1、課程設計說明書學生：學號：學院：班級：題目：300MW火電機組協調控制系統指導老師2010年12月23日1選題背景1.1 設計目的通過本課程設計，使學生能較好的運用過程控制的基本概念、 基礎理論與方 法，根據大型火電機組的生產實際，對火電機組的過程控制系統進行分析， 設計 出原理正確，功能較為全面的300MW火電機組協調控制系統。隨著單元機組的 發展，必須將汽輪機和鍋爐作為一個整體進行控制， 而機、爐的調節特性有相當 大的差別，鍋爐是一個熱慣性大、反應很慢的調節對象，而汽輪機相對是一個慣 性小、反應快的調節對象。因此要用協調控制系統，保證在滿足負荷要求的同時， 保持主要運行參數的穩定。1.2

2、設計容和要求(1)負荷指令管理部分輸入參數：外部負荷要求指令(就地指令，中調指令 ADS,電網頻率變化所要求 負荷指令)。輸出參數：實際負荷指令 錯誤!未找到引用源。，鍋爐負荷指令。負荷指令限制回路：a、最大/最小允許負荷限制回路b、負荷返回回路(RB)常用輔機：送風機、引風機、給水泵、發電機失磁、備用、規定返回速率c、迫升/迫降回路(RUN UP/DOWN) d、閉鎖增/減回路（BLOCK INCERASE/DECREASEe、負荷快速切斷回路（Fast Cut Back） 負荷操作：LMCC （負荷管理中心）面板:增、減負荷按鈕：中、高、低速選擇；速度限制（速率整定在3%-5%（2）機爐負

3、荷控制部分：輸入參數：第一級壓力 錯誤!未找到引用源。，機前壓力錯誤!未找到引用源。、機 前壓力定值錯誤!未找到引用源。、鍋爐負荷指令、實際負荷指令錯誤!未找到引用 源。、頻率偏差錯誤!未找到引用源。、實發功率錯誤!未找到引用源。輸出參數：鍋爐指令、至DEH的負荷指令鍋爐主控制器：a、前饋信號形成錯誤!未找到引用源。b、機前壓力定值形成定壓、滑壓汽機主控：三個調節器：汽機機前壓力調節器、電功率調節器、蒸汽流量調節器工作方式：a、以鍋爐跟隨為基礎的CCS （功率控制）b、鍋爐跟隨（非電功率）c、汽機跟隨（電功率）d、手動系統跟蹤：a、汽機基本，且汽機處于（就地）控制時，實際負荷指令跟蹤DEH負荷

4、基準b、爐基本時，鍋爐主控指令跟隨鍋爐負荷指令c、非功率控制方式時，電功率調節器輸出跟蹤 錯誤!未找到引用源。，蒸汽流量 調節器輸出跟蹤DEH負荷基準d、在爐基本或功率控制時，實際負荷指令跟蹤 DEH負荷基準。2系統設計原理單元機組負荷控制系統通常由兩大部分組成： 負荷指令管理部分和機爐負荷 控制部分。負荷指令管理部分的主要作用是對外負荷要求指令（或稱目標負荷指令）進行選 擇并加以處理，使之轉變為單元機組安全運行所能接受的實際負荷指令 錯誤!未 找到引用源。，并作為機組功率給定值信號。機爐負荷控制部分的主要作用是：根據機組的運行條件及要求，選擇合適的 負荷控制方式，按實際負荷指令 錯誤!未找到

5、引用源。，以及機組的功率偏差 錯誤! 未找到引用源。和主蒸汽壓力偏差 錯誤!未找到引用源。進行控制運算，分別產 生對機、爐側的控制作用。作為機、爐有關子控制系統協調動作的指揮信號，分 別稱為汽輪機主控指令（或汽輪機負荷指令）錯誤!未找到引用源。和鍋爐主控指令（或鍋爐負荷指令）錯誤!未找到引用源。圖2-1單元機組負荷控制系統的組成2.1負荷指令控制部分如圖2-2負荷指令管理部分通常接受來自三個方面的負荷指令，形成單元機組的目標負荷指令，他們是：電網中調指令ADS、就地指令和電網頻率變化所要 求的負荷指令錯誤!未找到引用源。負荷指令管理部分大致有兩部分組成：負荷 指令運算回路和負荷限制回路。圖2-

