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1、、尹沪,?产、?产 、?护,?洲,、 ?沪、?尹 、?自 动控 制?协调 控 制系统上海发电设备研究所郑爬上海阂行发电厂曹在基摘要本文阐述国内第一 个?直接能量 平衡协调拉制系统的设计思 想与拉制机理,介绍 了?系统具有的优 于 国内外其他协调控制系统的特点。该 系统从? ?年 ? ?月起,已在上海闰行电厂 ? ?机组上连续安全运行超过两年,技术经济效益显著。主 题 词?火电机组? ?协调控 制 系统一、概况二、总体设计考虑阂行发电厂? ?机组的?协调控制系统?下称? ? ?,系上海发电设备成套设计研究所于? ?年设计、? ?年?月安装,并由电厂与研究所共同调试成功。?年? ? 月,该系统在燃
2、煤?一? ?负荷范围内,正式投入运行。? ?年,该系统在上 海市电力局年度热工 监督竞赛中,行业评比优胜。?年?月,又通过了与华东电 网总调?系统的现场接口试验与保护考核。? ?年? ? 月,通过 了机械电子部装备一 司委 托?一?电工技术委员会 自动化及计算机应用专业委员会?主持的技术鉴定,对该?系统的成功给予充分的肯定与很高的评 价。该? ? ?系统硬件主要采用上海福克斯波罗公司的? 一? ?组装仪 表,软件设计主要采用了?公 司? ?直接能量平衡的控制思 想,系统设计吸收了美国福克斯波罗 公 司? ?一?的组态技巧,并结合国情创新开发。整个?具有完善的连续调节、逻辑控制、联锁保护与监控管
3、理系统。功能先进、安全可靠、简单实用是该系统的主要特点。?一?锅 炉一汽轮机 机组是? ? ?的控 制对象该协调控制系统的设计,系从调节、联锁、保护、报警以及监控管理上,将机炉作为一个整体进行控制? ? ?可接受电网总调的? ? 信号,在燃煤? ? ?负荷范围里,以?分变化率?受机组寿命限制?参与调峰,承担夜间低负荷运行。?锅炉、汽机直接能量平衡控制,机前压力运行稳定。?锅炉燃料、送风、引风、给水各子 回路控制动作的协调。?机组出力要求与主辅机设备实际能力的协调,系统设有方向闭锁等实时能力识别限幅功能。?控制系统具有多种运行方式锅炉汽机控制系统的组合,可供运行人员切换选择。?二?直接能盆平衡是
4、? ? ?的控 制思想机组控制既要满足具有快速的负荷响应能力,又要确保机 组运行的稳定,特别是考虑到机组要 参加电网白动调度 的控制,设计开发了独特的?协调控制系统? ?机组功率 由汽机控制。?以能量平衡信号作为 锅炉侧的负荷前馈指 令,以热量信号 作其反馈,直接按汽机的能量 需要来控制锅炉的输入。系统无机前压力的 闭环校正,这是八 十年代初美国新推 出的第三代? ?控制的设计思想。?以锅炉 各子回路 的实际能力,对汽机进 行方 向闭 锁限制,并可 进 一 步? ? ? ? ?机组指令。使在锅炉某个回路能力受限制 时,协调锅炉各个输入间的平衡以及机、炉间的能量 平衡。三、? ?直接 能量平衡控
5、制原理阂行电厂?时?机组? ? ?的设计,吸取了美国? ?公司? ?一?协调控制系统的设计思想,控制构思与采 用?一?集散控制系统的?一相?也相同。?公 司对?协调控制,提出有著名的公式为?一”“尸一妥三 犷?其系统原 理可参阅图?。工勺苏指令一级压力八汽包压力乃锅锅锅锅锅锅锅锅锅锅妒妒汽汽机控制系统统统姗烧控制系统统?州? 汀? 居万?尸, ” 图, ?一云协调并制方案图?中机组功率由汽机控制,一级 压力尸、作反馈。?正比于汽机进口蒸汽流量,即正比 于机组功率。?对 汽机调节阀开度肠?扰动反映快,且 不受调节阀的非线性与调节系统的死区影响,以尸?作反馈可以正确控制机组功率。以尸?为反馈的控制
