單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) .doc

第十三章 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 第一節(jié) 引言 一、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)單元機(jī)組的輸出電功率與負(fù)荷要求是否一致反映了機(jī)組與外部電網(wǎng)之間能量供求的平衡關(guān)系；主汽壓力反映了機(jī)組內(nèi)部鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)之間能量供求的平衡關(guān)系。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是完成這兩種平衡關(guān)系而設(shè)置的。使機(jī)組對外保證有較快的負(fù)荷響應(yīng)和一定的調(diào)頻能力；對內(nèi)保證主要運(yùn)行參數(shù)(主蒸汽壓力)穩(wěn)定的系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（Coordinated Control system-CCS）是將單元機(jī)組的鍋爐和汽輪機(jī)做為一個(gè)整體來進(jìn)行控制的系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)是協(xié)調(diào)地控制鍋爐燃料量、送風(fēng)量、給水量等，以及汽機(jī)調(diào)節(jié)閥門開度，使機(jī)組既能適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷指令的要求，又能保持單元機(jī)組在額定參數(shù)下安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 二、負(fù)荷控制對象的動(dòng)態(tài)特性在單元機(jī)組中，鍋爐和汽輪機(jī)是兩個(gè)相對獨(dú)立的設(shè)備，從機(jī)組負(fù)荷控制角度來看，單元機(jī)組是一個(gè)存在相互關(guān)聯(lián)的多變量控制對象，經(jīng)適當(dāng)假設(shè)可以看作是一個(gè)具有的兩個(gè)輸入和兩個(gè)輸出的互相關(guān)聯(lián)的被控對象，其方框圖如圖13-1所示。+WN(s)圖 13-1 單元機(jī)組負(fù)荷控制對象原理方框圖TWP(s)WNB(s)WPB(s)BNEPT 對象的輸入量B為鍋爐燃料量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度，代表鍋爐燃燒率(及相應(yīng)的給水流量),B的變化將引起機(jī)前壓力PT的變化，用WPB(s)描述該通道的特性，在汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度T不變時(shí)，WPB(s)具有以下的形式：式(13-1)是一個(gè)簡化了的二階系統(tǒng)，它表明燃料壓力通道具有較大的慣性和遲延。在燃燒率變化后，在汽機(jī)調(diào)門開度T不變時(shí)，PT 的變化也將引起機(jī)組實(shí)發(fā)功率NE的變化。圖13-1中，WPB(s)是燃料一功率通道的傳遞函數(shù)，它具有如下的形式：在機(jī)組燃燒率保持不變，將汽機(jī)調(diào)門開度通常用同步器位移量表示T改變，它將引起機(jī)前壓力PT的變化，以及機(jī)組實(shí)發(fā)功率NE的變化，這兩個(gè)通道的傳遞函數(shù)WN(s)、WP(s)形式如下： 以上四個(gè)式子是通過實(shí)驗(yàn)方法得到的，通過理論分析和線性化處理也可得出以上關(guān)系。以上用傳遞函數(shù)表示單元機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性，也可用階躍響應(yīng)來表示單元機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性如圖13-2所示。NE000B圖 13-2 單元機(jī)組負(fù)荷控制對象的階躍響應(yīng)特性BtttPTNE000TTtttPT(a)(b) （一）燃燒率B擾動(dòng)下主蒸汽壓力PT 和輸出電功率NE的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門開度不變，而B發(fā)生階躍擾動(dòng)時(shí)，主蒸汽壓力PT和輸出電功率NE的響應(yīng)曲線如圖13-2(a)所示。增加鍋爐的燃燒率，必定使鍋爐蒸發(fā)受熱面的吸熱量增加，汽壓經(jīng)一定遲延后逐漸升高。由于汽輪機(jī)調(diào)門開度保持不變，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量增加，從而自發(fā)地限制了汽壓的升高。當(dāng)蒸汽流量與燃燒率達(dá)到新的平衡時(shí)，汽壓PT 就趨于一個(gè)較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。由于蒸汽流量的增加使汽輪機(jī)輸出功率增加，輸出電功率NE也增加。當(dāng)蒸汽流量不變時(shí)，輸出電功率也趨于一個(gè)較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。 （二）調(diào)門開度T擾動(dòng)下主蒸汽壓力PT 和輸出電功率NE的動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)鍋爐燃燒率B保持不變，而T發(fā)生階躍擾動(dòng)時(shí)，主蒸汽壓力PT 和電功率NE的響應(yīng)曲線如圖13-2(b)所示。汽輪機(jī)調(diào)門開度階躍增加后，一開始進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量立刻成比例增加，同時(shí)汽壓PT 也隨之立刻階躍下降PT (PT階躍下降的大小與蒸汽流量的階躍增量成正比，且與鍋爐的蓄熱量大小有關(guān))。由于鍋爐燃燒率保持不變，所以蒸發(fā)量也不變。蒸汽流量的增加是因?yàn)殄仩t汽壓下降而釋放出一部分蓄熱，所以只是暫時(shí)的。最終，蒸汽流量仍恢復(fù)到與燃燒率相應(yīng)的擾動(dòng)前的數(shù)值，主汽壓力PT也逐漸趨于一個(gè)較低的新穩(wěn)態(tài)值。因蒸汽流量在過渡過程中有暫時(shí)的增加，故輸出功率NE相應(yīng)也有暫時(shí)的增加。最終，輸出功率NE也隨蒸汽流量恢復(fù)到擾動(dòng)前的數(shù)值?？梢钥闯鰴C(jī)組增加負(fù)荷時(shí)，初始階段所需的蒸汽量主要是由于鍋爐釋放蓄熱量而產(chǎn)生的。然而，隨著汽輪機(jī)容量的日益增大，鍋爐蓄熱量越來越小，單元機(jī)組負(fù)荷適應(yīng)能力與保持汽壓不變之間的矛盾越來越突出。 通過以上分析，可以看出負(fù)荷控制對象的動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)是，當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門開度動(dòng)作時(shí)，被控量NE和PT的響應(yīng)都很快即熱慣性??；當(dāng)鍋爐燃燒率改變時(shí)，NE和PT的響應(yīng)都很慢即熱慣性大，一快一慢就是機(jī)爐對象動(dòng)態(tài)特性方面存在的較大差異。如果我們把機(jī)、爐子控制系統(tǒng)包括在負(fù)荷控制對象之內(nèi)，就構(gòu)成了廣義負(fù)荷控制對象如圖13-3所示，其控制輸入量為鍋爐主控制指令NB和汽機(jī)主控制指令NT 。B+WN(s)圖 13-3 廣義負(fù)荷控制對象方框圖TWP(s)WNB(s)WPB(s)NEPT機(jī)子系統(tǒng)爐子系統(tǒng)NB NT 鍋爐側(cè)的各子控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程特性遲延慣性很小(相對于鍋爐特性)，可以使B及時(shí)地跟隨爐主控制指令 NB，接近快速隨動(dòng)系統(tǒng)特性。這樣就有B NB 。