大型火电机组自动控制系统

1、火电机组自动控制系统火电机组自动控制系统主要主要包括包括： 汽温自动控制系统汽温自动控制系统 给水自动控制系统给水自动控制系统 燃烧自动控制系统燃烧自动控制系统 协调自动控制系统协调自动控制系统 汽轮机自动控制系统汽轮机自动控制系统 辅助设备自动控制系统辅助设备自动控制系统常用控制方案：常用控制方案： 单回路单回路PIDPID控制系统控制系统 串级串级PIDPID控制系统控制系统 前馈反馈复合前馈反馈复合PIDPID控制系统控制系统 单回路系统：单回路系统：串级控制系统串级控制系统前馈前馈- -反馈控制系统：反馈控制系统：)()()(sGsGsGcf 1 1、过热蒸汽温度调节系统、过热蒸汽温度

2、调节系统 2 2、再热蒸汽温度调节系统、再热蒸汽温度调节系统 一、汽温调节系统一、汽温调节系统过热蒸汽温度自动控制系统：过热蒸汽温度自动控制系统： 保持过热汽温稳定在规定值附近。 维持蒸汽流程中各点的过热蒸汽温度 一定锅炉过热器结构示意图锅炉过热器结构示意图 过热蒸汽温度调节系统工艺过程：过热蒸汽温度调节系统工艺过程： 过热蒸汽温度的动态特性：过热蒸汽温度的动态特性： 三种扰动：蒸汽量、烟气量和减温水量。1蒸汽量扰动时，过热蒸汽温度的动态特性 特点是有迟延，有惯性，有自平衡能力。阶跃响应曲线 蒸汽量变化对汽温变化的传递函数可用下式近似表示： sDDeSTKsDssG1)()()(2烟气侧扰动时

3、过热蒸汽温度的动态特性 阶跃响应曲线： 烟气扰动时的过热器出口汽温的阶跃响应曲线 特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。3减温水量扰动时过热蒸汽温度的动态特性 导前区：导前汽温2测点前至减温器 惰性区：过热器出口汽温1测点到导前汽温测点 )()()(202swssG)()()(2101sssG )()()()()(01021sGsGswssG式中2导前汽温1过热器出口汽温 w减温喷水量 减温水量扰动时过热蒸汽温度被调对象的阶跃响应曲线图： 2)1 ()(2202nSTKsG1)1 ()(2101nSTKsGnTSKsGsGsG)1 ()()()(0102汽温对象的传递函数可用下式表示：一般n2

4、=2 一般n12 单回路过热汽温自动控制系统：单回路过热汽温自动控制系统：单回路反馈系统不能满足生产要求！串级汽温调节系统：串级汽温调节系统： 1系统构成及工作原理 串级汽温控制系统的组成：再热蒸汽温度自动控制系统：再热蒸汽温度自动控制系统： 再热器具有纯对流的汽温静态特性 负荷变化、燃烧工况对汽温影响较大目标： 维持再热器出口汽温为给定值 低负荷、甩负荷，或汽机跳闸时，保护再热器不超温。一、再热蒸汽温度的控制方式1、 采用烟气挡板的再热汽温控制 设备结构简单、操作方便 调温的灵敏度较差、 调温幅度小 挡板开度与汽温变化 不成线性关系2 2 、采用烟气再循环的再热汽温控制：、采用烟气再循环的再

5、热汽温控制： 负荷降低使再热汽温降低， 开大再循环风机出口挡板。 再热汽温升高，关小再循环 风机出口挡板。 再循环设备停用，打开热风门， 防止烟气倒入 反应灵敏，调温幅度大 设备结构较复杂3、采用摆动燃烧器角度和多层布置燃烧器方式的再热汽温控制 改变炉膛火焰中心位置使再热器的入口烟气温度改变，达到调节再热汽温的目的。4、采用喷水减温方式的再热汽温控制简单、可靠，常作为汽温超过极限值的事故情况下的保护手段。再热汽温控制系统实例：燃烧过程自动控制系统1 维持蒸汽压力稳定2 保证燃烧过程的经济性3 维持炉膛压力稳定4 维持燃烧系统的正常运行燃烧控制系统的任务：二、燃烧过程控制对象的动态特性二、燃烧过

6、程控制对象的动态特性一）汽压控制对象动态特性分析1 锅炉燃烧部分 指从燃料调节机构开度B到炉膛热量QB。 B-燃料量； -收到基低位发热量。 传递函数为 KB-燃料调节机构的传递系数； -从调节机构动作到QB改变的时间迟延。 netarBBQQ,netarQ,snetarBBBrBeQKssQsG,)()()(B2 蒸发部分 QB中除去热损失，其余都被水冷壁内的炉水吸收，产生蒸汽量DQ。 hs、hw-饱和蒸汽、给水焓值； -锅炉效率； KQ-传递系数。 当DQD（锅炉输出蒸汽量）时，多余蒸汽量在锅炉中储藏起来，使汽包压力pd变化。 BwsQQhhD)(BQBwsQQKQhhD Dz-锅炉的储藏

