第十章.过程控制.ppt

1、过程控制系统，讲师：李明电子邮件：中国海洋大学工程学院自动控制系，2020年8月12日电力系统的定义电力系统是由电能生产、转换、传输、分配和消耗的各种设备按照一定的技术和经济要求有机组成的统一系统的总称。简而言之，电力系统是由发电机、变压器、输电线路和电气设备组成的网络，它包括通过电气或机械方式连接在网络中的所有设备。输电过程、电力系统的电压等级以及电压等级的使用范围，500、330和220千伏大多用于大型电力系统的干线；110千伏不仅用于中小型电力系统的干线，也用于大型电力系统的二次网络。35.10KV不仅用于大城市或大型工业企业的内部网络，也广泛用于农村网络。大功率电机为3、6和10KV，

2、小功率电机为220和380V；220伏和380伏用于照明、火力发电厂大型机组的自动控制、火力发电、水力发电、核能发电、太阳能发电、海洋资源发电(潮汐、海流和波浪)和生物发电。新华社北京4月5日电中国电力监管委员会5日发布的电力监管年度报告(2006)显示，截至2006年底，中国发电装机容量达到6.22亿千瓦，居世界第二位。其中，水电12857万千瓦，占总容量的20.67%；火电48405万千瓦，占77.82%；核电685万千瓦，占总容量的1.1%；风力发电187万千瓦，占0.30%；生物质能等其他发电为66万千瓦，占0.11%。根据中国电力企业联合会2007年发布的数据，全国电力消费量在冬季再

3、次上升。前11个月，最高用电负荷达到3.85亿千瓦，同比增长16.46%，增速比前10个月快0.3个百分点。用电量方面，2006年前11个月总用电量为25627.49亿千瓦时，同比增长14.5%，比前10个月增长4.5个百分点。11月份，月度用电量增长了0.7%。其中，工业用电同比增长14.26%，城乡居民用电同比增长14.58%。机组流程图，输入：煤，风，水输出：高压蒸汽调节量：汽包水位，蒸汽压力，什么是过热蒸汽，加热饱和水，水的恒压汽化(沸腾),部分饱和水变成饱和蒸汽，饱和水和饱和蒸汽具有相同的饱和温度，在整个汽化过程中保持不变，称为湿饱和蒸汽。此时，水蒸气统称为湿饱和蒸汽。随着恒压加热的

4、继续，蒸发也在继续，饱和水越来越少，饱和蒸汽越来越多，直到最后一滴饱和水蒸发。这时，水蒸气的状态被称为干饱和蒸汽，它加热干饱和蒸汽。蒸汽的温度上升，其比容增加。当水蒸气的温度高于与其压力相对应的饱和温度时，水蒸气的状态称为过热蒸汽。用烟道加热蒸汽，用高压汽轮机废气再加热，低压汽轮机凝结水处理，进风预处理，大型机组、锅炉、高、中、低压汽轮机、发电机、燃烧系统、汽水系统、一机一炉组成；由于蒸汽的供需侧，锅炉和汽轮机需要保持一定的平衡，否则会破坏正常运行；有些部分是双方共有的，不能分开。燃煤发电机组原理图、燃煤发电机组原理图、协调控制和全过程控制、协调控制：将汽轮机和锅炉作为一个整体考虑；全程控制：

5、不仅要保证机组的正常运行，还要在机组启停、低负荷、甩负荷甚至部分事故处理过程中发挥作用。大型机组的自动化要求，自动监控数据处理，accid建议规划规模在60万千瓦以上，典型日96点负荷曲线，大型机组的自动化要求，自动监测数据处理事故报警链保护程序的控制参数控制，本章的研究内容，以及机组一些重要参数控制系统的设计和设置；机组出力控制锅炉燃烧过程控制锅炉汽包水位控制过热蒸汽温度控制机组出力控制和机组自动控制的主要任务是机组出力的自动控制。从电网来看，要求机组的输出能快速适应外部负荷的需要；从机组本身来看，其输出由锅炉和汽轮机共同决定。机组的出力控制，难点：锅炉和汽轮机的特性有很大的不同，这表现在适

