第10章 单元机组主控制系统

1、 第十章第十章 单元机组主控制系统单元机组主控制系统 The Unit Master Control System 第一节 概 述 (Overview) 第二节 调节对象的动态特性The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object第三节第三节 负荷控制方式负荷控制方式The Modes of Unit Load Control 第四节第四节 前馈控制的应用前馈控制的应用The Application of Feedforward Control 第五节第五节 滑压运行机组的协调控制方案滑压运行机组的协调控制方案 The Sliding Pre

2、ssure Control of Unit LoadThe Sliding Pressure Control of Unit Load 第六节第六节 负荷指令处理负荷指令处理 Processing the Load InstructionProcessing the Load Instruction 第七节第七节 单元机组主控系统实例单元机组主控系统实例 The Examples of The Master Control SystemThe Examples of The Master Control System 第一节第一节 概概 述述OverviewOverview 一、单元机组主控制

3、系统的概念一、单元机组主控制系统的概念 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。具体地说就是对外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。具体地说就是对外保证单元机组有较快的功率响应和有一定的调频能力，对内保证主蒸汽压力偏差在允保证单元机组有较快的功率响应和有一定的调频能力，对内保证主蒸汽压力偏差在允许范围内。许范围内。 主控制系统（主控制系统（The Unit Master Control SystemThe Unit Master Control System）作用）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挥信号，接受外部负荷要求指令，并

4、发出使机炉调节系统协调动作的指挥信号，称其也称负荷自动控制系统称其也称负荷自动控制系统(the unit load control system)(the unit load control system)。大型机组负荷控制的首要任务大型机组负荷控制的首要任务: : 主控系统向机炉调节系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令主控系统向机炉调节系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令M MT T和锅炉主控制指令和锅炉主控制指令M MB B。 机、炉主控制指令机、炉主控制指令M MT T、M MB B分别代表了汽轮机调门开度（或汽轮机功率）指令和锅炉分别代表了汽轮机调门开度（或汽轮机功率）指令

5、和锅炉燃烧率（及相应的给水流量）指令。燃烧率（及相应的给水流量）指令。二、主控系统与机、炉调节系统的关系二、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；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，两者构成分层控制的结构。制系统的基础，两者构成分层控制的结构。 协调控制系统协调控制系统: : 主控制系统和锅炉、汽轮机各自的调节系统的总称。主控制系统和锅炉、汽轮机各自的调节系统的总称。 协调控制系

6、统的基本结构如图协调控制系统的基本结构如图10-110-1所示。所示。负荷指令处理机炉主控制器机炉单元机组0N主辅机运行状态机炉主控制系统锅炉主控制系统汽机主控制系统被控对象 B 图图10-1 10-1 协调控制系统基本结构协调控制系统基本结构 N NO O 实际负荷指令（即功率给定值）；实际负荷指令（即功率给定值）； M MB B、M MT T 分别为主控制系统对锅炉、汽机各调节系统的主控制（负荷）指令；分别为主控制系统对锅炉、汽机各调节系统的主控制（负荷）指令； P PO O 主蒸汽压力给定值；主蒸汽压力给定值； N NE E、P PT T 分别为机组实发电功率和主蒸汽压力分别为机组实发电

7、功率和主蒸汽压力 单元机组主控系统由两大部分组成：单元机组主控系统由两大部分组成：（1)1)负荷指令处理部分负荷指令处理部分; ; (2) (2)机炉主控制器。机炉主控制器。 第二节第二节 调节对象的动态特性调节对象的动态特性 The Dynamic Characteristics The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object of the Unit Load Object输出量（被调量）：单元机组的输出电功率输出量（被调量）：单元机组的输出电功率N NE E和汽轮机前主蒸汽压力和汽轮机前主蒸汽压力P PT T，如图，如图10-210-

8、2所示。所示。 汽轮机调节系统Gpt（s）GNB（S）GPB（S）GNT（S）锅炉调节系统BT+NEPT单元机组图10-2 主控系统调节对象方框图输入量：锅炉主控制指令输入量：锅炉主控制指令M MB B和汽轮机主控制指令和汽轮机主控制指令M MT T；主控系统的调节对象包括机、炉调节系统和元机组，是一广义调节对象。主控系统的调节对象包括机、炉调节系统和元机组，是一广义调节对象。 为了便于讨论问题，先分析单元机组的动态特性。为了便于讨论问题，先分析单元机组的动态特性。 一、单元机组的动态特性一、单元机组的动态特性1.1.锅炉燃烧率锅炉燃烧率B B扰动下主蒸汽压力扰动下主蒸汽压力P PT T和输出

