協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS介紹教程文件

介紹(jièshào)協(xié)調(diào)(xiétiáo)控制系統(tǒng)CCS第一頁，共58頁。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的定義概括地說就是把鍋爐和汽輪機作為一個整體進行控制，共同適應電網(wǎng)對負荷的需求，并能保證機組(jīzǔ)本身安全運行的一種策略。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一種總稱，包括單元機組(jīzǔ)的主控系統(tǒng)和子控系統(tǒng)。第二頁，共58頁。單元機組(jīzǔ)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的有關名稱協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS名稱有廣義和狹義之分廣義CCS又稱為MCS系統(tǒng)：模擬量控制系統(tǒng)MCS（modulatingcontrolsystem)單元機組的MCS系統(tǒng)包括機組負荷主控系統(tǒng)及子系統(tǒng)。但是，習慣上說CCS往往(wǎngwǎng)狹義的，是指的MCS系統(tǒng)中的主控系統(tǒng)部分。協(xié)調(diào)(xiétiáo)控制系統(tǒng)概述第三頁，共58頁。MCS(CCS)主控系統(tǒng)(xìtǒng)子控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)負荷指令(zhǐlìng)管理（LMCC）機爐主控回路負荷指令運算鍋爐子控制系統(tǒng)汽機子控制系統(tǒng)給水控制燃燒控制汽溫控制DEH輔機子控制系統(tǒng)除氧器水位壓力控制、高低加水位控制等負荷指令處理第四頁，共58頁。自動控制的基本概念及術語被控對象――被控制的生產(chǎn)過程或設備，也稱為調(diào)節(jié)對象或簡稱對象。例如汽包水位(shuǐwèi)控制系統(tǒng)中的汽包。被控量――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(shuǐwèi)。設定值――被控量所要達到或保持的數(shù)值。例如汽包水位(shuǐwèi)定值。擾動量――破壞被控量與設定值相一致的一切作用，例如汽包水位(shuǐwèi)控制系統(tǒng)中的蒸汽流量、給水量。第五頁，共58頁。調(diào)節(jié)器――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?？刂浦噶瞑D―或稱調(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的控制信號，該信號被送往執(zhí)行機構。執(zhí)行機構――接受控制指令、對被控對象施加作用的機構。也稱為執(zhí)行元件、執(zhí)行器。例如，機械執(zhí)行機構、電動(diàndònɡ)執(zhí)行機構、液壓執(zhí)行機構?？刂茩C構――其動作可以改變進入對象的質(zhì)量或能量的裝置，例如給水閥門、空氣擋板。第六頁，共58頁。協(xié)調(diào)(xiétiáo)控制系統(tǒng)概況隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)因用電結(jié)構變化，負荷峰谷差逐步加大，為保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行，必須實施自動發(fā)電控制（AGC），即根據(jù)發(fā)電機組本身的調(diào)節(jié)能力及其在電網(wǎng)中的作用(zuòyòng)，分類進行控制，自動維持電網(wǎng)中發(fā)供電功率的平衡，從而保證電能質(zhì)量。第七頁，共58頁。自動發(fā)電控制需要由電網(wǎng)調(diào)度所對機組負荷實施遙控，整個單元機組與電網(wǎng)側(cè)一起納入AGC系統(tǒng)，AGC系統(tǒng)要求單元機組必須作為一個協(xié)調(diào)整體來實施控制。為此，必須提高電廠自動化水平，在保證(bǎozhèng)機組主要運行參數(shù)在允許范圍內(nèi)變化的前提下，使機組的輸出電功率盡快適電網(wǎng)負荷變化的需要。第八頁，共58頁。AGC控制(kòngzhì)概述AGC系統(tǒng)稱為自動發(fā)電控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)，它完成電網(wǎng)側(cè)與發(fā)電機組側(cè)的自動控制，可稱為大協(xié)調(diào)控制。而MCS（或CCS）系統(tǒng)稱為單元機組的協(xié)調(diào)控制，它完成發(fā)電機組側(cè)的自動控制，也可稱為小協(xié)調(diào)控制。AGC:automaticgenerationcontrol第九頁，共58頁。電網(wǎng)調(diào)度(diàodù)中心EMS（）RTUDCS系統(tǒng)(xìtǒng)MCS系統(tǒng)(xìtǒng)微波通道DIDIAIDODOAOAGC請求AGC解除調(diào)度負荷指令（ADS）AGC投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式機組實際功率單元機組電廠端EDC（經(jīng)濟調(diào)度控制）+ACE（區(qū)域控制偏差）=ADS指令AGC示意第十頁，共58頁。AGC系統(tǒng)主要(zhǔyào)組成電網(wǎng)調(diào)度中心(zhōngxīn)的能量管理系統(tǒng)EMS電廠端的遠方終端RTU和微波通道DCS系統(tǒng)的MCS控制系統(tǒng)第十一頁，共58頁。維持系統(tǒng)(xìtǒng)頻率在允許偏差范圍內(nèi)。維持互聯(lián)電網(wǎng)凈交換功率在預定值附近。按一定周期對全網(wǎng)發(fā)電功率在各機組間進行經(jīng)濟分配。AGC完成(wánchéng)的主要功能第十二頁，共58頁。AGC系統(tǒng)投入的基本(jīběn)條件電廠單元機組的MCS系統(tǒng)必須在協(xié)調(diào)控制方式(fāngshì)下運行各組成設備正常。電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)、微波通道、電廠端的遠方終端RTU必須都在正常工作狀態(tài)，并能從電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)的終端CRT上直接改變機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的調(diào)度負荷指令。接口通暢。機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能直接接收到從能量管理系統(tǒng)下發(fā)的要求執(zhí)行自動發(fā)電控制的“請求”和“解除”信號、調(diào)度負荷指令的模擬量信號(標準接口為4～20mA)。能量管理系統(tǒng)能接收到機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的反饋信號：協(xié)調(diào)控制方式(fāngshì)信號和AGC已投入信號。第十三頁，共58頁。AGC系統(tǒng)投入(tóurù)的基本條件

