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1、协调控制系统2017.0312 概概概概 述述述述 单元机组动态特性单元机组动态特性单元机组动态特性单元机组动态特性 间接能量平衡协调系统间接能量平衡协调系统间接能量平衡协调系统间接能量平衡协调系统 直接能量平衡协调系统直接能量平衡协调系统直接能量平衡协调系统直接能量平衡协调系统 自动发电控制自动发电控制自动发电控制自动发电控制 协调系统实例分析协调系统实例分析协调系统实例分析协调系统实例分析1 1 1 1协调控制系统协调控制系统3 概概概概 述述述述4一、协调控制的基本概念一、协调控制的基本概念一、协调控制的基本概念一、协调控制的基本概念 从大系统理论出发，协调控制是一种解决大系从大系统理论
2、出发，协调控制是一种解决大系统控制问题的基本策略。统控制问题的基本策略。所谓大系统可理解为由若干相互关联子系统组所谓大系统可理解为由若干相互关联子系统组成的复杂系统。应用大系统理论处理这类庞大而复成的复杂系统。应用大系统理论处理这类庞大而复杂系统控制问题的基本方法就是分解杂系统控制问题的基本方法就是分解协调的方协调的方法。所谓分解就是把大系统化为若干子系统，以便法。所谓分解就是把大系统化为若干子系统，以便进行分块的处理与控制，求得各子系统的局部最优进行分块的处理与控制，求得各子系统的局部最优解；而协调则是从系统的全局出发，合理地调整各解；而协调则是从系统的全局出发，合理地调整各子系统之间的关系
3、，求得各子系统之间的和谐与统子系统之间的关系，求得各子系统之间的和谐与统一，进而得到整个大系统的最优解。一，进而得到整个大系统的最优解。5二、单元机组协调控制系统二、单元机组协调控制系统二、单元机组协调控制系统二、单元机组协调控制系统 单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机地结合在自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行方一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行方式和
4、不同工况下控制要求的综合控制系统。式和不同工况下控制要求的综合控制系统。单元机组协调控制系统的设计充分利用了机炉对单元机组协调控制系统的设计充分利用了机炉对象特性方面的特点，采用了前馈、补偿、多变量解耦象特性方面的特点，采用了前馈、补偿、多变量解耦等控制策略，使控制系统具有合理、可靠、易于维护等控制策略，使控制系统具有合理、可靠、易于维护调整等优点。建立在现代控制理论和方法基础上的单调整等优点。建立在现代控制理论和方法基础上的单元机组协调控制系统也处于研究和发展之中。元机组协调控制系统也处于研究和发展之中。6单元机组协调控制系统框图单元机组协调控制系统框图单元机组协调控制系统框图单元机组协调控
5、制系统框图 7 单元机组协调控制系统可认为是一种二级递阶单元机组协调控制系统可认为是一种二级递阶控制系统。处于上位级的机炉协调级，也叫作单元控制系统。处于上位级的机炉协调级，也叫作单元机组主控系统，是整个系统的核心部分。处于局部机组主控系统，是整个系统的核心部分。处于局部控制级的子系统包括锅炉燃料控制系统，风量控制控制级的子系统包括锅炉燃料控制系统，风量控制系统，汽轮机功率系统，汽轮机功率/频率调节系统，以及直流锅炉频率调节系统，以及直流锅炉的给水控制系统。的给水控制系统。单元机组主控系统产生指挥机炉控制器动作的单元机组主控系统产生指挥机炉控制器动作的锅炉指令和汽机指令。局部控制级的控制器执行
6、主锅炉指令和汽机指令。局部控制级的控制器执行主控系统发出的指令，完成指定的控制任务。控系统发出的指令，完成指定的控制任务。协调控制主控系统结构框图协调控制主控系统结构框图协调控制主控系统结构框图协调控制主控系统结构框图 8负荷管理中心结构图负荷管理中心结构图负荷管理中心结构图负荷管理中心结构图 9单元机组协调控制系统简化框图单元机组协调控制系统简化框图单元机组协调控制系统简化框图单元机组协调控制系统简化框图 10 三、主要特点三、主要特点三、主要特点三、主要特点 （1 1）系统结构先进。采用了递阶控制结构，在局部）系统结构先进。采用了递阶控制结构，在局部控制级的基础上引入了机炉协调级，把锅炉、
