单元机组协调控制系统0324Word格式.docx

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Δf

输出信号：

机组负荷指令N0

负荷指令处理回路实例图

工作过程：

运行人员输入→负荷率限止→上下限限止→机组负荷出力。

机组负荷指令

图3负荷指令处理回路实例

（二）机组最大可能出力运算回路

考虑各种辅机的运行状况而计算出的机组出力。

●机组最大可能出力运算回路原理图

（三）机组的允许最大负荷运算回路

考虑锅炉燃烧器等不可测故障时，使锅炉的实际出力达不到机组功率指令N0的要求，而设置的机组负荷运算回路，简称返航回路。

●返航回路的工作过程：

（1）正常运行：

N允许=N最大，4接通6

（2）大于5%的燃烧率，积分器2的输出为机组允许最大负荷信号。

运算过程示意图如下：

21

机组最大可能出力

图4机组最大可能出力运算回路原理图

τ4

图5机组允许最大负荷运算过程示意图

U2、U3、U4、U6分别为积分器2、反向器3、偏置器4和6的输出信号

τ0出现6%燃烧率偏差

τ1监控器31动作时间，切换器5将燃烧率偏差信号直接送入偏置器4

τ2燃烧率偏差信号=1%，机组允许最大负荷信号停止下降，机组稳定

τ3、故障排除，燃烧率偏差信号＜1%，积分器输入为正值，直至允许最大出力等于最大可能出力。

τ4监控器31将切换器5恢复到原位置，返航回路恢复原状态。

三、单元机组协调控制系统通常具有以下几个方面的功能：

1、选择外部负荷指令转化为适合于机、炉运行状态的负荷要求指令N0

外部负荷指令一般有3种：

电网调度所的负荷分配指令；

机组运行人员改变负荷的指令；

电网频率变化自动调整负荷的指令。

根据机组的运行状态和电网对机组的要求，选择其中一种指令或两种以上指令，各种指令能自行进行选择。

例如当机组运行状态正常，电网要求机组参加调频时，应同时接受这3种指令，此时机组应实现协调控制方式；

如果机组出力受到锅炉出力限制时，则外部指令一律不接受，即单元机组不接受任何改变负荷的任务，只能在保证可能达到的实际出力的条件下继续运行，而机炉控制应采用“机跟炉”的方式。

2．负荷指令变化率的限制

一般外部对机组的负荷要求都是以电功率的增减为目标的，通常是一个阶跃信号，因此应该根据机组变负荷能力来规定对机组的负荷要求指令不超过一定速度，即把阶跃信号变成一个机组能够接受的斜坡信号，这个斜坡信号的变化率为35%机组额定负荷/分。

3、最高负荷限制

对机组的负荷要求指令不能超过机组的实际允许出力。

因此在负荷指令处理装置中应该具有按照辅机运行状态计算单元机组最大允许出力的回路。

4、甩负荷保护

当机、炉部分辅机故障时，不管外部对机组的负荷要求如何，为了保证机组继续运行，必须把机组负荷降到适当水平．在甩负荷过程中，还须根据不同设备的故障类型规定适当的甩负荷速度。

（RUNDOWN、RUNBACK一般在协调方式下执行。

）

5．根据机组运行状态，选择不同的控制方式。

机炉主控制器接受负荷要求指令N0后，对锅炉控制系统和汽机控制系统发出协调动作的指挥信号。

即锅炉指令M和汽机指令μT。

因此，机护主控制器是锅炉控制系统和汽机控制系统的指挥装置，它接受负荷要求指令N0后，要根据锅炉和汽机在适应负荷要求时的控制方式和锅炉、汽机的运行特性，统一指挥锅炉控制系统和汽机控制系统的动作。

主控制器一般有5种控制方式。

即炉协调控制带变负荷；

机护协调控制带基本负荷运行；

机跟炉方式；

炉跟机方式；

机炉分别手动控制方式。

根据机组的不同运行情况，以选择主控制器的控制方式，例如，在机组正常运行条件下，应采用前两种“机炉协调”的控制方式，而在机组异常运行条件下，应采用以维持机组实际出力（不调节负荷）的“机跟炉”、“炉跟机”或手动控制方式。