能量管理系統(tǒng)下達的“調(diào)度負荷指令”信號與電廠機組實際出力的絕對偏差必須控制在允許范圍以內(nèi)。就地控制和遠方控制之間相互切換是雙向無擾的。機組在協(xié)調(diào)控制方式下運行，負荷由運行人員設定稱就地控制；接受調(diào)度負荷指令，直接由電網(wǎng)(diànwǎng)調(diào)度中心控制稱遠方控制。在就地控制時，調(diào)度負荷指令自動跟蹤機組實發(fā)功率；在遠方控制時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的手動負荷設定器的輸出負荷指令自動跟蹤調(diào)度負荷指令。第十四頁，共58頁。就單元機組自身看，對單元機組實施控制時，由于鍋爐與汽機的動態(tài)特性不同，鍋爐的主汽壓、汽機的進汽量、發(fā)電功率三者之間相互影響，為了能使單元機組能快速適應負荷的變化，必須對這三個量協(xié)同考慮(kǎolǜ)，即實行協(xié)調(diào)控制。從而保證主汽壓力在允許范圍內(nèi)變化的前提下，盡快適應電網(wǎng)負荷變化的需要。第十五頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式1、協(xié)調(diào)控制的基本原則及方案2、主要(zhǔyào)控制方式3、定壓和滑壓運行第十六頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式原則：在保證機組安全運行(即汽壓在允許范圍內(nèi)變化)的前提下，充分利用機組的蓄熱能力。即在負荷變動時，通過汽輪機調(diào)門的適當動作，允許汽壓有一定波動而釋放(shìfàng)或吸收部分蓄能，加快機組初期負荷的響應速度。與此同時，加強對鍋爐側(cè)燃燒率(及相應的給水流量)的調(diào)節(jié)，及時恢復蓄能，使鍋爐蒸發(fā)量保持與機組負荷一致。第十七頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式方案：協(xié)調(diào)控制的基本方案是一個以前饋—反饋控制為主的多變量協(xié)調(diào)控制方案。其中，反饋控制是協(xié)調(diào)控制的基礎，通過它來確保機組內(nèi)、外兩個能量(néngliàng)供求平衡關系，以及實現(xiàn)各種協(xié)調(diào)控制方式的選擇切換。前饋控制主要是為了補償機組的動態(tài)遲延，加快負荷響應，同時為了保證有關運行參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值與指令一致。第十八頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式機爐分別控制(kòngzhì)方式機爐協(xié)調(diào)控制(kòngzhì)方式第十九頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式1、鍋爐(guōlú)跟隨方式（BF-BOILERFOLLOW）2、汽機跟隨方式（TF-TURBINEFOLLOW）3、手動方式第二十頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式鍋爐跟隨(ɡēnsuí)和汽輪機跟隨(ɡēnsuí)方式的主要優(yōu)缺點比較第二十一頁，共58頁。控制(kòngzhì)方式手動方式又稱基礎控制方式。此時，鍋爐(guōlú)和汽機負荷都由操作員手動控制。第二十二頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式鍋爐跟隨和汽輪機跟隨方式在輸出電功率和汽壓的控制性能方面存在顧此失彼的問題。為此，必須采用機爐協(xié)調(diào)控制方式。常見的機爐協(xié)調(diào)控制方式有三種方案(fāngàn)：以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制方式、以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制方式和綜合型協(xié)調(diào)控制方式。第二十三頁，共58頁?；痉绞剑˙ASE）：鍋爐主控制器、汽機(qìjī)主控制器均在手動狀態(tài)，由汽機(qìjī)DEH控制機組功率，鍋爐控制主汽壓力。機組在任何狀態(tài)下均可采用基本方式運行。

