机炉负荷协调控制系统.docx

1、机炉负荷协调控制系统第二章机炉负荷协调控制系统2.1任务机组负荷协调控制系统的任务是使机组尽可能快地响应电网对该机组的负荷要求，同时，应能保证主汽压力尽量稳定，以保证机组的安全稳定运行。22单元机组对象的动态特性：2.2.1当其它输入不变时， 改变汽机调门开度， 例如，将调门开大，主蒸汽流量将迅速增加， 这表明汽轮机能迅速响应负荷要求变化， 但由于燃烧未能相应加强， 主汽压开始下跌，蒸汽流量也渐渐下跌，最后又回到了原来的值， 没有能满足电网的长期需要， 而压力则降到了一个相对较低的值如图 13- 1 （a）。2.2.2若其它输入不变，增加燃烧率（锅炉指令 BD）,主汽压力将逐渐升高，主蒸汽流量

2、也逐渐增加，负荷逐渐增加，说明锅炉改变燃料量后，负荷响应比较缓慢，如图 13 - 1 （c）。2.2.3当外界要求增加负荷时，由于一个负荷特性快（汽轮机） ，一个特性慢（锅炉），就难以满足既快速，又稳定的要求，如果仅满足快速的要求， 可通过不断开大汽机调门开度来实现，虽可保证负荷需求（也不可能长久） ，但压力将一路下跌，如图 13- 1 （b），会影响机组安全。所以机炉两者之间应协调控制调门开度指令和锅炉指令。图13- 1 单元机组对象动态特性2.3运行方式单元机组负荷协调控制系统一般有下列几种运行方式：2.3.1手动方式：汽机指令和锅炉指令都是手动发出，此时，运行人员兼顾汽压和负荷，手 动调

3、节汽机指令（调门开度指令）及锅炉指令，使压力基本稳定，并使机组负荷按照电网需 要变化。2.3.2机跟炉方式（汽机跟随锅炉）此时，锅炉侧根据电网需求来调节锅炉指令（增 /减燃烧率），而汽机则根据主汽压力的变化，自动调节汽机调门开度。可以看出，这种方式下，当外界需要机组增加负荷时，锅炉开始加强燃烧，压力渐渐升高 汽机则根据压力升高情况，自动地调整汽机指令，渐渐开大调门开度，负荷随之增加，由于 锅炉响应较慢， 所以使负荷增加得较慢， 但是由于汽机调门变化对压力的影响较快， 所以压 力显得十分稳定。该方式的特点是：压力稳定，但负荷响应慢。2.3.3炉跟机方式（锅炉跟随汽机）此时， 汽机侧根据电网负荷需

4、求来调节汽机调门开度， 而锅炉则根据主汽压力的变化自动地调整燃烧。当外界负荷需求增加时， 汽机可以很快地升高机组的负荷， 但压力将下降， 由于锅炉惯 性较大，它虽然根据压力变化进行调节，但压力难以很快补上来，可能导致压力下跌较多。该方式的特点是：负荷响应快，但压力不稳定。2.3.4协调控制方式协调方式则是综合机跟炉和炉跟机方式的优点， 尽可能地克服它们的缺点。 协调方式下， 机、炉主控都将处于自动方式，即机指令和炉指令都是自动调整的。协调控制方案较多：例如 同时将外界负荷变化指令送达机侧和炉侧； 采用直接能量平衡信号（ DEB ）； 进行压力限制； 采用各种前馈、微分环节，用以改善系统特性。本

5、节主要介绍 的协调控制系统方案以及运行方式。 协调控制系统的运行方式也分为：1手动方式 MANUAL ，此时机主控、炉主控（燃料主控）都在手动。 2机跟炉方式 TF ，特征是机主控自动、炉主控手动。3炉跟机方式 BF ，特征是炉主控自动、机主控手动。 4协调控制方式 CCS ，特征是机、炉主控都自动。2.4协调控制系统的构成 系统由三部分构成： 1负荷指令的形成 2压力定值的形成 3机、炉主控制指令的形成 此外，还有一个功能全面的逻辑控制系统，用来实现方式切换和跟踪等功能。2.4.1 负荷指令的形成 1正常情况下负荷指令的形成（ CCS 方式下） 指令的来源：（ 1）运行人员手动给定。（2）来