9、电功率和输出电功率N NE E的动态特性的动态特性 B B扰动下的扰动下的N NE E和和P PT T的动态特性都可用高阶惯性环节的传递函数来描述。的动态特性都可用高阶惯性环节的传递函数来描述。 2.2.汽轮机调门开度汽轮机调门开度T T扰动下主蒸汽压力扰动下主蒸汽压力P PT T和输出电功率和输出电功率N NE E的动态特性的动态特性 T T扰动下的扰动下的P PT T 动态特性可用比例加一阶惯性环节的传递函数来描述动态特性可用比例加一阶惯性环节的传递函数来描述,N,NE E的动态特的动态特性可用具有一定惯性的实际微分环节的传递函数来描述。性可用具有一定惯性的实际微分环节的传递函数来描述。

10、由以上分析可见，单元机组的动态特性有如下特点：由以上分析可见，单元机组的动态特性有如下特点： 当汽轮机调门动作时，两个被控输出量当汽轮机调门动作时，两个被控输出量N NE E和和P PT T的响应均很快；的响应均很快； 当锅炉燃烧率改变时，当锅炉燃烧率改变时，N NE E和和P PT T的响应都很慢。这就是机、炉对象动态特性方面存在的的响应都很慢。这就是机、炉对象动态特性方面存在的较大差异较大差异。二、主控制系统调节对象的动态特性二、主控制系统调节对象的动态特性 主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节对象，其控制主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节

11、对象，其控制输输 入量为锅炉主控制指令入量为锅炉主控制指令M MB B和汽轮机主控制指令和汽轮机主控制指令 M MT T 。 主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节对象，其控制主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节对象，其控制输入量为锅炉主控制指令输入量为锅炉主控制指令M MB B和汽轮机主控制指令和汽轮机主控制指令M MT T。 对于锅炉侧，由于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，对于锅炉侧，由于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因此可假设它们配合协调，能及时

12、跟随主控制指令M MB B, ,接近理想随动系统特性，接近理想随动系统特性， 汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系统汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系统, ,则主控制指令则主控制指令M MT T就是调门开度指令就是调门开度指令 T T，即。这样，广义调节对象的动态特性不会改变。即。这样，广义调节对象的动态特性不会改变。 如果汽轮机采用功频电液控制系统，则主控制指令如果汽轮机采用功频电液控制系统，则主控制指令M MT T就是汽轮机功率指令。就是汽轮机功率指令。 M MB B扰动下，扰动下，P PT T的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，N NE

13、E近近似不变；似不变；M MT T扰动下，扰动下，P PT T的动态特性近似为比例加积分环节的特性，的动态特性近似为比例加积分环节的特性，N NE E的的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。 第三节第三节 负荷控制方式负荷控制方式 The Modes of Unit LoadThe Modes of Unit Load Control Control 根据机组运行的条件及要求，选择合适的负荷控制方式，接受负荷指令处根据机组运行的条件及要求，选择合适的负荷控制方式，接受负荷指令处理部分发出的实际负荷指令理部分发出的实际负荷指令N N0 0，

14、以及机组的实发电功率，以及机组的实发电功率N NE E、和主蒸汽压力、和主蒸汽压力P PT T及及其给定值其给定值P P0 0信号，通过一定的运算回路，计算出锅炉和汽机的主控制指令信号，通过一定的运算回路，计算出锅炉和汽机的主控制指令M MB B和和M MT T，以实现相应的负荷控制方式，从而完成负荷控制任务。请参阅图，以实现相应的负荷控制方式，从而完成负荷控制任务。请参阅图10-110-1。机炉主控制器的主要作用：机炉主控制器的主要作用： 机炉主控制器由两部分组成。机炉主控制器由两部分组成。（1 1）锅炉主控制器：计算锅炉主控制指令）锅炉主控制器：计算锅炉主控制指令M MB B的运算回路。的

15、运算回路。 （2 2）汽轮机主控制器：计算汽轮机主控制指令）汽轮机主控制器：计算汽轮机主控制指令M MT T的运算回路。的运算回路。 一、负荷控制方式一、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（1 1）锅炉跟随（）锅炉跟随（boiler followboiler follow，简写为，简写为BFBF）方式）方式锅炉跟随方式的基本工作原理是：由汽轮机调节机组的输出电功率、锅炉调节汽压。锅炉跟随方式的基本工作原理是：由汽轮机调节机组的输出电功率、锅炉调节汽压。图图10-

16、610-6为锅炉跟随方式示意图为锅炉跟随方式示意图, , 根据图根据图10-610-6可画出其方框图可画出其方框图10-710-7。PIBPIT调节对象MBMT-+-PTNE 图图10-7 10-7 锅炉跟随方式方框图锅炉跟随方式方框图 锅炉跟随方式的特点锅炉跟随方式的特点: :当当N N0 0改变时，由于利用了锅炉的蓄热能力，具有较好的负改变时，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。压波动较大。 对于大型单元机组，锅炉的蓄热能力相对减

