機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)

1、單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),第一節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本概念 第二節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案分析 第三節(jié) 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實例分析 第四節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整定,第一節(jié)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本概念,一、基本概念,當前隨著大型發(fā)電機組的日益增多，大容量機組的汽機和鍋爐都是組成單元制熱力系統(tǒng)。 單元機組在處理滿足負荷要求并同時維持機組主要運行參數(shù)穩(wěn)定這兩個問題時，是將機爐作為一個整體來看待的。然而汽機、鍋爐實際上又是相對獨立的，它們通過各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪機調(diào)節(jié)閥開度、鍋爐燃燒率，滿足電網(wǎng)負荷的要求并保持機組主要參數(shù)（主蒸汽壓力）的穩(wěn)定，但它們的能力不盡相同，差異較大。若在單元機組控制系統(tǒng)的設(shè)計中，充分考慮

2、它們的差異，以及各自的特點，采取某些措施（如引入某些前饋信號、協(xié)調(diào)信號），讓機爐同時按照電網(wǎng)負荷要求的變化，接收外部負荷的指令，根據(jù)主要運行參數(shù)的偏差，協(xié)調(diào)地進行控制，從而在滿足電網(wǎng)負荷要求的同時保持主要運行參數(shù)的穩(wěn)定。這樣的控制系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。,負荷指令 處理回路,機爐主控 制器回路,ADS指令,頻差信號,值班員指令,LD,PB,P,圖11-1 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成原理示意圖,由上圖，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負荷指令處理回路和機爐主控制回路這兩部分組成。負荷指令處理回路接受中央調(diào)度所指令、值班員指令和頻率偏差信號，通過選擇和運算，再根據(jù)機組的主輔機實際的運行情況，發(fā)出負荷指令。機爐主控制回

3、路除接受負荷指令信號外，還接受主蒸汽壓力信號根據(jù)這兩個信號的偏差，改變汽機調(diào)節(jié)閥的開度和鍋爐的燃燒率。,二、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分類,目前，各種不同單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計，都是從處理快速負荷響應(yīng)和主要參數(shù)運行穩(wěn)定這一矛盾出發(fā)的，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋或前饋回路的不同進行分類。,（一）、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)分為以汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。,1、以汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,WT2(S),WT1(S),F(X),P0,P0,+,-,-,+,+,PT,PE,M,-T,如上圖11-2所示，汽機跟隨（

4、鍋爐基本）控制系統(tǒng)構(gòu)成包括汽輪機側(cè)的主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和鍋爐側(cè)的機組功率控制系統(tǒng)。鍋爐調(diào)節(jié)器WT2(S)接受功率給定和功率反饋信號，當機組負荷發(fā)生變化時，首先通過鍋爐調(diào)節(jié)器WT2(S)控制燃料量（此時給水和送粉也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整）。待機前壓力PT改變后，再按機前壓力與給定值的偏差，通過汽機調(diào)節(jié)器WT1(S)改變汽輪機調(diào)節(jié)閥的開度，從而改變機組功率。顯然，由于鍋爐側(cè)調(diào)節(jié)有較大的慣性，且汽輪機側(cè)保持主汽壓力穩(wěn)定時沒有利用機組蓄能，所以在負荷需求變化時機組響應(yīng)較慢，但采用汽機的調(diào)節(jié)閥來控制主汽壓力，使汽壓波動較小。,WT2(S),WT1(S),F(X),P0,P0,+,-,PT,PE,M,T,+,-,+,

5、-,汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，可以在汽機調(diào)節(jié)器前，加入功率偏差的前饋信號，其原理是利用鍋爐的蓄能，同時允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動。如圖11-2所示，功率偏差信號（P0PE）可以看作是暫時改變的汽機調(diào)節(jié)器的給定值，當（P0PE）0時，汽壓給定值降低，汽機調(diào)節(jié)器發(fā)出開大調(diào)節(jié)閥的指令，增加輸出功率，反之亦然，當F(x)0時，前饋作用不存在。,2、以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,如上圖11-3所示，鍋爐跟隨控制系統(tǒng)其基本構(gòu)成也包括兩個反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即汽機側(cè)的機組功率控制系統(tǒng)和鍋爐側(cè)的主汽壓力控制系統(tǒng)。其基本工作原理是，汽機調(diào)節(jié)器WT1(S)接受功率給定值與實發(fā)功率反饋信號，