6、自ADS （自动调度系统）。当投入AGC （自动发电控制）后，机组将由电网调 度发出的负荷指令直接控制。就本机组而言， 机组主控站投自动意味着 ADS 投入。 但是当下列任一信号出现时， 机组主控站不能投自动：汽机主控站在手动；锅炉主控站在手动；ADS 故障或 ADS 不可用（例如来自调度系统的遥调信号质量坏、遥调信号不在正 常范围等） ；出现RD、RU、RB （在本节后面介绍）；机组负荷指令 LDC OUT 超过高限。（3） 次调频信号。这是根据汽轮机的静态特性曲线生成的指令。（a） （b）图13-2汽轮机静态特性一般来说，当电网频率发生变化时， 汽轮机的调速系统会自动根据电网频率的变化来改

7、变阀门开度，从而使机组的负荷发生变化。该过程称为一次调频。例如，如图 13-2 （a）,原来机组在Na, 3000rpm,即A点运行，当转速升高（电网频率升高）时，如果 DEH的速 度反馈信号是插入的，则机组将按照静态特性参与一次调频，也就是说它将自动关小调门， 降低供给电网的电量，从而缓解频率的升高，此时，工作点移到 B点，负荷降为Nb。也就是说，当汽轮机转速升高时，它将自动地按一定比例减小发出的功率。尽管汽轮机按照其静态特性减小了功率， 但此时转速仍高于 3000rpm，电网频率仍偏高。若要进一步降低转速（使电网频率继续降低） ，电网调度可以要求网上的各机组（包括本机组）再适当降一点负荷。

8、这属于二次调频。二次调频结束后，工作点处于 C点，此时，负荷为Nc，转速又回到 3000rpm。二次调频相当于平移了汽轮机的静态特性曲线，如图 13- 2 （b）所示。为什么要在协调控制系统的负荷指令中，加入频差信号呢？这是因为当投入 CCS方式后，汽机功率 PI控制器（见图13 - 8）将对负荷指令和实际 MW进行PI运算，最终会使 MW =负荷指令。这说明，若负荷指令中不含频率信号，机组的实发 MW将不受频率影响，即使 DEH将速度反馈插入，也不起作用，也就是说，机组丧失了一次调频能力，这对于并于网上的机组 来说，是不合适的。如何插入频率信号？如图 13 - 3所示，在机组主控站的输出上叠

9、加了频差信号。这样， 机组的负荷指令，不仅仅是运行人员给定的值或仅仅是 ADS指令（ADS指令可以由运行人员偏置），它还包括频差信号成分。这个成分可能是零（相当于没有插入）也可能是按静态 特性曲线折算出的负荷（即已插入） 。若机组的速度不等率定为 4 %，则可折算：52HZ 对应一300MW48HZ 对应+ 300MW所以，指令负荷的构成可用图 13-3表示。电网频率图13- 3 机组负荷指令形成原理（一）上述三种成分构成的负荷指令还不能直接用于 CCS的负荷指令，它还要受到下列限制,参见图13-4。图13 4机组负荷指令形成原理（二）（1） 负荷变化速率限制 xyKW/min。速率可以由运行

10、人员设定。（2） 负荷指令受到最大负荷、最小负荷的限制。（3） 当不在CCS方式时，机组负荷指令跟踪实发功率信号。当出现异常情况时，例如当出现RD/RU/RB时，负荷指令按照事先规定好的 RD/RU/RB速率改变。例如，一台引风机跳闸引超RB时，负荷指令将以 150MW/min的速率降低。2.异常情况下的负荷指令:RDRU空预證RB次凤机RB别凤机RB谨凤机RD無水泵RB发舸机鈕RB锅炉指令BDRB/RD/RU 指令图 13-5 RB/RD/RU 指令（1） RUN DOWN 与RUN UP （迫降与迫升）首先，谈一下闭锁增（ BLOCK INCREAE ）和闭锁减（BLOCK、DECREAS