17、小，当负荷要求指令对于大型单元机组，锅炉的蓄热能力相对减小，当负荷要求指令N N0 0变化幅度较变化幅度较小时，在汽压允许的变化范围内，充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷的变化是有小时，在汽压允许的变化范围内，充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷的变化是有可能的，。在负荷要求指令可能的，。在负荷要求指令N N0 0变化幅度较大时，汽压波动就太大，会影响锅炉的正变化幅度较大时，汽压波动就太大，会影响锅炉的正常运行。常运行。 当单元机组中锅炉设备运行正常，机组的输出电功率因汽轮机部分设备当单元机组中锅炉设备运行正常，机组的输出电功率因汽轮机部分设备工作异常而受到限制时，可采用锅炉跟随方式工作异常而受到限

18、制时，可采用锅炉跟随方式 。（2 2）汽轮机跟随（）汽轮机跟随（turbine follow,turbine follow,简写为简写为TFTF）方式）方式 汽轮机跟随方式的基本工作原理是：由锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机跟随方式的基本工作原理是：由锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机调节汽压。汽轮机调节汽压。 N0p0PIBPIT调节对象MBMT-+-+PTNE图图10-9 10-9 汽轮机跟随方式方框图汽轮机跟随方式方框图 当负荷指令当负荷指令N N0 0改变时，锅炉主控制器先发出改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）改变时，锅炉主控制器先发出改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）的指令的指令M

19、 MB B。待机前压。待机前压P PT T改变后，汽轮机主控制器发出改变调门开度的指令改变后，汽轮机主控制器发出改变调门开度的指令M MT T，从而改变进，从而改变进入汽轮机的蒸汽流入量，使机组输出电功率入汽轮机的蒸汽流入量，使机组输出电功率N NE E改变，并与负荷指令改变，并与负荷指令N N0 0趋于一致。最后稳态趋于一致。最后稳态时，时，N NE E=N=N0 0，P PT T=P=P0 0。 当燃烧率扰动时，汽压变化而产生偏差，蒸汽流量也变化，机组输出电功率随之变当燃烧率扰动时，汽压变化而产生偏差，蒸汽流量也变化，机组输出电功率随之变化。汽轮机主控制器为了保持汽压而要动作调门，其结果将

20、进一步加剧蒸汽流量的变化，化。汽轮机主控制器为了保持汽压而要动作调门，其结果将进一步加剧蒸汽流量的变化，使机组输出电功率的变化加剧，偏差增大。造成较大的输出电功率波动。使机组输出电功率的变化加剧，偏差增大。造成较大的输出电功率波动。 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。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。 适用于适用于: :带基本负荷的单元机组或当机组刚投入运行时，采用这种控制方式保持带基本负荷的单元机组

21、或当机组刚投入运行时，采用这种控制方式保持机组有较稳定的汽压，为机组稳定运行创造条件。机组有较稳定的汽压，为机组稳定运行创造条件。 当单元机组中汽轮机设备运行正常，机组的输出电功率因锅炉部分设备工作异常当单元机组中汽轮机设备运行正常，机组的输出电功率因锅炉部分设备工作异常而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。2 2机炉协调控制方式机炉协调控制方式(Coordinated control mode)(Coordinated control mode) 协调控制方式的控制策略是：协调控制方式的控制策略是： 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

22、快地适应电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，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。又能确保汽压的波动在允许的范围之内。 常见的机炉协调控制方式有三种方案：常见的机炉协调控制方式有三种方案：（1 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(BFCC)(BFC

23、C) T1(s)EoP PTNoNM WWT2(S) WT1(s)锅炉跟随为基础的协调控制系统WT1 (s)汽机调节器T2 (s)W锅炉调节器T?P-AAb（a） (b)图图10-10 (a)10-10 (a)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； (b)(b)死区死区(dead zone)(dead zone)非线性环节特性非线性环节特性 在动态过程中，当汽压偏差在死区非线性环节的不灵敏区范围内时，即时，在动态过程中，当汽压偏差在死区非线性环节的不灵敏区范围内时，即时，对对M MT T无影响，当时，将经非线性环节限制无影响，当时，将经非线性环节限制M MT T，从而

24、限制汽轮机调门开度进一步变化，从而限制汽轮机调门开度进一步变化，达到限制汽压偏差的目的。达到限制汽压偏差的目的。 不灵敏区的大小值粗略反映了机组运行时主汽压力偏差的允许变化范围。不灵敏区的大小值粗略反映了机组运行时主汽压力偏差的允许变化范围。 实质上是以降低输出电功率响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高实质上是以降低输出电功率响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高（2 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(TFCC)(TFCC)控制方式图见下页控制方式图见下页 MTW (s)NPo汽机跟随为基础的协调控制系统(s)T2汽机调节器W(s)ET2(s)N0P

