协调控制系统的基本功能和组成简介

介绍了协调控制系统的基本功能和组件摘要：机组协调控制系统全面控制锅炉、汽轮发电机组，将自动调节、逻辑控制、链条保护等功能有机地结合起来，构成了在不同工作方式和不同条件下满足控制要求的多功能控制系统。关键字：调整，控制，系统一、单位协调控制系统概述1、协调控制系统概念单元调节控制系统对锅炉、汽轮发电机组进行整体控制，将自动调节、逻辑控制、连锁保护等功能有机地结合起来，构成了符合各种操作方式和操作条件的控制要求的多功能控制系统，从而确保单元装置对外部设备具有快速的功率响应和一定的调频能力，并确保内部主蒸汽压力偏差保持在允许的范围内。2、协调控制系统的基本功能基于汽轮机控制子系统和锅炉控制子系统构建的主控制系统和机器、炉子控制系统组成的二级分层控制系统。调节级的主控制系统是调节控制系统的核心，提供控制决策、汽轮机负荷命令的运算处理、汽轮机负荷命令和锅炉负荷命令。处于局部控制水平的各个子系统按照机器的主要指令分担工作，完成指定的控制任务。随着电网运行自动化水平的提高，基于单位协调控制系统的电网级协调控制和管理成为电力生产过程自动化的发展趋势。单位协调控制系统功能的基本要求如下：(1)外部负荷要求发生变化时，向机器的调整动作，使单元的输出尽快满足外部负荷要求。同时，确保设备的主要操作参数在允许范围内发生变化。(2)由于一些主要的辅助机械故障或其他原因，单位处理不足，必须按照规定的速度自动将对设备施加的负荷降低到适当的水平，以便继续运行。如果到极限状态或主操作参数的偏差超过了允许范围，则必须将负载命令作为方向锁定或紧急状态处理，以防止事故。(3)调整锅炉和汽轮发电机的运行，在负荷变化率高的情况下保持两者之间的能量平衡，以保证主蒸汽压力。(4)根据设备的不同操作条件，可以从多种操作方式中选择。(5)系统应便于操作者介入，如切换操作模式、手动操作等。上述要求由单元主系统的功能实现。单元设备主系统分为两部分：负载指令处理电路和机械炉主控制器。3、单位协调控制系统特性在单元负荷控制问题上使用协调控制，可以将电力生产过程自动化水平提高到一个新的水平，其特点可以概括为：(1)系统结构先进。利用分层控制结构，在机械火炉控制电路上引入机械调整水平，对锅炉、汽轮机、发电机组进行整体管理。可以在电网中直接接收中继命令，为电网的自动调度和协调控制奠定了基础。(2)控制策略合理。机器的主控制器设计引入了基于机器动态特性的前馈、补偿和变结构控制技术，克服了系统的耦合和非线性因素，提供了良好的控制质量。(3)系统功能完善。除了一般功能调整外，还具有本地故障处理、多种操作模式切换和选择等管理功能。因为先进的分布式控制系统、完整的屏幕显示功能、警报打印功能、人机界面等构成了先进的自动化系统。600MW机组协调控制系统的主要特点如下：(1)系统具有锅炉基本方法、汽轮机基本方法、机械调整方法手动方法等多种控制方法，可以进行自动(或手动)控制模式切换，以满足装置其他工作状态(例如机械部分故障、静压工作、滑动压力工作等)的需要。(2)系统具有相对完整的链保护，在发生主辅跳闸、执行器堵塞等本地故障的情况下，设备可以在有限的负载范围内运行，不会因本地故障导致整个设备停机。(3)600MW的协调控制系统具有完善的监控功能，可以通过CRT屏幕显示图像和数据，从而正确引导工作人员的操作。(4)600MW的分布式控制系统大部分都具有强大的配置软件，提供数百种可供用户选择的功能块，使控制策略的配置和修改更加容易、灵活。(5)测量系统使用冗余发射机进行参数测量，在工作变送器故障的情况下自动切换到替代变送器作业，使控制系统安全可靠。