1、課程設計說明書學生姓名學號：學院：自動化工程學院班級：題目：300MW火電機組協調控制系統的設計指導教師：劉波劉麗麗2011年12月21日1 .協調控制系統簡介11.1 協調控制系統的任務11.2 負荷控制對象的動態特性11.3 協調控制系統的主要功能21.3.1 參與電網調峰、調頻21.3.2 穩定機組運行31.3.3具有多種選擇運行方式31.4協調控制系統的組成32.協調控制系統主控制系統54 負荷管理控制中心54 機、爐主控制器54.2 以爐跟機為基礎的協調控制64.2 以汽輪機跟隨為基礎的協調控制63.30MW單元機組協調控制系統設計111 協調控制系統的組成111 協調控制系統的控制

2、方式121 負荷管理控制中心131.5 機組最大負荷/最小負荷限制141.5 負荷要求指令的增/減閉鎖15.收獲、體會和建議16.參獻17.協調控制系統簡介協調控制系統的任務單元機組的輸出電功率與負荷要求是否一致反映了機組與外部電網之間能量供求的平衡關系；主汽壓力反映了機組內部鍋爐和汽輪發電機之間能量供求的平衡關系。協調控制系統就是為完成這兩種平衡關系而設置的。使機組對外保證有較快的負荷響應和一定的調頻能力；對內保證主要運行參數(主汽壓力)穩定的系統稱為協調控制系統。協調控制系統(CoordinatedControlSystem-CCS)是將單元機組的鍋爐和汽輪機作為一個整體來進行控制的系統。

3、負荷控制對象的動態特性在單元機組中，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1所示C圖1單元機組負荷控制對象原理方框圖；對象的輸入量口為鍋爐燃料量調節機構開度，代表鍋爐燃燒率(及相應的給水量)，的變化將引起機前壓力PT的變化，用WPB(S的述該通道的特性，在汽輪機調節閥開度叱T不變時，Wpb(S)具有以下形式:PB(S)=Ki/(Tis+1)2式(1)是一個簡化了的和二階系統,它表明燃料-壓力通道具有較大的慣性和遲延.在燃燒率變化后，在汽輪機調門開度仙T

4、不變時,pT的變化也將引起機組實發功率PE的變化。圖1中，WNB(s)是燃料一切通道的傳遞函數，它具有如下形式：Wnb(S)=K2/(T2s+1)2(2)在機組燃燒率保持不變，將汽輪機調節閥門開度通常用同步器位移量表示小丁改變，它將引起機前壓力pT的變化，以及機組實發功率PE的變化，這兩個通道的傳遞函數WM(S)、WPi(S)形式如下W(S)=K3+(K4/T4s+1)(3)WM(S)=K5/(T5s+1)K6(T6s+1)2(4)以上四個式子是通過實驗方法得到的，通過理論分析和線性化處理也可得出以上關系。以上用傳遞函數表示單元機組的動態特性，也可用階躍響應來表示.協調控制系統的主要功能參與電

5、網調峰、調頻特別使隨著電網負荷晝夜峰谷差的急劇上升，電網對機組參與調峰要求日益增高，世界上出現了各種夜間低負荷運行，兩班制運行，周末停運,.的中間負荷機組。要求機組控制具有更快速、更靈活的負荷響應，并且在更大的負荷變化范圍里，甚至0100稱程，CCSfg夠投入自動。調峰使按電網晝夜的負荷變化，視該機組在電網中的地位與經濟效益，有計劃地，大幅度地進行調度控制。而調頻則是瞬時的，有限制地，按該機組CCS系統設定的頻差校正特性(不等率、死區、限幅值)校正機組負荷。穩定機組運行CCS8統檢測與消除機組運行的各種內外擾動，協調鍋爐與汽機的能量平衡。協調鍋爐內部燃料、送風、引風、給水,.各子回路的能量平衡

6、與質量平衡。機組的穩定運行，機爐的能量平衡就是以機前壓力的穩定為標志。具有多種選擇的運行方式CCS8統設計，必須滿足機組各種工況運行的需要；提供可供運行人員選擇或聯鎖自動切換的相應控制方式。系統方式的切換，均為無擾動過程；并且，切除機或爐的某一部分自動，并不影響CCS系統的穩定運行，使CCSM有在各種工況下，正常運行啟動、低負荷或局部故障條件，都投入自動的適應能力。協調控制系統的組成單元機組協調控制系統是由負荷控制系統也稱主控系統，常規控制系統也稱子控制系統和負荷控制對象三大部分組成的。如圖6所示。負荷控制系統又由二部分即負荷指令處理部分也稱負荷管理控制中心和機爐主控制器組成。負荷管理控制中心

