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1、 第三讲第三讲 协调控制系统协调控制系统3.1 单元机组协调控制基本概念单元机组协调控制基本概念一、单元机组负荷控制的特点一、单元机组负荷控制的特点 对负荷控制而言，锅炉和汽轮机是不可分割的整体。 锅炉和汽轮机在响应外界负荷时的动态特性存在很大差异。主蒸汽压力反映机炉内部的能量是否平衡，实发功率表征发电机组与外部电网是否平衡。二、单元机组负荷控制方式二、单元机组负荷控制方式 1、炉跟机（BF）炉跟机的特点：2、机跟炉（TF）机跟炉的特点：3、以炉跟机为基础的协调控制方式CBF特点：4、以机跟炉为基础的协调控制方式CTF特点：5、综合协调控制方式三、前馈控制在机炉协调控制中的应用三、前馈控制在机
2、炉协调控制中的应用1、按负荷指令进行的前馈控制、按负荷指令进行的前馈控制 如上图（a）所示，在协调控制方式下，切换器T选择实际负荷指令P0作为前馈信号，f(t)采用PD比例微分作用，当P0改变时，能使燃烧控制器超前动作，加速锅炉的负荷响应。2、按蒸汽流量需求进行的前馈控制、按蒸汽流量需求进行的前馈控制 若系统在锅炉跟随方式下，负荷指令由汽轮机手动控制或由DEH就地控制，P0跟踪机组实际功率，P0=PE，而PE是被调量，不能主动反映负荷需求的变化，这时再用P0作前馈就失去了“前馈”的意义。 这时，通常采用蒸汽流量需求信号作为锅炉的前馈信号。蒸汽流量需求是汽轮机希望消耗的能量，用此信号可保持汽轮机
3、耗能与锅炉产能随时平衡，从而改善机组的负荷响应。汽轮机对锅炉的能量需求信号也称能量平衡信号。p1大体上代表汽轮机的进汽量，可以作为对锅炉的能量需求信号。缺点：缺点：仅采用p1作为前馈信号，当锅炉侧内扰时，将对汽压pT造成动态正反馈。如：如：燃烧率扰动使主汽压增加时，即使调门开度不变，调节级压力p1也增加，如果直接把p1作为前馈信号直接作用于锅炉，就会使燃烧率进一步增加。 因此，若采用p1作为前馈信号，就必须对其进行修正。 （1）具有压力比修正的能量平衡信号（图）具有压力比修正的能量平衡信号（图4-23（a）T01p/pp当锅炉内扰引起进入汽轮机的蒸汽量变化时，p1/pT可保持不变。这样就消除了
4、内扰影响。滑压运行时由于p0的变化，该信号同样有效。（2）具有压力差修正的能量平衡信号（图）具有压力差修正的能量平衡信号（图4-23（b ）)pp(K1 pT01稳态时：主汽压力偏差项为零，压力修正项为零。锅炉侧内扰：如B自发增加时，主汽压力上升pT，调节级压力上升p1。T1T01pK-p)p-K(pp1T1ppKp压力修正项为：适当选择系数K，使就能用该修正值来抵消主汽压力上升引起的调节级压力上升，消除锅炉侧内扰引起的正反馈。负荷侧扰动时：调节级压力与主汽压力变化方向相同。随着协调控制系统的发展，许多系统已难以区分究竟属于炉跟机还是机跟炉的形式。基于前馈控制的按能量平衡方法进行分类的方式应运
5、而生。这种分类方式从一定意义上来讲，揭示了协调控制系统具有的内在本质特性。 1、直接能量平衡协调控制方式DEB2、直接指令平衡控制系统DIB（间接能量平衡IEB）四、单元机组负荷控制方式的基本组成四、单元机组负荷控制方式的基本组成3.2 单元机组负荷管理控制中心一、负荷管理控制中心基本原理1、负荷指令运算环节2、负荷指令限制环节（1）最大/最小负荷限制环节机组最大可能出力与主要辅机的投切状况有关。主要辅机故障切除时，机组最大可能出力值减小，为了保证机组能量力而行，应根据辅机运行情况，计算最大可能出力值，作为机组负荷上限。如有的机组以运行中的磨煤机台数来计算机组最大可能出力。（2）负荷快速返回R