6、2負荷指令控制部分2.1.1負荷指令運算回路負荷指令運算回路該回路的主要任務是：(1)根據負荷控制的要求選擇目標負荷指令的形成方式；(2)考慮到汽輪機等主要設備的熱應力變化的要求和機組負荷的跟蹤能力，對目標負荷指令進行適當的變化率限制；(3)對機組參加電網調頻所需負荷指令信號的幅值及調頻圍做出規定。1.1.2 負荷指令限制回路負荷指令限制回路的主要作用是：對機組的主機、主要輔機和設備的運行狀況進行監視，一旦發生故障而影響機組的實際負荷，或危及機組的安全運行時， 就要對機組的負荷要求指令進行必要的處理與限制，以保證機組能夠繼續安全、 穩定的運行。負荷指令限制回路按其功能一般包括五個部分：最大 /

7、最小允許負荷限制回 路，負荷返回回路（RB），快速負荷切斷回路（FCB）,負荷閉鎖增/減（BLOCK I/D） 回路和負荷迫升/降（RUN UP/DOWN）回路。1.1.3 實際負荷指令形成系統五無 是速率限制模實際負荷指令是由中心調度的負荷指令信號（ ADS）或 者機組值班員負荷設定信號經過速率限制，機組最大負荷和最小負荷限制形成， 或者是由機組發生故障時發來的負荷限制信號形成。當負荷設定是，運行人員可以就地操作LMCC （負荷管理中心）面板上的增、 減負荷按鈕。按下時，經過邏輯線路控制發出斜坡升 RAMP UP（或斜坡降RAMP DOWN）負荷的操作。斜坡升（降）速率可以在高、中、慢速三檔

8、之間選擇，按 鈕松開時，負荷處于保持狀態（HOLD）。負荷設定也可以由ADS設定，這時須 在面板上按負荷控制的ADS按鈕，當ADS燈亮后，表示處于ADS方式，再按一 次按鈕則可以解除ADS作用。比正是速率限制模塊，它能將階躍變化的負荷指令信號變成一個斜坡信 號，一般斜坡速率整定在3%-5%機組還設有負荷返回回路（RB）,當送風機、引風機、給水泵、發電機失 磁、備用等項目其中之一發生故障，就使機組甩負荷，直到負荷降到沒有這些停 運設備也能保持機組繼續運行的水平。 對于不同的輔機故障，甩負荷的目標值和 速率是不同的，須分別設置。甩負荷操作由相應的邏輯線路控制。2.3 機前壓力定值的形成機前設有滑壓

9、運行和定壓運行兩種工況， 因此具有不同的壓力定制，壓力定制曲線如圖2-2所示圖2-2聯合運行方式特性曲線2.3.1 負荷報警如圖2-3.,實際負荷指令在加入機前壓力設定系統的同時加入到負荷報警 系統。圖2-3復合報警方框圖2.3.2 機前壓力定值的形成機前設有滑壓運行和定壓運行兩種工況，因此具有不同的壓力定值, 壓力定值曲線如圖2-4所示。當2v 邏輯條件為“真時；機組處于定壓運行方式，此時，機前 壓力定值器給出的設定值 通過速率限制器后作為壓力定值。設置速率限制 器的目的在于防止在壓力定值變化時， 輸出壓 力定值信號發生突變，實際上 是一個斜坡處理過程。這對控制系統的工作是有利的。同樣 道理

10、，對于由定 壓到滑壓之間切換過程來說，速率限制器也將信號突變轉換為一個漸變過程。當 電邏輯條件為“假”時，機組處于滑壓運行方式。圖2-2中所示 滑壓運行曲線由調節器，函數發生器及高、低值限幅器實現。先暫不考慮 PI作用調節器，則由負荷指令通過函數發生器f(x)可建立一定的斜率曲線 (圖2-2中斜線部分)，此線斜率按給定的負荷壓力 關系確定。圖2-2中兩 段水平部分分別由高、低值限幅器實現，函數發生器來的信號大 于高值限 幅器設定信號時，信號以高值限幅設定值為輸出；函數發生器來的信號小于 低值限幅 器設定信號時，信 號受到限制以低值限幅器設定值為輸出。因此， 在不考慮調節器條件下，利用上述原理可