6、应负荷变化的能力上有很大的差异。汽轮发电机是一个惯性小、响应快的控制对象。锅炉是一个惯性大、响应慢的控制对象。任务：输出控制的任务在于如何控制锅炉和汽轮机各自的输出，并使它们相互适应，以满足机组负荷的需要。控制目标：输出功率Pe调节量：主蒸汽压力PT，蒸汽量D调节量：燃料量，供水量，主蒸汽调节阀从汽轮机的角度来看：通过改变主蒸汽调节阀，可以立即改变功率以满足负荷的需要；从锅炉的角度来看：调整燃料量和供水量会在一定时间后影响蒸汽量d。锅炉跟踪模式(锅炉跟随机器)、锅炉跟踪模式的调节过程、电网负荷的增加由功率调节器调节的调节阀开度的增加蒸汽流量增加引起的主蒸汽压力的降低主蒸汽压力调节器的作用燃料量

7、的增加本质上属于汽轮机和锅炉的常规单独控制模式。优点：充分利用锅炉的热量需求，快速跟踪外部负荷的变化。缺点：波动大不利于锅炉的安全稳定运行。汽轮机跟踪模式(与锅炉一起)、汽轮机跟踪模式的调整过程、电网负荷的增加由功率调节器调节的燃料量的增加锅炉热惯性的增加主蒸汽压力变化引起的主蒸汽压力的增加主蒸汽压力调节器的功能主蒸汽调节阀开度的增加本质上都是串级控制系统。优点：主蒸汽压力稳定，有利于锅炉安全。缺点：锅炉的蓄热能力未被调用，因此机组出力对设定值变化的响应较慢。适合单位负荷。涡轮-锅炉协调模式、涡轮-锅炉协调模式的控制过程、电网负荷的增加-功率调节器调节阀的开度的增加(同时，信号被提供给锅炉输出

8、调节系统)-由于蒸汽流量的增加而引起的主蒸汽压力的降低-锅炉输出调节系统的影响，(向涡轮输出调节系统前馈，减小阀以限制压降幅度)-燃料量的增加，实质上是以受控的方式使用锅炉蓄热。优点：既保证了机组能快速适应负荷变化，又保证了主蒸汽压力不会大幅波动。适用于大型单位。需要注意的是，目前在大型机组中，一般同时存在上述三种控制模式，可以根据机组运行的需要，通过逻辑开关切换到其中的任意一种。锅炉设备的主要控制要求，如汽包液位、蒸汽压力：保持在一定范围内，适应用户负荷的变化，过热蒸汽温度：保持炉膛负压在一定范围内：保持燃烧完全在一定范围内：按照经济和环保要求安全运行：液位、炉膛负压、过热、蒸汽压力等。在安

9、全运行范围内，锅炉控制系统，什么是炉膛负压，炉膛负压是反映炉内压力一个参数，但当人们理解负压的概念时，往往会与炉内的绝对压力相混淆。事实上，两者都是反映炉内压力的参数，但测量标准不同，结果正好相反！有两种方法当被测点的实际压力大于当地大气压力时，被测点处于正压状态，相应的相对压力通常称为表压。表压越大，测点的绝对压力(实际压力)就越大。许多正压状态下的压力测量通常是相对压力，即表压；当被测点的实际压力小于当地大气压力时，被测点处于负压状态，对应的相对压力为负。负值的绝对值是我们的测量值，通常称为真空值或负压值。真空值(负压值)越大，被测点的绝对压力越小于当地大气压力！根据自治原则，根据锅炉对象

10、，为每个调节量确定一个主控制量，从而将复杂的多变量控制系统简化为多个单变量控制系统。锅炉控制系统分为以下三个子系统：燃烧过程控制系统、锅炉给水控制系统、蒸汽温度控制系统、燃料量控制系统、送风控制系统、负压控制系统、锅炉设备主控制系统。燃烧过程控制系统：满足经济、安全和环保要求的控制变量：蒸汽压力控制变量：燃料量控制变量：空燃比控制变量：空气供给量控制变量：炉膛负压控制变量：空气供给量锅炉给水自动控制系统：保持物料平衡(给水和蒸汽)控制变量：汽包水位控制变量：给水量蒸汽温度自动控制系统：满足过热度， 壁温等要求是被控变量：过热蒸汽温度操纵变量：喷水量，燃烧过程控制系统，锅炉燃烧控制的基本任务：提

