毕业设计（论文）-超临界机组协调控制系统设计.doc

超临界机组协调控制系统 摘 要 火电机组锅炉、汽轮机和发电机三个主要设备和其他辅助设备和自动控制系统包含 了一些相对独立的监管对象的子系统,为整个单位。这些子系统相互关联和相互依存的, 具有大时滞特性,非线性。因此,为了满足电网负荷的需要,我们可以考虑单元协调控制系 统的设计,根据单位的主要参数的偏差,并协调各子系统的控制功能,以确保机组的安全稳 定运行。 单元协调控制系统,主要功能是接收调度中心或一个负责任的成员负荷指令,采取一 些技术手段来协调三个主要操作和内部控制系统和主要操作参数的单位总是控制在允许 的范围内,从而提高系统的响应速度,单位必须保证高效、安全运行的单位必须适应网络 负载的变化。因此,协调控制系统的研究和发展,有助于改善自动控制单元,单元负载自适 应变化,理想单元故障紧急治疗,减少操作人员,降低操作人员的劳动强度,从而提高安全 性和经济。 本文的主要内容包括:设计和实现的协调系统的结构和功能,设计和实现负荷指令的 处理电路、主控制器的设计和实现等。在系统的设计过程,直接能量平衡法用于参考,和 创造性的应用炉主控制器和燃料控制电路也进行了。系统已经开发并投入使用后,锅炉跟 随模式,协调控制模式,手动模式的无扰转移,实现人工指挥和调度中心的负责任的成员指 令不干扰开关,为了提高设备的自动化水平,提高监督的质量单位,涡轮,提高可靠性和经 济的单元操作。 关键词 协调控制系统，运行方式，锅炉跟随，汽机跟随 沈阳工程学院毕业设计（论文） i abstract power plant system is composed of three main equipments: steam-wheel machine, boiler and dynamo, and some other ancillary equipments. the auto-control system of the thermodynamic system includes some subsystems, which has their own adjusting instruments and adjusting objects. all the subsystems are independent from each other, but as the parts of the whole system, they are also correlative and interactive to be strong coupling, large retardation and nonlinear. so to adapt to the change of the load of the electrical system, a system should be designed, which can harmonize the control functions of all subsystems based on the warp of the main parameters to ensure the system to run safely. such system is called harmony and control system of equipment group unit. the main functions of harmony and control system of equipment group unit is to harmonize the steam-wheel machine, boiler, dynamo and inner control subsystem after receiving the load command or the control center command, adopt some technical measures to make the main parameters approach the max working curve but within the permission region and increase the response speed of the system to make the system more efficient and safe to adopt to the change of the load of the electrical system. so, coordinate control system is helpful to enhance the auto control system of the equipment group unit, increase the adopt ability to the load change, perfect the emergency measures when trouble happens, decrease manual operations and lighten the manual