汽機(jī)側(cè)，如果汽輪機(jī)采用純液壓調(diào)速系統(tǒng)，則機(jī)主控制指令NT就是調(diào)門開度(或同步器位移)指令T，故有TNT 。這樣廣義被控對象的動(dòng)態(tài)特性不會(huì)改變。如果汽輪機(jī)采用功頻電液控制系統(tǒng)，則機(jī)主控制指令NT就是汽輪機(jī)功率指令。這樣被控對象的動(dòng)態(tài)特性就有很大變化。如圖13-4所示。由圖13-4可以看出，汽輪機(jī)采用功頻電液控制系統(tǒng)時(shí)，廣義被控對象動(dòng)態(tài)特性的改變是由于汽輪機(jī)功率調(diào)節(jié)回路的存在，假設(shè)功率調(diào)節(jié)回路能保持汽輪機(jī)功率與功率指令一致，那么，機(jī)主控制指令NT和爐主控制指令NB就分別代表鍋爐的輸出與輸入能量。_+NB _ nt+ n0B+圖 13-4 汽輪機(jī)采用功頻電源控制系統(tǒng)時(shí)的廣義負(fù)荷控制對象方框圖TNEPTWT(s)爐子系統(tǒng)NT WN(s)WP(s)WNB(s)WPB(s) 若保持其中任一指令不變而另一指令階躍擾動(dòng)，則會(huì)因鍋爐輸入與輸出能量終始不平衡，主蒸汽壓力PT隨時(shí)間一直變化，沒有自平衡能力。如圖13-5所示。圖13-5(a)表示NT不變，NB階躍擾動(dòng)下主蒸汽壓力PT 和電功率NE的響應(yīng)特性，PT的動(dòng)態(tài)特性近似為具有慣性的積分環(huán)節(jié)特性，NE近似不變；圖13-5(b)表示NB不變，NT階躍擾動(dòng)下主蒸汽壓力PT和電功率NE的響應(yīng)特性，PT的動(dòng)態(tài)特性近似比例加積分環(huán)節(jié)的特性，NE的動(dòng)態(tài)特性近似為慣性環(huán)節(jié)或比例加慣性環(huán)節(jié)的特性。NE000NB 圖 13-5 汽機(jī)采用功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)廣義負(fù)荷控制對象的階躍響應(yīng)特性NB tttPTNE000NT NT tttPT(a)(b) 鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性存在很大差異，即汽輪發(fā)電機(jī)負(fù)荷響應(yīng)快，鍋爐負(fù)荷響應(yīng)慢，所以單元機(jī)組內(nèi)部兩個(gè)能量供求關(guān)系互相制約，外部負(fù)荷響應(yīng)性能與內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定性之間存在固有的矛盾。根據(jù)這一特點(diǎn)，單元機(jī)組在實(shí)施協(xié)調(diào)控制時(shí)，必須很好地協(xié)調(diào)機(jī)爐兩側(cè)動(dòng)作，合理地保持好兩個(gè)能量供求平衡關(guān)系，以兼顧負(fù)荷響應(yīng)性能和內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定兩個(gè)方面。三、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負(fù)荷控制系統(tǒng)也稱主控制系統(tǒng)、常規(guī)控制系統(tǒng)也稱子控制系統(tǒng)和負(fù)荷控制對象三大部分組成。如圖13-6所示。負(fù)荷控制系統(tǒng)又由二部分即負(fù)荷指令處理部分也稱負(fù)荷管理控制中心和機(jī)爐主控制器組成。負(fù)荷管理控制中心(LMCC)接受的是外部負(fù)荷指令、根據(jù)機(jī)組和控制系統(tǒng)本身需要所設(shè)的內(nèi)部負(fù)荷指令。內(nèi)部負(fù)荷指令一般有機(jī)組輔機(jī)故障減負(fù)荷Run Back(快速返回)指令，與機(jī)組負(fù)荷有關(guān)的主要運(yùn)行參數(shù)超過上限而引起的減負(fù)荷Run Down(迫降)指令，主要運(yùn)行參數(shù)低于下限而引起的增負(fù)荷Run Up(迫升)指令，負(fù)荷控制系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，負(fù)荷控制系統(tǒng)本身跟蹤實(shí)發(fā)功率的信號(hào)。外部負(fù)荷指令一般有電網(wǎng)調(diào)度所的負(fù)荷分配指令A(yù)DS(Automatic Dispath System)；機(jī)組運(yùn)行人員手動(dòng)增/減負(fù)荷的指令。負(fù)荷控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制級(jí)子控制系統(tǒng)局部控制級(jí)TBN0負(fù)荷指令處理部分機(jī)爐主控制器鍋爐控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)被控對象NBNTNEPT外埠負(fù)荷指令圖 13-6 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡圖負(fù)荷管理控制中心的主要作用是，對外部要求的負(fù)荷指令或目標(biāo)負(fù)荷指令TLD(Target Load Demand)進(jìn)行選擇，并根據(jù)機(jī)組主輔機(jī)運(yùn)行的情況加以處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)、爐設(shè)備負(fù)荷能力，安全運(yùn)行所能接受的實(shí)際負(fù)荷指令A(yù)LD(Actual Load Demand )N0，實(shí)際負(fù)荷指令又稱ULD(Unit Load Demand)單元機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令。對于上述內(nèi)、外部負(fù)荷指令的選擇是由負(fù)荷管理控制中心根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和電網(wǎng)對機(jī)組的要求以及機(jī)爐本身運(yùn)行安全性要求的優(yōu)先級(jí)來選定的。 除了選擇負(fù)荷指令外，負(fù)荷管理控制中心對于選擇的內(nèi)、外部負(fù)荷指令還需進(jìn)行處理，主要是對負(fù)荷指令的變化率和起始變化幅度進(jìn)行限制，使之與機(jī)組的負(fù)荷能力相適應(yīng)。機(jī)、爐主控制器接受LMCC發(fā)出的實(shí)際負(fù)荷指令N0，為了使鍋爐和汽輪機(jī)的控制作用更好地協(xié)調(diào)，在協(xié)調(diào)控制方式情況下，汽輪機(jī)主控制器接受汽輪機(jī)的DEH(Digital Electro-Hydraulic即數(shù)字電液調(diào)節(jié))來的頻率偏差信號(hào)Df，還接受汽輪機(jī)首級(jí)后壓力P1與主汽壓力PT的比值P1/ PT的反饋信號(hào)，即汽輪機(jī)閥位的反饋信號(hào)，以及實(shí)發(fā)功率信號(hào)NE 和主汽壓力的偏差DP 。 機(jī)、爐主控制器的主要作用是根據(jù)鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行條件和要求，選擇合適的負(fù)荷控制方式，按照實(shí)際負(fù)荷指令N0與實(shí)發(fā)功率信號(hào)NE 的偏差和主汽壓力的偏差DP以及其它信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算，分別產(chǎn)生對鍋爐子控制系統(tǒng)和汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動(dòng)作的指揮信號(hào)，分別稱為鍋爐指令(Boiler Demand)NB 和汽輪機(jī)指令(Turbine Demand)NT 。 