11、E ）的问 题：闭锁增，即不可再增大；闭锁减，则不可再减小；当送风机的开度指令已达上限；或给水泵控制指令已达上限；或引风机指令已达上限；或汽机阀指令已达上限时，则闭锁增。当出现送风机指令已达下限；或引风机指令已达下限；或给水泵指令已达下限；或给粉机指令已达下限；或汽机阀位指令达下限时，则闭锁减。再谈 RD（ RUN DOWN ）与 RU（ RUN UP）:首先，在CCS方式下，在LDC画面上，按下RD/RU允许按钮，则表明可以实现 RD/RU 功能。1关于RD在RD/RU允许的情况下，若已经出现 BLOCK INC，当a燃料量比其需求量要小（得多）b.送风量比其需求量要小（得多）c. 给水量比

12、其需求量要小（得多）*d. 炉膛压力比其定值高（得多）此时，将进入 RD 状态。进入 RD 后，将按照一定的速率开始减少 LDC 输出。 当上述偏差被缩小后， RD 过程结束。如图 13 5，当出现 RD 时， LDC OUT 将从原先的锅炉指令起，逐步向零变化（切换开关 T 算法可以设定变化速率） ，此时的锅炉指令将跟随 LDC OUT 变化（见图 137 ）。当锅炉指令减小后， RD 条件将在某个时刻消失，此后 LDC OUT 又回到正常情形。所 以当 RD 导致 LDC OUT 从原先的锅炉指令逐步变小时，并不是一定要变到零。2RU 关于与 RD 意义相反这里，有一个概念问题需要说明一下

13、，在有些厂家的设计中， BLOCK INCREASE 和 BLOCK DECREASE 并不是在某些指令达到上限或下限时才出现， 而是在运行过程中当发现 需求量（例如送风量需求）与实际过程变量（送风量）出现大的偏差时，为防止偏差进一步 扩大，需求量将停止增加或减小，这是在行进的过程中停来下“等待” ，而并非一定要等到执行机构的指令（例如送风机动叶指令）不能再升或降时才停下。而 RD、 RU 则是在执行机构已达上限或下限时，若需求与设计过程变量仍然存在很大偏差时，才出现，而且，此时 将通过降低“需求” ，来缩写偏差。可见，这里的 BI 或 BD 是一种积极消除大偏差的行为， 而 RD、 RU 则

14、是一种被动的行为，因为此时执行机构已无法再开大或关小，已不能通过增 加或减小执行机构开度来消除大偏差，所以只能通过降低“需求”来减小偏差。我们认为， 这样一种概念或提法是比较恰当的。3关于 RUN BACK 快速降负荷（ RB） 当机组在某个较高的负荷水平上运行时， 若出现了重要辅机跳闸， 机组就可能不能继续 维持原来的负荷水平。此时，为了能使机组继续稳定运行，应该主动、快速降低负荷指令。例如：原来在 50负荷以上运行，这时跳一台引风机，剩下的一台引风机最多只能维 持 50 负荷，所以负荷指令应迅速降低到 50。下列情况导致 RB： 跳一台空预器； 跳一台一次风机； 跳一台引风机； 跳一台送风

15、机； 跳给水泵（三台泵中要有两台泵都停，而且要经适时延时） ； 汽轮发电机部分甩负荷给粉机跳闸（一层或多层，图中未画出） 。要使系统具有 RB 功能，运行人员必须事先在 CRT 的 LDC 画面上按下“ RB 允许”按 钮。何时结束 RB ？当锅炉指令已降到辅机允许的最大出力时，则自动结束 RB。2.4.2 主汽压力设定值的形成图13 - 6主汽压力定值的形成如图13-6，机组主汽压力可以由运行人员从燃料主控站（即锅炉主控站）上设定。 当要求机组以滑压运行方式运行时，压力定值将根据负荷指令“ LDC OUT ”自动设定。如何选择滑压方式？当在CCS方式，或在BF方式时，只要主汽压力与其设定值没