各种控制方式的切换可以自动进行也可以手动进行。

6、进行机组实际出力运算，具有增闭锁、减闭锁、迫升、迫降和保持的功能。

当机组辅助设备工作在极限状态或机组中一些主要流量（如燃料量、给水量、风量等）与负荷指令不相应时，则机组负荷指令应迫升或迫降，以影响机组的实际负荷指令。

机组实际负荷指令受到机组负荷指令的高、低限的限制，否则应使机组负荷指令增闭锁或减闭锁。

当故障原因不明时，为了使故障不至于扩大，往往采用保持功能。

四、协调控制系统的分类及基本方案

1、分类

协调控制系统可按反馈或前馈回路不同进行分类。

1、1接反馈回路分类

1）以汽机跟随为基础的协调控制系统

（1）汽机跟随特点：

功率响应慢，汽压波动小。

（2）以汽机跟随为基础的协调控制的特点：

设法利用锅炉蓄热，允许汽压在一定范围内波动。

（3）系统原理图及方框图

_

（a）系统原理图

（b）系统方框图

图6以汽机跟随为基础的协调控制系统

2）以锅炉跟随为基础的协调控制系统

（1）构成：

在原有锅炉跟随控制系统基础上增加一个非线性元件而形成。

（2）

系统原理图及方框图

（a）系统原理图

m

Δp

图7以锅炉跟随为基础的协调控制系统

早期多采用以汽机跟随为基础的协调控制系统，但其负荷跟踪性能较差。

近年来，为了进一步提高负荷跟踪的快速性，以锅炉跟随为基础的协调控制系统越来越受到人们的重视。

1、2按前馈回路分类

单元机组负荷控制系统的任务之一是保证汽机锅炉之间能量供求关系的平衡。

为了改善控制系统的性能，在上述两种反馈回路的基本方案基础上，增设了前馈回路，使机炉之间能量平衡关系在将要失去平衡或者不平衡刚刚发生的时候，即可按照机炉双方的特性，采用适当的前馈信号，使能量的失衡限制在较小的范围之内。

下面分析两种基本的前馈回路方案。

l）按指令信号间接平衡的协调控制系统（DIB）

该系统特点是：

用负荷指令间接平衡机炉之间的能量关系，属于以汽轮机跟随为基础的协调控制系统。

汽机调节器PI的任务是维持机前压力PT等于给定值P0，在负荷变化过程中，利用功率偏差信号（N0-NE）修正汽压给定值，以便于利用锅炉的储热量。

装于某电厂单元机组上的DIB协调控制系统，原理框图如图所示。

在动态过程中，这一系统中的锅炉和汽机同时参加负荷和汽压的调节，到达稳态时，负荷最终是由锅炉保证的，而汽压由汽机保持．锅炉主调节器是按校正法组成的，积分的输出是系统中的校正信号，只有当NE=N0时，调节器才稳定下来．由于在稳态时锅炉保证了NE=N0，故汽机主调节器保持PT=P0，因此该协调控制系统是以“汽机跟随”为原则的DIB系统。

系统中负荷指令N0的微分项，用于在动态过程中使锅炉加速燃烧，使汽机调节阀门动态过开，以补偿机组响应的迟缓，提高负荷适应性。

功率校正回路中，通过乘法器引入N0,使积分速度随负荷指令N0成比例的变化。

N0的PD信号是前馈补偿控制信号，不包括在闭合回路之内。

汽压偏差信号（P0-PT）使锅炉燃烧率根据它而适当修正。

功率偏差（N。

-NE）的作用等于改变汽压PT的给定值，该压力修正值是对汽机调节阀门开度的动态作用。

当N。

－NE过大时，上下限幅限制。

↑→PT↓，调节阀门开度可基本不变．当PT逐渐上升（锅炉新蒸汽量增加后），汽门开度再变化，直至N。

=NE。

N0

d

+

Δ

I

x

D

-

Σ

NE

≯≮

P0

PT

PI

M

锅炉燃烧率

指令

μT

汽机调节阀门开度指令

图8DIB协调控制系统

2）直接能量平衡协调控制系统（DEB）

这种系统的一个主要特点是：

（1）采用能量平衡信号P1／PT取代功率给定信号N0，作为锅炉控制回路的前馈信号，其中P1为汽机第一级（调节级）后的汽压，PT为机前压力，两者的比值P1／PT与汽机调节阀开度成正比，无论什么原因引起的调节阀门开度变化，P1／PT都能对调节阀门开度的微小的变化作出灵敏的反应。

