1、第一節第一節 協調控制系統的基本概念協調控制系統的基本概念第二節第二節 協調控制系統的基本方案分析協調控制系統的基本方案分析第三節第三節 單元機組協調控制系統實例分析單元機組協調控制系統實例分析第四節第四節 協調控制系統的整定協調控制系統的整定第一節協調控制系統的基本概念第一節協調控制系統的基本概念 一、基本概念一、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穩定這兩個問題時，是將機爐作為一個整體來看待的。然而汽機、穩定這兩個問題時，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，它們通過各自的調節手段，如

2、汽輪鍋爐實際上又是相對獨立的，它們通過各自的調節手段，如汽輪機機調節閥開度調節閥開度、鍋爐燃燒率鍋爐燃燒率，滿足電網負荷的要求并保持機組主，滿足電網負荷的要求并保持機組主要參數（主蒸汽壓力）的穩定，但它們能力不盡相同，差異較大。要參數（主蒸汽壓力）的穩定，但它們能力不盡相同，差異較大。 當前隨著大型發電機組的日益增多，大容量機組的汽機和鍋當前隨著大型發電機組的日益增多，大容量機組的汽機和鍋爐都是組成單元制熱力系統。爐都是組成單元制熱力系統。 若在單元機組控制系統設計中，充分考慮它們差異，以及各若在單元機組控制系統設計中，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、協調信號

3、），讓自特點，采取某些措施（如引入某些前饋信號、協調信號），讓機爐同時按照電網負荷要求變化，接收外部負荷指令，根據主要機爐同時按照電網負荷要求變化，接收外部負荷指令，根據主要運行參數偏差，協調地進行控制，從而在滿足電網負荷要求同時運行參數偏差，協調地進行控制，從而在滿足電網負荷要求同時保持主要運行參數穩定，這樣控制系統稱為保持主要運行參數穩定，這樣控制系統稱為協調控制系統協調控制系統。負荷指令負荷指令處理回路處理回路機爐主控機爐主控制器回路制器回路 ADS ADS指令指令 頻差信號頻差信號 值班員指令值班員指令LDLDP PB BPP圖圖12-1 12-1 單元機組協調控制系統組成原理示意圖單

4、元機組協調控制系統組成原理示意圖 機爐主控制回路除接受負荷指令信號外，還接受主蒸汽壓力機爐主控制回路除接受負荷指令信號外，還接受主蒸汽壓力信號根據這兩個信號的偏差，改變汽機調節閥的開度和鍋爐的燃信號根據這兩個信號的偏差，改變汽機調節閥的開度和鍋爐的燃燒率。燒率。 協調控制系統是由負荷指令處理回路和機爐主控制回路這兩協調控制系統是由負荷指令處理回路和機爐主控制回路這兩部分組成。部分組成。 負荷指令處理回路接受中央調度所指令、值班員指令和頻率偏負荷指令處理回路接受中央調度所指令、值班員指令和頻率偏差信號，通過選擇和運算，再根據機組的主輔機實際的運行情況，差信號，通過選擇和運算，再根據機組的主輔機實

5、際的運行情況，發出負荷指令。發出負荷指令。二、協調控制系統的分類二、協調控制系統的分類 目前，各種不同單元機組協調控制系統的設計，都是從處理目前，各種不同單元機組協調控制系統的設計，都是從處理快速負荷響應和主要參數運行穩定這一矛盾出發的，一般協調控快速負荷響應和主要參數運行穩定這一矛盾出發的，一般協調控制系統可按反饋或前饋回路的不同進行分類。制系統可按反饋或前饋回路的不同進行分類。（一）按反饋回路分類（一）按反饋回路分類 按反饋回路分類可以將協調控制系統分為以按反饋回路分類可以將協調控制系統分為以汽機跟隨（鍋爐汽機跟隨（鍋爐基本）基本）為基礎的協調控制系統和以為基礎的協調控制系統和以鍋爐跟隨（

6、汽機基本）鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎為基礎的協調控制系統。的協調控制系統。 1 1、以汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎的協調控制系統：、以汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎的協調控制系統： WT2(S)WT1(S)F(X)P0p0+-+pTPEM-T T 如上圖所示，汽機跟隨（鍋爐基本）控制系統構成包括如上圖所示，汽機跟隨（鍋爐基本）控制系統構成包括汽輪汽輪機側的主蒸汽壓力控制系統機側的主蒸汽壓力控制系統和和鍋爐側機組功率控制系統鍋爐側機組功率控制系統。 鍋爐調節器鍋爐調節器W WT2T2(S)(S)接受功率給定和功率反饋信號，當機組負荷接受功率給定和功率反饋信號，當機組負荷發生變化時，首先通過鍋爐調節器發

7、生變化時，首先通過鍋爐調節器W WT2T2(S)(S)控制燃料量（此時給水和控制燃料量（此時給水和送粉也應相應調整）。送粉也應相應調整）。 待機前壓力待機前壓力p pT T改變后，再按機前壓力與給定值的偏差，通過改變后，再按機前壓力與給定值的偏差，通過汽機調節器汽機調節器W WT1T1(S)(S)改變汽輪機調節閥的開度，從而改變機組功率。改變汽輪機調節閥的開度，從而改變機組功率。 如圖如圖12-212-2所示，功率偏差信號（所示，功率偏差信號（P P 0 0P P E E）可以看作是暫時改）可以看作是暫時改變的汽機調節器的給定值，當（變的汽機調節器的給定值，當（P P 0 0P P E E）

