单元机组负荷控制系统

电厂热工过程自动调节主讲人孙国强黑龙江电力职工大学单元机组负荷

自动控制系统第一节概述第二节机炉负荷控制第三节机炉负荷协调控制的典型方案第四节负荷指令管理第一节概述一、单元机组负荷控制的特点和任务二、单元机组负荷控制系统的基本组成三、单元机组负荷控制对象的动态特性一、单元机组负荷控制系统的特点和任务：1.特点：

锅炉和汽轮发电机是一个不可分割的整体，是一个联合的被控对象。2.任务：

在保证主蒸汽压力偏差在允许范围内的前提下，使机组的输出电功率尽快适应电网负荷变化的需要和有一定的调频能力。二、单元机组负荷控制系统的基本组成1.负荷指令管理部分的作用：

对外部负荷要求指令进行选择并加以处理，使之转变为单元机组设备负荷能力、安全运行所能接受的实际负荷指令P0，并作为功率给定值信号。2.机炉负荷控制部分的作用：

根据机组的运行条件及要求，选择合适的负荷控制方式，按实际负荷指令P0，以及机组的功率偏差(PE-P0)和主蒸汽压力偏差(pT-p0)进行控制运算，分别产生对机、炉侧的控制作用。作为机、炉有关子控制系统协调动作的指挥信号，分别称为汽轮机主控指令MT和锅炉主控指令MB。

外部负荷要求指令

（目标负荷指令）

汽压给定值p0P0(实际负荷指令)

主汽压pT

输出电功率PE

(锅炉主控制指令)MB

MT(汽轮机主控制指令)

操作端

锅

炉

汽轮发电机阀门给水空气燃料协调控制级

基础控制级

单元机组负荷指令管理部分负荷指令控制部分锅炉负荷子控制系统汽机负荷子控制系统三、单元机组负荷控制对象的动态特性

MBMTμB

pTμTPE

燃料蒸汽

空气去电网

给水

单元机组汽轮机子控制系统锅炉锅炉子控制系统汽轮机发电机1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）μB扰动下主蒸汽压力pT和输出电功率PE的动态特性

根据阶跃响应曲线的特征参数，可以求得对应的传递函数：2.汽轮机调门开度μT扰动下主蒸汽压力pT和输出电功率PE的动态特性

根据阶跃响应曲线的特征参数，可以求得对应的传递函数：3.负荷控制对象的动态特性的特点:当汽轮机调门动作时,两个被控量PE和pT的响应均很快；当锅炉燃烧率(及相应的给水流量)改变时,PE和pT的响应都很慢.4.负荷控制对象的方框图表示第二节机炉负荷控制一、负荷控制的基本原则及方案二、负荷控制方式三、负荷前馈控制一、负荷控制的基本原则及方案1.基本原则：

在保证机组安全运行的前提下，充分利用机组的蓄热能力，通过汽轮机调门的适当动作，允许汽压有一定波动而释放或吸收部分蓄热,加快机组初期负荷的响应速度。同时，加强对锅炉侧燃烧率的调节,即使恢复蓄能,使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致。2.方案：

基本方案是带有非线性控制环节的，以前馈—反馈控制为主的多变量协调控制方案。反馈控制的作用：确保机组内、外两个能量供求平衡关系，以及实现各种负荷控制方式的切换。前馈控制的作用：补偿机组的动态迟延，加快负荷响应，同时也为了保证有关运行参数的稳态值与指令一致，以及动态变化值始终在其稳态值附近。非线性控制环节的作用：保证充分利用蓄热能力，并使汽压不超过允许的范围。二、负荷控制方式

（一）机炉分别控制方式

1.锅炉跟随方式2.汽机跟随方式3.其它方式（二）机炉协调控制方式

1.以锅炉跟随为基础的协调控制方式2.以汽机跟随为基础的协调控制方式3.综合型协调控制方式

1)工作原理：由汽轮机调节机组输出电功率、锅炉调节汽压。

2)特点：

有较好的负荷适应性，对带变动负荷及电网调频有利。pT波动大，不利于机组的安全和稳定。μB扰动时，加剧汽压的波动。

3)适用条件：用于蓄热能力相对较大的中、小型汽包锅炉机组及母管制运行机组。当锅炉设备运行正常，机组的输出电功率因汽轮机设备上的原因而受到限制时，可采用锅炉跟随方式。（一）机炉分别控制方式1.锅炉跟随方式单元机组锅炉跟随方式示意图锅炉

