協(xié)調(diào)控制基本原理

1、第一節(jié)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS既述CCS是一種連續(xù)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Continuious Control System),被控 的變量是模擬量。電站的最終目標(biāo)是滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求，要靠鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)共 同配合，由于兩者特性有較大差異，所以為了既滿足電網(wǎng)需求，又能 使機(jī)組安全穩(wěn)定運行，必須協(xié)調(diào)鍋爐和汽輪機(jī)之間的運行，所以需要一種負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(Coordinated Control System)。這種系統(tǒng)往往是將被控量與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)調(diào)節(jié)器運算后輸 出控制信號，使被控量發(fā)生變化，最終使被控量等于或接近設(shè)定值， 系統(tǒng)是一一個閉合的回路。所以又稱其為閉環(huán)控制系統(tǒng)( Closed loop Contro

2、l System)。狹義上講，CCS只是指負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，廣義上講，單元機(jī)組 上所有的連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都屬于 CCS。電廠生產(chǎn)過程采用自動化技術(shù)已有較長歷史， 相對于其它工業(yè)部 門具有較高的自動化水平，而且仍以較快的速度發(fā)展。促使這種發(fā)展 的主要因素有：(1)隨著大容量、高參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組的出現(xiàn)，要求監(jiān)控的參數(shù)越來越多，因此，自動控制系統(tǒng)已成為鍋爐。汽輪發(fā)電機(jī)組不可缺少的組成部分。為了保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運行對自動化設(shè)備的 可靠性，以及對自動控制系統(tǒng)的性能都提出了更高的要求。(2)電子技術(shù)的發(fā)展也為自動化提供了越來越完備的儀表和設(shè)備特別是隨著計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)分散控制系統(tǒng) (DCS),

3、以其功能全面、組態(tài)靈活、安全可靠的優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于火 電廠的自動控制。下面先介紹一些基礎(chǔ)知識.1 .自動控制的基本概念及術(shù)語被控對象一一被控制的生產(chǎn)過程或設(shè)備， 也稱為調(diào)節(jié)對象或簡稱 對象。例如汽包水位控制系統(tǒng)中的汽包。被控量一一控制系統(tǒng)所要控制的參數(shù)，又稱為被調(diào)量，例如汽包水位。設(shè)定值一一被控量所要達(dá)到或保持的數(shù)值。例如汽包水位定值C 擾動量一一破壞被控量與設(shè)定值相一致的一切作用，例如汽包水 位控制系統(tǒng)中的蒸汽流量、給水量。調(diào)節(jié)器一一用于自動控制系統(tǒng)中的控制裝置、 或具有相似作用的 軟件.例如P、PI、PID調(diào)節(jié)器?？刂浦噶钜灰换蚍Q調(diào)節(jié)指令。一般是調(diào)節(jié)器的輸出信號，也可是運行人員手動給出

4、的控制信號，該信號被送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制指令、Xt被控對象施加作用的機(jī)構(gòu).也稱為執(zhí)行元件、執(zhí)行器。例如，機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液 壓執(zhí)行機(jī)構(gòu).控制機(jī)構(gòu)一一其動作可以改變進(jìn)入對象的質(zhì)量或能量的裝置，例如給水閥門、空氣擋板。2 .自動控制系統(tǒng)的分類實際生產(chǎn)過程中采用的自動控制系統(tǒng)的類型是多種多樣的，從不同的角度出發(fā)，可以進(jìn)行不同的分類.(1)按設(shè)定值變化的規(guī)律來分，有恒值控制系統(tǒng)、程序控制系 統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng)。恒值是指設(shè)定值不隨時間而變化。例如 電廠鍋爐水位、汽溫控制系統(tǒng)，屬于這一類型(2)按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來分，有閉環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù) 合控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)亦稱反饋控制系統(tǒng)

5、，這是一種最基本的控制系 統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中。被控量信號以反饋方式送入調(diào)節(jié)器 的輸入端，作為不斷引起控制作用的依據(jù)，而控制的目的是 盡可能地減少被控量與其設(shè)定值之間的偏差，因此，信號是 沿控制系統(tǒng)的閉合回路傳遞的。如果系統(tǒng)中不存在被被控量的反饋回路，"調(diào)節(jié)器"只是根據(jù)直接或間接反映擾動輸入的信號來控制， 例如前饋控制系 統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)被稱為開環(huán)系統(tǒng)。開關(guān)量控制，例如閥門的開、關(guān)，擋板的開、關(guān)、電機(jī)的啟、 停，一般稱為順序控制，但也有一些電廠將這類系統(tǒng)稱為開環(huán) 控制系統(tǒng).生產(chǎn)過程中，開環(huán)控制和閉環(huán)控制常常配合使用，組成復(fù)合控 制系統(tǒng)，例如前饋、反饋控制系統(tǒng)。(3)按控制系

6、統(tǒng)閉環(huán)回路的數(shù)目來分，有單回路控制系統(tǒng)和多 回路控制系統(tǒng)，例如機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是一種多回路 控制系統(tǒng).(4)按系統(tǒng)特性分，有線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng) .所有各種類型白控制系統(tǒng)中，最基本、也是目前熱工生產(chǎn)達(dá)程中 用得比較廣泛的，是線性閉環(huán)、恒值控制系統(tǒng).3.自動調(diào)節(jié)器的典型動態(tài)特性在最基本的熱工自動控制系統(tǒng)中，自動調(diào)節(jié)器和被控對象組成一 個相互作用的閉合回路。在這種系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器根據(jù)被控量Y與設(shè)定值Z的偏差信號e,而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定的規(guī)律動作，從而引起控制 機(jī)關(guān)位置m的變化。目前的調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性一般由三種典型調(diào)節(jié)作用組成，它們是比例、積分和微分作用，即P、I、D作用。即使DCS應(yīng)用于