6、根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)節(jié)汽機調(diào)節(jié)閥開度，從而改變進汽量使發(fā)電機輸出功率迅速滿足負荷要求。鍋爐調(diào)節(jié)器WT2(S)接受機前壓力定值與機前壓力反饋信號，根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)整燃料量從而保證主汽壓力的穩(wěn)定。由于機組功率對汽機側(cè)調(diào)節(jié)作用的響應(yīng)迅速，當負荷要求變化時，本系統(tǒng)通過改變汽機調(diào)節(jié)閥開度，充分利用機組蓄能，就可以得到機組功率的快速響應(yīng)。但是，這是以犧牲主汽壓力的穩(wěn)定為代價的，又因為在鍋爐側(cè)的調(diào)節(jié)作用下，主汽壓力的響應(yīng)有較大慣性。所以，在鍋爐跟隨系統(tǒng)中，快速的功率響應(yīng)和較大的主汽壓力偏差是同時存在的，這就是鍋爐跟隨系統(tǒng)的特點。,為了減小主汽壓力的波動，以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以

7、采用機前壓力的定值與機前壓力的反饋值之間的偏差信號，通過函數(shù)模塊F(X)，作用在汽機調(diào)節(jié)器的輸出端。當汽壓偏差超過非線性模塊的不靈敏區(qū)時，汽機調(diào)節(jié)器發(fā)出的調(diào)節(jié)閥開度指令將受到限制。,（二）、按前饋回路分類,單元機組負荷控制系統(tǒng)的任務(wù)之一是保證汽機鍋爐之間能量供求關(guān)系的平衡，為了改善控制系統(tǒng)的性能，增設(shè)了前饋回路，使能量的失衡限制在較小的范圍之內(nèi)，下面介紹兩種基本的前饋回路方案。,1、按指令信號間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,圖11-4是指令信號間接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的原理圖，系統(tǒng)的特點是用指令間接平衡機爐之間的能量關(guān)系，屬于以汽機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。,d,d,PI,I,鍋爐主控 燃燒率指令,汽機

8、調(diào)節(jié)閥 開度指令,p0,PE,P0,pT,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,+,圖11-4 按指令信號間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),汽機調(diào)節(jié)器PI的任務(wù)是維持機前壓力PT 等于給定值P0，但在負荷變化過程中，要利用功率偏差（P0PE）信號修正汽壓給定值，以便利用鍋爐的蓄熱量。,由圖11-4可見，汽機調(diào)節(jié)器入口輸入信號的平衡關(guān)系為：,（1+S）P0 PEKP（pTp0）0,式中：S微分算子 KP加法器中比例系數(shù),穩(wěn)態(tài)時為：,由此可見，汽機功率控制回路實際上是一個汽壓控制系統(tǒng)，功率的偏差信號是汽機調(diào)節(jié)回路的前饋信號，它用來修正壓力給定值。當功率給定值P0 增加時，實際壓力給定值低于給定值p0，

9、調(diào)節(jié)器將發(fā)出開大調(diào)節(jié)閥指令，增大實發(fā)功率。,鍋爐燃燒率指令送往鍋爐各子系統(tǒng)（燃料和送風系統(tǒng)）。由圖11-4可見，燃燒率指令PM 為：,式中：KP1 、KP比例系數(shù) S微分算子,顯然，功率定值P0 的比例微分是前饋信號，微分在動態(tài)過程中加強燃燒率指令，以補償機爐之間對負荷響應(yīng)速度的差異，穩(wěn)態(tài)時汽壓偏差（p0pT）信號為零，它在動態(tài)過程中有適當修正燃燒率指令的作用。功率偏差的積分項用來校正燃燒率指令，以保證機組的功率偏差和汽壓偏差在穩(wěn)態(tài)時都為零，其校正過程是通過鍋爐和汽機兩個回路完成的。,2、能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,I,PI,I,d,d,p,鍋爐 燃燒率指令,汽機調(diào)節(jié)閥 開度指令,p0,pT,

