diào)理對象的動態(tài)特性 The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object 輸出量被調(diào)量：單元機組的輸出電功率NE和汽輪機前主蒸汽 壓力PT，如圖10-2所示。 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)Gpt（s）GNB（S）GPB（S）GNT（

5、S）鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)BT+NEPT單元機組圖10-2 主控系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象方框圖 輸入量：鍋爐主控制指令MB和汽輪機主控制指令MT；主控系統(tǒng)的調(diào)理對象包括機、爐和發(fā)電機，是一廣義調(diào)理對象。 為了便于討論問題，先分析單元機組的動態(tài)特性。 一、單元機組的動態(tài)特性1.鍋爐熄滅率及相應的給水流量B擾動下主蒸汽壓力PT和輸出電功率NE的動態(tài)特性 B擾動下的NE和PT的動態(tài)特性都可用高階慣性環(huán)節(jié)的傳送函數(shù)來描畫。 2.汽輪機調(diào)門開度T擾動下主蒸汽壓力PT和輸出電功率NE的動態(tài)特性T擾動下的PT 動態(tài)特性可用比例加一階慣性環(huán)節(jié)的傳送函數(shù)來描畫,NE的動態(tài)特性可器具有一定慣性的實踐微分環(huán)節(jié)的傳送函數(shù)來描畫。 由以上分

6、析可見，單元機組的動態(tài)特性有如下特點： 當汽輪機調(diào)門動作時，兩個被控輸出量NE和PT的呼應均很快； 當鍋爐熄滅率改動時，NE和PT的呼應都很慢。這就是機、爐對象動態(tài)特性方面存在的較大差別。二、主控制系統(tǒng)調(diào)理對象的動態(tài)特性二、主控制系統(tǒng)調(diào)理對象的動態(tài)特性 主控制系統(tǒng)調(diào)理對象包括機、爐調(diào)理系統(tǒng)和單元機組，是一廣義調(diào)理對象，其控制輸入量為鍋爐主控制指令MB和汽輪機主控制指令MT。 主控制系統(tǒng)調(diào)理對象包括機、爐調(diào)理系統(tǒng)和單元機組，是一廣義調(diào)理對象，其控制輸入量為鍋爐主控制指令MB和汽輪機主控制指令MT。 對于鍋爐側(cè)，由于各調(diào)理系統(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(diào)，

7、能及時跟隨主控制指令MB,接近理想隨動系統(tǒng)特性， 汽輪機側(cè)，假設汽輪機采用純液壓調(diào)速系統(tǒng),那么主控制指令MT就是調(diào)門開度指令T，即。這樣，廣義調(diào)理對象的動態(tài)特性不會改動。假設汽輪機采用功頻電液控制系統(tǒng)，那么主控制指令MT就是汽輪機功率指令。 MB擾動下，PT的動態(tài)特性近似為具有慣性的積分環(huán)節(jié)的特性，NE近似不變；MT擾動下，PT的動態(tài)特性近似為比例加積分環(huán)節(jié)的特性，NE的動態(tài)特性近似為慣性環(huán)節(jié)或比例加慣性環(huán)節(jié)的特性。 第三節(jié)第三節(jié) 負荷控制方式負荷控制方式The Modes of Unit Load The Modes of Unit Load ControlControl 根據(jù)機組運轉(zhuǎn)的條件

8、及要求，選擇適宜的負荷控制方式，接受負荷指令處置部分發(fā)出的實踐負荷指令N0，以及機組的實發(fā)電功率NE、和主蒸汽壓力PT及其給定值P0信號，經(jīng)過一定的運算回路，計算出鍋爐和汽機的主控制指令MB和MT，以實現(xiàn)相應的負荷控制方式，從而完成負荷控制義務。機爐主控制器的主要作用： 機爐主控制器由兩部分組成。1鍋爐主控制器：計算鍋爐主控制指令MB的運算回路。 2汽輪機主控制器：計算汽輪機主控制指令MT的運算回路。 一、負荷控制方式一、負荷控制方式負荷控制方式可分為兩類：機爐分別控制方式和機爐協(xié)調(diào)控制方式 1 1機爐分別控制方式機爐分別控制方式1鍋爐跟隨boiler follow，簡寫為BF方式 鍋爐跟隨方