work, thus make the equipment group unit more safe and economical. the content of this thesis include the structure and function of the coordinated system, the load command manage circuit, the boiler controller and so on. in the course of the exploitation of the system, the straight energy balance is used for reference, and is applied in boiler controller and fuel controller circuit in a creative way. after the system is designed and used, it implements the smoothly switch between machine-based mode, boiler-based manual mode and coordinated control mode, rb function, the function of increasing and decreasing the load, the switch between the manual command and the central command. the auto control level, the adjust quality, and the economy and security are improved distinctly. keywords: coordinated control system，running mode，boiler fallowing，turbine fallowing 超临界机组协调控制系统 目 录 摘 要i abstract ii 1 引言 .2 11 绪论 .2 12 论文课题的意义和目的 .3 13 国内外现状及发展趋势 .3 2 单元机组协调控制系统 .4 21 协调控制系统简介 4 22 协调控制系统的基本组成 5 23 协调控制系统的功能 5 24 单元机组负荷控制的特点 6 25 单元机组的负荷控制方式及特点 7 2.5.1 锅炉跟随方式 .7 2.5.2 汽轮机跟随方式 .7 2.5.3 协调控制方式 .7 2.5.4 手动方式 .8 3 单元机组负荷控制对象的动态特性 .8 31 在锅炉燃烧率扰动下的输出电功率和主蒸汽压力的动态特性 9 32 汽轮机调门开度扰动下主蒸汽压力和输出电功率的动态特性 9 4 单元机组主控制系统 10 41 主控制系统的含义和任务 .10 42 单元机组主控制系统的组成 .10 421 负荷控制指令管理中心 11 422 机、炉主控制器 12 423 前馈+反馈的燃料控制系统 .13 5 单元机组协调控制系统实例 13 51 系统设计原理 .13 52 sama 图的设计 13 521 机组负荷设定 13 522 主汽压力设定 15 结论 .22 致谢 .23 参考文献 .24 附录 .25 超临界机组协调控制系统 - 0 - 1 引言 1.1 绪论 火电机组的汽轮机、锅炉及发电机的三个主要设备和其他辅助设备,该部门是一个单 位相应的锅炉,包括独立的单元控制室,机、炉、电集中监控。单元自动控制系统主要由 汽轮机调节系统,燃料控制系统、给水调节系统、送、引风机控制系统,减少温度调节系 统等子系统组成整个单位这些子系统相互影响，相互制约，一个子系统调节的改变将带 动其它子系统调节的改变，在调节的同时子系统之间能够相互分隔开，这些子系统又能 有自己的一套方案，能够使整个系统能够变成大延迟非常强。对于整个单元机组自动控 制系统来说，由于这些子系统相互影响，将锅炉等三大主机合并成一个整体，这样就能 满足电力系统电网的条件。如具备一定的条件，可以考虑设计一个单元机组协调控制系 统，采取一种技术，根据负荷指令的变化规律和机组主要运行参数的偏差来将各个子系 统的控制功能协调好，在保证各个主要运行参数不超差的条件下，使单元机组尽快适应 电网负荷的变化，保证机组稳定并且安全的运行。目前，计算机技术和自动化技术不断 的发展壮大，火力发电厂单元机组的热工控制也由原来的单一常规控制和直接数字控制 不断的发展成了现在的集散控制，这也为单元机组协调控制系统给予了一定的技术支持。 技术人员可以借此研究多种控制方案与策略，并将其应用于实际操作中，同时，在此过 程中不断的进行改进与完善。目前，电网对于大容量机组的自动化水平的要求不断增加， 协调控制系统也因此越来越受到重视，它的发展空间也将不断增大。 1.2 论文课题的意义和目的 电厂是一个复杂的多变量控制单元对象的不确定性。由于汽轮机和锅炉的特点,即使 他们有自己的调节系统,他们必须保持协调一致的操作模式。在单位尽快适应网络负载的 变化,确保汽轮机蒸汽压力不超过允许范围的边界值,热电厂的经济运行的安全性和稳定 性是非常重要的。