10、p1,P0,PE,+,+,+,+,+,+,-,-,-,圖11-5能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖,圖11-5是這種控制方案的原則性系統(tǒng)原理框圖，這個系統(tǒng)屬于以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的主要特點是采用能量平衡信號p1 / pT 取代功率給定信號P0，作為控制回路的前饋信號，其中p1 為汽機第一級后壓力，兩者的比值p1 / pT與汽機調(diào)節(jié)閥開度成正比，無論什么原因引起的調(diào)節(jié)閥開度變化，p1 / pT 都能對調(diào)節(jié)閥開度的微小的變化作出靈敏的反應(yīng)。所以，無論在動態(tài)還是靜態(tài)，p1 / p T 都能反映調(diào)節(jié)閥的開度，即汽機輸入能量。,由圖11-5可見，汽機調(diào)節(jié)器輸入信號的平衡關(guān)系為：,由上式可

11、見，汽機控制回路功率給定值P0的反饋信號是p1，因p1對汽機調(diào)節(jié)閥開度的響應(yīng)比實發(fā)功率靈敏得多。故汽機調(diào)節(jié)閥能迅速而平穩(wěn)地響應(yīng)功率給定值的變化。,鍋爐燃燒指令PM為：,燃燒率指令的前饋信號是能量平衡信號p1 / pT ，式中微分項在動態(tài)過程中加強燃燒指令，以補償機爐之間對負荷要求響應(yīng)速度的差異。由于要求動態(tài)補償?shù)哪芰坎粌H與負荷變化率成正比，而且與負荷水平成正比，所以微分項要求乘以p1 / pT 值，汽壓偏差積分項保證了穩(wěn)態(tài)時能消除壓力偏差。,能量平衡信號與功率給定信號性質(zhì)不同。后者僅表示電網(wǎng)對機組的負荷要求，前者反映了汽機對鍋爐的能量要求，這就為機爐之間動態(tài)過程中協(xié)調(diào)控制兩個控制回路的工作提供

12、了一個比較直接的能量平衡信號。與指令信號間接平衡的協(xié)調(diào)系統(tǒng)相比，鍋爐控制回路的前饋信號無論是動態(tài)還是靜態(tài)的精度都比較高，整定也比較方便。,通過上述分析介紹，我們不難看出，采用以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在快速適應(yīng)負荷要求，以及克服系統(tǒng)內(nèi)部擾動方面，都有比較大的優(yōu)勢，是目前諸多協(xié)調(diào)控制方案中較好的一種。,三、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的作用,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由負荷指令處理回路和機爐主控制回路這兩大部分組成，它們各自的作用分別介紹如下：,、負荷指令處理回路的作用,（1）負荷指令處理回路接受的外部指令是電網(wǎng)調(diào)度所的負荷分配指令、機組運行人 員改變負荷的指令、電網(wǎng)頻率自動調(diào)整的指令。根據(jù)機組運行狀態(tài)和電

13、網(wǎng)對機 組的要求，選擇其中一種指令或兩種以上指令。 （2）限制負荷指令的變化率和起始變化幅度。,（）限制機組最高和最低負荷。 （）甩負荷保護。 （）根據(jù)機組的輔機運行狀態(tài)，選擇不同的運行工況。,、機爐主控制回路的作用,（）接受經(jīng)過處理的負荷指令P0，對鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)和汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出協(xié)調(diào)的指揮 信號鍋爐指令PB和汽機指令PV。 （）根據(jù)機組輸出功率與負荷要求之間的偏差，決定不同的運行方式。,四、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計不同，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：,（）方式I機爐協(xié)調(diào)控制方式,單元機組運行情況良好，帶變動負荷時采用這種方式。這

