单元机组主控制系统

南京工超嗲淀备课川纸61思考：主控制系统、机炉调节系统、协调控制系统的相互关系第十章单元机组主控制系统TheUnitMasterControlSystem通过本章的学习要求理解主控制系统、机炉调节系统、协调控制系统概念及相互关系；掌握主控系统调节对象的动态特性；掌握单元制机组负荷控制的几种基本方式；掌握前馈控制的多种应用方案及工作原理；理解滑压运行机组的协调控制方案；能分析常见的协调控制方案；掌握负荷指令处理部分的作用；掌握正常工况或异常工况下对负荷指令采取的处理措施：掌握几个基本概念：负荷返回、负荷快速切段、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降；看懂一个较完整的单元机组主控制系统的实例。本章重点：1、负荷控制的几种基本方式2、前馈控制的多种应用方案及工作原理3、负荷指令处理部分的作用4、负荷返回、负荷快速切段、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降的概念本章难点：1、两种非线性环节的工作原理及作用2、分析常见的协调控制方案3、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降两种措施的区别第一节概述Overview一、单元机组主控制系统的概念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。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许范围内。主控制系统(Theunitmastercontrolsystem)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，称其也称负荷自动控制系统（theunitloadcontrolsystem)。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Mt和锅炉主控制指令I机、炉主控制指令齔Mb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。二、主控系统与机、炉调节系统的关系主控制系统相省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省于伺服机构，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。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。协调控制系统的基本结构如图10-1所示。N0—实际负荷指令（即功率给定值)；南京工超嗲淀备课川纸62思考：上控系统调节对象具体指什么？思考:、调节对象的输入景是仆么？输出量是什么?有何特点？Mb,Mt—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。一主蒸汽压力给定值；ne、PT—分别为机组实发电功率和主蒸汽压力单元机组主控系统由两大部分组成：(1)负荷指令处理部分；(2)机炉主控制器。第二节调节对象的动态特性TheDynamicCharacteristicsoftheUnitLoadObject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。输入量：锅炉主控制指令吣和汽轮机主控制指令Mt;输出量（被调量单元机组的输出电功率Ne和汽轮机前主蒸汽压力PT，如图10-2所示。o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1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）Mb扰动下主蒸汽压力Pt和输出电功率NE的动态特性Mb扰动下的NE和PT的动态特性都可用高阶惯性环节的传递函数来描述。2.汽轮机调门开度t扰动下主蒸汽压力Pt和输出电功率^的动态特性扰动下的P:动态特性可用比例加一阶惯性环节的传递函数来描述，^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。根•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，两个才皮控输出量NE和PT的响应均;；艮快；当锅炉燃烧率改变时，比和PT的响应都报^曼。这就是机、炉对象动态特性方面存在的较大差异。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，其控制输入量为锅炉主控制指令吣和汽轮机主控制指令Mt。•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‘接近理想随动系统特性，故有南京工超嗲淀备课川纸63•汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系统,则主控制指令Mt就是调门开度指令(Xt，即h=M7，。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Mt就是汽轮机功率指令。MB扰动下，P-的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，近似不变；M-扰动下，Pt的动态特性近似为比例加积分环节的特性，Ne的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。第三节负荷控制方式TheModesofUnitLoadControl•机炉主控制器的主要作用：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N。，以及机组的实发电功率Ne、和主蒸汽压力Pt及其给定值P。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10-1。•机炉主控制器由两部分组成(1)锅炉主控制器：计算锅炉主控制指令Mb的运算回路。(2)汽轮机主控制器：计算汽轮机主控制指令Mt的运算回路。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。1.机炉分别控制方式(1)锅炉跟随（boilerfollow,简写为BF)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。锅炉跟随方式的特点：当N。