16、有大的偏差，运行人员可从LDC画面上按下“选择滑压方式”按钮，则可进入滑压方式。不在 CCS或BF方式，或在出现RD、RU、RB时，将退出滑压运行方式。当按下“选择定压方式”按钮，则退出滑压运行方式，进入定压运行方式无论是手动给定，还是根据“ LDC OUT ”给定，都要经过一个速率限制以及最大、最 小限制。当在手动方式时或旁路打开时，压力定值将跟踪实际压力。243机、炉控制指令的形成1锅炉指令图13 7 锅炉主控指令的形成当锅炉主控站在手动时，给粉机指令由运行人员手动调节（参见第十一节中燃料控制 部分），给粉机指令的上级指令燃料指令 FD将跟踪热量信号 HR （燃料量），而燃料指令的上级指令

17、锅炉指令 BD则跟踪燃料指令FD。当锅炉主控投自动后，有两种情形：A、 若汽机主控站在手动，则为 BF方式（炉跟机方式）B、 若汽机在自动，则为 CCS方式（协调方式）不管是上述哪种情形， 此时，都由锅炉侧自动调节主汽压力， 锅炉指令的形成原理如图13 7所示。这里有两种做法。a.采用锅炉主汽压力控制器。将主汽压力测量值（三测量）与主汽压力设定值求偏差，在锅炉主汽压力控制器中进行 PI运算，其输出为锅炉指令 BD，主汽压力控制器最终使得主 汽压力Pt等于设定值Ps。为了提高锅炉的负荷响应速度，改进压力调节品质，将机组的负荷指令用作锅炉指令 的前馈信号，而且采用了一个超前环节。b.采用DEB信号

18、。要使汽压稳定，最好能做到锅炉的能量输入始终与锅炉的能量输出相平衡。锅炉的能量输出一般就是指汽机的能量输入， 而汽机能量输入可以用汽机一级压力Pi来表示，所以可以考虑用 Pi信号直接控制锅炉指令，但仅用 Pi是不够的，它可能产生正反馈影响。例如，由于锅炉自身扰动，燃烧短暂加强，这会使 Pt上升，又会使Pi上升，按照上述设计，锅炉侧则理解为汽机所需要的能量增加了， 这就会使锅炉指令再增加，结果使Pt继续上升。所以这样的设计是不稳定的，应进行改进。汽机的能量需求，应体现在对汽机阀门的开度变化上。在某一主汽压力 Pt下，调门开度越大，调节级压力 Pi越大，或者说，调门开度与 P成比例。R在当前要求的

19、主汽压力下，汽机的能量需求应为调门开度X主汽压力设定值，即PPPS锅炉应根据这个需求增加锅炉指令 BD，才能使锅炉的能量输入与输出能量相平衡，显然用这个信号具有直接和快速的优点。所以被称为直接能量平衡信号 DEB。为了改善动态品质，所以采用了 DEB微分信号与DEB叠加，最终成为锅炉指令 BD。这里没有了锅炉主汽压力控制器，压力还能维持在定值上吗？从图13- 7可见，此时，锅炉指令 BD为DEB + DEB dDEB，这个指令经交叉限dt制后，成为即燃料指令，与 HR求偏差后进行PI运算，并输出给粉机指令（参见第十一节 燃料控制系统）。因此最终应有DEB+ DEB dDEB = HRdt稳定时