汽機(qìjī)跟隨方式（TF）：鍋爐主控制器處于手動狀態(tài)，控制機組功率，汽機(qìjī)主控制器投入自動，維持主汽壓力。鍋爐跟隨方式（BF）:鍋爐主控制器投入自動，維持主汽壓力；汽機(qìjī)主控制器處于手動狀態(tài)，DEH以負荷控制方式或負荷調(diào)節(jié)方式控制機組負荷。

機爐協(xié)調(diào)方式（COORD）：鍋爐主控制器和汽機(qìjī)主控制器同時投入自動，鍋爐和汽機(qìjī)同時響應負荷指令，并以一種預置的方式去協(xié)調(diào)機、爐運行，使機組負荷和主汽壓力均得到良好的控制。切換(qiēhuàn)條件第二十四頁，共58頁?？刂菩Ч治鲥仩t跟隨控制方式、汽輪機跟隨控制方式和協(xié)調(diào)控制方式通常是可供單元機組控制系統(tǒng)選擇切換的三種基本控制方式。一般說來，協(xié)調(diào)控制方式的控制效果介于鍋爐跟隨控制方式和汽輪機跟隨控制方式之間，使輸出電功率和主汽壓的控制得到兼顧在正常(zhèngcháng)運行條件下，經(jīng)常采用協(xié)調(diào)控制方式，其他控制方式一般起輔助作用或備用?？刂?kòngzhì)方式第二十五頁，共58頁?？刂?kòngzhì)方式根據(jù)主蒸汽壓力給定值的不同，單元機組有定壓與滑壓兩種運行(yùnxíng)方式。它們的協(xié)調(diào)控制方案有所區(qū)別，但協(xié)調(diào)控制的基本原則是相同的。第二十六頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)優(yōu)點：工況穩(wěn)定，負荷響應快，允許較大的變負荷率，控制系統(tǒng)簡單(jiǎndān)缺點：節(jié)流損失大第二十七頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)滑壓運行：機組運行中主汽壓給定值隨負荷而變。優(yōu)點：（1）節(jié)流損失??；（2）汽輪機可保持較高的內(nèi)效率；（3）降低(jiàngdī)了汽輪機的熱應力和熱變形；（4）減少了給泵的功耗缺點：滑壓運行時汽包內(nèi)外壁溫差大，運行時的變負荷速率較低，控制系統(tǒng)較復雜第二十八頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)最大/最小允許負荷(fùhè)限制（MAX/MIN）負荷(fùhè)快速返回（RunBack—RB）負荷指令限制回路按照功能劃分大致上可以分為負荷快速切斷（FastCutBack—FCB）負荷閉鎖增/減（BlockIncrease/Decrease）負荷迫升/迫降（RUNUP/DOWN——RU/RD）第二十九頁，共58頁。I類故障：跳閘或切除（來源明確，根據(jù)切投狀況(zhuàngkuàng)直接確定）II類故障：設備工作(gōngzuò)異常（無法直接確定，根據(jù)運行參數(shù)的偏差間接確定）最大最小負荷限制（是最基本的負荷限制，與主輔機的故障無關）負荷返回（RB）（適用于一類(yīlèi)故障，輔機故障處理）負荷指令閉鎖增減（BI/BD）（適用于二類故障處理）負荷迫升迫降（RU/RD）（適用于二類故障處理）負荷快速切斷（FCB）（適用于一類(yīlèi)故障，主設備故障處理）單元機組主輔機故障類型單元機組負荷指令限制主控系統(tǒng)主輔設備不同，故障類型不同，采用的限制方法不同第三十頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)最大/最小允許負荷限制(xiànzhì)回路（MAX/MIN）保證機組的實際負荷指令不超越(chāoyuè)機組的最大和最小允許負荷值。第三十一頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)負荷快速(kuàisù)返回（RunBack即RB）根據(jù)主要輔機的切投狀況(zhuàngkuàng)，在線地識別與計算出機組的最大可能出力值。若實際負荷指令大于最大可能出力值，則發(fā)生負荷快速返回，將實際負荷指令降至最大可能出力值，同時規(guī)定機組的負荷返回速率。第三十二頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)（1）最大可能出力值的在線識別與計算機組的最大可能出力值與主要輔機的切投狀況(zhuàngkuàng)直接有關。