25、T锅炉调节器WT1WT1+ Nmax- Nmaxb N图图10-12 (a)10-12 (a)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 (b)(b)限幅限幅(saturation)(saturation)非线性环节特性非线性环节特性 （a） （a a） （b b） 当功率偏差信号送入锅炉调节器当功率偏差信号送入锅炉调节器PIPIB B的同时，也通过非线性环节送入汽轮机调节的同时，也通过非线性环节送入汽轮机调节器器PIPIT T。在动态过程中，信号可看作是主汽压力给定值的一部分。在动态过程中，信号可看作是主汽压力给定值的一部分。 当 0（要求增加机组输出功率）时，主汽压力

26、给定值降低。汽机主调节器（要求增加机组输出功率）时，主汽压力给定值降低。汽机主调节器PIT 发出开大调节汽门的指令，增加机组输出功率；发出开大调节汽门的指令，增加机组输出功率； NN 当动态过程结束时，机组的实发功率与功率给定值相等当动态过程结束时，机组的实发功率与功率给定值相等, ,即即 为零，这时，为零，这时，机前压力仍恢复到给定值。机前压力仍恢复到给定值。 当 0PIKKN0dddtdtNN0EppT指令汽机调节阀门开度指令按指令信号间接平衡的协调控指系统图图10-18 某某320MW单元机组协调控制方案单元机组协调控制方案 分析：分析：1.1.锅炉主控制指令锅炉主控制指令M MB B的

27、形成的形成 锅炉侧，负荷指令锅炉侧，负荷指令N N0 0经比例微分（经比例微分（PDPD）控制器作用到锅炉主控指令端，）控制器作用到锅炉主控指令端，形成对锅炉侧的前馈控制作用。形成对锅炉侧的前馈控制作用。因为：因为： 0)(00TEPPNNK或或 TEPPNNK00)(可见，汽压偏差可见，汽压偏差 )PP(T0)NN(E0与功率偏差与功率偏差 仅相差一个比例常数仅相差一个比例常数 K K，所以取，所以取 )PP(T0或或 )NN(E0 作为控制器输入信号时，效果近似相同。作为控制器输入信号时，效果近似相同。锅炉侧对功率偏差实行积分（锅炉侧对功率偏差实行积分（I）控制；对汽压偏差实行（）控制；对

28、汽压偏差实行（P）控制，两者合在一起，）控制，两者合在一起，实质上构成了对功率偏差的比例积分控制。分开的目的是为了缩短功率控制过程的实质上构成了对功率偏差的比例积分控制。分开的目的是为了缩短功率控制过程的时间，因为在功率控制过程中，汽压的变化比功率的变化要早一些。时间，因为在功率控制过程中，汽压的变化比功率的变化要早一些。 2. 2. 汽机主控指令汽机主控指令M MT T的形成的形成 汽轮机侧汽轮机侧PI调节器的任务是维持机前压力调节器的任务是维持机前压力PT等于给定值等于给定值P0，但在负荷变化过程中，要，但在负荷变化过程中，要利用功率偏差利用功率偏差 )NN(E0 信号修正汽压给定值，以便

29、利用锅炉的蓄热量。压力给定值信号修正汽压给定值，以便利用锅炉的蓄热量。压力给定值的修正作用是经由双向限幅器送到汽机调节器入口的加法器上。的修正作用是经由双向限幅器送到汽机调节器入口的加法器上。 3. 3. 在稳态时，汽轮机侧调节器（在稳态时，汽轮机侧调节器（P PI I）保证）保证P PT T=P=P0 0；锅炉侧调节器（；锅炉侧调节器（I I）保证）保证N NE E=N=N0 0，这，这正是汽轮机跟随方式的特点。正是汽轮机跟随方式的特点。二二. .前馈控制信号为蒸汽流量信号前馈控制信号为蒸汽流量信号 能量平衡信号：汽轮机对锅炉的能量要求信号。能量平衡信号：汽轮机对锅炉的能量要求信号。直接能量

30、平衡直接能量平衡(Direct Energy Balance (Direct Energy Balance 简称简称DEB)DEB)协调控制方式：用能量平衡协调控制方式：用能量平衡信号作为锅炉主控制器前馈信号的控制方式。信号作为锅炉主控制器前馈信号的控制方式。为了克服正反馈作用，即应以蒸汽流量的需求（称为目标蒸汽流量）而不是实为了克服正反馈作用，即应以蒸汽流量的需求（称为目标蒸汽流量）而不是实际蒸汽流量作为对锅炉的前馈控制信号。为此，必须进行修正，以形成目标蒸际蒸汽流量作为对锅炉的前馈控制信号。为此，必须进行修正，以形成目标蒸汽流量信号。汽流量信号。 对调节级压力对调节级压力P P1 1信号修

