600MW机组协调控制系统设计.docx

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600MW机组协调控制系统设计

1引言

单元机组协调控制的任务是快速跟踪电网负荷的需要和保持主要运行参数的稳定。

当电网负荷变动时，从汽轮机侧看，只要改变汽机调速汽门的开度，就能迅速改变进汽量，从而能立即适应负荷的需要。

但锅炉即使马上调整燃料量和给水量，由于锅炉固有的惯性及迟延，不可能立即使提供给汽轮机的蒸汽量发生变化。

如果汽轮机调汽门开度已改变，流入汽机的蒸汽量相应发生变化，那么此时只能利用主汽压力的改变来弥补或储蓄这个蒸汽量供需差额，此时，主汽压力将产生较大的波动。

因此，提高机组负荷适应能力与保持主要参数稳定存在一定的矛盾。

协调控制系统设计时将锅炉、汽轮机和发电机作为一个整体来考虑，使锅炉、汽机同时响应负荷要求，协调锅炉及其辅机与汽机的运行，以迅速、准确、稳定地响应负荷要求。

协调控制系统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。

协调控制系统是协调地控制锅炉燃料量、送风量、给水量等，以及汽机调节阀门开度，使机组既能适应电网负荷指令的要求，又能保持单元机组在额定参数下安全、经济地运行。

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以及汽机子控制系统。

2协调控制系统任务与作用

2.1协调控制系统

协调控制系统作用：

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。

协调控制系统任务：

是协调地控制锅炉燃料量、送风量、给水量等，以及汽机调节阀门开度，使机组既能适应电网负荷指令的要求，又能保持单元机组在额定参数下安全、经济地运行

在单元机组中，锅炉和汽轮机是两个相对独立的设备，从机组负荷控制角度来看，单元机组是一个存在相互关联的多变量控制对象，经适当假设可以看作是一个具有的两个输入和两个输出的互相关联的被控对象，其方框图如图2.1所示。

图2.1单元机组负荷控制对象原理方框图

μT-通汽阀开度μB-燃烧率水平NE-实发功率PT-主蒸汽压力

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以及汽机子控制系统。

子控制系统作用于负荷被控对象，如图2.2所示。

图2.2单元机组协调控制系统简图

2.2协调控制系统控制方式

在此方式下，汽机和锅炉两侧并行地接受负荷指令。

锅炉侧通过改变燃烧率来维持主汽压力，汽机侧通过改变调汽门开度来调整机组出力的大小。

当汽机机前压力与设定值偏差超过一定限值时，汽机调汽门开度将受到限制。

属于以锅炉跟随为基础的协调控制方案。

协调控制系统适用于定压或滑压运行，

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门的开度，改变机组的输出功率。

有四种控制方式：

（1）协调控制方式

在此方式下，汽机和锅炉两侧并行地接受负荷指令。

锅炉侧通过改变燃烧率来维持主汽压力，汽机侧通过改变调汽门开度来调整机组出力的大小。

当汽机机前压力与设定值偏差超过一定限值时，汽机调汽门开度将受到限制。

属于以锅炉跟随为基础的协调控制方案。

（2）锅炉跟随方式

汽机主控手动，锅炉主控回路处于自动方式，通过改变锅炉燃烧率进行主汽。

（3）汽机跟随方式

锅炉主控手动，汽机主控回路处于自动方式，通过改变汽机调汽门开度进行主汽压力调节。

（4）手动方式

锅炉和汽机主控回路均处于手动方式。

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组的输出功率。

单元机组滑压运行时有2种机炉负荷控制方式。

（1）锅炉跟随控制方式。

（2）协调控制方式。

3协调控制系统组成

3.1负荷管理控制中心（LMCC）

负荷管理控制中心（LMCC）是对外部要求的负荷指令或目标负荷指令进行选择，并根据机组主辅机运行的情况加以处理，使之转变为机、炉设备负荷能力，安全运行所能接受的实际负荷指令N0，实际负荷指令又称ULD（UnitLoadDemand）单元机组实际负荷指令。

负荷管理控制中心包括如下几个部分：

（1）机组负荷指令的方式及处理

根据机炉运行状态，选择机组可能接受的外部负荷指令（ADS及运行人员设定负荷指令、△f调频指令等），将机组的外部负荷指令处理成能够接收的机组负荷指令N0。

（2）机组最大负荷/最小负荷限制

运行人员可根据运行情况设置机组最大/最小负荷限制值。

（3）负荷要求指令的增/减闭锁

根据机组运行时产生的某些故障，对实际负荷指令实施增或减的方向的闭锁，以防止故障的危害进一步扩大。

如图3.1。

图3.1机组负荷指令形成及处理

3.2机、炉主控制器

机、炉主控制器是协调控制系统的控制机构，机、炉主控制器的主要功能是根据机组的运行条件和要求，运行人员可选择协调、锅炉跟随、汽机跟随等控制方式，给出合理的控制方案提供机组全面的协调控制。