6、B 机组运行过程中，当机组的主要辅助设备突然发生故障，造成机组承担负荷能力下降时，就要求机组的负荷指令处理装置将机组的实际负荷指令下降到机组所能承担的水平，这种辅机故障引起的机组实际负荷指令的快速下降，称为快速返回，简称RB（RUN BACK）引起RB的辅机有：送风机、引风机、给水泵、一次风机、空气预热器等根据三台泵的运行状况，计算出总的给水能力如果只有一台汽泵运行发出55%RB如发生给水泵跳闸如果只有一台电泵运行发出40%RB如果两台给水泵运行无RB信号发出如果机组五台磨运行，立即跳去一台磨如果机组小于等于四台磨运行，不跳磨机组闭环控制系统控制燃料量、给水量、风量的值至RB目标值（3）负荷增
7、/减闭锁（BLOCK I/D）引起机组闭锁的原因：1）第二类故障：指运行中存在的可能导致机组实际负荷的增减受到限制，但又不能立即加以识别的故障因素。例如：燃烧器喷嘴堵塞、风机挡板卡涩、执行器连杆折断、给水调节机构故障等。2）各辅机的动作速率不一致或负荷指令变化过快。负荷指令增/减闭锁实现方案（4）负荷迫升/迫降 （RUN UP/RUN DOWN）对于第二类故障，除采取负荷增/减闭锁措施外，通常还可能进一步采取迫升/迫降措施。负荷增/减闭锁是“消极防守”性措施，负荷迫升/迫降则是“积极进攻”性措施。从偏差允许限值范围看，前者为第一道防线，后者为第二道防线。如：送风量指令达高限，或者送风量小于定值
8、超过允许偏差，都产生负荷增闭锁信号，如果上述两种情况同时出现，就说明在送风机的最大出力情况下，送风量还不能满足正常燃烧的需要，因此必须迫降机组负荷。3.3 实例之一 一、一、负负荷荷管管理理控控制制中中心心原原理理图图1、目标负荷指令的生成、目标负荷指令的生成2、实际负荷指令形成、实际负荷指令形成3、辅机故障甩负荷逻辑、辅机故障甩负荷逻辑二、锅炉主控二、锅炉主控1、锅炉跟随BF方式2、协调控制方式3、RB与手/自动切换三、汽机主控三、汽机主控1、汽轮机主控跟踪、汽轮机主控跟踪与手与手/自动切换自动切换2、汽轮机跟随方式、汽轮机跟随方式3、汽机主控协调控制方式、汽机主控协调控制方式（1）机组实际
9、负荷指令）机组实际负荷指令P0的前馈调节。的前馈调节。（2）负荷偏差）负荷偏差eN的限幅的限幅（3）压力偏差）压力偏差ep四、主汽压力给定值的形成与运行方式选择四、主汽压力给定值的形成与运行方式选择1、主汽压力定值的形成、主汽压力定值的形成2、控制系统运行方式选择、控制系统运行方式选择Base ModeBypasson Not Base ModeBypasson NotSelMWMR Not TF ModeBF Mode3.4 实例之二 1STPPPSLDCOUTP工作模式锅炉主控汽机主控调频手 动手 动手 动无锅炉跟随(BF)调压，负荷指令修正，能量信号前馈手 动无汽机跟随(TF)手 动自动
10、调节汽压无协调(CC)调压，调功，负荷指令前馈调功，调压，主汽压力设定值校正的负荷指令前馈有 3.5 协调控制系统小结协调控制系统小结一、超临界机组控制特点一、超临界机组控制特点1、被调量之间的相互影响更大，控制更复杂、被调量之间的相互影响更大，控制更复杂 超临界锅炉没有汽包，给水一次性流过加热段、蒸发段超临界锅炉没有汽包，给水一次性流过加热段、蒸发段和过热段，三段受热面没有固定分界线，当给水流量或燃料和过热段，三段受热面没有固定分界线，当给水流量或燃料量发生变化时，三段吸热面比例发生变化，锅炉过热器出口量发生变化时，三段吸热面比例发生变化，锅炉过热器出口汽温、主蒸汽流量和汽压都将发生变化。因