單元機(jī)組主控制系統(tǒng)是單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的核心，在單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中無論是調(diào)頻和調(diào)負(fù)荷、機(jī)組的啟動(dòng)和停止、故障情況下的安全運(yùn)行、鍋爐燃燒率的變化、汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥開度的變化都是在主控制系統(tǒng)統(tǒng)一指揮下達(dá)到協(xié)調(diào)一致的，即機(jī)組的輸入能量和輸出能量在滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求的前提條件下總是保證平衡的。完成主控制系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。 一般汽輪機(jī)和鍋爐的控制系統(tǒng)都是比較簡單的單回路和常規(guī)的控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能克服由于內(nèi)、外擾動(dòng)造成的參數(shù)波動(dòng)，使之保持在允許范圍之內(nèi)。同時(shí)也適應(yīng)負(fù)荷控制系統(tǒng)發(fā)來的變負(fù)荷指令信號(hào)，使每個(gè)子系統(tǒng)都能在主控制系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)動(dòng)作完成子系統(tǒng)與單元機(jī)組（控制對象）之間的協(xié)調(diào)使整個(gè)單元機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 機(jī)爐的子控制系統(tǒng)是協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，它們的控制質(zhì)量將直接影響負(fù)荷控制的質(zhì)量。因此，只有設(shè)計(jì)好各子控制系統(tǒng)，并保證其具備較高控制質(zhì)量的前提下，才有可能使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)達(dá)到要求的控制質(zhì)量。根據(jù)單元機(jī)組的容量、控制對象動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)、控制系統(tǒng)功能要求不同等組成的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的方案各異，但將這些協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行分類，一般有按反饋回路和能量平衡兩種分類方法。按反饋回路分類可將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。按能量平衡分類可將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為間接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 第二節(jié) 主控制系統(tǒng) 一、負(fù)荷管理控制中心負(fù)荷管理控制中心是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的指揮機(jī)構(gòu)，它的主要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的要求負(fù)荷指令或機(jī)組運(yùn)行人員要求改變負(fù)荷的指令以及機(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)荷要求指令A(yù)LD或ULD(N0）。具體來講，LMCC能完成以下功能：1實(shí)際負(fù)荷要求指令（ALD或ULD）的產(chǎn)生在機(jī)組正常運(yùn)行工況下，電網(wǎng)調(diào)度來的負(fù)荷分配指令（ADS）或機(jī)組運(yùn)行人員設(shè)定的負(fù)荷指令，通過負(fù)荷變化速率限制器，電網(wǎng)頻率校正（如果機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻）最小最大負(fù)荷限制回路，即產(chǎn)生實(shí)際負(fù)荷要求指令。如果機(jī)組主、輔機(jī)發(fā)生故障或事故而產(chǎn)生快速返回(RB)、快速切回(FCB)、迫升(RU)、迫降(RD)、主燃料跳閘(MFT)等信號(hào)時(shí)，機(jī)組將自動(dòng)地切換到手動(dòng)方式運(yùn)行，這時(shí)實(shí)際負(fù)荷要求指令將跟蹤鍋爐實(shí)際負(fù)荷指令mB 。 2負(fù)荷的增加和減少協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供運(yùn)行人員增減負(fù)荷按鈕，來指明機(jī)組“目標(biāo)負(fù)荷指令”的增加和減少。“目標(biāo)負(fù)荷指令”在控制站屏幕上顯示。3最大/最小負(fù)荷限制協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供機(jī)組最大/最小負(fù)荷限制值，運(yùn)行人員可通過設(shè)定器調(diào)整機(jī)組最大/最小負(fù)荷限制值，限制值的增減直接影響實(shí)際負(fù)荷指令。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷指令等于最大或最小限制值，實(shí)際負(fù)荷指令不論要增加或減少都將受到閉鎖。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷指令等于由運(yùn)行人員設(shè)置的最大/最小負(fù)荷限制值時(shí)，設(shè)定器上的限制紅燈點(diǎn)亮。4負(fù)荷變化速率限制 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供機(jī)組最大負(fù)荷變化速率，運(yùn)行人員可通過設(shè)定器調(diào)整機(jī)組最大負(fù)荷變化速率。它是對運(yùn)行人員手動(dòng)或ADS指令改變負(fù)荷的速率進(jìn)行限制。機(jī)組最大負(fù)荷變化速率是根據(jù)機(jī)組變負(fù)荷的能力而確定的。 當(dāng)實(shí)際負(fù)荷指令的變化速率在運(yùn)行人員設(shè)定的最大速率時(shí)，速率設(shè)定器上的限制紅燈點(diǎn)亮。 5遠(yuǎn)方/就地控制 機(jī)組運(yùn)行人員可操作按鈕來選擇就地(Local)或遠(yuǎn)方(Remote-ADS) 控制。在“就地”控制時(shí)，運(yùn)行人員可操作“增加”和“減少”按鈕來改變“目標(biāo)負(fù)荷指令”。這時(shí)，“目標(biāo)負(fù)荷指令”將根據(jù)運(yùn)行人員設(shè)定的允許的最大變化速率來改變。在“遠(yuǎn)方”控制時(shí)目標(biāo)負(fù)荷指令將根據(jù)運(yùn)行人員設(shè)定的允許的最大變化速率響應(yīng)ADS指令。6負(fù)荷快速返回當(dāng)機(jī)組主要輔機(jī)例如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、空氣預(yù)熱器、給水泵等出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)組就不能滿負(fù)荷運(yùn)行，必需迅速減負(fù)荷CCS設(shè)計(jì)了快速返回信號(hào)，以保護(hù)機(jī)組的安全。如果是鍋爐側(cè)主要輔機(jī)發(fā)生故障，則將在汽輪機(jī)跟隨方式下完成負(fù)荷快速返回，既鍋爐需要迅速減負(fù)荷，而汽輪機(jī)應(yīng)跟著迅速把負(fù)荷降下來。負(fù)荷降低的幅度要看主要輔機(jī)故障的情況而定。 7負(fù)荷快速切回（Fast Cut Back-FCB） 機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)生嚴(yán)重故障，例如機(jī)組突然與電網(wǎng)解列(既送電負(fù)荷突然跳閘)，或汽輪機(jī)跳閘，這時(shí)快速返回已不能適應(yīng)迅速減少負(fù)荷的要求。CCS設(shè)計(jì)了快速切回信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速甩負(fù)荷。