機組的最大可能出力可由投入運行的主要輸機的臺數(shù)確定。對于某一種輔機，每臺都有一個對應機組容量的負荷百分數(shù)。根據(jù)共同運行的臺數(shù)，將它們的負荷百分數(shù)相加，即可確定該種輔機所能承擔的最大可能出力。第三十三頁，共58頁。T050%送風機A在運行(yùnxíng)T050%送風機B在運行(yùnxíng)+送風機所能承擔(chéngdān)的最大可能出力第三十四頁，共58頁。送風機所能承擔的最大可能(kěnéng)出力Δ機組負荷(fùhè)指令H/送風機RB-+第三十五頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)（2）負荷返回速率的規(guī)定當機組發(fā)生負荷快速返回時，為了保證(bǎozhèng)機組在此過程種能夠安全、穩(wěn)定地繼續(xù)運行，必須對最大可能出力值的變化速度進行限制。每種設備對應一種RB速率,當發(fā)生幾種設備RB時,比較取最大者為最終減負荷速率,將機組負荷指令減下來,直到新的負荷指令等于或小于單臺輔機的承受能力。在非協(xié)調(diào)方式下,發(fā)生RB條件雖不能減機組負荷指令,但可以發(fā)出類似RB的信號給FSSS,以便切除若干層給煤機。第三十六頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)<V≯目標負荷(fùhè)(經(jīng)負荷(fùhè)最大/最小限制)機組(jīzǔ)最大可能出力實際負荷指令NO下降速率TRB速率上升速率T正常變負荷速率正常變負荷速率第三十七頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)負荷(fùhè)快速切斷回路（FASTCUTBACK—FCB）當主機(汽輪發(fā)電機)發(fā)生跳閘時，快速切斷負荷指令，維持(wéichí)機組繼續(xù)運行。第三十八頁，共58頁。FCB處理單元機組主設備跳閘故障時的負荷限制，單元機組主設備跳閘故障可發(fā)生在爐、機、電及電網(wǎng)(diànwǎng)側(cè)，F(xiàn)CB限制的是發(fā)電機前后的主設備出現(xiàn)跳閘故障時的負荷，分兩種情況：一、電網(wǎng)(diànwǎng)側(cè)跳閘，發(fā)電機解列，單元機組維持廠用電運行二、發(fā)電機側(cè)跳閘，汽機停運，爐維持最小負荷運行，啟動旁路，維持汽壓，準備重新帶負荷。FCB的限制回路實現(xiàn)結(jié)合在RB回路中考慮由于實際中，F(xiàn)CB時降負荷過大，所以這種負荷限制功能很難實現(xiàn)，一般就由FSSS系統(tǒng)當作保護來處理。主控系統(tǒng)(xìtǒng)第三十九頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)負荷閉鎖(bìsuǒ)增／減回路（BlockINC/DEC）對主要運行參數(shù)的偏差大小和方向進行監(jiān)視。如果其中任何一個超出規(guī)定限值，則根據(jù)偏差的方向，對實際負荷指令實施增或減方向的閉鎖，以防止故障危害的進一步擴大(kuòdà)，直至偏差回到規(guī)定限值內(nèi)才解除閉鎖。第四十頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)第一類故障和第二類故障第一類故障：設備跳閘或切除(qiēchú)，可直接識別第二類故障：設備工作異常，無法直接識別運行(yùnxíng)參數(shù)監(jiān)視第四十一頁，共58頁。主控系統(tǒng)(xìtǒng)機組在實際運行過程中，一些不明原因可能造成執(zhí)行機構工作到極限狀態(tài)，如燃燒器噴嘴堵塞、風機擋板(dǎnɡbǎn)卡澀、給水調(diào)節(jié)機構故障等，這類故障屬設備工作異常情況，即II類故障。具體處理時，由于造成這類故障的因素不能直接識別，但一般這類故障會造成參數(shù)的偏差增大（主要為燃料量、送風量、給水流量），通過對參數(shù)的偏差進行監(jiān)視來對實際目標負荷指令實施增或減方向的閉鎖（當定值減實際值偏差變大越限時，為防止實際值進一步變小，使偏差進一步變大越限，實施增閉鎖。反之則實施減閉鎖。因為機組負荷減小，運行參數(shù)增加。），以防止故障危害的進一步擴大，直至偏差回到規(guī)定值時解除閉鎖閉鎖邏輯由參數(shù)偏差來產(chǎn)生第四十二頁，共58頁。¨