8、0 0時，汽機調節器發出時，汽機調節器發出開大調節閥的指令，增加輸出功率，反之亦然，當開大調節閥的指令，增加輸出功率，反之亦然，當F(x)F(x)0 0時，前時，前饋作用不存在。饋作用不存在。 顯然，由于鍋爐側調節有較大的慣性，且汽輪機側保持主汽顯然，由于鍋爐側調節有較大的慣性，且汽輪機側保持主汽壓力穩定時沒有利用機組蓄能，所以在負荷需求變化時機組響應壓力穩定時沒有利用機組蓄能，所以在負荷需求變化時機組響應較慢，但采用汽機的調節閥來控制主汽壓力，使汽壓波動較小。較慢，但采用汽機的調節閥來控制主汽壓力，使汽壓波動較小。 汽機跟隨（鍋爐基本）為基礎的協調控制系統，可以在汽機汽機跟隨（鍋爐基本）為基

9、礎的協調控制系統，可以在汽機調節器前，加入功率偏差的前饋信號。調節器前，加入功率偏差的前饋信號。原理：利用鍋爐蓄能，同時允許汽壓在一定范圍內波動。原理：利用鍋爐蓄能，同時允許汽壓在一定范圍內波動。WT2(S)WT1(S)F(X)p0P0+-pTPEMT T+-+-2 2、以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎的協調控制系統：、以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎的協調控制系統： 如上圖如上圖, , 基本構成基本構成: :兩個反饋調節系統，即汽機側的兩個反饋調節系統，即汽機側的機組功率機組功率控制系統控制系統和鍋爐側的和鍋爐側的主汽壓力控制系統主汽壓力控制系統。 基本工作原理基本工作原理: :汽機調節器汽機調節器

10、W WT1T1(S)(S)接受功率給定值與實發功率接受功率給定值與實發功率反饋信號，根據它們之間的偏差，調節汽機調節閥開度，從而改反饋信號，根據它們之間的偏差，調節汽機調節閥開度，從而改變進汽量使發電機輸出功率迅速滿足負荷要求。鍋爐調節器變進汽量使發電機輸出功率迅速滿足負荷要求。鍋爐調節器W WT2T2(S)(S)接受機前壓力定值與機前壓力反饋信號，根據它們之間的偏差，接受機前壓力定值與機前壓力反饋信號，根據它們之間的偏差，調整燃料量從而保證主汽壓力的穩定。調整燃料量從而保證主汽壓力的穩定。 由于機組功率對汽機側調節作用的響應迅速，當負荷要求變化由于機組功率對汽機側調節作用的響應迅速，當負荷要

11、求變化時，本系統通過改變汽機調節閥開度，充分利用機組蓄能，就可時，本系統通過改變汽機調節閥開度，充分利用機組蓄能，就可以得到機組功率的快速響應。以得到機組功率的快速響應。 但以犧牲主汽壓力穩定為代價，又因為在鍋爐側調節作用下，但以犧牲主汽壓力穩定為代價，又因為在鍋爐側調節作用下，主汽壓力的響應有較大慣性。主汽壓力的響應有較大慣性。 所以，在鍋爐跟隨系統中，快速的功率響應和較大的主汽壓所以，在鍋爐跟隨系統中，快速的功率響應和較大的主汽壓力偏差是同時存在的，這就是鍋爐跟隨系統的特點。力偏差是同時存在的，這就是鍋爐跟隨系統的特點。 為了減小主汽壓力的波動，以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎的為了減小主汽壓

12、力的波動，以鍋爐跟隨（汽機基本）為基礎的協調控制系統可以采用協調控制系統可以采用機前壓力的定值機前壓力的定值與與機前壓力的反饋值之間機前壓力的反饋值之間的的偏差信號，通過函數模塊偏差信號，通過函數模塊F(X)F(X)，作用在汽機調節器的輸出端。當汽，作用在汽機調節器的輸出端。當汽壓偏差超過非線性模塊不靈敏區壓偏差超過非線性模塊不靈敏區 時，汽機調節器發出調節閥開度時，汽機調節器發出調節閥開度指令將受到限制。指令將受到限制。 （二）、按前饋回路分類（二）、按前饋回路分類 單元機組負荷控制系統的任務之一是保證汽機鍋爐之間能量供單元機組負荷控制系統的任務之一是保證汽機鍋爐之間能量供求關系的平衡，為了

13、改善控制系統的性能，增設了前饋回路，使能求關系的平衡，為了改善控制系統的性能，增設了前饋回路，使能量的失衡限制在較小的范圍之內，下面介紹兩種基本的前饋回路方量的失衡限制在較小的范圍之內，下面介紹兩種基本的前饋回路方案。案。1 1、按指令信號間接平衡的協調控制系統：、按指令信號間接平衡的協調控制系統： 圖圖12-412-4是指令信號間接平衡協調控制系統的原理圖，系統的特是指令信號間接平衡協調控制系統的原理圖，系統的特點是用指令間接平衡機爐之間的能量關系，屬于以點是用指令間接平衡機爐之間的能量關系，屬于以汽機跟隨汽機跟隨為基礎為基礎的協調控制系統。的協調控制系統。 d dd dPIPII I鍋爐主

14、控鍋爐主控燃燒率指燃燒率指令令汽機調節閥汽機調節閥開度指令開度指令p p0 0P PE EP P0 0p pT T+ + + + + + + +- - - - -+ +圖圖12-4 12-4 按指令信號間接平衡的協調控制系統按指令信號間接平衡的協調控制系統 返回返回2626 汽機調節器汽機調節器PIPI任務是維持機前壓力任務是維持機前壓力P PT T 等于給定值等于給定值P P0 0 ，但在負，但在負荷變化過程中，要利用功率偏差（荷變化過程中，要利用功率偏差（P P0 0P PE E）信號修正汽壓給定值，）信號修正汽壓給定值，以便利用鍋爐蓄熱量。以便利用鍋爐蓄熱量。 由圖由圖12-412-4可

15、見，汽機調節器入口輸入信號的平衡關系為：可見，汽機調節器入口輸入信號的平衡關系為： （1+1+S S）P P0 0 P PE EK KP P（p pT Tp p0 0）0 0 S S微分算子微分算子 K KP P加法器中比例系數加法器中比例系數 穩態時為：穩態時為：0100EPTPPKpp式中：式中： 由此可見，汽機功率控制回路實際上是一個汽壓控制系統，功由此可見，汽機功率控制回路實際上是一個汽壓控制系統，功率的偏差信號是汽機調節回路的前饋信號，它用來修正壓力給定值。率的偏差信號是汽機調節回路的前饋信號，它用來修正壓力給定值。當功率給定值當功率給定值P P0 0 增加時，實際壓力給定值低于給定