FCB的設(shè)計(jì)分兩種情況，一種是甩負(fù)荷至廠用電；當(dāng)機(jī)組用電負(fù)荷突然跳閘，為了使機(jī)組仍能維持廠用電運(yùn)行，既不停爐不停機(jī)， FCB使機(jī)、爐均維持在最小負(fù)荷。另一種是發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)跳閘，這時(shí)FCB使汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷或停機(jī)。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過旁路系統(tǒng)輸出，鍋爐繼續(xù)維持最小負(fù)荷運(yùn)行，既停機(jī)不停爐。8負(fù)荷增/減閉鎖 當(dāng)發(fā)生煤輸送管道或燃燒噴嘴堵塞，擋板卡死，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等設(shè)備工作異常的故障時(shí)，將會(huì)造成燃料量、空氣量、給水量等運(yùn)行參數(shù)的偏差增大。CCS設(shè)計(jì)了負(fù)荷增/減閉鎖信號(hào)，對這些運(yùn)行參數(shù)的偏差大小和方向進(jìn)行監(jiān)視如果出現(xiàn)故障，負(fù)荷增/減閉鎖回路根據(jù)偏差的方向，將對實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)施增或減方向的閉鎖，以防止故障的危害進(jìn)一步擴(kuò)大，直至偏差回到規(guī)定限值內(nèi)才解除閉鎖。9負(fù)荷迫升/迫降對于負(fù)荷增/減閉鎖所談到的一類故障，除了采用負(fù)荷增/減閉鎖措施外，CCS通常還采用迫升/迫降措施，當(dāng)有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)偏差超過了允許值，同時(shí)有關(guān)的控制輸出已達(dá)到極限位置，不再有調(diào)節(jié)余地。則迫升/迫降回路根據(jù)偏差的方向，將對實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)施迫升/迫降，使偏差回到允許值范圍之內(nèi)，從而達(dá)到縮小故障危害的目的。 當(dāng)發(fā)生迫升/迫降后，CCS將使負(fù)荷指令處于保持狀態(tài)。10負(fù)荷保持/恢復(fù)CCS還設(shè)置了負(fù)荷的保持和恢復(fù)按鈕，其作用是在各種控制方式下切換或發(fā)生負(fù)荷指令的迫升/迫降后，暫時(shí)維持切換前的負(fù)荷指令不變，待切換完畢后再進(jìn)行控制。二、機(jī)、爐主控制器機(jī)、爐主控制器是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)，機(jī)、爐主控制器的主要功能是根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行條件和要求，運(yùn)行人員可選擇協(xié)調(diào)、鍋爐跟隨、汽機(jī)跟隨等控制方式，給出合理的控制方案提供機(jī)組全面的協(xié)調(diào)控制。機(jī)爐主控制器的設(shè)計(jì)從其控制結(jié)構(gòu)出發(fā)有二種指導(dǎo)思想，一種是以反饋控制為基礎(chǔ)的，適當(dāng)加入一些前饋信號(hào)作為輔助調(diào)節(jié)以改善控制品質(zhì)；另一種則從能量平衡的角度考慮前饋的控制，力爭做到前饋補(bǔ)償后，鍋爐和汽機(jī)就能協(xié)調(diào)一致地達(dá)到所要求的負(fù)荷，反饋?zhàn)饔脙H在此基礎(chǔ)上起校正作用。這樣機(jī)爐主控制器就有二種分類方法，一種以反饋回路分類一種以能量平衡分類。按反饋回路分類有以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的控制方式和以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的控制方式。以能量平衡分類有能量間接平衡控制方式和能量直接平衡的控制方式。主控制系統(tǒng)類型各異。主要反映在機(jī)爐主控制器上，因此，主控制系統(tǒng)或協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的類型是以機(jī)爐主控制器的控制方式而命名。下面對各類機(jī)爐主控制器進(jìn)行原理介紹。（一）以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制單元機(jī)組以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖13-7(a)所示。它是在爐跟機(jī)控制方式為基礎(chǔ)加入一個(gè)非線性環(huán)節(jié)形成的。鍋爐跟隨控制方式的特點(diǎn)是機(jī)組能比較快地適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的要求。但汽壓波動(dòng)大，為了限制汽壓變化，增加了非線性元件。如果負(fù)荷要求增長的速率和幅度較大，可能引起汽壓PT的變化幅值過大。當(dāng)汽壓偏差P0 PT死區(qū)組件的時(shí)，死區(qū)組件將發(fā)出限制汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥繼續(xù)開大或回關(guān)的信號(hào)，以保證汽壓PT 在允許的范圍內(nèi)變化。當(dāng)汽壓偏差不太大時(shí)，不去限制調(diào)節(jié)閥門開度mT的變化，以使NE 盡快響應(yīng)N0。從以上分析可以看出，機(jī)組在共同保持汽壓的過程中采用了爐跟機(jī)協(xié)調(diào)的控制動(dòng)作，故稱為爐跟機(jī)為基礎(chǔ)協(xié)調(diào)控制。從汽壓偏差對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門開度mT變化的限制可以看出，盡管可以減少汽壓的較大波動(dòng)，但同時(shí)也減慢了輸出功率NE響應(yīng)負(fù)荷要求指令N0的速度，實(shí)質(zhì)上是以降低功率響應(yīng)性能為代價(jià)來提高汽壓控制的品質(zhì)。因此協(xié)調(diào)的結(jié)果是功率和汽壓兩方面性能指標(biāo)的折衷。圖13-7（b)為又一種爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的示意圖，它是以爐跟機(jī)控制方式為基礎(chǔ)將功率偏差信號(hào)N0NE并行地送入汽機(jī)控制器和鍋爐控制器，加入非線性環(huán)節(jié)和前饋信號(hào)N0的比例微分作用形成的。 圖 13-7 以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖+BTPT_+_NE+ N0鍋爐控制器P0汽機(jī)控制器鍋爐P0-PT汽機(jī)_(a)+BTPT_+_NE+ N0鍋爐控制器P0汽機(jī)控制器鍋爐P0-PT汽機(jī)_PD(b) 設(shè)“負(fù)荷要求” N0增大，功率偏差信號(hào)N0NE 并行地送入汽機(jī)控制器和鍋爐控制器，汽機(jī)控制器迅速開大汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥，機(jī)前壓力PT降低，鍋爐放出蓄熱，蒸汽流量增大，以暫時(shí)適應(yīng)負(fù)荷要求增大的需要。由于鍋爐對負(fù)荷變化的響應(yīng)較汽機(jī)慢，采用負(fù)荷要求N0通過比例微分作用作為送往鍋爐的前饋信號(hào)，以補(bǔ)償鍋爐的慣性和遲延。如果負(fù)荷要求增長的速率和幅度較大，可能引起汽壓PT的變化幅值過大。當(dāng)汽壓偏差|P0PT|死區(qū)組件的時(shí)，死區(qū)組件將發(fā)出限制汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥繼續(xù)開大或回關(guān)的信號(hào)，以保證汽壓PT在允許范圍內(nèi)變化。汽壓偏差信號(hào)P0PT同時(shí)送入鍋爐控制器，加強(qiáng)對鍋爐的調(diào)節(jié)作用，以補(bǔ)充由于汽壓變化引起鍋爐蓄熱量變化所需附加的燃料量。