7、汽轮发电控制级的基础上引入了机炉协调级，把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制。控制器设计主要采用了前机组作为一个整体进行控制。控制器设计主要采用了前馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，并充分地利用馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，并充分地利用了机炉动态特性方面的特点，克服系统内部耦合和非线了机炉动态特性方面的特点，克服系统内部耦合和非线性特性，获得优良的控制品质。同时，又保留了控制器性特性，获得优良的控制品质。同时，又保留了控制器结构简单，易于工程实现和参数整定，便于操作、维护结构简单，易于工程实现和参数整定，便于操作、维护等优点。并能直接接收电网自动调度系统指令，为实现等优点。并能直接
8、接收电网自动调度系统指令，为实现电网级自动调度和协调控制奠定了基础。电网级自动调度和协调控制奠定了基础。11 （2 2）系统功能完善。除了在正常工况下的连续调节）系统功能完善。除了在正常工况下的连续调节功能之外，系统还设计有一整套逻辑控制系统。包括实功能之外，系统还设计有一整套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑，局部故障处理逻辑，运行方式切换逻际功率给定逻辑，局部故障处理逻辑，运行方式切换逻辑，以及显示报警、监督管理等功能。系统可根据实际辑，以及显示报警、监督管理等功能。系统可根据实际需要和设备状况，选择不同的运行方式，比如机跟炉、需要和设备状况，选择不同的运行方式，比如机跟炉、炉跟机、机炉协
9、调方式；定压运行或滑压运行方式；固炉跟机、机炉协调方式；定压运行或滑压运行方式；固定功率输出或可调功率方式；调频或非调频方式等。适定功率输出或可调功率方式；调频或非调频方式等。适应不同运行工况对控制功能的要求。应不同运行工况对控制功能的要求。（3 3）系统可靠性高。通过设置安全保护系统和采取）系统可靠性高。通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如，一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如，当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实际功率指令的幅值和变化速率进行改变，并通过相应的际功率指令的幅值和变化速率
10、进行改变，并通过相应的联锁保护，报警显示等措施，保证机组在安全范围内运联锁保护，报警显示等措施，保证机组在安全范围内运行，并维持最佳的工况。行，并维持最佳的工况。12单元机组动态特性单元机组动态特性单元机组动态特性单元机组动态特性13一、单元机组的运行方式一、单元机组的运行方式一、单元机组的运行方式一、单元机组的运行方式 单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。定压运行是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽定压运行是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调节汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调
11、节汽门的开度，改变机组的输出功率。门的开度，改变机组的输出功率。滑压运行则是始终保持汽轮机调节汽门全开，在维滑压运行则是始终保持汽轮机调节汽门全开，在维持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机组的输出功率。组的输出功率。14 1 1、滑压运行方式、滑压运行方式、滑压运行方式、滑压运行方式 单元机组在滑压运行方式下，保持主汽门和调节汽门单元机组在滑压运行方式下，保持主汽门和调节汽门全开。外界负荷需求变化时，通过调节锅炉的燃料、风量、全开。外界负荷需求变化时，通过调节锅炉的燃料、风量、给水以及相应的输入量，改变锅炉的蒸发量，进而改变汽给水以及
12、相应的输入量，改变锅炉的蒸发量，进而改变汽轮机的进汽压力，在维持汽温为额定值的前提下，使进入轮机的进汽压力，在维持汽温为额定值的前提下，使进入汽轮机蒸汽的能量改变，使汽轮发电机组的输出功率适应汽轮机蒸汽的能量改变，使汽轮发电机组的输出功率适应外界负荷的需求。外界负荷的需求。采取的办法是不使汽轮机调节汽门处于全开的位置，采取的办法是不使汽轮机调节汽门处于全开的位置，而是留出一定的调节余地。当外界负荷需求变更时，首先而是留出一定的调节余地。当外界负荷需求变更时，首先通过调整汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，利用锅炉通过调整汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，利用锅炉内部的蓄热能量，较快地适应外界负荷
