單元機(jī)組主控制系統(tǒng)

1、南京工超嗲淀備課川紙第十章單元機(jī)組主控制系統(tǒng)The Unit Master Control System 通過本章的學(xué)習(xí)要求理解主控制系統(tǒng)、機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概念及相互關(guān)系； 掌握主控系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；掌握單元制機(jī)組負(fù)荷控制的幾種基本方式；掌握前饋控 制的多種應(yīng)用方案及工作原理；理解滑壓運(yùn)行機(jī)組的協(xié)調(diào)控制方案；能分析常見的協(xié)調(diào)控制 方案；掌握負(fù)荷指令處理部分的作用；掌握正常工況或異常工況下對(duì)負(fù)荷指令采取的處理措 施：掌握幾個(gè)基本概念：負(fù)荷返回、負(fù)荷快速切段、負(fù)荷閉鎖增/減、負(fù)荷迫升/迫降；看懂 一個(gè)較完整的單元機(jī)組主控制系統(tǒng)的實(shí)例。本章重點(diǎn)：1、負(fù)荷控制的幾種基本方式2、前饋控制

2、的多種應(yīng)用方案及工作原理3、負(fù)荷指令處理部分的作用4、負(fù)荷返回、負(fù)荷快速切段、負(fù)荷閉鎖增/減、負(fù)荷迫升/迫降的概念本章難點(diǎn)：1、兩種非線性環(huán)節(jié)的工作原理及作用2、分析常見的協(xié)調(diào)控制方案3、負(fù)荷閉鎖增/減、負(fù)荷迫升/迫降兩種措施的區(qū)別第一節(jié)概述Overview一、單元機(jī)組主控制系統(tǒng)的概念大型機(jī)組負(fù)荷控制的首要任務(wù):保證機(jī)組出力適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷變化要求、維持機(jī)組 穩(wěn)定運(yùn)行。具體地說就是對(duì)外保證單元機(jī)組有較快的功率響應(yīng)和有一定的調(diào)頻能力，對(duì) 內(nèi)保證主蒸汽壓力偏差在允許范圍內(nèi)。主控制系統(tǒng)(The unit master control system )作用：接受外部負(fù)荷要求指令，并發(fā)出使機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)調(diào)

3、動(dòng)作的指揮信號(hào)，稱其也稱負(fù) 荷自動(dòng)控制系統(tǒng)（the unit load control system)。主控系統(tǒng)向機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出的指揮信號(hào)分別稱為汽輪機(jī)主控制指令Mt和鍋爐主 控制指令I(lǐng)機(jī)、爐主控制指令齔Mb分別代表了汽輪機(jī)調(diào)門開度（或汽輪機(jī)功率）指 令和鍋爐燃燒率（及相應(yīng)的給水流量）指令。二、主控系統(tǒng)與機(jī)、爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)系思考：主控制系 統(tǒng)、機(jī)爐調(diào)節(jié)系 統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系 統(tǒng)的相互關(guān)系主控制系統(tǒng)相省于機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指揮機(jī)構(gòu)，起上位控制作用；機(jī)爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)于 主控制系統(tǒng)相省于伺服機(jī)構(gòu)，起下位控制的作用，是主控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，兩者構(gòu)成分層 控制的結(jié)構(gòu)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng):主控制系統(tǒng)和鍋爐、汽輪機(jī)各自的調(diào)節(jié)

4、系統(tǒng)的總稱。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖10-1所示。N0實(shí)際負(fù)荷指令（即功率給定值)；Mb, Mt分別為主控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐、汽機(jī)各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主控制（負(fù)荷）指令； P。一主蒸汽壓力給定值； ne、PT分別為機(jī)組實(shí)發(fā)電功率和主蒸汽壓力 單元機(jī)組主控系統(tǒng)由兩大部分組成：(1) 負(fù)荷指令處理部分；(2) 機(jī)爐主控制器。第二節(jié)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性思考：上控系統(tǒng) 調(diào)節(jié)對(duì)象具體指 什么？The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object 主控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對(duì)象包括機(jī)、爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)和元機(jī)組，是一廣義調(diào)節(jié)對(duì)象。輸入量：鍋爐主控制指令吣和汽輪機(jī)主控制指令Mt;輸出量（被調(diào)

5、量單元機(jī)組的輸出電功率Ne和汽輪機(jī)前主蒸汽壓力PT，如圖10-2 所示。o為了便于討論問題，先分析單元機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性。一、單元機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性1. 鍋爐燃燒率（及相應(yīng)的給水流量）Mb擾動(dòng)下主蒸汽壓力Pt和輸出電功率NE的動(dòng) 態(tài)特性Mb擾動(dòng)下的NE和PT的動(dòng)態(tài)特性都可用高階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)來描述。2. 汽輪機(jī)調(diào)門開度t擾動(dòng)下主蒸汽壓力Pt和輸出電功率的動(dòng)態(tài)特性思考:、調(diào)節(jié)對(duì)象的輸入 景是仆么？輸出 量是什么?有何特點(diǎn)？擾動(dòng)下的P:動(dòng)態(tài)特性可用比例加一階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)來描述，的動(dòng)態(tài)特 性可用具有一定慣性的實(shí)際微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)來描述。根由以上分析可見，單元機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性有如下特點(diǎn)：當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門