調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí)，達(dá)到NEN0，PTP0的平衡狀態(tài)。 圖13-7(b)所示系統(tǒng)的特點(diǎn)是能補(bǔ)償鍋爐的慣性和遲延，加強(qiáng)對鍋爐的控制作用。 目前，以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。 （二）以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制單元機(jī)組以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖13-8(a)所示，它是在機(jī)跟爐控制方式為基礎(chǔ)加入一個(gè)非線性環(huán)節(jié)形成的。 汽機(jī)跟隨控制方式的特點(diǎn)是適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求能力較差而汽壓波動(dòng)小，不能充分利用鍋爐的蓄熱量。為了提高適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的能力，通過非線性元件將功率信號(hào)引入汽機(jī)控制回路。當(dāng)負(fù)荷要求N0增大時(shí)，功率偏差信號(hào)N0NE 送入鍋爐控制器。增大燃燒率。與此同時(shí)，通過非線性元件暫時(shí)降低主汽壓力給定值，汽機(jī)控制器就發(fā)出開大汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥的指令，使輸出功率NE 迅速增加。反之，當(dāng)減負(fù)荷即N0NE 0時(shí)，增大汽壓給定值，汽機(jī)控制器發(fā)出關(guān)小調(diào)節(jié)汽閥的指令，迅速減小輸出功率NE 。非線性元件是一個(gè)雙向限幅的比例器，它可以輸出一個(gè)與N成比例的信號(hào)，暫時(shí)地改變PT的定值P0，從而使鍋爐的蓄熱得到利用，用以提高負(fù)荷適應(yīng)性。當(dāng)N0NE超過這個(gè)區(qū)域時(shí)，非線性環(huán)節(jié)的輸出不再變化(水平段飽和區(qū))，即汽壓給定不再變化?？磥磉@種PT定值的改變只限定在一定的范圍內(nèi)，以免汽壓偏離給定值超過允許范圍。增加一個(gè)限幅非線性元件的作用是限制起始控制過程中，功率變化DN對調(diào)節(jié)閥門開度mT的影響，以保證DP不會(huì)波動(dòng)太大。從以上分析可以看出，在響應(yīng)負(fù)荷要求指令時(shí)，機(jī)爐采取了共同的協(xié)調(diào)控制動(dòng)作，故稱為機(jī)跟爐為基礎(chǔ)協(xié)調(diào)控制。 +圖 13-8 以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖PD(b)_+BTPT_NE+ N0P0汽機(jī)控制器鍋爐汽機(jī)(a)鍋爐控制器PN0-NE_+BTPT_NE+ N0P0汽機(jī)控制器鍋爐汽機(jī)鍋爐控制器PN0-NE 由于負(fù)荷要求指令改變時(shí)，汽輪機(jī)側(cè)配合鍋爐側(cè)的燃燒率mB 的改變同時(shí)改變調(diào)節(jié)閥門開度mT，暫時(shí)利用了鍋爐的蓄熱能力，所以功率響應(yīng)速度加快，但同時(shí)汽壓波動(dòng)也因此加大，實(shí)質(zhì)上是以降低汽壓控制的品質(zhì)為代價(jià)來提高功率響應(yīng)的速度。因此協(xié)調(diào)的結(jié)果是功率和汽壓兩方面性能指標(biāo)的折衷。為了補(bǔ)償鍋爐負(fù)荷響應(yīng)的慣性和汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥開度變化對鍋爐控制系統(tǒng)的影響，可采用圖13-8(b)所示以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。它是以機(jī)跟爐控制方式為基礎(chǔ)加入非線性環(huán)節(jié)和前饋信號(hào)N0的比例微分作用、機(jī)前壓力PT 的微分作用形成的。 采用N0經(jīng)比例微分(PD)作用后作為前饋信號(hào)，這樣能提前和加強(qiáng)調(diào)節(jié)鍋爐的燃燒率，改善鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性的慣性。當(dāng)負(fù)荷要求N0不變時(shí)，如果由于某種擾動(dòng)使汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥開度變化，機(jī)組實(shí)發(fā)功率NE隨之變化。這個(gè)擾動(dòng)將使鍋爐控制系統(tǒng)動(dòng)作，不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。為了減少汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度擾動(dòng)對鍋爐控制系統(tǒng)的干擾，在鍋爐控制器入口加入PT的微分信號(hào)，用以補(bǔ)償NE變化的影響。只要微分器參數(shù)KD、TD選擇得合適，當(dāng)汽機(jī)調(diào)節(jié)汽閥動(dòng)作時(shí)，可使鍋爐控制器入口NE PT0（PT為PT的微分信號(hào)），即不受調(diào)節(jié)汽閥動(dòng)作的干擾。（三）按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制(DIB)按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的示意圖如圖13-9（a)所示。從圖中可以看出此系統(tǒng)是以鍋爐跟隨的控制方式工作的。鍋爐側(cè)是以(1d/dt) N0作為前饋信號(hào)，以(P0PT)作為反饋信號(hào)。鍋爐側(cè)的反饋回路中，由鍋爐控制器前的乘法器引入N0信號(hào)，其目的是使其放大倍數(shù)與N0成正比改變，以補(bǔ)償不同負(fù)荷下對象動(dòng)態(tài)特性放大倍數(shù)的非線性特性。鍋爐側(cè)前饋信號(hào)的引入目的是促使燃燒量隨負(fù)荷變化及早動(dòng)作補(bǔ)償鍋爐的惰性。鍋爐燃燒率指令NB為：式中 KP 鍋爐控制器的比例增益 KI 鍋爐控制器的積分增益穩(wěn)態(tài)時(shí)，主汽壓力PT等于給定值P0 ，鍋爐的燃燒率指令等于負(fù)荷指令N0即 NBN0 可見鍋爐控制中把負(fù)荷指令信號(hào)N0(1d/dt)作為前饋信號(hào)，其中微分作用在動(dòng)態(tài)過程中加強(qiáng)燃燒率指令，以補(bǔ)償機(jī)爐之間對負(fù)荷響應(yīng)速度的差異，式(13-5)中汽壓偏差信號(hào)和汽壓偏差信號(hào)的積分有二個(gè)作用，其一，反映了使汽壓恢復(fù)到給定值對鍋爐蓄熱量變化所需要的燃料量，其二，保證穩(wěn)態(tài)時(shí)汽壓等于汽壓的給定值。圖13-9(a)所示系統(tǒng)中汽機(jī)控制器入口信號(hào)的平衡關(guān)系如下： N0NB NB(P0PT)0 (13-6)可見，汽機(jī)控制回路實(shí)際是一個(gè)功率控制系統(tǒng)只有在汽壓偏差為零時(shí)才有NBN0。在動(dòng)態(tài)過程中采用兩個(gè)方法防止調(diào)速汽門動(dòng)態(tài)開得過大。第一個(gè)方法是引入壓力偏差信號(hào)，作為負(fù)荷變化時(shí)的限制信號(hào)，限制汽機(jī)調(diào)速汽門動(dòng)作的范圍不能超過雙向限幅器的限定值，即當(dāng)汽壓超過規(guī)定值時(shí)(10公斤厘米2)限制汽面調(diào)速汽門進(jìn)一步開大。第二個(gè)方法是引入(P0PT)的反饋信號(hào)，其目的是根據(jù)汽壓偏差變化的情況確定調(diào)速汽門的開度，限制調(diào)速汽門動(dòng)態(tài)開得過大。