4、单元负荷控制问题在单位负荷控制中，需要考虑与单位安全和经济性相关的许多实际问题。例如，应考虑单位响应外部负荷需求和单位内部参数的稳定性问题。应考虑单位故障和单位允许的最大负荷容量问题以及单位负荷控制方法问题。(1)响应外部负荷需求和单位内部参数的稳定性问题。燃料流b到电力(MW)的能量转换和传输是连续的过程。但是，锅炉和涡轮发电机是两个不同的对象，它们在对象的动态特性上非常不同。从能量平衡的角度来看，两个过程的速度差异改变了连接的特定参数(此处表示机器的前节流压力)。根据这一特性，单位设备的负荷控制满足外部负荷需求的同时，需要考虑过程内部参数稳定性的特点是多变量系统。(2)单元故障和单元允许的最大负载容量问题。单位设备中的设备或相关系统出现故障将影响从燃料流b到功率(MW)的能源转换和传输过程中设备允许的最大负载容量。如果不同故障(例如不同设备跳闸)或相同故障(例如漏气)的程度不同，则允许不同设备的最大负载容量。单元允许的最大负载容量，即单元可以生产的最大功率。二、配置单元协调控制系统1、单元负荷控制系统总体结构要实现单元设备的负荷控制，必须调整设备的锅炉工艺和汽轮发电机工艺，设计一套完整的控制计算电路，提供高质量的控制效果。因此，负载控制系统应包括以下部分：1.1控制电路根据设备的载荷形式、故障情况、控制要求和设备的工作方式，配置控制设备载荷的适当方法。单位控制方法大体上有以下：锅炉跟随方法(Boiler Follow Mode称为bfmode):涡轮跟随模式(TF Mode Turbine Follow Mode)；)；协调控制方法(协调控制系统模式称为CCS模式)；手动模式(Manual Mode)；涡轮手动，锅炉自动方法；涡轮自动，锅炉手动方法；单位静压工作模式和调节控制向下压力工作模式。1.2运算回圈600MW单元具有特殊的计算电路，可以随时监控风机、感应风扇、主风扇、给水泵、循环泵等主要辅助设备的运行状况，计算单元的最大允许负荷能力。根据外部负荷要求，可以生成允许最大负荷容量、选择负荷控制方法逻辑、增加单位负荷的锁定、减少锁定和默认限制要求，以及设备允许的实际负荷命令(uld-unit load demand)。还可以根据设备的工作方式(指定压力工作方式或滑动工作方式)控制要求和负载控制方法选择逻辑等形成设备预压力设定值PS。这是组成单位负荷控制系统的基本内容。根据负荷控制的过程和目标，可以概括为三个不同的层次。(1)调整单位负荷容量和外部负荷要求的单位负荷调整层。(2)负荷调整层，作为调节锅炉和汽轮机两种能量转换和传输过程的机器。(3)锅炉和汽轮机控制层用于将能量转换和传输过程中需要控制的所有参数和信号控制为指定值。2、配置负载命令运算电路负载指令运算回路由负载指令计算电路、单位允许负载容量计算电路、限制电路等组成。负载指令计算电路：此电路根据负载需求指令(例如ADS、GF、SET等)和装置的最大负载容量RUN DEMAND，产生单位可承受的实际负载指令ULD。ULD具有基本限制、增加锁定、减少锁定和保持功能。单位允许负载容量计算电路：该电路生成设备可承受的最大允许负载命令RUN DEMAND，具体取决于主辅助设备的运行/跳闸状态或系统的重要参数偏离设置的程度，通常称为返回目标值。例如，发生进给、感应风扇或风扇跳闸时，返回的目标值为额定负载的50%。定子冷却剂中断时，返回目标值约为额定负载的75%。电路限制：如果设备的负荷要求超过实际允许的输出，则电路应将负荷要求从上限到下限进行。另外，为了单位运行安全，还要限制负荷指南的变更率。3、高炉主控制器配置机器主控制器(BMTM)通常由锅炉主控制器BM、涡轮主控制器TM和控制方法管理逻辑三部分组成。