6、動(dòng)作時(shí)，兩 個(gè)才皮控輸出量NE和PT的響應(yīng)均;；艮快；當(dāng)鍋爐燃燒率改變時(shí)，比和PT的響應(yīng)都報(bào)曼。這 就是機(jī)、爐對(duì)象動(dòng)態(tài)特性方面存在的較大差異。二、主控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性主控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)象包括機(jī)、爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)和單元機(jī)組，是一廣義調(diào)節(jié)對(duì)象，其 控制輸入量為鍋爐主控制指令吣和汽輪機(jī)主控制指令Mt。對(duì)于鍋爐側(cè)，由于各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程相對(duì)于鍋爐特性的遲延和慣性可忽略 不計(jì)，因此可假設(shè)它們配合協(xié)調(diào)，能及時(shí)跟隨主控制指令接近理想隨動(dòng)系統(tǒng)特性， 故有汽輪機(jī)側(cè)，如果汽輪機(jī)采用純液壓調(diào)速系統(tǒng),則主控制指令Mt就是調(diào)門開度指令 (Xt，即h=M7，。這樣，廣義調(diào)節(jié)對(duì)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

7、控制系統(tǒng)，則主控制指令Mt就是汽輪機(jī)功率指令。MB擾動(dòng)下，P-的動(dòng)態(tài)特性近似為具有慣性的積分環(huán)節(jié)的特性，近似不變；M-擾動(dòng) 下，Pt的動(dòng)態(tài)特性近似為比例加積分環(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。第三節(jié)負(fù)荷控制方式The Modes of Unit Load Control機(jī)爐主控制器的主要作用：根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的條件及要求，選擇合適的負(fù)荷控制方 式，接受負(fù)荷指令處理部分發(fā)出的實(shí)際負(fù)荷指令N。，以及機(jī)組的實(shí)發(fā)電功率Ne、和主蒸 汽壓力Pt及其給定值P。信號(hào)，通過一定的運(yùn)算回路，計(jì)算出鍋爐和汽機(jī)的主控制指令 以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的負(fù)荷控制方式，從而完成負(fù)荷控制任務(wù)。請(qǐng)參閱圖10-1

8、。機(jī)爐主控制器由兩部分組成(1) 鍋爐主控制器：計(jì)算鍋爐主控制指令Mb的運(yùn)算回路。(2) 汽輪機(jī)主控制器：計(jì)算汽輪機(jī)主控制指令Mt的運(yùn)算回路。一、負(fù)荷控制方式負(fù)荷控制方式可分為兩類：機(jī)爐分別控制方式和機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式。1.機(jī)爐分別控制方式(1) 鍋爐跟隨（boiler follow,簡(jiǎn)寫為BF)方式鍋爐跟隨方式的基本工作原理是：由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)組的輸出電功率、鍋爐調(diào)節(jié)汽壓。鍋爐跟隨方式的特點(diǎn)：當(dāng)N。改變時(shí)，由于利用了鍋爐的蓄熱能力，具有較好的負(fù)荷 適應(yīng)性，對(duì)機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻有利，但汽壓波動(dòng)較大；當(dāng)有內(nèi)擾（燃燒率擾動(dòng)）時(shí)，汽壓波 動(dòng)較大。對(duì)于大型單元機(jī)組，鍋爐的蓄熱能力相對(duì)減小，當(dāng)負(fù)荷要求指令N&am

9、p;變化幅度較小 時(shí)，在汽壓允許的變化范圍內(nèi)，充分利用鍋爐的蓄熱以迅速適應(yīng)負(fù)荷的變化是有可能 的，。在負(fù)荷要求指令N。變化幅度較大時(shí)，汽壓波動(dòng)就太大，會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行。當(dāng)單元機(jī)組中鍋爐設(shè)備運(yùn)行正常，機(jī)組的輸出電功率因汽輪機(jī)部分設(shè)備工作異常而 受到限制時(shí)，可采用鍋爐跟隨方式。(2 )汽輪機(jī)跟隨（turbine fol low,簡(jiǎn)寫為TF )方式 汽輪機(jī)跟隨方式的基本工作原理是：由鍋爐調(diào)節(jié)機(jī)組的輸出電功率、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽壓。當(dāng)負(fù)荷指令N。改變時(shí)，鍋爐主控制器先發(fā)出改變鍋爐的燃燒率（及相應(yīng)的給水 流量）的指令Mb。待機(jī)前壓Pt改變后，汽輪機(jī)主控制器發(fā)出改變調(diào)門開度的指令Mt，從而改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸

10、汽流入量，使機(jī)組輸出電功率NE改變，并與負(fù)荷指令N。趨于一 致。最后穩(wěn)態(tài)時(shí)，Ne=No, Pt=Poo當(dāng)燃燒率擾動(dòng)時(shí)，汽壓變化而產(chǎn)生偏差，蒸汽流量也變化，機(jī)組輸出電功率隨之 變化。汽輪機(jī)主控制器為了保持汽壓而要?jiǎng)幼髡{(diào)門，其結(jié)果將進(jìn)一步加劇蒸汽流量的變 化，使機(jī)組輸出電功率的變化加劇，偏差增大。造成較大的輸出電功率波動(dòng)。汽機(jī)跟隨方式的特點(diǎn)：汽壓波動(dòng)小。但由于沒有利用鍋爐的蓄熱能力，有較大的 遲延，因此適應(yīng)負(fù)荷變化能力差，不利于帶變動(dòng)負(fù)荷和參力口電網(wǎng)調(diào)頻。適用于：帶基本負(fù)荷的單元機(jī)組或當(dāng)機(jī)組剛投入運(yùn)行時(shí)，采用這種控制方式保持機(jī) 組有較穩(wěn)定的汽壓，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件。當(dāng)單元機(jī)組中汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行正

