超临界锅炉单元机组协调控制系统课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单元机组协调控制系统,第一节,概述,单元机组协调控制系统第一节概述,一,、单元机组控制问题,单元机组的输出电功率与电网负荷要求是,否一致反映了机组与外部电网之间能量供,求的平衡关系，而主蒸汽压力反映了单元,机组内的锅炉与汽轮机、发电机之间能量,供求的平衡关系。,机组的输出电功率,P,E,和主蒸汽压力,p,T,是单,元机组控制的两个主要参数。,一、单元机组控制问题单元机组的输出电功率与电网负荷要求是否一,二、,单元机组协调控制系统基本组成,ADS,指令,电网频率,值班员指令,外部负荷指令,协,调,负荷指令处理回路,控,制,级,主蒸汽压力给定值,p,o,实际负荷指令,P,0,主蒸汽压力,p,T,机组输出电功率,P,E,机炉主控制器,锅炉指令,BD,汽轮机指令,TD,基,础,控,锅炉控制系统,汽轮机控制系统,制,级,燃,进,料,空,气,给,水,汽,量,单,元,机,锅炉,汽轮机、发电机,组,图,13,1,单元机组协调控制系统的组成,负,荷,控,制,系,统,子,控,制,系,统,二、单元机组协调控制系统基本组成ADS指令电网频率值班员指令,三、机组负荷控制系统被控对象动态特性,单元机组,TD,T,汽轮机控制系统,G,NT,(s),+,+,P,E,G,PT,(s),G,NB,(s),BD,B,G,PB,(s),+,+,p,T,锅炉控制系统,图,13,2,负荷被控对象方框图,G,NT,(s),汽轮机调门开度,T,对机组输出电功率,P,E,的传递函数,G,PT,(s),汽轮机调门开度,T,对主蒸汽压力,p,T,的传递函数,G,NB,(s),燃烧率,B,对机组输出电功率,P,E,的传递函数,G,PB,(s),燃烧率,B,对主蒸汽压力,p,T,的传递函数,三、机组负荷控制系统被控对象动态特性单元机组TDT汽轮机控,1.,单元机组的动态特性,T,T,T,t,t,B,B,t,t,p,T,p,T,B,p,T,t,P,E,P,E,t,t,t,（,a,）,图,13,3,单元机组被控对象动态特性,（,b,）,1. 单元机组的动态特性TTTttBBttpT,2.,负荷控制系统被控对象动态特性,?,对于锅炉侧，由于各控制系统的动态过程相对于,锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，因此可假设,它们配合协调，能及时跟随锅炉指令,BD,，接近理,想随动系统特性，故有,B,=BD,。,?,对于汽轮机侧，如果汽轮机控制系统采用纯液压,调速系统，则汽轮机指令,TD,就是调门开度,T,，,T,TD,。这样，负荷控制系统的广义被控对象的动,态特性与单元机组的动态特性相同。,2. 负荷控制系统被控对象动态特性?对于锅炉侧，由于各控制系,如果汽轮机控制系统采用功频电液控制系统，则,汽轮机指令,TD,就是汽轮机功率指令。这样，广义,被控对象的动态特性会有很大改变。,TD,+,1/,n,G,T,(s),+,T,+,G,NT,(s),+,n,0,P,E,+,n,T,G,NB,(s),BD,锅炉控制系统,B,G,PB,(s),+,+,p,T,G,PT,(s),图,13,4,汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象方框图,G,T,(s),功频调节器；,n,T,汽轮机转速；,n,0,转速给定值；,n,转速不等率,_,如果汽轮机控制系统采用功频电液控制系统，则汽轮机指令TD就是,TD,TD,T,t,t,BD,B,t,BD,p,T,t,p,T,p,T,t,P,E,P,E,t,t,（,a,）,t,（,b,）,图,13,5,汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象动态特性,TDTDTttBDBtBDpTtpTpTtPEPE,第二节,负荷指令处理回路,负荷指令处理回路的主要作用是：对外部,负荷要求指令进行选择并根据机组运行情,况进行处理，使之转变为一个适合于机、,炉运行状态的实际负荷指令,P,0,。同时根据,机组的运行方式，产生主蒸汽压力给定值,p,o,。,第二节负荷指令处理回路负荷指令处理回路的主要作用是：对外部负,一、正常工况下负荷指令处理,在机组的设备及主要参数都正常的情况,下，机组通常接受的三个外部负荷指令为：,电网调度所的负荷分配指令,ADS,、值班员,手动指令（就地负荷指令）和电网调频所,需负荷指令。