1、1引言單元機組協調控制的任務是快速跟蹤電網負荷的需要和保持主要運行參數的穩定。當電網負荷變動時，從汽輪機側看，只要改變汽機調速汽門的開度，就能迅速改變進汽量，從而能立即適應負荷的需要。但鍋爐即使馬上調整燃料量和給水量，由于鍋爐固有的慣性及遲延，不可能立即使提供給汽輪機的蒸汽量發生變化。如果汽輪機調汽門開度已改變，流入汽機的蒸汽量相應發生變化，那么此時只能利用主汽壓力的改變來彌補或儲蓄這個蒸汽量供需差額，此時，主汽壓力將產生較大的波動。因此，提高機組負荷適應能力與保持主要參數穩定存在一定的矛盾。 協調控制系統設計時將鍋爐、汽輪機和發電機作為一個整體來考慮，使鍋爐、汽機同時響應負荷要求，協調鍋爐及

2、其輔機與汽機的運行，以迅速、準確、穩定地響應負荷要求。協調控制系統保證機組出力適應電網的負荷變化要求、維持機組穩定運行。具體地說就是對外保證單元機組有較快的功率響應和有一定的調頻能力，對內保證主蒸汽壓力偏差在允許范圍內。協調控制系統是協調地控制鍋爐燃料量、送風量、給水量等，以及汽機調節閥門開度，使機組既能適應電網負荷指令的要求，又能保持單元機組在額定參數下安全、經濟地運行。單元機組協調控制系統可認為是一種二級遞階控制系統。處于上位級的機爐協調級，也叫作單元機組主控系統，是整個系統的核心部分。處于局部控制級的子系統包括鍋爐以及汽機子控制系統。2 協調控制系統任務與作用2.1 協調控制系統協調控制

3、系統作用：保證機組出力適應電網的負荷變化要求、維持機組穩定運行。具體地說就是對外保證單元機組有較快的功率響應和有一定的調頻能力，對內保證主蒸汽壓力偏差在允許范圍內。協調控制系統任務：是協調地控制鍋爐燃料量、送風量、給水量等，以及汽機調節閥門開度，使機組既能適應電網負荷指令的要求，又能保持單元機組在額定參數下安全、經濟地運行在單元機組中，鍋爐和汽輪機是兩個相對獨立的設備，從機組負荷控制角度來看，單元機組是一個存在相互關聯的多變量控制對象，經適當假設可以看作是一個具有的兩個輸入和兩個輸出的互相關聯的被控對象，其方框圖如圖2.1所示。圖2.1 單元機組負荷控制對象原理方框圖T- 通汽閥開度B- 燃燒

4、率水平NE-實發功率PT-主蒸汽壓力單元機組協調控制系統可認為是一種二級遞階控制系統。處于上位級的機爐協調級，也叫作單元機組主控系統，是整個系統的核心部分。處于局部控制級的子系統包括鍋爐以及汽機子控制系統。子控制系統作用于負荷被控對象，如圖2.2所示。圖2.2 單元機組協調控制系統簡圖2.2協調控制系統控制方式在此方式下，汽機和鍋爐兩側并行地接受負荷指令。鍋爐側通過改變燃燒率來維持主汽壓力，汽機側通過改變調汽門開度來調整機組出力的大小。當汽機機前壓力與設定值偏差超過一定限值時，汽機調汽門開度將受到限制。屬于以鍋爐跟隨為基礎的協調控制方案。協調控制系統適用于定壓或滑壓運行， 定壓運行：是指無論機

5、組負荷怎樣變動，始終維持主蒸汽壓力以及主蒸汽溫度為額定值，通過改變汽輪機調節汽門的開度，改變機組的輸出功率。 有四種控制方式：（1） 協調控制方式 在此方式下，汽機和鍋爐兩側并行地接受負荷指令。鍋爐側通過改變燃燒率來維持主汽壓力，汽機側通過改變調汽門開度來調整機組出力的大小。當汽機機前壓力與設定值偏差超過一定限值時，汽機調汽門開度將受到限制。屬于以鍋爐跟隨為基礎的協調控制方案。 （2） 鍋爐跟隨方式 汽機主控手動，鍋爐主控回路處于自動方式，通過改變鍋爐燃燒率進行主汽。（3） 汽機跟隨方式 鍋爐主控手動，汽機主控回路處于自動方式，通過改變汽機調汽門開度進行主汽壓力調節。 （4） 手動方式 鍋爐和

6、汽機主控回路均處于手動方式。 滑壓運行 ：則是始終保持汽輪機調節汽門全開，在維持主蒸汽溫度恒定的同時，通過改變主蒸汽壓力改變機組的輸出功率。單元機組滑壓運行時有2種機爐負荷控制方式。（1）鍋爐跟隨控制方式。（2）協調控制方式。3 協調控制系統組成3.1負荷管理控制中心（LMCC）負荷管理控制中心（LMCC）是對外部要求的負荷指令或目標負荷指令進行選擇，并根據機組主輔機運行的情況加以處理，使之轉變為機、爐設備負荷能力，安全運行所能接受的實際負荷指令N0，實際負荷指令又稱ULD(Unit Load Demand)單元機組實際負荷指令。 負荷管理控制中心包括如下幾個部分：(1)機組負荷指令的方式及處

