熱工控制系統(tǒng)第十二章單元機(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)一引言（一）基本概念

單元機(jī)組在處理滿足負(fù)荷要求并同時(shí)維持機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定這兩個(gè)問(wèn)題時(shí)，是將機(jī)爐作為一個(gè)整體來(lái)看待的。然而汽機(jī)、鍋爐實(shí)際上又是相對(duì)獨(dú)立的，它們通過(guò)各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、鍋爐燃燒率，滿足電網(wǎng)負(fù)荷的要求并保持機(jī)組主要參數(shù)（主蒸汽壓力）的穩(wěn)定，但它們能力不盡相同，差異較大。

當(dāng)前隨著大型發(fā)電機(jī)組的日益增多，大容量機(jī)組的汽機(jī)和鍋爐都是組成單元制熱力系統(tǒng)。

若在單元機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮它們差異，以及各自特點(diǎn)，采取某些措施（如引入某些前饋信號(hào)、協(xié)調(diào)信號(hào)），讓機(jī)爐同時(shí)按照電網(wǎng)負(fù)荷要求變化，接收外部負(fù)荷指令，根據(jù)主要運(yùn)行參數(shù)偏差，協(xié)調(diào)地進(jìn)行控制，從而在滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求同時(shí)保持主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，這樣控制系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）。

單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認(rèn)為是一種二級(jí)遞階控制系統(tǒng)。處于上位級(jí)的機(jī)爐協(xié)調(diào)級(jí)，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(jí)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(dòng)作的鍋爐指令和汽機(jī)指令。局部控制級(jí)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

負(fù)荷管理中心結(jié)構(gòu)圖

WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE--++++++μBμTp0pT機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器控制對(duì)象（二）機(jī)組控制對(duì)象分析鍋爐和汽輪機(jī)在響應(yīng)外界負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)特性存在很大差異。主蒸汽壓力反映機(jī)爐內(nèi)部的能量是否平衡，實(shí)發(fā)功率表征發(fā)電機(jī)組與外部電網(wǎng)是否平衡。WpB(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)PEpT++++μBμTP:功率p：壓力二機(jī)、爐主控制器機(jī)、爐主控制器是單元機(jī)組的控制機(jī)構(gòu)，它的主要功能是根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行條件和要求，運(yùn)行人員可以選擇鍋爐跟隨、汽輪機(jī)跟隨及協(xié)調(diào)等控制方式，給出合理的控制方案提供機(jī)組全面的協(xié)調(diào)控制。（一）分開(kāi)控制1、爐跟機(jī)（BFboilerfollowingturbine）爐跟機(jī)的特點(diǎn)：負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)組穩(wěn)定性差WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE--++++++μBμTp0pT原理框圖2、機(jī)跟爐（TF）機(jī)跟爐的特點(diǎn)：機(jī)組穩(wěn)定性強(qiáng)，負(fù)荷適應(yīng)性差。WT1(s)WPT(s)WT2(s)WpB(s)WpT(s)WPB(s)p0P0PEpT--++++++μBμT原理框圖（二）協(xié)調(diào)控制方式

目前，各種不同單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都是從處理快速負(fù)荷響應(yīng)和主要參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定這一矛盾出發(fā)的，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋回路或前饋信號(hào)的不同進(jìn)行分類。1、按反饋回路分類

按反饋回路分類可以將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為以鍋爐跟隨（汽機(jī)基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和汽機(jī)跟隨（鍋爐基本）以為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。（1）以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CBF：

特點(diǎn)：（2）以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式CTF特點(diǎn)：2、前饋控制在機(jī)爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用（1）直接能量平衡（DEBdirectenergybalance）

按蒸汽流量需求進(jìn)行的前饋控制若系統(tǒng)在鍋爐跟隨方式下，負(fù)荷指令由汽輪機(jī)手動(dòng)控制或由DEH就地控制，P0跟蹤機(jī)組實(shí)際功率，P0=PE，而PE是被調(diào)量，不能主動(dòng)反映負(fù)荷需求的變化，這時(shí)再用P0作前饋就失去了“前饋”的意義。這時(shí)，通常采用蒸汽流量需求信號(hào)作為鍋爐的前饋信號(hào)。蒸汽流量需求是汽輪機(jī)希望消耗的能量，用此信號(hào)可保持汽輪機(jī)耗能與鍋爐產(chǎn)能隨時(shí)平衡，從而改善機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)。汽輪機(jī)對(duì)鍋爐的能量需求信號(hào)也稱能量平衡信號(hào)。p1大體上代表汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，可以作為對(duì)鍋爐的能量需求信號(hào)。缺點(diǎn)：僅采用p1作為前饋信號(hào)，當(dāng)鍋爐側(cè)內(nèi)擾時(shí)，將對(duì)汽壓pT造成動(dòng)態(tài)正反饋。如：燃燒率擾動(dòng)使主汽壓增加時(shí)，即使調(diào)門開(kāi)度不變，調(diào)節(jié)級(jí)壓力p1也增加，如果直接把p1作為前饋信號(hào)直接作用于鍋爐，就會(huì)使燃燒率進(jìn)一步增加。因此，若采用p1作為前饋信號(hào)，就必須對(duì)其進(jìn)行修正。具有壓力比修正的能量平衡信號(hào)當(dāng)鍋爐內(nèi)擾引起進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量變化時(shí)，p1/pT可保持不變。這樣就消除了內(nèi)擾影響?；瑝哼\(yùn)行時(shí)由于p0的變化，該信號(hào)同樣有效。（2）直接指令平衡控制系統(tǒng)DIB（間接能量平衡IEB）（三）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，所供選擇的工作方式也有所區(qū)別。但是，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都具有下列五種工作方式：（１）方式I－－機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式

