協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)講述

1、 第三講第三講 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)3.1 單元機組協(xié)調(diào)控制基本概念單元機組協(xié)調(diào)控制基本概念一、單元機組負荷控制的特點一、單元機組負荷控制的特點 對負荷控制而言，鍋爐和汽輪機是不可分割的整體。 鍋爐和汽輪機在響應外界負荷時的動態(tài)特性存在很大差異。主蒸汽壓力反映機爐內(nèi)部的能量是否平衡，實發(fā)功率表征發(fā)電機組與外部電網(wǎng)是否平衡。二、單元機組負荷控制方式二、單元機組負荷控制方式 1、爐跟機（BF）爐跟機的特點：2、機跟爐（TF）機跟爐的特點：3、以爐跟機為基礎的協(xié)調(diào)控制方式CBF特點：4、以機跟爐為基礎的協(xié)調(diào)控制方式CTF特點：5、綜合協(xié)調(diào)控制方式三、前饋控制在機爐協(xié)調(diào)控制中的應用三、前饋控制在機

2、爐協(xié)調(diào)控制中的應用1、按負荷指令進行的前饋控制、按負荷指令進行的前饋控制 如上圖（a）所示，在協(xié)調(diào)控制方式下，切換器T選擇實際負荷指令P0作為前饋信號，f(t)采用PD比例微分作用，當P0改變時，能使燃燒控制器超前動作，加速鍋爐的負荷響應。2、按蒸汽流量需求進行的前饋控制、按蒸汽流量需求進行的前饋控制 若系統(tǒng)在鍋爐跟隨方式下，負荷指令由汽輪機手動控制或由DEH就地控制，P0跟蹤機組實際功率，P0=PE，而PE是被調(diào)量，不能主動反映負荷需求的變化，這時再用P0作前饋就失去了“前饋”的意義。 這時，通常采用蒸汽流量需求信號作為鍋爐的前饋信號。蒸汽流量需求是汽輪機希望消耗的能量，用此信號可保持汽輪機

3、耗能與鍋爐產(chǎn)能隨時平衡，從而改善機組的負荷響應。汽輪機對鍋爐的能量需求信號也稱能量平衡信號。p1大體上代表汽輪機的進汽量，可以作為對鍋爐的能量需求信號。缺點：缺點：僅采用p1作為前饋信號，當鍋爐側內(nèi)擾時，將對汽壓pT造成動態(tài)正反饋。如：如：燃燒率擾動使主汽壓增加時，即使調(diào)門開度不變，調(diào)節(jié)級壓力p1也增加，如果直接把p1作為前饋信號直接作用于鍋爐，就會使燃燒率進一步增加。 因此，若采用p1作為前饋信號，就必須對其進行修正。 （1）具有壓力比修正的能量平衡信號（圖）具有壓力比修正的能量平衡信號（圖4-23（a）T01p/pp當鍋爐內(nèi)擾引起進入汽輪機的蒸汽量變化時，p1/pT可保持不變。這樣就消除了

4、內(nèi)擾影響?；瑝哼\行時由于p0的變化，該信號同樣有效。（2）具有壓力差修正的能量平衡信號（圖）具有壓力差修正的能量平衡信號（圖4-23（b ）)pp(K1 pT01穩(wěn)態(tài)時：主汽壓力偏差項為零，壓力修正項為零。鍋爐側內(nèi)擾：如B自發(fā)增加時，主汽壓力上升pT，調(diào)節(jié)級壓力上升p1。T1T01pK-p)p-K(pp1T1ppKp壓力修正項為：適當選擇系數(shù)K，使就能用該修正值來抵消主汽壓力上升引起的調(diào)節(jié)級壓力上升，消除鍋爐側內(nèi)擾引起的正反饋。負荷側擾動時：調(diào)節(jié)級壓力與主汽壓力變化方向相同。隨著協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展，許多系統(tǒng)已難以區(qū)分究竟屬于爐跟機還是機跟爐的形式?；谇梆伩刂频陌茨芰科胶夥椒ㄟM行分類的方式應運

5、而生。這種分類方式從一定意義上來講，揭示了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有的內(nèi)在本質(zhì)特性。 1、直接能量平衡協(xié)調(diào)控制方式DEB2、直接指令平衡控制系統(tǒng)DIB（間接能量平衡IEB）四、單元機組負荷控制方式的基本組成四、單元機組負荷控制方式的基本組成3.2 單元機組負荷管理控制中心一、負荷管理控制中心基本原理1、負荷指令運算環(huán)節(jié)2、負荷指令限制環(huán)節(jié)（1）最大/最小負荷限制環(huán)節(jié)機組最大可能出力與主要輔機的投切狀況有關。主要輔機故障切除時，機組最大可能出力值減小，為了保證機組能量力而行，應根據(jù)輔機運行情況，計算最大可能出力值，作為機組負荷上限。如有的機組以運行中的磨煤機臺數(shù)來計算機組最大可能出力。（2）負荷快速返回R

