《过程控制系统》课件-项目六 单元机组协调控制系统的分析与实现

任务6.1单元机组动态特性项目六单元机组协调控制系统的分析与实现项目学习目标及任务124536动态特性三种制方负荷控式协调控制的任务CCS结构及工作原理单元机组负荷控制特点CCS组成及组成部分20102单元组动态特性单元机组负荷控制的任务单元机组动态特性主目录3单元机组负荷控制的任务第一部分4单元机组负荷控制的任务5定义Definition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。单元机组动态特性第二部分6单元机组动态特性汽包炉单元机组可简化为一个具有双输入和双输出的被控对象，对象的输入和输出之间存在着交叉的关联和耦合。GPBGPuGNuGNBBPTuN单元机组受控对象模型这种简化的前提是：送风量与燃料量相适应，保持燃烧稳定；引风量与送风量相适应，保持炉膛压力稳定；给水量通过给水调节系统与蒸汽量相适应，并保证汽包水位稳定；主蒸汽温度控制相对稳定。71234单元机组动态特性该双输入双输出的控制对象的动态特性可以用以下传递函数矩阵表示GPBGPuGNuGNBBPTuN单元模机组受控对象型8=

GpB(s)Gpu(s)GNB(s)GNu(s)B(s)U(s)单元机组动态特性1.锅炉燃烧率B阶跃扰动下的动态特性：（如图所示）(a)u不变，B扰动下

的PT和N的响应曲线9BtDtPTtNt单元机组动态特性2.汽机调节汽门开度u扰动下的动态特性10utPTtNtDtB不变，u扰动下的动态特性小结GPBGPuGNuGNBBPTuN单元机组受控对象模型11单元机组动态特性单元机组负荷控制的任务？单元机组动态特性？单元机组负荷控制特点？12思考题123任务6.2单元机组负荷控制方式项目六单元机组协调控制系统的分析与实现单元机组负荷控制方式140102单元机组负荷控制方式炉跟机控制方式机跟炉控制方式主目录机炉协调方式15炉跟机控制方式第一部分炉跟机控制方式锅炉主控制器(Gcb)调主汽压力+-P0PtPT汽机主控制器(Gct)+-N0锅炉D调功率汽轮机发电机MWNeB,W,M,…17锅炉跟随BFBoilerFollow炉跟机控制方式俗语：“谁调汽压谁跟随”18快速响应，有利于电网一次调频优点锅炉运行调节不稳定缺点当锅炉运行正常，汽机部分设备工作异常或机组负荷受到汽轮机出力限制时适用场合机跟炉控制方式第二部分机跟炉控制方式锅炉主控制器(Gcb)+-P0PtPTN0锅炉D调功率汽轮机发电机MWNeB,W,M,…+-汽机主控制器(Get)调主汽压力20汽机跟随TFTurbineFollow适用范围缺点优点机跟炉控制方式俗语：“谁调汽压谁跟随”21使主汽压力变化很小，对机组稳定运行有利。没有利用锅炉蓄热，反而要先补充或释放蓄热，对于外界负荷时应较慢。这对电网系统的频率调整不利。锅炉在低负荷运行工况；锅炉部分辅机工作异常工况；锅炉运行不稳定或锅炉异常工况机组带基本负荷，或机组刚投运。(汽机运行正常)单元机组负荷控制方式锅炉主控制器(Gcb)+-P0PtPTN0锅炉D调功率汽轮机发电机MWNeB,W,M,…+-汽机主控制器(Get)调主汽压力2、机跟炉控制方式（汽机跟随TFTurbineFollow）1、炉跟机控制方式（锅炉跟随