31、正方法：压力比修正和压力差修正。信号修正方法：压力比修正和压力差修正。 1. 1.具有压力比修正的能量平衡信号具有压力比修正的能量平衡信号能量平衡信号：能量平衡信号： 01PPPT 能量平衡信号准确地代表了汽轮机的能量要求。调节级汽压能量平衡信号准确地代表了汽轮机的能量要求。调节级汽压P1与主汽压与主汽压PT之比精确地表示汽轮机调门的有效通流面积或开度，即。之比精确地表示汽轮机调门的有效通流面积或开度，即。 )PP(fTT1如果如果P0不是常数（滑压运行）不是常数（滑压运行）, , 采用采用 TPPP01 作为汽轮机的能量需求信号。作为汽轮机的能量需求信号。能量平衡信号也可克服动态过程的正反馈

32、作用。能量平衡信号也可克服动态过程的正反馈作用。 在稳态时，因在稳态时，因 PT=P0 ， 故故 101PPPPT目标蒸汽流量等于实际蒸汽能量。目标蒸汽流量等于实际蒸汽能量。例例10-3 图图10-20为采用为直接能量平衡信号的协调控制方案。为采用为直接能量平衡信号的协调控制方案。IdXPP IdIPPPPNN00T1E锅 炉 燃 烧 率指 令汽 机 调 节 阀 门开 度 指 令能 量 直 接 平 衡 协 调 控 制 系 统图图10-20 采用采用 直接能量平衡信号的协调控制方案直接能量平衡信号的协调控制方案 TPP1分析：分析： （1）功率偏差）功率偏差 送入汽轮机主控制器，机前压力给定值送

33、入汽轮机主控制器，机前压力给定值P0送入锅炉主控制器。送入锅炉主控制器。属于以锅炉跟随为基础的协调控制方式。属于以锅炉跟随为基础的协调控制方式。ENN 0(2)锅炉侧，锅炉主控指令锅炉侧，锅炉主控指令MB信号为信号为)PP(dtdPPPPdt)PP(KMtTTtB1110式中式中 K-K-比例系数比例系数锅炉主控指令锅炉主控指令MB的前馈信号是能量平衡信号的前馈信号是能量平衡信号 ，式中微分项在动态过程中加强锅炉主控，式中微分项在动态过程中加强锅炉主控指令，以补偿机炉之间对负荷要求响应速度的差异。由于要求动态补偿的能量不仅与负指令，以补偿机炉之间对负荷要求响应速度的差异。由于要求动态补偿的能量

34、不仅与负荷变化量成正比，而且还与负荷水平成正比，所以微分项要乘以荷变化量成正比，而且还与负荷水平成正比，所以微分项要乘以 值。值。TPP1TPP1汽压偏差积分项保证了稳态时能消除压力偏差。汽压偏差积分项保证了稳态时能消除压力偏差。 (3)汽机侧，汽机调节器（汽机侧，汽机调节器（PI）的输入信号为）的输入信号为dtNNKPKdtdNNeEnPT)(0100式中，式中，KP、Kn-比例系数。比例系数。 汽轮机主控制器中，与负荷指令汽轮机主控制器中，与负荷指令N0对应的反馈信号不是实发功率，而是汽轮机第一级对应的反馈信号不是实发功率，而是汽轮机第一级后压力后压力P1。由于。由于P1对汽轮机调节汽门开

35、度的响应比实发功率更灵敏，故汽机调节汽门能迅对汽轮机调节汽门开度的响应比实发功率更灵敏，故汽机调节汽门能迅速而平稳地响应负荷指令速而平稳地响应负荷指令N0的变化。的变化。 负荷指令负荷指令N0的微分项的微分项 是为了在动态过程中，汽轮机调节汽门产生过开（或过是为了在动态过程中，汽轮机调节汽门产生过开（或过关），以加速功率响应。积分项关），以加速功率响应。积分项 用于消除稳态功率偏差。用于消除稳态功率偏差。 dtdN0dt)NN(KEn0 需要说明的是：能量平衡信号与负荷指令信号性质不同，前者反映了汽轮机对锅炉需要说明的是：能量平衡信号与负荷指令信号性质不同，前者反映了汽轮机对锅炉的能量要求，后

36、者反映的是电网对机组的负荷要求。因此采用能量平衡信号，就为锅炉的能量要求，后者反映的是电网对机组的负荷要求。因此采用能量平衡信号，就为锅炉主控制器和汽轮机主控制器在动态过程协调工作提供了一个直接的能量平衡信号。主控制器和汽轮机主控制器在动态过程协调工作提供了一个直接的能量平衡信号。2.具有压力差修正的能量平衡信号具有压力差修正的能量平衡信号能量平衡信号为能量平衡信号为: :为压力差修正项。为压力差修正项。)PP(KPT011)PP(KPT01 第五节第五节 滑压运行机组的协调控滑压运行机组的协调控 制方案制方案 The Sliding Pressure ControlThe Sliding P

