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1、单元机组协调控制系统 第一节 概述 发电机组控制 有功功率和无功功率的调节 有功功率: 通过调汽机的进汽量（改变发电 机功率角）调节有功功率。(机组提供的 有功功率小于负荷时，系统频率下降。) 无功功率: 通过调节励磁电流达到无功功率 的平衡。(机组提供的无功功率小于无功 功率负荷时，电压下降。) 一 、单元机组控制问题 单元机组的输出电功率（有功功率）与电 网负荷要求是否一致反映了机组与外部电 网之间能量供求的平衡关系，而主蒸汽压 力反映了单元机组内的锅炉与汽轮机、发 电机之间能量供求的平衡关系。 机组的输出电功率PE和主蒸汽压力pT是 单元机组控制的两个主要参数。 二、 单元机组协调控制系
2、统基本组成 协 调 控 制 级 基 础 控 制 级 机炉主控制器 给 水 空 气 燃 料 锅炉汽轮机、发电机 锅炉控制系统汽轮机控制系统 主蒸汽压力给定值po 负荷指令处理回路 ADS指令值班员指令 外部负荷指令 电网频率 主蒸汽压力pT 实际负荷指令P0 机组输出电功率PE 图131 单元机组协调控制系统的组成 单 元 机 组 负荷控制系统 子控制系统 进 汽 量 锅炉指令BD 汽轮机指令TD AGC（Automatic Generation Control） 电网能量管理系统 Energy Manage System (EMS) 远程终端单元 Remote Terminal Unit RT
3、U 协调控制系统 Coordinate Control System （CCS） RTUDCS 电网 通信 AGC几种方案 三、机组负荷控制系统被控对象动态特性 + + B T + + GNT(s) GPT(s) GNB(s) GPB(s) PE pT 汽轮机控制系统 锅炉控制系统 TD BD 图132 负荷被控对象方框图 GNT(s)汽轮机调门开度T对机组输出电功率PE的传递函数 GPT(s) 汽轮机调门开度T对主蒸汽压力pT 的传递函数 GNB(s) 燃烧率B对机组输出电功率PE的传递函数 GPB(s) 燃烧率B对主蒸汽压力pT的传递函数 单元机组 1. 单元机组的动态特性 图133 单元
4、机组被控对象动态特性 T T B t t t pT t PE （a） B t T t B t pT pT t PE （b） 机前压力维持不变条件下，测的利用燃料调负荷 2. 负荷控制系统被控对象动态特性 对于锅炉侧，由于各控制系统的动态过程相对 于锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，因此可 假设它们配合协调，能及时跟随锅炉指令BD， 接近理想随动系统特性，故有B=BD。 对于汽轮机侧，如果汽轮机控制系统采用纯液 压调速系统，则汽轮机指令TD就是调门开度T ，TTD。这样，负荷控制系统的广义被控对 象的动态特性与单元机组的动态特性相同。 如果汽轮机控制系统采用功频电液控制系统， 则汽轮机指令TD就是
5、汽轮机功率指令。这样， 广义被控对象的动态特性会有很大改变。 + + B T + GNT(s) GPT(s) GNB(s) GPB(s) PE pT GT(s) 锅炉控制系统 TD BD 图134 汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象方框图 GT(s)功频调节器；nT汽轮机转速；n0转速给定值；n转速不等率 _ + 1/n + + n0 nT + BD TD t t t pT t PE 图135 汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象动态特性 （a） B t T t t pT pT t PE （b） TD BD 第二节 负荷指令处理回路 负荷指令处理回路的主要作用是：对外部 负荷要求指令