14、時機爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所可以直接改變機組負荷，機組運行人員也可以改變機組輸出功率，機爐自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)都投入運行。,（）方式II汽機根隨鍋爐而汽機輸出功率可調(diào)方式,這種調(diào)節(jié)方式時，鍋爐、汽機自動系統(tǒng)都投入，但機組不參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所也不直接改變機組的負荷。只有機組運行人員可以改變機組的給定功率，機組輸出功率能自動保持等于給定功率。,（）方式III汽機跟隨鍋爐而機組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式,這時汽機運行正常，鍋爐部分設(shè)備有故障，機組維持它本身實際輸出功率，不接受任何外部負荷要求指令。自動調(diào)節(jié)的主要目的是維持鍋爐繼續(xù)運行，以便排除鍋爐的部分故障。此時只是汽機調(diào)節(jié)閥處于自動控制，鍋爐燃燒率處于手動控制。

15、,（）方式IV鍋爐跟隨汽機輸出功率不可調(diào)節(jié)方式,這時鍋爐工作正常，汽機部分設(shè)備工作異常，不接受外部負荷指令，鍋爐燃燒率處于自動狀態(tài)，維持機前壓力。汽機主控制器處于手動狀態(tài)。,（）方式V手動控制方式,這時鍋爐和汽機都處于“手動”控制，單元機組的運行由運行人員手動操作，主控制系統(tǒng)中的負荷要求指令P0 跟蹤機組的實際出力，為投入自動作好準備。,第二節(jié)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案分析,根據(jù)單元機組的動態(tài)特性及其負荷控制系統(tǒng)的任務(wù)，已經(jīng)設(shè)計出了多種不同類型的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。目前協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的性能日趨完善，高性能的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有以下主要特點：,（）為了迅速滿足電網(wǎng)調(diào)頻的要求，盡可能提高機組的負荷適應(yīng)性，為此，采用

16、前 饋回路，充分利用鍋爐蓄熱量。 （）不僅要求反饋回路能協(xié)調(diào)工作，而且要求提高前饋回路的動、靜態(tài)補償精度， 更好地相應(yīng)電網(wǎng)負荷要求。 （）負荷控制范圍不斷擴大，不僅在正常運行時能實現(xiàn)自動控制，而且在機組異常 時能自動處理事故和系統(tǒng)切換。,一、熱工控制系統(tǒng)設(shè)計的基本方法,從能量平衡的觀點看，輸入能量與輸出能量之間的比例關(guān)系應(yīng)能調(diào)節(jié)保持，在變動工況下，由于機組的蓄能變化，比例關(guān)系也會有變化，它們之間總的關(guān)系為：能量輸入等于能量輸出加能量儲蓄。設(shè)計系統(tǒng)時可以把關(guān)系密切的兩個相互平衡的量作為調(diào)節(jié)器的輸入信號，也可以把這兩者是否平衡的指標作為被調(diào)參數(shù)。,（）按平衡關(guān)系調(diào)節(jié),在單元機組中，相互平衡的量比較

17、多，例如送風量與引風量是一對相互平衡的量，給水量與產(chǎn)生的總的蒸汽量是一對相互平衡的量。這種調(diào)節(jié)的缺點是平衡關(guān)系絕對準確很困難，而且有些量很難測量。,（）按平衡指標調(diào)節(jié),單元機組中，蒸汽壓力是汽機負荷與鍋爐負荷是否平衡的指標；爐膛負壓是送風量與引風量是否平衡的指標；煙氣含氧量是給煤量與送風量是否平衡的指標；汽包水位是鍋爐給水量與蒸汽流量是否平衡的指標。這種調(diào)節(jié)的缺點是指標測定有遲延和慣性，使控制系統(tǒng)的性能指標受到一定影響。,綜合以上兩種方法，可以得到兩種新的設(shè)計方法：,D,PI,PD,P,PI,被調(diào)量,定值,調(diào)節(jié)指令,擾動,定值,被調(diào)量,擾動,調(diào)節(jié)指令,圖11-6 校正法調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖,圖11-