16、值增加時，實際壓力給定值低于給定值p p0 0，調節器將，調節器將發出開大調節閥指令，增大實發功率。發出開大調節閥指令，增大實發功率。 鍋爐燃燒率指令送往鍋爐各子系統（燃料和送風系統）。由鍋爐燃燒率指令送往鍋爐各子系統（燃料和送風系統）。由圖圖12-412-4可見，燃燒率指令可見，燃燒率指令P PM M 為：為：EpTpMPPSPKppKPSP0001011式中：式中：K KP1P1 、K KP P比例系數比例系數S S微分算子微分算子 功率定值功率定值P P0 0 比例微分是前饋信號，微分在動態過程中加強燃比例微分是前饋信號，微分在動態過程中加強燃燒率指令，以補償機爐之間對負荷響應速度差異，

17、穩態時汽壓偏差燒率指令，以補償機爐之間對負荷響應速度差異，穩態時汽壓偏差（p p0 0p pT T）信號為零，它在動態過程中有適當修正燃燒率指令作用。）信號為零，它在動態過程中有適當修正燃燒率指令作用。汽機調節閥汽機調節閥開度指令開度指令p pT Tp p0 0p1p1P0P0PEPE+ +- -I IPIPII Id dd dp p鍋爐鍋爐燃燒率指令燃燒率指令+ + + + + +- - -圖圖12-5 12-5 能量直接平衡協調控制系統原理圖能量直接平衡協調控制系統原理圖 2 2、能量直接平衡協調控制系統：、能量直接平衡協調控制系統： 系統屬于以系統屬于以鍋爐跟隨鍋爐跟隨為基礎的協調控制系

18、統。為基礎的協調控制系統。主要特點主要特點: : 能量平衡信號能量平衡信號p p1 1/p/pT T 取代功率給定信號取代功率給定信號P P0 0，作，作為控制回路前饋信號。為控制回路前饋信號。 功率偏差積分項用來校正燃燒率指令，以保證機組功率偏差和功率偏差積分項用來校正燃燒率指令，以保證機組功率偏差和汽壓偏差在穩態時都為零，其校正過程是通過鍋爐和汽機兩個回汽壓偏差在穩態時都為零，其校正過程是通過鍋爐和汽機兩個回路完成的。路完成的。 所以所以, ,無論在動態還是靜態，無論在動態還是靜態，p p1/ /p pT 都能反映調節閥開度都能反映調節閥開度, ,即汽即汽機輸入能量。機輸入能量。 由圖由圖

19、12-512-5可見，汽機調節器輸入信號的平衡關系為：可見，汽機調節器輸入信號的平衡關系為：011010EpPPSKKpPS可見，汽機控制回路功率給定值可見，汽機控制回路功率給定值P P0反饋信號是反饋信號是p p1，因，因p p1對汽機調對汽機調節閥開度響應比實發功率靈敏得多。故汽機調節閥能迅速而平穩地節閥開度響應比實發功率靈敏得多。故汽機調節閥能迅速而平穩地響應功率給定值的變化。響應功率給定值的變化。 p1為汽機第一級后壓力，兩者比值為汽機第一級后壓力，兩者比值p1/pT與汽機調節閥開度成與汽機調節閥開度成正比，無論什么原因引起的調節閥開度變化，正比，無論什么原因引起的調節閥開度變化，p1

20、/pT 都能對調節閥都能對調節閥開度的微小的變化作出靈敏的反應。開度的微小的變化作出靈敏的反應。鍋爐燃燒指令鍋爐燃燒指令P PM M 為：為： TTTMppSKppSppP01111 燃燒率指令前饋信號是能量平衡信號燃燒率指令前饋信號是能量平衡信號p p1 1/ /p pT T ，式中微分項在動，式中微分項在動態過程中加強燃燒指令，以補償機爐之間對負荷要求響應速度的差態過程中加強燃燒指令，以補償機爐之間對負荷要求響應速度的差異。由于要求動態補償的能量不僅與負荷變化率成正比，而且與負異。由于要求動態補償的能量不僅與負荷變化率成正比，而且與負荷水平成正比，所以微分項要求乘以荷水平成正比，所以微分項

21、要求乘以p p1 1/ p/ pT T 值，汽壓偏差積分項保值，汽壓偏差積分項保證了穩態時能消除壓力偏差。證了穩態時能消除壓力偏差。 能量平衡信號與功率給定信號性質不同。后者僅表示能量平衡信號與功率給定信號性質不同。后者僅表示電網對機電網對機組負荷組負荷要求，前者反映了要求，前者反映了汽機對鍋爐的能量汽機對鍋爐的能量要求，這就為機爐之間要求，這就為機爐之間動態過程中協調控制兩個控制回路的工作提供了一個比較直接的能動態過程中協調控制兩個控制回路的工作提供了一個比較直接的能量平衡信號。與指令信號間接平衡的協調系統相比，鍋爐控制回路量平衡信號。與指令信號間接平衡的協調系統相比，鍋爐控制回路的前饋信號

22、無論是動態還是靜態的精度都比較高，整定也比較方便。的前饋信號無論是動態還是靜態的精度都比較高，整定也比較方便。 以以鍋爐跟隨鍋爐跟隨為基礎的能量直接平衡協調控制系統，在為基礎的能量直接平衡協調控制系統，在快速適應快速適應負荷負荷要求，以及要求，以及克服系統內部擾動克服系統內部擾動方面，有較大優勢，是協調控制方面，有較大優勢，是協調控制方案中較好的一種。方案中較好的一種。 三、協調控制系統的作用三、協調控制系統的作用 協調控制系統組成協調控制系統組成: :負荷指令處理回路負荷指令處理回路 + + 機爐主控制回路機爐主控制回路、負荷指令處理回路、負荷指令處理回路（1 1）接受的外部指令）接受的外部