主蒸汽压力反映了单位内部单位锅炉和汽轮机能量供给和需求之间的 平衡,输出功率和负载需求反映了能源供应和需求之间的平衡与外部电网的单位,设计主 要控制系统是控制两者之间的平衡,因此动态特性差异大锅炉和汽轮机作为一个整体,完 成电网负荷和压力稳定的调度管理和任务的保证安全稳定运行单位。 目前,系统的设计主要是基于古典控制理论,控制对象是多输入多输出耦合对象,具有 一定的不确定性、非线性和大滞后特性,在实际应用中有许多干扰:旁边的涡轮和电网将 锅炉方面的干扰，煤质、给煤量和炉膛积灰等方面会产生一定的扰动，这些干扰均是不 确定的干扰，所以在机组运行的过程中很难测量和加以预测，这就使得协调控制系统的 设计复杂了许多，同时在控制效果方面也不是很令人满意。虽然现代控制理论给出了多 输入多输出控制对象的解决方法，但是面对那些拥有时变与非线性特性的控制对象仍然 无计可施，并且由于其存在一些复杂的矩阵运算，因此在实际应用中遇到了很大的困难。 目前，计算机技术的不断发展为多种控制理论的发展及应用奠定了一定的基础，包括一 些大规模的集散控制系统，而协调控制系统作为火电厂的一大控制系统，其优势是有目 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 1 - 共睹的，其系统的投运不仅能为火电厂创造较大的效益而且可以减少大量的人力投入， 在市场经济中，每一个火电厂都决不会放弃对协调控制系统的投运和改造。 1.3 国内外现状及发展趋势 在目前电网运行自动化水平不断提高的情势下，电力生产过程自动化未来的发展趋 势将是以单元机组协调控制系统为基础，逐渐构成电网级协调控制模式。协调控制系统 的特点是复杂，庞大但又实用性较强，它可以给电厂运行人员和电网调度中心提供很多 便利，为了适应自动化水平发展的要求，保证单元机组协调控制系统的安全、合理、稳 定运行，如何充分合理的利用控制系统的软硬件，为了保证电力系统的工作安全和安全 稳点的连续工作，使得系统的事故率降低。 单元机组协调控制系统是目前火力发电厂中比较常用的控制系统。在国内外的理论 不断发展的过程中，火电厂的协调控制方案也变得多种多样。这些方案在原理、实现的 目标以及功能等方面均有不同的地方，大多数都是根据实际应用的不同结果以及运行中 的不同要求而加以改进。按照当前国外的大体思想，基本上是以机组的能量平衡模式为 基础，将演变出来的多种多样的协调控制系统划分成主要的两类：直接和间接能量平衡。 协调控制系统的任务是维持整个单元机组在保持能量平衡的运行过程:锅炉和汽轮机之间 能量供给和需求之间的平衡,单元网格和能量之间的平衡,输入和输出单元的能量平衡和锅 炉子系统能量转移的平衡。因为对于能量信号的测量不具有直接性，所以经常要利用一 些间接的参数来表示这些平衡关系，其中将机前压力作为锅炉与汽轮机之间能量输出平 衡关系的参数 是最为常见的。构造一定的能量需求信号来控制能量的输入为直接能量平 衡；控制一些间接参数来维持单元机组的能量平衡为间接能量平衡。 其实目前许多火电厂的协调控制系统并不能很好地投入自动化运行，但在其他控制 理论尚未在火电厂控制领域得以成熟应用之前，在电网综合自动化水平不断提高的现状 下，以经典控制理论为基础，合理应用前馈、导前、交叉及非线性元件将整个系统的光 明前景提高了一个层次。 2 单元机组协调控制系统 2.1 协调控制系统简介 在这 10 几年来，为了满足整个国家的电力法展，我国新建了许多了百万超超临界 超临界机组协调控制系统 - 2 - 的发电机组。同时我国电力系统的自动化程度也发生了翻天覆地的变化，整个国家电网 的供电的调峰有了快速的大幅度变化。这时协调控制系统就应运而生了。 协调控制就是是指通过控制回路工作状态的锅炉和汽轮机的协调,同时发电机自动控 制系统和锅炉自动控制系统发出指令,以达到快速反应单位荷载变化,最大程度地发挥最高 的单位监管、频率调节能力,而且单元的参数控制在允许范围内的安全运行。原电力部热 工自动化标准委员会推荐采用模拟量控制系统来替代闭环控制系统、自动、协调控制系 统等。本文的协调控制系统专门指锅炉、汽轮机的协调主控系统。 2.2 协调控制系统的基本组成 作为一种新型的控制系统,单元协调控制系统是传统的局部控制系统的基础上开发的。 当地常规炉控制系统是由一系列相对独立的局部控制循环,功能相对简单,结构相对简单, 并且能够适应不同的操作条件和操作模式是相对贫穷。单元协调控制系统、汽轮机和锅 炉控制作为一个整体,采用分层控制系统结构,逻辑控制,自动控制和联锁功能有机地结合 起来,形成一个具有多种控制功能和满足需求和不同的操作模式集成控制系统在不同工况 下的控制。单元协调控制系统的设计充分利用锅炉汽轮机控制对象属性的特征,如多变量 解耦,打破之前采用和补偿控制策略,使控制系统具有维护方便、可靠、合理。 单元协调控制系统可以被视为一种两层分层控制系统。上层的机器是整个系统的核心 部分,也被称为主要单元的单元控制系统。对于那些位于局部控制子系统的锅炉给水控制 系统,锅炉燃烧控制系统,汽轮机功率频率控制系统和空气流量控制系统。