13、的需求。与此同时，内部的蓄热能量，较快地适应外界负荷的需求。与此同时，调整进入锅炉的输入量，使燃烧率改变，与外界负荷需求调整进入锅炉的输入量，使燃烧率改变，与外界负荷需求达到新的平衡。调节汽门的调节余地也为机组参与电网一达到新的平衡。调节汽门的调节余地也为机组参与电网一次调频创造了条件。次调频创造了条件。15滑压运行方式具有以下主要特点滑压运行方式具有以下主要特点:（1 1）汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节）汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节流损失降低。负荷越低，节流损失的降低越明显。另外，流损失降低。负荷越低，节流损失的降低越明显。另外，汽轮机的级效率也要比定压运行时高。例如某机组
14、在汽轮机的级效率也要比定压运行时高。例如某机组在50%50%负荷下，滑压运行级效率比定压运行时要高出负荷下，滑压运行级效率比定压运行时要高出15%15%左左右。右。（2 2）在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，）在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，容易保持蒸汽温度不变。可获得较高的循环效率。容易保持蒸汽温度不变。可获得较高的循环效率。（3 3）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小。）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小。因为滑压运行时给水压力与机组负荷成正比，在相同的因为滑压运行时给水压力与机组负荷成正比，在相同的机组部分负荷条件下，给水泵出口压力比定压运行时要机组部分负荷条件
15、下，给水泵出口压力比定压运行时要低得多。例如，某机组在低得多。例如，某机组在50%50%负荷下，滑压运行时给水负荷下，滑压运行时给水泵的功耗仅相当于定压运行时的泵的功耗仅相当于定压运行时的55%55%。16 （4 4）调峰停机后再启动快，降低了启动损耗。因）调峰停机后再启动快，降低了启动损耗。因为在低负荷下汽轮机的金属温度基本不变，若在机组为在低负荷下汽轮机的金属温度基本不变，若在机组最低负荷下打闸停机，可以在较高的金属温度下停机最低负荷下打闸停机，可以在较高的金属温度下停机热备用，如重新热态启动，将大大缩短再启动时间，热备用，如重新热态启动，将大大缩短再启动时间，使启动损耗相应地降低。例如，
16、一台使启动损耗相应地降低。例如，一台600MW600MW机组滑压停机组滑压停机机8 8小时以后再启动，从锅炉点火到带额定负荷仅需小时以后再启动，从锅炉点火到带额定负荷仅需3535分钟。使机组的灵活调度能力大为增强。分钟。使机组的灵活调度能力大为增强。（5 5）负荷越低，滑压运行的经济性越显著。其主）负荷越低，滑压运行的经济性越显著。其主要原因是在低负荷下滑压运行的调节阀节流损失比定要原因是在低负荷下滑压运行的调节阀节流损失比定压运行低得多。而在额定负荷下滑压运行的经济效益压运行低得多。而在额定负荷下滑压运行的经济效益则不明显。因此，大容量单元机组参加电网调峰运行则不明显。因此，大容量单元机组参
17、加电网调峰运行时，采用滑压运行方式是极为有利的。时，采用滑压运行方式是极为有利的。17 2 2、定压运行方式、定压运行方式、定压运行方式、定压运行方式 定压运行方式的基本特征是机组负荷在任何稳定定压运行方式的基本特征是机组负荷在任何稳定工况下，均保持主蒸汽压力和温度为额定值。定压运工况下，均保持主蒸汽压力和温度为额定值。定压运行机组的运行方式有机跟炉、炉跟机和机炉协调三种行机组的运行方式有机跟炉、炉跟机和机炉协调三种方式。需要强调的是，使汽轮机调节汽门具有一定调方式。需要强调的是，使汽轮机调节汽门具有一定调节余量的滑压运行方式已不是单纯的滑压运行，也可节余量的滑压运行方式已不是单纯的滑压运行，
18、也可分为机跟炉、炉跟机和机炉协调方式。分为机跟炉、炉跟机和机炉协调方式。（1 1）机跟炉方式）机跟炉方式）机跟炉方式）机跟炉方式 外界负荷需求变化时，首先改变锅炉负荷。当主外界负荷需求变化时，首先改变锅炉负荷。当主蒸汽压力产生额定值偏差时，调整汽轮机调节汽门开蒸汽压力产生额定值偏差时，调整汽轮机调节汽门开度，维持汽轮机机前压力恒定。这种方式简单地称为度，维持汽轮机机前压力恒定。这种方式简单地称为锅炉保持负荷、汽机保持压力的方式，也称为锅炉基锅炉保持负荷、汽机保持压力的方式，也称为锅炉基本、汽机跟随方式。该运行方式下，机组对外界负荷本、汽机跟随方式。该运行方式下，机组对外界负荷响应较慢，但主蒸汽