,正常工况下，负荷指令一般受到以下限制：,负荷指令变化速率限制,运行人员所设定的最大、最小负荷限制,一、正常工况下负荷指令处理在机组的设备及主要参数都正常的情况,就地指令,A,中调指令,ADS,电网频率,f,变化率限制值,MW/min,A,输,入,f,T,0,频率给定值,1,a,f,变化率限制值,速率限制,回路,f,(,x,),0%,f,1,T2,最小负荷,P,P,s,min,A,最大负荷,P,max,A,P,0,实际负荷指令,（,a,）,图,13,6,正常工况下负荷指令处理原则性方案,k,N,Y,输,T3,入,出,输,1,输出等于输,Y,入,0,1,T4,输,出,速率限制回路原理图,（,b,）,就地指令A中调指令ADS电网频率f变化率限制值MW/minA,二、异常工况下的负荷指令处理,当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响,到机组的带负荷能力或危及机组的安全运行时，就,要对机组的实际负荷指令进行必要的处理，以防止,局部故障扩大到机组其他处，以保证机组能够继续,安全、稳定地运行。,单元机组的主机、主要辅机或设备的故障原因有两类：,第一类为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来,源是明确的，可根据切投状况加以确定。,第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，无法直接确,定，只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定。,二、异常工况下的负荷指令处理当机组的主机、主要辅机或设备发生,对机组实际负荷指令的处理方法有四种：负荷,返回（,Run Back,，,RB,）；快速负荷切断,(Fast Cut Back,，,FCB,，快速甩负荷,),；负荷闭,锁增,/,减,(Block Increase/ Block Decrease,，,BI/BD),和负荷迫升,/,迫降,(Run Up/ Run Down,，,RU/RD),。其中，负荷返回,RB,和快速负荷切断,FCB,是处理第一类故障的，负荷闭锁增减,BI/BD,和负荷迫升迫降,RU/RD,是处理第二类,故障的。,对机组实际负荷指令的处理方法有四种：负荷返回（Run Bac,1,负荷返回,RB,负荷返回，由称辅机故障减负荷或甩负荷，其,主要作用是：根据主要辅机的切投状况，计算出,机组的最大可能出力值。若实际负荷指令大于最,大可能出力值，则发生负荷返回，将实际负荷指,令降至最大可能出力值，同时规定机组的负荷返,回速率。,因此，负荷返回回路具有两个主要功能：计算,机组的最大可能出力值；规定机组的负荷返回速,率。,1负荷返回RB 负荷返回，由称辅机故障减负荷或甩负荷，其主,（,1,）,最大可能出力值的计算,当锅炉和汽轮发电机组运行正常时，机组的最,大可能出力值与主要辅机的切投状况直接有关，,主要辅机跳闸或切除，最大可能出力值就会减小。,因此机组的最大可能出力由投入运行的主要辅机,的台数确定。应随时计算最大可能出力值，并将,它作为机组实际负荷指令的上限。,机组的主要辅机设备有风机（送、引风机）、,给水泵（电动、汽动给水泵）、锅炉循环水泵，,空气预热器以及汽轮机或电气侧设备等。因此，,负荷返回,RB,的主要类型包括送风机,RB,、引风机,RB,、一次风机,RB,、给水泵,RB,、磨煤机,RB,等。,（1）最大可能出力值的计算当锅炉和汽轮发电机组运行正常时，机,对于某一台辅机，都有一个对应机组容,量的负荷百分数。根据共同运行的台数，,将它们的负荷百分数相加，即可确定该种,辅机所能承担的最大可能出力。,对于某一台辅机，都有一个对应机组容量的负荷百分数。根据共同运,例如，一台锅炉配用两台容量百分数为,50%,的,送风机，两台同时运行时，带,100%,负荷。若其中,一台退出运行，则由送风机决定的机组最大可能,出力值就减小到,50%,。又如，配用五台容量百分,数为,25%,的磨煤机，由磨煤机决定的机组最大可,能出力值为,n,25%,，其中,n,为投人运行的台数。,当,n4,时，最大可能出力值为,100,。再如，若配,用三台给水泵，其中两台容量百分数为,50,，一,台为,30,，则根据不同投运台数的组合，由给水,泵决定的机组最大可能出力值有,100,、,80,、,30,几档，其他辅机以此类推。,从各种辅机负荷百分数中选出最小值，就是机,组的最大可能出力值。,例如，一台锅炉配用两台容量百分数为50%的送风机，两台同时运,FSSS,（,furnace safeguard supervisory system,）,系统根据,RB,目标值将部分磨煤机切除，保留与机,组负荷相适应的磨煤机台数。送风机（或引风机、,一次风机）,RB,发生时，一般需要切掉对应侧的其,他风机，以保证炉膛负压稳定。若风机的执行机,构动作及时，也可以将对应侧的其他风机快关，,以保证机组辅机,RB,发生之后能够快速恢复正常调,节。,当发生负荷返回时，会自动切换机组的运行方,式。若锅炉辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机,组将以汽轮机跟随方式运行，这时因为此时锅炉,担负机组负荷能力受到限制。同理，若汽轮机辅,机发生跳闸而产生负荷返回，则机组将以锅炉跟,随方式运行。