7、理根據機爐運行狀態，選擇機組可能接受的外部負荷指令(ADS及運行人員設定負荷指令、f調頻指令等)，將機組的外部負荷指令處理成能夠接收的機組負荷指令N0。(2)機組最大負荷/最小負荷限制運行人員可根據運行情況設置機組最大/最小負荷限制值。(3)負荷要求指令的增/減閉鎖根據機組運行時產生的某些故障，對實際負荷指令實施增或減的方向的閉鎖，以防止故障的危害進一步擴大。如圖3.1。圖3.1 機組負荷指令形成及處理3.2機、爐主控制器機、爐主控制器是協調控制系統的控制機構，機、爐主控制器的主要功能是根據機組的運行條件和要求，運行人員可選擇協調、鍋爐跟隨、汽機跟隨等控制方式，給出合理的控制方案提供機組全面的

8、協調控制。根據鍋爐和汽輪機的運行條件和要求，選擇合適的負荷控制方式，按照實際負荷指令N0與實發功率信號NE 的偏差和主汽壓力的偏差DP以及其它信號，進行控制運算，分別產生對鍋爐子控制系統和汽輪機子控制系統的協調動作的指揮信號，分別稱為鍋爐指令(Boiler Demand)NB 和汽輪機指令(Turbine Demand)NT 。 機爐主控制器的主要任務是產生各種控制策略和控制方式的切換。控制策略是前饋控制、反饋控制、非線性元件以及多變量控制理論綜合的應用。機爐主控制器主要有以下兩部分組成(1) 機爐正常運行情況下的負荷指令NB、NT的形成。(2) 機爐的實際負荷指令NB、NT的形成。4協調控制

9、系統方案4.1 機組負荷設定 機組負荷通過二種方式設定（圖4.1機組負荷指令P0原理圖），一種方式是運行人員手動給定，另一種是網控 AGC 自動調整。當SP1 手動狀態時，運行人員可以手動設定機組負荷，當 SP1 投入自動方式時，將接受網控 AGC指令來調整機組負荷。 SP1 的機組負荷輸出信號加上頻率修正指令后，將與運行人員手動給定的機組最大允許負荷(SP2)、最小允許負荷(SP3)以及 RUNBACK 回路給出的機組最大、最小允許負荷進行比較，再經過速率限制，形成最終的機組負荷指令。 當發生 MFT、RUNBACK 或非協調控制方式時，SP1 將切至手動方式，并跟蹤機組實際負荷， 當發生A

10、GC調整指令信號壞質量、 負荷拉回或AGC指令推出時，SP1 將切至手動方式。機組負荷指令的速率限制由運行人員手動給定。圖4.1 機組負荷指令P0原理圖4.2 負荷速率限制及反饋當負荷指令產生時，速率限制器將對負荷調節進行限制，如圖5.2。負荷指令P0產生以后通過速率限制器進行限制并根據限制前后信號進行比較得出負荷指令是否平衡。由sh3-5取值決定T，為0則由T1(SP0設定的速率值)決定。速率上線由主汽壓力設定實際壓力、燃料量設定實際燃料量、汽包水位設定實際水位任一情況發生時，T為2。否者T為1，由修正參數和設定平均值相加決定。下限Sh5 是由負荷指令限制決定尤其決定T是1還是2。上限T是由

11、主汽壓力設定實際壓力、燃料量設定實際燃料量、汽包水位設定實際水位都不發生一個T為1，任意發生一個T為2。圖4.2 負荷指令速率限制原理圖4.3閉鎖機組負荷指令原理當主汽壓力設定實際壓力、燃料量設定實際燃料量、汽包水位設定實際水位任一情況發生時， 將閉鎖機組減負荷指令(圖4.3閉鎖機組負荷指令原理圖)；當一次風機動葉位置反饋達到最大、送風機動葉位置反饋達到最大、引風機靜葉位置反饋達到最大、風量設定實際風量、主汽壓力設定實際壓力、燃料量設定實際燃料量、汽包水位設定實際水位任一情況發生時，將閉鎖機組增負荷指令。 機組增、減負荷閉鎖除了首先單向閉鎖負荷指令外，如果延時一段時間沒有恢復正常，則將觸發負荷

12、拉回回路。此時，AGC方式將切除，通過機組負荷設定(SP1)的上、下限幅，反向自動增、減負荷，直至增、減負荷閉鎖信號消失。圖4.3閉鎖機組負荷指令原理圖4.4 主汽壓力設定主汽壓力設定回路適用于定壓和滑壓二種運行方式，如圖4.4所示。SP1 手動方式時為定壓運行方式，此時運行人員可以手動設定主汽壓力定值。SP1 投入自動方式后為滑壓運行方式，此時將根據機組負荷指令自動調整主汽壓力定值。SP2 有二個作用，在滑壓運行方式時，提供運行人員對滑壓運行時的主汽壓力定值進行適當的修正；而在定壓運行方式時，自動跟蹤定壓、滑壓運行主汽壓力定值的差值，保證從定壓運行方式無擾切到滑壓運行方式。 當發生 MFT、