11、常，機(jī)組的輸出電功率因鍋爐部分設(shè)備工作異常 而受到限制時(shí)，可采用汽輪機(jī)跟隨方式。2. 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式(coordinated control mode)注意：協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)與協(xié)調(diào)控 制方式在概念 上的區(qū)別?協(xié)調(diào)控制方式的控制策略是：允許汽壓有一定波動(dòng)，以便能充分利用鍋爐的蓄熱量，使機(jī)組能較快地適應(yīng)電網(wǎng)的 負(fù)荷要求.但是，這里利用鍋爐蓄熱量是有限度的，必須保證機(jī)前壓力與給定值的偏差 不超過允許值。所以協(xié)調(diào)控制方式既能使機(jī)組較快適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求，又能確保汽壓 的波動(dòng)在允許的范圍之內(nèi)。常見的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式有三種方案：(1)以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(BFCC)在動(dòng)態(tài)過程中，當(dāng)汽壓偏差A(yù)/Y

12、AP = /-矜；在死區(qū)非線性環(huán)節(jié)的不靈敏區(qū)范圍 內(nèi)時(shí)，即|AP|<|/4|時(shí)，對(duì)M，無影響，當(dāng)|AP|>|/4|時(shí)，AP將經(jīng)非線性環(huán)節(jié)限制Mt,從 而限制汽輪機(jī)調(diào)門開度進(jìn)一步變化，達(dá)到限制汽壓偏差的目的。不靈敏區(qū)的大小值|>4|粗略反映了機(jī)組運(yùn)行時(shí)主汽壓力偏差的允許變化范圍。實(shí)質(zhì)上是以降低輸出電功率響應(yīng)性能作為代價(jià)來?yè)Q取汽壓控制質(zhì)量的提高(2 )以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(TFCC)當(dāng)功率偏差信號(hào)- iV£)送入鍋爐調(diào)節(jié)器Ph的同時(shí)，也通過非線 性環(huán)節(jié)送入汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器PU在動(dòng)態(tài)過程中，信號(hào)M可看作是主汽壓力給定值的一部 分。當(dāng)AAO0 (要求增加機(jī)組輸出功率

13、）時(shí)，主汽壓力給定值降低汽機(jī)主調(diào)節(jié)器 PI發(fā)出開大調(diào)節(jié)汽門的指令，增加機(jī)組輸出功率；當(dāng)AiV<0 (要求減少機(jī)組輸出功率） 時(shí)，主汽壓力給定值暫時(shí)升高|M'|。汽機(jī)主調(diào)節(jié)器PI,則發(fā)出關(guān)小調(diào)節(jié)汽門的指令，減少機(jī)組輸出功率。當(dāng)動(dòng)態(tài)過程結(jié)束時(shí)，機(jī)組的實(shí)發(fā)功率與功率給定值相等，即AV為零， 這時(shí)，機(jī)前壓力仍恢復(fù)到給定值。限幅非線性環(huán)節(jié)的限幅值士即為主汽壓力八允許變化的范圍，這是因?yàn)椋涸谪?fù)荷指令改變時(shí)，暫時(shí)利用了蓄熱能力，所以功率響應(yīng)加快；但是汽壓 偏差也因此加大，實(shí)質(zhì)上是以加大汽壓動(dòng)態(tài)偏差作為代價(jià)來?yè)Q取功率響應(yīng)速度的提高。(3)綜合型協(xié)調(diào)控制方式綜合協(xié)調(diào)控制方式實(shí)現(xiàn)“雙向”協(xié)調(diào)，即機(jī)、

14、爐主控制指令信號(hào)M& 都是同時(shí) 受AN和AP信號(hào)的協(xié)調(diào)控制。當(dāng)負(fù)荷指令N。改變時(shí)，機(jī)、爐調(diào)節(jié)器PI和PI,同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)側(cè)和鍋爐側(cè)發(fā)出負(fù) 荷控制指令，并行地改變鍋爐的燃燒率（及相應(yīng)的給水流量）和汽輪機(jī)調(diào)門開度。同時(shí) 為了使主汽壓的變化幅度不致太大，還根據(jù)汽壓八偏離給定值乃的情況適當(dāng)?shù)叵拗破?輪機(jī)調(diào)門開度的變化，并適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)鍋爐燃燒率的控制作用。當(dāng)調(diào)節(jié)結(jié)束后，機(jī)爐主控 制器共同保證輸出電功率瓜與負(fù)荷指令爪一致，汽壓巧恢復(fù)為給定值A(chǔ)綜合型協(xié)調(diào)控制方式通過“雙向”的機(jī)爐協(xié)調(diào)操作，具有較好的負(fù)荷適應(yīng)性能和 汽壓控制性能，是一種較為合理和完善的協(xié)調(diào)控制方式。第四節(jié)前饋控制的應(yīng)用The Applic

15、ation of Feedforward Control采用前饋控制的目的：1. 補(bǔ)償被控對(duì)象（主要是鍋爐側(cè)）動(dòng)態(tài)特性的遲延和慣性，加快負(fù)荷響應(yīng)。2. 將前饋信號(hào)作為機(jī)、爐主控制指令的基本組成部分，以保證機(jī)組的輸入能量與 能量需求基本一致，在變負(fù)荷控制過程中起“粗調(diào)”作用。鍋爐側(cè)的前饋控制信號(hào)來源有兩種：1. 負(fù)荷指令隊(duì)信號(hào)。2. 蒸汽流量信號(hào)。一、前饋控制信號(hào)為負(fù)荷指令N0例某350MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制方案如圖10-17 (a)所示。此方案可用方框圖 10-17 (b)來表示。分析：1. 由圖（b)可見，該方案是在以鍋爐跟隨為基站的協(xié)調(diào)控制方案上，加以前饋控制 回路而成圖10-17某350M