7、（LoadManagementControlCenterLMCC接受的是外部負荷指令、根據機組和控制系統本身需要所設的內部負荷指令。內部負荷指令一般有機組輔機故障減負荷Runback（快速返回）指令，與機組負荷有關的主要運行參數超過上限而引起的減負荷Rundown（迫降）指令。主要運行參數低于下限而引起的增負荷Runup（迫升）指令，負荷控制系統處于手動狀態時，負荷控制系統本身跟蹤實發功率的信號。外部負荷指令一般有電網調度所的負荷分配指令ADS（AutomaticDispathSystem）、機組運行人員手動增/減負荷的指令。負荷管理管理控制中心的主要作用是對外部要求的負荷指令或目標負荷指令T

8、LD（TargetLoadDemand）進行選擇，并根據機組主輔機運行情況加以處理,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ALD(ActualLoadDemand)P0,實際負荷指令又稱ULD(UnitLoadDemand)單元機組實際負荷指令。機、爐主控制器接受LMC3出的實際負荷指令P0,為了使鍋爐和汽輪機的控制作用更好地協調，在協調控制方式情況下，汽輪機主控制器接受汽輪機的DEH(DigitalElectroHydraulic即數字電液調節)來的頻率偏差信號Af,還接受汽輪機首級后壓力p1與主汽壓力pT的比值p1/pT的反饋信號，即汽輪機閥位的反饋信號，以及實發功率

9、信號PE和主汽壓力的偏差Ap。機、爐主控制器的主要作用是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P0與實發功率信號PE的偏差和主汽壓力的偏差Ap以及其他信號，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(BoilerDemand)PB和汽輪機指令(TurbineDemand)PT單元機組主控制系統是單元機組協調控制系統的核心。在單元機組協調控制系統中無論是調頻和調負荷、機組的啟動和停止、故障情況下的安全運行、鍋爐燃燒率的變化、汽輪機調節汽閥開度的變化都是在主控制系統統一的指揮下達到協調一致的，即機組的輸入能量和

10、輸出能量在滿足電網負荷要求的前提條件下總是保證平衡的。完成主控制系統與子系統之間的協調。一般汽輪機和鍋爐的控制系統都是比較簡單的單、回路和常規的控制系統，這些系統能克服由于內、外擾動造成的參數波動，使之保持在允許的范圍之內。同時也適應負荷控制系統發來的變負荷指令信號，使每個子系統都能在主控制系統的統一指揮下協調動作，完成子系統與單元機組(控制對象)之間的協調，使整個單元機組安全經濟運行。機爐的子控制系統是協調控制的基礎，它們的控制質量將直接影響負荷控制的質量。因此，只有設計好各子控制系統，并保證其具備較高控制質量的前提下，才有可能使協調控制系統達到要求的控制質量。負荷控制系統子控制系統,圖2協

11、調控制系統組成框圖.協調控制系統主控制系統負荷管理控制中心負荷管理控制中心是協調控制系統的指揮機構，它的主要功能是根據電網調度中心的要求負荷指令或機組運行人員要求改變負荷的指令以及機組主輔機運行情況,處理成合適于機爐運行狀態的實際負荷指令ALD或ULD(P0)。具體來講,LMCQfg完成以下功能：(1)最大/最小負荷限制協調控制系統提供機組最大/最小負荷限制值，運行人員上可通過設定器調整機組最大/最小負荷限制值，限制值的增減直接影響實際負荷指令。當實際負荷指令等于最大或最小限制值，實際負荷指令不論要增加或減少都將受到閉鎖。當實際負荷指令等于運行人員設置的最大/最小負荷限制值時，設定器上的限制紅