所以，无论在动态还是在静态，P1／PT都反映了调节阀门的开度，即汽机输入的能量。

（2）机组的功率由汽轮机调节汽门进行控制，具有炉跟机方式的特点，即机组对外界负荷的响应快。

为了适应滑压运行工况，将能量平行信号改为（P1/PT）×

P0，其中P0是机前压力设定值．另外，也有采用P1[1+K（P0-PT）]作为前馈信号的协调控制系统。

装于某电厂单元机组上的DEB协调控制系统，原理框图如图所示。

该系统的功率调节系统为串级系统。

副调节器的反馈信号采用了汽机第一级压力P1。

以P1作为反馈信号的特点是P1不仅与机组输出功率成正比，而且对汽机调节门的动作反应快，又不受汽机调节门非线性特性或死区的影响。

另外，P1作为反馈可以有效克服锅炉侧扰动对机组输出功率产生的影响。

当锅炉侧扰动使PT产生偏差时，P1首先变化，此时功率指令不变，副回路动作，消除P1的变化，保持机组输出功率不变。

在功率调节系统中，采用了比例微分功率定值前馈信号，增强机组输出功率跟踪功率定值的能力。

该系统的重要特点是采用（P1/PT）×

P0信号作为锅炉负荷指令的前馈信号。

为了克服锅炉对象的大惯性，对该信号进行了比例微分运算。

压力偏差校正回路最终保证机前压力PT等于给定值P0。

图9DEB协调控制系统

主控回路给出锅炉负荷指令作为锅炉燃料和风量调节系统的主信号。

采用热量信号（P1+CbdPb／dt）作为反馈信号，与锅炉负荷指令相平衡。

其中Pb为汽包压力，Cb是锅炉的蓄热系数。

热量信号不仅反映燃料量的变化，而且能反映燃料品质的变化。

该系统适用于滑压运行机组。

五、西屋机炉协调控制方案

1、主控系统组成：

负荷指令运算回路；

2、工作方式：

7种

●基本方式（BASE）

●锅炉跟随1方式（BLRFLW1）

●锅炉跟随2方式（BLRFLW2）

●汽机跟随1方式（TURBFLW1）

●汽机跟随2方式（TURBFLW1）

●以锅炉跟随为基础的协调控制方式（COORDBF）

●以汽机跟随为基础的协调控制方式（COORDTF）

（一）负荷指令运算回路（LDC（LoadDemandComputer））结构原理

1、功能：

将各种负荷要求加工成机组实际可以接收的指令。

负荷要求:

运行人员设定的机组目标负荷；

电网调度中心遥控目标负荷（ADS）；

机组异常工况对目标负荷的修正。

2、

ＬＤＣＯＵＴ

LDC原理框图

图10LDC原理图

（二）、机炉主控制器

机炉主控制器是以协调控制原理为基础建立起来的单元机组主控制装置，它由锅炉控制回路和汽机控制回路组成，接受LDC送来的实际负荷指令LDC输出，经处理后发出要求机炉协调响应的锅炉主控指令B．M和汽机主控指令T．M，同时根据机组的运行状态，进行工作方式的自动或手动切换。

机炉主控制器原理框图如图1所示。

从图中可以看出，它接受的输入信号有：

LDC输出指令、节流压力（机前压力或称主汽压力）设定信号TP．SP、节流压力（机前压力或称主汽压力）信号TP、电网频率校正信号HZ、机组总功率信号MW，根据机组不同工况和运行要求，锅炉主控B、M和汽机主控T．M可具备不同的工作方式（共有7种工作方式），由此构成LDC不同的运行方式。

不同工作方式下的机炉主控制器结构由LDC输出、TP．SP及各个控制逻辑的状态确定，它们与工作方式的对应关系如表l。

表中给出的均是被选定工作方式在正常工作时的状态或数值，其中，LDC输出一栏中括号内的值ADS为远方工作方式（RemotsMode）时由负荷指令运算回路来的负荷指令；

TPSP一栏中括号内的值对应于滑压方式的情况；

BMO为锅炉主控制器输出（BoilermasterOutnut）；

VLVTP为汽机调节阀门开度VLV与TPSP值的乘积。

表1各种状态与工作方式的对应关系

BASE

BF1

TF1

BF2

TF2

CC-BF

CC-TF

LDC输出

MW

VLVTP

BMO

Target

（ADS）

TP.SP

TP

（LDC）

LDC自动

True

选择汽机跟踪

选择汽机调整

选择锅炉跟踪

选择锅炉调整

固定和跟踪

一、各工作方式下的机炉主控制器

1．基本方式（BaseMode）

当锅炉主控和汽机主控均在手动控制方式时,机组处于基本工作方式,此时，锅炉主控信号和汽机主控信号跟踪其手动信号。

可以画出基本方式，机护主控制器的原理框图，如图11所示：

图11基本方式下的机炉主控制器

2·

锅炉跟随方式（BF1）

当锅炉主控自动和汽机主控手动时，机组将进入锅炉跟随1方式，此时，节流压力（机前压力）TP及其设定值TP.SP的偏差将送人锅炉节流压力控制器，控制器输出在加法器中与其功率前馈信号LDC输出相加，其输出经锅炉主控自动／手动站环节，得到锅炉主控信号B·