16、W單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制方案 (a)協(xié)調(diào)控制方案；（b)方框圖2. 鍋爐側(cè)，對(duì)鍋爐主控制指令加入了機(jī)組負(fù)荷指令爪的比例微分（PD)前饋信 號(hào)，其中，比例（P)作用保證燃燒率（及相應(yīng)的給水流量）與負(fù)荷要求始終一致；微 分作用（D)補(bǔ)償鍋爐的動(dòng)態(tài)遲延和慣性。3. 汽輪機(jī)側(cè)，對(duì)汽輪機(jī)主控制指令Mr加入了機(jī)組負(fù)荷指令瓜的比例（P)前饋信號(hào)，瓜經(jīng)比例（P)環(huán)節(jié)直接作為汽輪機(jī)主控制指令的組成部分，以保證吣的基本部分與 爪始終一致例某320MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制方案如圖10-18 (a)所示6經(jīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化，此方案可 用圖10-18 (b)傳遞方框圖來表示。圖10-18某320MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制方案（已畫）思考：機(jī)爐

17、上控器 屮，可采用哪些信 號(hào)作為實(shí)際輸出 功率的測(cè)景信 心？這樣做對(duì)調(diào) 節(jié)系統(tǒng)性能有何 影響？(a)協(xié)調(diào)控制方案 （b)方框圖 （c)功率定值信號(hào)的形成分析：1.鍋爐主控制指令吣的形成鍋爐側(cè)，負(fù)荷指令N。經(jīng)比例微分（PD)控制器作用到鍋爐主控指令端，形成對(duì)鍋 爐側(cè)的前饋控制作用。因?yàn)椋篕(N0-Ne)P0-PtO或k、n0-ne>p0-pt可見，汽壓偏差與功率偏差僅相差一個(gè)比例常數(shù)K,所以取 (Po-乓）或作為控制器輸入信號(hào)時(shí)，效果近似相同。鍋爐側(cè)對(duì)功率偏差實(shí)行 積分（I)控制；對(duì)汽壓偏差實(shí)行（P)控制，兩者合在一起，實(shí)質(zhì)上構(gòu)成了對(duì)功率偏差 的比例積分控制。分開的目的是為了縮短功率控制過

18、程的時(shí)間，因?yàn)樵诠β士刂七^程中， 汽壓的變化比功率的變化要早一些。2. 汽機(jī)主控指令Mt的形成汽輪機(jī)側(cè)PI調(diào)節(jié)器的任務(wù)是維持機(jī)前壓力Pt等于給定值Pn，但在負(fù)荷變化過程中， 要利用功率偏差信號(hào)修正汽壓給定值，以便利用鍋爐的蓄熱量。壓力給定值 的修正作用是經(jīng)由雙向限幅器送到汽機(jī)調(diào)節(jié)器入口的加法器上。3. 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)器（P)保證Pt-P。；鍋爐側(cè)調(diào)節(jié)器（I)保證Ne=N。，這 正是汽輪機(jī)跟隨方式的特點(diǎn)。二、前饋控制信號(hào)為蒸汽流量信號(hào)思考：正反 饋?zhàn)饔檬侨?何形成的？ 應(yīng)如何克 服？.能量平衡信號(hào)：汽輪4兒對(duì)鍋爐的能量要求信號(hào)。直接能量平衡(Direct Energy Balance簡(jiǎn)稱

19、DEB)協(xié)調(diào)控制方式:用能量平衡信 號(hào)作為鍋爐主控制器前饋信號(hào)的控制方式。為了克正反饋?zhàn)饔?，即?yīng)以蒸汽流量的需求（稱為目標(biāo)蒸汽流量）而不是實(shí)際 蒸汽流量作為對(duì)鍋爐的前饋控制信號(hào)。為此，必須進(jìn)行以形成目標(biāo)蒸汽流量信號(hào)。.對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)壓力P,信號(hào)修正方法：壓力比修正和壓力差修正。1.具有壓力比修正的能量平衡信號(hào)能量平衡信號(hào)：Pt能量平衡信號(hào)準(zhǔn)確地代表了汽輪機(jī)的能量要求。調(diào)節(jié)級(jí)汽壓P,與主汽壓Pt之比Pt精確地表示汽輪機(jī)調(diào)門的有效通流面積或開度，即h =如果p。不是常數(shù)（滑Pt壓運(yùn)行），采用乍為汽輪機(jī)的能量需求信號(hào)。Pt能量平衡信號(hào)也可克服動(dòng)態(tài)過程的正反饋?zhàn)饔?。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，因pT=p。，故5_/>。

20、=戶|，目標(biāo)蒸汽流量等于實(shí)際蒸汽能量。Pt例圖10-20為采用&為直接能量平衡信號(hào)的協(xié)調(diào)控制方案 Pt分析：(1 )功率偏差Nd送入汽輪機(jī)主控制器，機(jī)前壓力給定值P«送入鍋爐主控制器。屬于以鍋爐跟隨為基站的協(xié)調(diào)控制方式。(2)鍋爐側(cè)，鍋爐主控指令Md言號(hào)為式中 K-比例系數(shù)注意：圖10-20 所示系統(tǒng)中， 變參數(shù)控制的 實(shí)現(xiàn)鍋爐主控指令MB的前饋信號(hào)是能量平衡信號(hào)A，式中微分項(xiàng)在動(dòng)態(tài)過程中加強(qiáng)鍋戶r爐主控指令，以補(bǔ)償機(jī)爐之間對(duì)負(fù)荷要求響應(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)荷水平成正比，所以微分項(xiàng)要乘以A值。Pt汽壓偏差積分項(xiàng)保證了穩(wěn)態(tài)時(shí)能消除

