超臨界大型機(jī)組的控制特點(diǎn)及對策

1、超臨界大型機(jī)組的控制特點(diǎn)及對策一超臨界參數(shù)大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法三閉環(huán)控制中的重要概念四AGC及協(xié)調(diào)控制在HIACS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法五. HIACS5000M系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對策目 錄一超臨界、直流爐大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)： 1. 對象特點(diǎn)：- 輸入/輸出工藝變量多。 動(dòng)態(tài)過程快：由于沒有汽包環(huán)節(jié)，作功工質(zhì)占汽水循環(huán)總工質(zhì)的比 例增大，動(dòng)態(tài)過程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。- 主汽壓參數(shù)上升（246Kg/cm2），工作介質(zhì)剛性提高，動(dòng)態(tài)過程加快， 同樣需要更快的控制作用及更快的控制周期。 - 數(shù)學(xué)模型不精確。 2. 機(jī)組控制系統(tǒng)(DCS)面臨的主要問題

2、 - DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性更好： 快速的I/O處理； 快速的CPU處理； 更短的控制周期； - 快速控制、快速保護(hù) - 汽機(jī)鍋爐發(fā)電機(jī)總體優(yōu)化的快速控制策略 - 快速響應(yīng)負(fù)荷需求 - 總體協(xié)調(diào) - 高可靠性二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法 1. 對控制策略的基本要求 - 具有成功地投運(yùn)經(jīng)驗(yàn) - 對數(shù)學(xué)模型的精度要求不高 - 對負(fù)荷需求指令，有快速的響應(yīng) - 能夠?qū)崿F(xiàn)爐機(jī)電之間的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)功率平衡 2. 四種機(jī)組運(yùn)行方式 - 協(xié)調(diào)方式 - 鍋爐跟蹤汽機(jī)的工作方式 - 汽機(jī)跟蹤鍋爐的工作方式 - 鍋爐、汽機(jī)手動(dòng)狀態(tài)方式 3. 二類基本控制策略 - 采用P1信號的控制策略 - 日立公司的控制策略P1/PT:代

3、表了調(diào)節(jié)門開度 P1/PT.PTS:代表了蒸汽流量 =P1/P Y=P11+K(PTS-PT) (F算法)當(dāng)K=1/PT時(shí)Y=P11+1/PT(PTS-PT)T*PTS (L-N算法) 以P基本思想：1作為Boiler 功率需求信號， 協(xié)調(diào)B-T側(cè)的能量平衡。采用汽機(jī)調(diào)節(jié)級壓力P1信號的協(xié)調(diào)控制策略日立公司超臨界、直流爐的協(xié)調(diào)控制思想三.閉環(huán)控制工程中的幾個(gè)重要概念1.可控性（controllability）、快速性和控制周期。現(xiàn)代控制理論中，可控性是個(gè)最基本的概念。在實(shí)際工程中，非常有意義的有兩點(diǎn)： - 不可觀測的變量及工藝過程是不可控制的； - 在一定意義下可控性等價(jià)于控制的快速性： -

4、控制的快速性越好，可控性越好。 - 控制周期實(shí)質(zhì)上是不可控環(huán)節(jié)，控制周期越短越好，當(dāng)然為此要付出經(jīng)濟(jì)代價(jià)。一般說來，以受控工藝時(shí)間常數(shù)T為準(zhǔn)則，控制周期TO以不大于T/10為好。 例如：汽機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程、時(shí)間常數(shù)分析及DEH控制周期的要求：汽機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：其中： I：汽機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ：轉(zhuǎn)子角速度； Mh：蒸汽主動(dòng)力矩； Me：電負(fù)荷力矩； Mf：摩擦力矩；對應(yīng)減速狀態(tài)；時(shí)；00dtdMdtdMh(1)MMeMdtdIf-=h-蒸汽主動(dòng)力矩（Mt）)()(1)(20秒量綱：SMKSMSKMIggH=w)4()3(00000HaaHThHMITTMIdtMdIMdtdIawwwww=）（米