19、压力稳定性好。响应较慢，但主蒸汽压力稳定性好。18 （2 2）炉跟机方式）炉跟机方式）炉跟机方式）炉跟机方式 外界负荷需求变化时，首先改变汽轮机调节汽门的外界负荷需求变化时，首先改变汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，使机组输出功率与外界负荷需求相开度，改变进汽量，使机组输出功率与外界负荷需求相适应。此时势必造成机前压力偏离额定值。锅炉依据机适应。此时势必造成机前压力偏离额定值。锅炉依据机前压力偏差调整燃烧率和给水流量，消除主蒸汽压力偏前压力偏差调整燃烧率和给水流量，消除主蒸汽压力偏差，达到新的能量平衡。这种方式称为汽机保持负荷、差，达到新的能量平衡。这种方式称为汽机保持负荷、锅炉保持压力方式。
20、也称为汽机基本、锅炉跟随方式。锅炉保持压力方式。也称为汽机基本、锅炉跟随方式。这种运行方式的特点是机组响应外界负荷的速度快，但这种运行方式的特点是机组响应外界负荷的速度快，但机前压力的波动性大。机前压力的波动性大。（3 3）机炉协调方式）机炉协调方式）机炉协调方式）机炉协调方式 当外界负荷需求变化时，同时改变机炉的负荷。既当外界负荷需求变化时，同时改变机炉的负荷。既考虑到机组响应外界负荷的快速性，又不致造成机前压考虑到机组响应外界负荷的快速性，又不致造成机前压力的过分波动，使机炉之间出现的能量不平衡程度尽可力的过分波动，使机炉之间出现的能量不平衡程度尽可能小，时间尽可能短，这样的运行方式则称之
21、为机炉协能小，时间尽可能短，这样的运行方式则称之为机炉协调运行方式。调运行方式。19 3 3、联合运行方式、联合运行方式、联合运行方式、联合运行方式 综合以上滑压和定压两种运行方式的特点，不难发综合以上滑压和定压两种运行方式的特点，不难发现在低负荷时滑压运行有利，在高负荷时定压运行方式现在低负荷时滑压运行有利，在高负荷时定压运行方式具有其优越性。比如，可有效地利用锅炉蓄热，提高对具有其优越性。比如，可有效地利用锅炉蓄热，提高对外界负荷需求的响应速度。如果根据机组的不同负荷水外界负荷需求的响应速度。如果根据机组的不同负荷水平，在低负荷下采用滑压运行方式，在高负荷下采用定平，在低负荷下采用滑压运行
22、方式，在高负荷下采用定压运行方式，就构成联合运行方式。压运行方式，就构成联合运行方式。4 4、调频运行方式、调频运行方式、调频运行方式、调频运行方式 电网规模的扩大和对供电质量的更高要求，对大机电网规模的扩大和对供电质量的更高要求，对大机组参加电网调频的要求愈来愈迫切。单元机组参加电网组参加电网调频的要求愈来愈迫切。单元机组参加电网调频的方式分为一次调频和二次调频。一次调频是指汽调频的方式分为一次调频和二次调频。一次调频是指汽轮机电液调速系统根据电网频率的变化，自动地改变一轮机电液调速系统根据电网频率的变化，自动地改变一部分负荷，以减小电网频率的波动。部分负荷，以减小电网频率的波动。20一次调
23、频特性示意图一次调频特性示意图一次调频特性示意图一次调频特性示意图 21 从从控控制制特特性性角角度度来来看看，直直流流锅锅炉炉与与汽汽包包锅锅炉炉的的主主要要不不不不同同同同点点点点表表表表现现现现在在在在燃燃燃燃水水水水比比比比例例例例的的的的变变变变化化化化，引引引引起起起起锅锅锅锅炉炉炉炉内内内内工工工工质质质质储储储储量的变化，从而改变各受热面积比例量的变化，从而改变各受热面积比例量的变化，从而改变各受热面积比例量的变化，从而改变各受热面积比例。影影响响锅锅炉炉内内工工质质储储量量的的因因素素很很多多，主主要要有有外外界界负负荷荷、燃料流量燃料流量和和给水流量给水流量。对对于于不不同
24、同压压力力等等级级的的直直流流锅锅炉炉，各各段段受受热热面面积积比比例例不不同同。压压力力越越高高，蒸蒸发发段段的的吸吸热热量量比比例例越越小小，而而加加热热段段与与过过热热段段吸吸热热量量比比例例越越大大。因因而而，不不同同压压力力等等级级直流锅炉的动态特性通常存在一定差异。直流锅炉的动态特性通常存在一定差异。下图为直流锅炉动态特性曲线：下图为直流锅炉动态特性曲线：二、单元机组动态特性分析二、单元机组动态特性分析二、单元机组动态特性分析二、单元机组动态特性分析 22图图图图.直流锅炉动态特性曲线直流锅炉动态特性曲线直流锅炉动态特性曲线直流锅炉动态特性曲线(a)(a)(a)(a)调节汽门开度扰