涡轮单元控制 系统改变机器烤箱控制器动作指令和锅炉指令,由局部控制子系统液位控制器,来完成所 需的任务。 是一个典型的代表现代直接指令平衡协调控制技术的控制系统(dib)和直接能量平衡 (deb)控制系统,他们的共同特点是大型汽轮机和锅炉的动态特性差异的总体负载平衡控 制,单位尽快适应调度负载需求的变化,并维持主蒸汽压力和机炉的主要操作参数变化范 围内的规定,在特定条件下,通过控制回路的保护控制方法来维持经济的稳定运行。热电 厂的协调控制系统主要包括单位负荷指令,设置压力,涡轮主要控制,rb,频率校正控制电 路,它直接参与的实现类是汽轮机控制系统和锅炉控制系统。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 3 - 图 2.1 单元机组协调简图 2.3 协调控制系统的功能 多变量控制对象是一个现代大型锅炉汽轮机组。机器的动态特性,炉是大大不同,和 机器的动态特性,炉是大大不同的。控制锅炉汽轮机方面的逻辑控制、连锁保护和调整过 程。，使锅炉和汽轮机一起承担电网负荷的控制和机前压力的控制任务就是广义上所说 的协调控制系统。在狭义上,协调控制系统只是针对单位的主要流程的规定,也就是说,这 台机器的主要控制系统的压力调节,单位主要频率调节和负载调节单元。单元操作有以下 功能: （1）保证机安全稳定运行 协调控制系统具有良好的完整性,足够的稳定裕度,消除时间的操作单元,和各种内部 和外部的干扰,实现锅炉和汽轮机之间的权力平衡,协调在锅炉燃料、空气、引风机、供 水、蒸汽温度每个子系统的能量平衡和质量平衡,确保机前压力稳定。使单位稳定和经济 表现最好的条件。 （2）具有调频和调峰能力 通常所说的一次调频就是调频，虽然调频是面相本机的频率调节，但它可以间接地 维护电网稳定，根据自己的发电频率,当发电机的频率不符合的基准频率,使用一组良好 的频率差异修正曲线来实现改变单元的输出的目的，进而实现发电频率相对稳定的目标 便是调频。而在保证机前压力稳定的情况下，机组根据电网负荷需求，充分利用锅炉的 蓄热，对中调负荷指令与运行人员需求的负荷指令的响应速度较快，可以快速接受中调 负荷指令信号的需求从而随时调整机组出力来达到电网能量平衡的目的便是调峰。在现 代电网负荷的峰值与低估差极大进而需要机组具有迅速调峰的能力的情况下，机组调峰 能力的重要性日渐增加。由于机组调峰基本上是由协调控制系统工作来实现的，因此协 调控制的性能好坏直接决定单元机组的调峰能力。 （3）具有无扰切换的功能 协调控制系统操作模式之间的切换不应该干扰,并能实现手动控制,自动控制的动切。 （4）故障处理与机组保护功能 局部破坏时发生的单元操作,或负载的需求超过了实际容量单位,可以提供方向锁定, 迫使l登陆功能,辅助系统故障可以提供持球跑动进攻功能,建议处理,巴萨的。 （5）具有各系统间的联合保护能力 当机组与电网解列, 或其他重大事故发生时, 能及时采取必要的安全保护措施, 如 启动旁路系统, 迅速投入保护系统等。 （6）具有多种运行方式 超临界机组协调控制系统 - 4 - （7）各种各样的工况,应该有相应的操作模式,可以实现之间的联锁条件和自动转换 操作函数的最佳方式 2.4 单元机组负荷控制的特点 火力发电厂单元机组一直是电网发电的中心，而目前电网用电结构的不断变化逐渐 引起了负荷峰谷差的增大，在此基础上单元机组的运行方式也因此渐渐地发生了变化， 对于那些以前常常只带固定数量负荷的机组，现在也需要根据电网调度中心所带的负荷 指令以及电网负荷所产生的频率偏差，在电网调频,达到顶峰,甚至一些主要单位辅助断层 的一部分,还可以维护单位的安全稳定运行。 在单元机组运行方式中，汽轮机和锅炉不仅要一起保持内部运行参数即最主要的主 蒸汽压力的稳定，而且,为了保证负载在外部的整体需求。能源供应和需求单位和外部电 网之间的关系取决于的一致性的实际输出功率和负载需求单位,和能源之间的内部汽轮机 和锅炉供求关系则取决于主蒸汽压力的稳定性。然而单元机组负荷控制中一个最重要的 特点的区别是汽轮机和锅炉动态特性的单位,也就是说,锅炉的速度是缓慢的,和汽轮机的负 荷需求的速度比较快,因此单元机组的这两个能量供求关系之间互相影响，互相限制，内 部运行参数和外部负荷响应之间存在一定的矛盾，这便是其一大最重要的特点。 2.5 单元机组的负荷控制方式及特点 单元机组可以根据很多种不同的方式来运行，单元机组受不同运行方式的影响，其 被控过程的动态特性差异较大。协调控制系统单元机组在定压或滑压运行方式下有四种 控制方式： 2.5.1 锅炉跟随方式 在增加(或减少)单元机组的负荷时，第一个汽轮机控制阀 (增加或减少)的涡轮发 电机功率,最大程度的利用锅炉能源存储、锅炉蒸汽压力变化。增加 (或减少)的燃料 流量和水流锅炉蒸汽压力恢复到设定值。锅炉的负荷的改变汽轮机发电机组的负载, 即锅炉跟随模式。从锅炉保持压力 ,也称为锅炉的电压调节方法。改变的方式加载更快 ,但 压力波动,不利于机组的安全与稳定。 2.5.2 汽轮机跟随方式 汽轮机跟随方式就是在增加(或减少)单元机组的负荷时，先增加 (或减少)锅炉的 负荷，等锅炉出口的汽压改变之后再调整汽轮机的汽门，用此方法来保持汽压在给定 值附近。