5、公斤2)(13.100=imnHGMh其中： n：轉(zhuǎn)速；同樣的蒸汽流量，低轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的蒸汽力矩M高，高轉(zhuǎn)速下，產(chǎn)生的蒸汽力矩 低。M因此，這是一類自平衡系統(tǒng)。- 全飛升時(shí)間（Ta）的物理意義：定義：若M =M =0 時(shí)，在額定蒸汽力矩（M）的條件下，汽機(jī)轉(zhuǎn)速從零上升到額定值0時(shí)所需要的時(shí)間。此時(shí)（1）轉(zhuǎn)化為：G：蒸汽流量；0：焓降；im H0Hfehh經(jīng)驗(yàn)數(shù)值：200MW： Ta78秒300MW： Ta67秒600MW： Ta56秒日立DEH控制周期的確定： 這是一個(gè)理論上的極限數(shù)值，實(shí)際上是不可能達(dá)到的。因此，日立公司HIACS系統(tǒng)DEH的設(shè)定值為5060ms。為600MW機(jī)組全飛升時(shí)間Ta

6、的1/100。這一數(shù)據(jù)是有理論依據(jù)的。2.串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的工作周期概念串級反饋系統(tǒng)中，工作周期是個(gè)重要的物理概念。控制系統(tǒng)測點(diǎn)及執(zhí)行器的位置設(shè)計(jì)時(shí)，直接影響工作周期，因此，應(yīng)遵守如下準(zhǔn)則： - 副環(huán)路工作周期 盡可能地短； - 主環(huán)路工作周期 ，此時(shí)，對主環(huán)路而言副環(huán)路可以簡化為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。主、副環(huán)路本質(zhì)上解耦，可以分別鎮(zhèn)定、分別調(diào)試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，調(diào)試方便。反之系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，調(diào)試?yán)щy。3. 小偏差調(diào)節(jié)狀態(tài)從數(shù)學(xué)模型分析，電站工藝過程與其它工藝過程相同，必然是個(gè)非線性過程。線性僅是在某穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)X 鄰域內(nèi)的性質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷大范圍變化時(shí)，要使調(diào)節(jié)過程符合線性化性質(zhì)，控制系統(tǒng)必需處在小偏差工作

7、狀態(tài)，這樣才能得到正確的模型預(yù)測及好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。1120MWDMSPMSP調(diào)節(jié)器汽機(jī)調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)燃料調(diào)節(jié)通風(fēng)調(diào)節(jié)FG1FG2FG3其它系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)前饋及小偏差調(diào)節(jié)方式給水指令=鍋爐輸入主指令四 AGC及協(xié)調(diào)控制在HIACS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法 A.協(xié)調(diào)控制的功能：- 接受中調(diào)或操作員指令；- 產(chǎn)生控制系統(tǒng)可以接受的負(fù)荷指令；- 平衡汽機(jī)和鍋爐側(cè)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)；- 各種運(yùn)行方式的合理切換；- 參與電網(wǎng)調(diào)頻的功能；- 加快機(jī)組對負(fù)荷的響應(yīng)；- 輔機(jī)故障狀態(tài)下的減負(fù)荷控制；B.HIACS系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制： 圖1：單元主控框圖AGC裝置DCS系統(tǒng) AGC-DCS之間的信號連接 C. 鍋爐動(dòng)態(tài)加速信號（BIR）生

8、成回路目 的：加速鍋爐對負(fù)荷指令的響應(yīng)速度；功 能：變負(fù)荷時(shí)具有強(qiáng)化微分環(huán)節(jié)的作 用，穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下，不發(fā)生作用； 指令種類： - 燃料BIR； - 通風(fēng)BIR； - 給水BIR； - 減溫噴水BIR等；BIR信號的設(shè)計(jì)思想BIR生成程序框圖五. HIACS5000M系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對策HIACS控制器（R600C）快速性設(shè)計(jì)：1。高速并行I/O總線結(jié)構(gòu)高速并行總線結(jié)構(gòu)速率100Mbps并行總線擴(kuò)展最多擴(kuò)展七個(gè)機(jī)箱CPU模件I/O模件總線擴(kuò)展板I/O模件總線擴(kuò)展板CPU模件2。提高CPU處理速度采用RISC芯片主頻160MHz，相當(dāng)于一般芯片500MHz以上3。提高軟件管理效率：采用專用高效實(shí)時(shí)管理軟