25、动；（调节汽门开度扰动；（调节汽门开度扰动；（调节汽门开度扰动；（b b b b）燃料量扰动；）燃料量扰动；）燃料量扰动；）燃料量扰动；(c)(c)(c)(c)给水量扰动给水量扰动给水量扰动给水量扰动 实线实线实线实线一般一般一般一般直流锅炉；直流锅炉；直流锅炉；直流锅炉；虚线虚线虚线虚线带分带分带分带分离器的苏尔离器的苏尔离器的苏尔离器的苏尔寿直流锅炉寿直流锅炉寿直流锅炉寿直流锅炉 23四、直流炉与汽包炉机组动态特性区别四、直流炉与汽包炉机组动态特性区别四、直流炉与汽包炉机组动态特性区别四、直流炉与汽包炉机组动态特性区别 直流锅炉单元机组的汽水流程如下图所示。在直直流锅炉单元机组的汽水流程如
26、下图所示。在直流锅炉中，锅炉给水转变为蒸汽的过程是一次性完成流锅炉中，锅炉给水转变为蒸汽的过程是一次性完成的。锅炉的蒸发量除了受燃烧率影响外，与给水流量的。锅炉的蒸发量除了受燃烧率影响外，与给水流量直接有关。当给水流量和燃烧率的比例改变时，锅炉直接有关。当给水流量和燃烧率的比例改变时，锅炉汽水流程中各个段的界面就发生移动。比如，给水流汽水流程中各个段的界面就发生移动。比如，给水流量减小，将使蒸发段向给水侧移动，汽水流程中各点量减小，将使蒸发段向给水侧移动，汽水流程中各点的工质焓值将有所提高，汽温会随之上升。因此，在的工质焓值将有所提高，汽温会随之上升。因此，在直流锅炉单元机组中，还应当把给水流
27、量直流锅炉单元机组中，还应当把给水流量WW和主蒸汽温和主蒸汽温度或中间点温度度或中间点温度T T也做为控制量和被控量。也做为控制量和被控量。24直流锅炉汽水流程示意图直流锅炉汽水流程示意图直流锅炉汽水流程示意图直流锅炉汽水流程示意图 直流锅炉单元受控对象模型直流锅炉单元受控对象模型直流锅炉单元受控对象模型直流锅炉单元受控对象模型 如果能做到燃水比恒定，就可由燃料量如果能做到燃水比恒定，就可由燃料量B B代表给水代表给水量，相应地可保持汽水流程中各点温度的稳定。这样，量，相应地可保持汽水流程中各点温度的稳定。这样，就可以把直流锅炉单元机组受控对象简化为与汽包锅炉就可以把直流锅炉单元机组受控对象简
28、化为与汽包锅炉机组相类似的双输入、双输出模型。机组相类似的双输入、双输出模型。25图图图图.汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较1 1 1 1汽包锅炉响应曲线；汽包锅炉响应曲线；汽包锅炉响应曲线；汽包锅炉响应曲线；2 2 2 2直流锅炉响应曲线直流锅炉响应曲线直流锅炉响应曲线直流锅炉响应曲线26 直流锅炉机组在汽机调节门开度扰动下，主蒸直流锅炉机组在汽机调节门开度扰动下，主蒸汽压力的变化很快，比汽包锅炉的幅度要大。这反汽压力的变化很快，比汽包锅炉的幅度要大。这反映
29、出其蓄热能力比汽包锅炉小得多。映出其蓄热能力比汽包锅炉小得多。燃料量扰动时，送风量、引风量以及直流锅炉燃料量扰动时，送风量、引风量以及直流锅炉的给水量相应地变化。此时，直流锅炉机组汽压和的给水量相应地变化。此时，直流锅炉机组汽压和功率的变化较快、幅度要高。一方面反映出直流锅功率的变化较快、幅度要高。一方面反映出直流锅炉的热惯性较小，同时，给水流量的增加直接使锅炉的热惯性较小，同时，给水流量的增加直接使锅炉的能量输入有所增加。需要指出，对于直流锅炉炉的能量输入有所增加。需要指出，对于直流锅炉机组来说，保证燃料量与给水量按适当比例变化，机组来说，保证燃料量与给水量按适当比例变化，是机组正常运行与控
30、制的前提。是机组正常运行与控制的前提。27 间接能量平衡系统间接能量平衡系统间接能量平衡系统间接能量平衡系统（IEB）28一、炉跟机控制系统一、炉跟机控制系统一、炉跟机控制系统一、炉跟机控制系统 基基本本点点：汽汽轮轮机机为为基基础础，锅锅炉炉跟跟随随的的负负荷荷控控制制方式，简称炉跟机方式；方式，简称炉跟机方式；机机接接受受负负荷荷指指令令，负负责责调调节节功功率率，具具有有较较好好的的负负荷荷响响应应能能力力；炉炉负负责责调调节节汽汽压压，维维持持汽汽压压的的稳稳定定，由由于于锅锅炉炉动动态态响响应应慢慢，动动态态过过程程中中汽汽压压波波动动大大；因因机机炉炉间间的的相相互互影影响响，燃燃
31、料料扰扰动动（如如增增加加）时时压压力力、功功率率都都有有变变动动（上上升升），而而为为保保持持原原有有功功率率，汽汽轮轮机机调调节节汽汽门门要要动动作作（关关小小），更更使使压压力力有有所所波波动动（增加）。（增加）。29图图图图.炉跟机方式炉跟机方式炉跟机方式炉跟机方式特点：特点：特点：特点：.充分利充分利充分利充分利用锅炉蓄热量，用锅炉蓄热量，用锅炉蓄热量，用锅炉蓄热量，机组能比较快地机组能比较快地机组能比较快地机组能比较快地适应电网负荷的适应电网负荷的适应电网负荷的适应电网负荷的要求，但汽压波要求，但汽压波要求，但汽压波要求，但汽压波动大。动大。动大。动大。.由于汽由于汽由于汽由于汽压
