熱工控制系統(tǒng)第十二章單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一引言（一）基本概念

單元機組在處理滿足負荷要求并同時維持機組主要運行參數(shù)穩(wěn)定這兩個問題時，是將機爐作為一個整體來看待的。然而汽機、鍋爐實際上又是相對獨立的，它們通過各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪機調(diào)節(jié)閥開度、鍋爐燃燒率，滿足電網(wǎng)負荷的要求并保持機組主要參數(shù)（主蒸汽壓力）的穩(wěn)定，但它們能力不盡相同，差異較大。

當(dāng)前隨著大型發(fā)電機組的日益增多，大容量機組的汽機和鍋爐都是組成單元制熱力系統(tǒng)。

若在單元機組控制系統(tǒng)設(shè)計中，充分考慮它們差異，以及各自特點，采取某些措施（如引入某些前饋信號、協(xié)調(diào)信號），讓機爐同時按照電網(wǎng)負荷要求變化，接收外部負荷指令，根據(jù)主要運行參數(shù)偏差，協(xié)調(diào)地進行控制，從而在滿足電網(wǎng)負荷要求同時保持主要運行參數(shù)穩(wěn)定，這樣控制系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）。

單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。處于上位級的機爐協(xié)調(diào)級，也叫作單元機組主控系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)，風(fēng)量控制系統(tǒng)，汽輪機功率/頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)。單元機組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機爐控制器動作的鍋爐指令和汽機指令。局部控制級的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成指定的控制任務(wù)。協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

負荷管理中心結(jié)構(gòu)圖

WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE--++++++μBμTp0pT機爐協(xié)調(diào)控制器控制對象（二）機組控制對象分析鍋爐和汽輪機在響應(yīng)外界負荷時的動態(tài)特性存在很大差異。主蒸汽壓力反映機爐內(nèi)部的能量是否平衡，實發(fā)功率表征發(fā)電機組與外部電網(wǎng)是否平衡。WpB(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)PEpT++++μBμTP:功率p：壓力二機、爐主控制器機、爐主控制器是單元機組的控制機構(gòu)，它的主要功能是根據(jù)機組的運行條件和要求，運行人員可以選擇鍋爐跟隨、汽輪機跟隨及協(xié)調(diào)等控制方式，給出合理的控制方案提供機組全面的協(xié)調(diào)控制。（一）分開控制1、爐跟機（BFboilerfollowingturbine）爐跟機的特點：負荷適應(yīng)性強，機組穩(wěn)定性差WT2(s)WpB(s)WT1(s)WPT(s)WPB(s)WpT(s)P0PE--++++++μBμTp0pT原理框圖2、機跟爐（TF）機跟爐的特點：機組穩(wěn)定性強，負荷適應(yīng)性差。WT1(s)WPT(s)WT2(s)WpB(s)WpT(s)WPB(s)p0P0PEpT--++++++μBμT原理框圖（二）協(xié)調(diào)控制方式

目前，各種不同單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計，都是從處理快速負荷響應(yīng)和主要參數(shù)運行穩(wěn)定這一矛盾出發(fā)的，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋回路或前饋信號的不同進行分類。1、按反饋回路分類

按反饋回路分類可以將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和汽機跟隨（鍋爐基本）以為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。（1）以爐跟機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CBF：

特點：（2）以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式CTF特點：2、前饋控制在機爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用（1）直接能量平衡（DEBdirectenergybalance）

按蒸汽流量需求進行的前饋控制若系統(tǒng)在鍋爐跟隨方式下，負荷指令由汽輪機手動控制或由DEH就地控制，P0跟蹤機組實際功率，P0=PE，而PE是被調(diào)量，不能主動反映負荷需求的變化，這時再用P0作前饋就失去了“前饋”的意義。這時，通常采用蒸汽流量需求信號作為鍋爐的前饋信號。蒸汽流量需求是汽輪機希望消耗的能量，用此信號可保持汽輪機耗能與鍋爐產(chǎn)能隨時平衡，從而改善機組的負荷響應(yīng)。汽輪機對鍋爐的能量需求信號也稱能量平衡信號。p1大體上代表汽輪機的進汽量，可以作為對鍋爐的能量需求信號。缺點：僅采用p1作為前饋信號，當(dāng)鍋爐側(cè)內(nèi)擾時，將對汽壓pT造成動態(tài)正反饋。如：燃燒率擾動使主汽壓增加時，即使調(diào)門開度不變，調(diào)節(jié)級壓力p1也增加，如果直接把p1作為前饋信號直接作用于鍋爐，就會使燃燒率進一步增加。因此，若采用p1作為前饋信號，就必須對其進行修正。具有壓力比修正的能量平衡信號當(dāng)鍋爐內(nèi)擾引起進入汽輪機的蒸汽量變化時，p1/pT可保持不變。這樣就消除了內(nèi)擾影響?；瑝哼\行時由于p0的變化，該信號同樣有效。（2）直接指令平衡控制系統(tǒng)DIB（間接能量平衡IEB）（三）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計不同，所供選擇的工作方式也有所區(qū)別。但是，一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都具有下列五種工作方式：（１）方式I－－機爐協(xié)調(diào)控制方式

