1、電廠AGC、協調控制系統介紹電廠控制系統簡介第1頁內容綱領1、AGC、協調控制概念。2、協調控制系統控制原理。3、分系統控制介紹：鍋爐主控、汽機主控、引風自動、送風自動4、汽包水位控制邏輯。5、主汽溫度控制邏輯。電廠控制系統簡介第2頁AGC、協調控制概念電力系統頻率和有功功率自動控制系統稱為自動發電控制（AGC為Automation Generator Control 縮寫) 。通常指是電網調度中心直接經過機組DCS控制系統實現自動增、減機組目標負荷指令功效。是當前機組一個基本功效。電力系統自動發電控制（AGC）系統由主站控制系統、信息傳輸系統、和電廠控制系統等組成。電廠控制系統簡介第3頁電廠

2、控制系統簡介第4頁協調控制系統概念CCS三種起源：CCS是一個連續調整系統（Continuious Control System），被控變量是模擬量。電站最終目標是滿足電網負荷要求，要靠鍋爐和汽輪發電機共同配合，因為二者特征有較大差異，所認為了既滿足電網需求，又能使機組安全穩定運行，必須協調鍋爐和汽輪機之間運行，所以需要一個負荷協調控制系統（Coordinated Control System）。這種系統往往是將被控量與設定值進行比較，經調整器運算后輸出控制信號，使被控量發生改變，最終使被控量等于或靠近設定值，系統是一個閉合回路。所以又稱其為閉環控制系統（Closed loop Control

3、 System）。狹義上講，CCS只是指負荷協調控制系統，廣義上講，單元機組上全部連續調整系統都屬于CCS。電廠控制系統簡介第5頁單元機組協調控制任務：單元機組運行時，鍋爐和汽輪發電機共同維持外部負荷要求，也共同確保內部運行參數(主要是主蒸汽壓力)穩定。所以，單元機組輸出功率與負荷要求是否一致，反應了機組與外部電網之間能量供求平衡關系;而主蒸汽壓力則反應了機組內部鍋爐和汽輪發電機之間能量供求平衡關系。也就是說，功率和主汽壓力是單元機組協調控制主要參數。因為鍋爐和汽輪發電機運行過程各有特點它們動態特征存在很大差異，汽輪發電機負荷響應快，鍋爐負荷響應慢。所以，單元機組在進行負荷控制時，必須很好地協

4、調機、爐兩側控制操作，合理地保持好內外兩個能量供求平衡關系，以兼顧負荷響應性能和內部運行參數穩定。也就是說，要使單元機組對外有較快功率響應和一定調頻能力，對內確保主蒸汽壓力維持在允許范圍內，這就是單元機組協調控制任務。電廠控制系統簡介第6頁提升CCS可靠性及控制性能辦法： （1）為了提升測量信號可靠性，除了在計算機硬件上采取必要辦法（如提升轉換精度、采取抗干擾辦法等）外，還用軟件對測量進行處理。比如（質量檢驗、雙測量處理、三測量處理） （2）MRE ，切手動。在出現影響投入自動信號后，為了安全起見，應將系統強切到手動方式。 （3）PLW ，優先降。當出現一些異常或特殊情況時，將不再采取正常控制

5、信號，而是自動地降低控制輸出。 （4）PRA， 優先增。與PLW相同，但，是增加控制輸出。 （5）BI， 閉鎖增。負荷協調控制系統中采取一個功效。當某一被調量，比如燃料量，跟不上燃料量需求指令改變，且差距越來越大時，則閉鎖機組負荷指令增加。詳細描述請參見負荷協調控制系統一節。 （6）BD ， 閉鎖減。與BI相反。 （7）RU、RD， 迫升/迫降。負荷協調控制系統在出現異常時一個升/降負荷行為。 （8）RB， 快速減負荷。在出現主要輔機跳閘時，負荷協調控制系統自動快速降低負荷。 （9）為了均衡負荷和實現無擾切換，對于多執行機構，采取平衡回路。電廠控制系統簡介第7頁協調控制是指單元機組鍋爐和汽機協