32、允许变化范围压允许变化范围压允许变化范围压允许变化范围小，限制了机组小，限制了机组小，限制了机组小，限制了机组对负荷的适应性。对负荷的适应性。对负荷的适应性。对负荷的适应性。30二、机跟炉控制系统二、机跟炉控制系统二、机跟炉控制系统二、机跟炉控制系统 基基本本点点：锅锅炉炉为为基基础础，汽汽轮轮机机跟跟随随的的负负荷荷控控制制方方式式，简称机跟炉方式；简称机跟炉方式；机机跟跟炉炉方方式式：炉炉接接受受负负荷荷指指令令，负负责责调调节节功功率率，负负荷荷响响应应能能力力差差，不不仅仅不不能能利利用用锅锅炉炉蓄蓄能能，负负荷荷增增加加时时，还还要要先先向向锅锅炉炉附附加加蓄蓄能能，要要先先提提高高
33、汽汽包包压压力力；因因机机炉炉间间的的相相互互影影响响，燃燃料料扰扰动动时时，机机组组功功率率波波动动也也大大，如如燃燃料料增增加加时时，功功率率、汽汽压压都都上上升升，要要保保持持原原有有汽汽压压，汽汽轮轮机机调调节节汽汽门门开开大大，会会使使功功率率更更为为增增加加，对对燃燃煤煤机机组组来来说说这这个个缺缺点点比比较较突突出出。单单纯纯的的汽汽轮轮机机跟跟踪踪运运行行方方式式对对电电网网干干扰扰较较大大，不不利利于于电电网网周周波波的的稳稳定定；但但因因汽汽轮轮机机调调压压的的动动态态响响应应比比锅锅炉炉调调压压快快，不不论论负负荷荷变变化化或或燃燃料料扰扰动动，汽汽压压波动都小，有利于机
34、组本身运行参数的稳定。波动都小，有利于机组本身运行参数的稳定。31图图图图.单元机组机跟炉方式单元机组机跟炉方式单元机组机跟炉方式单元机组机跟炉方式特点：特点：特点：特点：.汽压波动小；汽压波动小；汽压波动小；汽压波动小；.功率变化大，功率变化大，功率变化大，功率变化大，负荷适应性差，未负荷适应性差，未负荷适应性差，未负荷适应性差，未利用蓄热；利用蓄热；利用蓄热；利用蓄热；.适用于带基适用于带基适用于带基适用于带基本负荷的机组。本负荷的机组。本负荷的机组。本负荷的机组。32三、协调控制系统三、协调控制系统三、协调控制系统三、协调控制系统 协调控制方式就是一种较好地解决机组的负荷适应协调控制方式
35、就是一种较好地解决机组的负荷适应性与运行稳定性这一对矛盾的运行方式。协调控制系统性与运行稳定性这一对矛盾的运行方式。协调控制系统的一个重要设计思想，就在于蓄能的合理利用和补偿：的一个重要设计思想，就在于蓄能的合理利用和补偿：1 1）充分利用锅炉的蓄能，又要相应限制这种利用；）充分利用锅炉的蓄能，又要相应限制这种利用；）充分利用锅炉的蓄能，又要相应限制这种利用；）充分利用锅炉的蓄能，又要相应限制这种利用；2 2）补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入。）补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入。）补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入。）补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入。协调控制系统的一个关键控制策略，在于尽可能减
36、协调控制系统的一个关键控制策略，在于尽可能减少和消除锅炉、汽轮机动作间的相互影响，采用少和消除锅炉、汽轮机动作间的相互影响，采用扰动补扰动补扰动补扰动补偿、自治或解耦的控制原则偿、自治或解耦的控制原则偿、自治或解耦的控制原则偿、自治或解耦的控制原则。扰动应由扰动侧的控制回。扰动应由扰动侧的控制回路自行快速消除，而非扰动侧的控制回路应少动或不动，路自行快速消除，而非扰动侧的控制回路应少动或不动，以利于动态过程的稳定。以利于动态过程的稳定。33 为了提高负荷响应能力，世界上越来越多的为了提高负荷响应能力，世界上越来越多的CCSCCS设计采用前馈控制技术，使锅炉输入能被控制得很接设计采用前馈控制技术
37、，使锅炉输入能被控制得很接近于届时要求的量，而不完全依赖于反馈控制的缓慢近于届时要求的量，而不完全依赖于反馈控制的缓慢且往往会引起不稳定的积分过程。且往往会引起不稳定的积分过程。34特点：特点：特点：特点：.允许汽压有一定波动，充分利用蓄热，使机允许汽压有一定波动，充分利用蓄热，使机允许汽压有一定波动，充分利用蓄热，使机允许汽压有一定波动，充分利用蓄热，使机组较快适应电网负荷要求。组较快适应电网负荷要求。组较快适应电网负荷要求。组较快适应电网负荷要求。.利用负的压力偏差能适当限制汽机调节阀动利用负的压力偏差能适当限制汽机调节阀动利用负的压力偏差能适当限制汽机调节阀动利用负的压力偏差能适当限制汽