21、壓力偏差。(3)汽機(jī)側(cè)，汽機(jī)調(diào)節(jié)器（PI)的輸入信號(hào)為dNrer=N0- KpP' + Kn(N0 - NE)dt式中，L-比例系數(shù)。汽輪機(jī)主控制器中，與負(fù)荷指令N。對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)不是實(shí)發(fā)功率，而是汽輪機(jī)第一 級(jí)后壓力Pu由于P,對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度的響應(yīng)比實(shí)發(fā)功率更靈敏，故汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門 能迅速而平穩(wěn)地響應(yīng)負(fù)荷指令隊(duì)的變化。負(fù)荷指令N。的微分項(xiàng),是為了在動(dòng)態(tài)過程中，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門產(chǎn)生過開（或過 dt關(guān)），以加速功率響應(yīng)。積分項(xiàng)-妙用于消除穩(wěn)態(tài)功率偏差。歸納：主控系統(tǒng) 屮，為了補(bǔ)償鍋 爐的人遲延、人 慣性，控制方案 主要采取的措 施3需要說明的是：能量平衡信號(hào)與負(fù)荷指令信號(hào)性質(zhì)不同，前者

22、反映了汽輪機(jī)對(duì) 鍋爐的能量要求，后者反映的是電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的負(fù)荷要求。因此采用能量平衡信號(hào)，就為 鍋爐主控制器和汽輪機(jī)主控制器在動(dòng)態(tài)過程協(xié)調(diào)工作提供了一個(gè)直接的能量平衡信號(hào)。2. 具有壓力差修正的能量平衡信號(hào) 能量平衡信號(hào)為：+P'J為壓力差修正項(xiàng)。第五節(jié)滑壓運(yùn)行機(jī)組的協(xié)調(diào)控制方案The Sliding Pressure Control of Unit Load 在主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上第一，滑壓與定壓運(yùn)行的區(qū)別僅在于汽壓的給定值不同。后者為定值，而前者為負(fù) 荷的函數(shù)。第二，滑壓運(yùn)行要求穩(wěn)態(tài)時(shí)汽輪機(jī)調(diào)門保持一定開度?；瑝哼\(yùn)行時(shí)，除了應(yīng)增設(shè)汽壓給定值形成回路和調(diào)門開度調(diào)節(jié)回路，以實(shí)現(xiàn)給定 的滑壓運(yùn)

23、行曲線以外，定壓運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方案的其余部分對(duì)滑壓運(yùn)行機(jī)組都適例圖10-24為一臺(tái)300MW單元機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方案，其滑壓曲線 與圖10-23相同。額定汽壓pn=18. 3MPa,在26%91%額定負(fù)荷范圍內(nèi)作滑壓運(yùn)行。圖10-24某300MW單元機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方案 M TO 一汽輪機(jī)調(diào)門開度M I的給定值分析：(1 )該方案為典型的以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方案。(2)首先分析主汽壓力給定值PD的形成。請(qǐng)見圖10-24虛線框中的回路，Ps由PS1 和PS2迭加而成。N。經(jīng)比例與慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)回路形成Ps:。比例系數(shù)k為滑壓階段P-N特 性曲線的斜率。(3)汽輪

24、機(jī)調(diào)門開度調(diào)節(jié)器（PI,)保證滑壓階段調(diào)門開度在穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值，即 因?yàn)镸#91%,所以在滑壓階段當(dāng)需要改變負(fù)荷時(shí)，調(diào)門在開關(guān)兩個(gè)方向都有 余地，負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)過程中，汽輪機(jī)調(diào)門開度會(huì)暫時(shí)改變，利用蓄熱能力使機(jī)組負(fù)荷 迅速響應(yīng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)門保持在91%開度，減小了蒸汽的節(jié)流損失，解決了機(jī)組效率與 負(fù)荷響應(yīng)速度之間的矛盾。(4)負(fù)荷指令N。經(jīng)PD作用，對(duì)鍋爐形成前饋控制，以使燃燒率（及相應(yīng)的給水流 量）與負(fù)荷指令一致，及補(bǔ)償鍋爐的動(dòng)態(tài)遲延和慣性。N。還直接作用到汽輪機(jī)主控指令 端，構(gòu)成比例前饋控制。第六節(jié)負(fù)荷指令處理Processing the Load Instruct ion 負(fù)荷指

25、令處理部分(或負(fù)荷指令處理裝置）的主要作用是：對(duì)外部負(fù)荷要求指令（目 標(biāo)負(fù)荷指令）進(jìn)行選擇并加以處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際負(fù)荷指令N。，作為適合于機(jī)、爐運(yùn) 行狀態(tài)的功率給定值信號(hào)。一、正常工況下的負(fù)荷指令處理在機(jī)組的設(shè)備及主參數(shù)都正常的情況下，機(jī)組的外部負(fù)荷要求指令來自三方面：(1) 電網(wǎng)中心調(diào)度遙控的負(fù)荷分配指令（ADS指令，即Automatic Dispatch System);(2 )機(jī)組就地設(shè)定的負(fù)荷指令；(3)電網(wǎng)調(diào)頻所需負(fù)荷指令。正常工況下的負(fù)荷指令一般受到以下限制：1、負(fù)荷指令變化速率限制2、運(yùn)行人員所設(shè)定的最大、最小負(fù)荷限制二、異常工況下的負(fù)荷指令處理當(dāng)機(jī)組的主機(jī)、主要輔機(jī)或設(shè)備發(fā)生