7、電廠以后， PID（規(guī)律）仍然是主要的控制器.（1）比例作用（P作用）比例作用的動態(tài)方程為 m=ke,K稱為比例系數(shù)，- 稱為比例k帶。比例作用的規(guī)律是，偏差 e愈大，控制機(jī)關(guān)位移量 m也愈大， 偏差e的變化速度快，控制機(jī)關(guān)的移動速度也快.當(dāng)采用P作用調(diào)節(jié)器時，控制機(jī)關(guān)位置 m與被控量或相關(guān)變量 的數(shù)值之間必然存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，因此，在不同負(fù)荷時（即對應(yīng) 不同的控制機(jī)關(guān)位置），被控量與設(shè)定值之間的偏差也不同，也就是 說，調(diào)節(jié)過程結(jié)束時，被控量總是有偏差的.合適確定比例帶，一般總能使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，5 越大，對提高穩(wěn)定性愈有利，但調(diào)節(jié)過程速 度放慢，靜態(tài)時被控量與設(shè)定值偏差也增大。（2）積分作

8、用（I作用）積分作用的動態(tài)方程式為 m edt ,從該式可以看出，如果被 控量不等于給定值，即e 0 ,執(zhí)行機(jī)構(gòu)就不會停止動作，只有在 e =0,即偏差消失時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才停止動作，因此 ，調(diào)節(jié)過程結(jié)束時， 被控量必定是無差的。在調(diào)節(jié)過程中，積分作用也存在著不合理的一面，即如果參數(shù)整定不當(dāng)，會使調(diào)節(jié)過程發(fā)生振蕩.（3）微分作用（D作用）微分作用的動態(tài)方程式是 m de ,從上式可以看出，調(diào)節(jié)過 dt程結(jié)束時，偏差e不變，蟲等于零，所以控制機(jī)構(gòu)位置不會有變化， dt這樣就不能適應(yīng)負(fù)荷的變化，因此，僅有微分作用是不能執(zhí)行控制任 務(wù)的。但微分作用的特點是其控制作用與偏差的變化速度成正比.在調(diào)節(jié)過程的開

9、始階段，被控量 Y雖然偏離設(shè)定值不大，但如果其變化速 度較快，微分作用可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個較大的位移。 也就是說D 作用比P、I作用超前，它加強(qiáng)了控制作用，限制了偏差的進(jìn)一步增 大，所以微分作用可以有效地減少動態(tài)偏差.（4）比例、積分、微分（PID）調(diào)節(jié)器比例、積分、微分調(diào)節(jié)器的動態(tài)方程式為m 1 e 工 edt Td deTidtS稱為比例帶，Ti稱為積分時間常數(shù)，Td稱為微分時間常數(shù)。這種調(diào)節(jié)器有比例、積分、微分作用的特點 ，因此，在采用這種 調(diào)節(jié)器時，只要三個作用配合得當(dāng)，就可以避免調(diào)節(jié)過程過分振蕩， 可得到無差的控制結(jié)果（積分作用），又能在調(diào)節(jié)過程中加強(qiáng)控制作用 減少動態(tài)偏差（微分作

10、用）.調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)應(yīng)從三個方面來衡量， 即穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性（動態(tài)、 靜態(tài)偏差），以及快速性（調(diào)節(jié)時間）。不能認(rèn)為穩(wěn)定性越高，調(diào)節(jié)品 質(zhì)就越好，在整定P、I、D參數(shù)時，應(yīng)從穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性三 方面綜合考慮。4 .主要的熱工對象特性對象特性可以用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述。 靜態(tài)特性描述的是 對象平衡時輸出與輸入之間的關(guān)系，而動態(tài)特性是描述對象動態(tài)變化 過程中輸出與輸入之間的關(guān)系。分析被控對象的動態(tài)、靜態(tài)特性有利 于設(shè)計性能優(yōu)良的控制系統(tǒng).對象特性可以通過理論計算、試驗方法 獲得.后面各節(jié)在對系統(tǒng)進(jìn)行分析時，將對某些對象的對象特性進(jìn)行 分析。5 .跟蹤和無擾動切換自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)通?？梢杂袃煞N或多

11、種運行方式，例如手動、自動 方式；采用DCS后，為了實現(xiàn)最優(yōu)的控制性能和實現(xiàn)全程自動控制， 對于同一個被控量，可能有多種控制方案。當(dāng)進(jìn)行方式切換或方案切 換時，應(yīng)該是無擾動的。為了實現(xiàn)無擾動切換，就必須采用跟蹤技術(shù)。 6.提高CCS可靠性及控制性能的措施（1）為了提高測量信號的可靠性，除了在計算機(jī)硬件上采取必要措 施（如提高轉(zhuǎn)換精度、采用抗干擾措施等）外 ，還用軟件對測量進(jìn)行處理.例如(質(zhì)量檢查、雙測量處理、三測量處理)(2) MRE ,切手動.在出現(xiàn)影響投入自動的信號后，為了安全 起見，應(yīng)將系統(tǒng)強(qiáng)切到手動方式。(3)PLW，優(yōu)先降。當(dāng)出現(xiàn)某些異?；蛱厥馇闆r時，將不再采用 正常的控制信號，而是