BFBoilerFollow

）22锅炉主控制器(Gcb)调主汽压力+-P0PtPT汽机主控制器(Gct)+-N0锅炉D调功率汽轮机发电机MWNeB,W,M,…机炉协调方式第三部分机炉协调方式锅炉控制器+-P0PtP0锅炉汽机控制器汽轮机发电机MWPEB,W,M,…+-+-汽轮机调节汽门燃烧率（给水）调节机构去电网24(CCS)机炉协调方式(CCS)利用调节汽门动作，在锅炉允许的汽压变化范围内，利用锅炉的一部分蓄热量，适应负荷的需要；又向锅炉迅速补进燃料(压力与功率偏差信号均使燃料量迅速变化)。通过这样的协调方式单元机组实际输出功率能迅速响应给定功率的变化，又能保持主汽压的相对稳定25一方面另一方面CCS蓄能的合理利用和补偿既要充分利用锅炉的蓄能又要相应限制这种利用同时补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入任务6.3协调控制系统的基本概念项目六单元机组协调控制系统的分析与实现0102协调控制系统的基本概念协调控制的基本概念协调控制系统(CCS)的基本概念及作用主目录单元机组协调控制系统的特点27协调控制的基本概念第一部分28协调控制的基本概念分解1协调2把大系统分解为若干子系统，求得各子系统的最优解。从系统的全局出发，调整各子系统之间的关系，求得各子系统（递阶关系）之间的和谐与统一，进而得到整个大系统的最优解。概念：29协调控制是一种解决大系统控制问题的基本方法协调控制的基本概念上位协调控制器协调控制器协调控制器局部控制器局部控制器局部控制器局部控制器受控对象上位协调级协调级局部控制级递阶控制系统结构框图30协调控制系统(CCS)的基本概念第二部分31协调控制系统(CCS)的基本概念1.coordinatedcontrolsystem汽机控制系统锅炉控制系统机炉受控对象操作员指令中调指令频差信号汽机指令锅炉指令进汽量风量煤量水量单元机组主控系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶系统结构。把自动调节、逻辑控制、连锁保护等功能有机地结合在一起。使机组既能快速响应调度负荷的变化要求，又能保持主汽压力和机炉各主要运行参数在允许的范围,并能满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。32协调控制系统(CCS)的基本概念2.单元机组协调控制系统的作用3241机组并网时，应使机组满足电网对机组负荷的需求，并具有较高的负荷适应能力。保证机组运行安全。对于允许滑压运行的机组，其协调控制系统应能满足定压和滑压不同运行方式的需要。系统要方便运行人员的干预，如进行运行方式的切换，进行手动操作等。33协调控制系统(CCS)的基本概念3.单元机组的主控系统②对外部负荷指令进行处理，使之与机炉运行状态以及变负荷能力相适应，并发出机炉协调动作的指令，分别送到锅炉调节系统和汽机调节系统中去。34①根据机组的运行状态和调节任务选择调节负荷的方式和外部的负荷指令。协调控制系统(CCS)的基本概念4.负荷管理控制中心高低负荷限幅负荷指令保持/进行选择局部故障RU/RD一次调频投切速率限制35负荷闭锁增减AGC目标负荷或运行人员目标负荷：协调控制系统(CCS)的基本概念炉协调控制系统为一个双输入、双输出的反馈控制系统

汽机指令（u）锅炉指令（B）Psp(ULD)NPT机炉广义对象--Nsp机炉协调主控制器负荷管理控制中心36单元机组协调控制系统的特点第三部分37单元机组协调控制系统的特点321缜密推演，专业信服系统结构先进采用递阶控制结构，引入机炉协调级。机炉协调控制器是一个多变量控制器，采用前馈、反馈、补偿等技术，且易于工程实现和参数整定。能直接接收电网自动调度指令。系统功能完善正常工况下能够连续调节。有一套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑、局部故障处理逻辑、运行方式切换逻辑、显示报警等。可以选择不同的运行方式。固定功率输出或可调功率方式。调频或非调频方式。系统可靠性高当主辅机设备故障时，可自动改变控制方式，或对功率指令的幅值和变化速率进行改变。38指令直接平衡协调控制系统第四部分39指令直接平衡协调控制系统机炉协调主控制器