適用:機(jī)組運(yùn)行情況良好,帶變動(dòng)負(fù)荷。機(jī)爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所可以直接改變機(jī)組負(fù)荷，機(jī)組運(yùn)行人員也可以改變機(jī)組輸出功率，機(jī)爐自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都投入運(yùn)行。（２）方式II－－汽機(jī)跟隨鍋爐而汽機(jī)輸出功率可調(diào)方式

鍋爐、汽機(jī)自動(dòng)，機(jī)組不參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所也不直接改變機(jī)組負(fù)荷。只有機(jī)組運(yùn)行人員可以改變機(jī)組給定功率，機(jī)組輸出功率能自動(dòng)保持=給定功率。（３）方式III－－汽機(jī)跟隨鍋爐而機(jī)組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式

（４）方式IV－－鍋爐跟隨汽機(jī)輸出功率不可調(diào)節(jié)方式

鍋爐工作正常，汽機(jī)部分設(shè)備工作異常，不接受外部負(fù)荷指令，鍋爐燃燒率處于自動(dòng)狀態(tài)，維持機(jī)前壓力。汽機(jī)主控制器處于手動(dòng)狀態(tài)。（５）方式V－－手動(dòng)控制方式

鍋爐和汽機(jī)都處于“手動(dòng)”，單元機(jī)組的運(yùn)行由運(yùn)行人員手動(dòng)操作，主控制系統(tǒng)中的負(fù)荷要求指令P0

跟蹤機(jī)組的實(shí)際出力，為投入自動(dòng)作好準(zhǔn)備。

汽機(jī)運(yùn)行正常，鍋爐部分設(shè)備有故障，機(jī)組維持它本身實(shí)際輸出功率，不接受任何外部負(fù)荷要求指令。自動(dòng)調(diào)節(jié)的主要目的是維持鍋爐繼續(xù)運(yùn)行，以便排除鍋爐的部分故障。此時(shí)只是汽機(jī)調(diào)節(jié)閥處于自動(dòng)控制，鍋爐燃燒率處于手動(dòng)控制。（一）負(fù)荷管理控制中心基本原理三負(fù)荷指令處理1、負(fù)荷指令運(yùn)算環(huán)節(jié)負(fù)荷指令處理的主要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的負(fù)荷指令或機(jī)組運(yùn)行人員指令以及機(jī)組主輔機(jī)運(yùn)行情況，處理成適合于機(jī)爐運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)際負(fù)荷指令P0

。2、負(fù)荷指令限制環(huán)節(jié)（1）最大/最小負(fù)荷限制環(huán)節(jié)機(jī)組最大可能出力與主要輔機(jī)的投切狀況有關(guān)。主要輔機(jī)故障切除時(shí)，機(jī)組最大可能出力值減小，為了保證機(jī)組能量力而行，應(yīng)根據(jù)輔機(jī)運(yùn)行情況，計(jì)算最大可能出力值，作為機(jī)組負(fù)荷上限。如有的機(jī)組以運(yùn)行中的摩煤機(jī)臺(tái)數(shù)來(lái)計(jì)算機(jī)組最大可能出力。（2）負(fù)荷快速返回RB

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組的主要輔助設(shè)備突然發(fā)生故障，造成機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷能力下降時(shí)，就要求機(jī)組的負(fù)荷指令處理裝置將機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令下降到機(jī)組所能承擔(dān)的水平，這種輔機(jī)故障引起的機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令的快速下降，稱為快速返回，簡(jiǎn)稱RB（RUNBACK）引起RB的輔機(jī)有：送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、一次風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等（3）負(fù)荷增/減閉鎖（BLOCKI/D）引起機(jī)組閉鎖的原因：1）第二類故障：指運(yùn)行中存在的可能導(dǎo)致機(jī)組實(shí)際負(fù)荷的增減受到限制，但又不能立即加以識(shí)別的故障因素。例如：燃燒器噴嘴堵塞、風(fēng)機(jī)擋板卡澀、執(zhí)行器連桿折斷、給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障等。2）各輔機(jī)的動(dòng)作速率不一致或負(fù)荷指令變化過(guò)快。負(fù)荷指令增/減閉鎖實(shí)現(xiàn)方案（4）負(fù)荷迫升/迫降（RUNUP/RUNDOWN）對(duì)于第二類故障，除采取負(fù)荷增/減閉鎖措施外，通常還可能進(jìn)一步采取迫升