37、ressure Control of Unit Load of Unit Load 在主控制系统结构上在主控制系统结构上第一第一,滑压与定压运行的区别仅在于汽压的给定值不同。后者为定滑压与定压运行的区别仅在于汽压的给定值不同。后者为定 值，而前者为负荷的函值，而前者为负荷的函数。数。第二，滑压运行要求稳态时汽轮机调门保持一定开度。第二，滑压运行要求稳态时汽轮机调门保持一定开度。滑压运行时，除了应增设汽压给定值形成回路和调门开度调节回路，以实现给定的滑压滑压运行时，除了应增设汽压给定值形成回路和调门开度调节回路，以实现给定的滑压运行曲线以外，定压运行机组负荷协调控制方案的其余部分对滑压运行机组都

38、适用。运行曲线以外，定压运行机组负荷协调控制方案的其余部分对滑压运行机组都适用。例例10-5 图图10-24为一台为一台300MW单元机组滑压运行时的负荷协调控制方案，其滑压曲线与图单元机组滑压运行时的负荷协调控制方案，其滑压曲线与图10-23相同。额定汽压相同。额定汽压pn=18.3MPa,在在26%91%额定负荷范围内作滑压运行。额定负荷范围内作滑压运行。图图10-24 某某300MW单元机组滑压运行时的负荷协调控制方案单元机组滑压运行时的负荷协调控制方案 T0 汽轮机调门开度汽轮机调门开度T 的给定值的给定值 1 2 3 4K1 + T SP I1P DP I2P IDN0NEMTMBP

39、nPS 2P5TT 0PS 1-+-P0PTPm in分析：分析： （1）该方案为典型的以锅炉跟随为基础的协调控制方案。）该方案为典型的以锅炉跟随为基础的协调控制方案。 (2)首先分析主汽压力给定值首先分析主汽压力给定值P0的形成。请见图的形成。请见图10-24虚线框中的回路，虚线框中的回路，PS由由PS1和和PS2迭迭加而成。加而成。N0经比例与惯性环节串联回路形成经比例与惯性环节串联回路形成PS！。比例系数。比例系数k为滑压阶段为滑压阶段P-N特性曲线的特性曲线的斜率。斜率。 (3)汽轮机调门开度调节器（汽轮机调门开度调节器（PI1）保证滑压阶段调门开度在稳态时等于给定值，即）保证滑压阶段

40、调门开度在稳态时等于给定值，即T=T0。因为。因为T0=91%，所以在滑压阶段当需要改变负荷时，调门在开关两个方向，所以在滑压阶段当需要改变负荷时，调门在开关两个方向都有余地，负荷变化的动态过程中，汽轮机调门开度会暂时改变，利用蓄热能力使机都有余地，负荷变化的动态过程中，汽轮机调门开度会暂时改变，利用蓄热能力使机组负荷迅速响应。组负荷迅速响应。 稳态时，汽轮机调门保持在稳态时，汽轮机调门保持在91%开度，减小了蒸汽的节流损失，解决了机组效率与负荷开度，减小了蒸汽的节流损失，解决了机组效率与负荷响应速度之间的矛盾。响应速度之间的矛盾。(4)(4)负荷指令负荷指令N N0 0经经PDPD作用，对锅

41、炉形成前馈控制，以使燃烧率作用，对锅炉形成前馈控制，以使燃烧率 （及相应的给水流量）与负（及相应的给水流量）与负荷指令一致，及补偿锅炉的动态迟延和荷指令一致，及补偿锅炉的动态迟延和 惯性。惯性。N N0 0还直接作用到汽轮机主控指令端，构成还直接作用到汽轮机主控指令端，构成比例前馈控制。比例前馈控制。 第六节第六节 负荷指令处理负荷指令处理 Processing the Load Instruction 负荷指令处理部分负荷指令处理部分(或负荷指令处理装置或负荷指令处理装置)的的主要作用是：主要作用是： 对外部负荷要求指令（目标负荷对外部负荷要求指令（目标负荷指令）进行选择并加以处理，使之转变

42、为实际负荷指令指令）进行选择并加以处理，使之转变为实际负荷指令N0，作为适合于机、炉运行状态，作为适合于机、炉运行状态的功率给定值信号。的功率给定值信号。一、正常工况下的负荷指令处理一、正常工况下的负荷指令处理在机组的设备及主参数都正常的情况下，机组的外部负荷要求指令来自三方面：在机组的设备及主参数都正常的情况下，机组的外部负荷要求指令来自三方面：（1 1）电网中心调度遥控的负荷分配指令（）电网中心调度遥控的负荷分配指令（ADSADS指令，即指令，即Automatic Dispatch SystemAutomatic Dispatch System）；）； （2 2）机组就地设定的负荷指令；）