,FSSS（furnace safeguard supervi,（,2,）负荷返回速率的规定,当机组的主要辅机跳闸或切除时，最大,出力阶跃下降，这对于机组来说是一个较,大的冲击，为保证负荷返回过程中机组能,安全、稳定地继续运行，所以必须对最大,可能出力值的变化速率进行限制。,（2）负荷返回速率的规定当机组的主要辅机跳闸或切除时，最大出,0,A,T,f(x),RB,目标值（,MW,）,送风机,A,运行,T,送风机,B,运行,A,引风机,A,运行,T,引风机,B,运行,A,T,RB,返回速率（,MW/min,）,T,f(x),f(x),T,空气预热器,A,运行,空气预热器,B,运行,A,汽泵,A,转数,2kr/min,同时汽泵,A,出口门开,汽泵,B,转数,2kr/min,同时汽泵,B,出口门开,A,电泵运行,A,一次风机,A,运行,T,f(x),T,T,T,f(x),T,一次风机,B,运行,图,13,7,负荷返回回路,0ATf(x)RB 目标值（MW）送风机A运行T送风机B,2,负荷快速切断,FCB,负荷快速切断,FCB,（又称快速甩负荷）的作用是,当机组突然与电网解列（送电负荷跳闸），或发,电机、汽轮机跳闸时，快速切断负荷指令，实现,机组快速甩负荷。,主机跳闸的负荷快速切断通常考虑两种情况：,一种是送电负荷跳闸，机组仍维持厂用电运行，即不停机,不停炉；,另一种是发电机跳闸、汽轮机跳闸，由旁路系统维持锅,炉继续运行，即停机不停炉。负荷指令应快速切到,0,（锅,炉仍维持最小负荷运行）。,负荷快速切断回路的功能与实现和负荷返回回路相似，,只不过减负荷的速率要大得多。,2负荷快速切断FCB负荷快速切断FCB（又称快速甩负荷）的,3,负荷闭锁增,/,减,BI/BD,第二类故障会造成诸如燃料量、空气量、给水流量等,运行参数的偏差增大。,负荷闭锁增减指的是，当机组在运行过程中，如果出,现下述任一种情况：,（,1,）任一主要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工作,在最大极限状态；,（,2,）燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给定,值的偏差已超出规定限值。,认为设备工作异常，出现故障。该回路就对实际负荷,指令加以限制，即不让机组实际负荷指令朝着超越工作极,限或扩大偏差的方向进一步变化，以防止事故的发生，直,至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓的负荷指,令闭锁或负荷闭锁。负荷指令闭锁分闭锁增,BI,（实际负荷,指令上升方向被闭锁）和闭锁减,BD,（实际负荷指令下降,方向被闭锁）。,3负荷闭锁增/减BI/BD第二类故障会造成诸如燃料量、空气,引起机组实际负荷指令闭锁的原因主要有：,（,1,）闭锁增,BI,1,）,负荷,BI,：机组实际负荷指令达到运行人员手动设定的最,大负荷限制值，或机组输出电功率小于机组实际负荷指令，,且二者偏差大于允许值；,2,）,主蒸汽压力,BI,：汽轮机负荷达到最大值，或在锅炉跟随,方式下，机前主蒸汽压力小于给定值，且二者偏差大于允,许值；,3,）,燃料,BI,：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状,态），或燃料量小于燃料指令，且二者偏差大于允许值；,4,）,给水泵,BI,：给水泵输出指令达到高限，或给水量小于给,水指令，且二者偏差大于允许值；,5,）,送风机,BI,：送风机输出指令达到高限，或风量小于风量,指令，且二者偏差大于允许值；,6,）,引风机,BI,：引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于,给定值，且二者偏差大于允许值；,7,）,一次风机,BI,：一次风机输出指令达到高限，或一次风压,小于给定值，且二者偏差大于允许值。,引起机组实际负荷指令闭锁的原因主要有：（1）闭锁增BI1）负,实际负荷指令为最大负荷限制值,输出电功率小于实际负荷指令一定限值,汽机负荷达到最大,1,锅炉跟随方式,主蒸汽压力小于给定值一定限值,燃料指令达到高限,燃料量小于燃料指令一定限值,1,&,1,BI,给水泵输出指令达到高限,给水量小于给水指令一定限值,送风机输出指令达到高限,送风量小于风量指令一定限值,引风机输出指令达到高限,炉膛压力高于给定值一定限值,一次风机输出指令达到高限,一次风压小于给定值一定限值,1,1,1,1,1,图,13,8,负荷闭锁增,BI,逻辑图,实际负荷指令为最大负荷限制值输出电功率小于实际负荷指令一定限,?,4,负荷迫升、迫降,RU/ RD,对于第二类故障，采取负荷闭锁增,/,减,BI/BD,措施是机组安全运行的第一道防线。当采,用,BI/BD,措施后，监测的燃料量、空气量、,给水流量等运行参数中的任一参数依然偏,差增大，这样需采取进一步措施，使负荷,实际负荷指令减小增大，直到偏差回到,允许范围内。从而达到缩小故障危害的目,的。