單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)

電廠熱工過程自動調(diào)節(jié)主講人孫國強(qiáng)黑龍江電力職工大學(xué)單元機(jī)組負(fù)荷

自動控制系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)機(jī)爐負(fù)荷控制第三節(jié)機(jī)爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制的典型方案第四節(jié)負(fù)荷指令管理第一節(jié)概述一、單元機(jī)組負(fù)荷控制的特點和任務(wù)二、單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)的基本組成三、單元機(jī)組負(fù)荷控制對象的動態(tài)特性一、單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)的特點和任務(wù)：1.特點：

鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)是一個不可分割的整體，是一個聯(lián)合的被控對象。2.任務(wù)：

在保證主蒸汽壓力偏差在允許范圍內(nèi)的前提下，使機(jī)組的輸出電功率盡快適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化的需要和有一定的調(diào)頻能力。二、單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)的基本組成1.負(fù)荷指令管理部分的作用：

對外部負(fù)荷要求指令進(jìn)行選擇并加以處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)閱卧獧C(jī)組設(shè)備負(fù)荷能力、安全運(yùn)行所能接受的實際負(fù)荷指令P0，并作為功率給定值信號。2.機(jī)爐負(fù)荷控制部分的作用：

根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行條件及要求，選擇合適的負(fù)荷控制方式，按實際負(fù)荷指令P0，以及機(jī)組的功率偏差(PE-P0)和主蒸汽壓力偏差(pT-p0)進(jìn)行控制運(yùn)算，分別產(chǎn)生對機(jī)、爐側(cè)的控制作用。作為機(jī)、爐有關(guān)子控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作的指揮信號，分別稱為汽輪機(jī)主控指令MT和鍋爐主控指令MB。

外部負(fù)荷要求指令

（目標(biāo)負(fù)荷指令）

汽壓給定值p0P0(實際負(fù)荷指令)

主汽壓pT

輸出電功率PE

(鍋爐主控制指令)MB

MT(汽輪機(jī)主控制指令)

操作端

鍋

爐

汽輪發(fā)電機(jī)閥門給水空氣燃料協(xié)調(diào)控制級

基礎(chǔ)控制級

單元機(jī)組負(fù)荷指令管理部分負(fù)荷指令控制部分鍋爐負(fù)荷子控制系統(tǒng)汽機(jī)負(fù)荷子控制系統(tǒng)三、單元機(jī)組負(fù)荷控制對象的動態(tài)特性

MBMTμB

pTμTPE

燃料蒸汽

空氣去電網(wǎng)

給水

單元機(jī)組汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)鍋爐鍋爐子控制系統(tǒng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)1.鍋爐燃燒率（及相應(yīng)的給水流量）μB擾動下主蒸汽壓力pT和輸出電功率PE的動態(tài)特性

根據(jù)階躍響應(yīng)曲線的特征參數(shù)，可以求得對應(yīng)的傳遞函數(shù)：2.汽輪機(jī)調(diào)門開度μT擾動下主蒸汽壓力pT和輸出電功率PE的動態(tài)特性

根據(jù)階躍響應(yīng)曲線的特征參數(shù)，可以求得對應(yīng)的傳遞函數(shù)：3.負(fù)荷控制對象的動態(tài)特性的特點:當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門動作時,兩個被控量PE和pT的響應(yīng)均很快；當(dāng)鍋爐燃燒率(及相應(yīng)的給水流量)改變時,PE和pT的響應(yīng)都很慢.4.負(fù)荷控制對象的方框圖表示第二節(jié)機(jī)爐負(fù)荷控制一、負(fù)荷控制的基本原則及方案二、負(fù)荷控制方式三、負(fù)荷前饋控制一、負(fù)荷控制的基本原則及方案1.基本原則：