11、供热量以满足蒸汽负荷的需要； 保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。三项调节任务：保持蒸汽压力恒定和保持最佳空燃比恒定；蒸汽压力调节对象的动态特性：干扰源分析：内部干扰；燃料扰动；汽轮机蒸汽消耗扰动；蒸汽压力调节对象的动态特性：内部扰动下蒸汽压力调节对象的动态特性：锅炉蒸发受热面热平衡方程为焓，焓是表示物质内部能量的物理量，即物质的状态单位是能量的单位：kJ或kJ/kg。c是热容量，这是一个物理量，用来测量物质所含的热量。燃料控制系统、燃料量(煤粉)控制系统框图、供气控制系统框图，为了使锅炉适应负荷的变化，供气量和燃料量必须同时变化。完全燃烧所需的空气量取决于对燃料成分的分析，这被称为理论空气量

12、。通常，实际空气供应量大于理论空气量，理论空气量由过量空气系数测量，也称为空燃比。空气供应控制系统框图，燃油量空气系统优点：简单，不受内部干扰缺点：燃油量难以准确测量，空气供应控制系统框图，热空气系统优点：燃油控制系统和空气供应控制系统可以很好地协调。缺点：热量的变化不能反映负荷的变化。供气控制系统框图，汽-气控制系统的优点：对负荷变化跟踪效果好；缺点：在内部干扰的情况下，空气量和燃料量之间的比率不能得到保证。供气控制系统框图，负荷供气控制系统的优点：当负荷变化时，燃油和供气系统同时动作，动态偏差小。缺点：当燃油侧改变时，空燃比不能得到保证。供气控制系统框图，目前氧气空燃比串级系统的氧含量测量

13、还存在一些问题。负压控制系统，调节烟道抽风机导叶的开度以改变引风量，并保持炉膛负压恒定。锅炉烟道的惯性很小，调节通道这三者构成了一个不可分割的整体。锅炉给水控制系统，任务：保持汽包水位在一定范围内；目的和意义：确保锅炉安全运行；高水位：汽包内水汽分离不良，蒸汽中有水，导致过热蒸汽温度下降，汽轮机叶轮叶片损坏，过热器管壁结垢，传热效率降低；低水位：当用户承受重负荷时，会完全汽化，造成设备损坏；如果快速冷却，会导致锅炉爆炸。测量汽水系统中的物质是否平衡；给水调节对象的动态特性，锅炉中的循环水含有大量的汽泡，其体积随汽包压力和负荷的变化而变化；影响汽包水位h的主要因素有：给水w；汽轮机蒸汽消耗d；燃

14、料量b；给水扰动和给水流量W至汽包水位H的动态特性在初始阶段，进入的冷水从水位以下的饱和汽水中吸收热量，减少饱和汽水中的气泡体积，补充气泡空间，水位缓慢上升。当水位以下的气泡体积不变时，水位线性上升，负荷被扰动，蒸汽消耗D增加。随着蒸汽消耗量d的增加，锅炉中的气泡被迫增加；同时，由于燃料量保持不变，汽包压力下降，这导致水面以下的汽泡膨胀，导致水位上升。虚假水位、燃油量扰动和燃油量扰动必然导致蒸汽量D的变化，因此也存在虚假水位现象。然而，虚假水位现象比负荷扰动下的现象要轻微得多。汽包水位单冲量控制方案，控制方案：单回路控制，液位控制，供水冲量：在大型电站中，锅炉的蒸汽产量很大，这个变量称为冲量。

15、单脉冲是单变量，指汽包水位的特点：结构简单，但调节不及时；存在虚假液位，时滞大。适用于虚假液位不严重、负载稳定的场合。比率控制方案，从物料平衡的角度来看，只要供水总是等于蒸发，汽包水位就可以保持不变。该特性完全按照物料平衡条件工作，供水量W仅取决于空气消耗量D，因此虚假水位现象不会导致供水调节机构的误操作。这是一个开环系统，不能单独使用。三种脉冲控制方案，三种测量信号：汽包水位、给水流量和蒸汽流量。在前馈反馈复合控制系统中引入蒸汽流量D的前馈，只能削弱虚假水位时调节机构的误动作，但不能消除虚假水位现象。由于水位H对负荷扰动D的响应速度远快于基本扰动W，在外部扰动下，调节量的变化范围仍然相对较大，负荷的变化范围必须是有限的。输入信号之间的静态协调，串级控制方案，串级控制方案，增加了调节器，增加了系统的复杂性；信号之间的静态匹配要求不是很严格。蒸汽温度控制系统，