26、故障，影響機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷，或危及機(jī)組的 安全運(yùn)行時(shí)，就要對(duì)機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令進(jìn)行必要的處理，以防止局部故障擴(kuò)大到機(jī) 組其它處，甚至引起單元機(jī)組停機(jī)事故。單元機(jī)組的主機(jī)、主要輔機(jī)或設(shè)備的故障原因有兩類：第一類為跳閘或切除，如某臺(tái)風(fēng)機(jī)跳閘等，這類故障的來源是明確的，可根據(jù)切投 狀況加以確定。第二類為工作異常，其故障來源是不明確的，只能通過測(cè)量有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的偏差間 接確定。針對(duì)以上兩類故障，對(duì)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令的處理方法有四種：處理第一類故障的方法：負(fù)荷返回（RUN BACK -RB)(或稱甩負(fù)荷）；快速負(fù)荷切斷（FAST CUT BACK 一 FCB );負(fù)荷閉鎖增/減（BLOCKINCREASE/

27、DECREASE-BI/BD )和負(fù)荷迫升/迫降(RUN UP/DOWN )。處理第二類故障的負(fù)荷閉鎖增/減(BLOCK I/D)和負(fù)荷迫升/迫降(RUN UP/DOWN - RU/RD )。1、負(fù)荷返回（RUNBACK )負(fù)荷返回，也常稱為厄負(fù)荷或減負(fù)荷。它是指在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，如果某個(gè)影響機(jī)組出 力的輔機(jī)跳閘，則主控系統(tǒng)迅速減小負(fù)荷指令，使負(fù)荷指令與機(jī)組此工況下最大可能出 力相一致同理，若汽機(jī)輔機(jī)發(fā)生跳閘而產(chǎn)生負(fù)荷返回，則機(jī)組將以鍋爐跟隨方式運(yùn)行2、負(fù)荷快速切斷（FCB)負(fù)荷快速切斷是指當(dāng)主機(jī)（汽輪發(fā)電機(jī)）發(fā)生跳閘時(shí)，快速切斷負(fù)荷指令，維持機(jī) 組繼續(xù)運(yùn)行。3、負(fù)荷閉鎖增/減（BLOCKI/D)

28、注?。贺?fù)荷閉鎖增人 減、負(fù)荷迫升/迫降兩 種措施的區(qū)別負(fù)荷閉鎖增/減指的是，當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)下述任一種情況，第一， 任一主要輔機(jī)已工作在極限狀態(tài)，比如給風(fēng)機(jī)等工作在最大極限狀態(tài)。第二，燃料量、 空氣量、給水流量等任一運(yùn)行參數(shù)與其給定值的偏差已超出規(guī)定限值，就認(rèn)為設(shè)備工作 異常，出現(xiàn)故障。該回路就對(duì)實(shí)際負(fù)荷指令加以限制，即不讓機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令朝著超 越工作極限或擴(kuò)大偏差的方向進(jìn)一步變化，以防止事故的發(fā)生，直至偏差回到規(guī)定限值 內(nèi)才解除閉鎖，這就是所謂的負(fù)荷指令閉鎖或負(fù)荷閉鎖。負(fù)荷閉鎖分增閉鎖（BLOCK INCREASE,即實(shí)際負(fù)荷指令上升方向被閉鎖）和減閉鎖（BLOCK DECRE

29、ASE,即實(shí)際負(fù)荷 指令下降方向被閉鎖）。4、負(fù)荷迫升/迫降（RUNUP/DOWN)對(duì)于第二類故障，除了有負(fù)荷閉鎖增/減的處理方法，還有使負(fù)荷迫升/迫降的處理 方法。當(dāng)任一主要輔機(jī)已工作在最大/最小極限狀態(tài)，同時(shí)，燃料量、空氣量、給水流量 等任一運(yùn)行參數(shù)小于/大于其給定值，且偏差已超出規(guī)定限值，則必須迫使實(shí)際負(fù)荷指 令減小/增大，直到偏差回到允許范圍內(nèi)。這就是實(shí)際負(fù)荷指令的迫升/迫降。第七節(jié)單元機(jī)組主控系統(tǒng)實(shí)例The Examples of The Master Control System某350MW單元式機(jī)組的主控系統(tǒng)方案，經(jīng)過簡(jiǎn)化，如圖10-27所示。圖10-27 350MW單元機(jī)組的主

30、控系統(tǒng)方案（已畫）T,-T8 -切換器；f一超前環(huán)節(jié)；f(x)死區(qū)非線性環(huán)節(jié)；M/A手動(dòng)/自動(dòng)器一、負(fù)荷指令處理部分1. 正常工況下的機(jī)組負(fù)荷指令(1) 機(jī)組可能出力限制。鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常時(shí)，機(jī)組最大可能出力由投入運(yùn)行的主要輔機(jī)臺(tái)數(shù)確 定，由負(fù)荷返回（RUN BACK)回路計(jì)算。(2) 機(jī)組運(yùn)行人員設(shè)定的最大、最小負(fù)荷限制。這是運(yùn)行人員視機(jī)組運(yùn)行情況而確定的(3) 負(fù)荷指令變化速率限制。這一限制是為了避免負(fù)荷指令變化太快。在不同情況下，速率限制值不同通常， 這個(gè)限制值是取汽機(jī)應(yīng)力計(jì)算得到的限制值和人為設(shè)定的限制值中的較小者。當(dāng)出現(xiàn) RUN UP或RUN DOWN時(shí)，則分別采用不同的速