12、自動地降低控制輸出。(4)PRA,優(yōu)先增。與PLW相似，但，是增加控制輸出。(5) BI, 閉鎖增。負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中采用的一種功能。當(dāng)某 一被調(diào)量，例如燃料量，跟不上燃料量需求指令的變化，且差距越來 越大時，則閉鎖機(jī)組負(fù)荷指令的增加。(6) BD ,閉鎖減。與BI相反。(7) RU、RD,迫升/迫降.負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在出現(xiàn)異常時的一 種升/降負(fù)荷的行為。(8) RB,快速減負(fù)荷在出現(xiàn)主要輔機(jī)跳閘時，負(fù)荷協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)自動快速降低負(fù)荷。(9)為了均衡負(fù)荷和實現(xiàn)無擾切換，對于多執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用平衡 回路。9. SAMA圖中幾個重要縮寫及含義LWI 禁止減。這時，無論是手動還是自動，都不能減小控制

13、輸出。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，如果繼續(xù)減小控制輸出會使控制性能進(jìn)步惡化的話，則應(yīng)禁止減小控制輸出。RAI 禁止增。與LWI相似，但，是不允許增加控制輸出MRE 切手動。ARE 切自動。PLW 優(yōu)先降，又稱減超弛.PRA 優(yōu)先增，又稱增超馳。第二節(jié)測量信號的處理過程變量的測量與處理是構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)的一個重要組成部 分，為了保證自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有較好的品質(zhì)， 就必須使測量信號具有 一定準(zhǔn)確性。在熱力設(shè)備運行過程中，有許多因素會影響到測量的準(zhǔn)確性，特 別是由于測量元件、變送器或電路故障，可能會導(dǎo)致測量信號的失真 甚至錯誤，進(jìn)而使自動控制系統(tǒng)不能正常運行。對測量信號進(jìn)行處理 的目的，就是為了提高測量信號的可

14、靠性和準(zhǔn)確性，為提高自動控制 系統(tǒng)的品質(zhì)創(chuàng)造必要條件。對于某一過程變量 根據(jù)其在過程中的重要程度，可分別采取單 測量、雙測量或三測量處理方法。單測量是指使用一個測量元件（一個變送器）測量工廠中某一點 上的物理參數(shù)。對那些不太重要的參數(shù)或者是被用于記錄、 顯示、補(bǔ) 償?shù)扔猛镜膮?shù)，例如加熱器水位、燃油壓力、給水溫度等，一般采 用這種測量方法。對于那些被認(rèn)為對工廠運行相對重要的參數(shù)，例如凝汽器熱井水 位、屏式過熱器出口汽溫等，采用雙測量方法，即采用兩個測量元件 （變送器），測量同一個意義的參數(shù)。對于那些對工廠安全、經(jīng)濟(jì)運行非常重要的參數(shù)，往往采用三測10 量方法，即用三個測量元件（變送器）測量同一

15、個意義的過程參數(shù).例 如，主蒸氣壓力、機(jī)組負(fù)荷、爐膛壓力、汽包水位、高溫過熱器出口 汽溫等。當(dāng)用多個測量元件測量同一個參數(shù)時，究竟用哪一個測量元件（變送器）測出的參數(shù)作為自動控制系統(tǒng)所使用的過程變量呢？這就需要由相應(yīng)的算法來處理和選擇。對單測量的處理較為簡單，僅需對測量信號進(jìn)行質(zhì)量的檢查，若 無質(zhì)量問題，則說明該測量可用于自動控制系統(tǒng)，否則就不能用作自 動控制系統(tǒng)中的過程變量信號，系統(tǒng)就不能以自動方式運行，測量處 理算法將發(fā)出切手動信號。這里說明一下，所謂一個信號出現(xiàn)了質(zhì)量 問題一般是指，一個輸入信號的值是一個非法數(shù)值， 或者是一個不在 正常的測量范圍內(nèi)的值，或輸入信號的值長時間未得到更新。1

16、1第三節(jié)平衡電路的原理對于同一個過程變量，有時由兩個或多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)及輔助設(shè)備共 同控制。例如，一次風(fēng)母管壓力，它由兩臺一次風(fēng)機(jī)共同控制；二次 風(fēng)母管壓力由兩臺送風(fēng)機(jī)共同控制；爐膛壓力由兩臺引風(fēng)機(jī)控制，等等。在這類多執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)中，每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)都配有手動/自動控 制站（M/A站），執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作可以由它們共同的控制器進(jìn)行自 動控制，也可由運行人員分別在相應(yīng)的手動/自動控制站手動操作。以雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)為例，在正常情況下，兩控制站都可投入自 動方式，控制器的自動控制信號分別經(jīng)過相應(yīng)的控制站去控制對應(yīng)的 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，兩執(zhí)行機(jī)構(gòu)及輔助設(shè)備在自動控制信號的控制下同時改變 出力.但是當(dāng)其中一側(cè)設(shè)備由于某種

17、缺陷而不能產(chǎn)生與另一側(cè)的設(shè)備 同等的出力時，就希望能通過適當(dāng)?shù)牟僮?，降低存在缺陷的一?cè)的控制 輸出，同時將這一側(cè)減少了的出力，由另一側(cè)自動予以補(bǔ)償，這樣可 避免對過程產(chǎn)生較大擾動。如果一側(cè)控制站處于手動方式，運行人員可手動從控制站上改變 控制輸出。在這種情況下，有兩點要求應(yīng)予以考慮.第一，當(dāng)系統(tǒng)處于平 衡狀態(tài)，手動調(diào)整一側(cè)的控制輸出時，應(yīng)該有適當(dāng)?shù)摹半娐贰弊詣訉?2 另一側(cè)處于自動方式的控制站的輸出予以修正， 使兩側(cè)控制輸出之和 保持不變，以盡量減小對過程的擾動。第二 ，處于手動方式的控制站 的輸入應(yīng)自動跟隨該站的手動輸出，以便實現(xiàn)從手動方式向自動方式 的無擾切換。如果兩站都處于手動方式，應(yīng)考