9、件（PMS）處理效率高，實(shí)時(shí)性好內(nèi)存效率高，不產(chǎn)生任何內(nèi)存垃圾HISEC- 04M / CX / R600C控制器特征型 號R-600C處理器32 bit RISC內(nèi)存16MBROM512KB網(wǎng)絡(luò)連接-100時(shí)鐘100MHZ控制周期20、50、100、200、250、500ms冗余方式熱運(yùn)行備份方式最小設(shè)定間隔10ms望亭14# CTL負(fù)荷實(shí)測結(jié)果NO.CTL控制運(yùn)算周期(ms)實(shí)測負(fù)荷率（r1）1MCS12002345678MCS2100MCS320010020020010020091001020011BMS&MILL1BMS&MILL2SCS1SCS2SCS3SCS4SCS5DAS2001

10、2FSS20010.2310.1812.3211.8610.9611.4510.976.386.205.665.499.869.505.365.1811.5010.986.125.965.605.4414.0213.58Max(%)平均(%)11.27華能南京電廠1CTL負(fù)荷實(shí)測結(jié)果NO.CTL控制運(yùn)算周期(ms)實(shí)測負(fù)荷率（r1）1OPC202345678BTC200通風(fēng)A20010020020010010092001010011BMSBMSCCS給水輔機(jī)1輔機(jī)2輔機(jī)3DAS10012通風(fēng)B10028.8428.0610.6910.448.526.326.117.527.327.036.83

11、17.5517.0910.159.885.385.1319.8319.2013.2812.9418.6818.53Max(%)平均(%)8.30望亭電廠CTL內(nèi)存占用率實(shí)測數(shù)據(jù)（一）NOCTL功能內(nèi)存區(qū)已占用(%)未用區(qū)(%)邏輯區(qū)6941BTC通訊區(qū)199I / O 區(qū)199邏輯區(qū)6942MCS1通訊區(qū)298I / O 區(qū)298邏輯區(qū)4963MCS2通訊區(qū)199I / O 區(qū)199邏輯區(qū)3974MCS3通訊區(qū)199I / O 區(qū)199邏輯區(qū)6945BMS1通訊區(qū)298I / O 區(qū)199望亭電廠CTL內(nèi)存占用率實(shí)測數(shù)據(jù)（二）NOCTL功能內(nèi)存區(qū)已占用(%)未用區(qū)(%)邏輯區(qū)793BMS2通訊

12、區(qū)1996I / O 區(qū)199邏輯區(qū)6967SCS1通訊區(qū)298I / O 區(qū)199邏輯區(qū)6948SCS2通訊區(qū)298I / O 區(qū)199邏輯區(qū)8929SCS3通訊區(qū)1288I / O 區(qū)199邏輯區(qū)49610DAS通訊區(qū)298I / O 區(qū)397高效、快速傳輸?shù)臋C(jī)組控制級網(wǎng)絡(luò)（-100 Nwtwork)：采用國際校準(zhǔn)的環(huán)形令牌（Token-Ring）網(wǎng)絡(luò) 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.5協(xié)議-不用HUB；-不用交換機(jī)；-光纖介質(zhì)環(huán)形連接的物理結(jié)構(gòu)；雙重化IEEE802.5網(wǎng)絡(luò)接口卡-雙重化光/電轉(zhuǎn)換接口；-雙重化處理電路；-獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)處理器，與CPU處理器并行總線連 接，實(shí)現(xiàn)了快速數(shù)據(jù)交換；采用光纖令牌協(xié)議的-100 Nwtwork，傳輸處理的效率高，實(shí)時(shí)性好，可靠性及傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性能好，使得不同控制子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)信息加快，協(xié)調(diào)周期縮短，有利于超臨界、直流爐的快速控制?？刂萍壨ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)可靠性措施-CRC校驗(yàn)-應(yīng)答校驗(yàn)-網(wǎng)間冗余、備份-