9、式的根本任務原理是：由汽輪機調(diào)理機組的輸出電功率、鍋爐調(diào)理汽壓。 鍋爐跟隨方式的特點:當N0改動時，由于利用了鍋爐的蓄熱才干，具有較好的負荷順應性，對機組調(diào)峰調(diào)頻有利，但汽壓動搖較大；當有內(nèi)擾熄滅率擾動時，汽壓動搖較大。 對于大型單元機組，鍋爐的蓄熱才干相對減小，當負荷要求指令N0變化幅度較小時，在汽壓允許的變化范圍內(nèi)，充分利用鍋爐的蓄熱以迅速順應負荷的變化是有能夠的。在負荷要求指令N0變化幅度較大時，汽壓動搖就太大，會影響鍋爐的正常運轉(zhuǎn)。2汽輪機跟隨turbine follow,簡寫為TF方式 汽輪機跟隨方式的根本任務原理是：由鍋爐調(diào)理機組的輸出電功率、汽輪機調(diào)理汽壓。 當負荷指令N0改動時

10、，鍋爐主控制器先發(fā)出改動鍋爐的熄滅率及相應的給水流量的指令MB。待機前壓PT改動后，汽輪機主控制器發(fā)出改動調(diào)門開度的指令MT，從而改動進入汽輪機的蒸汽流入量，使機組輸出電功率NE改動，并與負荷指令N0趨于一致。最后穩(wěn)態(tài)時，NE=N0，PT=P0。當熄滅率擾動時，汽壓變化而產(chǎn)生偏向，蒸汽流量也變化，機組輸出電功率隨之變化。汽輪機主控制器為了堅持汽壓而要動作調(diào)門，其結(jié)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，偏向增大。呵斥較大的輸出電功率動搖。汽機跟隨方式的特點：汽壓動搖小。但由于沒有利用鍋爐的蓄熱才干，有較大的遲延，因此順應負荷變化才干差，不利于帶變動負荷和參與電網(wǎng)調(diào)頻。適用于:

11、帶根本負荷的單元機組或當機組剛投入運轉(zhuǎn)時，采用這種控制方式堅持機組有較穩(wěn)定的汽壓，為機組穩(wěn)定運轉(zhuǎn)發(fā)明條件。當單元機組中汽輪機設備運轉(zhuǎn)正常，機組的輸出電功率因鍋爐部分設備任務異常而遭到限制時，可采用汽輪機跟隨方式。2 2機爐協(xié)調(diào)控制方式機爐協(xié)調(diào)控制方式(Coordinated control mode)(Coordinated control mode)協(xié)調(diào)控制方式的控制戰(zhàn)略是： 允許汽壓有一定動搖，以便能充分利用鍋爐的蓄熱量，使機組能較快地順應電網(wǎng)的負荷要求。但是，這里利用鍋爐蓄熱量是有限制的，必需保證機前壓力與給定值的偏向不超越允許值。所以協(xié)調(diào)控制方式既能使機組較快順應電網(wǎng)的負荷要求，又能確

12、保汽壓的動搖在允許的范圍之內(nèi)。常見的機爐協(xié)調(diào)控制方式有三種方案：1以鍋爐跟隨為根底的協(xié)調(diào)控制方式(BFCC)T1(s)EoP PTNoNM WWT2(S) WT1(s)鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)WT1 (s)汽機調(diào)節(jié)器T2 (s)W鍋爐調(diào)節(jié)器T?P-AAba (b)圖10-10 (a)以鍋爐跟隨為根底的協(xié)調(diào)控制方式； (b)死區(qū)(dead zone)非線性環(huán)節(jié)特性 在動態(tài)過程中，當汽壓偏向在死區(qū)非線性環(huán)節(jié)的不靈敏區(qū)范圍內(nèi)時，即時，對MT無影響，當時，將經(jīng)非線性環(huán)節(jié)限制MT，從而限制汽輪機調(diào)門開度進一步變化，到達限制汽壓偏向的目的。不靈敏區(qū)的大小值粗略反映了機組運轉(zhuǎn)時主汽壓力偏向的允許變化范圍