在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，充分利用機(jī)組的蓄熱能力，通過汽輪機(jī)調(diào)門的適當(dāng)動作，允許汽壓有一定波動而釋放或吸收部分蓄熱,加快機(jī)組初期負(fù)荷的響應(yīng)速度。同時，加強(qiáng)對鍋爐側(cè)燃燒率的調(diào)節(jié),即使恢復(fù)蓄能,使鍋爐蒸發(fā)量保持與機(jī)組負(fù)荷一致。2.方案：

基本方案是帶有非線性控制環(huán)節(jié)的，以前饋—反饋控制為主的多變量協(xié)調(diào)控制方案。反饋控制的作用：確保機(jī)組內(nèi)、外兩個能量供求平衡關(guān)系，以及實現(xiàn)各種負(fù)荷控制方式的切換。前饋控制的作用：補(bǔ)償機(jī)組的動態(tài)遲延，加快負(fù)荷響應(yīng)，同時也為了保證有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值與指令一致，以及動態(tài)變化值始終在其穩(wěn)態(tài)值附近。非線性控制環(huán)節(jié)的作用：保證充分利用蓄熱能力，并使汽壓不超過允許的范圍。二、負(fù)荷控制方式

（一）機(jī)爐分別控制方式

1.鍋爐跟隨方式2.汽機(jī)跟隨方式3.其它方式（二）機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式

1.以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式2.以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式3.綜合型協(xié)調(diào)控制方式

1)工作原理：由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)組輸出電功率、鍋爐調(diào)節(jié)汽壓。

2)特點：

有較好的負(fù)荷適應(yīng)性，對帶變動負(fù)荷及電網(wǎng)調(diào)頻有利。pT波動大，不利于機(jī)組的安全和穩(wěn)定。μB擾動時，加劇汽壓的波動。

3)適用條件：用于蓄熱能力相對較大的中、小型汽包鍋爐機(jī)組及母管制運(yùn)行機(jī)組。當(dāng)鍋爐設(shè)備運(yùn)行正常，機(jī)組的輸出電功率因汽輪機(jī)設(shè)備上的原因而受到限制時，可采用鍋爐跟隨方式。（一）機(jī)爐分別控制方式1.鍋爐跟隨方式單元機(jī)組鍋爐跟隨方式示意圖鍋爐

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網(wǎng)汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)鍋爐子控制系統(tǒng)控制器鍋爐主主控制器汽輪機(jī)P0+P0+

汽輪機(jī)

發(fā)電機(jī)2.汽輪機(jī)跟隨方式

1)工作原理：由鍋爐調(diào)節(jié)機(jī)組輸出電功率、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽壓。

2)特點：

pT波動小，有利于機(jī)組的安全和穩(wěn)定。適應(yīng)負(fù)荷能力差，不利于帶變動負(fù)荷及電網(wǎng)調(diào)頻。μB擾動時，加劇蒸汽流量的變化，造成較大的輸出電功率波動。

3)適用條件：單元機(jī)組承擔(dān)基本負(fù)荷。當(dāng)汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行正常，機(jī)組的輸出電功率因鍋爐設(shè)備上的原因而受到限制時，可采用汽輪機(jī)跟隨方式。單元機(jī)組汽輪機(jī)跟隨方式示意圖

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網(wǎng)

汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)鍋爐鍋爐子控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制器鍋爐主主控制器汽輪機(jī)P0+P0+發(fā)電機(jī)4）鍋爐跟隨和汽輪機(jī)跟隨方式的主要優(yōu)缺點比較擾動量被控量控制方式3.其它控制方式不帶功率控制的鍋爐跟隨方式不帶功率控制的汽輪機(jī)跟隨方式基礎(chǔ)控制方式

1)工作原理：功率由汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)，最終使PE和P0一致；汽壓由鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)共同調(diào)節(jié)，最終由鍋爐側(cè)保證pT和p0相等。

2)特點：

以降低輸出電功率的響應(yīng)性能作為代價來換取汽壓控制質(zhì)量的提高。減緩了汽壓的波動，減緩了輸出電功率的響應(yīng)速度。（二）機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式1.以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網(wǎng)

汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)鍋爐鍋爐子控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制器鍋爐主主控制器汽輪機(jī)P0+P0+發(fā)電機(jī)

1)工作原理：由汽輪機(jī)側(cè)控制汽壓pT為給定值p0；功率由鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)共同調(diào)節(jié)，最終由鍋爐側(cè)保證輸出電功率PE與負(fù)荷指令P0一致。

2)特點：

以加大汽壓偏差作為代價來換取功率響應(yīng)速度的提高。功率響應(yīng)加快，汽壓偏差加大。2.以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網(wǎng)

汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)鍋爐鍋爐子控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制器鍋爐主主控制器汽輪機(jī)P0+P0+發(fā)電機(jī)

1)工作原理：汽輪機(jī)側(cè)和鍋爐側(cè)共同保證輸出電功率PE與負(fù)荷指令P0一致，控制汽壓pT恢復(fù)為給定值p0。負(fù)荷指令P0改變時，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程。當(dāng)汽壓產(chǎn)生偏差時，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程。

2)特點：

能較好地保持機(jī)組內(nèi)、外兩個能量供求的平衡關(guān)系，具有較好的負(fù)荷適應(yīng)性能和汽壓控制性能。3.綜合型協(xié)調(diào)控制方式綜合型協(xié)調(diào)控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網(wǎng)

汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)鍋爐鍋爐子控制系統(tǒng)汽輪機(jī)控制器鍋爐主主控制器汽輪機(jī)P0+P0+發(fā)電機(jī)（三）負(fù)荷控制效果分析

協(xié)調(diào)控制方式介于鍋爐跟隨方式和汽輪機(jī)跟隨方式之間。是帶變動負(fù)荷或具有調(diào)頻、調(diào)峰功能的單元機(jī)組在正常運(yùn)行條件下采用的一種控制方式000tttP0PEpT1223311—鍋爐跟隨方式2—汽輪機(jī)跟隨方式3—協(xié)調(diào)方式（四）負(fù)荷控制方式的實現(xiàn)ΔT1

鍋爐主控制器T2ΔT4T3

汽輪機(jī)主控制器A/MA/MpTp0PEP0MBMT負(fù)荷控制方式切換的邏輯注:M—手動;A—自動;1—通;0—斷;×—任意.四、負(fù)荷前饋控制

1.作用:補(bǔ)償被控對象動態(tài)特性的遲延和慣性，加快負(fù)荷響應(yīng)。作為前饋信號的負(fù)荷指令與機(jī)、爐主控制指令構(gòu)成靜態(tài)關(guān)系，是機(jī)、爐主控指令的基本組成部分，保證機(jī)組的輸入能量與能量的需求基本一致，在變負(fù)荷控制過程中起“粗調(diào)”作用。

2.前饋作用的規(guī)律:

在鍋爐側(cè)，采用比例作用（靜態(tài)反饋）、微分作用（動態(tài)反饋），加強(qiáng)鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)。在汽輪機(jī)側(cè)，采用比例作用（靜態(tài)反饋）。

3.前饋信號的來源:按負(fù)荷指令進(jìn)行的前饋控制。按蒸汽流量進(jìn)行的前饋控制。（一）按負(fù)荷指令進(jìn)行的前饋控制

在前饋的基礎(chǔ)上，反饋控制只需對偏差稍加校正，即可使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，一定程度上克服了反饋控制需待偏差產(chǎn)生后才發(fā)出控制作用的缺點，使負(fù)荷控制質(zhì)量大為提高。

MBMTpT

PEP0P0負(fù)荷反饋控制部分PPD

+

+

+

+

+

+

_

_（二）按蒸汽流量進(jìn)行的前饋控制1.采用壓力比修正的能量平衡信號2.采用壓力差修正的能量平衡信號

MBMTpT

PEP0P0負(fù)荷反饋控制部分PPD

+

+

+

+

+

+

_

_×÷