11、實現事先設定的滑壓曲線。實際情況是，由于種種原因，在給定負荷時，按滑壓曲線上壓力運行 的話，調節=閥開度并不一定能保證所要求的數值。為此，設置一個比例積 分調節器，其入口信號為調節閥門開度和滑壓運行時的調節閥給定值。當調節閥門開度偏離其給定值時，通過調節器輸出信號與函數發生器來的信號相加，改變滑壓曲線斜率，以保證調節閥開度為定值。圖2-4機前壓力定值的形成2.3.3 機前壓力形成如圖2-5機前設有滑壓運行和定壓運行兩種工況，因此具有不同的壓力定值。圖2-5機前壓力形成2.4 機爐負荷控制部分圖2-6是機爐負荷協調控制系統主控圖，可分為機、爐兩部分。2.4.1 鍋爐主控制器鍋爐主控制調節器接收主

12、汽壓力偏差信號和前饋信號，發出鍋爐主控指令, 去控制燃料和送風兩個子系統。鍋爐主控主要由以下幾部分組成：(1)鍋爐熱量信號的形成此系統通過d/dt和三連接形成熱量信號 錯誤!未找到引用源。(2)前饋信號的形成此系統前饋信號采用PTP0/P1+d (PT P0/P1 )/dt , K為補償系數。圖2-3中錯誤!未找到引用源。是動態補償模塊，其傳遞函數是一個實際微分與一階慣性環節的疊加。微分作用保證前饋信號在機組負荷變化初始階段有一定的過調，對克服鍋爐對象慣性有利。f(x)是函數模塊，具作用是將前饋信號轉化為數值上與鍋爐燃 料量、風量相匹配的信號。(3)燃料風量指令處理當系統處于爐跟隨方式時，鍋爐

13、根據前饋信號產生的錯誤!未找到引用源。來產 生鍋爐指令即燃料風量指令；當系統 T處于機跟隨狀態時， 根據邏輯電路產生 的數字信號接如鍋爐負荷指令 錯誤!未找到引用源。，由此產生鍋爐指令。2.4.2 汽輪機主控制器汽輪機主控制器原理如圖2-3右側部分所示，它由三個調節器組成。(1)汽輪機機前壓力調節器：它接受汽機調節閥前節流壓力偏差，在機跟爐工況時，繼電器接通，控制汽機調節閥，自動保持主蒸汽壓力為定值。(2)電功率調節器和蒸汽流量調節器：在功率可變協調控制工況時，這兩個調節器構成審級控制，目的是提高系統的品質和可靠性。 主信號是實發功率，副 信號是蒸汽流量(系統中用 錯誤!未找到引用源。代替)。

14、功率定值中加入頻差信 號錯誤!未找到引用源。，這是為與汽機液壓系統中飛錘調頻信號平衡而設置的。為了提高調節速度，加入了負荷的前饋信號，在非電功率控制的其他四種工況下，這兩個調節器處于跟蹤狀態，電功率調節器輸出跟蹤 錯誤!未找到引用源。值,蒸汽流量調節器輸出跟蹤實發功率。圖2-6 機爐負荷協調控制系統主控圖2.5 控制方式從前饋角度來看，此系統為能量直接平衡協調控制系統。 從反饋角度看，是 爐跟隨為基礎的協調控制基礎。2.5.1 汽輪機跟隨方式此時，繼電器接通。這種方式的基本模式是汽輪機自動調壓（閉環），鍋爐手動調功（開環）。CCS的鍋爐主控操作器BM （Boiler Master）手動。按鍋爐

15、側的 工作狀態，若鍋爐主控BM處于自動狀態（煤、風、水等子回路均投入自動）接 受運行人員在LMCC上給定的鍋爐指令定位，即是不帶功率控制的汽輪機跟隨自 動方式。2.5.2 鍋爐跟隨方式此時，繼電器接通，實際是一種以能量信號平衡的協調控制系統。這種方式的基本模式是鍋爐自動調壓（閉環），汽輪機手動調功（開環）。汽輪機調門開度可以在DEH的操作板上或 CCS的汽輪機主控操作器(TurbineMaster, TM)上手動操作。按汽輪機側的工作狀態，若汽輪機DEH控制處于遙控 方式或汽輪機TM為自動狀態，接受運行人員在負荷管理中心LMCC給定的汽輪 機調門開度指令定位，即為不帶功率控制的鍋爐跟隨自動方式