锅炉主控制器BM和涡轮主控制器TM的功能可以相互配合，根据ULD、PS、MW、TP和控制方法选择逻辑等信号配置特定负荷控制系统，并生成锅炉负荷命令BD和涡轮负荷命令TD，以调整锅炉和涡轮两侧的能量转换和转移过程。控制方法管理的功能是根据BM M/A和TM M/A的状态生成控制方法选择逻辑信号。三、单位协调控制策略调节控制系统根据设备的容量、控制对象的动态特性和控制系统的功能要求，根据由其他调节控制系统组成的方案，进行了不同的分类，一般有两种分类方法。(a)按反馈电路分类1.基于汽轮机跟随的协调控制系统电机的特点是功率变化时电力反应慢，蒸气压波动小，不能充分利用锅炉热量。为了改善这种控制系统的电力响应特性，要利用锅炉积累热量，就要从蒸汽机遵循控制方式的意义上，使气压在一定范围内波动，构成基于蒸汽机跟随的调整控制系统。基于锅炉跟随的协调控制系统这种调节控制系统是在原有锅炉跟随控制系统的基础上添加非线性因素而形成的。初期，使用了很多基于汽轮机跟随的调节控制系统，但负载跟踪性能不好。近年来，为了进一步提高负荷跟踪的快速性，基于锅炉跟随的调整控制系统越来越受到关注。(b)前馈电路分类单元负荷控制系统的任务之一是确保汽轮机锅炉之间能量供求关系的平衡。为了提高控制系统的性能，在上述两种反馈电路的基本体系中添加了前馈回路，从而在失去平衡或不平衡刚发生的情况下，根据机器之间的特性，使用适当的前馈信号将能量不平衡限制在较小的范围内。以下分析了两种基本前馈电路方案。1.间接能量平衡的协调控制策略该系统以使用指令的间接平衡机的能量关系为特征，属于基于跟随仪器的调整控制系统。汽轮机调节器PI的任务与预压力PT给定值PO相同，但在波动过程中，将蒸汽压力给定值修改为功率偏差(NONB)信号，以利用锅炉的热量。2.直接能量平衡的协调控制策略直接能量平衡调节控制系统是用汽轮机能量需求信号直接控制锅炉输入能量的调节控制系统。这种调整方式的基本出发点是保证在任何情况下锅炉能源的投入和涡轮能源的需求平衡。直接能量平衡控制系统的结构和方法有多种。(1)使用(P1/PT)P0作为能量平衡信号的调节系统该系统的主要特征之一是将能量平衡信号P1/PT替代功率给定信号常开触点用作锅炉控制回路的前馈信号。其中，P1是汽轮机一级后的蒸汽压力，p t是机器前压力，这两个比率P1/P T与汽轮机控制阀的开闭度成正比，因此，无论出于什么原因，控制阀的开闭度的小变化都可以敏感。因此，P1/PT在动态或静态的情况下反映了控制阀的开闭度，即汽轮机输入的能量。蒸汽压力与主蒸汽压力设定值P0(P1/PT)的比率相乘，表示蒸汽轮机电缆的需求信号，该信号建立了汽轮机负荷与调节门开口之间的正确比例关系，而不管锅炉侧的扰动如何。可以用燃料信号的指定值替换电力信号。使用P1作为反馈信号的内部电路不仅使P1与单元负载成比例，而且对汽轮机控制阀的运动做出快速反应，因此汽轮机控制阀对载荷指令的变化做出快速、平稳的响应。另外，汽轮机阀位置控制器的反馈信号P1可以有效地克服锅炉侧扰动对单元输出功率的影响。在该系统中，单元铅发功率Ne由汽轮机控制器保证，机器前压力PT由锅炉控制器保证。因此，基于锅炉跟随(P1/PT)P0作为前馈信号添加的直接能量平衡控制系统。(2)使用P11 k(P0- PT)作为能量平衡信号的调节系统除了使用P11 k(P0- PT)作为锅炉的前馈信号表示汽轮机能量需求的P1外，还添加了对预机械压力偏差(P0- PT)的修正，以满足设备稳态时的能量平衡要求，并满足设备的动态过程能量要求。锅炉侧，压力调节器P I b是比例积分效果，稳态前的压力PT等于给定值P0。前馈控制电路输出信号P11 k(P0-