6、B 機組運行過程中，當機組的主要輔助設備突然發(fā)生故障，造成機組承擔負荷能力下降時，就要求機組的負荷指令處理裝置將機組的實際負荷指令下降到機組所能承擔的水平，這種輔機故障引起的機組實際負荷指令的快速下降，稱為快速返回，簡稱RB（RUN BACK）引起RB的輔機有：送風機、引風機、給水泵、一次風機、空氣預熱器等根據(jù)三臺泵的運行狀況，計算出總的給水能力如果只有一臺汽泵運行發(fā)出55%RB如發(fā)生給水泵跳閘如果只有一臺電泵運行發(fā)出40%RB如果兩臺給水泵運行無RB信號發(fā)出如果機組五臺磨運行，立即跳去一臺磨如果機組小于等于四臺磨運行，不跳磨機組閉環(huán)控制系統(tǒng)控制燃料量、給水量、風量的值至RB目標值（3）負荷增

7、/減閉鎖（BLOCK I/D）引起機組閉鎖的原因：1）第二類故障：指運行中存在的可能導致機組實際負荷的增減受到限制，但又不能立即加以識別的故障因素。例如：燃燒器噴嘴堵塞、風機擋板卡澀、執(zhí)行器連桿折斷、給水調(diào)節(jié)機構故障等。2）各輔機的動作速率不一致或負荷指令變化過快。負荷指令增/減閉鎖實現(xiàn)方案（4）負荷迫升/迫降 （RUN UP/RUN DOWN）對于第二類故障，除采取負荷增/減閉鎖措施外，通常還可能進一步采取迫升/迫降措施。負荷增/減閉鎖是“消極防守”性措施，負荷迫升/迫降則是“積極進攻”性措施。從偏差允許限值范圍看，前者為第一道防線，后者為第二道防線。如：送風量指令達高限，或者送風量小于定值

8、超過允許偏差，都產(chǎn)生負荷增閉鎖信號，如果上述兩種情況同時出現(xiàn)，就說明在送風機的最大出力情況下，送風量還不能滿足正常燃燒的需要，因此必須迫降機組負荷。3.3 實例之一 一、一、負負荷荷管管理理控控制制中中心心原原理理圖圖1、目標負荷指令的生成、目標負荷指令的生成2、實際負荷指令形成、實際負荷指令形成3、輔機故障甩負荷邏輯、輔機故障甩負荷邏輯二、鍋爐主控二、鍋爐主控1、鍋爐跟隨BF方式2、協(xié)調(diào)控制方式3、RB與手/自動切換三、汽機主控三、汽機主控1、汽輪機主控跟蹤、汽輪機主控跟蹤與手與手/自動切換自動切換2、汽輪機跟隨方式、汽輪機跟隨方式3、汽機主控協(xié)調(diào)控制方式、汽機主控協(xié)調(diào)控制方式（1）機組實際

9、負荷指令）機組實際負荷指令P0的前饋調(diào)節(jié)。的前饋調(diào)節(jié)。（2）負荷偏差）負荷偏差eN的限幅的限幅（3）壓力偏差）壓力偏差ep四、主汽壓力給定值的形成與運行方式選擇四、主汽壓力給定值的形成與運行方式選擇1、主汽壓力定值的形成、主汽壓力定值的形成2、控制系統(tǒng)運行方式選擇、控制系統(tǒng)運行方式選擇Base ModeBypasson Not Base ModeBypasson NotSelMWMR Not TF ModeBF Mode3.4 實例之二 1STPPPSLDCOUTP工作模式鍋爐主控汽機主控調(diào)頻手 動手 動手 動無鍋爐跟隨(BF)調(diào)壓，負荷指令修正，能量信號前饋手 動無汽機跟隨(TF)手 動自動