XPddtIP0XPIAAN0NE鍋爐 汽機(jī)+10kg/cm2-PTPT-10kg/cm2B圖 13-9(a) 間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖_XPIP0DPIN0NE鍋爐 汽機(jī)+-PTPT_B圖 13-9(b) 間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖T- NE_+_ 圖13-9(b)為按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制的另一種方案，從圖中可以看出此系統(tǒng)是以汽機(jī)跟隨的控制方式工作的。鍋爐側(cè)是以N0(1d/dt)作為前饋信號(hào)，形成對鍋爐側(cè)的前饋控制作用。其中比例作用使得燃燒率與負(fù)荷指令始終保持一致，微分作用用于補(bǔ)償鍋爐的動(dòng)態(tài)遲延和慣性，加速鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)。鍋爐側(cè)以功率偏差作為反饋信號(hào)，形成對鍋爐側(cè)的積分()反饋控制(積分增益同P0成正比。以適應(yīng)不同負(fù)荷下的對象特性的改變，實(shí)現(xiàn)變參數(shù)控制) 用來校正燃燒率指令，以保證機(jī)組的功率偏差在穩(wěn)定時(shí)為零。鍋爐燃燒率根據(jù)汽壓偏差而修正，例如，當(dāng)PTP0時(shí)應(yīng)使燃燒率適當(dāng)增加以補(bǔ)足由于汽壓偏低而使鍋爐蓄能的減少。鍋爐燃燒率指令為：在穩(wěn)態(tài)時(shí)鍋爐控制器保證NE = N0，若汽壓偏差為零，那NB= N0。汽機(jī)側(cè)以汽壓偏差作為反饋信號(hào)，形成對汽機(jī)側(cè)的PI反饋控制。功率偏差是前饋信號(hào)，用來修正壓力給定值，當(dāng)功率給定值 N0改變時(shí)，引起壓力給定值的改變，控制器發(fā)出 汽機(jī)調(diào)節(jié)閥門的改變指令。這樣能充分利用鍋爐的蓄熱能力提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)特性。 汽機(jī)側(cè)的PI控制器可保證穩(wěn)態(tài)時(shí)其輸入端信號(hào)的代數(shù)和近似為零，即有 - K(N0 - NE) + (P0- PT) 0 (13-8)或 P0-PT K(N0 - NE) 可得 PT P0-KDN (13-9)當(dāng)N0增加時(shí), DN= N0 - NE立即增加，相當(dāng)于暫時(shí)減小壓力給定值P0-KDN。這時(shí)PI控制器立即增大調(diào)節(jié)閥門的開度，增大實(shí)發(fā)功率。另外，使汽壓PT跟隨定值而變，從而也就利用了機(jī)組蓄熱能力。在一定范圍內(nèi)，K值反映了在一定功率偏差下可利用的蓄熱量的大小。 在穩(wěn)態(tài)時(shí)汽機(jī)側(cè)控制器保證PT = P0 從圖13-9()可以看出，負(fù)荷要求指令N0(功率給定值)作為前饋信號(hào)分別送到機(jī)、爐控制回路,使機(jī)爐同時(shí)改變負(fù)荷,以保證快速響應(yīng)外界負(fù)荷要求。當(dāng)燃料內(nèi)擾使機(jī)前壓力及實(shí)發(fā)功率都增加時(shí)，由于中間再熱機(jī)組功率滯后較大，機(jī)前壓力響應(yīng)比實(shí)發(fā)功率靈敏。因此在汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開大克服燃料內(nèi)擾的同時(shí)，又產(chǎn)生對汽機(jī)的擾動(dòng)。所以這種負(fù)荷控制系統(tǒng) 消除鍋爐內(nèi)擾能力較差。當(dāng)汽機(jī)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，機(jī)前壓力與實(shí)發(fā)功率變化方向相反，控制回路能較快地消除擾動(dòng)。 （四）按指令直接平衡的協(xié)調(diào)控制(DEB) 按指令直接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖13-10所示。這種系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是采用能量平衡信號(hào)P1PT取代功率給定信號(hào)NO，作為鍋爐控制回路的前饋信號(hào)，其中P1為汽機(jī)第一級(jí)后的汽壓，PT為機(jī)前壓力，兩者的比值P1PT與汽機(jī)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，P1PT都對調(diào)節(jié)閥開度的微小變化作出靈敏的反應(yīng)。所以，無論在動(dòng)態(tài)還是在靜態(tài)，P1PT都反映了調(diào)節(jié)閥的開度，即汽機(jī)輸入的能量。 在該系統(tǒng)中，功率偏差(N0- NE)送入汽機(jī)控制回路，機(jī)前壓力PT與給定值的偏差作為鍋爐的燃燒率指令，該系統(tǒng)屬于以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制。從圖13-10可知，汽機(jī)控制器輸入信號(hào)的平衡關(guān)系：DPP0DPIN0NE鍋爐 汽機(jī)+P1PT_B圖 13-10 直接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖IIT_+式中 P1 汽機(jī)第一級(jí)后壓力，此信號(hào)可以用P1PT 取代。 KP P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) KI 積分通道的比例系數(shù)。該機(jī)側(cè)設(shè)計(jì)兩個(gè)反饋回路，即由P1作為反饋信號(hào)的內(nèi)回路和以NE作為反饋信號(hào)的外回路。由于P1（P1PT )信號(hào)對汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度的響應(yīng)比實(shí)發(fā)功率靈敏得多即響應(yīng)快，故汽機(jī)調(diào)節(jié)閥能迅速而平穩(wěn)地響應(yīng)負(fù)荷指令的變化。上式中負(fù)荷指令的微分項(xiàng)可使汽機(jī)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生動(dòng)態(tài)過開，能提高汽機(jī)的負(fù)荷適應(yīng)性。而(N0-NE)的積分則用來校正功率偏差，使穩(wěn)態(tài)時(shí)功率偏差為零。鍋爐燃燒率指令的形成如下式： 可見，鍋爐燃燒率指令的前饋信號(hào)不是式(13-7)那樣的負(fù)荷指令N0，而是P1PT 的能量平衡信號(hào)。式中的微分項(xiàng)作用在動(dòng)態(tài)過程中加強(qiáng)燃燒率指令，以補(bǔ)償機(jī)爐間對負(fù)荷要求的響應(yīng)速度的差異。由于要求動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪芰坎粌H與負(fù)荷變化量成正比，而且還與負(fù)荷大小成正比，所以微分項(xiàng)要乘以P1/PT 值。差壓的積分項(xiàng)保證穩(wěn)態(tài)時(shí)，機(jī)前壓力等于給定值。 能量平衡信號(hào)與功率給定值信號(hào)性質(zhì)不同，后者僅表示電網(wǎng)對機(jī)組的負(fù)荷要求，前者反映了汽機(jī)對鍋爐的能量要求。這就為機(jī)爐之間動(dòng)態(tài)過程中協(xié)調(diào)兩個(gè)控制回路的工作提供了一個(gè)比較直接的能量平衡信號(hào)，故稱為直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制。從鍋爐內(nèi)擾來看，當(dāng)燃燒率自發(fā)增加時(shí)，機(jī)前壓力PT和汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力P1均增大，由于P1與NE相比對擾動(dòng)的響應(yīng)更快一些。因此汽機(jī)控制器由P1作為反饋的內(nèi)回路動(dòng)作，調(diào)整汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度變小，使P1復(fù)到負(fù)荷指令N0相適應(yīng)的水平。與此同時(shí)，鍋爐側(cè)因負(fù)的壓力偏差(P0PT)和由于P1恢復(fù)而使P1PT 減小的信號(hào)共同作用。