《热工过程自动控制技术》协调控制系统

,*,CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE,热工过程自动控制技术,*,*,Ch3,单元机组模拟量控制系统,(MCS),协调控制系统概述,单元机组负荷控制系统,燃烧控制系统,汽包锅炉给水全程控制系统,过热蒸汽温度控制系统,再热蒸汽温度控制系统,2024/9/10,1,3-1,协调控制系统概述,一、单元机组负荷控制的特点：,P78,二、协调控制系统的定义：,三、,协调控制系统的主要功能,：,四、单元机组协调控制的基本原则：,P81,五、协调控制系统的组成：,1.,协调控制系统的功能层次,：,2.,协调控制系统的,功能,组成,：,协调控制系统的主要功能,1,接受电网中心调度所的负荷自动调度指令,ADS,、运行操作人员的负荷给定指令和电网频差信号,f,，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调频、调峰能力，适应电网负荷变化的需要。,电网日负荷曲线,2,协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡， 保证主蒸汽压力稳定。,3,协调机组内部各子控制系统,(,燃料、送风、炉膛压力、给水、汽温等控制系统,),的控制作用，在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。,4,协调外部负荷请求与主、辅设备实际能力的关系。,5,具有多种可供运行人员选择的控制系统与运行方式。,6,消除各种工况扰动的影响，稳定机组运行。,协调控制系统的功能层次,协调层,组控层,基础自动层,执行层,协调控制系统的,功能,组成,单元机组协调控制系统的功能系统范围，包括负荷控制系统,(,也称主控制系统,),、常规控制系统,(,也称子控制系统,),和负荷控制对象三大部分 。,3-2,单元机组负荷控制系统,主控系统的结构,一、,负荷管理控制中心,：,二、机炉主控制器：,(,一,),机炉主控制器的功能：,P88,(,二,),机炉主控制器的设计指导思想,(,三,),协调控制系统运行方式的管理,1,机组运行方式管理的必要性,2,单元机组运行方式的种类及特性,：表,3-2(P98),(1),手动方式,(2),锅炉跟随方式,BF,(3),汽轮机跟随方式,TF,(4),机炉协调运行方式,三、,自动发电控制,(AGC),：,P109,主控系统的结构,负荷管理控制中心,1,实际负荷要求指令,ULD,的产生,2,负荷的增加和减少,3,最大,/,最小负荷限制,4,负荷变化速率限制,5,远方,/,就地控制,6,负荷快速返回,RB,7,负荷快速切回,(Fast Cut Back,，简称,FCB),8,负荷增,/,减闭锁,9,负荷迫升,/,迫降,10,负荷保持,/,恢复,INFI-90,系统的,LMCC,组态,CCS,主控系统的,CRT,监控画面,图,3-9 CCS,主控系统的,CRT,监控画面,手动方式,锅炉主控制器,(BM),为手动方式，汽轮机主控制器,(TM),也为手动方式。机炉的主控制器指令都由操作员手动改变。锅炉和汽轮机的子控制系统各自分别维持本身运行参数的稳定，没有机、炉的协调动作。,锅炉跟随方式,BF,锅炉跟随方式是由汽轮机调节机组输出功率；锅炉调节汽压。当负荷改变时，先由汽轮机侧发出控制动作，由此而引起汽压,p,T,改变，再由锅炉跟随发生控制动作，因而称为锅炉跟随方式。,汽轮机跟随方式,TF,该方式由锅炉调功、汽轮机调压。优点为机组运行稳定，因汽轮机调压的动态响应比锅炉调压快，不论负荷变化过程或燃料扰动，压力波动都小。,机炉协调运行方式,负荷或汽压改变时同时调锅炉、,汽轮机。,1),以锅炉跟随为基础的协调方式,COORD.BF,：,2),以汽轮机跟随为基础的协调方式,COORD.TF,：,3),直接能量平衡,DEB,协调方式,：,4),负荷指令间接平衡的协调控制系统方式,：,COORD.BF,将汽压偏差引入汽轮机主控制器，让汽轮机在控制功率的同时，配合锅炉共同控制主蒸汽压力，以改变汽压的控制质量。,实质：以降低功率响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高。在此意义上，协调的结果是兼顾了电功率和主汽压两方面的控制质量。,COORD.TF,在汽轮机跟随方式的基础上，将功率偏差引入汽轮机主控制器，让汽轮机在控制汽压的同时，配合锅炉共同控制功率，通过利用蓄热能力提高功率的控制质量，并且减少燃烧率扰动对汽轮机调节回路的影响。,实质：以汽压动态偏差为代价换取功率响应的提高。协调的结果是兼顾了电功率和汽压两方面的控制质量。,直接能量平衡,DEB,协调,锅炉“热量释放” 与机组“能量需求”相平衡,:,负荷指令间接平衡的协调控制系统,IEB,应用负荷指令信号,P,0,来间接平衡机、炉之间的能量关系。,自动发电控制,当二次调频由电厂运行人员就地设定时，称为就地手动控制；当由电网调度中心的能量管理系统来实现遥控自动控制时，则称为自动发电控制,(AGC),。,3-3,燃烧控制系统,一、概述,(,一,),燃烧控制系统的任务：,(1),控制燃料量，维持主蒸汽压力稳定。