23、指令: :各自作用：各自作用： 電網調度所負荷分配指令電網調度所負荷分配指令; ;電網頻率自動調整指令電網頻率自動調整指令; ;機組運行人員改變負荷的指令機組運行人員改變負荷的指令; ; 根據機組運行狀態和電網對機組的要求，選擇其中一種指令根據機組運行狀態和電網對機組的要求，選擇其中一種指令或兩種以上指令?；騼煞N以上指令。、機爐主控制回路的作用、機爐主控制回路的作用 （）根據機組輸出功率與負荷要求之間的偏差，決定不同的（）根據機組輸出功率與負荷要求之間的偏差，決定不同的運行方式。運行方式。 （）接受經過處理負荷指令（）接受經過處理負荷指令P0，對鍋爐、汽機調節系統發出，對鍋爐、汽機調節系統發出

24、協調指揮信號鍋爐指令協調指揮信號鍋爐指令PB和汽機指令和汽機指令PV。(5) (5) 根據機組輔機運行狀態，選擇不同的運行工況。根據機組輔機運行狀態，選擇不同的運行工況。(4) (4) 甩負荷保護甩負荷保護; ;(3) (3) 限制機組最高和最低負荷限制機組最高和最低負荷; ;(2) (2) 限制負荷指令的變化率和起始變化幅度限制負荷指令的變化率和起始變化幅度; ;四、協調控制系統的運行方式四、協調控制系統的運行方式 協調控制系統的設計不同，所供選擇的工作方式也有所區別。協調控制系統的設計不同，所供選擇的工作方式也有所區別。但是，一般協調控制系統都具有下列五種工作方式：但是，一般協調控制系統都

25、具有下列五種工作方式：（）方式（）方式I I機爐協調控制方式機爐協調控制方式 適用適用: :機組運行情況良好機組運行情況良好, ,帶變動負荷。機爐參加電網調頻，調帶變動負荷。機爐參加電網調頻，調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，機爐自動調節系統都投入運行。率，機爐自動調節系統都投入運行。 （）方式（）方式IIII汽機跟隨鍋爐而汽機輸出功率可調方式汽機跟隨鍋爐而汽機輸出功率可調方式 鍋爐、汽機自動，機組不參加電網調頻，調度所也不直接改變鍋爐、汽機自動，機組不參加電網調頻，調度所也不直接改變機組負荷。只有機組運行

26、人員可以改變機組給定功率，機組輸出功機組負荷。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率能自動保持= =給定功率。給定功率。 （）方式（）方式IIIIII汽機跟隨鍋爐而機組輸出功率不可調節方式汽機跟隨鍋爐而機組輸出功率不可調節方式 （）方式（）方式IVIV鍋爐跟隨汽機輸出功率不可調節方式鍋爐跟隨汽機輸出功率不可調節方式 鍋爐工作正常，汽機部分設備工作異常，不接受外部負荷指令，鍋爐工作正常，汽機部分設備工作異常，不接受外部負荷指令，鍋爐燃燒率處于自動狀態，維持機前壓力。汽機主控制器處于手動鍋爐燃燒率處于自動狀態，維持機前壓力。汽機主控制器處于手動狀態。狀態。 （）方式（）方式

27、V V手動控制方式手動控制方式 鍋爐和汽機都處于鍋爐和汽機都處于“手動手動”，單元機組的運行由運行人員手動，單元機組的運行由運行人員手動操作，主控制系統中的負荷要求指令操作，主控制系統中的負荷要求指令P P0 0 跟蹤機組的實際出力，為投跟蹤機組的實際出力，為投入自動作好準備。入自動作好準備。 汽機運行正常，鍋爐部分設備有故障，機組維持它本身實際輸汽機運行正常，鍋爐部分設備有故障，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。自動調節的主要目的是維出功率，不接受任何外部負荷要求指令。自動調節的主要目的是維持鍋爐繼續運行，以便排除鍋爐的部分故障。此時只是汽機調節閥持鍋爐繼續運行，以便排

28、除鍋爐的部分故障。此時只是汽機調節閥處于自動控制，鍋爐燃燒率處于手動控制。處于自動控制，鍋爐燃燒率處于手動控制。 第二節協調控制系統的基本方案分析第二節協調控制系統的基本方案分析 根據單元機組的動態特性及其負荷控制系統的任務，已經設根據單元機組的動態特性及其負荷控制系統的任務，已經設計出了多種不同類型的協調控制系統。目前協調控制系統的性能計出了多種不同類型的協調控制系統。目前協調控制系統的性能日趨完善，高性能的協調控制系統有以下主要特點：日趨完善，高性能的協調控制系統有以下主要特點： （）為了迅速滿足電網調頻的要求，盡可能提高機組的負（）為了迅速滿足電網調頻的要求，盡可能提高機組的負荷適應性，

29、采用前饋回路，充分利用鍋爐蓄熱量。荷適應性，采用前饋回路，充分利用鍋爐蓄熱量。 （）負荷控制范圍不斷擴大，不僅在正常運行時能實現自動（）負荷控制范圍不斷擴大，不僅在正常運行時能實現自動控制，而且在機組異常時能自動處理事故和系統切換?？刂?，而且在機組異常時能自動處理事故和系統切換。 （）不僅要求反饋回路能協調工作（）不僅要求反饋回路能協調工作,而且要求提高前饋回路而且要求提高前饋回路動、靜態補償精度，更好地適應電網負荷要求。動、靜態補償精度，更好地適應電網負荷要求。（）按平衡關系調節（）按平衡關系調節 在單元機組中，相互平衡的量比較多，例如送風量與引風量是在單元機組中，相互平衡的量比較多，例如送