31、率限制值。2. 異常工況下的實(shí)際負(fù)荷指令當(dāng)機(jī)組發(fā)生局部故障時(shí)，應(yīng)對(duì)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令進(jìn)行必要的處理。本主控系統(tǒng)，只設(shè)計(jì)了 RUN UP/DOWN和RUN BACK兩種處理方式。當(dāng)進(jìn)入RUN DOWN/ RUN UP的條件出現(xiàn)時(shí)，相應(yīng)的邏輯控制線路控制T;、L的切換，T4的切換確定是RUN DOWN 或RUN UP; T;切換到b，機(jī)組此時(shí)的實(shí)際負(fù)荷指令由RUN DOWN/ RUN UP回路發(fā)出。而 機(jī)組運(yùn)行人員就地設(shè)定的負(fù)荷指令以及ADS指令被斷開，不能被送往下一環(huán)節(jié)。運(yùn)行人 員可利用這個(gè)機(jī)會(huì)處理有關(guān)故障，直到RUN DOWN/ RUN UP的條件消除。當(dāng)出現(xiàn)RUN BACK時(shí)，主控系統(tǒng)的控制方

32、式，若原先為協(xié)調(diào)方式，則自動(dòng)切換為汽 機(jī)跟隨方式。二、機(jī)、爐主控制器主控制系統(tǒng)有四種控制方式，即協(xié)調(diào)方式、汽機(jī)跟隨、鍋爐跟隨和手動(dòng)方式。它們 之間可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀況手動(dòng)選擇或自動(dòng)切換，在不同的控制方式下，機(jī)、爐主控制指 令的形成原理是不同的，分別說明如下：1. 協(xié)調(diào)控制方式（COORDINATION，簡(jiǎn)記COORD)。在該方式下，汽機(jī)、鍋爐主控制器都處于自動(dòng)方式。在協(xié)調(diào)方式下，機(jī)組可以進(jìn)行滑壓運(yùn)行或定壓運(yùn)行。如圖10-27所示，由切換器丁5 進(jìn)行切換。2. 鍋爐跟隨方式（BoilerFollowing,簡(jiǎn)記BF)當(dāng)汽木L部分出現(xiàn)某種異常時(shí)，就不能再以C00RD方式運(yùn)行，此時(shí)可改為BF方式（或

33、手動(dòng)）運(yùn)行。在BF方式時(shí)，汽機(jī)主控制器一定處于手動(dòng)狀態(tài)，汽機(jī)增、減負(fù)荷以及增減多少，應(yīng) 由運(yùn)行人員根據(jù)汽機(jī)的狀況決定。而鍋爐主控制器一定處于自動(dòng)方式。這種方式實(shí)際上就是不帶功率控制的鍋爐跟隨方式。與COORD方式不同的是，鍋爐主控制器的前饋信號(hào)采用了具有壓力比修正的能量平衡信號(hào)/V&。壓力偏差最后由鍋爐PI調(diào)節(jié)器消除。Pt3. 汽機(jī)跟隨方式(TurbineFollowing,簡(jiǎn)記TF)。當(dāng)有影響鍋爐出力的輔機(jī)故障時(shí)，可將系統(tǒng)切成TF方式運(yùn)行，這種切換可能是自動(dòng) 進(jìn)行的。TF方式下，汽機(jī)主控制器處于自動(dòng)方式，其PI調(diào)節(jié)器接受主汽壓差信號(hào)。TF方式下，鍋爐主控制器（M/A站）可以處于自動(dòng)方

34、式，也可以處于手動(dòng)方式。當(dāng)鍋爐主控制器處于手動(dòng)方式時(shí)，由運(yùn)行人員手動(dòng)改變鍋爐的負(fù)荷，從而改變機(jī)組 負(fù)荷。這種方式是不帶功率控制的汽輪機(jī)跟隨方式。當(dāng)鍋爐主控制器處于自動(dòng)方式時(shí)，鍋爐主控制指令信號(hào)是由負(fù)荷指令處理部分來 的N。但此時(shí)網(wǎng)調(diào)指令（ADS)及頻差信號(hào)被閉鎖，即機(jī)組負(fù)荷指令只能來自運(yùn)行人員 就地設(shè)定的負(fù)荷指令。這種方式下運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷Ne與負(fù)荷指令N?？梢圆?完全相等，因?yàn)闆]有乂與N。比較回路。這種方式是帶功率控制的汽輪機(jī)跟隨方式。4. 手動(dòng)（MANUAL)方式，也稱基礎(chǔ)（BASE)方式上述三種方式都不能使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，則主控系統(tǒng)切為手動(dòng)方式，汽機(jī)調(diào)門開度 和鍋爐燃燒率均由運(yùn)行