18、慮兩個站分別投入自動時的無擾 切換。13第四節(jié)除氧水位控制系統(tǒng)一、過程描述圖5 1凝結(jié)水系統(tǒng)流程如圖5-1所示，凝水經(jīng)過凝結(jié)水泵升壓，送往軸封加熱器，在軸封 加熱器的出口，有一個流量元件，用于測量凝結(jié)水流量，此后 ，再經(jīng) 過除氧器水位控制閥送往8、7、6、5號低加，進(jìn)入除氧器.在除氧器水位控制閥旁有一個旁路閥，由 SCS控制，這是一可中 間停的電動門，用于在凝結(jié)水量不夠時，協(xié)助除氧器水位控制閥向除 氧器補(bǔ)水。除氧器貯水箱中的水由給水泵升壓，成為給水，送往 3、2、1號 高加,在高加出口，設(shè)有流量元件，用于測量進(jìn)入鍋爐汽包的給水量。14二、系統(tǒng)的任務(wù)，影響除氧器水位的因素及控制手段1 .任務(wù)該系

19、統(tǒng)的任務(wù)是維持氧除器的水位為設(shè)定值。氧除器的水位過高會影響汽輪機(jī)安全運行（汽機(jī)進(jìn)水）,除氧器的水位過低，則可能導(dǎo)致 給水泵汽蝕，影響給水泵的安全.2 .影響除氧器水位因素：a.凝結(jié)水量b.給水量（包括過熱、再熱器減溫水）c。抽汽量（以及進(jìn)入除氧器的輔汽量）do來自高加的疏水量其中給水量代表流出除氧器的質(zhì)量，而凝結(jié)水量、抽汽和疏水是 進(jìn)入除氧器的質(zhì)量，當(dāng)進(jìn)入和流出不平衡時，則導(dǎo)致除氧器水位變化。3 .控制水位的手段在上述影響除氧器水位的因素中,b給水量是汽包水位控制的要 求，c抽汽是不加控制的，d疏水隨高壓加熱器運行情況而變，因此可以 用作控制除氧器水位的變量，只有 a凝結(jié)水量。在本系統(tǒng)中，將通

20、過控制除器水位控制閥（又稱凝結(jié)水量控制閥） 的開度，控制進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水流量，繼而控制除氧器水位。15三、控制原理除氧器水位控制系統(tǒng)原理如圖所示，分析如下。1 .正常情形(1)由兩個液位變送器測出除氧器的水位，經(jīng) SM2XMTRS選擇后, 獲得PV信號，并用H/算法，判別除氧器水位是否過高。(2)設(shè)定值SP由運行人員在M/A站上設(shè)定。16（3）當(dāng)給水流量小于30%時，由單沖量（1E ） PI調(diào)節(jié)器自動控制 水位，最終使PV = SP。（4）當(dāng)負(fù)荷大于30%時，將自動選擇三沖量方案，切換是自動、無 擾的。此時，凝結(jié)水流量控制器PID根據(jù)流量元件測得的凝結(jié)水流 量反饋信號的變化，自動地改變除氧器

21、水位控制閥的開度，隨時使凝結(jié)水流量與其設(shè)定值相一致，這樣有利于克服凝結(jié)水量的自發(fā)擾動.給水量作為前饋信號（包括減溫水量）,被當(dāng)作凝結(jié)水流量控制器的 設(shè)定值的一部分，當(dāng)給水流量增加時，凝結(jié)水量設(shè)定值隨之增加，從 而使凝結(jié)水量控制器PID的輸出增加，凝結(jié)水控制閥門將開大，增 加凝結(jié)水量（可將這一過程稱為粗調(diào)）。這樣可以使凝結(jié)水量快速響應(yīng)給水量的變化?？梢哉f，如果說進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水量與流出除氧器的給水量同步變化的話，則除氧器水位將變化不大，但由于還存在抽汽和高加疏水的影響， 所以除氧器 水位仍然會有所變化，對于這個變化，三沖量控制器（3E控制器、也 稱為主調(diào)節(jié)器）PID的輸出將發(fā)生變化，該調(diào)節(jié)器的

22、輸出，可認(rèn)為 是凝結(jié)水流量控制器PID的設(shè)定值的另一部分，PID將根據(jù)其設(shè) 定值，對凝結(jié)水量作進(jìn)一步調(diào)整。可以看出，最終將由PID消除水位偏差（這一過程可稱為細(xì)調(diào)）.所以這是一個串級三沖量控制方案，此時,17若:流量降到30%以下或給水量信號質(zhì)量壞或凝結(jié)水流量質(zhì)量壞則切向單沖量控制。這一切換也是自動且無擾的。2 .特殊情形(1)當(dāng)除氧器水位過高時(H/算法提供)，將超馳關(guān)閉凝結(jié)水量 控制閥.(2)當(dāng)凝結(jié)水控制閥開足后，若仍不能滿足除氧器對凝結(jié)水量的 要求，則利用SCS開旁路門。3 . M/A站的方式當(dāng)：a.除氧器水位高；b。閥指令與實際閥位偏差大；c.過程變量與設(shè)定值偏差大，即SP PV過大；

23、d. *除氧水位測量BQ時，則切手動(MRE)4 . M/A站指示PV:除氧器水位SP:除氧器水位設(shè)定值CO:水位控制閥位指令18第五節(jié)機(jī)爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一、任務(wù)機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)是使機(jī)組盡可能快地響應(yīng)電網(wǎng)對該 機(jī)組的負(fù)荷要求，同時，應(yīng)能保證主汽壓力盡量穩(wěn)定，以保證機(jī)組的 安全穩(wěn)定運行。二、單元機(jī)組對象的動態(tài)特性：（1）當(dāng)其它輸入不變時，改變汽機(jī)調(diào)門開度，例如，將調(diào)門開大 主蒸汽流量將迅速增加，這表明汽輪機(jī)能迅速響應(yīng)負(fù)荷要求變化，但 由于燃燒未能相應(yīng)加強(qiáng)，主汽壓開始下跌，蒸汽流量也漸漸下跌，最 后又回到了原來的值，沒有能滿足電網(wǎng)的長期需要，而壓力則降到了 一個相對較低的值如圖（a）。