6、,在不少汽机制造 厂的?或? ?系统多已采用。电调系统中,一般都有刁?、?、尸?等信号,? ? 协调控制系统的功率控制,并不取消汽机的调 速系统作用,因为调 速器本身固有一 次调频功能。? ?系统机炉的控制协调系 通过压力比? ? 劲,系统“以?枷 会?“指令的“锅炉跟踪”控制方式。因此,也便于同任何汽机控制系统接口。本文阐述的阂行电厂? ?机组?如图?所示,现与液压调节系统接口,? ?的输出通过调整加?减脉冲的占空比,经 固态继 电器控制同步器马达的正?反转,与上述?“名一对公式不咸汽机控制 系统无尸?反馈。机炉 间的能量平衡,以机前压力?的稳定为标志,当尸?维持在给定值凡时,就意味着机、炉
7、间达静态 平衡。一般的控制系统,都设有机前压 力控制器,以其输出作为锅炉指路,以能量平衡信号?朵为前馈指令、热量信号?尸?黝为 反馈的锅炉燃料调节器,本身就固有保持机前压力?,为 给定值的能力。?一?能量平衡信 号 令去控制锅炉的输入?燃料、送风 ?,炉侧均为串级压力调节系统。而? ?系锅了?尸,、?二?统气“才少称能 量平衡信号伽? ?的独特设计,取消了世界上其他 所有公 司? ?系统都必须具有的机前压力闭环校正回? ? ?,其中?汽机一级压力?机前压力一级压力汽包压力口口口材材求功卒与机组组 实实际能力协汗汗功功率率拐拐拐拐拐拐拐拐拐拐拐护护 汽汽机机机姗料控钊系统统浓浓压控制系统统统统统
8、统统统统统图?闰行 电厂机组 协调控制 系统原理 图凡机前压力,凡机前压力定值。?尸?、?、?“?、,、? 压力比?斋?线性代表了汽机的有效阀?月?夕?一”?“曰子门?,位,能灵敏反映阀位的细微变化,提供了实际调节阀开度的精确测量。由于机组的输出功率,亦即汽机的能量输入,既正 比于调节阀开尸,?二。 度拼,二矛,又正比于机前压 力凡。所以,等伏尸了 尸?一“甘,“ 月?尹子 一里,“川一,”?、?,?,?, ?二、二?、?、?二 压运行时,机组功率的变化即由阀位寻变化一一”“?一“?“”? 囚,凡人“而反映,而滑压运行,机组功率的改变则由改变机前压力尸?进行控制,考虑到不同的设?、 、二?二?
9、二尸?、 定压力对该前馈指令的影响,取戈凡式?为适用于任何等压或滑压运行的能量平衡信号。它代表了预期的汽机能量输入,? ?系统即以该信号作为响应汽机能量需求来调节锅 炉燃料、送风输入的指令。阂 电? ?机 组? ?系 统投 运 中实测 的? ?髯信号,完全与机组 功率准 确 线性对能量 平衡信号的特点有?、?,?,?、。?,? ?,?一认】正确反映汽机对 锅炉、几?”一 ?袱一“?一、,币的能量需求。且只反映外扰?汽机调 节 阀开度变化?,而不受 锅 炉侧内扰?燃料变化?的影响。不象其他可能被取作负荷前馈的信号,如蒸汽流量 或一级 压力,在锅炉侧扰动时有“正反馈”作用。燃料扰动对 锅炉 输出
10、的 影响,尸?与几均以同一百分比变化,因而 压力比耸不 受 影响。对外扰“内扰下 压 “比的动态 规律如图?所示。? 入?、,?,、?、,? ? ?尸。?韶 】代表汽机对锅炉的能量、“、一”尸,夕“?“” “?,一需求,协调 机炉间的能量平衡,能适用于所有的运 行工况?川?一一、二开卜?一丹月? ?份心图?压力比与热量信号的动态规律等压运行或滑压运行、正常运行或汽机负荷受 限制时,汽机 处?几自动控制或手动操作、汽机控制为液压调节或数 字 电调、汽 机调 节系统 响应 为线性 抑或有非线性,都能使锅炉输入匹配汽机需求。因为汽机对锅炉的能量需求,系来 自汽机调节阀动作结果的蒸汽参数测 最,所以,