6、調動作、控制機組功率和主汽壓力。當負荷指令改變時，機組主控制器并行地改變鍋爐燃燒率和汽機進汽量，同時為了使主汽壓力波動在合理范圍內，用汽壓改變來適當地限制汽機調門開度改變和適當加強鍋爐調整作用。在這種協調控制方式下，機組既能較快地響應負荷改變，又能維持機組穩定運行。當鍋爐或汽機有一方受到限制，機組就不能在協調方式下運行。若鍋爐側運行正常，而機組輸出功率受到汽機限制時，主控制器能夠采取經過鍋爐調整來維持汽壓穩定運行方式，這就是鍋爐跟隨方式。若單元機組中汽機運行正常，機組輸出功率受到鍋爐限制時，主控制器能夠采取經過汽機調整來維持汽壓穩定運行方式，這就是汽機跟隨方式。控制方式選擇：電廠控制系統簡介第

7、8頁鍋爐跟隨（BF）方式：電廠控制系統簡介第9頁鍋爐跟隨方式是由汽機調節機組輸出功率，鍋爐調節汽壓。當負荷改變時，先由汽機側發出控制動作，由此引起主汽壓力改變，再由鍋爐跟隨發出控制動作，所以稱為鍋爐跟隨方式。可采取改進措施：在主控制器中，利用調門開度作為前饋控制，一方面賠償鍋爐動態特征延遲和慣性，加快響應，其次在變動負荷控制過程中起粗調作用，調節器只需對壓力偏差稍加校正即細調，可使系統趨于穩定。這樣在一定程度上防止了鍋爐側必須要等到主汽壓力發生偏差后才進行調節弱點，既可使控制質量大為提高，也可使控制過程縮短。電廠控制系統簡介第10頁汽機跟隨（TF）方式：電廠控制系統簡介第11頁汽機跟隨方式是由

8、鍋爐調整機組輸出功率，汽機調整主汽壓力。當負荷改變時，先由鍋爐側發出控制動作，待主汽壓力改變后，再由汽機跟隨發出控制動作，所以稱為汽機跟隨方式。汽機跟隨方式中，因為主汽壓力對調門開度改變反應很快，汽機主控制器可確保主汽壓力改變很小，有利于機組運行安全和穩定。不過負荷改變時因為沒有利用機組蓄熱能力，電功率改變要等到燃料、風量、給水等改變引發蒸發量、蓄能及主汽壓力改變后才開始響應，有較大延遲，所以負荷適應能力較差，不利于帶變動負荷和參加電網調頻。這種方式普通適合用于帶基本負荷單元機組和蓄熱能力較小直流鍋爐。當單元機組鍋爐部分調整受到限制、或者當機組發生RUNBACK或FCB(汽輪發電機故障或電網故

9、障要求機組停機不停爐或帶廠用電)時，為使機組安全運行而采取汽機跟隨運行方式。電廠控制系統簡介第12頁以上所述兩種控制方式，因為沒有考慮鍋爐和汽機動態特征上差異和它們之間內在相互關聯性，所以在功率和汽壓控制性能萬面存在顧此失彼問題電廠控制系統簡介第13頁協調控制直接能量平衡方式(DEB方式)設計思想主要為:表達機爐協調控制標準，當出現負荷需求時，機爐并行參加控制功率和汽壓;以能量平衡觀點來設計協調控制系統。能量指單位時間內能量，即功率。 汽機速度級壓力PI。它代表進入汽機蒸汽流量，亦即汽機輸入功率。熱量信號HR=PI+C(dPd/dt)。Pd為汽包壓力，C為鍋爐蓄熱系數。熱量信號代表單位時間內燃

10、料燃燒傳給鍋爐熱量。電廠控制系統簡介第14頁熱量計算電廠控制系統簡介第15頁協調控制當負荷指令改變時，經過汽機主控制器功率調整器輸出，汽機調門動作，使功率快速與目標負荷一致;同時，當負荷指令改變時，鍋爐側在負荷指令前饋和反饋功率調整器作用下，鍋爐主控制器輸出改變，從而改變燃燒率;在鍋爐燃燒延遲期間，作用在汽機側功率偏差信號馬上使汽機調門動作，暫時利用蓄熱能力使機組輸出功率快速響應。蓄熱量改變產生偏差，偏差信號作用于鍋爐主控制器，加緊鍋爐側響應，最終使熱量平衡，由鍋爐側確保輸出功率與負荷指令一致。在鍋爐側增加負荷指令前饋，是為了加緊鍋爐側燃燒率改變。即使速度級壓力有前饋作用，但在需要功率快速響應