12、燈點亮。(2)負荷返回回路當機組主要輔機(如送風機、引風機、一次風機、磨煤機、空氣預熱器、給水泵等)出現故障時，機組就不能滿負荷運行，必需迅速減負荷。CC般計了快速返回信號，以保護機組的安全。如果是鍋爐側主要輔機發生故障，則將在汽輪機跟隨方式下完成負荷快速返回，即鍋爐需要迅速減負荷，而汽輪機應跟著迅速把負荷降下來。負荷降低的幅度要看主要輔機故障的情況而定。(3)負荷快速切斷回路(FastCutBackFCB)機組在運行時，如果發生嚴重故障，例如機組突然與電網解列(即送電負荷突然跳閘)，或汽輪機跳閘，這時快速返回就已不能適應迅速減少負荷的要求。CCSS計了快速切回信號，以實現機組快速甩負荷。FC

13、B的設計分兩種情況，一種是甩負荷至廠用電，當機組甩負荷突然跳閘，為了使機組仍能維持廠用電運行，即不停爐不停機，FCBS機、爐巨維持在最小負荷。另一種是發電機、汽輪機跳閘，這時FCBfg汽輪機快速甩負荷或停機。鍋爐產生的蒸汽通過旁路系統輸出，鍋爐繼續維持最小負荷運行，即停機不停爐。(4)閉鎖增/減回路當發生煤輸送管道或燃燒噴嘴堵塞，擋板卡死，執行機構、調節機構等設備工作異常的故障時，將會造成燃料量、空氣量、給水量等運行參數的偏差增大。CC毀計了負荷增/減閉鎖信號，對這些運行參數的偏差大小和方向進行監視，如果出現故障，負荷增/減閉鎖回路根據偏差的方向，將對實際負荷指令實施增或減方向的閉鎖，以防止故

14、障的危害進一步擴大，直至偏差回到規定限值內才解除閉鎖。(5)負荷迫升/迫降回路對于負荷增/減閉鎖所談到的一類故障，除了采用增/減閉鎖措施外，CCS!常還采用迫升/迫降措施。當有關的運行參數偏差超過了允許值，同時有關的控制輸出已達到極限位置，不再有調節余地。則迫升/迫降回路根據偏差的方向，將對實際負荷指令實施迫升/迫降，使偏差回到允許值范圍之內，從而達到縮小故障危害的目的。當發生迫開/迫降后，CCS等使負荷指令處于保持狀態。2.2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、汽輪機跟隨等控制方式給出合理的控

15、制方案提供機組全面的協調控制.機爐主控制器的設計從其控制結構出發有兩種指導思想，一種是以反饋控制為基礎的，適當加入一些前饋信號作為輔助調節以改善控制品質；另一種則是從能量平衡的角度考慮前饋的控制，力爭做到前饋補償后，鍋爐和汽輪機就能協調一致地達到所要求的負荷，反饋作用僅在此基礎上起校正作用。這樣機爐主控制器就有二種分類方法，一種以反饋回路分類，一種以能量平衡分類。按反饋回路分類有以爐跟機為基礎的控制方式和以機跟爐為基礎的控制方式。以能量平衡分類有能量間接平衡控制方式和能量直接平衡控制方式。主控制系統類型各異。主要反映在機爐主控制器上，因此，主控制系統或協調控制系統的類型是以機爐主控制器的控制方

16、式而命名。下面對各類機爐主控制器進行原理介紹。以爐跟機為基礎的協調控制單元機組以爐跟機為基礎的協調控制系統示意圖如圖7(a)所示。它是以爐跟機控制方式為基礎加入一個非線性環節形成的。鍋爐跟隨控制方式的特點是機組能比較快地適應電網負荷的要求。但汽壓波動大，為了限制汽壓變化，增加了非線性元件。如果負荷要求增長的速率和幅度較大，可能引起汽壓pT的變化幅值過大。當汽壓偏差|p0-pT|學死區組件的時，死區組件將發出限制汽輪機調節汽閥繼續開大或回關的信號，以保證汽壓pT在允許的范圍內變化.當汽壓偏差不太大時，不去限制調節閥門開度Nm勺變化，以使PE盡快響應P0。以上分析可以看出，機組在共同保持汽壓的過程