7、热量（用流量单位表示）； CK-锅炉蓄热系数；D-锅炉输出蒸汽量。 或 传递函数 dtDDCpQKd)(1sCsDsDspsGKQds1)()()()(zQDDDdtdpCDdK3 蒸汽输出部分u过热器 不考虑传热关系，可看作为比例环节 Rsh-过热器管道阻力； D-锅炉输出蒸汽流量； pd、pT-汽包压力、主蒸汽压力。u主蒸汽管道 流入量是D，流出量是汽轮机耗汽量DT。 传递函数为 Cm-蒸汽管道的容量系数。 shTdgRspspsDsG1)()()()(sCsDsDspsGmTTK1)()()()(u汽轮机部分 汽轮机的进汽量DT受主蒸汽压力pT、汽轮机背压pc和调节汽门开度T的影响。 假

8、定调门特性为线性，汽轮机进汽量为 RT-汽轮机的流通阻力； KT-汽轮机调门的传递系数； T-汽轮机调门的开度。 TTcTTTKppRD)(1 根据四个组成部份的动态特性分析，得出汽压调节对象的动态特性方框图为： 燃料量控制子系统的各种基本策略 单元机组协调控制系统单元机组协调控制系统一、单元机组的特点和任务一、单元机组的特点和任务1 特点u单元机组是一个强相互关联的多变量控制对象，锅炉和汽轮发电机共同适应外界负荷要求，共同保证运行参数稳定。u汽轮发电机负荷响应快，锅炉负荷响应慢。u应具有参加电网一次调频的能力。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

9、负荷变化的需要。二、单元机组负荷控制系统的基本组成二、单元机组负荷控制系统的基本组成1 负荷自动控制系统(the unit load control system) 负荷指令管理部分 机炉负荷控制部分 作用:接受外部负荷要求指令，并发出使机炉调节系统协调动作的指令。 分别称为汽轮机主控制指令PT和锅炉主控制指令PB 机、炉主控制指令PT、PB分别代表了汽轮机调门开度（或汽轮机功率）指令和锅炉燃烧率（及相应的给水流量）指令。2 主控系统与机、炉调节系统的关系 主控制系统相当于机炉调节系统的指挥机构，起上位控制作用。 机炉调节系统对于主控制系统相当于伺服机构，起下位控制的作用，是主控制系统的基础，

10、两者构成分层控制的结构。 协调控制系统：主控制系统和锅炉、汽轮机各自的调节系统的总称。 四、单元机组负荷控制对象的动态特性四、单元机组负荷控制对象的动态特性输入量：燃料调节机构开度B、调门开度T输出量：单元机组的输出电功率PE和汽轮机前主蒸汽压力pT。四、主控制系统调节对象的动态特性四、主控制系统调节对象的动态特性1 主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组；控制输入量为PB和PT。2 锅炉侧各调节系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，因此可假设它们配合协调，能及时跟随主控制指令PB,接近理想随动系统特性，有BPB。 单元机组负荷控制方式单元机组负荷控制方式一、负荷控制的基

11、本原则1 大型机组负荷控制的首要任务: 保证机组出力适应电网的负荷变化要求、维持机组稳定运行。 PE：迅速适应负荷变化； pT：维持为给定值，或在附近规定的范围变化。2 基本原则：为了提高负荷响应性能，充分利用机组的蓄热能力；加强对燃烧率的调节。3 调节系统的结构形式 以前馈-反馈控制为主的多变量协调控制 反馈 确保机组内、外两个能量供求平衡关系； 前馈 补偿机组的动态迟延，加快负荷响应。二、二、负荷控制方式负荷控制方式负荷控制方式可分为两类：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式 1 1机炉分别控制方式机炉分别控制方式分别控制：由一个调节量来控制一个被调量（1）锅炉跟随（boiler follo

12、w，BF）方式由汽机控制输出电功率，锅炉控制汽压。 锅炉跟随方式的特点:当P0改变时，由于利用了锅炉的蓄热能力，具有较好的负荷适应性，对机组调峰调频有利，但汽压波动较大；当有内扰（燃烧率扰动）时，汽压波动较大。（2）汽轮机跟随（turbine follow, TF）方式锅炉控制输出电功率，汽机控制汽压。 汽机跟随方式的特点：汽压波动小。但由于没有利用锅炉的蓄热能力，有较大的迟延，因此适应负荷变化能力差，不利于带变动负荷和参加电网调频。2 机炉协调控制方式协调控制方式的控制策略：允许汽压有一定波动，以便能充分利用锅炉的蓄热量，使机组能较快地适应电网的负荷要求。但是，这里利用锅炉蓄热量是有限度的，必须保证机前压力与给定值的偏差不超过允许值。所以协调控制方式既能使机组较快适应电网的负荷要求，又能确保汽压的波动在允许的范围之内。（1）以锅炉跟随为基础的协调控制方式(BFCC) 可减缓汽压的急剧变化 减慢了输出电功率的响应速度 实质：降低输出电功率响应性能，换取汽压控制质量的提高。兼顾电功率