30、風量與引風量是一對相互平衡的量，給水量與產生的總的蒸汽量是一對相互平衡的一對相互平衡的量，給水量與產生的總的蒸汽量是一對相互平衡的量。這種調節的缺點是平衡關系絕對準確很困難，而且有些量很難量。這種調節的缺點是平衡關系絕對準確很困難，而且有些量很難測量。測量。 能量平衡觀點能量平衡觀點: :輸入能量與輸出能量之間比例關系應能調節保輸入能量與輸出能量之間比例關系應能調節保持，變動工況下，由于機組蓄能變化，比例關系也會有變化，它持，變動工況下，由于機組蓄能變化，比例關系也會有變化，它們之間總關系為：們之間總關系為：能量輸入能量輸入 = = 能量輸出能量輸出 + + 能量儲蓄能量儲蓄。設計系統。設計系

31、統時可以把關系密切的兩個相互平衡的量作為調節器的輸入信號，時可以把關系密切的兩個相互平衡的量作為調節器的輸入信號，也可以把這兩者是否平衡的指標作為被調參數。也可以把這兩者是否平衡的指標作為被調參數。一、熱工控制系統設計的基本方法一、熱工控制系統設計的基本方法 （）按平衡指標調節（）按平衡指標調節 缺點缺點: : 指標測定有遲延和慣性，使控制系統的性能指標受到指標測定有遲延和慣性，使控制系統的性能指標受到一定影響。一定影響。蒸汽壓力蒸汽壓力: 汽機負荷與鍋爐負荷是否平衡的指標；汽機負荷與鍋爐負荷是否平衡的指標；爐膛負壓爐膛負壓: 送風量與引風量是否平衡的指標；送風量與引風量是否平衡的指標；煙氣含

32、氧量煙氣含氧量: 給煤量與送風量是否平衡的指標；給煤量與送風量是否平衡的指標；汽包水位汽包水位: 鍋爐給水量與蒸汽流量是否平衡的指標鍋爐給水量與蒸汽流量是否平衡的指標;綜合以上兩種方法，可以得到兩種新的設計方法：綜合以上兩種方法，可以得到兩種新的設計方法： 被調量被調量被調量被調量D DPIPIPDPDP PPIPI定值定值調節指令調節指令擾動擾動定值定值擾動擾動調節指令調節指令圖圖12-6 12-6 校正法調節系統示意圖校正法調節系統示意圖 圖圖12-7 12-7 衰減法調節系統示意圖衰減法調節系統示意圖 （）校正法（）校正法 所謂校正法是將擾動量以前饋的形式，通過比例或比例微分所謂校正法是

33、將擾動量以前饋的形式，通過比例或比例微分作用，加入到控制系統中。圖作用，加入到控制系統中。圖12-612-6是校正法調節系統原理示意圖是校正法調節系統原理示意圖 。（）衰減法（）衰減法 衰減法是將擾動量以前饋的形式，通過微分作用，加入到控衰減法是將擾動量以前饋的形式，通過微分作用，加入到控制系統中，圖制系統中，圖12-712-7是衰減法調節系統原理示意圖。是衰減法調節系統原理示意圖。二、協調控制系統的基本方案二、協調控制系統的基本方案 純粹純粹 “ “爐跟機爐跟機”或或“機跟爐機跟爐”系統都有較大缺點系統都有較大缺點: : 我國單元機組協調控制系統都是在引進機組上設計和改進。我國單元機組協調控

34、制系統都是在引進機組上設計和改進。 協調控制系統按反饋回路分類協調控制系統按反饋回路分類: :機跟爐系統機跟爐系統: :爐跟機系統爐跟機系統: :爐調節負荷，機進汽閥調節保持汽壓爐調節負荷，機進汽閥調節保持汽壓負荷由汽機調節，而汽壓由鍋爐調節保持負荷由汽機調節，而汽壓由鍋爐調節保持 前饋回路設計不同分前饋回路設計不同分:按指令信號間接平衡系統（按指令信號間接平衡系統（DIB）和按）和按能量直接平衡系統（能量直接平衡系統（DEB）。）。解決辦法解決辦法:加入前饋補償信號作為機爐彼此協調動作的聯系。加入前饋補償信號作為機爐彼此協調動作的聯系。 原因原因:爐機負荷之間是否保持平衡取決于汽壓爐機負荷之

35、間是否保持平衡取決于汽壓PT 信號，信號，PT 有一有一定惰性定惰性;（1 1）BaileyBailey820820協調控制系統協調控制系統 如前面圖如前面圖12-412-4所示，燃燒率指令所示，燃燒率指令P PM M為：為： EpTpMPPSPKppKPSP000011 上式中第一項上式中第一項P P0 0比例微分是前饋信號，微分作用在動態過程中比例微分是前饋信號，微分作用在動態過程中加強燃燒率指令以補償機爐之間對負荷相應速度的差異，汽壓偏差加強燃燒率指令以補償機爐之間對負荷相應速度的差異，汽壓偏差（p p0 0p pT T）在動態過程中有適當修正燃燒率指令的作用，上式中最）在動態過程中有適

36、當修正燃燒率指令的作用，上式中最后一項用來校正燃燒率指令，以保證機組功率偏差在穩態時為零。后一項用來校正燃燒率指令，以保證機組功率偏差在穩態時為零。因為蓄熱量與負荷成比例，故改變同樣的負荷，鍋爐在高負荷時的因為蓄熱量與負荷成比例，故改變同樣的負荷，鍋爐在高負荷時的蓄熱量變化要比低負荷時大，這就希望在高負荷時有較大的改變燃蓄熱量變化要比低負荷時大，這就希望在高負荷時有較大的改變燃料量的速度。為此，上式中的最后一項乘以功率給定值料量的速度。為此，上式中的最后一項乘以功率給定值P P0 0，以便使，以便使積分速度隨負荷變化。積分速度隨負荷變化。 STSppKPPSPiTPE111100汽機閥門開度指