M，汽机主控信号为LDC输出信号，这样由锅炉调节机前压力，汽机保证负荷要求。

可以画出锅炉跟随1方式下机炉主控制器的原理框图，如图12所示。

图12BF1方式下的机炉主控制器

3、汽机跟随1方式（TF1）

当锅炉主控手动和汽机主控自动时，机组处于汽机跟随1方式，此时，节流压力（机前压力）TP及其设定值TP.SP的偏差信号进入汽机节流压力控制器，LDC输出信号作为功率前馈信号，控制器输出经汽机主控自动/手动站环节，得到汽机主控信号T.M，锅炉主控信号为LDC输出信号，即由汽机调节机前压力，锅炉满足负荷要求。

可以画出汽机跟随1方式下机炉主控制器的原理框图，如图13所示。

图13TF1方式下的机炉主控制器

4、锅炉跟随2方式（BF2）

这种方式与BF1方式类似，机前压力仍由锅炉控制器调节，LDC输出信号经电网频率偏差信号校正后作为其功率前馈信号，仍由汽机保证负荷要求，汽机主控信号为LDC输出信号。

可以画出锅炉跟随2方式下机炉主控制器的原理框图，如图14所示。

图14BF2方式下的机炉主控制器

5·

汽机跟随2方式（TF2）

TF2方式由汽机调节机前压力，LDC输出信号作为其功率前馈信号，由锅炉满足负荷要求，LDC输出信号经电网频差信号校正后作为锅炉主控信号

图15TF2方式下的机炉主控制器

可以画出汽机跟随2方式下机炉主控制器的原理框图，如图15所示。

6、以汽机跟随为基础的协调控制方式（CC-TF）

CC－TF方式仍由汽机调节机前压力，LDC输出信号作为其前馈信号，由发电机来的实发功率信号MW与其设定值LDC输出信号比较后，偏差信号送入功率控制器，控制器输出与经电网频率偏差信号校正后的LDC输出信号相加，最后得到锅炉主控信号，即由锅炉控制回路调节功率变化，满足负荷要求。

可以画出以汽机跟随为基础的协调控制方式下机炉主控制器的原理图，如图16所示。

图16：

CC-TF方式下机炉主控制器

7、以锅炉跟随为基础的协调控制方式（CC－BF）

这种方式由锅炉调节机前压力，LDC输出信号经电网频率偏差信号校正后作为其功率前馈信号，由汽机调节功率以满足负荷要求。

图17：

CC-BF方式下机炉主控制器

可以画出以锅炉跟随为基础的协调控制方式下机炉主控制器的原理框图，见图17。

A/M站

上述BF2、TF2、CC-TF、CC－BF方式中，方案设计有一次调频功能，DEH来的汽机转速信号经一函数环节f（x），得到频率校正信号与实际负荷指令LDC输出相加，使机组参与电网一次调频，这样在电网二次调频之前就可以减小电网频率变化的幅度，提高机组的负荷适应能力。

若机组处于远方（Remote）ADS方式，这种控制方式和就地方式（BF1、TF1、BF2、TF2、CC-TF、CC－BF方式中任一种）一样操作，只是此时目标负荷由电网调度ADS设定，负荷变化速率由ADS增加／减少速率决定。

二、机护主控制器工作方式的切换

根据机组状态和负荷要求，机组运行中可能要改变工作方式,即从一种工作方式转换到另一种工作方式，转换过程中必须避免不必要的扰动.

各种工作方式转换的关系

工作方式的转换有两种，一种是运行人员手动切换,另一种是自动切换。

1、手动切换

设计中还考虑了用于实现滑压／定压、远方／就地的方式转换请求按键；

锅炉主控自动／手动操作站“BOILERMASTERA／MSTATION”；

汽机主控自动／手动操作站“TURBINEMASTERA／MSTATION”。

工作方式转换的方向．根据手动切换关系，可以把7种工作方分为3个级，即低级方式，包括BASE方式、BF1方式和TF1方式；

中级方式包括BF2方式和TF2方式；

高级方式包括CC－BF方式和CC－TF方式．在低级方式中，BASE方式是最基本的工作方式。

BF1方式和TF1不能直接互相切换，只能切回到BASE方式。

转换请求由BMS（BOILERMASTERA／MSTATION）和TMS（TURBINEMSTATION）进行。

在中级方式中，BF2和TF2方式方式不可以互相切换。

在高级方式中，CC－BF方式和CC－TF方式也可以互相切换，转换请求通过“CC－BF”健和“CC－TF”健实现。

手动切换可以实现由低级方式到中级方式和由中级方式到高级方式的切换。

在由低级方式到中级方式的切换中，只允许由BF1方式到BF2方式和由TF1方式到TF2方式的切换，不能交叉，转换请求由TMS和BMS两个操作站实现。

在由中级方式到高级方式的切换中，允许BF2方式到CC－BF方式和TF2方式到CC－TF方式的切换，也允许BF2方式到CC－TF方式和TF2方式到CC－BF方式的切换，即交叉切换。