13、。本質(zhì)上是以降低輸出電功率呼應性能作為代價來換取汽壓控制質(zhì)量的提高2以汽輪機跟隨為根底的協(xié)調(diào)控制方式(TFCC)MTW (s)NPo汽機跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(s)T2汽機調(diào)節(jié)器W(s)ET2(s)N0PT鍋爐調(diào)節(jié)器WT1WT1+ Nmax- Nmaxb N圖10-12 (a)以汽輪機跟隨為根底的協(xié)調(diào)控制方式 (b)限幅(saturation)非線性環(huán)節(jié)特性a a b 當功率偏向信號送入鍋爐調(diào)理器PIB的同時，也經(jīng)過非線性環(huán)節(jié)送入汽輪機調(diào)理器PIT。在動態(tài)過程中，信號可看作是主汽壓力給定值的一部分。 N 0要求添加機組輸出功率時，主汽壓力給定值降低。汽機主調(diào)理器PIT 發(fā)出開大調(diào)理汽門的指令

14、，添加機組輸出功率； N當 當 當動態(tài)過程終了時，機組的實發(fā)功率與功率給定值相等,即 PIKKN0dddtdtNN0EppT指令汽機調(diào)節(jié)閥門開度指令按指令信號間接平衡的協(xié)調(diào)控指系統(tǒng)圖10-18 某320MW單元機組協(xié)調(diào)控制方案 分析：1.鍋爐主控制指令MB的構(gòu)成 鍋爐側(cè)，負荷指令N0經(jīng)比例微分PD控制器作用到鍋爐主控指令端，構(gòu)成對鍋爐側(cè)的前饋控制造用。由于： 0)(00TEPPNNK或 TEPPNNK00)(可見，汽壓偏向 )PP(T0)NN(E0與功率偏向 僅相差一個比例常數(shù) K，所以取 )PP(T0或 )NN(E0 作為控制器輸入信號時，效果近似一樣。鍋爐側(cè)對功率偏向?qū)嵭蟹e分I控制；對汽壓

15、偏向?qū)嵭蠵控制，兩者合在一同，本質(zhì)上構(gòu)成了對功率偏向的比例積分控制。分開的目的是為了縮短功率控制過程的時間，由于在功率控制過程中，汽壓的變化比功率的變化要早一些。2.汽機主控指令MT的構(gòu)成 汽輪機側(cè)PI調(diào)理器的義務是維持機前壓力PT等于給定值P0，但在負荷變化過程中，要利用功率偏向 )NN(E0 信號修正汽壓給定值，以便利用鍋爐的蓄熱量。壓力給定值的修正作用是經(jīng)由雙向限幅器送到汽機調(diào)理器入口的加法器上。3.在穩(wěn)態(tài)時，汽輪機側(cè)調(diào)理器PI保證PT=P0；鍋爐側(cè)調(diào)理器I保證NE=N0，這正是汽輪機跟隨方式的特點。二二. .前饋控制信號為蒸汽流量信號前饋控制信號為蒸汽流量信號 能量平衡信號：汽輪機對鍋