37、令汽機閥門開度指令P P 為為： 從上式可以看出，當從上式可以看出，當P P0 0 增加時，調節器將開大汽機調節閥，增加時，調節器將開大汽機調節閥，增大實發功率。上式中調節器入口信號的平衡關系為：增大實發功率。上式中調節器入口信號的平衡關系為： 0100ppKPPSTPE在穩態時上式化為：在穩態時上式化為： 0100EPTPPKpp 可見，汽機功率控制回路是一個汽壓控制系統，其壓力的實可見，汽機功率控制回路是一個汽壓控制系統，其壓力的實際給定值是上式中方括號內部分，只有在功率偏差為零時才有際給定值是上式中方括號內部分，只有在功率偏差為零時才有p pT Tp p0 0，改變比例系數，改變比例系數

38、K KP P 可調整功率偏差信號對壓力給定值修正作可調整功率偏差信號對壓力給定值修正作用的大小。用的大小。 從上面分析可以看出，從上面分析可以看出，BaileyBailey820820協調控制系統中鍋爐主協調控制系統中鍋爐主控器調整機組功率，汽機主控器維持機組壓力，因此它是汽機跟控器調整機組功率，汽機主控器維持機組壓力，因此它是汽機跟隨（機跟爐）協調控制系統。從前饋角度來看，它以功率指令信隨（機跟爐）協調控制系統。從前饋角度來看，它以功率指令信號為前饋量，因此它間接反映了機爐之間的能量平衡關系，是按號為前饋量，因此它間接反映了機爐之間的能量平衡關系，是按指令信號間接平衡協調系統（指令信號間接平

39、衡協調系統（DIBDIB系統）。系統）。 （2 2）美國）美國FoxboroFoxboro公司的公司的DEBDEB協調控制系統協調控制系統 美國美國FoxboroFoxboro公司的公司的DEBDEB協調控制系統如圖協調控制系統如圖12-812-8所示：所示：PPIPIDPIPEP0p0p1pT-+-MB 圖圖12-8 12-8 美國美國FoxboroFoxboro公司協調控制系統公司協調控制系統 由上圖可以看出，鍋爐主控器接收汽壓由上圖可以看出，鍋爐主控器接收汽壓p pT T 及汽壓定值及汽壓定值p p0 0 信號，信號，它們的差值送到它們的差值送到PIDPID調節器的入口端，圖調節器的入口

40、端，圖12-812-8中的偏差比例乘法器中的偏差比例乘法器輸入信號為輸入信號為p pT T 、p p0 0 及汽機第一級壓力信號及汽機第一級壓力信號p p1 1，輸出信號，輸出信號I I為：為： pKpppIT10 前饋信號，作用到鍋爐主控器回路來改變鍋爐的燃燒率指令。前饋信號，作用到鍋爐主控器回路來改變鍋爐的燃燒率指令。 汽機主控器是串級控制系統汽機主控器是串級控制系統, ,主調節器接收功率偏差信號（主調節器接收功率偏差信號（P P0 0P PE E）, ,副調節器接收主調節器輸出信號及前饋信號調節機組功率。副調節器接收主調節器輸出信號及前饋信號調節機組功率。 此系統鍋爐主控器控制機組壓力，

41、汽機調節閥保證功率，因此系統鍋爐主控器控制機組壓力，汽機調節閥保證功率，因此是鍋爐跟隨協調控制系統。從前饋回路來看，它以汽機第一級此是鍋爐跟隨協調控制系統。從前饋回路來看，它以汽機第一級壓力信號壓力信號p p1 1 為前饋信號，所以是能量直接平衡協調控制系統為前饋信號，所以是能量直接平衡協調控制系統（DEBDEB系統）系統） 。（）美國（）美國LeedsLeeds和和NorthrapNorthrap公司的公司的DEBDEB協調控制系統：協調控制系統：p0PEIIDPDPIpTp1BP0圖圖12-9 12-9 美國美國LeedsLeeds和和NorthrapNorthrap公司協調控制系統公司協

42、調控制系統 如上圖所示，鍋爐主控器接受如上圖所示，鍋爐主控器接受p p1 1/ /p pT T 作為前饋信號，同時還作為前饋信號，同時還接受壓力定值信號接受壓力定值信號p p0 0，鍋爐燃燒率指令，鍋爐燃燒率指令P PM M 為：為： TTTMppSKppSppP01111 當機組負荷增加時，當機組負荷增加時，p p1 1/ /p pT T 增加，由上式可以看出，鍋爐燃燒增加，由上式可以看出，鍋爐燃燒率指令增大，汽壓偏差的積分作用是保證在穩態時，汽壓等于給率指令增大，汽壓偏差的積分作用是保證在穩態時，汽壓等于給定值。定值。 汽機主控器如圖所示，它實際是一個串級控制系統。主調接汽機主控器如圖所示

43、，它實際是一個串級控制系統。主調接收的信號是功率偏差信號，副調接收主調輸出及收的信號是功率偏差信號，副調接收主調輸出及p p1 1信號。信號。 在本系統中，引入汽輪機第一級后壓力在本系統中，引入汽輪機第一級后壓力p p1 1信號，用信號，用p p1 1/ /p pT T 作為作為機爐協調控制之間的聯系，對鍋爐來說是前饋信號，對汽機來說機爐協調控制之間的聯系，對鍋爐來說是前饋信號，對汽機來說是反饋信號。按反饋回路分，汽壓由鍋爐的燃燒率維持，功率是是反饋信號。按反饋回路分，汽壓由鍋爐的燃燒率維持，功率是由汽機調節閥來保證，因此它是爐跟機系統。按前饋信號分，本由汽機調節閥來保證，因此它是爐跟機系統。

