超臨界大型機(jī)組的控制特點(diǎn)及對策

1、All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC1 超臨界大型機(jī)組的控制特點(diǎn)及對策超臨界大型機(jī)組的控制特點(diǎn)及對策 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC2一超臨界參數(shù)大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)一超臨界參數(shù)大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法三閉環(huán)控制中的重要概念三閉環(huán)控制中的重要概念四四AGCAGC及協(xié)調(diào)控制在及協(xié)調(diào)控制在HIACSHIACS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法五五. HIACS. HIACS5000M5000M系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性

2、對策系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對策目目 錄錄 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC3一超臨界、直流爐大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)：一超臨界、直流爐大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)： 1. 對象特點(diǎn)：- 輸入/輸出工藝變量多。- 動態(tài)過程快：由于沒有汽包環(huán)節(jié)，作功工質(zhì)占汽水循環(huán)總工質(zhì)的比 例增大，動態(tài)過程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。- 主汽壓參數(shù)上升（246Kg/cm2），工作介質(zhì)剛性提高，動態(tài)過程加快， 同樣需要更快的控制作用及更快的控制周期。 - 數(shù)學(xué)模型不精確。 2. 機(jī)組控制系統(tǒng)(DCS)面臨的主要問題 - DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性

3、更好： 快速的I/O處理； 快速的CPU處理； 更短的控制周期； - 快速控制、快速保護(hù) - 汽機(jī)鍋爐發(fā)電機(jī)總體優(yōu)化的快速控制策略 - 快速響應(yīng)負(fù)荷需求 - 總體協(xié)調(diào) - 高可靠性 All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC4二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法 1. 對控制策略的基本要求 - 具有成功地投運(yùn)經(jīng)驗(yàn) - 對數(shù)學(xué)模型的精度要求不高 - 對負(fù)荷需求指令，有快速的響應(yīng) - 能夠?qū)崿F(xiàn)爐機(jī)電之間的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)功率平衡 2. 四種機(jī)組運(yùn)行方式 - 協(xié)調(diào)方式 - 鍋爐跟蹤汽機(jī)的工作方式 - 汽機(jī)跟蹤鍋爐的工作方式 - 鍋爐

4、、汽機(jī)手動狀態(tài)方式 3. 二類基本控制策略 - 采用P1信號的控制策略 - 日立公司的控制策略All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC5DPCFGPIPIAApZMWDMW- -+ + +- -MSPBID自動DEH自動FGPIPIHAZMW- -+ + +- -BID自動DEH手動MW+ +- -PIADEH手動自動BIDHPIFG+ +- -ppZHHPIPIFG+ +- -+ +- -DEH手動手動BID機(jī)組運(yùn)行方式及轉(zhuǎn)換All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC

5、6輔機(jī)空氣燃料水鍋爐BCSTPIAMFXXY超前滯后PTSAHAMTPIMWD+-MWGP1PT+-P1/PT:代表了調(diào)節(jié)門開度 P1/PT.PTS:代表了蒸汽流量 =P1/P Y=P11+K( PTS-PT) (F算法)當(dāng)K=1/PT時(shí)Y=P11+1/ PT(PTS-PT)T*PTS (L-N算法) 以P基本思想：1作為Boiler 功率需求信號， 協(xié)調(diào)B-T側(cè)的能量平衡。采用汽機(jī)調(diào)節(jié)級壓力采用汽機(jī)調(diào)節(jié)級壓力P1信號的協(xié)調(diào)控制策略信號的協(xié)調(diào)控制策略All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC7輔機(jī)空氣燃料水鍋爐BCSTPIAMAHA

6、MTPIMWDMWGP1MSP+-MW加速信號前饋信號PP0SP設(shè)定電路形成非線性m wDEH負(fù)荷基準(zhǔn)+-X日立公司超臨界、直流爐的協(xié)調(diào)控制思想日立公司超臨界、直流爐的協(xié)調(diào)控制思想設(shè)計(jì)思想：1、前饋信號加快了協(xié)調(diào)特性機(jī)鍋爐動態(tài)特性； 2、MSP消除了鍋爐內(nèi)擾； 3、 和非線性環(huán)節(jié)改善了控制特性； 4、MWMW（1+k ) ；P=P0-PMSPP0All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC8三三. .閉環(huán)控制工程中的幾個(gè)重要概念閉環(huán)控制工程中的幾個(gè)重要概念1.可控性（controllability）、快速性和控制周期。現(xiàn)代控制理論中，