18、7 衰減法調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖,（）校正法,所謂校正法是將擾動量以前饋的形式，通過比例或比例微分作用，加入到控制系統(tǒng)中。圖11-6是校正法調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖 。,（）衰減法,衰減法是將擾動量以前饋的形式，通過微分作用，加入到控制系統(tǒng)中，圖11-7是衰減法調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖。,二、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按反饋回路分類，可分為機跟爐系統(tǒng)及爐跟機系統(tǒng)。機跟爐系統(tǒng)的特點是：由爐的燃料供給保證要求的負荷，由機的進汽閥調(diào)節(jié)保持汽壓。爐跟機系統(tǒng)的特征是：負荷由汽機調(diào)節(jié)，而汽壓由鍋爐調(diào)節(jié)保持。,純粹的“爐跟機”或“機跟爐”系統(tǒng)都有較大的缺點，原因是爐機負荷之間是否保持平衡只借助于汽壓PT 信號，而PT

19、 具有一定的惰性，所以在單元機組設(shè)計中一般都加入前饋補償信號作為機爐彼此協(xié)調(diào)動作的聯(lián)系。從前饋回路設(shè)計不同又可分為按指令信號間接平衡系統(tǒng)（DIB）和按能量直接平衡系統(tǒng)（DEB）。,我國目前單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都是在引進機組上設(shè)計和改進的，下面就目前我國存在的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)加以分析。,（1）Bailey820協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),如前面圖11-4所示，燃燒率指令PM為：,（按此按鈕返回圖11-4）,上式中第一項P0 的比例微分是前饋信號，微分作用在動態(tài)過程中加強燃燒率指令以補償機爐之間對負荷相應(yīng)速度的差異，汽壓偏差（p0pT）在動態(tài)過程中有適當修正燃燒率指令的作用，上式中最后一項用來校正燃燒率指令，以保證

20、機組功率偏差在穩(wěn)態(tài)時為零。因為蓄熱量與負荷成比例，故改變同樣的負荷，鍋爐在高負荷時的蓄熱量變化要比低負荷時大，這就希望在高負荷時有較大的改變?nèi)剂狭康乃俣?。為此，上式中的最后一項乘以功率給定值P0，以便使積分速度隨負荷變化。,汽機閥門開度指令P為：,在穩(wěn)態(tài)時上式化為：,可見，汽機功率控制回路是一個汽壓控制系統(tǒng)，其壓力的實際給定值是上式中方括號內(nèi)部分，只有在功率偏差為零時才有pTp0，改變比例系數(shù)KP 可調(diào)整功率偏差信號對壓力給定值修正作用的大小。,從上面分析可以看出，Bailey820協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中鍋爐主控器調(diào)整機組功率，汽機主控器維持機組壓力，因此它是汽機根隨（機跟爐）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。從前饋角度

21、來看，它以功率指令信號為前饋量，因此它間接反映了機爐之間的能量平衡關(guān)系，是按指令信號間接平衡協(xié)調(diào)系統(tǒng)（DIB系統(tǒng)）。,（2）美國Foxboro公司的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),從上式可以看出，當P0 增加時，調(diào)節(jié)器將開大汽機調(diào)節(jié)閥，增大實發(fā)功率。上式中調(diào)節(jié)器入口信號的平衡關(guān)系為：,美國Foxboro公司的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)如圖11-8所示：,P,PI,PID,PI,PE,P0,p0,p1,pT,-,+,+,+,-,M,B,圖11-8 美國Foxboro公司協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),由上圖可以看出，鍋爐主控器接收汽壓pT及汽壓定值p0信號，它們的差值送到PID調(diào)節(jié)器的入口端，圖11-8中的偏差比例乘法器輸入信號為p