38、机调节阀动作，机前压力不致产生较大的偏差，确保汽压波动作，机前压力不致产生较大的偏差，确保汽压波动作，机前压力不致产生较大的偏差，确保汽压波动作，机前压力不致产生较大的偏差，确保汽压波动在允许范围之内。在允许范围之内。在允许范围之内。在允许范围之内。.锅炉调节器接受功率偏差前馈信号，能迅速锅炉调节器接受功率偏差前馈信号，能迅速锅炉调节器接受功率偏差前馈信号，能迅速锅炉调节器接受功率偏差前馈信号，能迅速改变燃料量，使机组功率较快地达到功率给定值。改变燃料量，使机组功率较快地达到功率给定值。改变燃料量，使机组功率较快地达到功率给定值。改变燃料量，使机组功率较快地达到功率给定值。35 直接能量平衡系
39、统直接能量平衡系统直接能量平衡系统直接能量平衡系统（DEB）36 一种以汽轮机能量需求信号直接对锅炉输入能一种以汽轮机能量需求信号直接对锅炉输入能量进行控制的协调控制系统。这种协调方式的基本出量进行控制的协调控制系统。这种协调方式的基本出发点是在任何工况下均保证锅炉能量的输入与汽轮机发点是在任何工况下均保证锅炉能量的输入与汽轮机能量的需求相平衡。能量的需求相平衡。这类控制系统的主要特点为这类控制系统的主要特点为:（1 1）机组的功率由汽机调节汽门进行控制，具）机组的功率由汽机调节汽门进行控制，具有炉跟机控制方式的特点，即机组对外界负荷的响应有炉跟机控制方式的特点，即机组对外界负荷的响应性好。性
40、好。（2 2）采用了一个代表汽机能量需求的信号。这）采用了一个代表汽机能量需求的信号。这个信号作为机炉之间的协调信号，或称为能量平衡信个信号作为机炉之间的协调信号，或称为能量平衡信号，控制锅炉的输入能量，保证任何工况下机组内部号，控制锅炉的输入能量，保证任何工况下机组内部能量供需的平衡。能量供需的平衡。3738 美美国国MaxMax控控制制系系统统公公司司（原原利利诺诺公公司司）采采用用MAX1000MAX1000分分散散控控制制系系统统的的第第四四代代直直接接能能量量平平衡衡（direct direct enengy enengy balancebalance，DEBDEB）协协调调控控制制
41、系系统统，称称为为DEB400DEB400，该系统的特点为：，该系统的特点为：1 1）机机组组功功率率由由汽汽轮轮机机侧侧调调节节，负负荷荷响响应应快快。机机侧采用串级控制，副环侧采用串级控制，副环PIPI以第一级压力作反馈。以第一级压力作反馈。39 2 2）以能量平衡信号）以能量平衡信号 作为锅炉侧的负荷前馈作为锅炉侧的负荷前馈指令，以热量信号指令，以热量信号 作反馈，直接接汽轮机的能作反馈，直接接汽轮机的能量量需需求求来来控控制制锅锅炉炉的的能能量量输输入入。系系统统无无需需机机前前压压力力的的反反馈馈控控制制，取取消消了了世世界界上上其其他他公公司司CCSCCS系系统统都都必必须须具具有
42、有的的机前压力闭环校正。上两式中，机前压力闭环校正。上两式中，为汽轮机第一级压力，为汽轮机第一级压力，为汽包压力。为汽包压力。40一、一、一、一、DEBDEB协调控制原理协调控制原理协调控制原理协调控制原理 1.1.能量平衡信号能量平衡信号能量平衡信号能量平衡信号 ()()称为能量平衡信号（称为能量平衡信号（energy balance signalenergy balance signal）,其中压力比其中压力比 线性地代表了汽轮机的有效阀位，可精确线性地代表了汽轮机的有效阀位，可精确测量实际调节阀门开度。测量实际调节阀门开度。DEHDEH系统取系统取 为适用于任为适用于任何何定定压压或或滑
43、滑压压运运行行的的能能量量平平衡衡信信号号，以以该该信信号号响响应应汽汽轮轮机机能量需求来调节锅炉的输入指令如燃料、送风等。能量需求来调节锅炉的输入指令如燃料、送风等。41图图图图.协调控制系统原则性功能框图协调控制系统原则性功能框图协调控制系统原则性功能框图协调控制系统原则性功能框图42 能量平衡信号的特点有能量平衡信号的特点有能量平衡信号的特点有能量平衡信号的特点有：1)()1)()正确反映汽轮机对锅炉的能量需正确反映汽轮机对锅炉的能量需求，且只反映外扰（汽轮机调节汽门开度变化），而不受求，且只反映外扰（汽轮机调节汽门开度变化），而不受锅炉侧内扰（燃料扰动）的影响。锅炉侧内扰（燃料扰动）的