24、（2）若其它輸入不變，增加燃燒率（鍋爐指令 BD）,主汽壓力將 逐漸升高，主蒸汽流量也逐漸增加，負(fù)荷逐漸增加 ，說明鍋爐改變?nèi)?料量后，負(fù)荷響應(yīng)比較緩慢，如圖 （c）。（3）當(dāng)外界要求增加負(fù)荷時，由于一個負(fù)荷特性快（汽輪機(jī)）， 一個特性慢（鍋爐），就難以滿足既快速，又穩(wěn)定的要求，如果僅滿足 快速的要求，可通過不斷開大汽機(jī)調(diào)門開度來實現(xiàn)， 雖可保證負(fù)荷需 求（也不可能長久），但壓力將一路下跌，如圖（b）,會影響機(jī)組安全。所以機(jī)爐兩者之間應(yīng)協(xié)調(diào)控制調(diào)門開度指令和鍋爐指令。19/，單元機(jī)組對象動態(tài)特性三、運行方式單元機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般有下列幾種運行方式汽壓和負(fù)荷，手動調(diào)節(jié)汽機(jī)指令（調(diào)門開度指令

25、）及鍋爐指令，使壓1.手動方式：汽機(jī)指令和鍋爐指令都是手動發(fā)出，此時，運行人員兼顧TD A，貪物調(diào)門航躍就動（b）汽機(jī)4I差嬪井大力基本穩(wěn)定，并使機(jī)組負(fù)荷按照電網(wǎng)需要變化2 .機(jī)跟爐方式（汽機(jī)跟隨鍋爐）止匕時，鍋爐側(cè)根據(jù)電網(wǎng)需求來調(diào)節(jié)鍋爐指令（增 /減燃燒率），而汽機(jī)則根據(jù)主汽壓力的變化，自動調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)門開度 .可以看出，這種方式下，當(dāng)外界需要機(jī)組增加負(fù)荷時，鍋爐開始加強(qiáng)20燃燒，壓力漸漸升高，汽機(jī)則根據(jù)壓力升高情況，自動地調(diào)整汽機(jī)指 令,漸漸開大調(diào)門開度，負(fù)荷隨之增加，由于鍋爐響應(yīng)較慢，所以使負(fù)荷 增加得較慢，但是由于汽機(jī)調(diào)門變化對壓力的影響較快，所以壓力顯得十分穩(wěn)定.該方式的特點是：壓力穩(wěn)

26、定，但負(fù)荷響應(yīng)慢。3 .爐跟機(jī)方式（鍋爐跟隨汽機(jī)）止匕時，汽機(jī)側(cè)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需求來調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)門開度，而鍋爐則 根據(jù)主汽壓力的變化自動地調(diào)整燃燒。當(dāng)外界負(fù)荷需求增加時，汽機(jī)可以很快地升高機(jī)組的負(fù)荷，但壓 力將下降，由于鍋爐慣性較大，它雖然根據(jù)壓力變化進(jìn)行調(diào)節(jié) ，但壓力 難以很快補(bǔ)上來，可能導(dǎo)致壓力下跌較多。該方式的特點是：負(fù)荷響應(yīng)快，但壓力不穩(wěn)定。4 .協(xié)調(diào)控制方式協(xié)調(diào)方式則是綜合機(jī)跟爐和爐跟機(jī)方式的優(yōu)點 ，盡可能地克服它 們的缺點。協(xié)調(diào)方式下，機(jī)、爐主控都將處于自動方式，即機(jī)指令和 爐指令都是自動調(diào)整的。協(xié)調(diào)控制方案較多：例如同時將外界負(fù)荷變化指令送達(dá)機(jī)側(cè)和爐側(cè)；采用直接能量平衡信號（DEB）

27、;21進(jìn)行壓力限制；采用各種前饋、微分環(huán)節(jié)，用以改善系統(tǒng)特性。1 .手動方式MANUAL ,此時機(jī)主控、爐主控（燃料主控）都在手 動.2 .機(jī)跟爐方式TF,特征是機(jī)主控自動、爐主控手動.3 .爐跟機(jī)方式BF,特征是爐主控自動、機(jī)主控手動。4 .協(xié)調(diào)控制方式CCS,特征是機(jī)、爐主控都自動。四、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：1 .負(fù)荷指令的形成2 .壓力定值的形成3 .機(jī)、爐主控制指令的形成止匕外，還有一個功能全面的邏輯控制系統(tǒng)，用來實現(xiàn)方式切換和 跟蹤等功能.（一）負(fù)荷指令的形成1 .正常情況下負(fù)荷指令的形成（CCS方式下）指令的來源：（1）運行人員手動給定。22(2)來自ADS (自動調(diào)

28、度系統(tǒng)).當(dāng)投入AGC (自動發(fā)電控制)后，機(jī)組將由電網(wǎng)調(diào)度發(fā)出的負(fù)荷指令直接控制。機(jī)組主控站投自動意味著 ADS投入。但是當(dāng)下列任一信號出現(xiàn)時，機(jī)組主控站不能投自動：汽機(jī)主控站在手動；鍋爐主控站在手動；ADS故障或ADS不可用(例如來自調(diào)度系統(tǒng)的遙調(diào)信號質(zhì)量壞、遙調(diào)信號不在正常范圍等)；出現(xiàn)RD、RU、RB (在本節(jié)后面介紹)；機(jī)組負(fù)荷指令LDC OUT超過高限.(3) 一次調(diào)頻信號。這是根據(jù)汽輪機(jī)的靜態(tài)特性曲線生成的指令。(a)(b)汽輪機(jī)靜態(tài)特性般來說，當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時，汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)會自動根據(jù)23 電網(wǎng)頻率的變化來改變閥門開度，從而使機(jī)組的負(fù)荷發(fā)生變化。該過 程稱為一次調(diào)頻.例如