22、T 、p0 及汽機第一級壓力信號p1，輸出信號I為：,此信號作為前饋信號，作用到鍋爐主控器回路來改變鍋爐的燃燒率指令。,汽機主控器是串級控制系統(tǒng)， 主調(diào)節(jié)器接收功率偏差信號（P0PE），副調(diào)節(jié)器接收主調(diào)節(jié)器的輸出信號及前饋信號來調(diào)節(jié)機組功率。,此系統(tǒng)鍋爐主控器控制機組壓力，汽機調(diào)節(jié)閥保證功率，因此是鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。從前饋回路來看，它以汽機第一級壓力信號p1 為前饋信號，所以是能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（DEB系統(tǒng)） 。,（）美國leeds和Northrap公司的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：,I,I,D,P,D,PI,pT,p1,p0,PE,B,P0,圖11-9 美國Leeds和Northrap公司

23、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),如上圖所示，鍋爐主控器接受p1 / pT 作為前饋信號，同時還接受壓力定值信號p0，鍋爐燃燒率指令PM為：,當機組負荷增加時，p1 / pT 增加，由上式可以看出，鍋爐燃燒率指令增大，汽壓偏差的積分作用是保證在穩(wěn)態(tài)時，汽壓等于給定值。,汽機主控器如圖所示，它實際是一個串級控制系統(tǒng)。主調(diào)接收的信號是功率偏差信號，副調(diào)接收主調(diào)輸出及p1信號。,在本系統(tǒng)中，引入汽輪機第一級后壓力p1 信號，用p1 / pT 作為機爐協(xié)調(diào)控制之間的聯(lián)系，對鍋爐來說是前饋信號，對汽機來說是反饋信號。按反饋回路分，汽壓由鍋爐的燃燒率維持，功率是由汽機調(diào)節(jié)閥來保證，因此它是爐跟機系統(tǒng)。按前饋信號分，本系統(tǒng)以直

24、接能量信號p1 / pT 作為前饋信號，因此它是能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（DEB系統(tǒng)）。,第三節(jié)單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實例分析,單元機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負荷指令處理回路和機爐主控回路組成，一個完整的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，應(yīng)能根據(jù)機組的實際運行條件，在不同的工況下運行，同時為了機組的安全，還應(yīng)具有閉鎖升、閉鎖降、迫升、迫降等保護功能。下面我們以某電廠的200MW機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為例，詳細分析協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成及工作過程。,一、負荷指令處理,負荷指令處理回路接收中心調(diào)度所的負荷指令信號P，機組值班員改變負荷的信號以及機組發(fā)生故障時發(fā)來的對負荷指令的限制信號LD。其原理如圖11-9。,A / M,TRACK

25、,V,P,LD,圖11-9 負荷指令處理回路,中心調(diào)度負荷指令又稱ADS信號，在它正常時，A / M處于自動狀態(tài)，中心調(diào)度可以直接改變機組負荷。ADS信號失效時，A /M處于手動狀態(tài)，由值班員直接改變負荷。機組發(fā)生閉鎖升、閉鎖降、迫升、迫降時，A / M處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤實際負荷值LD，當值班人員按下保持按鍵時，A / M處于既不能增也不能減的手動保持狀態(tài)。,V是速率限制模塊，它能把階躍變化的負荷指令信號變成一個斜坡信號，斜坡速率整定在3%5%。,二、機組最大允許負荷運算回路,機組最大允許負荷的計算通常是根據(jù)機組的輔機運行情況來進行的，單元機組的主要輔機一般是給水泵、送風機、引風機、給粉機運行

26、臺數(shù)等，其原理如圖11-10所示：,F1(X),F3(X),F2(X),V,V,V,V,F4(X),給粉機運行臺數(shù),送風機運行臺數(shù),引風機運行臺數(shù),給水泵運行臺數(shù),負荷指令,圖11-10 機組最大允許負荷計算回路,在上圖中，負荷指令和各輔機的投運臺數(shù)經(jīng)函數(shù)模塊F1(X) F4(X)處理后經(jīng)過限速模塊一起送到小值選擇器中，小值選擇器選擇它們之中的最小值經(jīng)限幅組件輸出負荷給定值送到機爐主控制器。,三、實際出力計算及處理回路,機組實際出力是按照燃料量、風量和給水量的實際值與其給定值之間的偏差進行計算的，其原理如圖11-11所示：,1,2,3,T,TRACK,燃料量,給水量,總風量,給定值,給定值,給