这就是实际负荷指令的迫升迫降,RU/,RD,，负荷迫升,/,迫降是机组安全运行的第二,道防线。,?4负荷迫升、迫降RU/ RD对于第二类故障，采取负荷闭锁,通常，下列情况之一发生，则产生实际负荷指令迫降,RD,：,1,）燃料,RD,：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状,态），同时燃料量小于燃料指令的偏差大于允许值；,2,）给水,RD,：给水泵输出指令达到高限（给水泵工作在最大,极限状态），同时给水量小于给水指令的偏差大于允许,值；,3,）送风机,RD,：送风机输出指令达到高限（送风机工作在最,大极限状态），同时风量小于风量指令，且二者偏差大,于允许值；,4,）引风机,RD,：引风机输出指令达到高限（引风机工作在最,大极限状态），同时炉膛压力高于给定值，且二者偏差,大于允许值；,5,）一次风机,RD,：一次风机输出指令达到高限（一次风机工,作在最大极限状态），同时一次风压小于给定值，且二,者偏差大于允许值。,通常，下列情况之一发生，则产生实际负荷指令迫降RD：1）燃料,ADS,手动设定,T,A,f,A,RB,目标值,N,T,Y,N,100%,A,A,0%,速率限制,回路,T,T,RU,RD,RB,T,T,Y,BI,BD,0%,A,f,(,x,),Y,调频投入,T,RD,或,RU,T,手动速率,A,RB,速率,P,min,A,P,max,A,P,0,RD/RU,速率,热应力限制,图,13,9,负荷指令处理回路原则性构成功能框图,ADS手动设定TAfARB目标值NTYN100%AA,第三节,机炉主控制器,机炉主控制器是由汽轮机主控制器,(TM,，,Turbine Master),和锅炉主控制器（,BM,，,Boiler Master,）两部分组成。,机炉主控制器主要作用是：,（,1,）根据机组运行的条件和要求，选择合适的负荷控制方,式；,（,2,）接受,P,0,、,P,E,、,p,T,和,p,0,信号，并按照选择的负荷控制方,式将这些信号送到机炉主控制器中的相应控制回路中，控,制回路经过控制运算给出锅炉指令,BD,和汽机指令,TD,，从,而完成负荷控制任务。,负荷控制方式：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式。,第三节机炉主控制器机炉主控制器是由汽轮机主控制器(TM，Tu,一、机炉分别控制方式,1,、锅炉跟随方式,由汽轮机侧调功率，锅炉侧调汽压。,P,0,改变时，汽轮机主控制器先发出改变调门开度的,TD,，,改变汽轮机的进汽量，使机组,P,E,迅速与,P,0,趋于一致。调门,开度改变后,p,T,随即变化，这时，锅炉主控制器根据汽压偏,差发出,BD,，改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量），使,p,T,恢复到给定值,p,0,，最后稳态时，,P,E,P,0,，,p,T,p,0,。,当燃烧率扰动（内扰）时，汽压变化而产生偏差，蒸汽,流量也变化。汽轮机侧为了保持输出电功率不变而要动作,调门，其结果将进一步加剧汽压的变化，使偏差增大，造,成较大的汽压波动。,一、机炉分别控制方式1、锅炉跟随方式由汽轮机侧调功率，锅炉侧,p,T,p,0,P,E,P,0,PI,PI,BD,TD,图,13,9,锅炉跟随方式,P,0,TD,T,+,G,TM,(s),汽轮机控制系统,G,NT,(s),P,+,E,+,G,PT,(s),G,NB,(s),p,0,BD,+,+,+,G,BM,(s),锅炉控制系统,G,PB,(s),p,T,B,图,13,10,锅炉跟随方式方框图,pTp0PEP0PIPIBDTD图139 锅炉,锅炉跟随方式一般用于蓄热能力相对较大的中，,小型汽包锅炉机组。母管制运行机组常采用这种,方式。,大型单元机组蓄热能力相对较小，尤其是直流,锅炉机组在负荷变化较剧烈的场合，正常情况下,一般不采用这种负荷控制方式。锅炉跟随方式在,大型单元机组负荷控制中只是作为一种辅助运行,方式。一般当锅炉侧正常，机组输出电功率因汽,轮机侧的原因而受到限制时，如汽轮机侧的主、,辅机或控制系统故障，汽轮机控制系统处于手动,状态，常采用锅炉跟随方式来维持主蒸汽压力稳,定。,锅炉跟随方式一般用于蓄热能力相对较大的中，小型汽包锅炉机组。,2,、汽轮机跟随方式,P,E,P,0,p,T,p,0,PI,PI,BD,TD,图,13,11,汽轮机跟随方式,p,+,0,TD,T,+,G,TM,(s),汽轮机控制系统,G,NT,(s),P,E,+,G,PT,(s),G,NB,(s),P,0,BD,+,+,+,G,BM,(s),锅炉控制系统,G,PB,(s),p,T,B,图,13,12,汽轮机跟随方式方框图,2、汽轮机跟随方式PEP0pTp0PIPIBDTD,锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机调节,汽压。,当,P,0,改变时，锅炉主控制器先发出改变锅炉,的燃烧率的指令,BD,。