6、进行选择并根据机组运行情 况进行处理，使之转变为一个适合于机、 炉运行状态的实际负荷指令P0。同时根据 机组的运行方式，产生主蒸汽压力给定值 po。 一、正常工况下负荷指令处理 在机组的设备及主要参数都正常的情 况下，机组通常接受的三个外部负荷指令 为：电网调度所的负荷分配指令ADS、值 班员手动指令（就地负荷指令）和电网调 频所需负荷指令。 正常工况下，负荷指令一般受到以下限制： 负荷指令变化速率限制 运行人员所设定的最大、最小负荷限制 图136 正常工况下负荷指令处理原则性方案 输 出 Y Ps 0% 速率限制 回路 中调指令 电网频率 就地指令 f 变化率限制值 f0频率给定值 ADS
7、a f 最小负荷Pmin 最大负荷Pmax f(x) A f A A P0实际负荷指令 A 变化率限制值 MW/min 1 k N 0 输出输 入1 速率限制回路原理图 （a） （b） T3 T 1 T4 输出等于输 入1 输 入 Y T2 为了安全和稳态运行，幅度在3负荷 死区0.033HZ(2r/min) 二、异常工况下的负荷指令处理 当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影 响到机组的带负荷能力或危及机组的安全运行时 ，就要对机组的实际负荷指令进行必要的处理， 以防止局部故障扩大到机组其他处，以保证机组 能够继续安全、稳定地运行。 单元机组的主机、主要辅机或设备的故障原因有两类： 第一类
8、为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来 源是明确的，可根据切投状况加以确定。 第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，无法直接确 定，只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定。 对机组实际负荷指令的处理方法有四种：负 荷返回（Run Back ，RB）；快速负荷切断 (Fast Cut Back，FCB，快速甩负荷)；负荷 闭锁增/减(Block Increase/ Block Decrease ，BI/BD) 和负荷迫升/迫降 (Run Up/ Run Down，RU/RD)。其中，负荷返回RB和快速 负荷切断FCB是处理第一类故障的，负荷闭 锁增减BI/BD和负荷迫升迫降RU/RD是
9、处理第二类故障的。 1负荷返回RB 又称辅机故障减负荷或甩负荷，其主要 作用是：根据主要辅机的切投状况，计算 出机组的最大可能出力值。若实际负荷指 令大于最大可能出力值，则发生负荷返回 ，将实际负荷指令降至最大可能出力值， 同时规定机组的负荷返回速率。 因此，负荷返回回路具有两个主要功 能：计算机组的最大可能出力值；规定机 组的负荷返回速率。 （1）最大可能出力值的计算 当锅炉和汽轮发电机组运行正常时，机组的 最大可能出力值与主要辅机的切投状况直接有 关，主要辅机跳闸或切除，最大可能出力值就 会减小。因此机组的最大可能出力由投入运行 的主要辅机的台数确定。应随时计算最大可能 出力值，并将它作为
10、机组实际负荷指令的上限 。 机组的主要辅机设备有风机（送、引风机） 、给水泵（电动、汽动给水泵）、锅炉循环水 泵，空气预热器以及汽轮机或电气侧设备等。 因此，负荷返回RB的主要类型包括送风机RB、 引风机RB、一次风机RB、给水泵RB、磨煤机 RB等。 对于某一台辅机，都有一个对应机组容 量的负荷百分数。根据共同运行的台数， 将它们的负荷百分数相加，即可确定该种 辅机所能承担的最大可能出力。 例如，一台锅炉配用两台容量百分数为50%的 送风机，两台同时运行时，带100%负荷。若其 中一台退出运行，则由送风机决定的机组最大 可能出力值就减小到50%。又如，配用五台容 量百分数为25%的磨煤机，由
11、磨煤机决定的机 组最大可能出力值为n25%，其中n为投人运行 的台数。当n4时，最大可能出力值为100。 再如，若配用三台给水泵，其中两台容量百分 数为50，一台为30，则根据不同投运台数 的组合，由给水泵决定的机组最大可能出力值 有100、80、30几档，其他辅机以此类推 。 从各种辅机负荷百分数中选出最小值，就是 机组的最大可能出力值。 FSSS（furnace safeguard supervisory system ）系统根据RB目标值将部分磨煤机切除，保留 与机组负荷相适应的磨煤机台数。送风机（或 引风机、一次风机）RB发生时，一般需要切掉 对应侧的其他风机，以保证炉膛负压稳定。若