29、，如圖（a）,原來機(jī)組在Na, 3000rpm,即A 點運行，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高（電網(wǎng)頻率升高州寸，如果DEH的速度反饋信號 是插入的，則機(jī)組將按照靜態(tài)特性參與一次調(diào)頻， 也就是說它將自動 關(guān)小調(diào)門，降低供給電網(wǎng)的電量，從而緩解頻率的升高，此時，工作 點移到B點，負(fù)荷降為Nb。也就是說，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高時，它將自 動地按一定比例減小發(fā)出的功率。盡管汽輪機(jī)按照其靜態(tài)特性減小了功率，但此時轉(zhuǎn)速仍高于 3000rpm,電網(wǎng)頻率仍偏高。若要進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)速（使電網(wǎng)頻率繼續(xù)降 低），電網(wǎng)調(diào)度可以要求網(wǎng)上的各機(jī)組（包括本機(jī)組 ）再適當(dāng)降一點負(fù) 荷。這屬于二次調(diào)頻。二次調(diào)頻結(jié)束后，工作點處于C點，此時，負(fù) 荷為Nc,

30、轉(zhuǎn)速又回到3000rpm。二次調(diào)頻相當(dāng)于平移了汽輪機(jī)的靜態(tài)特性曲線，如圖（b）所示。 為什么要在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷指令中，加入頻差信號呢？這是因為當(dāng)投入CCS方式后，汽機(jī)功率PI控制器將對負(fù)荷指令 和實際MW進(jìn)行PI運算，最終會使乂亞=負(fù)荷指令.這說明，若負(fù)荷指令中不含頻率信號，機(jī)組的實發(fā)MW將不受頻 率影響，即使DEH將速度反饋插入，也不起作用，也就是說，機(jī)組喪 失了一次調(diào)頻能力，這對于并于網(wǎng)上的機(jī)組來說，是不合適的。24 如何插入頻率信號？如圖所示，在機(jī)組主控站的輸出上疊加了頻差信 號。這樣，機(jī)組的負(fù)荷指令，不僅僅是運行人員給定的值或僅僅是 ADS 指令（ADS指令可以由運行人員偏置），它

31、還包括頻差信號成分.這個 成分可能是零（相當(dāng)于沒有插入）也可能是按靜態(tài)特性曲線折算出的 負(fù)荷（即已插入）。若來自DEH的頻率信號無質(zhì)量問題且機(jī)組處于 CCS運行方式， 運行人員從負(fù)荷指令計算機(jī)（LDC）畫面上按下FREQ CONTROL ON 按鈕,則可插入頻差信號；若按下 FREQ CONTROL OFF按鈕，則退 出。所以,指令負(fù)荷的構(gòu)成可用圖表示。負(fù)荷巖令 （待處建）機(jī)組負(fù)荷指令形成原理（一）上述三種成分構(gòu)成的負(fù)荷指令還不能直接用于 CCS的負(fù)荷指令,25它還要受到下列限制，參見圖負(fù)荷箱令史發(fā)動率樣處理)財用于承醒免件變化cp<$>建軍吸定/最大矣南<>n>

32、rn限值匚 方H屋CCS 內(nèi)氧'(NK 丫 RB/RD/RU 猾令理/XD/BU方就/ 1機(jī)蛆用荷指令LDC our機(jī)組負(fù)荷指令形成原理(1)負(fù)荷變化速率限制40006000KW/min。速率可以由運行人員設(shè)定(2)負(fù)荷指令受到最大負(fù)荷、最小負(fù)荷的限制 (3)當(dāng)不在CCS方式時，機(jī)組負(fù)荷指令跟蹤實發(fā)功率信號。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，例如當(dāng)出現(xiàn) RD/RU/RB時，負(fù)荷指令按照事 先規(guī)定好的RD/RU/RB速率改變。例如，一臺引風(fēng)機(jī)跳閘引超RB時, 負(fù)荷指令將以150MW/min的速率降低.262.異常情況下的負(fù)荷指令:鍋爐指令即RDRJ空頓露RB一次隊機(jī)RB51尺機(jī)RB送和匕加給水梟郎發(fā)也機(jī)

33、期即RH/HDIRU 指令RB/RD/RU 指令(1) RUN DOWN與RUN UP (迫降與迫升)首先，談一下閉鎖增(BLOCK INCREAE)和閉鎖減(BLOCK、DECREASE)的問題：閉鎖增，即不可再增大；閉鎖減，則不可再減?。?7當(dāng)送風(fēng)機(jī)的開度指令已達(dá)上限；或給水泵控制指令已達(dá)上限；或引風(fēng)機(jī)指令已達(dá)上限；或汽機(jī)閥指令已達(dá)上限時，則閉鎖增。當(dāng)出現(xiàn)送風(fēng)機(jī)指令已達(dá)下限；或引風(fēng)機(jī)指令已達(dá)下限；或給水泵指令已達(dá)下限；或給煤機(jī)指令已達(dá)下限；或汽機(jī)閥位指令達(dá)下限時，則閉鎖減.再談 RD（RUN DOWN ）與 RU （RUN UP）:首先，在CCS方式下，在LDC畫面上，按下RD/RU允許按