44、影响。2)()2)()代表汽轮机对锅炉的能量需求，协代表汽轮机对锅炉的能量需求，协调调机机炉炉间间的的能能量量平平衡衡，能能适适用用于于所所有有运运行行工工况况：定定压压运运行行或或滑滑压压运运行行、汽汽轮轮机机控控制制是是液液压压调调节节或或是是DEHDEH控控制制，都都能能使锅炉输入匹配汽轮机的需求。使锅炉输入匹配汽轮机的需求。3 3）压力比）压力比 代表的是汽轮机实际调节汽门开度，代表的是汽轮机实际调节汽门开度，而非要求的开度。而非要求的开度。43 2.2.热量信号热量信号热量信号热量信号 汽汽包包锅锅炉炉的的DEBDEB控控制制系系统统，不不论论是是中中间间贮贮仓仓式式制制粉粉系系统统
45、，或或是是直直吹吹式式制制粉粉系系统统，其其锅锅炉炉的的输输入入能能量量信信号号都都采采用用热量信号（热量信号（heat releaseheat release）进行测量。热量信号的特点是：）进行测量。热量信号的特点是：1 1）热热量量信信号号度度量量了了锅锅炉炉总总的的能能量量输输入入，计计及及全全部部燃燃用燃料（煤、油用燃料（煤、油）总的炉内放热。）总的炉内放热。2 2）热热量量信信号号能能识识别别燃燃料料热热值值、水水分分、灰灰分分等等煤煤质质以以及及燃燃烧烧工工况况变变化化的的影影响响，任任何何燃燃料料输输入入扰扰动动，无无须须待待燃燃烧烧率指令受影响发生变化，系统即可予以迅速消除。率
46、指令受影响发生变化，系统即可予以迅速消除。3 3）热热量量信信号号测测量量锅锅炉炉的的能能量量输输入入，考考虑虑到到了了锅锅炉炉的的蓄能，因而既适用于静态，也适用于动态，具有实时性。蓄能，因而既适用于静态，也适用于动态，具有实时性。44 4 4）用用作作燃燃料料控控制制系系统统的的反反馈馈，热热量量信信号号只只反反映映锅锅炉的内扰（燃料变化），而不反映外扰。炉的内扰（燃料变化），而不反映外扰。3.3.机炉间能量平衡机炉间能量平衡机炉间能量平衡机炉间能量平衡 机炉间能量平衡，以机前压力机炉间能量平衡，以机前压力 稳定为标志。稳定为标志。DEB400 CCSDEB400 CCS系统的锅炉侧燃料调节
47、系统，其系统的锅炉侧燃料调节系统，其PIPI调节调节器输入信号为：器输入信号为：前馈（指令）前馈（指令）=能量平衡信号能量平衡信号=反馈反馈=热量信号（热量信号（HRHR）=燃料偏差燃料偏差 =（）-=45式中式中 为机前压力偏差。为机前压力偏差。对静态工况，有对静态工况，有 =0=0=0=0则则 =0=0由于由于 为汽轮机调节汽门开度，不可能为零，则必然是为汽轮机调节汽门开度，不可能为零，则必然是 =0=0即即 所以所以DEBDEB系统的锅炉燃料调节器，具有保持机前压系统的锅炉燃料调节器，具有保持机前压力等于其给定值的能力，无需另外再加压力的积分校正，力等于其给定值的能力，无需另外再加压力的
48、积分校正，从而也就消除了带压力校正的串级控制所引起的问题，从而也就消除了带压力校正的串级控制所引起的问题，系统也最简单。系统也最简单。46二、结论二、结论二、结论二、结论 DEBDEB协调控制系统实际上也是一种利用物理规律巧协调控制系统实际上也是一种利用物理规律巧妙构思的单向解耦系统，即按输出要求（能量增量与蓄妙构思的单向解耦系统，即按输出要求（能量增量与蓄能补偿）控制输入的机炉直接能量平衡原理。静态工况，能补偿）控制输入的机炉直接能量平衡原理。静态工况，机前压力总是等于压力定值，无需机前压力的闭环校正。机前压力总是等于压力定值，无需机前压力的闭环校正。这样，机前压力这样，机前压力 可以看成是
49、可以看成是DEBDEB系统内部取决于定值系统内部取决于定值 的一个平衡参数，汽轮机侧功率指令的一个平衡参数，汽轮机侧功率指令ULDULD改变或调节改变或调节汽门开度汽门开度 扰动，对机前压力静态没有影响，扰动，对机前压力静态没有影响，与与 静态静态无关。所以对无关。所以对DEBDEB系统可以视作一个单向解耦系统，汽系统可以视作一个单向解耦系统，汽轮机侧扰动不影响机前压力。由于单向解耦轮机侧扰动不影响机前压力。由于单向解耦DEBDEB协调控协调控制实际上已经由机炉相互影响的制实际上已经由机炉相互影响的 、MWMW多变量控制系多变量控制系统转化为一个单变量统转化为一个单变量MWMW控制系统，因而在
50、快速响应负荷控制系统，因而在快速响应负荷的基础上，又大大提高了系统的稳定性和调节品质。的基础上，又大大提高了系统的稳定性和调节品质。473 3 3 3、取消主压力调节器的、取消主压力调节器的、取消主压力调节器的、取消主压力调节器的DEBDEBDEBDEB协调控制系统协调控制系统协调控制系统协调控制系统 美国美国美国美国L&NL&NL&NL&N公司对公司对公司对公司对DEB/300DEB/300DEB/300DEB/300系统的改进型，命名为系统的改进型，命名为系统的改进型，命名为系统的改进型，命名为DEB/400DEB/400DEB/400DEB/400 48 自动发电控制自动发电控制自动发电