17、中采用了爐跟機協調的控制動作，故稱為爐跟機為基礎協調控制。從汽壓偏差對汽輪機調節閥門開度仙T可以看出，盡管可以減少汽壓的較大波動，但同時也減慢了輸出功率PE響應負荷要求指令P0的速度，實質上是以降低功率響應性能為代價來提高汽壓控制的品質。因此協調的結果是功率和汽壓兩方面性能指標的折衷。圖3為又一種爐跟機為基礎的協調控制系統的示意圖。它是以爐跟機控制方式為基礎將功率偏差信號P0-PE并行地送入汽輪機控制器和鍋爐控制器，加入非線性環節和前饋信號P0的比例微分作用形成的。設“負荷要求”P0增大，功率偏差信號P0-PE并行地送入汽輪機控制器和鍋爐控制器，汽輪機控制器迅速開大汽輪機調節汽閥，機前壓力pT

18、降低，鍋爐放出蓄熱，蒸汽流量增大，以暫時適應負荷要求增大的需要。由于鍋爐對負荷變化的響應較汽輪機慢，采用負荷要求P0通過比例微分作用作為送往鍋爐的前饋信號，以補償鍋爐的慣性和遲延。如果負荷要求增長的速率和幅度較大，可能引起汽壓pT的變化幅值過大。當汽壓偏差|p0-pT|學死區組件的時，死區組件將發出限制汽輪機調節汽閥繼續開大或回關的信號，以保證汽壓pT在允許范圍內變化。汽壓偏差信號p0-pT同時送入鍋爐控制器，加強對鍋爐的調節作用，以補充由于汽壓變化引起鍋爐蓄熱量變化附加的燃料量。調節結束時，達到P0=PEpT=p0的平衡狀態。圖3所示系統的特點是嫩黃補償鍋爐的慣和遲延，加強對鍋爐的控制作用。

19、目前，以爐跟機為基礎的協調控制系統得到廣泛應用圖3以爐跟機為基礎的協調控制系統示意圖以汽輪機跟隨為基礎的協調控制單元機組以機跟爐為基礎的協調控制系統示意圖如圖4所示，它是在機跟爐控制方式為基礎加入一個非線性環節形成的。汽輪機跟隨控制方式的特點是適應電網負荷需求能力較差而波動小，不能充分利用鍋爐的蓄熱量。為了提高適應電網負荷的能力，通過非線性元件將功率信號引入汽輪機控制回路。當負荷要求P0增大是，功率偏差信號P0-PE送入鍋爐控制器。增大燃燒率。與此同時，通過非線性元件暫時降低主汽壓力給定值，汽輪機控制器就發出開大汽輪機調節汽閥的指令，使輸出功率PE迅速增加。反之,當減小負荷即P0-PE<

20、0時，增大汽壓給定值，汽輪機控制器發出關小調節汽閥的指令，迅速減小輸出功率PE=非線性元件是一個雙向限幅的比例器，它可以輸出一個與P成比例的信號，暫時地改變pT的定值p0,從而使鍋爐的蓄熱得到利用，用以提高負荷適應性。當P0-PE超過這個區域時，非線性環節的輸出不再變化（水平段飽和區），即汽壓給定不再變化.看來這種pT定值的改變只限定在一定的范圍內，以免汽壓偏離給定值超過允許范圍。增加一個限幅非線性元件的作用是限起始控制過程中，功率變化P對調節閥門開度NT的影響以保證p不會波動太大。從以上分析可以看出，在響應負荷要求指令時，機爐采用了共同的協調控制動作，故稱為機跟爐為基礎協調控制。由于負荷要求

21、指令改變時，汽輪機側配合鍋爐側燃燒率NB的改變同時改變調節閥門開度nT,暫時利用了鍋爐的蓄熱能力，所以功率響應速度加快。但同時汽壓波動也因此加大，實質上是以降低汽壓控制的品質為代價來提高功率響應的速度。因此協調的結果是功率和汽壓兩方面性能指標的折衷。為了補償鍋爐負荷響應的慣性和汽輪機調節汽閥開度變化對鍋爐控制系統的影響，可采用圖4所示以機跟爐為基礎的協調控制系統。它是以機跟爐控制方式為基礎加入非線性環節和前饋P0的比例微分作用、機前壓力pT的微分作用形成的。采用P0經比例微分(PD)作用后作為前饋信號，這樣能提前和加強調節鍋爐的燃燒率，改善鍋爐負荷響應特性的慣性。由于當負荷要求P0不變時，如果