燃料量為最大值¨

送風機指令為最大值¨

送風機送風量比極限值高一個預定(yùdìng)值¨

引風機指令為最大值¨

給水流量比設定值小一個預定(yùdìng)值¨

給水指令在最大¨

汽機調(diào)門位置在最大¨

機組指令比實發(fā)功率大一定值¨

機前壓力比設定值低一定值(暫定1MPa)¨

燃料量比設定值低一定值¨

風量比設定值低一定值¨

爐膛壓力比設定值低一定值¨

爐膛壓力比設定值高一定值¨

機組指令達上限幅在下列情況下機組負荷指令(zhǐlìng)閉鎖增:第四十三頁，共58頁。在下列情況下機組負荷指令(zhǐlìng)閉鎖減:¨

燃料(ránliào)量在最低點¨

兩臺電泵的指令都在最低點¨

機前壓力比設定值高一定值(暫定0.5MPa)¨

實發(fā)MW比機組指令高一定值¨

燃料(ránliào)量比設定值高一定值¨

給水流量比設定值高一定值¨

爐膛壓力比設定值高一定值¨

爐膛壓力比設定值低一定值¨

風量在最低點¨

機組負荷指令達低限幅¨

兩臺送風機的指令都在最低點¨

汽機調(diào)門開度在最低點¨

引風機指令在最低點第四十四頁，共58頁。在一些特殊情況下，機組運行值班員可通過CRT上的GO/HOLD按鈕的操作，強制使機組處于負荷保持狀態(tài)(zhuàngtài)。當按下HOLD時，同時發(fā)生閉鎖增和閉鎖減。主控系統(tǒng)(xìtǒng)第四十五頁，共58頁。除氧器水位(shuǐwèi)控制簡介第四十六頁，共58頁。如圖所示，凝水經(jīng)過凝結(jié)水泵升壓(shēnɡyā)，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水。除氧器貯水箱中的水由給水泵升壓(shēnɡyā)，成為給水，送往3、2、1號高加，在高加出口，設有流量元件，用于測量進入鍋爐汽包的給水量。第四十七頁，共58頁。二、系統(tǒng)(xìtǒng)的任務，影響除氧器水位的因素及控制手段1．任務該系統(tǒng)(xìtǒng)的任務是維持氧除器的水位為設定值。氧除器的水位過高會影響汽輪機安全運行（汽機進水），氧除器的水位過低，則可能導致給水泵汽蝕，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（以及進入除氧器的輔汽量）d.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、抽汽和疏水是進入除氧器的質(zhì)量，當進入和流出不平衡時，則導致除氧器水位變化。第四十八頁，共58頁。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(shuǐliànɡ)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(shuǐliànɡ)。在本系統(tǒng)中，將通過控制除器水位控制閥（又稱凝結(jié)水量(shuǐliànɡ)控制閥）的開度，控制進入除氧器的凝結(jié)水流量，繼而控制除氧器水位。第四十九頁，共58頁。三、控制(kòngzhì)原理第五十頁，共58頁。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）設定值SP由運行人員在M/A站上設定。（3）當給水流量小于30％時，由單沖量（1E）PI調(diào)節(jié)器①自動控制水位，最終使PV＝SP。（4）當負荷大于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PID②根據(jù)流量元件測得的凝結(jié)水流量反饋信號的變化，自動地改變除氧器水位控制閥的開度，隨時(suíshí)使凝結(jié)水流量與其設定值相一致，這樣有利于克服凝結(jié)水量的自發(fā)擾動