火电厂负荷控制系统

1、火电厂负荷控制系统火电厂生产过程一、概述 协调控制系统：现代电厂中机、炉所有闭环控制系统的集合。 汽轮机控制系统：调节机组负荷和转速 锅炉控制系统：调节主汽压力和控制燃烧 汽轮机和锅炉系统互相影响。 任务： 功率, 频率 能量 安全协调控制系统 常用术语1.RB(RUN BACK)自动快速减负荷 机组主要辅机部分故障时，机组实际出力大于允许最大出力时，快速降低负荷。2.FCB(FAST CUT BACK)快速甩负荷 当发电机由于故障而跳闸甩负荷后，锅炉快速将负荷降低到适应水平。3.RUN UP、RUN DOWN强增负荷、强减负荷4.MFT锅炉主燃烧跳闸 发生炉膛灭火等事故后，进入MFT主燃料跳

2、闸工况，切断锅炉的所有的燃料供给。5.ETS汽轮机紧急跳闸 当继续运行危及汽轮机安全时，进入ETS工况，强行关断进汽阀门。6.AGC自动发电控制 机组的负荷由中调通过微波信号、光纤电路或计算机网络到RTU（远方终端）。7.CCS单元机组协调控制系统8.BMS锅炉炉膛安全监控系统9.SCS顺序控制系统10.DAS数据采集系统11.DEH汽轮机数字电液控制系统12.BPS旁路控制系统二、协调控制的基本方式外部负荷需要：PE内部参数稳定：PT四种基本方式1.炉跟随方式（炉跟机）汽轮机先动作，锅炉随后动作的调节汽轮机控制系统控制负荷锅炉控制系统控制主汽压力 控制过程 1）手动负荷指令通过汽轮机主控改变

3、汽轮机输出功率 2）主汽压力改变，通过锅炉主控，控制燃料调节阀，调节主汽压力特点1）利用锅炉蓄热，机组功率变化较快2）主汽压力波动比较大2.机跟随方式（机跟炉） 锅炉控制系统控制机组功率 汽轮机控制系统控制主汽压力 控制过程 1）手动负荷指令通过锅炉主控，控制燃料调节阀，使主汽压力改变 2）为了维持主汽压力不变，主汽调机器输出调节指令，改变阀门开度，最终改变输出的功率 锅炉调节在前，汽轮机调节在后 特点：主汽压力波动很小； 机组功率对外界负荷适应性比较差。3.协调方式 汽轮机控制系统和锅炉控制系统同时动作 将负荷变化和主汽压力变化同时送到两个调节系统中。 主要思路：在被控含量变化前主动实施调节

4、 特点：既能以较快速度适应外界负荷变化 又能保证主汽压力波动较小4.手动方式 汽轮机主控切手动，控制机组功率 锅炉主控切手动，控制主汽压力三、机炉协调控制的设计方案 锅炉跟随为基础 汽机跟随为基础 机炉综合型 直接能量平衡 锅炉跟随为基础汽机跟随为基础机炉综合型直接能量平衡四、定压和滑压 滑压运行: 汽轮机在不同工况下运行时，调节汽阀处于全开状态，保持主汽温度基本不变，由锅炉调整主汽压力，改变汽轮机的进汽和焓降，以达到调节机组负荷的目的。 定压运行 是指汽轮机在不同工况下运行时，蒸汽参数保持不变，通过调速汽门的节流调节控制汽轮机的进汽量，从而达到调节汽轮机负荷的目的。滑压运行的优点： 部分负荷

5、下高压缸效率可基本保持不变，调门节流损失也小。末级排汽湿度小，减少了对叶片的冲蚀并减少了湿汽损失； 部分负荷下，滑压运行蒸汽压力下降，其比热亦减小；另外，蒸汽压力降低使比容增大，流速增加，提高了传热系数。因此滑压运行使锅炉传热得到改善； 滑压运行时，随负荷的降低蒸汽压力和流量同时降低，给水泵出口压力和流量随之减少， 其消耗功率也减少，同时增加了锅炉供水的安全性； 滑压运行时，高排和汽轮机各级温度基本不变。因而汽轮机零部件温度变化很小，热应力、热变形也变化不大，这不仅提高了机组的安全性，而且也提高了机组对负荷变化的适应能力。 滑压运行能使汽轮机的工作条件得到改善，延长高压部件的使用寿命：滑压运行

6、时调门处于全开位置（或开度不变），可以保证机组全周进汽，从而改善进汽部分的工作条件。1）负荷变动时，汽包内压力和温度随着变化，汽包的应力问题比定压运行严重，成为限制机组负荷变动速度的主要因素； 2）机组负荷变动，是靠锅炉调整燃烧和给水进行的，而锅炉是热惯性大的设备，所以，负荷响应的速度慢； 3）低负荷时降低了主蒸汽压力，从而降低了机组的循环热效率；滑压运行的缺点： 复合变压运行 传统的滑压运行是调门全开或大部分开启，调门不动，由锅炉通过控制主汽压力来控制负荷，但这样就不能投CCS和AGC。 复合变压运行方式是通过优化，找到部分负荷下最佳压力曲线，输入CCS，在负荷变动时CCS自动改变压力设定，