7、可控性是個(gè)最基本的概念。在實(shí)際工程中，非常有意義的有兩點(diǎn)： - 不可觀測的變量及工藝過程是不可控制的； - 在一定意義下可控性等價(jià)于控制的快速性： - 控制的快速性越好，可控性越好。 - 控制周期實(shí)質(zhì)上是不可控環(huán)節(jié)，控制周期越短越好，當(dāng)然為此要付出經(jīng)濟(jì)代價(jià)。一般說來，以受控工藝時(shí)間常數(shù)T為準(zhǔn)則，控制周期TO以不大于T/10為好。All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC9 例如：汽機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程、時(shí)間常數(shù)分析及DEH控制周期的要求：汽機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程：其中： I：汽機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量； ：轉(zhuǎn)子角速度； Mh：蒸汽主動力矩； Me：電負(fù)荷

8、力矩； Mf：摩擦力矩；對應(yīng)減速狀態(tài)；時(shí)；00dtdMdtdMh(1)MMeMdtdIf-=hAll rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC10-蒸汽主動力矩（Mt）)()(1)(20秒量綱：SMKSMSKMIggH=w)4()3(00000HaaHThHMITTMIdtMdIMdtdIawwwww=）（米公斤2)(13. 100=imnHGMh其中： n：轉(zhuǎn)速； 同樣的蒸汽流量，低轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的蒸汽力矩M 高，高轉(zhuǎn)速下，產(chǎn)生的蒸汽力矩 低。M因此，這是一類自平衡系統(tǒng)。- 全飛升時(shí)間 （Ta）的物理意義：定義：若M =M =0 時(shí)，在額定

9、蒸汽力矩 （M）的條件下，汽機(jī)轉(zhuǎn)速從零上升到額定值0時(shí)所需要的時(shí)間。此時(shí)（1）轉(zhuǎn)化為：G ：蒸汽流量；0：焓降；im H0HfehhAll rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC11經(jīng)驗(yàn)數(shù)值：200MW： Ta78秒300MW： Ta67秒600MW： Ta56秒日立日立DEHDEH控制周期的確定：控制周期的確定： 這是一個(gè)理論上的極限數(shù)值，實(shí)際上是不可能達(dá)到的。因此，日立公司HIACS系統(tǒng)DEH的設(shè)定值為5060ms。為600MW機(jī)組全飛升時(shí)間Ta的1/100。這一數(shù)據(jù)是有理論依據(jù)的。All rights reserved, copy

10、right(C) 2001, BHC, Ltd.BHC122.串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的工作周期概念串級反饋系統(tǒng)中，工作周期是個(gè)重要的物理概念?？刂葡到y(tǒng)測點(diǎn)及執(zhí)行器的位置設(shè)計(jì)時(shí)，直接影響工作周期，因此，應(yīng)遵守如下準(zhǔn)則： - 副環(huán)路工作周期 盡可能地短； - 主環(huán)路工作周期 ，此時(shí)，對主環(huán)路而言副環(huán)路可以簡化為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。主、副環(huán)路本質(zhì)上解耦，可以分別鎮(zhèn)定、分別調(diào)試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，調(diào)試方便。反之系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，調(diào)試?yán)щy。3. 小偏差調(diào)節(jié)狀態(tài)從數(shù)學(xué)模型分析，電站工藝過程與其它工藝過程相同，必然是個(gè)非線性過程。線性僅是在某穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)X 鄰域內(nèi)的性質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷大范圍變化時(shí)，要使調(diào)節(jié)過程符合線性化性質(zhì)，控制系

11、統(tǒng)必需處在小偏差工作狀態(tài)，這樣才能得到正確的模型預(yù)測及好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。1120All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC13MWDMSPMSP調(diào)節(jié)器汽機(jī)調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)燃料調(diào)節(jié)通風(fēng)調(diào)節(jié)FG1FG2FG3其它系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)前饋及小偏差調(diào)節(jié)方式給水指令=鍋爐輸入主指令A(yù)ll rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC14四四 AGCAGC及協(xié)調(diào)控制在及協(xié)調(diào)控制在HIACSHIACS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法 A.協(xié)調(diào)控制的功能：- 接受中調(diào)或操作員指令；- 產(chǎn)生控制系統(tǒng)可以接受的負(fù)荷指令；

12、- 平衡汽機(jī)和鍋爐側(cè)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)響應(yīng)；- 各種運(yùn)行方式的合理切換；- 參與電網(wǎng)調(diào)頻的功能；- 加快機(jī)組對負(fù)荷的響應(yīng)；- 輔機(jī)故障狀態(tài)下的減負(fù)荷控制；All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC15B.HIACS系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制：指令切換變化率限制負(fù)荷跟蹤調(diào)頻功能上下負(fù)荷限制RB回路MSP信號鍋爐主控BIDMSP校正RB信號（MWD）f電網(wǎng)LD2LD1中調(diào)指令操作員指令不同運(yùn)行方式下的負(fù)荷跟蹤MWLD3LD4(DPC指令）鍋爐動態(tài)加速汽機(jī)指令形成（BIR）DEH鍋爐輸入加速指令鍋爐主指令 圖1：單元主控框圖All rights reserv