16、。 此時的系統已不 是一般的機爐分別控制的爐跟隨控制方式 (雖有負荷指令，但無實發功率反饋信 號，故不能準確保證電功率)。2.5.3 協調控制前饋控制回路控制信號來源的形式為按負荷指令進行的前饋控制。 此時，繼 電器接通，鍋爐側閉環調節壓力，汽輪機側閉環調節負荷，但能準確保證電功率 并參加一次調頻。機組可通過邏輯線路來選擇定、滑壓運行方式。2.6 邏輯功能為了保證協調控制系統的安全可靠運行，系統配置了一整套嚴密的邏輯控制 系統，主要有機組局部故障處理邏輯、機組負荷給定值形成邏輯、控制方式切換 邏輯三大類。2.6.1 鍋爐基本控制方式選擇邏輯當運行人員按下選擇鍋爐基本按鈕、 或出現自動轉向鍋爐基

17、本信號、 或門1 形成鍋爐基本自動指令，此指令送人記憶復位元件MR1,在汽機基本自動指令作用于其復位端之前，此指令信號永遠保持，直到汽機基本自動指令將MR1元件復位端置零。當MR1輸出為“1”時，可以看出它有以下幾方面作用。(1)信號送去繼電器，使其帶電后切換為鍋爐基本方式。(2)通過或門使鍋爐基本自動指示燈亮，該燈位于 LMCC面板上。(3)信號送到與門，與另一路輸入(鍋爐主控手動信號經非門而形成的鍋爐主控自動信號)共同作用使與門輸出的信號為鍋爐基本已自動信息。該信號送到或門，使鍋爐基本 已自動燈亮，向運行人員表明“鍬爐基本”的自 動控制回路已真正接通，能進行“鍋爐基本”的自動控制了。因為當

18、鍋爐主控 仍處于手動時，也即在該處有鍋爐基本所屬自動控制信號的斷點，是不能實現 鍋爐基本自動控制方式的。(4)將鍋爐基本已自動”的信號送至控制方式自動切換邏輯”作 為自動切換的條件。(5)在或門中與鍋爐主控處于手動信號匯合作為鍋爐調節器跟蹤信 號。(6)在與門中與鍋爐主控處于手動信號匯合，表明鍋爐主控處于手動 及選擇了鍋爐基本自動方式，此信號送到“實際負荷指令跟蹤邏輯”去跟蹤燃料 量。(7)在或門中與選 擇電功率控制信號(來自MR3輸出)匯合，輸出 作為汽機側跟蹤信號。2.6.2 汽輪機基本控制方式選擇邏輯當運行人員按下選擇汽機基本自動按鈕或出現自動轉向汽機基奉信號時，或門1形成鍋爐基本自動指

19、令，此指令再送入記憶復位元件 MR2,當MR2輸出為1”時，可以看出它有以下幾方面作用：(1)使繼電器失電，切換為汽輪機基本控制方式；(2)通過或門使汽輪機基本控制方式指示燈亮，該燈位于LMCC面 板上；(3)信號送到與門，后者另一路為汽輪機處于遙控信號，故輸出處于汽輪機基本自動的信號，同時該信號送到或門，使汽輪機基本已自動燈亮，向運行人員表明汽輪機基本控制回路已真正接通；(4)將 汽機基本已自動”的信號送至 控制方式自動切換邏輯”作為 自動切換的條件；(5)在或門中與汽輪機處于手動信號匯合作為圖 2-3中汽機機前壓力調節器跟蹤信號；(6)在與門中與汽輪機處于手動信號匯合，送到“實際負荷指令跟

20、蹤邏輯”中 作跟蹤于汽機基準的信號。2.6.3 功率控制方式在汽輪機基本已自動和鍋爐主控自動兩條件同時具備時按下“電功率控制”按鈕，即選擇功率控制方式。當記憶復位元件MR3輸出出現T'狀態時，其 作用如下：(1)輸出“處于電功率控制”信號。再控制繼電器T3,形成電功率控制方式；(2)通過或門7使電功率控制指示好亮；(3)通過非門3輸出非電功率控制方式信號，去做蒸汽流量調節器跟 蹤控制信號。以上 工況的切 換邏輯是相互閉鎖的，即不會同時出現兩種工況。一種工況實現時，即消除其他工況。2.7 控制系統跟蹤出于在控制方式切換及手動/自動切換過程中無擾動切換需要，系統設計了復雜的跟蹤項目。(1)實際負荷指令跟蹤在鍋爐基本控制方式且鍋爐主控手動時，實際負荷指令跟蹤于燃料量。在汽機基本控制方式且汽機處于就地