《华北电力大学600MW机组集控运行培训班 热控第二章 单元机组协调控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华北电力大学600MW机组集控运行培训班 热控第二章 单元机组协调控制系统（142页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第二章 协调控制系统,2.1 概 述 2.2 单元机组动态特性 2.3 间接能量平衡协调系统 2.4 直接能量平衡协调系统 2.5 自动发电控制 2.6 协调系统实例分析1 2.7 协调系统实例分析2,2,2-1 概 述,3,一、协调控制的基本概念从大系统理论出发，协调控制是一种解决大系统控制问题的基本策略。所谓大系统可理解为由若干相互关联子系统组成的复杂系统。应用大系统理论处理这类庞大而复杂系统控制问题的基本方法就是分解协调的方法。所谓分解就是把大系统化为若干子系统，以便进行分块的处理与控制，求得各子系统的局部最优解；而协调则是从系统的全局出发，合理地调整各子系统之间的关系，求得各子系统
2、之间的和谐与统一，进而得到整个大系统的最优解。,4,大系统中包含的各子系统之间，相互关联的结构有多种多样的形式。其中最为普遍的形式是一种递阶的结构。在这种递阶的结构中，各子系统处于不同级别的层次中，并具有不同的职能。,5,协调控制级上的协调控制器要对下一级中的若干个控制器进行协调。协调的过程是一个多目标决策的过程，也是一个全局优化的过程。,6,二、单元机组协调控制系统 单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。单元机组协
3、调控制系统的设计充分利用了机炉对象特性方面的特点，采用了前馈、补偿、多变量解耦等控制策略，使控制系统具有合理、可靠、易于维护调整等优点。建立在现代控制理论和方法基础上的单元机组协调控制系统也处于研究和发展之中。,7,单元机组协调控制系统框图,8,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燃料控制系统，风量控制系统，汽轮机功率/ 频率调节系统，以及直流锅炉的给水控制系统。单元机组主控系统产生指挥机炉控制器动作的锅炉指令和汽机指令。局部控制级的控制器执行主控系统发出的指令，完成指定的控制任务
4、。,协调控制主控系统结构框图,9,负荷管理中心结构图,10,单元机组协调控制系统简化框图,11,三、主要特点（1）系统结构先进。采用了递阶控制结构，在局部控制级的基础上引入了机炉协调级，把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制。控制器设计主要采用了前馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，并充分地利用了机炉动态特性方面的特点，克服系统内部耦合和非线性特性，获得优良的控制品质。同时，又保留了控制器结构简单，易于工程实现和参数整定，便于操作、维护等优点。并能直接接收电网自动调度系统指令，为实现电网级自动调度和协调控制奠定了基础。,12,（2）系统功能完善。除了在正常工况下的连续调节功能之外，系统还设计
5、有一整套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑，局部故障处理逻辑，运行方式切换逻辑，以及显示报警、监督管理等功能。系统可根据实际需要和设备状况，选择不同的运行方式，比如机跟炉、炉跟机、机炉协调方式；定压运行或滑压运行方式；固定功率输出或可调功率方式；调频或非调频方式等。适应不同运行工况对控制功能的要求。（3）系统可靠性高。通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如，当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实际功率指令的幅值和变化速率进行改变，并通过相应的联锁保护，报警显示等措施，保证机组在安全范围内运行，并维持最佳的工况。,13,2-2 单元机组动态特性,14,
6、一、单元机组的运行方式单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。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。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。,15,1、滑压运行方式单元机组在滑压运行方式下，保持主汽门和调节汽门全开。外界负荷需求变化时，通过调节锅炉的燃料、风量、给水以及相应的输入量，改变锅炉的蒸发量，进而改变汽轮机的进汽压力，在维持汽温为额定值的前提下，使进入汽轮机蒸汽的能量改变，使汽轮发电机组的输出功率适应外界负荷的需求。采取的办法是不
7、使汽轮机调节汽门处于全开的位置，而是留出一定的调节余地。当外界负荷需求变更时，首先通过调整汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，利用锅炉内部的蓄热能量，较快地适应外界负荷的需求。与此同时，调整进入锅炉的输入量，使燃烧率改变，与外界负荷需求达到新的平衡。调节汽门的调节余地也为机组参与电网一次调频创造了条件。,16,滑压运行方式具有以下主要特点:（1）汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节流损失降低。负荷越低，节流损失的降低越明显。另外，汽轮机的级效率也要比定压运行时高。例如某机组在50%负荷下，滑压运行级效率比定压运行时要高出15%左右。（2）在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，容易保持蒸汽温