13、RUNBACK 或鍋爐、汽機主控全部處于手動方式時，SP1 將切至手動方式，并跟蹤實際主汽壓力。圖4.4 主汽壓力設定圖4.5 鍋爐主控當鍋爐主控(A/M)投入自動方式時，調節回路提供二種調節方式，如圖4.5所示。PID1 為鍋爐跟隨方式調節器，以主汽壓力作為被調量，并以直接能量平衡信號作為調節器的前饋信號。PID2 為協調控制方式鍋爐調節器，此時汽機主控保持負荷，鍋爐調節器保持主汽壓力；在機組負荷指令發生變化時，以負荷指令的比例加微分作為鍋爐調節器的前饋信號，同步增、減鍋爐的燃料量，避免對主汽壓力造成過大的擾動；另外，在協調控制方式，鍋爐調節器的輸出將乘上熱值修正指令， 自動修正由于燃料發熱

14、量發生變化對系統造成的影響。 當發生 RUNBACK 時，鍋爐主控將切至手動方式，并跟蹤 RB 指令，快速減少鍋爐的燃料量；當燃料主控處于手動方式時，鍋爐主控將切至手動方式，并跟蹤燃料主控的輸出，保證手、自動無擾切換；另外，在發生主汽壓力信號(機側)壞質量、MFT或汽機主控手動時主蒸汽流量信號壞質量時，鍋爐主控也將切至手動。圖4.5 鍋爐主控圖圖5.6 氣機主控當汽機主控(A/M)投入自動方式時，調節回路提供二種調節方式，如圖4.6。PID1 為汽機跟隨方式調節器，以主汽壓力作為被調量，保持主汽壓力穩定。PID2 為協調控制方式汽機調節器，此時汽機調節器保持負荷，鍋爐調節器保持主汽壓力；在機組

15、負荷指令發生變化時，以負荷指令的慣性環節作為汽機調節器的前饋信號，迅速改變汽機調門的開度，以適應機組對負荷的要求；另外，在協調控制方式，如果主汽壓力與設定值的偏差過大時，將通過C1、C2、T1、T2 對 PID2 進行上或下限制，避免快速響應負荷時，主汽壓力過分偏離設定值。當發生 RUNBACK 時，汽機主控在一段時間內將處于保持狀態，然后再調節主汽壓力；當汽機 DEH 沒有處于遙控方式時，汽機主控將切至手動方式，并跟蹤 DEH 的負荷參考，保證手、自動無擾切換；另外，在發生主汽壓力信號(機側)壞質量、MFT或鍋爐主控自動時發電機有功功率信號全部壞質量時，汽機主控也將切至手動。圖4.6 汽機主

16、控圖總結為期一周的熱工課程設計轉瞬即逝，我們組設計的內容是600MW機組協調控制系統設計。我們利用CAD完成了600MW機組協調控制系統設計繪圖，在這一周的課程設計中我對所學的課程有了更深的理解和認識。回顧這一周，從選題到確定系統的設計方案，畫出SAMA圖，再到檢查與修改整理。在整個過程中我遇到了很多問題，在老師的指導下我們完成了SAMA畫面，這樣既節省了空間也使工程變得簡單。在課設過程中我們發現了很多不足，很多地方都欠缺考慮。雖然過程遇到很多麻煩，但在老師細心的指導下和同學的幫助下我們逐步完成了這項工程。這次設計我學到了很多，真正的理論聯系實際，是對課堂所學知識的延伸和擴展。對協調控制系統有

17、了更深的認識，對CAD的操作更加的熟練，使我在以前的學習中不夠清晰的概念得以清晰化，同時鍛煉和培養了我的各項能力，對自己以后的工作，有極大的幫助。通過這次熱工課程設計，我更加深深的體會到，協調控制系統在火電廠中中十分的重要。用心一看很多設計都應用在自動控制中。總而言之，這一周的課程設計使我受益匪淺。我會在今后的生活中努力學習，好好利用今天學來的知識，感謝老師的精心教導。一周的熱工課程設計，我對實際工程有了初步的了解，通過這次的課程設計使我懂得了理論與實際相結合的重要性，只有理論學得好是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實際相結合起來，才能提高自己的實際動手能力、獨立思考能力和搜索篩選總結有用信

18、息的能力，也為我們專業課的學習提供了莫大的幫助，更為以后的畢業設計做極好的鋪墊。致謝首先非常感謝老師的耐心知道和嚴格要求。本論文在馬老師與張老師的悉心指導下圓滿完成本次課設。本課題在選題及進行過程中得到馬老師的悉心指導。論文行文過程中，馬老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時候給予我最大的支持和鼓勵。馬老師嚴謹求實的治學態度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹向馬老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在這里我也感謝我的組員們的團結合作使這次課程設計圓滿完成，希望我們以后有更多的合作。最后，再次對老師道一聲：老師，謝謝您!參考文獻1 肖大雛. 控制設備及系統. 中國電力出版社. 19962 韓賡.600MW超臨界機組給水控制系統的研究D華北電力大學碩士學位論文.