13、ed, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC16AGC裝置DCS系統(tǒng) AGC-DCS之間的信號連接有功MW無功MWHL負(fù)荷負(fù)荷變化率負(fù)荷設(shè)定ON-OFF信號負(fù)荷指令LL負(fù)荷機(jī)組故障（否）機(jī)組CCS方式（可以）AGC故障AGC正常All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC17 C. 鍋爐動態(tài)加速信號（BIR）生成回路目 的：加速鍋爐對負(fù)荷指令的響應(yīng)速度；功 能：變負(fù)荷時(shí)具有強(qiáng)化微分環(huán)節(jié)的作 用，穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下，不發(fā)生作用； 指令種類： - 燃料BIR； - 通風(fēng)BIR； - 給水BIR； - 減溫噴水BIR等；A

14、ll rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC18出力目標(biāo)值提前量提前量切除時(shí)刻切除時(shí)刻切除速率投入速率投入定時(shí)（TP1調(diào)整）投入定時(shí)（TP1調(diào)整）負(fù)荷指令出力 目標(biāo)BIRttBIRBIR信號的設(shè)計(jì)思想信號的設(shè)計(jì)思想All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC19BIR生成程序框圖DPCMWDPC負(fù)荷跟蹤UD單元機(jī)組負(fù)荷指令中給目標(biāo)指令+-SUBDFSWX2ASW0%X1G-1CMP2TP2CMP1TP1LIM負(fù)荷下降中負(fù)荷上升中到達(dá)目標(biāo)切除時(shí)間到達(dá)目標(biāo)前的切除定時(shí)降負(fù)荷時(shí),BI

15、R投入定時(shí)負(fù)荷下降時(shí)的BIR回路LIMASW2RLMLAWFG2FG10%FG3IR負(fù)荷上升時(shí)BIRt投入時(shí)刻變化率限制+依照負(fù)荷量進(jìn)行BIR投入量的增益校正BIR信號依負(fù)荷額定BIR變化率All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC20五五. HIACS. HIACS5000M5000M系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對策系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對策HIACSHIACS控制器（控制器（R600CR600C）快速性設(shè)計(jì)：）快速性設(shè)計(jì)：1 1。高速并行。高速并行I/OI/O總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)高速并行總線結(jié)構(gòu)速率100Mbps并行總線擴(kuò)展最多擴(kuò)展七個(gè)機(jī)箱CPUCPU模模件

16、件I/OI/O模模件件總總線線擴(kuò)擴(kuò)展展板板I/OI/O模模件件總總線線擴(kuò)擴(kuò)展展板板CPUCPU模模件件All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC212 2。提高。提高CPUCPU處理速度處理速度采用采用RISCRISC芯片芯片主頻主頻160MHz160MHz，相當(dāng)于一般芯片，相當(dāng)于一般芯片500MHz500MHz以上以上3 3。提高軟件管理效率：。提高軟件管理效率：采用專用高效實(shí)時(shí)管理軟件（采用專用高效實(shí)時(shí)管理軟件（PMSPMS）處理效率高，實(shí)時(shí)性好處理效率高，實(shí)時(shí)性好內(nèi)存效率高，不產(chǎn)生任何內(nèi)存垃圾內(nèi)存效率高，不產(chǎn)生任何內(nèi)存垃圾Al

17、l rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC22HISEC-04M/CX/R600C控制器特征控制器特征型型 號號R-600CR-600C處理器處理器32 32 bit RISCbit RISC內(nèi)存內(nèi)存1616MBMBROMROM512512KBKB網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)連接-100-100時(shí)鐘時(shí)鐘100100MHZMHZ控制周期控制周期2020、5050、100100、200200、250250、500500msms冗余方式冗余方式熱運(yùn)行備份方式熱運(yùn)行備份方式最小設(shè)定最小設(shè)定間隔間隔1010msmsAll rights reserved, cop

18、yright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC23望亭望亭14# CTL14# CTL負(fù)荷實(shí)測結(jié)果負(fù)荷實(shí)測結(jié)果NO.NO.CTLCTL控制運(yùn)算周期控制運(yùn)算周期( (ms)ms)實(shí)測負(fù)荷率（實(shí)測負(fù)荷率（r1r1）1 1MCS1MCS12002002 23 34 45 56 67 78 8MCS2MCS2100100MCS3MCS32002001001002002002002001001002002009 910010010102002001111BMS&MILL1BMS&MILL1BMS&MILL2BMS&MILL2SCS1SCS1SCS2SCS2SCS