,p,T,改变后，汽轮机主控,制器发出改变调门开度的指令,TD,，从而改变,进入汽轮机的蒸汽流入量，使机组输出电功率,P,E,改变，并与实际负荷指令,P,0,趋于一致。最后,稳态时，,P,E,P,0,，,p,T,p,0,。,锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机调节汽压。当P0改变时，锅炉,当燃烧率扰动时，汽压变化而产生偏差，,蒸汽流量也变化，机组输出电功率随之变,化。汽轮机主控制器为了保持汽压而要动,作调门，其结果将进一步加剧蒸汽流量的,变化，使机组输出电功率的变化加剧，偏,差增大。造成较大的输出电功率波动。,当燃烧率扰动时，汽压变化而产生偏差，蒸汽流量也变化，机组输出,机组负荷响应速度慢，不利于带变动负荷,和参加电网调频。这种负荷控制方式适用,于带基本负荷的单元机组，在一些特殊场,合被使用，如：,（,1,）新机组刚投人运行，机组特性尚未完全,掌握的情况下；,（,2,）锅炉出力小于汽轮机出力，而且想让机,组带最大可能的负荷运行时；,（,3,）在锅炉侧发生主机、辅机及控制系统故,障，锅炉控制系统投入手动运行时；,（,4,）机组启动过程中采用滑压升负荷，当汽,压达到额定值后，进行定压升负荷。,机组负荷响应速度慢，不利于带变动负荷和参加电网调频。这种负荷,3,、其它方式,?,某些特殊条件下，机炉主控制器需要部分或全部切除自动控制，转为,手动操作。,?,在单元机组的启动和停止阶段，以及设备问题不能承担输出电功率自,动控制任务时，将输出电功率自动控制作用切除，转为操作员手动操,作。对于锅炉跟随方式，汽轮机主控制器切为手动，操作员手动改变,汽机主控指令，调节机组输出功率，而汽压仍由锅炉侧进行自动控制。,?,对于汽轮机跟随方式，锅炉主控制器切为手动状态，由操作员手动改,变锅炉主控指令，调节机组的输出电功率，而汽压仍由汽轮机侧进行,自动控制。,?,以上两种方式，跟随特点没变，只是手动代替主控制器的自动控制，,通常叫不带功率控制的锅炉跟随方式和汽轮机跟随方式。,?,机炉主控制器全部解除自动控制，转为手动控制，主控指令由操作员,手动改变，各自维持各子系统的运行参数稳定，而不参与机组输出功,率和汽压的自动控制，负荷自动控制系统相当于被切除，这种方式称,为基本控制方式。,3、其它方式?某些特殊条件下，机炉主控制器需要部分或全部切除,二、机炉协调控制方式,没有考虑机组的动态特性，并忽视了机,炉之间的内在相互关联性，因此对带变动,负荷的单元机组来说，其在输出电功率和,汽压的控制性能方面存在顾此失彼的问题。,机炉协调控制是将锅炉和汽轮机作为有机,的整体进行系统设计，以解决负荷响应快,速性和汽压运行稳定问题，由此要考虑汽,轮机侧和锅炉侧同时兼有调功和调压的双,重任务。,二、机炉协调控制方式没有考虑机组的动态特性，并忽视了机炉之间,P,E,反映了机组对外能量的输出量，故为外部参数，要,迅速适应负荷变化的需要。,p,T,反映机、炉之间用汽和产汽,的能量平衡与否以及机组蓄能大小，是机炉运行是否协调,的一个主要指标。,从机组的动态特性知：从燃烧率改变到机组输出电功率变,化有较大的惯性和迟延，如果只依靠锅炉侧的调节，必然,不会获得迅速的负荷响应，而汽轮机调门动作可使机组释,放部分蓄能，输出电功率暂时迅速增加。,为提高负荷响应能力，在保证机组安全运行（即汽压在,允许范围内变化）前提下，充分利用机组的蓄热能力，加,快机组初期负荷的响应速度。与此同时，加强对锅炉侧燃,烧率的调节，及时恢复蓄能，使蒸发量保持与机组负荷一,致。,协调控制系统的设计思想，就在于蓄能的合理利用和补偿，,也就是：（,1,）充分利用锅炉的蓄能，又要相应限制这种,利用；（,2,）补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入。,PE反映了机组对外能量的输出量，故为外部参数，要迅速适应负荷,协调控制系统的控制策略，在于尽可能减少和消,除锅炉、汽轮机动作间的相互影响，采用扰动补,偿、自治或解耦的控制原则。,扰动应由扰动侧的控制回路自行快速消除，而,非扰动侧的控制回路应少动或不动，以利于动态,过程的稳定。,为了提高负荷响应能力，在协调控制系统中多,采用前馈控制技术。同时为了保证充分利用蓄热,能力，并使汽压不超过允许范围，协调控制系统,还引入了一些非线性环节。,因此协调控制是以前,馈,反馈控制为主的多变量控制系统，其中反,馈控制是负荷控制的基础，通过它来确保机组内、,外两个能量供求平衡关系，前馈控制主要是为了,补偿机组的动态迟延，加快负荷响应。而非线性,环节的引入是为了合理地利用机组蓄热能力。