11、時，速度級壓力響應速度還是不夠。電廠控制系統簡介第16頁鍋爐主控電廠控制系統簡介第17頁汽機主控主汽壓力偏差作用于汽機功率調整回路，預防在功率改變時壓力偏差過調。當主汽壓力偏差超出一定值后，作用于汽機側，以預防過分利用鍋爐蓄能，從而使主汽壓力動態改變減小。汽機主控帶器不但要確保功率與負荷指令一致，且幫助鍋爐較快地控制主汽壓力穩定。從主汽壓力偏差對汽機調門限制作用可見，盡管這么可減緩主汽壓力急劇改變，但同時也減慢了輸出電功率響應速度，實質上是以降低功率響應性能為代價換取主汽壓力控帶質量提升。在此意義上，協調結果是兼顧了電功率和主汽壓力兩方面控制質量。功率偏差作用在汽機側，使汽機調門配合鍋爐側動作

12、。因為暫時利用了蓄熱能力，機組功率響應是加緊了，不過主汽壓力偏差也所以加大，實質上是以加大主汽壓力動態偏差為代價換取功率響應提升。電廠控制系統簡介第18頁汽機主控電廠控制系統簡介第19頁引風自動引風量控制系統任務是經過控制引風量將爐膛負壓控制在設定值附近,所以該系統又被稱為爐膛壓力控制系統。引風量經過引風機入口擋板(離心式)或動葉(軸流式)來控制。燃燒控制系統在依據燃燒率指令控制燃料量和送風量同時,必須對應地控制引風量,以維持爐膛壓力在設定值附近,確保安全運行。因為送風量是爐膛壓力最主要擾動原因，所以普通取送風機動葉控制指令(或送風機動葉實際位置)，作為引風量控制前饋信號。當送風量(或控制指令

13、)改變時按百分比改變引風量(指令),再依據爐膛壓力與定值偏差，由爐膛壓力調整器進行校正調整。電廠控制系統簡介第20頁引風量控制系統電廠控制系統簡介第21頁系統采取送風機動葉指令平均值作為前饋信號,當送風量改變時,同時調整引風量,使爐膛輸入質量與輸出質量基本保持平衡,可防止爐膛壓力出現較大改變。前饋控制不可能做到保持爐膛壓力準確不變,所以,爐膛壓力偏差經一帶死區非線性步驟f(x)2后,被送往PID3調整器,該調整器輸出與前饋信號疊加,形成引風量控制指令。PID3調整器最終將爐膛壓力控制在設定值附近。之所以采取帶死區非線性步驟f(x)2,是因為爐內燃燒過程是一個猛烈化學反應過程,爐膛壓力處于快速波

14、動狀態,假如直接將爐膛壓力信號偏差送到PID3調整器,其輸出將不停波動,會引發引風擋板(或動葉)頻繁動作;采取帶死區非線性步驟后,只要壓力是在一定范圍內波動,調整器輸出就不會發生改變,從而可防止擋板(或動葉)頻繁動作。 平衡回路作用是為了實現跟蹤和無擾動切換。經某臺引風機控制站輸出指令還要經過一些處理后才成為真正引風量控制指令。電廠控制系統簡介第22頁電廠控制系統簡介第23頁送風自動電廠控制系統簡介第24頁電廠控制系統簡介第25頁電廠控制系統簡介第26頁電廠控制系統簡介第27頁汽包水位控制給水系統流程圖：電廠控制系統簡介第28頁任務：汽包水位過高會影響汽水分離效果，使蒸汽帶水；汽包水位過低，會

15、影響汽水循環，甚至干鍋。汽包水位控制系統任務就是維持鍋爐汽包水位為設定值，實現全程水位自動控制。電廠控制系統簡介第29頁影響水位原因主要有：（1）流出汽包蒸汽流量（2）放水或排污量 （3）進入汽包給水流量 從質量平衡角度看，當流出汽包蒸汽流量、排污、放水量和進入汽包給水量不平衡時，汽包水位將發生改變。 （4）汽包壓力改變。汽包壓力改變可能會造成“虛假”水位現象。上述幾個主要原因中，蒸汽量取決于外界負荷要求，汽壓改變則是燃料量、蒸汽量等綜合影響結果，而只有給水量是一個可控制量，能夠用作汽包水位調整伎倆。電廠控制系統簡介第30頁汽包對象特征如圖比如：當汽包壓力Pd下降時，汽包中飽和水就會大量汽化，