7、值班人员也可通过设定偏差做局部压力调整，使汽轮机始终保持在经济工况下运行。当然在此调整过程中，调门开度是适当变动参与调节的。五、协调控制系统的构成1. SAMA图及各种图形符号 SAMA图是美国科学仪器制造协会（Scientific Apparatus Makers Association）所采用的绘制图例，它易于理解，能清楚地表示系统功能，在自动控制系统中大量应用。 SAMA图 简介自动信号处理功能 测量或信号显示功能 手动信号处理功能 执行机构 FTLTPTTTZT 流量变送器 液位变送器 压力变送器 温度变送器 位置反馈 开方 乘法 除法 偏量 偏差 加法 Kd/dtf(t)f(x)/N

8、比例 积分 微分 时间函数 函数 均值TA手动切换操作 手动增减操作 手动设置操作 A/MTTR手动/自动切换 切换 跟踪 大选 小选 高限 H/LV A/D高报 低报 限速 限幅 模数转换 低限 P/II/PV/II/VD/A气压电流 电流气压 电压电流 电流电压 数模转换 R/VMV/V热电阻电压 热电偶电压 信号来源 MOHO电动执行机构 液动执行机构 气动执行机构 f(x)执行机构 直行程阀 角行程阀 过程变量功能信号转换A: 分析 F: 流量 I: 电流L: 液位 P: 压力 S: 速度T: 温度HZ:频率Z: 位置I: 指示R: 记录T: 变送器E：测量元件：积分器E/P 电/气转

9、换M/P 脉冲/气压转换I/P 电流/气压转换SAMA图例2.协调控制系统总体介绍 包括负荷运算、锅炉主控和汽轮机主控3.负荷运算 只在协调控制下才能起作用 任务：操作、校正、限制 操作：通过操作员设定的手动操作单元设定负荷的大小 校正：频率偏差校正(一次调频) 限制：对负荷的变化速度加以限制负荷指令4.锅炉主控 任务：将负荷运算送来的负荷指令经运算传递给燃烧主控，最终控制进入炉膛中的燃料量。 组成1）机跟炉：最右侧，输出由主汽压力决定 2）协调部分：中间 负荷指令：加入微分环节，提前感知负荷变化 主汽压力调节：抵消符合运算中由于压力变化 产生的不合理指令3）压力校正电路：最右侧 压力偏差和压

10、力变化的前馈信号 调节方式1）机跟炉方式输出由主汽压力决定2）协调控制 输出由负荷指令和主汽压力决定3）锅炉主控切手动 输出由操作员手动操作4）炉主控跟随 输出与负荷无关，跟踪总燃料量三个切换三个切换加入微加入微分环节分环节压力校正压力校正主汽压力调节主汽压力调节炉跟机炉跟机协调控制协调控制5.汽轮机主控 任务：输出指令通过增、减方式送到DEH系统 状态 在协调方式下，负荷指令才发挥作用 机跟随方式：主汽压调节器来输出指令 汽轮机主控切手动：操作员主动调节 DEH遥控：接收DEH状态反馈差值 机主控偏差输出无效：闭锁DEH 协调控制协调控制机跟炉机跟炉手动手动压力保护压力保护闭锁增、闭锁减逻辑

11、RUNDOWN逻辑锅炉主控保护逻辑汽机主控保护逻辑运行方式切换逻辑小结 协调控制的含义 协调控制系统的基本运行方式 协调控制系统负荷运算回路的工作原理及作用 锅炉主控回路的工作原理及作用 汽轮机主控回路的原理及作用六、给水控制 任务 汽包锅炉给水自动控制系统：维持汽包水位在设定数值。 直流锅炉给水自动控制系统：保证炉膛受热面能得到与热负荷相适应的冷却水量，即保持一定燃一水比。用保持燃一水比的方法直接控制过热器出口汽温是直流锅炉重要的控制任务。 给水自动控制系统是锅炉运行中一个重要的控制系统汽包炉给水控制系统简图给水泵安全工作区 安全工作区域示意图 安全工作由上限特性（12线段）、下限特性（45

12、特性）、最高转速（34线段）、最低转速（56线段）泵出口最高压力（23线段）和泵出口最低线段（16线段）等六条曲线围成的区域。 控制给水泵工作 在安全区域内，是 给水控制系统必须 要考虑的问题。启动阶段或负荷小时启动阶段或负荷小时压力控制压力控制主给水门全开主给水门全开串级三冲量水位控制串级三冲量水位控制给水泵出口压力给水泵出口压力被调量被调量给水泵出口最低压力给水泵出口最低压力分离器中饱和蒸汽压力分离器中饱和蒸汽压力保证给水进入分离器保证给水进入分离器分离器水位分离器水位给定值操作给定值操作水位控制中的水位控制中的三冲量三冲量饱和蒸汽导前信号饱和蒸汽导前信号直流炉给水系统直流炉燃水比控制引入