減小燃燒率指令B，所以鍋爐側(cè)消除內(nèi)擾的能力較強(qiáng)。 從汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥擾動(dòng)來看，由于采用了P1作為汽機(jī)主控制器的反饋信號(hào)，則消除汽機(jī)調(diào)節(jié)閥自發(fā)擾動(dòng)的能力是較強(qiáng)的。通過以上分析可以看出，采用爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，能快速適應(yīng)負(fù)荷要求和克服內(nèi)擾，是各種負(fù)荷控制方式中較好的一種。 前面我們介紹了幾種單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，盡管形式各異，但有一些共同點(diǎn)：1 前面介紹的系統(tǒng)都為前饋反饋的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，一般還帶有非線性控制環(huán)節(jié)。前饋、反饋和非線性控制部分各自分擔(dān)著不同的任務(wù)，其作用都是為實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐的協(xié)調(diào)控制。 2前饋控制的作用是補(bǔ)償機(jī)組的動(dòng)態(tài)遲延和慣性，加快負(fù)荷響應(yīng)，以及保持負(fù)荷指令與機(jī)、爐主控制指令之間滿足一定的靜態(tài)關(guān)系，在控制過程中起“粗調(diào)”作用； 3采用非線性控制環(huán)節(jié)可使汽壓在規(guī)定的允許偏差范圍內(nèi)變化，以利用機(jī)組的蓄熱能力，提高負(fù)荷響應(yīng)速度。4協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制精度和克服內(nèi)擾的能力主要靠反饋控制保證，反饋控制是協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，在控制過程中起“細(xì)調(diào)”作用。綜上所述，組成單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案有兩個(gè)，其一是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在這類協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，往往以P1PT (P1）這樣的能量平衡信號(hào)作為鍋爐控制中的前饋信號(hào)，以便在變工況下，協(xié)調(diào)機(jī)、爐之間的能量供求關(guān)系構(gòu)成直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。其二是以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在這類系統(tǒng)中，往往負(fù)荷指令作為鍋爐的前饋信號(hào)，以負(fù)荷指令來間接協(xié)調(diào)機(jī)、爐在能量需求方面的關(guān)系構(gòu)成能量間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。第三節(jié) 600MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)例一、概述某600MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)如圖1311、圖1312所示。從結(jié)構(gòu)與工作原理上看，該系統(tǒng)是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。該協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負(fù)荷管理控制中心(Load Management Control Center簡寫LMCC)和機(jī)爐主控制器及機(jī)爐子控制系統(tǒng)組成。該機(jī)組有二種運(yùn)行方式，即定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行方式，定壓運(yùn)行時(shí)有4種控制方式即協(xié)調(diào)控制方式、鍋爐跟隨控制方式、汽輪機(jī)跟隨控制方式、基本控制方式；在滑壓運(yùn)行時(shí)有2種控制方式即鍋爐跟隨控制方式和協(xié)調(diào)控制方式。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方式選擇可由運(yùn)行人員操作按鈕進(jìn)行手動(dòng)切換，也可以由邏輯控制電路自動(dòng)進(jìn)行切換。(一)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成1.負(fù)荷管理控制中心(LMCC)負(fù)荷管理控制中心包括如下幾個(gè)部分：(1)機(jī)組負(fù)荷指令的方式及處理根據(jù)機(jī)爐運(yùn)行狀態(tài)，選擇機(jī)組可能接受的外部負(fù)荷指令(ADS及運(yùn)行人員設(shè)定負(fù)荷指令、f調(diào)頻指令等)，將機(jī)組的外部負(fù)荷指令處理成能夠接收的機(jī)組負(fù)荷指令N0。(2)機(jī)組最大負(fù)荷/最小負(fù)荷限制運(yùn)行人員可根據(jù)運(yùn)行情況設(shè)置機(jī)組最大/最小負(fù)荷限制值。(3)負(fù)荷要求指令的增/減閉鎖根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的某些故障，對實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)施增或減的方向的閉鎖，以防止故障的危害進(jìn)一步擴(kuò)大。2.機(jī)爐主控制器機(jī)爐主控制器的主要任務(wù)是產(chǎn)生各種控制策略和控制方式的切換?？刂撇呗允乔梆伩刂啤⒎答伩刂?、非線性元件以及多變量控制理論綜合的應(yīng)用。機(jī)爐主控制器主要有以下兩部分組成(1)機(jī)爐正常運(yùn)行情況下的負(fù)荷指令NB、NT的形成。(2)機(jī)爐的實(shí)際負(fù)荷指令NB、NT的形成。(二)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方式在單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)設(shè)計(jì)多種控制方式，尤其是汽機(jī)側(cè)或鍋爐側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)地?zé)o擾動(dòng)切換成其它控制方式。不同的機(jī)組，控制方式有所不同，本機(jī)組設(shè)有以下幾種運(yùn)行方式和控制方式 。1.定壓運(yùn)行方式：單元機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí)有4種機(jī)爐負(fù)荷控制方式。(1)基本控制方式當(dāng)機(jī)組由于某些故障(如主燃料跳閘MFT)不能正常運(yùn)行時(shí)，常采用此種控制方式。(2)鍋爐跟隨控制方式當(dāng)鍋爐側(cè)主機(jī)和輔機(jī)運(yùn)行正常，而汽機(jī)側(cè)主機(jī)或輔機(jī)有某些不正常情況而使機(jī)組不能達(dá)到額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，常采用此種控制方式。(3)汽機(jī)跟隨控制方式當(dāng)機(jī)組汽輪機(jī)側(cè)主機(jī)和輔機(jī)運(yùn)行正常，而鍋爐側(cè)主機(jī)或輔機(jī)有某些不正常情況而使機(jī)組不能達(dá)到額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，常采用此種控制方式。(4)協(xié)調(diào)控制方式當(dāng)單元機(jī)組鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)主機(jī)和輔機(jī)均處于正常狀態(tài)，且機(jī)、爐主控制器均投入自動(dòng)的情況下，機(jī)組可采用協(xié)調(diào)控制方式。