16、產生大量汽泡，使得水位升高，往往是因為汽輪機用汽量D增加造成Pd 下降，即D 造成H 。而從質量平衡角度看，流出汽包質量增加，應使水位下降，所以這種水位上升現象是一個“虛假”水位現象。一樣因為用汽量D降低，Pd升高，將造成水位暫時下降（也是虛假水位現象）。電廠控制系統簡介第31頁因為這么一個特征，當只用一個簡單PI調整，即只依據水位調整時，就會造成錯誤動作。比如：D 造成H ，而H 要求給水W ，這將使得D與W嚴重不平衡，所以接下來是水位快速回落，系統極難穩定。所以汽包水位控制系統普通都設計成三沖量串級控制方案。電廠控制系統簡介第32頁電廠控制系統簡介第33頁單沖量控制方案開啟之初，主給水門關

17、閉，開啟閥1、2也關閉，開啟控制閥前后電動門打開（參見圖71），此時，電泵定速運行，經過開啟控制閥節流作用，調整給水流量控制水位。原理如圖電廠控制系統簡介第34頁電廠控制系統簡介第35頁此時，開啟控制閥控制器PID對設定值和水位值之間偏差進行PID運算，自動控制指令經開啟控制閥M/A站輸出，去控制開啟控制閥開度，改變進入汽包給水，最終使水位等于定值。伴隨負荷開高，要求給水量增加，該開啟控制閥逐步開大，到了一定開度以后，調整性能變差，這時應該手動逐步打開主給水門（經過SCS），或者，當負荷增加，控制閥開大以后，當發覺控制閥已無法再對給水進行調整時，手動升高電泵轉速，提升壓頭，增加給水，此時，開啟

18、控制閥依然能夠自動地將水位維持在設定值上。電廠控制系統簡介第36頁伴隨負荷繼續升高，給水壓力已升得較高，閥門承受節流壓差也越來越大，當開啟控制閥門已開到90以后，能夠將電動給水泵轉速控制投自動。給水控制由閥門節流調整方式變成了給水泵轉速調整方式。此時單沖量控制器PID將對水位與定值之間偏差進行計算，PID輸出經電泵M/A站，輸出到電動給水泵勺管控制機構，自動調整電泵轉速，PID最終使水位等于定值。在電泵轉速控制投自動同時，開啟控制閥M/A站,自動地切成手動,以預防責任不分,相互干擾.如前所述,隨負荷升高,節流加強,所以此時 應手動打開主給水門,作為調整型閥門,不能長久處于一個高溫高壓環境中，所

19、以當主給水門全開后，則發出一個脈沖,超馳關閉開啟控制閥。電廠控制系統簡介第37頁三沖量控制方案 負荷繼續升高后，僅用PID這個單沖量調整器，已難以確保調整品質，當負荷（蒸汽流量）大于30以后，將自動采取三沖量控制方案。PID調整器（又稱為給水流量調整器）接收給水流量反饋信號，當給水流量因為擾動而發生波動時，該調整器會快速地調整泵轉速，有效克服給水波動。用蒸汽流量信號作為給水流量調整器PID設定值一部分，是為了使進入鍋爐給水量與流出鍋爐蒸汽量隨時保持平衡。（不嚴格地講，只要能保持二者平衡，就能保持水位不變），這么能夠有效地克服虛假水位對調整品質影響。 為了最終使水位能保持在定值上，PI調整器（稱為三沖量水位調整器）將對水位與其定值偏差進行PI運算，其輸出成為給水量設定值另一部分。PI調整器最終將水位維持在設定值（細調）。電廠控制系統簡介第38頁主汽溫度控制過熱汽溫控制任務是維持過熱器出口汽溫即主汽溫度在允許范圍內,并對過熱器實現保護,使管壁金屬溫度不超出允許工作范圍。正常運行時,普通過熱器溫與額定值偏差不超出5影響主汽溫度改變原因有：鍋爐負荷、過剩空氣系數、給水溫度、燃燒器運行方式、受熱面清潔程度、燃料性質、尾部煙道中再熱汽溫控制檔板位置等等。電廠控制系統簡介第39頁結構特點目前廣泛采用噴水減溫作為控制汽溫伎倆。對象結構下列圖電廠控制系統簡介第40頁從被控對象動態特