2、自动切换

工作方式的自动切换是在满足某些条件下实现的，这种强制转换可以是高级方式到中级方式、中级方式到低级方式、高级方式到低级方式的转换，或者是中级方式和高级方式内的方式转换。

（1）节流压力（机前压力）信号传送故障逻辑有效时的自动切换

当节流压力（机前压力）信号的测量或传送出现故障时，节流压力信号传送故障逻辑有效，不管原先工作于何种方式，机组均将被强制切换到BASE方式，如图18所示。

图18节流压力信号传送故障时的自动切换

这个强制切换是靠“汽机主控切手动”逻辑和“锅炉主控切手动”逻辑同时有效，从而实现汽机主控手动TMS“M”和锅炉主控手动BMS“M”的。

这是因为机前压力TP是一个极其重要的参数，在所有其它工作方式中，它都被作为被控参数，一旦TP信号的检测或传送有了故障，机组将由其它工作方式强行自动切换至基本方式。

（2）机组总功率（MW）信号传送故障逻辑有效时的自动切换

当机组总功率（MW）信号的检测或传送出现故障时，机组总功率信号传送故障逻辑有效，此时机组工作方式将由高级方式强行切换到中级方式，见图19。

这是因为实发功率信号只有在高级方式CC－BF方式和CC－TF方式中用作被控参数，所以将机组强行切换到中级方式．

如果机组原先的工作方式为CC－BF方式，将自动切换到BF2方式，如果机组原来工作在CC－TF方式，将自动切换到TF2方式。

图19MW信号传送故障时的自动切换

（3）汽机主控100％逻辑有效的自动切换

当汽机主控输出达到了允许的极限时，汽机主控100％逻辑有效，这时强行将机组切换到BF2方式，见图20，而不管机组原来工作在何种方式（除低级方式外）。

图20汽机主控100％时的自动切换

（4）返航逻辑有效时的自动切换

当锅炉辅机有故障时，机组负荷能力只能由锅炉的负载能力决定，返航逻辑有效，机组将自动切换到TF2方式，而不管机组原来工作在何种方式（除低级方式外），见图218。

图21返航逻辑时的自动切换

在上述情况下，机组负荷指令LDC输出将自动切换到跟踪返航目标值（RunBackTarget）。

3、可能引起扰动的方式切换关系

一般地说，由自动方式切换到手动方式不会引起附加的扰动，反过来，由手动方式切换到自动方式都可能引起附加的扰动。

考虑任何工作方式（除BASE方式外）到BASE方式的切换，其结果都是使BMS和TMS切入“手动”位置，因而机炉主控制器出现的变化不会影响到锅炉指令和汽机指令．此外，在低级方式中，只存在由BASE方式到BF1方式和由BASE方式到TF1方式的切换关系，不存在由BF1方式到TF1方式或反过来的切换关系。

所以，下列3类切换关系都可能引起附加的扰动：

（1）由低一级方式到高一级方式的切换，有可能引起挑动的切换关系列于表2

（2）由高一级方式到低一级方式的切换，有可能引起扰动的切换关系列于表3

（3）在同一级内进行的切换，有可能引起扰动的切换关系列于表4。

表2低一级方式到高一级方式的切换关系

切换关系

实现方法

BASE→BF1

BMS“A”

BASE→TF1

TMS“A”

BF1→BF2

TF1→TF2

BF2→CC-BF

“CC-BF”

BF2→CC-TF

“CC-TF”

TF2→CC-BF

TF2→CC-TF

表3：

高一级方式到低一级方式的切换关系

CC-BF→BF2

汽机主控100％逻辑有效，MW信号传送故障逻辑有效

CC-BF→TF2

返航逻辑有效

CC-TF→BF2

汽机主控100％逻辑有效

CC-TF→TF2

返航逻辑有效，MW信号传送故障逻辑有效

BF2→BF1

TMS“M”

BF2→TF1

BMS“M”

TF2→BF1

TF2→TF1

表4：

同一级内进行的切换关系

BF2→TF2

TF2→BF2

CC-BF→CC-TF

CC-TF→CC-BF

三、跟踪问题

不同的工作方式间可自动也可手动切换，为了实现工作方式间的无扰