汽机指令（u）锅炉指令（B）PspULDNPT机炉广义对象--40机炉协调主控制器机炉运行方式选择及切换，机炉主控指令运算等功能任务6.4协调控制系统的构成原理项目六单元机组协调控制系统的分析与实现复习单元机组的主控系统42机炉协调主控制器

汽机指令（u）锅炉指令（B）PspNPT机炉广义对象--负荷管理控制中心(ULD)Nsp0102协调控制系统的构成原理协调控制系统的控制方式协调控制系统的分类主目录43协调控制系统的控制方式第一部分44协调控制系统的控制方式6基本方式机跟炉方式(TF)炉跟机方式(BF)机炉协调(ccs)协调控制系统的控制方式②③④45①协调控制系统的控制方式基本控制策略：1.基本方式（手动方式）适用于机组启动及低负荷运行工况，在汽机和锅炉辅机工作异常时也应用这种方式。汽机主控和锅炉主控均处于手动运行方式。适用范围：46协调控制系统的控制方式基本控制策略：2.机跟炉方式1

（TF）负荷响应慢，压力波动小，有利于机组稳定运行。汽机自动调压，锅炉手动调功。特点：较适用于带基本负荷的机组，或者当机组刚投入运行。47协调控制系统的控制方式基本控制策略：3.炉跟机方式（BF）当锅炉运行正常，汽机部分设备工作异常或机组负荷受到限制时。锅炉自动调压，汽机手动调功。适用范围：48协调控制系统的控制方式协调控制系统将锅炉、汽轮机视为一个整体，把上述两种负荷控制方式结合起来，取长补短，使机组功率能迅速响应给定功率变化的同时，又能保持锅炉产生的蒸汽与流人汽轮机的蒸汽及时平衡，维持主汽压力基本稳定。机炉协调(ccs)4.49协调控制系统的分类第二部分50协调控制系统的分类机炉控制的根本任务:维持整个机组运行过程中的能量平衡，机组输入能量与输出能量的平衡；机炉之间供需能量的平衡；锅炉内部各子系统之间物质能量传递的平衡等。基本方式机跟炉方式炉跟机方式协调方式间接能量平衡控制系统（IEB）直接能量平衡控制系统（DEB）机跟炉协调方式炉跟机协调方式机炉协调方式指令直接平衡控制系统（DIB）51协调控制系统的分类⑴间接能量平衡协调控制系统指令直接平衡协调控制系统52协调控制系统的分类⑵直接能量平衡协调控制系统53以（P1/PT）×PSP为能量平衡信号的协调系统协调控制系统的分类DEB控制系统中采用了以下3个重要信号：①P1/PT：②PS·P1/PT：③P1+K·dPb/dt：汽轮机一级压力对机前压力之比，代表了汽轮机调门的有效阀位。机前压力定值乘以汽压比值为能量平衡信号，表征在定压或滑压等不同运行工况下汽轮机的能量输入，即汽轮机对锅炉的能量需求。热量释放信号或热量信号。54⑵直接能量平衡协调控制系统协调控制系统的分类能量平衡信号（P1/PT）×PSP的特点：321机组稳态时：PT=PSP，（P1/PT）

PSP=P1。即在稳态工况下，P1就代表了进入汽机的蒸汽量。在动态过程中，PT

PSP，（P1/PT）

PSP并不等于实际进入汽机的能量，而代表了汽机所需的能量。（P1/PT）

PSP还不受锅炉内扰的影响；也不受机组运行工况及运行方式变化的影响。55所以，利用（P1/PT）

PSP信号作为锅炉的前馈信号，比采用功率指令前馈更为合理，正好符合暂态过程中更多的增加些锅炉能量，以补充被利用了的锅炉蓄热。考虑汽机在动态过程中一般都有一定的过调，因此能量平衡信（P1/PT）