35、人員手動(dòng)控制。此時(shí)，負(fù)荷指令回路的指令N。將跟蹤機(jī)組實(shí)際負(fù)荷Ne，壓力定值P。將跟蹤實(shí)際壓力總結(jié)：一個(gè)主控系統(tǒng)能正常投入運(yùn)行所必須遵循的基本原則有以下幾點(diǎn)：(1 )當(dāng)外界負(fù)荷（ADS指令或運(yùn)行人員變負(fù)荷指令）改變時(shí)，鍋爐、汽輪機(jī)應(yīng)能協(xié) 調(diào)地調(diào)節(jié)有關(guān)流量，使單元機(jī)組的輸出功率NE盡快地滿足負(fù)荷要求的變化，并能維持汽 機(jī)前主汽壓力Pt在機(jī)組安全運(yùn)行所允許的范圍內(nèi)變化。(2) 當(dāng)單元機(jī)組的部分輔機(jī)發(fā)生故障或其它原因造成機(jī)組出力不足時(shí)，主控制系 統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)地以預(yù)定速率4巴機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷降低到適當(dāng)水平后繼續(xù)運(yùn)行，即具有負(fù)荷返 回功能。(3) 當(dāng)機(jī)組的主要輔機(jī)設(shè)備工作在極限狀態(tài)或機(jī)組中的主要流量（風(fēng)量，給

36、水量， 燃料量等）與其給定值之間的偏差大于允許值時(shí)，應(yīng)對(duì)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)現(xiàn)增/減閑 鎖，或迫升/迫降，以防止事故的發(fā)生。(4) 保證主控制系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定性裕量，并使各被調(diào)量不致過分超調(diào)和振蕩。此 外，主控制系統(tǒng)應(yīng)具有較好的整體性，即鍋爐或汽機(jī)有一側(cè)手動(dòng)運(yùn)行（自動(dòng)控制回路開 環(huán)），另一側(cè)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)仍能正常穩(wěn)定運(yùn)行。(5 )主控制系統(tǒng)應(yīng)具有各種控制方式（包括定壓/滑壓方式）間的無擾動(dòng)切換功能， 并能實(shí)現(xiàn)由手動(dòng)控制到自動(dòng)控制的無擾動(dòng)切換，即具有跟蹤功能。作業(yè)：10-1什么是鍋爐側(cè)擾動(dòng)？什么是汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)？10-2主控系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性的主要特點(diǎn)是什么？10-3單元機(jī)組主控系統(tǒng)由哪幾部分組

37、成，各部分作用是什么？10-4什么是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)？什么是協(xié)調(diào)控制方式？10-5分別說明汽輪機(jī)跟隨方式和以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式的原理。 10-6主控系統(tǒng)屮，作為對(duì)鍋爐的前饋控制信兮，通常不釆用蒸汽流景，而采用能 量平衡信號(hào)，為什么？10-7試分析下圖中，當(dāng)功率給定值N。階躍增加時(shí)，機(jī)爐主控器的工作過程。鍋爐燃燒率I調(diào)節(jié)閥門"技指令趣lo10-8釆用滑壓運(yùn)行的笮元機(jī)組，與定壓運(yùn)行機(jī)組比較，其主控系統(tǒng)有何不同？10-9簡(jiǎn)述實(shí)際負(fù)荷指令的形成過程。10-10羊元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)屮機(jī)爐負(fù)荷控制部分的主要作用是什么？10-11試分別用階躍響成曲線描述在汽機(jī)調(diào)門U,或主蒸汽流景D擾動(dòng)下的

38、主汽特性， 并作簡(jiǎn)要分析。732013 NO. 33科技資訊SCNCE & TECHNOLOGY INFORMATJON*淺談單元機(jī)組的負(fù)荷自動(dòng)控制王國(guó)冠劉寶華馮新江王福才 (遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限公司遼寧鐵嶺 112700)摘要：在本文中，通過對(duì)現(xiàn)代大型火力發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷控制特點(diǎn)的分析，全面介軺和分析全面的將制動(dòng)控制系統(tǒng)在單元機(jī)負(fù)荷的應(yīng)用倣 一個(gè)介炤和分析。本文在大塹羊元機(jī)鈒A荷控制方而，注重強(qiáng)調(diào)了像特點(diǎn)，任務(wù)以及對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，基本的單元機(jī)紐控制方式，組成單元 機(jī)組樁鐧控釗系統(tǒng)的方面，和它所具有的功能以及控制方案。關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧獧C(jī)組負(fù)荷自動(dòng)控制中圖分類號(hào)：TK32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編

39、號(hào)672-3791(2013)11(c)-0111-«5General Introduction to Load Autocontrol of the Unit AircrewWang Guoguan,Liu Baohua.Feng Xinjiang,Wang Fucai (Liaoning Diaobingshan Coal Gangue Power GenerationCo. Ltd. of Tieling City, Tiehing Liaoning, 112700,China)Abstract；n this paper,through ihc analysis of the

40、modern large-scale thermal power unit load control characteristics,a comprehensive introduction and analysis of automatic control system applied lo the unit load,This paper focuses on the characteristics,Urge unit load control laskand objoct dynamic characteristicstbasic mode of unit load control,co

41、mpositionTfunction and control method of unit coordinated control system.Key Words ： Unit, Load, Automatic control汽輪圖1單元機(jī)組負(fù)荷控制對(duì)象結(jié)構(gòu)示意圖Pr圖2 單元機(jī)組負(fù)荷控制對(duì)象方框圖髙參數(shù)、大容量機(jī)組所占電網(wǎng)比例和 國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)呈現(xiàn)正比例增長(zhǎng)，電 網(wǎng)日負(fù)荷曲線隨著用電結(jié)構(gòu)的改變出現(xiàn)一 些地區(qū)的髙峰和低谷的峰谷差上升至50% 甚至更多，并呈現(xiàn)繼續(xù)上升的趨勢(shì)，所以該 現(xiàn)象也對(duì)單元機(jī)組的電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頰能力 提出了更高要求p而且還繼續(xù)增加，因此，機(jī)組參與調(diào)峰 能力要求電流，頻率調(diào)制。本文重點(diǎn)妍