第1章协调控制系.docx

1、第1章协调控制系第1章 单元机组负荷自动控制系统 1-1 协调控制系统的基本任务一、基本任务协调锅炉和汽机的操作和运行，在保证机组安全稳定运行前提下，使机组对负荷变化具有较快的响应速度。1 负荷控制对象被控量：机组功率、主汽压力控制量：燃烧率、主汽调门2 对象特点锅炉惯性大（慢），汽机惯性小（快）以炉跟机为例说明：燃烧系统：是协调系统的一个下级系统，在燃烧系统中，当L变化时，B、V、VS能共同协调地变化，也就是L能改变锅炉的燃烧率B。协调控制系统投入的基础：是各子系统必须投入自动。 1-2单元机组被控对象数学模型一、被控对象被控对象包括锅炉和汽轮机本身的系统：两个输入量：B：锅炉的燃烧率。T：

2、汽机调节阀的开度变化。两个输出量：NE：单元机组的输出电功率；PT：机前蒸汽压力。WPB(s)、WNB(s)当汽机调门开度不变时，燃烧率B变化引起机前压力PT和输出功率NE改变的传递函数。WPT(s)、WNT(s)当锅炉燃烧率不变时，汽机调门开度T变化引起机前压力PT和输出功率NE改变的传递函数。多变量过程传递函数矩阵：二、动态特性各传递函数的阶跃响应曲线如下：对象特点：锅炉快，汽机慢。 1-3协调控制系统的组成及功能一、 组成1. 负荷指令处理回路主要任务：是根据机炉的运行状态，将外部的负荷要求处理为机组可以接受的功率给定值N0。外部负荷指令通常有：(1) 电网中心调度所的负荷分配指令；AD

3、S中调指令；(2) 机组运行人员的负荷指令；(3) 电网频率自动调整的指令。 负荷处理回路组成机组功率运算回路：将外部负荷指令处理成机组可能接受的功率指令；负荷运算回路：根据机组状况对机组允许承担的负荷进行估计；2. 机组主控回路任务：根据负荷处理后的指令N0，协调地向机炉各子系统发出指令B和T，使机组的实发功率迅速跟踪N0的变化；并保证机组的稳定性。（必须使主蒸汽压力在规定的范围内变化）控制策略：要根据对象特点，设计合理的控制策略。二、功能 协调控制系统应具有以下八个方面的功能：1.负荷指令选择正常情况：ADS指令、频差指令、人工手动设定指令都可接受；非正常情况：只允许接受人工手动设定指令。

4、2.负荷指令变化率限制将阶跃信号变为斜坡信号；负荷变化率：额定负荷的3%-5%/min。3.最大和最小负荷限制根据辅机运行台数和负荷偏差计算出机组最大允许的负荷指令；对负荷指令限幅、限速，得到实际负荷指令。4.快速减负荷（RUNBACK）功能 当给水泵、送引风机等辅机发生故障时，能自动地以预定速率减小机组负荷，并正常运行（甩负荷保护）； 不同辅机故障的RUNBACK按不同的最大允许负荷和变化率进行； 当发生RUNBACK时，控制系统自动转入汽机跟随方式，直到运行人员重新设定。5.运行方式选择 机炉协调方式：机组无故障时； 汽机跟随方式：锅炉故障时，锅炉控制功率，汽机控制压力； 锅炉跟随方式：汽

5、机故障时，汽机控制功率，锅炉控制压力； 机炉手动方式：锅炉、汽机都故障时。 方式切换：自动、无扰动切换(发生故障或故障解除，系统能自动、平稳地切换到自动化程度最高的运行方式)。6.闭锁、迫升、迫降、保持功能 当主要辅机工作在极限状态，或主要流量与设定值的偏差超出允许范围时，应对机组负荷及相关指令进行增/减闭锁； 测量值小于设定值（跟不上增）：机组负荷指令闭锁增； 测量值大于设定值（跟不上减）：机组负荷指令闭锁减； 当故障不明时，采用保持功能。7.整个控制系统应具有足够的稳定性裕量和较好的整体性；8.当机组因事故与电网解列时，应有必要的安全措施（如启动旁路控制系统等） 1-4机炉主控制器的设计任