43、机组就地设定的负荷指令； （3 3）电网调频所需负荷指令。）电网调频所需负荷指令。 正常工况下的负荷指令一般受到以下限制：正常工况下的负荷指令一般受到以下限制： 1、负荷指令变化速率限制 2、运行人员所设定的最大、最小负荷限制 二、异常工况下的负荷指令处理二、异常工况下的负荷指令处理 当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响机组的实际负荷，或危及机组的安全运当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响机组的实际负荷，或危及机组的安全运行时，就要对机组的实际负荷指令进行必要的处理，以防止局部故障扩大到机组其它处，行时，就要对机组的实际负荷指令进行必要的处理，以防止局部故障扩大到机组其它处，甚至引

44、起单元机组停机事故。甚至引起单元机组停机事故。单元机组的主机、主要辅机或设备的故障原因有两类： 第一类为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来源是明确的，可根据切投状况第一类为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来源是明确的，可根据切投状况加以确定。加以确定。第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，只能通过测量有关运行参数的偏差间接确第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定。定。针对以上两类故障，对机组实际负荷指令的处理方法有四种：针对以上两类故障，对机组实际负荷指令的处理方法有四种： 处理第一类故障的方法处理第一类故障的方法: 负荷返回（负荷返回

45、（RUN BACK- RB）（或称甩负荷）；）（或称甩负荷）； 快速负荷切断（快速负荷切断（FAST CUT BACK FCB）；）； 负荷闭锁增负荷闭锁增/减（减（BLOCK INCREASE/DECREASE-BI/BD）和负荷）和负荷 迫升迫升/迫降迫降（RUN UP/DOWN）。）。处理第二类故障的处理第二类故障的负荷闭锁增/减（BLOCK I/D）和负荷迫升/迫降（RUN UP/DOWN-RU/RD）。 1.1.负荷返回（负荷返回（RUN BACK） 负荷返回，也常称为甩负荷或减负荷。它是指在机组运行时，如果某个影响机组出力的负荷返回，也常称为甩负荷或减负荷。它是指在机组运行时，如果

46、某个影响机组出力的辅机跳闸，则主控系统迅速减小负荷指令，使负荷指令与机组此工况下最大可能出力相辅机跳闸，则主控系统迅速减小负荷指令，使负荷指令与机组此工况下最大可能出力相一致。一致。同理，若汽机辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机组将以锅炉跟随方式运行同理，若汽机辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机组将以锅炉跟随方式运行2.2.负荷快速切断（负荷快速切断（FCB） 负荷快速切断是指当主机（汽轮发电机）发生跳闸时，快速切断负荷指令，维持机组继负荷快速切断是指当主机（汽轮发电机）发生跳闸时，快速切断负荷指令，维持机组继续运行。续运行。3.3.负荷闭锁增负荷闭锁增/ /减（减（BLOCK I/DBLOCK

47、I/D） 负荷闭锁增负荷闭锁增/减指的是，当机组在运行过程中，如果出现下述任一种情况，第一，任一主减指的是，当机组在运行过程中，如果出现下述任一种情况，第一，任一主要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工作在最大极限状态。要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工作在最大极限状态。 第二，燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给定值的偏差已第二，燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给定值的偏差已超出规定限值，就认为设备工作异常，出现故障。该回路就对实际负荷指令加以限制，超出规定限值，就认为设备工作异常，出现故障。该回路就对实际负荷指令加以限制，即不让机组实际负荷指令朝着超越工作极限或扩大偏

48、差的方向进一步变化，以防止事故即不让机组实际负荷指令朝着超越工作极限或扩大偏差的方向进一步变化，以防止事故的发生，直至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓的负荷指令闭锁或负荷闭锁。的发生，直至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓的负荷指令闭锁或负荷闭锁。 负荷闭锁分增闭锁（负荷闭锁分增闭锁（BLOCK INCREASE，即实际负荷指令上升方向被，即实际负荷指令上升方向被闭锁）和减闭锁（闭锁）和减闭锁（BLOCK DECREASE，即实际负荷指令下降方向被闭锁）。，即实际负荷指令下降方向被闭锁）。第七节第七节 单元机组主控系统实例单元机组主控系统实例 The Examples of Th

49、e Master The Examples of The Master Control System Control System某某350MW单元式机组的主控系统方案，经过简化，如图单元式机组的主控系统方案，经过简化，如图10-27所示。所示。M WPITPITTPTXT15%f(x)f(x)PIf(t)N oPrC O O R DTFTFBFC O O R DTTAA汽汽 机机 主主 控控 站站锅锅 炉炉 主主 控控 站站汽汽 机机 负负 荷荷 指指 令令( 去去EH C )锅锅 炉炉 负负 荷荷 指指 令令BTU甩甩 负负 荷荷最最 高高 主主 汽汽 压压 定定 值值与与 实实 际际 主