20、，微分输出为 0，所以旦Ps= RP即，Pt= Ps。所以，即使没有PI调节器的校正，也能使主汽压力最终与其设点值相等。c.在出现RD、RU、RB时，锅炉指令 BD将按LDCOUT 变化。2.汽机主控指令汽机主控指令的形成原理如图 13 -8所式。立汽压力 主汽压力LDC OUT 豹率iw 测竟值 谨是值汽趙黔E畧TD图13- 8 汽机主控指令的形成原理（1 ）当DEH不在遥控方式时，汽机主控不能投自动，此时汽机主控指令 TD将跟踪DEH的负荷基准LOAD REF。运行人员可利用DEH操作画面或手动盘控制汽轮机调门开度，继而控制负荷和压力。在DEH投遥控后，若机主控站处于手动方式， 运行人员可

21、以用机主控站上的增 /减键改变汽机指令。（2 ）当汽机主控站投自动时，又有两种情形：A、 锅炉主控在手动。此时为 TF方式，汽机将自动维持主汽压力，主汽压力 Pt与其设定值Ps求偏差，然后交给汽机主汽压力控制器运算，输出指令去汽机 DEH，最终使Pt=Ps。B、 若锅炉主控也投自动，此时为 CCS方式，主汽压力将由锅炉主控去调， 汽机侧将 根据机组负荷及负荷指令调节。测量到的实际 MW （双测量）与设定值（LDC OUT ）求 偏差，并由汽机功率（MW ）控制器进行 PI运算，其输出去控制汽机负荷基准，继而改变机组负荷，最终 MW = LDC OUT。为了提高负荷响应速度，将 LDC OUT用

22、作汽机主控指令的前馈信号。可以看出，这里的CCS方式特点是机调功，炉调压，即CCS是建立在BF基础之上的。 尽管采用DEB可以改善压力调节品质，但若负荷需变化过大，或其它原因，仍有可能 使主汽压波动较大，例如，在增负荷时，主汽压力会降低，若降得过多，则不利于机组安全 运行，此时应该注意防止由于汽机指令进一步增加而导致压力进一步下降。因此，用压力与其定值的偏差程度，去限制汽机指令的进一步变化，如图中 f（x），它是一个带死区的函数发生器，它表示允许压力波动，但不能过大。对于RU、RD、RB情形（此时仍在 CCS方式，且只能在CCS方式），此时锅炉按LDC OUT调，LDC OUT将按照RD/RU

23、/RB的要求变化，而汽机侧将维持主汽压力的稳定，此时由汽机指令由主汽压力控制器决定。2.5 站方式及运行 这里主要介绍负荷协调控制系统中各种运行方式的选择方法， 以及运行中的注意事项。 如前所述， 站的方式决定了协调控制系统的运行方式， 所以，首先介绍各站投入自动的条件。 1炉主控站（即燃料主控站 FUEL MASTER ）：当下列情况出现时，切手动（1）MFT （2）主汽压力及其设定值偏差大（ 3）主汽压力高（ 4）主汽压力测量 BQ（ 5）汽压一级压力 BQ（ 6）汽包压力 BQ（7）A、B、C、D、E 给粉机控制站都在手动* 建议把送风机动叶控制站在手动、 两引风机控制站都在手动、 或给

24、水控制站都在手动作为 切手动信号。因为这些下级子系统是实现 CCS 的基础，只有它们投入自动后才能真正实现 CCS 方式。2锅炉主控站的指示CO 给粉机控制指令SP主汽压力设定值PV 主汽压力3汽机主控站 当出现下列信号时切手动（ 1） MFT（ 2）主汽压力与其设定值偏差大（ 3）主汽压力高（ 4）主汽压力坏质量（ 5） MW 信号 BQ（ 6） MW 与 LDC OUT 偏差大（ 7）汽机指令与实际负荷基准大偏差（ 8） DEH 不在遥控4汽机主控站的指示CO 汽机主控指令PV MWSP LDC OUT1机组主控站（ UNIT MASTER ） 机组主控站是负荷协调控制系统与自动发电控制系