22、某種擾動使汽輪機調節閥門開度變化，機組實發功率PE隨之變化。這個擾動將使鍋爐控制系統動作，不利于機組穩定運行。為了減少汽輪機調節閥門開度對鍋爐控制系統的干擾，在鍋爐控制器入口加入pT的微分信號，用以補償PE變化的影響。只要微分器參數KDTD選擇得合適，當汽輪機后調節汽閥動作時，可使鍋爐控制器入口PE+pT0(p'T為pT的微分信號)，即不受調節汽閥動作的干擾。+P0*圖4以機跟爐為基礎的協調控制系統示意圖30MV#元機組協調控制系統設計協調控制系統的組成.負荷管理控制中心(LMCC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理。根據機爐狀態，選擇機組可能接受的外部負荷

23、指令(ADSR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受的機組負荷指令P0o(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的最大/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。.機爐主控制器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的應用。機爐主控制器主要有以下兩個部分組成：(1)機爐正常運行情下的負荷指令PBPT的形成。(2)機爐的實際負荷指令P'B、P'T的

24、形成。協調控制系統的控制方式在單元機組的協調控制系統的設計中為保證機組的安全運行，應設計多種控制方式，尤其是汽輪機側或鍋爐側出現故障時，應能自動地無擾動切換成其他控制方式。不同的機組，控制方式有所不同，本機組有以下幾種運行方式和控制方式。.定壓運行方式單元機組定壓運行時有4種機爐負荷控制方式。(1)基本控制方式。當機組由于某些故障(如主燃料跳閘一一MFT不能正常運行時，常采用此種控制方式。(2)鍋爐跟隨控制方式。當爐側主機和輔機運行正常，而汽輪機側主機或輔機有某些不正常情況而使機組不能達到額定負荷運行時，常采用此種控制方(3)汽輪機跟隨控制方式。當機組汽輪機側主機和輔機運行正常，而鍋爐側主機或

25、輔機有某些不正常情況而使機組不能達到額定負荷運行時，常采用此種控制方式。(4)協調控制方式。當單元機組鍋爐側和汽輪機側主機和輔機均處于正常運行狀態時，且機、爐主控制器均投入自動的情況下，機組可采用協調控制方式。.滑壓運行方式單元機組滑壓運行時有兩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。負荷管理控制中心單元機組的負荷控制受到兩個方面的制約，一方面是電網的需求，另一方面是機組本身的能力。反映電網需求的有運行人員的手動給定負荷信號(一般按電網規定的負荷曲線操作)，頻差信號以及來自中調的負荷要求。反映機組本身負荷能力的有機組運行參數和輔機狀態。負荷管理控制中心用來綜合這兩方面的

26、信息，產生一個機組能接受的實際負荷指令P0,完成機組與電網之間的協調。負荷管理控制中心功能框圖如圖10所示，從圖10可以看出，主要包括負荷指令的方式及處理部分，負荷要求指令的增/減閉瑣部分，機組最大負荷/最小負荷限制部分。機組最大負荷/最小負荷限制協調控制系統提供機組最大/最小負荷限制值，運行人員可通過設定器調整機組最大/最小負荷限制值，限制值的增減直接影響機組實際負荷指令。當實際負荷指令等于最大或最小限制值，實際負荷指令不論要增加或減少都將受到閉鎖。當實際負荷指令等于由運行人員設置的最大/最小負荷限制值時，設定器上的限制紅燈點亮。最大/最小負荷限制值將分別通過小值選擇器和大值選擇器，起到限制

27、機組最大負荷及最小負荷的作用。負荷要求指令的增/減閉鎖在機組運行中產生某種故障時，使機組實際負荷的增減受到限制。例如輸煤管道或噴燃器堵塞，風機擋板卡住、執行機構和調節機構故障等，這類設備工作異常，常會造成燃料量、空氣量、給水量運行參數的偏差增加。如果對這些運行參數的偏差大小和方向進行監視，就可判斷設備工作是否異常，是否出現故障。這樣就可以根據運行參數的偏差大小和方向對實際負荷指令實施增或減方向的閉鎖，以防止故障的危害進一步擴大。增閉鎖是由轉換器T9和小值選擇器實現，減閉鎖是由轉換器T8和大值選擇器實現。當只有轉換器T8切換在A端時，負荷指令不能減只能開。當只有切換器T9切換在A端時，負荷要求指令不能增只能減，增減負荷的幅度決定與最大最小負荷限制設定器的取值。當T8、T9都置為A端時負荷指令處于保持狀態。切換器T8或T9切換到A端是自動進行的，