16、爐的能量要求信號。直接能量平衡(Direct Energy Balance 簡稱DEB)協(xié)調(diào)控制方式：用能量平衡信號作為鍋爐主控制器前饋信號的控制方式。為了抑制正反響作用，即應以蒸汽流量的需求稱為目的蒸汽流量而不是實踐蒸汽流量作為對鍋爐的前饋控制信號。為此，必需進展修正，以構(gòu)成目的蒸汽流量信號。對調(diào)理級壓力P1信號修正方法：壓力比修正和壓力差修正。 1.具有壓力比修正的能量平衡信號能量平衡信號： 01PPPT 能量平衡信號準確地代表了汽輪機的能量要求。調(diào)理級汽壓P1與主汽壓PT之比準確地表示汽輪機調(diào)門的有效通流面積或開度，即。 )PP(fTT1假設P0不是常數(shù)滑壓運轉(zhuǎn),采用 TPPP01 作為

17、汽輪機的能量需求信號。能量平衡信號也可抑制動態(tài)過程的正反響作用。 在穩(wěn)態(tài)時，因 PT=P0，故 101PPPPT 目的蒸汽流量等于實踐蒸汽能量。例例10-3 10-3 圖圖10-2010-20為采用為直接能量平衡信號的協(xié)調(diào)控制方案。為采用為直接能量平衡信號的協(xié)調(diào)控制方案。IdXPPIdIPPPPNN00T1E鍋爐燃燒率指令汽機調(diào)節(jié)閥門開度指令能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)圖10-20 采用 直接能量平衡信號的協(xié)調(diào)控制方案 TPP1分析： 1功率偏向 送入汽輪機主控制器，機前壓力給定值P0送入鍋爐主控制器。屬于以鍋爐跟隨為根底的協(xié)調(diào)控制方式。ENN 0(2)鍋爐側(cè)，鍋爐主控指令MB信號為)PP(dtd

18、PPPPdt)PP(KMtTTtB1110式中 K-比例系數(shù)鍋爐主控指令MB的前饋信號是能量平衡信號 ，式中微分項在動態(tài)過程中加強鍋爐主控指令，以補償機爐之間對負荷要求呼應速度的差別。由于要求動態(tài)補償?shù)哪芰坎粌H與負荷變化量成正比，而且還與負荷程度成正比，所以微分項要乘以 值。TPP1TPP1汽壓偏向積分項保證了穩(wěn)態(tài)時能消除壓力偏向。 (3)汽機側(cè)，汽機調(diào)理器PI的輸入信號為dtNNKPKdtdNNeEnPT)(0100式中，KP、Kn-比例系數(shù)。 汽輪機主控制器中，與負荷指令N0對應的反響信號不是實發(fā)功率，而是汽輪機第一級后壓力P1。由于P1對汽輪機調(diào)理汽門開度的呼應比實發(fā)功率更靈敏，故汽機調(diào)

19、理汽門能迅速而平穩(wěn)地呼應負荷指令N0的變化。 負荷指令N0的微分項 是為了在動態(tài)過程中，汽輪機調(diào)理汽門產(chǎn)生過開或過關，以加速功率呼應。積分項 用于消除穩(wěn)態(tài)功率偏向。 dtdN0dt)NN(KEn0需求闡明的是：能量平衡信號與負荷指令信號性質(zhì)不同，前者反映了汽輪機對鍋爐的能量要求，后者反映的是電網(wǎng)對機組的負荷要求。因此采用能量平衡信號，就為鍋爐主控制器和汽輪機主控制器在動態(tài)過程協(xié)調(diào)任務提供了一個直接的能量平衡信號。2.具有壓力差修正的能量平衡信號能量平衡信號為:)PP(KPT011為壓力差修正項。 )PP(KPT01 第五節(jié) 滑壓運轉(zhuǎn)機組的協(xié)調(diào)控 制方案 The Sliding Pressure