11、此给水、汽温、汽温、主蒸汽流量和汽压都将发生变化。因此给水、汽温、燃烧控制密切相关。燃烧控制密切相关。 超临界锅炉基本控制指标：风煤比、燃水比。超临界锅炉基本控制指标：风煤比、燃水比。 其中风煤比的控制类似于汽包炉，只要燃料和风量测量可其中风煤比的控制类似于汽包炉，只要燃料和风量测量可靠，按静态平衡控制风煤比就能保证一定的过剩空气。靠，按静态平衡控制风煤比就能保证一定的过剩空气。 但是燃水比的控制要复杂得多，直流炉燃水比的变化要引但是燃水比的控制要复杂得多，直流炉燃水比的变化要引起受热面分界的变化。燃料指令的变化到进入炉膛燃料量的起受热面分界的变化。燃料指令的变化到进入炉膛燃料量的变化要比给水
12、变化慢得多，因此要考虑燃水比的动态修正，变化要比给水变化慢得多，因此要考虑燃水比的动态修正，而此动态修正又可能造成系统的不稳定。如而此动态修正又可能造成系统的不稳定。如BTU中的蒸汽流中的蒸汽流量或给水流量修正。量或给水流量修正。2、过热汽温控制必须以保持适当的燃水比为前提、过热汽温控制必须以保持适当的燃水比为前提 燃水比升高时，加热（蒸发）段缩短，过热段增长，过燃水比升高时，加热（蒸发）段缩短，过热段增长，过热汽温上升；反之亦然。燃水比失配可引起过热汽温大范围热汽温上升；反之亦然。燃水比失配可引起过热汽温大范围内波动。因此要把锅炉出口过热蒸汽温度限制在一定范围内波动。因此要把锅炉出口过热蒸汽
13、温度限制在一定范围内，必须保持适当的燃水比。内，必须保持适当的燃水比。 以中间点温度（一般采用汽水分离器出口蒸汽温度）作以中间点温度（一般采用汽水分离器出口蒸汽温度）作为燃水比的校正信号，相当于人为制造了直流炉的为燃水比的校正信号，相当于人为制造了直流炉的“分界分界”。这种分界是给水控制的结果，是认为强制的结果。没有中间这种分界是给水控制的结果，是认为强制的结果。没有中间点温度稳定这个前提，过热汽温是无法用喷水减温来控制的。点温度稳定这个前提，过热汽温是无法用喷水减温来控制的。 有的系统不采用前面介绍的改变给水流量来调节燃水有的系统不采用前面介绍的改变给水流量来调节燃水比，而是用过热蒸汽温度来
14、校正燃烧率指令。如下图所示。比，而是用过热蒸汽温度来校正燃烧率指令。如下图所示。该系统特点：该系统特点：优点：燃烧率内扰对负荷影响较小、负荷响应较快。优点：燃烧率内扰对负荷影响较小、负荷响应较快。缺点：若机组负荷扰动过大过快，有可能引起汽温较大缺点：若机组负荷扰动过大过快，有可能引起汽温较大波动。波动。3、旁路控制系统在机组启动过程中的地位更加重要、旁路控制系统在机组启动过程中的地位更加重要 直流锅炉启动的特点是在锅炉点火前就必须不间断地向直流锅炉启动的特点是在锅炉点火前就必须不间断地向锅炉进水，建立起足够的启动流量，以保证给水连续不断地锅炉进水，建立起足够的启动流量，以保证给水连续不断地强制
15、流经水冷壁受热面，使其得到冷却。而对于单元机组，强制流经水冷壁受热面，使其得到冷却。而对于单元机组，进入汽轮机的蒸汽都要有进入汽轮机的蒸汽都要有50以上的过热度。启动初期排出以上的过热度。启动初期排出的热水、汽水混合物、饱和蒸汽和过热度较低的蒸汽，都不的热水、汽水混合物、饱和蒸汽和过热度较低的蒸汽，都不能进入汽轮机。所以需要设置专门的启动旁路系统来排除这能进入汽轮机。所以需要设置专门的启动旁路系统来排除这些不合格的工质。些不合格的工质。4、直流炉比汽包炉更宜于采用滑压运行、直流炉比汽包炉更宜于采用滑压运行 直流锅炉中，工质流动靠给水泵压力推动，当压力大直流锅炉中，工质流动靠给水泵压力推动，当压