这时，汽轮机单元机组的负荷随锅炉负荷的改变而改变。由于汽压用汽轮机调 节汽门进行维持，因此也可以称其为汽机调压方式。汽轮机跟随 方式的优点是其汽压 变化较小，对机组的安全稳定运行的单位；不能存储热能是他的致命缺点，由于其负 载差对整个电网频率不是太好。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 5 - 2.5.3 协调控制方式 协调控制的常用方法有三种:基于锅炉后协调控制方式,协调控制模式和综合协调控 制模式。 （1）锅炉跟随为基础的协调控制方式 锅炉跟随为基础的协调控制是锅炉跟随模式为基础,介绍了蒸汽压力偏差在汽轮机的 主控制器。在 load 命令的改变，主控制器先调整汽轮机调节阀开度，再调整进汽流量， 确保汽轮机输出的电功率马上和负荷指令趋于一致。由于蒸汽流量发生了变化，气压也 随之改变，在此情况下，通过了解汽压偏差，在同一时间内由锅炉主控制器调节燃烧率 以及由汽轮机主控制器调整汽轮机调节阀开度。 （2）汽轮机跟随为基础的协调控制方式 根据涡轮模式后,输出电力偏差引入汽轮机的主控制器,它是一个基于涡轮遵循协调 控制方法。负荷指令改变时,锅炉和汽轮机主控制器同时改变燃烧率和汽轮机调节阀门开 度。 （3）综合协调控制方式 由两个调节量的协调工作来控制任意一个被调量。在负荷指令发生变化的情况下， 机炉主控制器在同一时间内向锅炉侧发出负荷控制指令来改变燃烧率，以及向汽轮机侧 发出负荷控制指令来调整汽轮机调节阀开度。 2.5.4 手动方式 汽轮机和锅炉的主控回路在同一时间内都处于手动方式。 3 单元机组负荷控制的对象动态的特性 汽轮机与锅炉在单元机组中是两个互不影响的设备。以单元机组负荷控制的角度来 讲，作为一个包含互相关联的多种变量的控制对象，单元机组经一定的假设可以被认为 超临界机组协调控制系统 - 6 - 是一个相互关联的具有双重输入和双重输出的被控对象，其方框图如图 3.1 所示： 图 3.1 原理单元机组负荷控制对象方框图 其中 t为汽轮机阀门开度，b为锅炉燃烧率， e为实发功率，t为主蒸汽压力 np 3.1 在锅炉燃烧率扰动下的输出电功率和主蒸汽压力的动态特性 如图 3.2（a）所示，为当锅炉燃烧率 b发生阶跃扰动时，主蒸汽压力 pt和输出电功 率 pe的响应曲线。 锅炉燃烧率的增加,增加锅炉蒸发受热面的吸热的数量,压力逐渐增加后在一定延迟。 由于汽轮机调节阀门开度保持不变在蒸汽机蒸汽流量增加,从而自发的限制的压力增加。 最后,锅炉蒸汽流量和燃烧速度达到了一个新的平衡状态,蒸汽压力往往会到一个新的更高 的稳态值,有能力的自我平衡。当蒸汽流量增加时,汽轮机的力量增加,输出功率也增加。最 后,当蒸汽流量是恒定的,输出电力往往是一个新的更高的稳态值,自动平衡的能力。 3.2 汽轮机调门开度扰动下主蒸汽压力和输出电功率的动态特性 如图 3.2（b）所示，为当汽轮机调门开度 t发生阶跃扰动时，主蒸汽压力 t和输出 p 电功率 e的响应曲线。 p 在锅炉燃烧率保持不变的情况下， 当汽轮机调节阀打开开始一步一步增加,开始流入涡轮与比例的增加迅速增加。同时, 压力快速下降,在这种情况下,由于锅炉燃烧率保持不变,所以蒸发是不变。锅炉蒸汽压力下 降释放热量的一部分,这样短暂的蒸汽流量的增加。最后,蒸汽流量将回到以前的数值扰动 和相应的燃烧速度。同时,主蒸汽压力往往是在新的稳态值很低。在过渡期间,蒸汽流的瞬 态增加会导致输出功率的增加。最后,输出功率也返回的数值和蒸汽流量的扰动。可以看 出,当单位荷载增加,所需的蒸汽在初始阶段主要是由于锅炉所释放的热量。因此，随着锅 炉蓄热量的不断减小，汽轮机容量的不断增加，单元机组负荷适应能力与保持汽压不变 之间的协调性日益困难。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 7 - 图 3.2 单元机组负荷控制对象的阶跃响应特性 由以上结论可以看出单元机组负荷控制对象的动态特性特点为：在锅炉燃烧率发生 改变时，输出功率和汽压的响应速度都较慢即通常所说的热惯性较大，而在汽轮机调门 开度改变时，输出电功率和汽压的响应速度都较快即通常所说的热惯性较小；这里的一 快一慢就是机炉控制对象的动态特性所存在的差异性。由于这种差异，两者之间的相互 关系，能源供应和需求的相互影响，有一些矛盾和外部负载响应的内部运行参数的性能。 有了这个功能，我们可以看到，需要协调行动的控制单元，协调锅炉涡轮机的保护和合 理的能源供应和需求之间的平衡，以确保负载运行的内部稳定和性能参数。 4 单元机组主控制系统 4.1 主控制系统的含义和任务 主控单元是核心单元的协调控制系统，它是否安全运行、调频、负载调节、机组的 启动和停止还是汽轮机调汽阀开度的变化、锅炉燃烧率的变化都是由主控制系统统一进 行指挥，从而达到协调一致，即机组的输入和输出能量在满足电网负荷要求变化的前提 超临界机组协调控制系统 - 8 - 下总是保证平衡，协调成子控制系统与主控制系统之间。 主控制系统的任务是： 1,根据操作条件和机器的控制要求,选择加载控制方式和适当的外部负载指令; 2,处理外部负载指示,以便适应机器的动态特性和负荷变化的能力,和机器。 