根据锅炉和汽轮机的运行条件和要求，选择合适的负荷控制方式，按照实际负荷指令N0与实发功率信号NE的偏差和主汽压力的偏差DP以及其它信号，进行控制运算，分别产生对锅炉子控制系统和汽轮机子控制系统的协调动作的指挥信号，分别称为锅炉指令（BoilerDemand）NB和汽轮机指令（TurbineDemand）NT。

机炉主控制器的主要任务是产生各种控制策略和控制方式的切换。

控制策略是前馈控制、反馈控制、非线性元件以及多变量控制理论综合的应用。

机炉主控制器主要有以下两部分组成

（1）机炉正常运行情况下的负荷指令NB、NT的形成。

（2）机炉的实际负荷指令NB’、NT’的形成。

4协调控制系统方案

4.1机组负荷设定

机组负荷通过二种方式设定（图4.1机组负荷指令P0原理图），一种方式是运行人员手动给定，另一种是网控AGC自动调整。

当SP1手动状态时，运行人员可以手动设定机组负荷，当SP1投入自动方式时，将接受网控AGC指令来调整机组负荷。

SP1的机组负荷输出信号加上频率修正指令后，将与运行人员手动给定的机组最大允许负荷（SP2）、最小允许负荷（SP3）以及RUNBACK回路给出的机组最大、最小允许负荷进行比较，再经过速率限制，形成最终的机组负荷指令。

当发生MFT、RUNBACK或非协调控制方式时，SP1将切至手动方式，并跟踪机组实际负荷，当发生AGC调整指令信号坏质量、负荷拉回或AGC指令推出时，SP1将切至手动方式。

机组负荷指令的速率限制由运行人员手动给定。

图4.1机组负荷指令P0原理图

4.2负荷速率限制及反馈

当负荷指令产生时，速率限制器将对负荷调节进行限制，如图5.2。

负荷指令P0产生以后通过速率限制器进行限制并根据限制前后信号进行比较得出负荷指令是否平衡。

由sh3-5取值决定T，为0则由T1（SP0设定的速率值）决定。

速率上线由主汽压力设定＜实际压力、燃料量设定＜实际燃料量、汽包水位设定＞实际水位任一情况发生时，T为2。

否者T为1，由修正参数和设定平均值相加决定。

下限Sh5是由负荷指令限制决定尤其决定T是1还是2。

上限T是由主汽压力设定＜实际压力、燃料量设定＜实际燃料量、汽包水位设定＞实际水位都不发生一个T为1，任意发生一个T为2。

图4.2负荷指令速率限制原理图

4.3闭锁机组负荷指令原理

当主汽压力设定＜实际压力、燃料量设定＜实际燃料量、汽包水位设定＞实际水位任一情况发生时，将闭锁机组减负荷指令（图4.3闭锁机组负荷指令原理图）；当一次风机动叶位置反馈达到最大、送风机动叶位置反馈达到最大、引风机静叶位置反馈达到最大、风量设定＞实际风量、主汽压力设定＞实际压力、燃料量设定＞实际燃料量、汽包水位设定＜实际水位任一情况发生时，将闭锁机组增负荷指令。

机组增、减负荷闭锁除了首先单向闭锁负荷指令外，如果延时一段时间没有恢复正常，则将触发负荷拉回回路。

此时，AGC方式将切除，通过机组负荷设定（SP1）的上、下限幅，反向自动增、减负荷，直至增、减负荷闭锁信号消失。

图4.3闭锁机组负荷指令原理图

4.4主汽压力设定

主汽压力设定回路适用于定压和滑压二种运行方式，如图4.4所示。

SP1手动方式时为定压运行方式，此时运行人员可以手动设定主汽压力定值。

SP1投入自动方式后为滑压运行方式，此时将根据机组负荷指令自动调整主汽压力定值。

SP2有二个作用，在滑压运行方式时，提供运行人员对滑压运行时的主汽压力定值进行适当的修正；而在定压运行方式时，自动跟踪定压、滑压运行主汽压力定值的差值，保证从定压运行方式无扰切到滑压运行方式。