16、力大于一定数值之后，压力下降而引起的水的蒸发不会阻碍工于一定数值之后，压力下降而引起的水的蒸发不会阻碍工质的正常流动。因此直流锅炉运行汽压有较大的下降速度，质的正常流动。因此直流锅炉运行汽压有较大的下降速度，这有利于有效地利用锅炉蓄热能力。虽然直流炉的蓄热能这有利于有效地利用锅炉蓄热能力。虽然直流炉的蓄热能力比汽包炉小得多，后者是前者的力比汽包炉小得多，后者是前者的2-3倍。倍。 蓄热能力小，迟延和惯性小有利于主动快速改变锅蓄热能力小，迟延和惯性小有利于主动快速改变锅炉负荷，比汽包炉更适宜采用滑压运行。炉负荷，比汽包炉更适宜采用滑压运行。二、控制系统使用过程中应注意的问题二、控制系统使用过程中
17、应注意的问题1、一般问题、一般问题（1）熟悉对象动态特性）熟悉对象动态特性 熟悉对象动态特性，就是要熟悉对象在各种扰动下的熟悉对象动态特性，就是要熟悉对象在各种扰动下的变化过程。如主蒸汽压力对象在燃烧率、负荷等各种扰动变化过程。如主蒸汽压力对象在燃烧率、负荷等各种扰动下的变化过程；主汽温在蒸汽侧和烟气侧扰动下的变化过下的变化过程；主汽温在蒸汽侧和烟气侧扰动下的变化过程等。程等。 熟悉对象动态特性，不仅要熟悉对象的主要扰动对被熟悉对象动态特性，不仅要熟悉对象的主要扰动对被调量变化的影响，还要了解这些扰动对其他相关对象以及调量变化的影响，还要了解这些扰动对其他相关对象以及整个机组安全、经济运行的影
18、响。整个机组安全、经济运行的影响。（2）熟悉控制系统的构成原理和功能）熟悉控制系统的构成原理和功能（3）要用全局的观点看待每个系统的投运）要用全局的观点看待每个系统的投运（4）要合理使用调节系统被调量的给定值）要合理使用调节系统被调量的给定值 一般来说，只有当被调量等于给定值，而且被调量稳一般来说，只有当被调量等于给定值，而且被调量稳定的情况下，才能将系统投入自动。被调量等于给定值是定的情况下，才能将系统投入自动。被调量等于给定值是基本要求，被调量稳定也很重要。有的调节系统在手动状基本要求，被调量稳定也很重要。有的调节系统在手动状态时，给定值是跟踪被调量的，故第一个条件容易满足，态时，给定值是
19、跟踪被调量的，故第一个条件容易满足，第二个条件却容易受到忽视。第二个条件却容易受到忽视。 如锅炉跟随方式时，由锅炉维持主蒸汽压力，如果如锅炉跟随方式时，由锅炉维持主蒸汽压力，如果投自动前手动升负荷过快，主汽压力变化率较大，虽然投投自动前手动升负荷过快，主汽压力变化率较大，虽然投自动时主汽压与其定值相等，投自动后由于主汽压的惯性自动时主汽压与其定值相等，投自动后由于主汽压的惯性作用，使主汽压很快大于压力定值（此时实际压力变化率作用，使主汽压很快大于压力定值（此时实际压力变化率大于运行人员设定的主汽压力定值变化率），调节作用就大于运行人员设定的主汽压力定值变化率），调节作用就不是加负荷，而是减小燃
20、烧率，使主汽压降下来。这个调不是加负荷，而是减小燃烧率，使主汽压降下来。这个调节作用是对的，但是是不应有的。节作用是对的，但是是不应有的。（5）注意物料与能量平衡）注意物料与能量平衡（6）选择合理的负荷变化率和压力变化率）选择合理的负荷变化率和压力变化率2、协调控制系统投运过程中应注意的问题、协调控制系统投运过程中应注意的问题（1）投运协调之前要仔细检查各子系统的运行状态。）投运协调之前要仔细检查各子系统的运行状态。（2）投入协调运行方式前，可先做子系统自动调节试验。）投入协调运行方式前，可先做子系统自动调节试验。（3）仔细检查主汽压力、机组功率的跟踪情况。）仔细检查主汽压力、机组功率的跟踪情况。（4）选择合理的负荷变化率和压力变化率。）选择合理的负荷变化率和压力变化率。（5）要注意被调量的变化趋势，在投入协调前，应尽可能）要注意被调量的变化趋势，在投入协调前，应尽可能使主汽压力、机组负荷保持在稳定状态。使主汽压力、机组负荷保持在稳定状态。（6）投入协调后，要注意机炉主控器和各子控制系统的运）投入协调后，要注意机炉主控器和各子控制系统的运行情况。行情况。