4.2 单元机组主控制系统的组成 单元机组主控系统由两大部分组成：负荷管理控制中心（负荷指令处理部分）和机 炉主控制器。 负荷管理控制中心（lmcc）接受的是外部负荷指令根据机组和控制系统本身需要所 设的一种内部负荷指令。它包括机组辅机故障减负荷 run back（快速返回）指令，与 机组负荷有关的主要运行参数低于下限引起的增负荷 run up（迫升）指令，主要运行参 数超过上限而引起的减负荷 run down（迫降）指令，负荷控制系统在手动方式下，跟 踪机组的实发功率。外部负荷指令包括电网调度所的负荷分配指令 ads、手动负载增加/ 减少指令的船员。负荷指令管理控制中心的主要功能是外部负载指令(或目标负荷指令)被 选中,并根据单位主要辅助设备处理,转换单元设备的负载能力,可以接受实际的负荷指令, 安全操作和给定值信号。 机器的主控制器的主要功能是接收的实际负载 lmcc。为了更好地协调锅炉和汽轮 机控制效果,在协调控制系统和主蒸汽涡轮机控制器接收电频率偏差信号,调整汽轮机的压 力水平和主要汽轮机压力比例阀位反馈信号和信号功率和主蒸汽压力偏差信号,根据锅炉 和汽轮机的操作条件和要求选择一个合适的负荷控制,控制算法,分别在机、stove-side 控制。 机,炉关闭协调行动指令信号控制系统,称为主汽轮机和锅炉主要控制指令控制命令。 4.2.1 负荷控制指令管理中心 负载控制指令管理中心(负载)协调控制系统指挥结构,其主要功能是改变负荷指令和单 元辅助操作根据电网调度中心的要求,请求负载指令或单位人员,处理汽轮机和锅炉运行状 态的实际负荷指令或退化。具体来说,lmcc 可以完成以下功能: （1）实际负荷要求指令（ald 或 uld）的产生 在机组正常运行工况下，电网调度来的负荷分配指令（ads）或机组人员设定的负 荷指令，通过负荷变化速率限制器，电网频率（如果机组参与电网调频）最小最大负荷 限制回路，即产生实际负荷要求指令。如果机组主、辅机或事故而产生快速返回（rb）、 快速切回、迫升、迫降、主燃料调闸等信号时，机组将自动的切换到手动方式运行，这 时实际负荷要求指令将跟踪锅炉实际负荷指令。 （2）负荷的增加和减少 协调控制系统提供运行人员增减负荷按钮，来指明机组“目标负荷指令”的增加和 减少。“目标负荷指令”在控制站屏幕上显示。 （3）最大/最小负荷限制 协调控制系统提供机组最大/最小负荷限制值，运行人员可通过设定器调整机组最大/ 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 9 - 最小负荷限制值，限制值的增减直接影响实际负荷指令。当实际负荷指令等于最大或最 小限制值，实际负荷指令将锁增加或减少。当实际负荷指令等于由运行人员设置的最大/ 最小负荷限制值时，设定器上限制红灯点亮。 （4）负荷变化速率限制 协调控制系统提供机组最大负荷变化速率，运行人员可以通过设定器调整机组最大 负荷变化速率。它是对运行人员手动或 ads 指令改变负荷的速率进行限制。的最大负载 变化率确定单位根据单位负荷变化的能力。在设定的最大速率时，速率限制器上的红灯 点亮。 （5）远方/就地控制 运线人员操作按钮可以选择本地控制和远程控制。控制,操作者可以操作“添加”或 “降低”按钮来更改目标负载。在远程控制,目标广告命令 load 命令响应的最大变化率所 允许的操作符。 （6）负荷快速返回 当机组主要辅机送风出现故障时，机组就不能满负荷运行，必须迅速减负荷。协调 控为了制系统设计了快速返回信号，为了安全。如果是锅炉侧主要辅机发生故障，则将 在汽轮机跟随方式下完成负荷快速返回，即锅炉需要快速减负荷，而汽轮机应跟着迅速 把负荷降下来。负荷降低的幅度要看主要辅机故障的情况而定。 （7）负荷快速切回 机组在运行时，如果发生严重故障，例如机组突然与电网解列（即送电负荷突然调 闸），或汽轮机调闸，这时快速返回就已不能适应迅速减少负荷的要求。ccs 设计了快 速切回信号，以实现机组快速甩负荷。 负荷快速切回分两种情况，一种是甩负荷至厂用电，单位荷载突然调整时,为了使单位仍 然可以保持发电厂操作,也就是说,不停炉、不间断,巴萨的,机、炉维持在最低负荷。另一 发电机、汽轮机调节,那么巴萨让涡轮快速甩负荷或关闭。蒸汽锅炉产生的输出通过旁路 系统,锅炉继续保持的最小负荷。 （8）负荷增/减闭锁 当发生煤输管道或燃烧喷嘴堵塞，挡板卡死，传动装置、控制设备工作异常故障,将 导致大量的燃料和空气量、操作参数的内容,如偏见增加,ccs 设计荷载增加/减少阻塞信号,大 小和方向的偏差,这些操作参数监控,如果有错,负载增加/减少锁定电路根据偏差的方向,实 际的负荷指令实现增加或减少方向锁定,以防止进一步扩张的危险,直到偏差限值抬起门闩。 （9）负荷迫升/迫降 负荷递增/递减闭锁讨论一类错误,除了阻断措施,增加/减少的负载通常使用 ccs 迫使 l /着陆的措施。操作参数偏差超过允许值时,相关输出的控制已经达到极限位置,没有调整 的空间,迫使 l /着陆循环将根据偏差的方向,实际的匹配负载指令实现迫使 l /着陆。的偏 差允许范围值,从而达到减少危险故障的目的。