44、按前饋信號分，本系統以直接能量信號系統以直接能量信號p p1 1/ /p pT T 作為前饋信號，因此它是能量直接平衡作為前饋信號，因此它是能量直接平衡協調控制系統（協調控制系統（DEBDEB系統）。系統）。第三節單元機組協調控制系統實例分析第三節單元機組協調控制系統實例分析 此外根據實際情況及保證機組安全，還有閉鎖升、閉鎖降、迫此外根據實際情況及保證機組安全，還有閉鎖升、閉鎖降、迫升、迫降等保護功能。以某電廠升、迫降等保護功能。以某電廠200MW200MW機組協調控制系統為例，詳機組協調控制系統為例，詳細分析其的組成及工作過程。細分析其的組成及工作過程。 一、負荷指令處理一、負荷指令處理 其

45、原理如圖其原理如圖12-912-9。A / M TRACK V PLD圖圖12-9 12-9 負荷指令處理回路負荷指令處理回路 協調控制系統協調控制系統= =負荷指令處理回路負荷指令處理回路+ +機爐主控回路機爐主控回路負荷指令處理回路負荷指令處理回路: :中心調度所的負荷指令信號中心調度所的負荷指令信號P P ; ;機組值班員改變負荷的信號機組值班員改變負荷的信號 ; ;故障時對負荷指令的限制信號故障時對負荷指令的限制信號LD LD ; ; 機組發生閉鎖升、閉鎖降、迫升、迫降時，機組發生閉鎖升、閉鎖降、迫升、迫降時，A/MA/M處跟蹤處跟蹤LD LD 狀狀態，值班員按下保持按鍵時，態，值班員

46、按下保持按鍵時，A/M A/M 處于既不能增也不能減的手動保處于既不能增也不能減的手動保持狀態。持狀態。 V V速率限制模塊，階躍變化的負荷指令信號變成一個斜坡信速率限制模塊，階躍變化的負荷指令信號變成一個斜坡信號，斜坡速率整定在號，斜坡速率整定在3%3%5%5%。中心調度負荷指令又稱中心調度負荷指令又稱-ADSADS信號信號正常，正常，A/MA/M處自動狀態，中心調度可以直接改變機組負荷處自動狀態，中心調度可以直接改變機組負荷; ;異常，異常，A/MA/M處手動狀態，由值班員直接改變負荷。處手動狀態，由值班員直接改變負荷。二、機組最大允許負荷運算回路二、機組最大允許負荷運算回路 單元機組主要

47、輔機單元機組主要輔機: :給水泵、送、引風機、給粉機運行臺數等。給水泵、送、引風機、給粉機運行臺數等。機組最大允許負荷計算機組最大允許負荷計算-據機組輔機實際運行情況來進行。據機組輔機實際運行情況來進行。其原理如圖其原理如圖12-1012-10所示：所示： F F1 1(X)(X)F F3 3(X)(X)F F2 2(X)(X)VVVVVVVVF F4 4(X)(X)給粉機運給粉機運行臺數行臺數送風機運送風機運行臺數行臺數引風機運引風機運行臺數行臺數給水泵運給水泵運行臺數行臺數負荷指令負荷指令圖圖12-10 12-10 機組最大允許負荷計算回路機組最大允許負荷計算回路 負荷指令負荷指令 + +

48、 各輔機投運臺數各輔機投運臺數經函數模塊經函數模塊F1(X) F1(X) F4(X)F4(X)處理處理后經過后經過限速限速模塊模塊-小值選擇器小值選擇器-最小值最小值-限幅器輸出負荷限幅器輸出負荷給定值給定值-機爐主控制器。機爐主控制器。 三、實際出力計算及處理回路三、實際出力計算及處理回路 機組實際出力：機組實際出力：M M、V V、W W實際值與其給定值之間的偏差進行計實際值與其給定值之間的偏差進行計算，其原理如圖算，其原理如圖12-1112-11所示：所示： 圖圖12-11 12-11 實際出力計算及處理回路實際出力計算及處理回路 112233T TTRACKTRACK燃料量燃料量給水量

49、給水量總風量總風量給定值給定值給定值給定值給定值給定值+ + + + +- - - - -LDLD給定值給定值 在不發生迫升、迫降時積分器輸出跟蹤負荷指令在不發生迫升、迫降時積分器輸出跟蹤負荷指令LDLD信號以保信號以保證切換時無擾。證切換時無擾。 1 1、 2 2 、 3 3 三個加法模塊進行代數運算，求出實際燃料量、三個加法模塊進行代數運算，求出實際燃料量、風量、給水量與它們給定值之間的偏差。風量、給水量與它們給定值之間的偏差。積分器的作用是產生迫升迫降信號，定值整定為積分器的作用是產生迫升迫降信號，定值整定為0%0%。四、鍋爐主控制器四、鍋爐主控制器發出指令：鍋爐主控指令去控制燃料和送風

50、兩個子系統。發出指令：鍋爐主控指令去控制燃料和送風兩個子系統。原理如下頁圖原理如下頁圖12-1212-12接收指令：接收指令：主汽壓力偏差信號主汽壓力偏差信號 + + 前饋信號前饋信號當低值作用時，積分器輸入是正值，正向積分，為迫升工況。當低值作用時，積分器輸入是正值，正向積分，為迫升工況。當高值作用時，積分器輸入是負值，反向積分，為迫降工況。當高值作用時，積分器輸入是負值，反向積分，為迫降工況。F(X)F(X)F F2 2(X)(X)F F1 1(X)(X)TRACKTRACKT TPIDPID機前壓力機前壓力p pT Tp p1 1VVLDLDp pTSTS去送風系統去送風系統去燃料系統去

51、燃料系統總燃料量總燃料量總風量總風量調速級壓力調速級壓力1 1、前饋信號的形成：、前饋信號的形成： P P1 1調速級壓力，調速級壓力，P PT T機前壓力，機前壓力，P PTSTS機前壓力定值，機前壓力定值，K K為補償系數。為補償系數。F(X)F(X)是動態補償模塊，采用比例微分規律動作，是動態補償模塊，采用比例微分規律動作，F F1 1(X)(X)是函數模塊。是函數模塊。 作用：改善控制系統品質；作用：改善控制系統品質；PK PPTTS11前饋信號：前饋信號：2 2、壓力定值的形成：、壓力定值的形成： 3 3、燃料、風量指令處理：、燃料、風量指令處理： 滑壓、定壓運行兩種工況，壓力定值也