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去电网汽轮机子控制系统锅炉子控制系统控制器锅炉主主控制器汽轮机P0+P0+

汽轮机

发电机2.汽轮机跟随方式

1)工作原理：由锅炉调节机组输出电功率、汽轮机调节汽压。

2)特点：

pT波动小，有利于机组的安全和稳定。适应负荷能力差，不利于带变动负荷及电网调频。μB扰动时，加剧蒸汽流量的变化，造成较大的输出电功率波动。

3)适用条件：单元机组承担基本负荷。当汽轮机设备运行正常，机组的输出电功率因锅炉设备上的原因而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。单元机组汽轮机跟随方式示意图

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去电网

汽轮机子控制系统锅炉锅炉子控制系统汽轮机控制器锅炉主主控制器汽轮机P0+P0+发电机4）锅炉跟随和汽轮机跟随方式的主要优缺点比较扰动量被控量控制方式3.其它控制方式不带功率控制的锅炉跟随方式不带功率控制的汽轮机跟随方式基础控制方式

1)工作原理：功率由汽轮机侧调节，最终使PE和P0一致；汽压由锅炉侧和汽轮机侧共同调节，最终由锅炉侧保证pT和p0相等。

2)特点：

以降低输出电功率的响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高。减缓了汽压的波动，减缓了输出电功率的响应速度。（二）机炉协调控制方式1.以锅炉跟随为基础的协调控制方式以锅炉跟随为基础的协调控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去电网

汽轮机子控制系统锅炉锅炉子控制系统汽轮机控制器锅炉主主控制器汽轮机P0+P0+发电机

1)工作原理：由汽轮机侧控制汽压pT为给定值p0；功率由锅炉侧和汽轮机侧共同调节，最终由锅炉侧保证输出电功率PE与负荷指令P0一致。

2)特点：

以加大汽压偏差作为代价来换取功率响应速度的提高。功率响应加快，汽压偏差加大。2.以汽轮机跟随为基础的协调控制方式以汽轮机跟随为基础的协调控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去电网

汽轮机子控制系统锅炉锅炉子控制系统汽轮机控制器锅炉主主控制器汽轮机P0+P0+发电机

1)工作原理：汽轮机侧和锅炉侧共同保证输出电功率PE与负荷指令P0一致，控制汽压pT恢复为给定值p0。负荷指令P0改变时，系统的调节过程。当汽压产生偏差时，系统的调节过程。

2)特点：

能较好地保持机组内、外两个能量供求的平衡关系，具有较好的负荷适应性能和汽压控制性能。3.综合型协调控制方式综合型协调控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去电网

汽轮机子控制系统锅炉锅炉子控制系统汽轮机控制器锅炉主主控制器汽轮机P0+P0+发电机（三）负荷控制效果分析

协调控制方式介于锅炉跟随方式和汽轮机跟随方式之间。是带变动负荷或具有调频、调峰功能的单元机组在正常运行条件下采用的一种控制方式000tttP0PEpT1223311—锅炉跟随方式2—汽轮机跟随方式3—协调方式（四）负荷控制方式的实现ΔT1

锅炉主控制器T2ΔT4T3

汽轮机主控制器A/MA/MpTp0PEP0MBMT负荷控制方式切换的逻辑注:M—手动;A—自动;1—通;0—断;×—任意.四、负荷前馈控制

1.作用:补偿被控对象动态特性的迟延和惯性，加快负荷响应。作为前馈信号的负荷指令与机、炉主控制指令构成静态关系，是机、炉主控指令的基本组成部分，保证机组的输入能量与能量的需求基本一致，在变负荷控制过程中起“粗调”作用。

2.前馈作用的规律:

在锅炉侧，采用比例作用（静态反馈）、微分作用（动态反馈），加强锅炉的负荷响应。在汽轮机侧，采用比例作用（静态反馈）。

3.前馈信号的来源:按负荷指令进行的前馈控制。按蒸汽流量进行的前馈控制。（一）按负荷指令进行的前馈控制

在前馈的基础上，反馈控制只需对偏差稍加校正，即可使系统趋于稳定，一定程度上克服了反馈控制需待偏差产生后才发出控制作用的缺点，使负荷控制质量大为提高。

MBMTpT

PEP0P0负荷反馈控制部分PPD

+

+

+

+

+

+

_

_（二）按蒸汽流量进行的前馈控制1.采用压力比修正的能量平衡信号2.采用压力差修正的能量平衡信号

MBMTpT

PEP0P0负荷反馈控制部分PPD

+

+

+

+

+

+

_

_×÷