10、調(diào)節(jié)汽壓無協(xié)調(diào)(CC)調(diào)壓，調(diào)功，負荷指令前饋調(diào)功，調(diào)壓，主汽壓力設定值校正的負荷指令前饋有 3.5 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)小結協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)小結一、超臨界機組控制特點一、超臨界機組控制特點1、被調(diào)量之間的相互影響更大，控制更復雜、被調(diào)量之間的相互影響更大，控制更復雜 超臨界鍋爐沒有汽包，給水一次性流過加熱段、蒸發(fā)段超臨界鍋爐沒有汽包，給水一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面沒有固定分界線，當給水流量或燃料和過熱段，三段受熱面沒有固定分界線，當給水流量或燃料量發(fā)生變化時，三段吸熱面比例發(fā)生變化，鍋爐過熱器出口量發(fā)生變化時，三段吸熱面比例發(fā)生變化，鍋爐過熱器出口汽溫、主蒸汽流量和汽壓都將發(fā)生變化。因

11、此給水、汽溫、汽溫、主蒸汽流量和汽壓都將發(fā)生變化。因此給水、汽溫、燃燒控制密切相關。燃燒控制密切相關。 超臨界鍋爐基本控制指標：風煤比、燃水比。超臨界鍋爐基本控制指標：風煤比、燃水比。 其中風煤比的控制類似于汽包爐，只要燃料和風量測量可其中風煤比的控制類似于汽包爐，只要燃料和風量測量可靠，按靜態(tài)平衡控制風煤比就能保證一定的過?？諝??？?，按靜態(tài)平衡控制風煤比就能保證一定的過?？諝狻?但是燃水比的控制要復雜得多，直流爐燃水比的變化要引但是燃水比的控制要復雜得多，直流爐燃水比的變化要引起受熱面分界的變化。燃料指令的變化到進入爐膛燃料量的起受熱面分界的變化。燃料指令的變化到進入爐膛燃料量的變化要比給水

12、變化慢得多，因此要考慮燃水比的動態(tài)修正，變化要比給水變化慢得多，因此要考慮燃水比的動態(tài)修正，而此動態(tài)修正又可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。如而此動態(tài)修正又可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。如BTU中的蒸汽流中的蒸汽流量或給水流量修正。量或給水流量修正。2、過熱汽溫控制必須以保持適當?shù)娜妓葹榍疤?、過熱汽溫控制必須以保持適當?shù)娜妓葹榍疤?燃水比升高時，加熱（蒸發(fā)）段縮短，過熱段增長，過燃水比升高時，加熱（蒸發(fā)）段縮短，過熱段增長，過熱汽溫上升；反之亦然。燃水比失配可引起過熱汽溫大范圍熱汽溫上升；反之亦然。燃水比失配可引起過熱汽溫大范圍內(nèi)波動。因此要把鍋爐出口過熱蒸汽溫度限制在一定范圍內(nèi)波動。因此要把鍋爐出口過熱蒸汽

13、溫度限制在一定范圍內(nèi)，必須保持適當?shù)娜妓?。?nèi)，必須保持適當?shù)娜妓取?以中間點溫度（一般采用汽水分離器出口蒸汽溫度）作以中間點溫度（一般采用汽水分離器出口蒸汽溫度）作為燃水比的校正信號，相當于人為制造了直流爐的為燃水比的校正信號，相當于人為制造了直流爐的“分界分界”。這種分界是給水控制的結果，是認為強制的結果。沒有中間這種分界是給水控制的結果，是認為強制的結果。沒有中間點溫度穩(wěn)定這個前提，過熱汽溫是無法用噴水減溫來控制的。點溫度穩(wěn)定這個前提，過熱汽溫是無法用噴水減溫來控制的。 有的系統(tǒng)不采用前面介紹的改變給水流量來調(diào)節(jié)燃水有的系統(tǒng)不采用前面介紹的改變給水流量來調(diào)節(jié)燃水比，而是用過熱蒸汽溫度來

14、校正燃燒率指令。如下圖所示。比，而是用過熱蒸汽溫度來校正燃燒率指令。如下圖所示。該系統(tǒng)特點：該系統(tǒng)特點：優(yōu)點：燃燒率內(nèi)擾對負荷影響較小、負荷響應較快。優(yōu)點：燃燒率內(nèi)擾對負荷影響較小、負荷響應較快。缺點：若機組負荷擾動過大過快，有可能引起汽溫較大缺點：若機組負荷擾動過大過快，有可能引起汽溫較大波動。波動。3、旁路控制系統(tǒng)在機組啟動過程中的地位更加重要、旁路控制系統(tǒng)在機組啟動過程中的地位更加重要 直流鍋爐啟動的特點是在鍋爐點火前就必須不間斷地向直流鍋爐啟動的特點是在鍋爐點火前就必須不間斷地向鍋爐進水，建立起足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷地鍋爐進水，建立起足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷地強制