,协调控制系统的控制策略，在于尽可能减少和消除锅炉、汽轮机动作,1,、以汽轮机跟随为基础的协调控制系统,P,E,P,0,p,T,p,0,PI,PI,BD,TD,图,13,13,以汽轮机跟随方式为基础,的协调控制系统,p,max,p,T,允许变化,非线性环节的限幅值,即为主蒸汽压力,的范围，,1、以汽轮机跟随为基础的协调控制系统PEP0pTp0,2,、以锅炉跟随为基础的协调控制系统,p,T,p,0,P,E,P,0,A,PI,PI,BD,TD,图,13,14,以锅炉跟随为基础的协调控制系统,从汽压偏差对汽,轮机调门的限制作用,可见，尽管这样可使,汽压波动不超过允许,范围，但同时也减慢,了输出电功率的响应,速度，实质上是以降,低输出电功率响应性,能作为代价来换取汽,压控制质量的提高。,2、以锅炉跟随为基础的协调控制系统pTp0PEP0,3,、综合型协调控制系统,p,T,p,0,P,E,P,0,A,PD,PI,PI,BD,TD,3、综合型协调控制系统pTp0PEP0APD,4,、负荷指令间接平衡的协调控制系统,由于锅炉的动态迟延和惯性是影响单元机组负荷特性的,主要制约因素。因此，前馈控制的重点是锅炉侧。前馈信,号来源有两种：,(1),按负荷指令进行的前馈控制，负荷指令反映电网对机组,的负荷要求，将负荷指令作为锅炉侧的前馈信号，可加速,平衡汽轮机与锅炉之间能量供求关系，进而加快锅炉侧的,负荷响应速度；,（,2,）按蒸汽流量进行前馈控制，蒸汽流量反映汽轮机对锅,炉的负荷要求，将蒸汽流量作为锅炉侧的前馈信号，也可,加快锅炉侧的负荷响应速度。因此，虽然前馈信号不同，,但作用都是使锅炉的输入能量与能量要求随时保持平衡，,也就是使机炉之间能量保持平衡。,4、负荷指令间接平衡的协调控制系统由于锅炉的动态迟延和惯性是,P,0,P,E,p,T,p,0,D,D,I,K,K,PI,BD,TD,图,13,16,负荷指令间接平衡的协调控制系统,以汽轮机跟随为基础的一,种协调控制方式。,锅炉侧是以,P,0,(1+,d/dt,),作,为前馈信号，形成对锅炉,侧的前馈控制作用。比例,作用使得燃烧率与指令始,终保持一致，微分作用用,于补偿锅炉的动态迟延和,惯性，加速锅炉的负荷响,应。,P0PEpTp0DDI,锅炉侧以功率偏差作为反馈信号，对功率,偏差进行积分来校正锅炉指令,BD,，以保证,机组的功率偏差在稳态时为零。此外，还,根据汽压偏差来修正指令,BD,，即通过调整,锅炉燃烧率来减少汽压波动。如当,p,T,低于,给定值时，应增大燃烧率使锅炉蓄能增加，,使,p,T,上升。锅炉指令为,稳态时，积分控制使得,P,E,P,0,，若汽压偏,差为零，则,BD,P,0,。,1,BD,?,(1,?,s,),P,0,?,K,1,(,p,0,?,p,T,),?,K,I,P,0,?,(,P,0,?,P,E,),s,锅炉侧以功率偏差作为反馈信号，对功率偏差进行积分来校正锅炉指,汽轮机侧以汽压偏差作为反馈信号，形成,对汽轮机侧的,PI,反馈控制。而功率偏差作为,前馈信号用来修正压力给定值。当,P,0,改变,时，引起压力给定值的改变，控制器发出,的汽机指令,TD,的改变。这样能充分利用锅,炉的蓄热能力提高机组负荷响应速度。,汽轮机侧的,PI,调节器可保证稳态时，其,调节器输入端信号的代数和近似为零，于,是有,(1,?,s,),P,?,P,?,K,(,p,?,p,),?,0,0,E,T,0,1,p,T,?,p,0,?,(,P,0,?,P,E,),K,汽轮机侧以汽压偏差作为反馈信号，形成对汽轮机侧的PI反馈控制,当,P,0,增加时，,P,0,P,E,立即增加，暂时减少压力,给定值，这时汽轮机侧的,PI,调节器输出立即增大,调门开度指令,TD,，增大机组输出电功率。,P,0,作为前馈信号送到机、炉控制回路中，使机、,炉同时改变负荷，保证快速响应外界负荷要求。,当燃烧率干扰为增加时，使,p,T,上升，使得,P,E,增,加，由于中间再热机组功率滞后较大，,p,T,的反应,比,P,E,灵敏，在扰动初期，汽轮机调门将开大，又,对汽轮机是一扰动，使得,P,E,增加。这种协调控制,系统消除锅炉燃烧内扰能力相对较差。汽轮机汽,机调门产生扰动时，,p,T,与,P,E,变化方向相反，一般,控制回路能较快消除扰动。,当P0增加时，P0PE立即增加，暂时减少压力给定值，这时汽,5,、以能量平衡信号为基础的协调控制系统,?,以能量平衡信号为基础的协调控制系统是,一种以汽轮机能量需求信号为基础的协调,控制系统，其出发点是在任何工况下保证,锅炉输入能量与汽轮机需求能量相适应。,?,汽轮机耗汽量可作为对锅炉输入能量的要,求信号，以保持锅炉产能与汽轮机耗能随,时平衡，从而实现机、炉间的基本协调。,汽轮机对锅炉的能量要求信号也称能量平,衡信号。,5、以能量平衡信号为基础的协调控制系统?以能量平衡信号为基础,调节级压力,p,1,可以代表进入汽轮机的实际,蒸汽流量，因此用,p,1,作为对锅炉的能量要,求信号。但仅采用,p,1,作为前馈信号将对主,蒸汽压力,p,T,造成动态正反馈作用。,如燃烧率增加，使主蒸汽压力,p,T,上升，,会使调节级压力,p,1,上升，这样采用,p,1,前馈,作用会使燃烧率进一步增加。由此可见，,p,1,并不总是代表汽机的能量要求，因此单,引,p,1,作锅炉前馈信号，很少采用。