当发生MFT、RUNBACK或锅炉、汽机主控全部处于手动方式时，SP1将切至手动方式，并跟踪实际主汽压力。

图4.4主汽压力设定图

4.5锅炉主控

当锅炉主控（A/M）投入自动方式时，调节回路提供二种调节方式，如图4.5所示。

PID1为锅炉跟随方式调节器，以主汽压力作为被调量，并以直接能量平衡信号作为调节器的前馈信号。

PID2为协调控制方式锅炉调节器，此时汽机主控保持负荷，锅炉调节器保持主汽压力；在机组负荷指令发生变化时，以负荷指令的比例加微分作为锅炉调节器的前馈信号，同步增、减锅炉的燃料量，避免对主汽压力造成过大的扰动；另外，在协调控制方式，锅炉调节器的输出将乘上热值修正指令，自动修正由于燃料发热量发生变化对系统造成的影响。

当发生RUNBACK时，锅炉主控将切至手动方式，并跟踪RB指令，快速减少锅炉的燃料量；当燃料主控处于手动方式时，锅炉主控将切至手动方式，并跟踪燃料主控的输出，保证手、自动无扰切换；另外，在发生主汽压力信号（机侧）坏质量、MFT或汽机主控手动时主蒸汽流量信号坏质量时，锅炉主控也将切至手动。

图4.5锅炉主控图图

5.6气机主控

当汽机主控（A/M）投入自动方式时，调节回路提供二种调节方式，如图4.6。

PID1为汽机跟随方式调节器，以主汽压力作为被调量，保持主汽压力稳定。

PID2为协调控制方式汽机调节器，此时汽机调节器保持负荷，锅炉调节器保持主汽压力；在机组负荷指令发生变化时，以负荷指令的惯性环节作为汽机调节器的前馈信号，迅速改变汽机调门的开度，以适应机组对负荷的要求；另外，在协调控制方式，如果主汽压力与设定值的偏差过大时，将通过C1、C2、T1、T2对PID2进行上或下限制，避免快速响应负荷时，主汽压力过分偏离设定值。

当发生RUNBACK时，汽机主控在一段时间内将处于保持状态，然后再调节主汽压力；当汽机DEH没有处于遥控方式时，汽机主控将切至手动方式，并跟踪DEH的负荷参考，保证手、自动无扰切换；另外，在发生主汽压力信号（机侧）坏质量、MFT或锅炉主控自动时发电机有功功率信号全部坏质量时，汽机主控也将切至手动。

图4.6汽机主控图

总结

为期一周的热工课程设计转瞬即逝，我们组设计的内容是600MW机组协调控制系统设计。

我们利用CAD完成了600MW机组协调控制系统设计绘图，在这一周的课程设计中我对所学的课程有了更深的理解和认识。

回顾这一周，从选题到确定系统的设计方案，画出SAMA图，再到检查与修改整理。

在整个过程中我遇到了很多问题，在老师的指导下我们完成了SAMA画面，这样既节省了空间也使工程变得简单。

在课设过程中我们发现了很多不足，很多地方都欠缺考虑。

虽然过程遇到很多麻烦，但在老师细心的指导下和同学的帮助下我们逐步完成了这项工程。

这次设计我学到了很多，真正的理论联系实际，是对课堂所学知识的延伸和扩展。

对协调控制系统有了更深的认识，对CAD的操作更加的熟练，使我在以前的学习中不够清晰的概念得以清晰化，同时锻炼和培养了我的各项能力，对自己以后的工作，有极大的帮助。

通过这次热工课程设计，我更加深深的体会到，协调控制系统在火电厂中中十分的重要。

用心一看很多设计都应用在自动控制中。

总而言之，这一周的课程设计使我受益匪浅。

我会在今后的生活中努力学习，好好利用今天学来的知识，感谢老师的精心教导。

一周的热工课程设计，我对实际工程有了初步的了解，通过这次的课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论学得好是远远不够的，只有把所学的理论知识与实际相结合起来，才能提高自己的实际动手能力、独立思考能力和搜索筛选总结有用信息的能力，也为我们专业课的学习提供了莫大的帮助，更为以后的毕业设计做极好的铺垫。

致谢

首先非常感谢老师的耐心知道和严格要求。

本论文在马老师与张老师的悉心指导下圆满完成本次课设。

本课题在选题及进行过程中得到马老师的悉心指导。

论文行文过程中，马老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。

马老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。

再多华丽的言语也显苍白。

在此，谨向马老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在这里我也感谢我的组员们的团结合作使这次课程设计圆满完成，希望我们以后有更多的合作。

最后，再次对老师道一声：

老师，谢谢您!

参考文献

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附录

设定值给定站图

.与或非门图模拟量输入输出图

加法减法器图越线报警器

输入输出选择器图输出变化速率限制器图

SLC模块说明图