適用:機組運行情況良好,帶變動負荷。機爐參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所可以直接改變機組負荷，機組運行人員也可以改變機組輸出功率，機爐自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)都投入運行。（２）方式II－－汽機跟隨鍋爐而汽機輸出功率可調(diào)方式

鍋爐、汽機自動，機組不參加電網(wǎng)調(diào)頻，調(diào)度所也不直接改變機組負荷。只有機組運行人員可以改變機組給定功率，機組輸出功率能自動保持=給定功率。（３）方式III－－汽機跟隨鍋爐而機組輸出功率不可調(diào)節(jié)方式

（４）方式IV－－鍋爐跟隨汽機輸出功率不可調(diào)節(jié)方式

鍋爐工作正常，汽機部分設(shè)備工作異常，不接受外部負荷指令，鍋爐燃燒率處于自動狀態(tài)，維持機前壓力。汽機主控制器處于手動狀態(tài)。（５）方式V－－手動控制方式

鍋爐和汽機都處于“手動”，單元機組的運行由運行人員手動操作，主控制系統(tǒng)中的負荷要求指令P0

跟蹤機組的實際出力，為投入自動作好準備。

汽機運行正常，鍋爐部分設(shè)備有故障，機組維持它本身實際輸出功率，不接受任何外部負荷要求指令。自動調(diào)節(jié)的主要目的是維持鍋爐繼續(xù)運行，以便排除鍋爐的部分故障。此時只是汽機調(diào)節(jié)閥處于自動控制，鍋爐燃燒率處于手動控制。（一）負荷管理控制中心基本原理三負荷指令處理1、負荷指令運算環(huán)節(jié)負荷指令處理的主要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的負荷指令或機組運行人員指令以及機組主輔機運行情況，處理成適合于機爐運行狀態(tài)的實際負荷指令P0

。2、負荷指令限制環(huán)節(jié)（1）最大/最小負荷限制環(huán)節(jié)機組最大可能出力與主要輔機的投切狀況有關(guān)。主要輔機故障切除時，機組最大可能出力值減小，為了保證機組能量力而行，應(yīng)根據(jù)輔機運行情況，計算最大可能出力值，作為機組負荷上限。如有的機組以運行中的摩煤機臺數(shù)來計算機組最大可能出力。（2）負荷快速返回RB

機組運行過程中，當(dāng)機組的主要輔助設(shè)備突然發(fā)生故障，造成機組承擔(dān)負荷能力下降時，就要求機組的負荷指令處理裝置將機組的實際負荷指令下降到機組所能承擔(dān)的水平，這種輔機故障引起的機組實際負荷指令的快速下降，稱為快速返回，簡稱RB（RUNBACK）引起RB的輔機有：送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、一次風(fēng)機、空氣預(yù)熱器等（3）負荷增/減閉鎖（BLOCKI/D）引起機組閉鎖的原因：1）第二類故障：指運行中存在的可能導(dǎo)致機組實際負荷的增減受到限制，但又不能立即加以識別的故障因素。例如：燃燒器噴嘴堵塞、風(fēng)機擋板卡澀、執(zhí)行器連桿折斷、給水調(diào)節(jié)機構(gòu)故障等。2）各輔機的動作速率不一致或負荷指令變化過快。負荷指令增/減閉鎖實現(xiàn)方案（4）負荷迫升/迫降（RUNUP/RUNDOWN）對于第二類故障，除采取負荷增/減閉鎖措施外，通常還可能進一步采取迫升