52、不相同：滑壓、定壓運行兩種工況，壓力定值也不相同：滑壓自動，滑壓自動，F2(X)整定為滑壓運行升壓曲線；整定為滑壓運行升壓曲線； 其目其目:實現鍋爐低過剩空氣燃料控制。增負荷先增風后增燃料；實現鍋爐低過?？諝馊剂峡刂?。增負荷先增風后增燃料；降負荷，先減燃料后減風，提高燃燒的經濟性。降負荷，先減燃料后減風，提高燃燒的經濟性。 燃料量指令燃料量指令+總燃料量信號總燃料量信號大選模塊大選模塊較大作送風系統指令。較大作送風系統指令。 燃料指令燃料指令+總風量信號總風量信號小選模塊小選模塊較小作燃料系統指令信號。較小作燃料系統指令信號。鍋爐主控制器輸出（燃料量）信號鍋爐主控制器輸出（燃料量）信號分別大、

53、小選模塊。分別大、小選模塊。防止改變太快，加速率限制模塊。防止改變太快，加速率限制模塊。定壓手動，跟蹤設定的壓力定值，也可以就地直接設置；定壓手動，跟蹤設定的壓力定值，也可以就地直接設置；五、汽機主控制器五、汽機主控制器 組成：汽機節流壓力調節器、電功率調節器、蒸汽流量調節器。組成：汽機節流壓力調節器、電功率調節器、蒸汽流量調節器。 （1 1）汽機節流壓力調節器：汽機調節閥前節流壓力偏差）汽機節流壓力調節器：汽機調節閥前節流壓力偏差, ,機跟機跟爐時爐時, ,T T1 1 ba ba接通，控制汽機調節閥接通，控制汽機調節閥, ,自動保持主蒸汽壓力為定值。自動保持主蒸汽壓力為定值。 P PSTS

54、TPIPITRACKTRACKPIPIPIPITRACKTRACKTRACKTRACKTRACKTRACKA /M2A /M2A /M3A /M3P PT TW WT1T1 T2 T2LDLDf fw ww ww wP P1 1c cb ba aa ac cb b電功率電功率調節器調節器蒸汽流量蒸汽流量調節器調節器去汽機同步器去汽機同步器圖圖12-13 12-13 汽機主控制器原理圖汽機主控制器原理圖 汽機節流壓汽機節流壓力調節器力調節器 功率可變協調控制工況中，串級控制，主信號實發功率功率可變協調控制工況中，串級控制，主信號實發功率W W，副，副信號蒸汽流量信號蒸汽流量, ,用用P P1 1

55、代替，功率定值中加入頻差信號代替，功率定值中加入頻差信號 f f，提高調節，提高調節速度，加入速度，加入LD LD 前饋信號。其它工況下，這兩個調節器都處于跟蹤前饋信號。其它工況下，這兩個調節器都處于跟蹤狀態，蒸汽流量調節器的加法器輸出跟蹤實發功率狀態，蒸汽流量調節器的加法器輸出跟蹤實發功率W W，電功率調節，電功率調節器輸出跟蹤器輸出跟蹤P P1 1值。值。 （2 2）電功率、蒸汽流量調節器）電功率、蒸汽流量調節器第四節第四節 協調控制系統的整定協調控制系統的整定一、單元機組自動控制的對象特性一、單元機組自動控制的對象特性 單元機組：發電機、汽輪機、鍋爐共同適應電網負荷要求，單元機組：發電機

56、、汽輪機、鍋爐共同適應電網負荷要求，共同保持機組的穩定運行，是一個互相關聯的負載被控對象。共同保持機組的穩定運行，是一個互相關聯的負載被控對象。 W WPMPM(S)(S)W WP P(S)(S)W WT T(S)(S)K KK KP PP PE Ep pT TT TM MD D+ + + + +圖圖12-14 12-14 單元機組原理方框圖單元機組原理方框圖 圖中圖中W WPMPM 為燃料量機前壓力通道傳遞函數：為燃料量機前壓力通道傳遞函數： WTSePMS1（12-1）負荷不變負荷不變: :汽機調節閥開度機前壓力通道傳遞函數為：汽機調節閥開度機前壓力通道傳遞函數為： TSKKSWP121

57、（12-3）TSKSWP11（12-4） 式式12-312-3是汽機負荷隨汽壓變化時傳函，最后負荷保持穩定。是汽機負荷隨汽壓變化時傳函，最后負荷保持穩定。 W WT T ( (S S ) )為蒸汽量實發功率傳遞，由汽機原理知中間再熱為蒸汽量實發功率傳遞，由汽機原理知中間再熱機組傳函為：機組傳函為： STSTSTKSWaSSpT1111WKTSePMS1（12-2）負荷變化負荷變化: :式式12-4是汽機負荷與調節閥開度同時變化時的傳遞函數。是汽機負荷與調節閥開度同時變化時的傳遞函數。圖圖12-1412-14中，中，K K 為調節閥開度與汽機進汽量的比例系數：為調節閥開度與汽機進汽量的比例系數： SSDKT/汽機高壓缸功率在總功率中比例，一般汽機高壓缸功率在總功率中比例，一般 1/3 1/4；TS 中間再熱器的時間常數，無中間再熱器時中間再熱器的時間常數，無中間再熱器時TS 0；Ta 汽機時間常數。汽機時間常數。式中：式中：K KP 為機前壓力與汽機進汽量的比例系數：為機前壓力與汽機進汽量的比例系數： SPSDKTP為分析方便，圖為分析方便，圖12-1412-14簡化為圖簡化為圖12-1512-15的等效方框圖：的等效方框圖： W Wp p(S)(S)W WNMNM(S)(S)W Wp pM M(