,调节级压力p1可以代表进入汽轮机的实际蒸汽流量，因此用p1作,为了克服正反馈，应以汽轮机的能量需,求信号而不是实际的消耗能量信号作为对,锅炉的能量要求信号，即应以蒸汽流量的,需求（称为目标蒸汽流量）而不是实际蒸,汽流量作为锅炉的前馈控制信号。为此必,须对,p,1,进行修正，以形成目标蒸汽流量信,号。目前有两种修正法：压力比修正法和,压力差修正。,下面介绍具有压力比修正的能量平衡信,号的构成。,为了克服正反馈，应以汽轮机的能量需求信号而不是实际的消耗能量,能量平衡信号为,p,1,p,0,/,p,T,，压力比,p,0,/,p,T,为,p,1,的修,正系数，它能克服动态过程中,p,1,正反馈，能量平,衡信号准确地代表汽轮机的能量需求。,p,1,与,p,T,之比精确地表示汽轮机调门的有效流通,面积或开度。即。,T,0,时，,p,1,0,；,T,Tmax,时，,p,1,p,1max,。,如果定压运行时，,p,0,为常数，则能量平衡信号,与调门开度之间是线性关系，汽轮机能量需求也,可由代表调门开度的压力比,p,1,/,p,T,表示。,如果滑压运行时，,p,0,不是常数，则能量平衡,信号与调门开度不是线性关系，代表调门开度的,压力比,p,1,/,p,T,不能正确表示汽轮机能量需求，这,时必须采用,p,1,p,0,/,p,T,作为汽轮机的能量需求信号。,能量平衡信号为p1p0/pT，压力比p0/pT为p1的修正系,锅炉侧扰动对主蒸汽压力,p,T,和调节级压力,p,1,具有,相似的影响，如燃烧率自发增加时，,p,T,上升，,p,1,也上升，而,p,1,/,p,T,（调门开度）保持不变，能,量平衡信号,p,1,p,0,/,p,T,不变，因而动态过程中正反馈,作用消失。稳态时，通过控制使得,p,T,p,0,，,故,p,1,p,0,/,p,T,p,1,，即能量需求等于实际消耗或目标,蒸汽流量等于实际蒸汽流量。,由此可见，能量平衡信号,p,1,p,0,/,p,T,无论动态还,是静态都能准确地代表汽轮机的能量需求,。因此，,能量平衡信号,p,1,p,0,/,p,T,被广泛应用于单元机组的,协调控制中，形成了各种形式的协调控制方案。,锅炉侧扰动对主蒸汽压力pT和调节级压力p1具有相似的影响，如,p,1,p,o,p,T,P,0,P,E,K,K,f,(,x,),p,1,p,o,/,p,T,P,锅炉指令,BD,图,13,17,以能量平衡信号为前馈信号的协调控制方案,汽机指令,TD,p1popTP0PEKKf(x)p1p,超临界锅炉单元机组协调控制系统课件,超临界机组协调控制系统实例,一、负荷指令处理回路,超临界机组协调控制系统实例一、负荷指令处理回路,1.,回路分析,（,1,）,目标负荷的选择,外部负荷指令有三种：,ADS,指令、运行人,员手动设定目标负荷指令和电网频率。目,标负荷的选择由切换器,T2,实现。,1. 回路分析（1）目标负荷的选择外部负荷指令有三种：ADS,频率,f,输出电功率,P,E,ADS,指令,运行人员设定,目标负荷,I,A,最大功率限制,I,A,最小功率限制,I,A,负荷变化率,I,A,K,f,2,(,x,),频率校正,Y,N,Y,N,ADS,方式,T1,A,0,T2,K,N,Y,T4,Y,N,Y,负荷指令,跟踪,0,A,N,速率,选择,T5,PID,T3,N,目标值,Y,RB,或,RD,负荷,指令,跟踪,T6,N,Y,T7,频率校正值,负荷指令,?,?,?,?,?,?,4,Y,1,2,3,协调控制,T8,N,/L,H/,H/,/L,实际负荷指令,P,o,LDC,减,LDC,增,LDC,达最大,LDC,达最小,频率f输出电功率PEADS指令运行人员设定目标负荷IA最大功,（,2,）负荷指令的形成,) ADS,方式。,2,）运行人员手动方式。,协调控制,选择远方控制,&,S,1,选,定,择,本,地,手,动,设,1,R,0,BI,BD,1,RD,或,RB,ADS,指令品质坏,ADS,逻辑,ADS,方式,（2）负荷指令的形成) ADS方式。2）运行人员手动方式。,实际负荷指令,0%,Y,RD,N,T2,N,T3,N,T4,N,T5,N,2,台磨煤机跳闸,RB,目标值,Y,A,3,台磨煤机跳闸,RB,目标值,A,空预器单侧运行,RB,目标值,A,1,台一次风机跳闸,RB,目标值,A,1,台引风机跳闸,RB,目标值,A,1,台送风机跳闸,RB,目标值,A,1,台汽泵,RB,目标值,A,T1,2,台磨煤机,跳闸,RB,3,台磨煤机,跳闸,RB,Y,Y,Y,空预器单侧,运行,RB,1,台一次风机,跳闸,RB,1,台引风机跳,闸,RB,1,台送风机跳,闸,RB,1,台汽泵跳闸,RB,电泵未联启,T6,N,T7,N,T8,Y,Y,Y,Y,A,1,台,RB,目标值,A,1,台汽泵跳闸,RB,电泵联启,N,T9,目标值,RB,或,RD,目标值生成,实际负荷指令0%YRDNT2NT3NT4NT5N2台磨煤机跳,该机组只设计,RD,功能，没有设,RU,功能。