25、统 AGC 之间的接口。该站投入自动 则意味着机组此时由电网调度直接控制负荷。 下列任一信号存在时，该站不能投入自动方式：a.汽机主控站不在自动b.锅炉主控站不在自动c.ADS （自动调度系统）信号故障d.ADS 系统不具备条件e.RD/RU/RBf.调度指令与从机组主控站上发出的指令偏差大g.机组负荷指令（ LDC OUT ）超过一定的值。当机组主控站投入自动后， 将发出一个信号给 AGC 系统，告知调度， 机组已经进入 AGC 方式。6机组主控站的指示PV 调度指令SP-运行人员对调度指令的修正值CO 从机组主控站输出的机组指令。运行过程中还应注意下面两个问题：1当汽机调门已达高限时（来自

26、 DEH ），或者汽机主控指令已达上限，或主汽压力比定值低得较多， 或给粉机指令已达上限或送风机指令已达上限， 或引风机指令已达上限， 则汽机 主控指令禁止增。 此时， 无论是手动指令还是自动指令都不会增加。 反之，对于达下限情形，无论是手动指令还是自动指令则禁止减。2当 LDC OUT 已达上限，或给粉机指令已达上限，或送风机指令已达上限，或引风机指 令已达上限，或给水泵指令已达上限，或汽机侧已禁止增，则禁止增加锅炉主控指令（即给 粉机指令）。反之，对于达下限情形，则禁止减。下面谈一下方式选择操作。在协调控制系统中，有下列主要操作：1各个站的投自动/切手动操作，包括机主控站（ TURBINE

27、 MASTER ）、炉主控站（即 燃料主控站 FUEL MASTER ）以及机组主控站（又称 ADS INTERFACE ）。2投 /切 DEB3 RD/RU功能的切投4 RB功能切投5频差是否插入6 选择是否在滑压/定压运行。以上操作一般是在 LDC 画面上进行的。 LDC 画面如图 13 9所示。在该画面上提供了下 ADS INTERFACE （即机组主控站） 、 TURBINE MASTER （即汽机 主控站）、 FUEL MASTER （即锅炉主控站） 操作面板画面； 还提供了 RU/RD 方式切投按钮、 RB 方式切投按钮、频率信号切投按钮、定、滑压方式选择按钮。此外，在该画面上还有

28、下 列主要参数显示：主蒸汽温度机组功率 主蒸汽压力 机组运行方式： BF、 TF、 CCS2.6 RB时，CCS对BMS的要求1 当 CCS 送出 RB 信号后， BMS 将切掉某些层的给粉机，以保证负荷能快速下降，现在 设计的情况是：（ 1）若原来有四层及以上煤粉在运行，且所有的给煤机都停（即制粉停，无三次风或三 次风中无粉），则发出指令跳 E层给粉机，6S后，跳D层。（2）若原来有三层及以上煤粉在运行，若又有给煤机在运行，则先发出指令跳 E层，6S后，若仍有三层及以上粉在运行，则 6S后跳D层。若在跳D后，仍有三层运行，则 6S后跳C层。总之，在RB后，跳粉的顺序是自上向下（E、D、C）。

29、跳完后，可保留三层或两层粉 运行，这取决于制粉系统的给煤机是否在运行。对于一次风机RB，又有其特殊性：若原有3层及以上运行，则先跳 E,若仍有3层及以上煤粉运行，2S后，则跳D，若 仍有三层在运行，则跳 C。也就是说，一次风机 RB时，最多只能保留两层煤粉运行。 2RUN BACK 时，切除煤粉是为了快速降负荷；但为了稳定燃烧，需投油枪。（1） RB 后，若有给煤机运行，最终只剩下 2 层粉，若这两层煤粉是相邻的（如 A、 B），这时将启动 DE 层油枪，顺序为 1、 3、 2、 4，时间间隔 15S。若剩下的两层不是相邻的，则发出指令启动 AB 层油枪（顺序也为 1、 3、 2、 4 ）。（ 2）对于无给煤机运行的情况（最终保留了三层粉） ，若原来有四层以上层粉运行，那么启动 AB 层油枪。