PSP比实际功率需求信号会有一定的偏差（NSP增加时偏大）。协调控制系统的分类热量信号：321汽包锅炉的DEB控制系统，不论是中间贮仓式制粉系统，或是直吹式制粉系统，其锅炉的输入能量信号都采用热量信号（heatrelease）进行测量。热量信号的特点是：热量信号度量了锅炉总的能量输入，计及全部燃用燃料（煤、油…）总的炉内放热。热量信号能识别燃料热值、水分、灰分等煤质以及燃烧工况变化的影响，任何燃料输入扰动，无须待燃烧率指令受影响发生变化，系统即可予以迅速消除。热量信号测量锅炉的能量输入，考虑到了锅炉的蓄能，因而既适用于静态，也适用于动态，具有实时性。D+dPb/dtP1+dPb/dt56协调控制系统的分类⑵直接能量平衡协调控制系统57以（P1/PT）×PSP为能量平衡信号的协调系统任务6.5600MW工程实例负荷管理指令运算项目六单元机组协调控制系统的分析与实现负荷管理控制中心实例对外部负荷指令进行处理，使之与机炉运行状态以及变负荷能力相适应，并发出机炉协调动作的指令，分别送到锅炉调节系统和汽机调节系统中去。59根据机组的运行状态和调节任务选择调节负荷的方式和外部的负荷指令。0102600MW工程实例负荷管理指令运算ADS负荷指令遥控方式初始负荷指令运算主目录60有返航请求时的负荷指令运算负荷指令的限制处理ADS负荷指令遥控方式第一部分ADS负荷指令遥控方式62ADS负荷指令遥控方式63S0101R0011OUTHOLD100RS触发器逻辑真值表64ADS退出的条件是机组协办调控制方式没有投入或调度负荷信号故障。RS触发器的输出就是ADS投入信号，P为触发器的允许条件输入端。从图中可以看出：ADS投入的允许条件是机组负荷控制在协调方式；ADS负荷指令遥控方式65ADS负荷指令遥控方式初始负荷指令运算第二部分初始负荷指令运算67初始负荷指令运算:发电机实际负荷ADS负荷指令运行人员手动设定机组负荷实际指令ULD68跟踪切换是利用切换块T及其控制逻辑来实现的。当选择信号S3为0时，输出A跟踪S1；切换块T工作原理如图所示：当选择信号S3为1时，输出A跟踪S2。初始负荷指令运算69跟踪信号逻辑初始负荷指令运算70初始负荷指令运算有返航请求时的负荷指令运算第三部分72有返航请求时的负荷指令运算负荷指令的限制处理第四部分74负荷指令的限制处理75负荷协调控制画面的实例任务6.6600MW工程实例汽机主控制器结构及功能分析项目六单元机组协调控制系统的分析与实现0102汽机主控制器结构及功能分析汽机主控指令的计算汽轮机跟踪方式主目录汽机主控的输出77复习单元机组的主控系统78机炉协调主控制器

汽机指令（u）锅炉指令（B）PspNPT机炉广义对象--负荷管理控制中心(ULD)Nsp汽机主控指令的计算79汽机主控指令的计算80汽机主控指令的计算第一部分汽机主控指令的计算682协调方式下汽轮机主控指令输出汽轮机跟踪方式第二部分84汽轮机跟踪方式汽轮机跟踪方式汽机主控的输出第三部分86汽机主控的输出汽轮机强制手动87汽轮机主控强制手动逻辑图汽机主控的输出88负荷协调控制画面的实例89600W单元机组设计的控制方式选择回路单元机组设计的控制方式任务6.7自动发电控制（AGC）项目六单元机组协调控制系统的分析与实现0102单元组动态特性一次调频二次调频主目录91自动发电控制实现AGC的基本要求一次调频第一部分一次调频93指汽轮机电液调节系统根据电网频率的变化，自发地改变一部分负荷，以减小电网频率的波动。一次调频：汽轮机n—NT特性一次调频94一次调频9596负荷协调控制画面的实例二次调频第二部分二次调频98指机组根据电网频率偏差，调整自身的负荷，以维持电网频率在额定范围内波动。二次调频：N

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