具,体考虑以下几种情况负荷指令：,）燃料,RD,：燃料主控输出已达最大，而燃料量小,于指令一定限值；,）给水,RD,：给水泵指令达最大，而给水流量小于,指令一定限值；,）送风,RD,：送风机指令达最大，而空气量小于指,令一定限值；,）引风,RD,：引风机指令达最大，而炉膛压力高于,指令一定限值；,）一次风,RD,：一次风机指令在最大，而风压小于,指令一定限值。,该机组只设计RD功能，没有设RU功能。具体考虑以下几种情况,（,5,）频率校正,P,P,max,f,-,P,max,一次调频特性曲线,（5）频率校正PPmaxf-Pmax一次调频特性曲线,（）,BI,BD,逻辑,当发生某个信号闭锁时，闭锁信号通过逻辑回路将速率,选择信号置为“,0”,，从而使得负荷指令不再改变，同时通,过使得,ADS,方式逻辑信号为“,0”,，机组退出,ADS,方式。,闭锁增,BI,的项目：,）负荷,BI,：荷指令达到运行人员设定的负荷最大值,;,）给水泵,BI,：给水泵输出指令达到高限，或给水流量小于,给水指令一定限值；,）送风机,BI,：,送风机输出指令达到高限，或风量小于风量,指令一定限值；,）引风机,BI,：,引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于,设定值一定限值；,）一次风机,BI,：,一次风机输出指令达到高限，或一次风压,小于设定值一定限值；,）燃料,BI,：,燃料指令达到高限，或燃料量小于燃料指令一,定限值。,（）BIBD逻辑当发生某个信号闭锁时，闭锁信号通过逻辑回,减闭锁减,RD,的项目：,）负荷,BD,：,负荷指令达到运行人员设定的负荷最,小值,;,）给水泵,BD,：给水泵输出指令达到低限，或给,水流量大于给水指令一定限值；,）送风机,BD,：送风机输出指令达到低限，或风量,大于风量指令一定限值；,）引风机,BD,：引风机输出指令达到低限，或炉膛,压力低于设定值一定限值；,）一次风机,BD,：一次风机输出指令达到低限，或,一次风压力高于设定值一定限值；,）燃料,BD,：燃料指令达到低限，或燃料量大于燃,料指令一定限值。,减闭锁减RD的项目：）负荷BD：负荷指令达到运行人员设定的,键入,LDC,变化,ADS,方式,1,键入负荷保持,RD,或,RB,BI,LDC,达最大,1,&,LDC,增,1,1,1,BD,LDC,达最小,1,&,LDC,减,速率选择逻辑信号,S,1,R,速率选择,R,0,速,选择,键入LDC变化ADS方式1键入负荷保持RD或RBBILDC,二、主蒸汽压设定值,1.,定压方式下的压力设定,定压方式下的主蒸汽压力设定值的运算,回路如图右侧所示。它将一个阶跃的给定,压力目标值,p,s,变为机组能够接受的斜坡信,号。,二、主蒸汽压设定值1.定压方式下的压力设定定压方式下的主蒸汽,有效负荷指令,主蒸汽压力,爬坡最大值,主蒸汽压力,p,T,f,1,(,t,),主蒸汽压力,目标值,p,s,I,A,N,跟踪主汽压力,速率设定值,I,A,I,A,f,1,(,x,),p,s,A,f,2,(,t,),TPSP,Y,T1,TGT,1,TPSP,TGT,H/,爬坡速率保,持,N,Y,K,N,K,T2,有效负荷指令,3,T3,Y,A,0,/L,2,Y,T4,N,N,跟踪主汽压力,Y,Y,T5,N,T6,滑压方式,主蒸汽压力设定回路,主蒸汽压力设定值,p,o,有效负荷指令主蒸汽压力爬坡最大值主蒸汽压力pTf1(t)主蒸,人工选择滑压,人工选择定压,旁路投入,BASE,RB,TF,人工选择保持,TPSPTGT,TPSPTGT,人工选择爬坡,S,1,R,0,1,1,1,1,1,S,1,R,0,1,1,1,1,有关切换逻辑信号,滑压方式,跟踪主汽压力,爬坡速率保持,人工选择滑压人工选择定压旁路投入BASERBTF人工选择保持,三、机炉主控制器,锅炉主控状态,手动,自动,手动,自动,汽轮机主控状态,手动,手动,自动,自动,负荷控制方式,基本方式,锅炉跟随,汽轮机跟随,协调控制,调频功能,无,无,无,有,三、机炉主控制器锅炉主控状态手动自动手动自动汽轮机主控状态手,主蒸汽压力,主蒸汽压力,p,T,调速级压力,p,1,设定值,p,o,f,1,(,x,),D,N,f,1,(,t,),K,CC /BF PID,Kp,3,1,p,o/,p,T,1,f,2,(,t,),y,1,2,4,Y,N,暂停跟踪,y,2,T1,y,3,I,A,T2,5,y,4,总燃料量,Y,N,跟踪总燃料,T3,锅炉主控指令,BD,锅炉主控制器,kp,1,p,o,/,p,T,y,1,t,y,2,t,t,y,3,t,y,4,t,动态校正,主蒸汽压力主蒸汽压力pT调速级压力p1设定值pof1(x)D,输出电功率,P,实际负荷指令,P,主蒸汽压力,主蒸汽压力,p,T,E,o,设定值,p,o,1,f,1,(,x,),2,N,D,f,3,(,x,),CC PID,P,K,f,2,(,x,),K,3,汽轮机跟随,N,Y,T1,Y,N,T2,暂停跟踪,I,A,T,3,DEH,负荷设定值,Y,N,DEH,非遥控,T4,汽轮机主控指令,TD,汽轮机主控制器,TF PID,输出电功率P实际负荷指令P主蒸汽压力主蒸汽压力pTEo设定值,