27、定值,+,+,+,+,-,-,-,-,LD,圖11-11 實際出力計算及處理回路,給定值,1、2 、3 三個加法模塊能進行代數(shù)運算，可求出實際燃料量、風量、給水量與它們給定值之間的偏差。積分器的作用是產(chǎn)生迫升迫降信號，定值整定為0%。當,低值作用時，積分器輸入是正值，正向積分，為迫升工況。當高值作用時，積分器輸入是負值，反向積分，為迫降工況。在不發(fā)生迫升、迫降時，積分器輸出跟蹤負荷指令LD信號以保證切換時無擾。,四、鍋爐主控制器,F(X),鍋爐主控制器原理如圖11-12所示，鍋爐主控調(diào)節(jié)器接收主汽壓力偏差信號和前饋信號，發(fā)出鍋爐主控指令去控制燃料和送風兩個子系統(tǒng)。,F2(X),F1(X),TR

28、ACK,T,PID,機前壓力,pT,p1,V,LD,pTS,去送風系統(tǒng),去燃料系統(tǒng),總?cè)剂狭?總風量,調(diào)速級壓力,1、前饋信號的形成：,選擇合理的前饋信號可以使品質(zhì)大為改善，此系統(tǒng)前饋信號采用 信號，P1為調(diào)速級壓力，PT為機前壓力，PTS為機前壓力定值，K為補償系數(shù)。F(X)是動態(tài)補償模塊，采用比例微分規(guī)律動作，F(xiàn)1(X)是函數(shù)模塊。,2、壓力定值的形成：,考慮機組滑壓運行和定壓運行兩種工況，壓力定值也不相同， F2(X)整定為滑壓運行升壓曲線，滑壓時自動。定壓時手動，跟蹤設(shè)定的壓力定值。為了防止改變太快加了速率限制模塊，定壓運行時壓力定值也可以就地直接設(shè)置。,3、燃料風量指令處理：,鍋爐主

29、控制器輸出的信號（燃料量指令信號）分別送到大選模塊與小選模塊。燃料量指令信號和總風量信號經(jīng)小選模塊運算，選出較小的輸出作為燃料系統(tǒng)的指令信號。燃料量指令信號和總?cè)剂狭啃盘柦?jīng)大選模塊運算，選出較大的輸出作為送風系統(tǒng)的指令信號。其目的是實現(xiàn)鍋爐低過剩空氣燃料控制，提高燃燒的經(jīng)濟性。在增負荷時先增風量后增燃料量，在降負荷時，先減燃料后減風量，可以避免鍋爐冒黑煙，造成燃料的浪費。,五、汽機主控制器,汽機主控制器原理如圖11-13所示，它由三個調(diào)節(jié)器組成：一個是汽機節(jié)流壓力調(diào)節(jié)器，另外兩個調(diào)節(jié)器是電功率調(diào)節(jié)器和蒸汽流量調(diào)節(jié)器。,（1）汽機節(jié)流壓力調(diào)節(jié)器接受汽機調(diào)節(jié)閥前節(jié)流壓力偏差，在機跟爐工況時，T1的

30、 ba接通，控制汽機調(diào)節(jié)閥，自動保持主蒸汽壓力為定值。,PI,TRACK,PI,PI,TRACK,TRACK,TRACK,A /M2,A /M3,PT,PST,W,T1,T2,LD,f,w,w,w,P1,c,b,a,a,c,b,電功率調(diào)節(jié)器,蒸汽流量調(diào)節(jié)器,去汽機同步器,圖11-13 汽機主控制器原理圖,（2）電功率調(diào)節(jié)器和蒸汽流量調(diào)節(jié)器在功率可變協(xié)調(diào)控制工況中，構(gòu)成串級控制， 主信號是實發(fā)功率W，副信號是蒸汽流量。此系統(tǒng)中蒸汽流量用P1代替，功率 定值中加入了頻差信號 f，為了提高調(diào)節(jié)速度，加入了LD 的前饋信號。在不 是電功率控制的其它四種工況下，這兩個調(diào)節(jié)器都處于跟蹤狀態(tài)，蒸汽流量 調(diào)節(jié)