当 l /被迫降落后,ccs 将使装入指令。 （10）负荷保持/恢复 ccs 也提供负载保持和恢复按钮,它的作用是在各种控制模式切换或负荷指令,迫使 l 超临界机组协调控制系统 - 10 - /降落后,暂时维持 load 命令之前切换不变直到开关控制。 4.2.2 机、炉主控制器 机、炉主控制器作为协调控制系统的控制机构，它的主要作用是接受负荷管理中心 的功率给定指令，发出汽轮机调节门开度及锅炉燃烧率指令，并根据机组的运行条件与 要求，自主的选择协调、锅炉跟随、汽机跟随等控制方式，制定合理的控制方案来进行 协调控制。 考虑从结构控制,机、炉、主控制器设计的两个指导原则:一个是在反馈控制的基础上, 适当使用一些辅助调整前馈信号,以提高质量控制;另一个是从能量平衡的角度考虑前馈控 制,前馈补偿后,锅炉和汽轮机可以协调负荷要求。此时反馈作用只是用来进行校正。这样 机、炉主控制器就可以有两种分类形式 ：一种是以反馈回路进行分类，一种是以能量平 衡进行分类。按反馈回路分类有以炉跟机为基础的控制方式和以机跟炉为基础的控制方 式。以能量平衡分类的有能量间接平衡控制方式和能量直接平衡的控制方式。 4.2.3 前馈+反馈的燃料控制系统 燃料在锅炉燃烧、传热过程和水蒸发的需要一定的时间,所以锅炉的负荷的变化率比 涡轮的速度要慢得多。为了减少锅炉的负荷响应延迟和惯性。由于差分信号的力量促进 和加强监督的作用,所以它可以用在电源作为前馈差分信号进入蒸汽压力调节器,以提高锅 炉负荷的响应速度。前馈信号也可以用于信号发生器功率比、电网频率、涡轮压力管理 阶段,管理阶段和主蒸汽压力的压力。 5 单元机组协调控制系统实例 5.1 系统设计原理 单元机组协调控制系统的任务是快速响应电网负荷的变化和保持主要运行参数的稳 定。当负载变化时,从侧面的涡轮机,只要可以变成蒸汽汽轮机调节阀,能够适应负荷的需要。 然而,由于固有的惯性和延迟锅炉,即使大量的燃料和水供应立即调整,汽轮机的数量不会立 即改变。如果汽轮机阀门开度已成为汽轮机将相应的变化,这一次只能使用主蒸汽压力的 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 11 - 变化来弥补大量的蒸汽供给和需求平衡,此时,主蒸汽压力将有更大的波动。因此,为了提高 单位负载的适应能力和维护稳定的主要参数,有一些矛盾。 协调控制系统的设计、锅炉、汽轮机和发电机作为一个整体考虑,锅炉、汽轮机、加 载和响应需求,协调锅炉和汽轮机辅助设备操作,快速、准确和稳定的负载要求。 5.2 sama 图的设计 5.2.1 机组负荷设定 实际负荷指令是由中心调度的负荷指令信号或者机组值班员负荷设定信号经过速率限 制，机组最大负荷及最小负荷限制形成，或者是由机组发生故障时发来的负荷限制信号 形成。 图 5.1 机组负荷设定 机组负荷一般情况下由两种方式进行设定，一种方式通过网控 agc 指令自动调整， 另一种方式是由运行人员手动给。如图所示，当图中的 sp1 设定值给定站投入自动方式 时，将通过 agc 指令来整定机组负荷，当 sp1 设定值给定站处于手动状态时，就通过运 行人员手动设定机组负荷。 当 agc 指令投入时，sp1 将处于自动方式。 当系统处于 mft，runback，非协调控制系统情况下时，sp1 处于手动方式且跟 踪机组实际负荷。 当系统处于 agc 调整指令坏质量，负荷拉回，agc 指令情况下时，sp1 同样处于手 超临界机组协调控制系统 - 12 - 动方式。 sp1 的机组负荷指令的输出信号与频率修正指令加和后，与 runback 回路给出的 机组最大允许负荷，最小允许负荷以及运行人员手动设定的最大允许负荷即 sp2 输出的 负荷指令，最小允许负荷即 sp3 输出的负荷指令进行比较，最后形成最终的机组负荷指 令输出。 5.2.1 主汽压力设定 主汽压力设定回路设有滑压运行和定压运行两种工况，当 sp1 处于手动方式时，系统 处于定压运行方式，在此情况下，运行人员可以手动设定主汽压力值；当 sp1 处于自动 方式时，系统处于滑压运行方式，在此情况下，系统将根据机组负荷指令自动调整主汽 压力值。 图 5.2 主汽压力设定 当 sp1 处于自动方式时，即系统处于滑压运行方式下，sp2 的输出信号与机组负荷指 令求和后作为 sp1 的输入指令，当不发生 mft，runback 以及锅炉和汽轮机全部处于 自动方式时，sp1 的输出信号通过速率限制器自动调整主汽压力定值最终形成主蒸汽压力 指令输出。 当 sp1 处于手动方式时，即系统处于定压运行方式下，sp2 自动跟踪定压、滑压运行 主汽压力值的差值，从而保证定压运行方式到滑压运行方式的无扰切换。 当系统处于 mft，runback 或者锅炉主控、汽机主控均处于自动方式时，sp1 将 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 13 - 处于手动方式同时跟踪实际的主汽压力。 5.2.3 锅炉主控 锅炉主控制器接收主汽压力偏差信号和前馈信号，发出锅炉主控指令，来控制燃料和 送风两个字系统。 