13、一级减温器前后的温差如果各受热面的吸热比例不变，过热器出口焓值为一常数时，减温器后蒸汽焓值也是一常数，与负荷无关，保持减温器前后温差为一常数，也就间接地保持了减温器前蒸汽温度为一常数，相当于用减温器前微过热汽温作为校正燃水比信号。由于在运行过程中，上、下排喷燃器的切换以及蒸汽吹灰的投入与否，过热器属于对流过热或辐射的吸热特性等诸多因素，锅炉受热面在不同负荷情况下吸热比例变化较大。若要保持微过热段汽温和各级减温器出口汽温为定值，则各级喷水量变化就较大。为了克服这一缺点，采用保持减温器前后温差的调节系统，与直接调节微过热段汽温调节系统相比。虽然其调节品质有所降低，但改善了一级减温器的工作条件。燃水

14、比作为过热蒸汽温度控制的粗调方式，直接影响过热蒸汽温度，而作为喷水减温的辅助手段在调节过热蒸汽温度时，又会反过来影响燃水比。引入减温器前后温差，可将调整燃水比与喷水减温二者协调起来，补偿汽温控制时喷水减温对燃水比的影响，实现燃水比控制与喷水减温控制方式间的解耦作用。由于给水量调整燃水比对汽温的影响滞后较大。且燃水比着重于保持汽温的长期稳定，因此，一级温差偏差对燃水比的校正作用相对较缓慢。超临界锅炉给水控制方案A侧、B侧一级减温器前后温差二取一，与负荷经 )形成的要求值进行比较，其偏差送入温差PID控制器，其输出与调速级压力、平均温度等前馈量相加，作为焓值设定值与用分离器出口温度和出口压力计算出

15、的实际焓值比较，偏差送入焓值PID调节器，其输出加上燃料偏差作为给水量的要求值。该要求值与实际总水量的偏差送入给水调节器，产生给水指令信号。给水指令经平衡算法，送入2台汽动泵和一台电动泵，去控制给水量。七、汽温控制主汽温分段控制再热汽温挡板控制再热汽温挡板控制逻辑八、典型调节规律1.比例调节（P） 输出变化量与输入变化量成正比的调节器。 实质是典型环节的比例作用。 传递函数 令1pW1pKpKW 调节器比例带比例带越大，调节作用越弱 组成： 被调对象：单容水箱 调节机构：流入侧阀门 检测器：浮子 调节器：杠杆 执行器：阀门杆被调量：水位H调节量：流入量q1比例调节特点： 动作迅速且始终方向正确

16、。 比例带的大小影响着系统的稳定性和准确性。 越大，静态偏差越大，准确性越差。 越小，稳定性越差。 缺点：稳定后存在稳态偏差。2.积分调节动态方程：传递函数：式中： 积分时间常数 只有当误差为0，调节器开度才能够保持不变。dteTi1sTWiI1iT积分调节特点 可以消除被调量的静态偏差。 过程中容易出现过调，引起被调量反复振荡，稳定性下降。 Ti越小，积分作用越强，稳定性越差，动态偏差越大。 如果Ti过小，系统响应迟缓，调节时间加大。 积分调节不能单独使用，而是与比例调节配合使用，构成PI调节。3.比例积分调节特点：既能消除偏差，又能提高稳定性。00011()()tttIpIppiKKKed

17、tKeedteedtKT0ett0e0iT0e0ePI 调节器的阶跃响应曲线4.微分调节动态方程：传递函数：式中：TD为微分时间； TD越大，微分作用越强。 微分调节规律的输出与误差的变化速度成正比。ddeKdtDDWT s 特点： 微分作用具有超前调节的特点微分作用具有超前调节的特点 能提高控制过程的稳定性（减小了动态能提高控制过程的稳定性（减小了动态偏差）偏差） 同样存在静态偏差同样存在静态偏差 不能单独使用，而是和不能单独使用，而是和P调节配合使用，调节配合使用，构成构成PD调节。调节。5.比例微分调节动态方程传递函数1()()dpdpdpdeK dedeK eKKeeTdtKdtdt

18、1( )(1)PddsWsT sE s 微分时间越长微分时间越长 , 表示微分作用越强表示微分作用越强;比例带比例带不但影响比例作用的强弱而且也影响微分作用不但影响比例作用的强弱而且也影响微分作用的强弱的强弱6.比例积分微分调节 动态方程： 传递函数011()tdideeedtTTdt 11( )(1)PIDdisWsT sE sTs总结总结: :l 比例作用能单独地执行调节任务比例作用能单独地执行调节任务,并能使控并能使控制过程趋于制过程趋于稳定稳定,但使被调量但使被调量产生静态偏差产生静态偏差。l 积分作用只有极少的情况积分作用只有极少的情况(对象自平衡能力对象自平衡能力大大,惯性和迟延很小等惯性和迟延很小等)才能单独应用才能单独应用,会使控会使控制过程变成制过程变成振荡振荡甚至不稳定甚至不稳定 , 但能使被调量但能使被调量元静态偏差。元静态偏差。l 微分作用不能单独使用微分作用不能单独使用,但能提高控制系统但能提高控制系统的稳定性的稳定性,有效地有效地减少减少被调量的被调量的动态偏差动态偏差.（4）PI调节器调节器，综