34、鈕, 則表明可以實現(xiàn)RD/RU功能。關(guān)于RD在RD/RU允許的情況下，若已經(jīng)出現(xiàn) BLOCK INC ,當(dāng)a。燃料量比其需求量要?。ǖ枚啵゜o送風(fēng)量比其需求量要?。ǖ枚啵ヽ。給水量比其需求量要?。ǖ枚啵?d.爐膛壓力比其定值高（得多）此時，將進(jìn)入RD狀態(tài).進(jìn)入RD后,將按照一定的速率開始減少28LDC輸出。當(dāng)上述偏差被縮小后，RD過程結(jié)束。如圖135,當(dāng)出現(xiàn)RD時,LDC OUT將從原先的鍋爐指令起，逐步 向零變化（切換開關(guān)T算法可以設(shè)定變化速率），此時的鍋爐指令將跟 隨LDC OUT變化（見圖13- 7 ）。當(dāng)鍋爐指令減小后，RD條件將在某個時刻消失，此后LDC OUT 又回到正常情形。所以

35、當(dāng)RD導(dǎo)致LDC OUT從原先的鍋爐指令逐步 變小時，并不是一定要變到零。RU關(guān)于與RD意義相反這里，有一個概念問題需要說明一下，在有些廠家的設(shè)計 中,BLOCK INCREASE和BLOCK DECREASE并不是在某些指令 達(dá)到上限或下限時才出現(xiàn)，而是在運行過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)需求量（例如送風(fēng)量需求）與實際過程變量（送風(fēng)量）出現(xiàn)大的偏差時，為防止偏差進(jìn) 一步擴(kuò)大，需求量將停止增加或減小，這是在行進(jìn)的過程中停來下“等 待”，而并非一定要等到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令（例如送風(fēng)機(jī)動葉指令）不 能再升或降時才停下。而 RD、RU則是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)已達(dá)上限或下限 時，若需求與設(shè)計過程變量仍然存在很大偏差時，才出現(xiàn)，而且，

36、此時將通過降低“需求”，來縮寫偏差?？梢?，這里的BI或BD是一種29 積極消除大偏差的行為，而 RD、RU則是一種被動的行為，因為此 時執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無法再開大或關(guān)小，已不能通過增加或減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)開 度來消除大偏差，所以只能通過降低“需求”來減小偏差。我們認(rèn)為, 這樣一種概念或提法是比較恰當(dāng)?shù)?。關(guān)于RUN BACK快速降負(fù)荷（RB）當(dāng)機(jī)組在某個較高的負(fù)荷水平上運行時，若出現(xiàn)了重要輔機(jī)跳閘，機(jī)組就可能不能繼續(xù)維持原來的負(fù)荷水平 .此時，為了能使機(jī)組繼 續(xù)穩(wěn)定運行，應(yīng)該主動、快速降低負(fù)荷指令。例如：原來在50%負(fù)荷以上運行，這時跳一臺引風(fēng)機(jī)，剩下的一臺引風(fēng)機(jī)最多只能維持50%負(fù)荷，所以負(fù)荷指令應(yīng)迅速降

37、低到50%。下列情況導(dǎo)致RB:跳一臺空預(yù)器；跳一臺一次風(fēng)機(jī)；跳一臺引風(fēng)機(jī)；跳一臺送風(fēng)機(jī)；跳給水泵（三臺泵中要有兩臺泵都停，而且要經(jīng)適時延時）；汽輪發(fā)電機(jī)部分甩負(fù)荷30給煤機(jī)跳閘（一層或多層，圖中未畫出）。要使系統(tǒng)具有RB功能，運行人員必須事先在CRT的LDC畫面 上按下“ RB允許"按鈕。何時結(jié)束RB?當(dāng)鍋爐指令已降到輔機(jī)允許 的最大出力時，則自動結(jié)束RB。（二）主汽壓力設(shè)定值的形成賣除主汽壬力C二洌量）凡LDC OUT乎用方式 或去路打井V 主孔乩力 設(shè)定值FS主汽壓力定值的形成如圖機(jī)組主汽壓力可以由運行人員從燃料主控站（即鍋爐主控站）上設(shè)定。31當(dāng)要求機(jī)組以滑壓運行方式運行時，壓

38、力定值將根據(jù)負(fù)荷指令“LDC OUT"自動設(shè)定。如何選擇滑壓方式？當(dāng)在CCS方式，或在BF方式時，只要主汽壓力與其設(shè)定值沒 有大的偏差，運行人員可從 LDC畫面上按下“選擇滑壓方式”按鈕， 則可進(jìn)入滑壓方式。不在 CCS或BF方式，或在出現(xiàn) RD、RU、RB 時，將退出滑壓運行方式.當(dāng)按下“選擇定壓方式”按鈕，則退出滑壓運行方式，進(jìn)入定壓運 行方式無論是手動給定，還是根據(jù)“ LDC OUT'給定，都要經(jīng)過一個 速率限制以及最大、最小限制.當(dāng)在手動方式時或旁路打開時，壓力 定值將跟蹤實際壓力。（三）機(jī)、爐控制指令的形成1 .鍋爐指令32LDC QUT主同姓.力 Pt主汽反力定值