12、风机的执行机构动作及时，也可以将对应侧的 其他风机快关，以保证机组辅机RB发生之后能 够快速恢复正常调节。 当发生负荷返回时，会自动切换机组的运行 方式。若锅炉辅机发生跳闸而产生负荷返回， 则机组将以汽轮机跟随方式运行，这时因为此 时锅炉担负机组负荷能力受到限制。同理，若 汽轮机辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机组 将以锅炉跟随方式运行。 （2）负荷返回速率的规定 当机组的主要辅机跳闸或切除时，最 大出力阶跃下降，这对于机组来说是一个 较大的冲击，为保证负荷返回过程中机组 能安全、稳定地继续运行，所以必须对最 大可能出力值的变化速率进行限制。 0 T T f(x) A 送风机A运行 T T A
13、送风机B运行 f(x) 引风机A运行 引风机B运行 T T A f(x) 空气预热器A运行 空气预热器B运行 T T A f(x) 汽泵A转数2kr/min 同时汽泵A出口门开 汽泵B转数2kr/min 同时汽泵B出口门开 TA 电泵运行 RB 目标值（MW ） T T A f(x) 一次风机A运行 一次风机B运行 RB 返回速率（MW/min ） 图137 负荷返回回路 2负荷快速切断FCB 负荷快速切断FCB（又称快速甩负荷）的作用 是当机组突然与电网解列（送电负荷跳闸）， 或发电机、汽轮机跳闸时，快速切断负荷指令 ，实现机组快速甩负荷。 主机跳闸的负荷快速切断通常考虑两种情况： 一种是送
14、电负荷跳闸，机组仍维持厂用电运行，即不停 机不停炉； 另一种是发电机跳闸、汽轮机跳闸，由旁路系统维持锅 炉继续运行，即停机不停炉。负荷指令应快速切到0（ 锅炉仍维持最小负荷运行）。 负荷快速切断回路的功能与实现和负荷返回回路相似 ，只不过减负荷的速率要大得多。 3负荷闭锁增/减BI/BD 第二类故障会造成诸如燃料量、空气量、给水流量等 运行参数的偏差增大。 负荷闭锁增减指的是，当机组在运行过程中，如果 出现下述任一种情况： （1）任一主要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工 作在最大极限状态； （2）燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给 定值的偏差已超出规定限值。 认为设备工作异常，出
15、现故障。该回路就对实际负 荷指令加以限制，即不让机组实际负荷指令朝着超越工 作极限或扩大偏差的方向进一步变化，以防止事故的发 生，直至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓 的负荷指令闭锁或负荷闭锁。负荷指令闭锁分闭锁增BI （实际负荷指令上升方向被闭锁）和闭锁减BD（实际负 荷指令下降方向被闭锁）。 引起机组实际负荷指令闭锁的原因主要有： （1）闭锁增BI 1） 负荷BI：机组实际负荷指令达到运行人员手动设定的最 大负荷限制值，或机组输出电功率小于机组实际负荷指令 ，且二者偏差大于允许值； 2） 主蒸汽压力BI：汽轮机负荷达到最大值，或在锅炉跟随 方式下，机前主蒸汽压力小于给定值，且二者偏
16、差大于允 许值； 3） 燃料BI：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状 态），或燃料量小于燃料指令，且二者偏差大于允许值； 4） 给水泵BI：给水泵输出指令达到高限，或给水量小于给 水指令，且二者偏差大于允许值； 5） 送风机BI：送风机输出指令达到高限，或风量小于风量 指令，且二者偏差大于允许值； 6） 引风机BI：引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于 给定值，且二者偏差大于允许值； 7） 一次风机BI：一次风机输出指令达到高限，或一次风压 小于给定值，且二者偏差大于允许值。 实际负荷指令为最大负荷限制值 BI 图138 负荷闭锁增 BI逻辑图 输出电功率小于实际负荷指令一定限值 汽机负荷达到最大 锅炉跟随方式 主蒸汽压力小于给定值一定限值 燃料指令达到高限 燃料量小于燃料指令一定限值 给水泵输出指令达到高限 给水