2.滑壓運(yùn)行方式單元機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí)有2種機(jī)爐負(fù)荷控制方式。(1) 鍋爐跟隨控制方式。(2) 協(xié)調(diào)控制方式。二、負(fù)荷管理控制中心單元機(jī)組的負(fù)荷控制受到兩個(gè)方面的制約，一方面是電網(wǎng)的需求，另外一方面是機(jī)組本身的能力。反映電網(wǎng)需求的有運(yùn)行人員的手動(dòng)給定負(fù)荷信號(hào)(一般按電網(wǎng)規(guī)定的負(fù)荷曲線操作)頻差信號(hào)以及來自中調(diào)的負(fù)荷需求。反映機(jī)組本身負(fù)荷能力的有機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和輔機(jī)狀態(tài)。負(fù)荷管理控制中心用來綜合這兩方面的信息，產(chǎn)生一個(gè)機(jī)組能接受的實(shí)際負(fù)荷指令N0，完成機(jī)組與電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)。負(fù)荷管理控制中心功能框圖如圖1311所示，從圖中可以看出，主要包括負(fù)荷指令的方式及處理部分，負(fù)荷要求指令的增/減閉鎖部分，機(jī)組最大負(fù)荷/最小負(fù)荷限制部分 。頻差信號(hào)fB最小負(fù)荷限制設(shè)定器BA速率限制器C鍋爐實(shí)際負(fù)荷指令BAK + _H L1ADS運(yùn)行人員ULD設(shè)定器三態(tài)信號(hào)發(fā)生器A變化率限制設(shè)定器0%T2A最大負(fù)荷限制設(shè)定器N0AA0%100%BAAT8T9 1.機(jī)組負(fù)荷指令的方式及處理(1)電網(wǎng)調(diào)度負(fù)荷指令、機(jī)組運(yùn)行人員手動(dòng)負(fù)荷指令、負(fù)荷要求指令跟蹤鍋爐實(shí)際負(fù)荷指令的切換。切換器T1有三個(gè)狀態(tài)，即A、B、C，當(dāng)選擇T1的A端時(shí)，機(jī)組負(fù)荷將由ADS直接控制，即由ADS直接控制機(jī)組的負(fù)荷變化。當(dāng)選擇T1的B端時(shí)，由運(yùn)行人員用手動(dòng)改變負(fù)荷。負(fù)荷是由負(fù)荷設(shè)定器確定的，負(fù)荷設(shè)定器是一個(gè)三態(tài)信號(hào)發(fā)生器，它有三種狀態(tài)，當(dāng)將設(shè)定器切換在狀態(tài)1時(shí)，則輸出信號(hào)以一定的速率增加(也即要求負(fù)荷以一定的速率增加)，當(dāng)設(shè)定器切換在狀態(tài)3時(shí)，則輸出信號(hào)以一定的速率減少(也即要求負(fù)荷以一定的速率減少)，切換至狀態(tài)2時(shí)，則輸出信號(hào)大小保持不變，即固定在某一負(fù)荷。由于運(yùn)行人員對機(jī)組運(yùn)行的情況比較了解，所以采用這種設(shè)定器增、減負(fù)荷時(shí)的速率能較好地確定。當(dāng)切換器T1切到C時(shí)，這時(shí)負(fù)荷要求指令跟蹤鍋爐實(shí)際負(fù)荷指令，此時(shí)不管運(yùn)行人員還是電網(wǎng)調(diào)度負(fù)荷指令A(yù)DS都無法改變機(jī)組負(fù)荷。選擇切換器T1為A的條件是滿足下述所有條件時(shí)運(yùn)行人員按下“ADS負(fù)荷設(shè)定”方式按鈕。a. 汽機(jī)不在“保持”狀態(tài)；b. 沒出現(xiàn)迫升、迫降、快速返回、快速切回指令；c. 當(dāng)機(jī)組以鍋爐跟隨或汽機(jī)跟隨或協(xié)調(diào)方式運(yùn)行；d.有“允許ADS”信號(hào)，則切換器T1選通A，機(jī)組負(fù)荷可由ADS遙控改變。選擇切換器T1為B的條件是滿足下述所有條件：a. 汽機(jī)不在“保持”狀態(tài)；b. 沒出現(xiàn)迫升、迫降、快速返回、快速切回指令；c.以下任一條件滿足；（a）ADS故障或出現(xiàn)“ADS關(guān)閉”；（b）機(jī)組以基本方式運(yùn)行；（c）汽輪機(jī)或燃料主控非自動(dòng)控制時(shí)；（d）出現(xiàn)快速返回或快速切回；（e）運(yùn)行人員按下“運(yùn)行人員手動(dòng)指令”按鈕；（f）非鍋爐跟隨、汽機(jī)跟隨、協(xié)調(diào)控制方式；（g）迫升或迫降或快速切回或快速返回。選擇切換器T1為C的條件是：a. 當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)快速切回、快速返回、迫升、迫降等信號(hào)；b.汽輪機(jī)在“保持”狀態(tài)。以上任一條件滿足切換器下將自動(dòng)切換到C端，使得機(jī)組負(fù)荷要求指令跟蹤鍋爐實(shí)際負(fù)荷指令。綜上所述，在機(jī)組運(yùn)行過程中若出現(xiàn)快速返回，快速切回或迫升、迫降等信號(hào)，或汽輪機(jī)處于“保持”狀態(tài)，則機(jī)組負(fù)荷要求指令被保持(即T1置C)。此時(shí)，運(yùn)行人員和ADS指令都無法改變機(jī)組負(fù)荷。如果上述信號(hào)不出現(xiàn)，則按下“運(yùn)行人員手動(dòng)指令”按鈕，運(yùn)行人員即可改變機(jī)組負(fù)荷(T1置B)。在這種情況下，同時(shí)滿足“允許ADS”和“機(jī)組在鍋爐跟隨、汽機(jī)跟隨或協(xié)調(diào)方式”的條件，則當(dāng)運(yùn)行人員按下“ADS負(fù)荷設(shè)定”按鈕時(shí)，T1置A即ADS遙控改變負(fù)荷。(2)變負(fù)荷速率的限制及調(diào)頻機(jī)組的最大變負(fù)荷速率是要受到機(jī)組運(yùn)行狀況的限制，即不允許變負(fù)荷的速率過大。這里采用速率限制器來實(shí)現(xiàn)速率限制，速率限制器的最大速率限值是由運(yùn)行人員根據(jù)機(jī)組狀況手動(dòng)設(shè)定的，當(dāng)切換器T1送出的變負(fù)荷信號(hào)的變化速率小于允許的最大變化速率時(shí)，速率限制器的輸出信號(hào)變化速率與輸入信號(hào)的變化速率相同，當(dāng)輸入信號(hào)變化速率大于允許的最大變化速率時(shí)，輸出信號(hào)將以允許的最大變化速率變化。機(jī)組是否參與電網(wǎng)調(diào)頻是由切換器T2實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)機(jī)組滿足條件a.機(jī)組在協(xié)調(diào)方式運(yùn)行；b.汽輪機(jī)及燃料控制均為自動(dòng)；c.沒有發(fā)生快速返回、快速切斷；d.功率信號(hào)可靠。這時(shí)運(yùn)行人員按下“能夠頻率校正”按鈕，切換器T2自動(dòng)切換到A端，使機(jī)組可以參與電網(wǎng)調(diào)頻，當(dāng)機(jī)組滿足下列條件之一a.機(jī)組在非鍋爐跟隨、汽輪機(jī)跟隨、協(xié)調(diào)方式；b.機(jī)組在基本方式；c.汽輪機(jī)不在自動(dòng)；d.燃料控制非自動(dòng)；e.功率測量信號(hào)不可靠；f.運(yùn)行人員按下“不能頻率校正”。這時(shí)切換器T2自動(dòng)切換到B端，使機(jī)組不能參與電網(wǎng)調(diào)頻。2.機(jī)組最大負(fù)荷/最小負(fù)荷限制運(yùn)行人員可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況，由最大/最小負(fù)荷設(shè)定器設(shè)置機(jī)組最大/最小的負(fù)荷值。最大/最小負(fù)荷限制值將分別通過小值選擇器和大值選擇器，起到限制機(jī)組最大負(fù)荷及最小負(fù)荷的作用。3.負(fù)荷要求指令的增/減閉鎖在機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生某種故障時(shí)，使機(jī)組實(shí)際負(fù)荷的增減受到限制。例如輸煤管道或噴燃器堵塞，風(fēng)機(jī)擋板卡住、執(zhí)行機(jī)構(gòu)