6、务：根据功率指令N0，如何协调地改变燃烧率指令B和汽机调门开度T，使机组的实发功率NE快速地跟踪功率指令N0，同时保证机前压力PT在有限的范围内变化（保证机组的稳定性）。1.4.1炉跟机控制方式汽机控制功率，锅炉控制压力KB(s)：锅炉主控制器的传递函数；KT(s)：汽机主控制器的传递函数；动作过程：N0N汽机侧调节器KT(s)首先动作T：T（初始由于燃烧率未变，主要靠锅炉释放蓄热）NE；TPTKB(s)动作BNE。调节结束后：NE=N0，PT=P0。系统的特点：当N0时，由于利用了锅炉的蓄热，机组的输出功率上升较快，但由于锅炉释放了蓄热，因此，机前压力PT迅速下降，动态偏差较大。1.4.2机

7、跟炉控制方式锅炉控制功率，汽机控制压力动作过程：N0N锅炉侧调节器KB(s)首先动作B：BPT缓慢P通过非线性元件，限制了汽机进汽阀进一步开大从而限制了进一步扩大；反之，PT-P00（加负荷时）时降低汽压的定值通过汽机调节阀，T迅速增加NE（利用锅炉蓄热）；N0-NE0（减负荷时）时提高汽压设定值（贮存部分蓄热）通过汽机调节器，T迅速减小NE。1.4.4基于能量信号的协调控制一、 能量信号作为前馈的协调控制系统(i). 该系统可看作是以炉跟机为基础的协调控制系统。(ii). 汽机调节阀开度变化指令T：第一项：是前馈信号，作用：加快功率响应速度；第二项：是调节器输出，动态时校正功率偏差，保证稳态

8、时，NE=N0。(iii). 锅炉侧燃烧率控制指令B：第一项：主要作用是压力校正，调节结果使得稳态时PT=P0；加入(D)是为了加强锅炉侧的动作速度；第二项：P11+K2(P0-PT)代表了汽机对锅炉的能量要求信号，代表了进入汽机的能量信号。作用也是加快锅炉动作，以补偿锅炉的惯性。锅炉的前馈信号选择：信号x：功率指令N0；汽机向锅炉的能量要求信号。（1）采用N0作前馈：当N0变化时，由于汽机侧发生某些故障未动作，照理锅炉侧也不动，但采用了N0前馈，B改变，从而引起主汽压力变化；（2）采用汽机能量要求信号：汽机未动，能量要求信号不变，B也不变。能量要求信号：Forboro公司采用P11+K2(P

9、0-PT)；L&N(Leeds and Northrup)公司采用P1P0/PT。实际上，这两个公式近似相等：当PT变化较小时，1/PT近似常数K。P1/PT实际上反映了汽机调节阀开度T的变化；二、直接能量平衡（Direct Energy Balance）协调控制系统美国Leeds and Northrup公司，简称DEB系统。(i). 该系统可看作是炉跟机为基础的协调控制系统。(ii). 汽机侧是以P1作为导前反馈信号的串级系统：P1的反馈：实际上是蒸汽流量信号的反馈，因此，P1在某种程度上，提前反映了机组实发功率NE的变化，可减小NE的动态偏差。外回路：PI调节器接受功率偏差(N0-NE)

10、，目的是动态时校正功率偏差，使在稳态时，能有N0=NE。前馈信号：N0经PD对T的前馈信号，目的是为了加快汽机的动作速度，最终加快输出功率的响应速度。(iii). 锅炉侧主调节器PID：接受两个信号： 汽机能量要求信号的比例微分，反馈信号为锅炉的热量信号。热量信号 （1）物理解释：锅炉受热面吸收的热量，一部分到流入汽机蒸汽流量D中，另一部分被锅炉储存起来。（2）蓄热系数的整定原理：QD只反映燃料量，当T阶跃，而B不变时，QD应不变。从0t1对上式积分，得：，注意到：在t=0时刻，Pb(0)=0，而Pb(t1)= Pb(t1)-Pb(0)。所以。上式分子是t=0t1之间累计流量，令。分母Pb(0)-Pb(t1)是从0到t1时刻的变化量。稳态： PT = P0？PD在稳态时输出：P1P0/PT（微分环节稳态时，输出为0）。热量信号稳态时：P1（稳态时，dPb/dt=0）所以稳态时，有P1P0/PT = P1，即P0/PT =1，PT=P0。思考题1.简述协调控制系统的基本任务。2.当燃烧率指令、汽机调门指令分别作阶跃变化时，主汽压力和实发功率如何变化？为什么？3.试画出协调控制系统的基本结构。4.BF和TF运行方式的优缺点，画出并说明改进方案。5.简述直接能量平衡DEB协调控制方案。