15、流經(jīng)水冷壁受熱面，使其得到冷卻。而對于單元機組，強制流經(jīng)水冷壁受熱面，使其得到冷卻。而對于單元機組，進入汽輪機的蒸汽都要有進入汽輪機的蒸汽都要有50以上的過熱度。啟動初期排出以上的過熱度。啟動初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽和過熱度較低的蒸汽，都不的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽和過熱度較低的蒸汽，都不能進入汽輪機。所以需要設置專門的啟動旁路系統(tǒng)來排除這能進入汽輪機。所以需要設置專門的啟動旁路系統(tǒng)來排除這些不合格的工質(zhì)。些不合格的工質(zhì)。4、直流爐比汽包爐更宜于采用滑壓運行、直流爐比汽包爐更宜于采用滑壓運行 直流鍋爐中，工質(zhì)流動靠給水泵壓力推動，當壓力大直流鍋爐中，工質(zhì)流動靠給水泵壓力推動，當壓

16、力大于一定數(shù)值之后，壓力下降而引起的水的蒸發(fā)不會阻礙工于一定數(shù)值之后，壓力下降而引起的水的蒸發(fā)不會阻礙工質(zhì)的正常流動。因此直流鍋爐運行汽壓有較大的下降速度，質(zhì)的正常流動。因此直流鍋爐運行汽壓有較大的下降速度，這有利于有效地利用鍋爐蓄熱能力。雖然直流爐的蓄熱能這有利于有效地利用鍋爐蓄熱能力。雖然直流爐的蓄熱能力比汽包爐小得多，后者是前者的力比汽包爐小得多，后者是前者的2-3倍。倍。 蓄熱能力小，遲延和慣性小有利于主動快速改變鍋蓄熱能力小，遲延和慣性小有利于主動快速改變鍋爐負荷，比汽包爐更適宜采用滑壓運行。爐負荷，比汽包爐更適宜采用滑壓運行。二、控制系統(tǒng)使用過程中應注意的問題二、控制系統(tǒng)使用過程中

17、應注意的問題1、一般問題、一般問題（1）熟悉對象動態(tài)特性）熟悉對象動態(tài)特性 熟悉對象動態(tài)特性，就是要熟悉對象在各種擾動下的熟悉對象動態(tài)特性，就是要熟悉對象在各種擾動下的變化過程。如主蒸汽壓力對象在燃燒率、負荷等各種擾動變化過程。如主蒸汽壓力對象在燃燒率、負荷等各種擾動下的變化過程；主汽溫在蒸汽側和煙氣側擾動下的變化過下的變化過程；主汽溫在蒸汽側和煙氣側擾動下的變化過程等。程等。 熟悉對象動態(tài)特性，不僅要熟悉對象的主要擾動對被熟悉對象動態(tài)特性，不僅要熟悉對象的主要擾動對被調(diào)量變化的影響，還要了解這些擾動對其他相關對象以及調(diào)量變化的影響，還要了解這些擾動對其他相關對象以及整個機組安全、經(jīng)濟運行的影

18、響。整個機組安全、經(jīng)濟運行的影響。（2）熟悉控制系統(tǒng)的構成原理和功能）熟悉控制系統(tǒng)的構成原理和功能（3）要用全局的觀點看待每個系統(tǒng)的投運）要用全局的觀點看待每個系統(tǒng)的投運（4）要合理使用調(diào)節(jié)系統(tǒng)被調(diào)量的給定值）要合理使用調(diào)節(jié)系統(tǒng)被調(diào)量的給定值 一般來說，只有當被調(diào)量等于給定值，而且被調(diào)量穩(wěn)一般來說，只有當被調(diào)量等于給定值，而且被調(diào)量穩(wěn)定的情況下，才能將系統(tǒng)投入自動。被調(diào)量等于給定值是定的情況下，才能將系統(tǒng)投入自動。被調(diào)量等于給定值是基本要求，被調(diào)量穩(wěn)定也很重要。有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在手動狀基本要求，被調(diào)量穩(wěn)定也很重要。有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在手動狀態(tài)時，給定值是跟蹤被調(diào)量的，故第一個條件容易滿足，態(tài)時，給定值是跟蹤被調(diào)量的，故第一個條件容易滿足，第二個條件卻容易受到忽視。第二個條件卻容易受到忽視。 如鍋爐跟隨方式時，由鍋爐維持主蒸汽壓力，如果如鍋爐跟隨方式時，由鍋爐維持主蒸汽壓力，如果投自動前手動升負荷過快，主汽壓力變化率較大，雖然投投自動前手動升負荷過快，主汽壓力變化率較大，雖然投自動時主汽壓與其定值相等，投自動后由于主汽壓的慣性自動