11、锅炉控制可以完全与汽机控制相容,? ?系统便于同任何汽机控制系统接口。?压力比代表的是汽机实际调 节阀开度,而非要求的开度,后者由于油动机、调门的死区、非线性或其他变异,往往不同于前者。?二?热盆信号对锅炉燃料量或输入能量的测量,传统上采用的二种方式都有局 限性?直接测量燃料量,对燃气是成功的,燃油控制亦好,但对燃煤锅炉就不甚合适。给煤机转速或者给煤率虽 可反映煤量,但用作控制系统的反馈,受到制粉系统延迟的影响,亦受煤质变化的干扰,必需进行动态校正与? ?校正。推理方法来度量锅 炉输入的燃料量,如测量锅炉的输出一蒸汽流量、一级压力或发电机功率,存在的问题是仅对稳定工况,所测得的锅炉输出才等于锅
12、炉的能量输入。汽包锅炉的?控制系统,对锅炉燃料量 或输入能量,不论是 中间粉仓系统还是直吹式制粉系统,都采用了热量信号? ?一?一一二?、? ?汗? ? ? ? 进行测量。热量信号?牛 碧?中, 、二?“一,二, ?协”?“、里曰?、一几”?产”几为一级 压力,反映了锅 炉的能量输出,尸?、硬刀?,?,J_.为汽包压力,其变化率瑞反映了锅炉蓄能的动态变化。热量信号提供了一个稳定工况与动态工况都合用的燃煤量的工 程测量 方法。热量信号在国内带中间粉仓制粉系统的汽包 锅炉控制上早有广泛使用,对直吹式制粉系统汽包锅炉参与调峰的控制系统,用作燃料量 反馈也是简单可行的。热量信号 (尸1、尝)的特点:(
13、 1 )热量信号度 量了锅炉总 的能量输入,计及全部燃用燃料(煤、油 )总的炉内放热,而不管这些燃料分别是否能有计量。(2)热量信号识别燃料热值、水份、灰份等煤质以及燃 烧工 况变化 的影 响,且响应快。任何燃料输入扰动,无 须待燃烧率指令受影响变化,系统即可予以迅 速消除,这也防止了风 量受影响而波动。( 3 )热量信号 测量锅炉的能量输入,考虑到锅炉的蓄能,因而既适 用于静态,也适用于动态。负荷变化过程,控制系统亦能很好保持风/煤配合,炉膛负压、空气过 剩 系数与汽温波动最小。(4)用作燃料控制系统的反馈,热量信号 只反映锅炉的内扰(燃料变化),而不反映外扰(调节阀开度变化,参阅图3)。所
14、以,对汽 包压力微 分信号 的整定,亦即以外扰时热量信号不变为原则。(三)机炉平 衡如 图2所示 的燃料调 节 系统,P I调 节器入口的燃料量偏差为:压力 调节器的作用,固有保持机前压力等于其给定值的能力,无需另外再加压力 闭环 校正回路,从而 也就消除了带压 力校 正的串级调 节系 统引起的 缺点,使系 统最为 简单。动态过程中的华“L具有防止P,过调,使过程稳定的作用。当压力变化偏离给定值时,燃料调节器输入偏差尸,J尸。=ep一正厂一一一犷甲的一I T“L项,与压必次尸,刀漏差坝尸,万乙的变化 万问相同,加速 燃料l r调节。而 当压 力变化趋近于给 定值时,一项与:,李项变化反 向,提
15、供了过 私,阻为J一“PT一 乃一以 勺l甲一卜“有助于变负荷过程的稳定。(四)锅 炉主辅机 能 力受 限制工况的机 炉平衡正常运行工况,机炉间的能量平衡,由些d t忌。,一(“二尸lx会)一小+争)二epX尸s一 P二护尸Tdt尸ld PP,去式 中,e,=p。一尸:为机前 压力偏差。对 静态工 况,右些曰dte r=e,X尸1 万。燃料调节器的积 分控制 动作,总要消除其输入偏差,使e,二0。由P._、二. _一_ ._、_._、_于下:为汽机调币阀升度工TP,才不 可能为零这样必 须使得e,一 O,即尸,二 尸、。所以D E B系统的锅炉燃料调 节器,实际上就具有p二调节锅炉以P s式为指令跟踪 汽机需求来达到。异常工 况,当机 组(主要是 锅炉 燃料、送风、给水等子 回路)设备能力受限制 时,如图2所示,与图I L W。:+ W一 z环。 l只yW,W,。Y,=一甲井一云万, 火 Y,l+卜 卜2 2岭。拐炉也烧 率机 曲