19、3SCS3SCS4SCS4SCS5SCS5DASDAS2002001212FSSFSS20020010.2310.2310.1810.1812.3212.3211.8611.8610.9610.9611.4511.4510.9710.976.386.365.665.495.499.869.869.509.505.365.365.185.1811.5011.5010.9810.965.965.605.605.445.4414.0214.0213.5813.58Max(%)Max(%)平均平均(%)(%)11.2711.27All rights re

20、served, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC24華能南京電廠華能南京電廠1 1CTLCTL負(fù)荷實(shí)測結(jié)果負(fù)荷實(shí)測結(jié)果NO.NO.CTLCTL控制運(yùn)算周期控制運(yùn)算周期( (ms)ms)實(shí)測負(fù)荷率（實(shí)測負(fù)荷率（r1r1）1 1OPCOPC20202345678BTC200通風(fēng)通風(fēng)A20010020020010010092001010011BMSBMSCCS給水給水輔機(jī)輔機(jī)1輔機(jī)輔機(jī)2輔機(jī)輔機(jī)3DAS10012通風(fēng)通風(fēng)B10028.8428.8428.0628.0610.6910.448.526.326.117.527.327.036.8317.5517.0910.1

21、59.885.385.1319.8319.2013.2812.9418.6818.53Max(%)Max(%)平均平均(%)(%)8.30All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC25望亭電廠望亭電廠CTLCTL 內(nèi)存占用率實(shí)測數(shù)據(jù)內(nèi)存占用率實(shí)測數(shù)據(jù)（一）（一）NONOCTLCTL功能功能內(nèi)存區(qū)內(nèi)存區(qū)已占用已占用(%)(%)未用區(qū)未用區(qū)(%)(%)邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)6 694941 1BTCBTC通通 訊訊 區(qū)區(qū)1 19999I / O I / O 區(qū)區(qū)1 19999邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)6 694942 2MCS1MCS1通通 訊訊 區(qū)區(qū)

22、2 29898I / O I / O 區(qū)區(qū)2 29898邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)4 496963 3MCS2MCS2通通 訊訊 區(qū)區(qū)1 19999I / O I / O 區(qū)區(qū)1 19999邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)3 397974 4MCS3MCS3通通 訊訊 區(qū)區(qū)1 19999I / O I / O 區(qū)區(qū)1 19999邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)6 694945 5BMS1BMS1通通 訊訊 區(qū)區(qū)2 29898I / O I / O 區(qū)區(qū)1 19999All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC26望亭電廠望亭電廠CTLCTL 內(nèi)存占用率實(shí)測數(shù)據(jù)內(nèi)存占用率實(shí)測數(shù)

23、據(jù) （二）（二）NONOCTLCTL功能功能內(nèi)存區(qū)內(nèi)存區(qū)已占用已占用(%)(%)未用區(qū)未用區(qū)(%)(%)邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)7 79393BMS2BMS2通通 訊訊 區(qū)區(qū)1 199996 6I / O I / O 區(qū)區(qū)1 19999邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)6 696967 7SCS1SCS1通通 訊訊 區(qū)區(qū)2 29898I / O I / O 區(qū)區(qū)1 19999邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)6 694948 8SCS2SCS2通通 訊訊 區(qū)區(qū)2 29898I / O I / O 區(qū)區(qū)1 19999邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)8 892929 9SCS3SCS3通通 訊訊 區(qū)區(qū)12128888I / O I / O 區(qū)區(qū)1 1999

24、9邏邏 輯輯 區(qū)區(qū)4 496961010DASDAS通通 訊訊 區(qū)區(qū)2 29898I / O I / O 區(qū)區(qū)3 39797All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC27高效、快速傳輸?shù)臋C(jī)組控制級網(wǎng)絡(luò)（高效、快速傳輸?shù)臋C(jī)組控制級網(wǎng)絡(luò)（-100 Nwtwork-100 Nwtwork) )：采用國際校準(zhǔn)的環(huán)形令牌（采用國際校準(zhǔn)的環(huán)形令牌（Token-RingToken-Ring）網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò) 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.5IEEE802.5協(xié)議協(xié)議- -不用不用HUBHUB；- -不用交換機(jī)；不用交換機(jī)；- -光纖介質(zhì)環(huán)形連接的物理結(jié)構(gòu)；光纖介質(zhì)環(huán)形連接的物理結(jié)構(gòu)；雙重化雙重化IEEE802.5IEEE802.5網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡- -雙重化光雙重化光/ /電轉(zhuǎn)換接口；電轉(zhuǎn)換接口；- -雙重化處理電路；