,(2),控制送风量，保证燃烧过程经济性。,(3),控制引风量，维持锅炉炉膛压力稳定。,(,二,),燃烧过程控制对象的动态特性：,1.,燃烧率扰动下的汽压动态特性,：,2.,机组负荷扰动下的汽压动态特性,：,(,三,),燃烧控制系统的基本组成：,二、,燃料量控制系统,：,三、送风量控制系统：,四、引风量控制系统：,燃料量控制系统,(,一,),燃料量的测量与热量信号,(,二,),燃料量,(,燃煤量,),控制系统的基本结构,(,三,),燃煤量控制系统的基本要求,(,四,),典型的燃料量控制系统,(,五,),磨煤机控制,(,六,),一次风母管压力的控制,(,七,),燃油流量及压力控制,3-4,汽包锅炉给水全程控制系统,一、概述,(,一,),给水控制的任务：,使给水量与锅炉的蒸发量相适应，并维持汽包水位在规定的范围内。,(,二,),给水流量的调节方式,：,(,三,),给水控制对象的动态特性 ：,汽包锅炉给水系统结构示意图,1.,给水流量,W,扰动下水位的动态特性,：,2.,蒸汽流量扰动下水位的动态特性,：,3.,燃料量扰动下水位的动态特性,：,二、,给水控制系统的基本类型,：,给水流量的调节方式,改变给水调节阀门的开度改变给水量,改变给水泵的转速改变给水量,变速给水泵的安全工作区、汽包锅炉给水系统结构示意图,变速给水泵的安全工作区,汽包锅炉给水系统结构示意图,给水控制系统的基本类型,(,一,),单冲量给水控制系统,：,(,二,),三冲量给水控制系统：,1.,单级三冲量给水控制系统,：,2.,串级三冲量给水控制系统,：,(,三,),给水全程控制系统：,1.,给水全程控制的概念：,给水全程控制系统指的是在锅炉启停及正常运行中均能实现自动控制的给水控制系统。,2.,测量信号的校正：,3.,给水热力系统,及调节机构：,4.,给水全程控制系统,分析：,单冲量给水控制系统,1.,系统结构：,2.,特点：,3.,适用对象：,4.,存在的问题,：,不能快速抑制给水流量的自发性扰动。,不能有效地防止“虚假水位”引起的误动作。,单级三冲量给水控制系统,(1),给水流量信号,W,：,系统的反馈信号。克服内扰，稳定给水流量。,(2),蒸汽流量信号,D,：,系统的前馈信号。减小或抵消“虚假水位”的影响。,(3),存在的问题：,引入的,D,信号不一定恰好消除“虚假水位”的影响。,给水流量既影响内回路又影响外回路在系统整定时内、外回路相互影响。,排污等要消耗一部分工质，使系统稳态时,I,W,不一定等于,I,D,，从而使,I,h,不一定等于,I,h,0,。,串级三冲量给水控制系统,有由主、副两个,PI,控制器。与单级三冲量系统相比，该系统多采用了一个,PI,控制器，两个控制器分工明确、串联工作，主控制器,PI1,为水位控制器，它根据水位偏差控制给水流量等于给定值；副控制器,PI2,为给水流量控制器，它根据给水流量偏差控制给水流量；蒸汽流量信号作为前馈信号用来维持负荷变动时的物质平衡，由此构成的是一个前馈,反馈双回路控制系统。,给水热力系统示意图,本机组配有一台,50%,容量的电动调速给水泵和两台各为,50%,容量的汽动调速给水泵；,l5%,的旁路容量。,给水全程控制系统,0,14%,负荷阶段,单冲量调旁路阀开度,14%,25%,负荷阶段,单冲量调电动泵转速,25%,35%,负荷阶段,三冲量调电动泵转速,35%,50%,负荷阶段,三冲量；启动一台汽动泵,50%,负荷以上阶段,三冲量；启动另一台汽动,泵，电动泵逐步退出。,3-5,过热蒸汽温度控制系统,一、过热汽温控制的任务：,P124,二、,过热汽温对象的动态特性,：,三、过热汽温的控制手段：喷水减温,四、过热汽温控制系统的基本类型：,1.,串级汽温控制系统,：,2.,导前微分汽温控制系统,：,3.,分段汽温控制系统：,(1),分别设置独立的定值控制系统,：,(2),按温差控制的分段控制系统,：,五、过热汽温控制系统分析：,P129,过热汽温对象的动态特性,1.,减温水流量,W,B,扰动下汽温的动态特性,：,2.,蒸汽负荷,D,扰动下汽温的动态特性,：,3.,烟气侧,Q,y,扰动下汽温的动态特性,：,串级汽温控制系统、导前微分汽温控制系统,串级汽温控制系统,导前微分汽温控制系统,分别设置独立的定值控制系统,该方案中，两级减温水控制方案可分别采用串级控制策略。两级减温水的控制独互相立。,按温差控制的分段控制系统,以,级减温器前后的温差,(,3,2,),作为第一段控制系统的被控量信号送入主控制器,PI3,。,3-6,再热蒸汽温度控制系统,一、再热汽温控制的任务：,P133,二、再热汽温的影响因素：,P133,三、再热汽温的控制手段：,1.,正常情况：烟气侧,旋转挡板、烟气再循环、改变燃烧器的倾角。,2.,异常情况：喷水减温,(,微量喷水或事故喷水,),。,四、再热汽温控制系统：,1.,采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统,2.,采用摆动燃烧器控制再热汽温的控制系统,采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统,摆动燃烧器控制再热汽温的控制系统,摆动燃烧器倾角对炉膛出口烟气温度的影响,摆动燃烧器法再热汽温控制系统图,