31、器的加法器輸出跟蹤實發(fā)功率W，電功率調(diào)節(jié)器輸出跟蹤P1值。,六、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)機爐主控器的運行工況,1、機爐協(xié)調(diào)，功率控制工況,此工況下機爐主控制器都在自動狀態(tài)，汽機主控接受負荷指令，串級控制。T2中的ab通，T1的ac通，去控制汽機調(diào)節(jié)閥（同步器）。鍋爐自動調(diào)節(jié)燃料量和送引風量，保持機前壓力為定值。,2、機爐協(xié)調(diào)，非功率控制工況,此工況也稱帶基本負荷協(xié)調(diào)控制，機前壓力保持與工況1相同，仍由鍋爐主控保持，負荷指令LD不通過功率調(diào)節(jié)器和蒸汽流量調(diào)節(jié)器，直接通過A / M3去控制汽機調(diào)節(jié)閥（同步器），此時T2的ac接通，T1的ac也接通。,3、汽機基本工況,也稱爐跟機工況，此時汽機主控器中的A /

32、M3呈手動操作，人為改變負荷指令，滿足外界負荷要求，鍋爐主控呈自動狀態(tài)，自動保持機前節(jié)流壓力定值。此時汽機主控中的三個調(diào)節(jié)器和A /M2都處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤機組實發(fā)功率。,4、鍋爐基本工況,也稱機跟爐工況，此時鍋爐主控為手動，改變?nèi)剂狭繚M足外界負荷要求，汽機調(diào)節(jié)閥前節(jié)流壓力由汽機主控器中的節(jié)流壓力調(diào)節(jié)器保持，此時T2中的ab接通，A /M3處于自動狀態(tài)。,5、汽機鍋爐分別手動操作,此工況下鍋爐主控中的手動顯示操作器去控制燃燒保持節(jié)流壓力，汽機主控中通過A /M3手動操作去改變汽機調(diào)節(jié)閥，滿足外界負荷要求。,第四節(jié) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整定,一、單元機組自動控制的對象特性,單元機組是由發(fā)電機、汽輪機和

33、鍋爐共同適應(yīng)電網(wǎng)負荷要求的，它們共同保持機組的穩(wěn)定運行。單元機組是一個互相關(guān)聯(lián)的負載被控對象，其原理方框圖如圖11-14所示：,WPM(S),WP(S),WT(S),K,KP,PE,pT,T,M,D,+,+,+,+,圖11-14 單元機組原理方框圖,圖中WPM為燃料量機前壓力通道傳遞函數(shù)：,（11-1）,（11-2）,式11-1為汽機負荷保持不變時的傳遞函數(shù)，式11-2是汽機負荷變化時的傳遞函數(shù)。,汽機調(diào)節(jié)閥開度機前壓力通道傳遞函數(shù)為：,（11-3）,（11-4）,式11-3是汽機負荷隨汽壓變化時的傳遞函數(shù)，最后負荷保持穩(wěn)定。式11-4是汽機負荷與調(diào)節(jié)閥開度同時變化時的傳遞函數(shù)。,WT (S )為蒸汽量實發(fā)功率通道的傳遞函數(shù)，由汽機原理可知，對于中間再熱機組，傳遞函數(shù)為：,式中：汽機高壓缸功率在總功率中的比例，一般 1/3 1/4； TS 中間再熱器的時間常數(shù)，無中間再熱器時TS 0； Ta 汽機時間常數(shù)。,圖11-14中，K 為調(diào)節(jié)閥開度與汽機進汽量的比例系數(shù)：,KP為機前壓力與汽機進汽量的比例系數(shù)：,為了分析問題的方便，可以把圖11-14簡化為圖11-15的等效方框圖：,Wp(S