50、主 汽汽 压压 之之差差汽汽 机机 阀阀 门门 开开 度度TNPt机机 炉炉 主主 控控 制制 器器 原原 理理 框框 图图T1 T8 8 切换器；切换器；f(t) 超前环节；超前环节；f(x) 死区非线性环节；死区非线性环节；M/A 手动手动/自动器自动器（1 1）机组可能出力限制。）机组可能出力限制。 锅炉、汽轮发电机组运行正常时，机组最大可能出力由投入运行的主要辅机台数确锅炉、汽轮发电机组运行正常时，机组最大可能出力由投入运行的主要辅机台数确定，由负荷返回（定，由负荷返回（RUN BACK）回路计算。）回路计算。（2 2）机组运行人员设定的最大、最小负荷限制。）机组运行人员设定的最大、最

51、小负荷限制。 这是运行人员视机组运行情况而确定的这是运行人员视机组运行情况而确定的（3）负荷指令变化速率限制。）负荷指令变化速率限制。图图10-27 350MW单元机组的主控系统方案单元机组的主控系统方案这一限制是为了避免负荷指令变化太快。在不同情况下，速率限制值不同。通常，这个这一限制是为了避免负荷指令变化太快。在不同情况下，速率限制值不同。通常，这个限制值是取汽机应力计算得到的限制值和人为设定的限制值中的较小者。当出现限制值是取汽机应力计算得到的限制值和人为设定的限制值中的较小者。当出现RUN UP 或或RUN DOWN时，则分别采用不同的速率限制值。时，则分别采用不同的速率限制值。当机组

52、发生局部故障时，应对机组实际负荷指令进行必要的处理。当机组发生局部故障时，应对机组实际负荷指令进行必要的处理。本主控系统，只设计了本主控系统，只设计了RUN UP/DOWN和和RUN BACK两种处理方式。当进入两种处理方式。当进入RUN DOWN/ RUN UP的条件出现时，相应的逻辑控制线路控制的条件出现时，相应的逻辑控制线路控制T3、T4的切换，的切换，T4的切换确定是的切换确定是RUN DOWN或或RUN UP；T3切换到切换到b，机组此时的实际负荷指令，机组此时的实际负荷指令由由RUN DOWN/ RUN UP回路发出。而机组运行人员就地设定的负荷指令以及回路发出。而机组运行人员就地

53、设定的负荷指令以及ADS指令被断开，不能被送往下一环节。运行人员可利用这个机会处理有关故障指令被断开，不能被送往下一环节。运行人员可利用这个机会处理有关故障，直到，直到RUN DOWN/ RUN UP的条件消除。的条件消除。当出现当出现RUN BACK时，主控系统的控制方式，若原先为协调方式，则自动切换为汽时，主控系统的控制方式，若原先为协调方式，则自动切换为汽机跟随方式。机跟随方式。主控制系统有四种控制方式，即协调方式、汽机跟随、锅炉跟随和手动方式。它们主控制系统有四种控制方式，即协调方式、汽机跟随、锅炉跟随和手动方式。它们之间可根据机组运行状况手动选择或自动切换，在不同的控制方式下，机、炉

54、主控制之间可根据机组运行状况手动选择或自动切换，在不同的控制方式下，机、炉主控制指令的形成原理是不同的，分别说明如下指令的形成原理是不同的，分别说明如下 ：在该方式下，汽机、锅炉主控制器都处于自动方式。在该方式下，汽机、锅炉主控制器都处于自动方式。在协调方式下，机组可以进行滑压运行或定压运行。如图在协调方式下，机组可以进行滑压运行或定压运行。如图10-27所示，由切换器所示，由切换器T5进行切换。进行切换。当有影响锅炉出力的辅机故障时，可将系统切成当有影响锅炉出力的辅机故障时，可将系统切成TF方式运行，这种切换可能是自方式运行，这种切换可能是自动进行的。动进行的。 当汽机部分出现某种异常时，就

55、不能再以当汽机部分出现某种异常时，就不能再以COORD方式运行，此时可改为方式运行，此时可改为BF方式（或手动）方式（或手动）运行。运行。在在BF方式时，汽机主控制器一定处于手动状态，汽机增、减负荷以及增减多少，应由运方式时，汽机主控制器一定处于手动状态，汽机增、减负荷以及增减多少，应由运行人员根据汽机的状况决定。而锅炉主控制器一定处于自动方式。行人员根据汽机的状况决定。而锅炉主控制器一定处于自动方式。TPPP10这种方式实际上就是不带功率控制的锅炉跟随方式。这种方式实际上就是不带功率控制的锅炉跟随方式。与与COORD方式不同的是，锅炉主控制器的前馈信号采用了具有压力比修正的能量平衡方式不同的是，锅炉主控