20、 Control of Unit Load 在主控制系統(tǒng)構(gòu)造上第一,滑壓與定壓運轉(zhuǎn)的區(qū)別僅在于汽壓的給定值不同。后者為定 值，而前者為負荷的函數(shù)。第二，滑壓運轉(zhuǎn)要求穩(wěn)態(tài)時汽輪機調(diào)門堅持一定開度?；瑝哼\轉(zhuǎn)時，除了應增設汽壓給定值構(gòu)成回路和調(diào)門開度調(diào)理回路，以實現(xiàn)給定的滑壓運轉(zhuǎn)曲線以外，定壓運轉(zhuǎn)機組負荷協(xié)調(diào)控制方案的其他部分對滑壓運轉(zhuǎn)機組都適用。例例10-5 10-5 圖圖10-2410-24為一臺為一臺300MW300MW單元機組滑壓運轉(zhuǎn)時的負荷協(xié)調(diào)控制單元機組滑壓運轉(zhuǎn)時的負荷協(xié)調(diào)控制方案，其滑壓曲線與圖方案，其滑壓曲線與圖10-2310-23一樣。額定汽壓一樣。額定汽壓pn=18.3MPa,p

21、n=18.3MPa,在在26%26%91%91%額定負荷范圍內(nèi)作滑壓運轉(zhuǎn)。額定負荷范圍內(nèi)作滑壓運轉(zhuǎn)。圖10-24 某300MW單元機組滑壓運轉(zhuǎn)時的負荷協(xié)調(diào)控制方案 T0 汽輪機調(diào)門開度T 的給定值 1 2 3 4K1+TSPI1PDPI2PIDN0NEMTMBPnPS2P5TT0PS1-+-P0PTPmin分析： 1該方案為典型的以鍋爐跟隨為根底的協(xié)調(diào)控制方案。 (2)首先分析主汽壓力給定值P0的構(gòu)成。請見圖10-24虛線框中的回路，PS由PS1和PS2迭加而成。N0經(jīng)比例與慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)回路構(gòu)成PS！。比例系數(shù)k為滑壓階段P-N特性曲線的斜率。 (3)汽輪機調(diào)門開度調(diào)理器PI1保證滑壓階段調(diào)門

22、開度在穩(wěn)態(tài)時等于給定值，即T=T0。由于T0=91%，所以在滑壓階段當需求改動負荷時，調(diào)門在開關兩個方向都有余地，負荷變化的動態(tài)過程中，汽輪機調(diào)門開度會暫時改動，利用蓄熱才干使機組負荷迅速呼應。 穩(wěn)態(tài)時，汽輪機調(diào)門堅持在91%開度，減小了蒸汽的節(jié)流損失，處理了機組效率與負荷呼應速度之間的矛盾。(4)負荷指令N0經(jīng)PD作用，對鍋爐構(gòu)成前饋控制，以使熄滅率 及相應的給水流量與負荷指令一致，及補償鍋爐的動態(tài)遲延和 慣性。N0還直接作用到汽輪機主控指令端，構(gòu)成比例前饋控制。 第六節(jié) 負荷指令處置 Processing the Load Instruction 負荷指令處置部分(或負荷指令處置安裝)的主

23、要作用是： 對外部負荷要求指令目的負荷指令進展選擇并加以處置，使之轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵺`負荷指令N0，作為適宜于機、爐運轉(zhuǎn)形狀的功率給定值信號。一、正常工況下的負荷指令處置一、正常工況下的負荷指令處置在機組的設備及主參數(shù)都正常的情況下，機組的外部負荷要求指令來自三方面：1電網(wǎng)中心調(diào)度遙控的負荷分配指令ADS指令，即Automatic Dispatch System； 2機組就地設定的負荷指令； 3電網(wǎng)調(diào)頻所需負荷指令。 正常工況下的負荷指令普通遭到以下限制： 1、負荷指令變化速率限制 2、運轉(zhuǎn)人員所設定的最大、最小負荷限制 二、異常工況下的負荷指令處置二、異常工況下的負荷指令處置 當機組的主機、主要輔機或設備發(fā)生缺點，影響機組的實踐負荷，或危及機組的平安運轉(zhuǎn)時，就要對機組的實踐負荷指令進展必要的處置，以防止部分缺點擴展到機組其它處，甚至引起單元機組停機事故。單元機組的主機、主要輔機或設