39、一較國力P1PsN KD/KU/RBDEE宙式k5鍋爐金耳-'壓力控制著微分榜檢鍋爐主控指令的形成當(dāng)鍋爐主控站在手動時，給煤機(jī)指令由運行人員手動調(diào)節(jié)，給煤 機(jī)指令的上級指令燃料指令FD將跟蹤熱量信號HR （燃料量），而燃 料指令的上級指令鍋爐指令BD則跟蹤燃料指令FD。當(dāng)鍋爐主控投自動后，有兩種情形：A、若汽機(jī)主控站在手動，則為BF方式（爐跟機(jī)方式）B、若汽機(jī)在自動，則為 CCS方式（協(xié)調(diào)方式）不管是上述哪種情形，此時，都由鍋爐側(cè)自動調(diào)節(jié)主汽壓力鍋爐指令的形成原理如圖所示。這里有兩種做法。a.采用鍋爐主汽壓力控制器.將主汽壓力測量值（三測量）與主汽33壓力設(shè)定值求偏差，在鍋爐主汽壓力控

40、制器中進(jìn)行 PI運算，其輸出為 鍋爐指令BD,主汽壓力控制器最終使得主汽壓力 Pt等于設(shè)定值Ps。為了提高鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)速度，改進(jìn)壓力調(diào)節(jié)品質(zhì)，將機(jī)組的負(fù) 荷指令用作鍋爐指令的前饋信號，而且采用了一個超前環(huán)節(jié)。bo采用DEB信號。要使汽壓穩(wěn)定，最好能做到鍋爐的能量輸入 始終與鍋爐的能量輸出相平衡。鍋爐的能量輸出一般就是指汽機(jī)的能 量輸入，而汽機(jī)能量輸入可以用汽機(jī)一級壓力 Pi來表示，所以可以考 慮用Pi信號直接控制鍋爐指令，但僅用Pi是不夠的，它可能產(chǎn)生正反 饋影響。例如，由于鍋爐自身擾動，燃燒短暫加強(qiáng)，這會使 Pt上升, 又會使Pi上升，按照上述設(shè)計，鍋爐側(cè)則理解為汽機(jī)所需要的能量 增加了，

41、這就會使鍋爐指令再增加，結(jié)果使 Pt繼續(xù)上升。所以這樣 的設(shè)計是不穩(wěn)定的，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn).汽機(jī)的能量需求，應(yīng)體現(xiàn)在對汽機(jī)閥門的開度變化上。 在某一主 汽壓力Pt下，調(diào)門開度越大，調(diào)節(jié)級壓力 Pi越大，或者說，調(diào)門開 度與當(dāng)成比例。Pt在當(dāng)前要求的主汽壓力下，汽機(jī)的能量需求應(yīng)為調(diào)門開度x主汽 壓力設(shè)定值，即且Ps。Pt鍋爐應(yīng)根據(jù)這個需求增加鍋爐指令 BD ,才能使鍋爐的能量輸入34與輸出能量相平衡，顯然用這個信號具有直接和快速的優(yōu)點。所以被 稱為直接能量平衡信號DEB。為了改善動態(tài)品質(zhì)，所以采用了 DEB微分信號與DEB疊加，最 終成為鍋爐指令BD.這里沒有了鍋爐主汽壓力控制器，壓力還能維持 在定值

42、上嗎？從圖137可見，此時，鍋爐指令BD為DEB+DEB dDEB,這個 dt指令經(jīng)交叉限制后，成為即燃料指令，與 HR求偏差后進(jìn)行PI運算, 并輸出給粉機(jī)指令（參見第十一節(jié)燃料控制系統(tǒng)）因此最終應(yīng)有DEB+DEB dDEB=HR dtPid（百 PS）=PidPd Cd d dt穩(wěn)定時，微分輸出為0,所以"pPs= P1即，Pt=Ps。所以，即使沒有PI調(diào)節(jié)器的校正，也能使主汽壓力最 終與其設(shè)點值相等。c.在出現(xiàn)RD、RU、RB時，鍋爐指令BD將按LDC OUT變化2 .汽機(jī)主控指令35汽機(jī)主控指令的形成原理如圖所示圖13- 8 汽機(jī)主控指令的形成原理(1)當(dāng)DEH不在遙控方式時，

43、汽機(jī)主控不能投自動，此時汽機(jī)主控 指令TD將跟蹤DEH的負(fù)荷基準(zhǔn)LOAD REF。運行人員可利用DEH操作畫面或手動盤控制汽輪機(jī)調(diào)門開度，繼而控制負(fù)荷和壓力。在DEH投遙控后，若機(jī)主控站處于手動方式，運行人員可以用 機(jī)主控站上的增/減鍵改變汽機(jī)指令。36(2)當(dāng)汽機(jī)主控站投自動時，又有兩種情形：A、鍋爐主控在手動.此時為TF方式，汽機(jī)將自動維持主汽壓 力，主汽壓力Pt與其設(shè)定值Ps求偏差，然后交給汽機(jī)主汽壓力控制 器運算，輸出指令去汽機(jī) DEH,最終使Pt=Ps。B、若鍋爐主控也投自動，此時為CCS方式，主汽壓力將由鍋 爐主控去調(diào)，汽機(jī)側(cè)將根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及負(fù)荷指令調(diào)節(jié)。測量到的實際 MW (雙測量)與設(shè)定值(LDC OUT)求偏差，并由汽機(jī)功率(MW) 控制器進(jìn)行PI運算，其輸出去控制汽機(jī)負(fù)荷基準(zhǔn)，繼而改變機(jī)組負(fù) 荷，最終 MW = LDC OUT.為了提高負(fù)荷響應(yīng)速度，將LDC OUT用作汽機(jī)主控指令的前饋 信號?？梢钥闯?，這里的CCS方式特點是機(jī)調(diào)功，爐調(diào)壓，即 CCS 是建立在BF基礎(chǔ)之上的.盡管采用DEB可以改善壓力調(diào)節(jié)品質(zhì)，但若負(fù)荷需變化過大 ， 或其它原因，仍有可能使主汽壓波動較大，例如，在增負(fù)荷時，主汽 壓力會降低，若降得過多，則不利于機(jī)組安全運行，此時應(yīng)該