图 5.3 协调控制方式 图 5.4 锅炉主控自动方式 由这两个图可以看出信号 3 为锅炉主控自动方式，信号 4 为协调控制方式。 超临界机组协调控制系统 - 14 - 图 5.5 pid2 的功能 由此图可以看出 pid2 为协调控制方式锅炉调节器，它接收主汽压力与主蒸汽压力指 令的偏差信号，对其进行运算控制，最终使主汽压力等于设定值。同时，由于锅炉的延 迟和惯性较大，为了提高锅炉侧的响应速度，补偿锅炉的惯性，以机组负荷指令的比例 加微分作为锅炉调节器的前馈信号同步改变锅炉的燃料量。 图 5.6 pid1 的功能 由此图可以看出 pid1 为锅炉跟随方式调节器，它接收主汽压力与主蒸汽压力指令的 偏差信号，对其进行运算控制，最终使主汽压力等于设定值。同时，为了提高锅炉侧的 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 15 - 响应速度，以直接能量平衡信号作为调节器的前馈信号。 图 5.7 信号 1 的输出 在协调控制方式下，pid2 的输出将乘上热值修正指令自动修正由于燃料量变化对系 统造成的影响。在非协调控制方式下，pid1 的输出将作为信号 1 输出。 图 5.8 锅炉主控指令的形成 当发生 runback 时，锅炉主控将切至手动方式，且跟踪 rb 指令。 当燃料主控处于手动方式时，锅炉主控将切至手动方式，同时跟踪燃料主控的输出， 保证手、自动的无扰切换。 当发生主汽压力坏质量或 mft 或在汽机主控处于手动方式下主蒸汽流量坏质量时， 超临界机组协调控制系统 - 16 - 锅炉主控将切至手动方式。 5.2.4 汽机主控 图 5.9 汽机主控自动方式 图 5.10 协调控制方式 由这两个图可以看出信号 7 为汽机主控自动方式，信号 8 为协调控制方式。 图 5.11 pid2 的功能 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 17 - 由此图可以看出 pid2 为协调控制方式汽机调节器，它接收发电机有功功率与机组负 荷指令的偏差信号，对其进行运算控制，最终使功率等于设定值。同时，为了改善机组 的负荷适应能力，以机组负荷指令的惯性环节作为汽机调节器的前馈信号来迅速改变汽 机的调门开度。 图 5.12 主汽压力的调整 在协调控制方式下，当主汽压力与设定值偏差过大时，通过 c1、c2、t1、t2 对 pid2 进行上下限制，避免机组在快速响应负荷时，主汽压力过分偏离设定值。 图 5.13 pid1 的功能 超临界机组协调控制系统 - 18 - 由此图可以看出 pid1 为汽机跟随方式调节器，它接收主汽压力与主蒸汽压力指令的 偏差信号，对其进行运算控制，最终使主汽压力等于设定值。 图 5.14 汽机主控指令的形成 当发生 runback 时，汽机主控在一段时间内保持，然后再调节主汽压力。 当 deh 处于非遥控方式时，汽机主控将切至手动，并跟踪 deh 的输出，保证手、 自动的无扰切换。 当发生主汽压力坏质量或 mft 或在锅炉主控自动方式下发电机的有功功率信号全部 信号坏质量时，汽机主控将切至手动。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 19 - 结论 此次 13 周的毕业设计即将画上一个圆满的句号，我的大学时光也将随之结束，此次 设计是对我大学学习的一个检验，我始终保持一个严肃认真的态度来对待它。在设计的 过程中，我严格遵守老师要求的时间，前期的准备工作是查阅与设计题目有关的资料与 英文文献；中期的工作主要是对我所设计的内容进行分析与整理以及对系统图的分析； 后期就是将我所学到的知识以及自己设计的内容应用到我的毕业设计中，并将其逐渐完 善。 我设计的题目是超临界机组协调控制系统，本文论述了单元机组协调控制系统的意 义、国内外发展现状及趋势、原理、基本组成、功能和特点等。通过此次设计，我了解 了协调控制系统在应用上的便利，明白了控制系统在火电厂中的重要性。通过此次设计 我也得出了如下结论： （1）锅炉和汽轮机的动态特性存在较大差异，汽轮机响应负荷的速度较快，而锅炉 具有一定的延迟和惯性，对负荷响应的速度较慢，所以在单元机组进行负荷控制时，一 定要很好地协调机、炉两侧的控制，合理的协调好两个能量供求关系的平衡，既保证负 荷的响应性能又保证参数的稳定运行。 （2）机组负荷响应速率提高的关键性在于提高锅炉负荷的响应速度；缩短负荷响应 滞后时间的关键性在于调汽门的动态过开以至于合理的利用锅炉蓄热。 （3）随着单元机组在电网中所占的比例越来越大，电网对单元机组负荷适应性能的 要求也越来越高，即便是对于那些只承担基本负荷的单元机组，也要具有参加电网的一 次调频能力，会这样就可以在二次调频之前将电网频率变化的幅度减小。 我此次设计的是协调控制系统的应用，严格的遵守老师要求的时间，依次完成图书 馆查找资料，撰写开题报告，英文文献的翻译，论文的拟写。在整个学习的过程中我经 历了很多的困难，比如说以前学习过的知识发生了遗忘，英语能力的匮乏，资料查找的 不够全面。同时对整个工艺的流程也是不够熟悉，特别是协调控制系统我不是很了解只 能通过老师