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。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&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可能的，。在负荷要求指令N。变化幅度较大时，汽压波动就太大，会影响锅炉的正常运行。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工作异常而受到限制时，可采用锅炉跟随方式。(2)汽轮机跟随（turbinefollow,简写为TF)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、汽轮机调节汽压。•当负荷指令N。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Mb。待机前压Pt改变后，汽轮机主控制器发出改变调门开度的指令Mt，从南京工超嗲淀备课川纸64注意：协调控制系统与协调控制方式在概念上的区别?而改变进入汽轮机的蒸汽流入量，使机组输出电功率NE改变，并与负荷指令N。趋于一致。最后稳态时，Ne=No,PT=POO•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。•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力口电网调频。•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而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。2.机炉协调控制方式(coordinatedcontrolmode)•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。•常见的机炉协调控制方式有三种方案：(1)以锅炉跟随为基础的协调控制方式(BFCC)•在动态过程中，当汽压偏差A/YAP=/^-矜；在死区非线性环节的不灵敏区范围内时，即|AP||/4|时，对M，无影响，当|AP||/4|时，AP将经非线性环节限制Mt,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。•不灵敏区的大小值|4|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(2)以汽轮机跟随为基础的协调控制方式(TFCC)•当功率偏差信号-iV£)送入锅炉调节器Ph的同时，也通过非线性环节送入汽轮机调节器PU在动态过程中，信号M可看作是主汽压力给定值的一部分。当AAO0(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PI「发出开大调节汽门的指令，增加机组输出功率；当AiV0(要求减少机组输出功率）时，主汽压力给定值暂时升高|M'|。汽机主调节器PI,则发出关小调节汽门的指令，减少机组输出功率。当动态过程结束时，机组的实发功率与功率给定值相等，即A^V为零，这时，机前压力仍恢复到给定值。•限幅非线性环节的限幅值士即为主汽压力八允许变化的范围，这是因为：南京工超嗲淀备课川纸65•在负荷指令％改变时，暂时利用了蓄热能力，所以功率响应加快；但是汽压偏差也因此加大，实质上是以加大汽压动态偏差作为代价来换取功率响应速度的提高。(3)综合型协调控制方式•综合协调控制方式实现“双向”协调，即机、炉主控制指令信号M&都是同时受AN和AP信号的协调控制。•当负荷指令N。改变时，机、炉调节器PI「和PI,同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，并行地改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）和汽轮机调门开度。同时为了使主汽压的变化幅度不致太大，还根据汽压八偏离给定值乃的情况适当地限制汽轮机调门开度的变化，并适当地加强锅炉燃烧率的控制作用。当调节结束后，机炉主控制器共同保证输出电功率瓜与负荷指令爪一致，汽压巧恢复为给定值A•综合型协调控制方式通过“双向”的机炉协调操作，具有较好的负荷适应性能和汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式。第四节前馈控制的应用TheApplicationofFeedforwardControl•采用前馈控制的目的：1.补偿被控对象（主要是锅炉侧）动态特性的迟延和惯性，加快负荷响应。2.将前馈信号作为机、炉主控制指令的基本组成部分，以保证机组的输入能量与能量需求基本一致，在变负荷控制过程中起“粗调”作用。•锅炉侧的前馈控制信号来源有两种：1.负荷指令队信号。2.蒸汽流量信号。一、前馈控制信号为负荷指令N0•例某350MW单元机组协调控制方案如图10-17(a)所示。此方案可用方框图10-17(b)来表示。分析：1.由图（b)可见，该方案是在以锅炉跟随为基站的协调控制方案上，加以前馈控制回路而成^图10-17某350MW单元机组协调控制方案(a)协调控制方案；（b)方框图2.锅炉侧，对锅炉主控制指令加入了机组负荷指令爪的比例微分（PD)前馈信号，其中，比例（P)作用保证燃烧率（及相应的给水流量）与负荷要求始终一致；微分作用（D)补偿锅炉的动态迟延和惯性。3.汽轮机侧，对汽轮机主控制指令Mr加入了机组负荷指令瓜的比例（P)前馈信号，南京工超嗲淀备课川纸66思考：机炉上控器屮，可采用哪些信号作为实际输出功率的测景信‘心？这样做对调节系统性能有何影响？思考：正反馈作用是如何形成的？应如何克服？瓜经比例（P)环节直接作为汽轮机主控制指令…的组成部分，以保证吣的基本部分与爪始终一致„例某320MW单元机组协调控制方案如图10-18(a)所示6经适当简化，此方案可用图10-18(b)传递方框图来表示。图10-18某320MW单元机组协调控制方案（已画）(a)协调控制方案（b)方框图（c)功率定值信号的形成分析：1.锅炉主控制指令吣的形成锅炉侧，负荷指令N。经比例微分（PD)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。因为：K(N0-NE)^P0-Pt^O或k、n0-nep0-pt可见，汽压偏差与功率偏差仅相差一个比例常数K,所以取(Po-乓）或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（I)控制；对汽压偏差实行（P)控制，两