8、度不变。可获得较高的循环效率。（3）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小。因为滑压运行时给水压力与机组负荷成正比，在相同的机组部分负荷条件下，给水泵出口压力比定压运行时要低得多。例如，某机组在50%负荷下，滑压运行时给水泵的功耗仅相当于定压运行时的55%。,17,（4）调峰停机后再启动快，降低了启动损耗。因为在低负荷下汽轮机的金属温度基本不变，若在机组最低负荷下打闸停机，可以在较高的金属温度下停机热备用，如重新热态启动，将大大缩短再启动时间，使启动损耗相应地降低。例如，一台600MW机组滑压停机8小时以后再启动，从锅炉点火到带额定负荷仅需35分钟。使机组的灵活调度能力大为增强。（5）负荷越低
9、，滑压运行的经济性越显著。其主要原因是在低负荷下滑压运行的调节阀节流损失比定压运行低得多。而在额定负荷下滑压运行的经济效益则不明显。因此，大容量单元机组参加电网调峰运行时，采用滑压运行方式是极为有利的。,18,2、定压运行方式定压运行方式的基本特征是机组负荷在任何稳定工况下，均保持主蒸汽压力和温度为额定值。定压运行机组的运行方式有机跟炉、炉跟机和机炉协调三种方式。需要强调的是，使汽轮机调节汽门具有一定调节余量的滑压运行方式已不是单纯的滑压运行，也可分为机跟炉、炉跟机和机炉协调方式。（1）机跟炉方式外界负荷需求变化时，首先改变锅炉负荷。当主蒸汽压力产生额定值偏差时，调整汽轮机调节汽门开度，维持汽
10、轮机机前压力恒定。这种方式简单地称为锅炉保持负荷、汽机保持压力的方式，也称为锅炉基本、汽机跟随方式。该运行方式下，机组对外界负荷响应较慢，但主蒸汽压力稳定性好。,19,（2）炉跟机方式外界负荷需求变化时，首先改变汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，使机组输出功率与外界负荷需求相适应。此时势必造成机前压力偏离额定值。锅炉依据机前压力偏差调整燃烧率和给水流量，消除主蒸汽压力偏差，达到新的能量平衡。这种方式称为汽机保持负荷、锅炉保持压力方式。也称为汽机基本、锅炉跟随方式。这种运行方式的特点是机组响应外界负荷的速度快，但机前压力的波动性大。（3）机炉协调方式当外界负荷需求变化时，同时改变机炉的负荷。既考
11、虑到机组响应外界负荷的快速性，又不致造成机前压力的过分波动，使机炉之间出现的能量不平衡程度尽可能小，时间尽可能短，这样的运行方式则称之为机炉协调运行方式。,20,3、联合运行方式综合以上滑压和定压两种运行方式的特点，不难发现在低负荷时滑压运行有利，在高负荷时定压运行方式具有其优越性。比如，可有效地利用锅炉蓄热，提高对外界负荷需求的响应速度。如果根据机组的不同负荷水平，在低负荷下采用滑压运行方式，在高负荷下采用定压运行方式，就构成联合运行方式。4、调频运行方式电网规模的扩大和对供电质量的更高要求，对大机组参加电网调频的要求愈来愈迫切。单元机组参加电网调频的方式分为一次调频和二次调频。一次调频是指
12、汽轮机电液调速系统根据电网频率的变化，自动地改变一部分负荷，以减小电网频率的波动。,21,一次调频特性示意图,22,二、直流锅炉的结构特点,随着锅炉朝着大容量高参数的方向发展，直流锅炉由于其自身的许多优点，而被日益广泛地采用。由于直流锅炉与汽包锅炉相比，存在着结构上的差异，使得在运行特性和控制特性上都有其自身的特点。1. 锅炉按水循环方式分类(1) 水循环过程锅炉的受热面，包括加热水的省煤器、使水汽化的蒸发受热面和加热蒸汽的过热器，一侧由烟气侧吸收热量，另一侧把热量传给给水或蒸汽。,23,不论哪种受热面，都应能随时把热量带走以保证受热面金属的正常工作，所以内部工质应不断流动。水在省煤器中和蒸汽
13、在过热器中均为单相工质，只是一次通过受热面。给水流经省煤器的阻力要由给水泵的压头来克服，故省煤器进口的压力高于蒸发面中的压力。过热器中蒸汽的流动阻力是由压力降来克服的，即在过热器进口和出口之间也有压力差。流经蒸发受热面的工质为水和汽的混合物。,(2) 锅炉分类汽水混合物可能一次或多次流经蒸发受热面，对于结构不同的锅炉，推动汽水混合物流动的方式也不一样，按此可把锅炉分为几种类型：自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉。,24,图. 蒸汽锅炉蒸发部分的几种类型 （a）自然循环；（b）多次强制循环；（c）直流式 1给水泵；2省煤器；3汽包；4下降管；5联箱；6蒸发管；7过热器；8强制循环泵,25,1）
14、自然循环锅炉和多次强制循环锅炉共同特点是都有汽包。汽包将省煤器、蒸发部分和过热器分隔开，并使蒸发部分形成密闭的循环回路。汽包内的大容积能保证汽和水的良好分离。但是汽包锅炉只适用于临界压力以下的工作压力。2）直流锅炉如图（C），直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率等于1。直流锅炉的另一特点是：在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行程的流动阻力均由给水泵来克服。直流锅炉既可用于临界压力以下，也可设计为超临界压力。,26,3）复合循环锅炉在自然循环和多次强制循环锅炉中，水要多次流经蒸发部分才能完全转变为蒸汽；在直流锅炉中，水只一
15、次通过蒸发部分就全部汽化。所谓复合循环锅炉是在一台锅炉上具有这两种循环方式的锅炉。,图. 复合循环系统 l-8一同图5-1；9一混合器；10一止回阀；11一汽水分离器；12一调节阀,27,图（a）为亚临界压力低负荷再循环系统，锅炉在低负荷时由蒸发部分流入分离器的为湿蒸汽，经分离后蒸汽流入过热器，而水则由循环泵送回到省煤器进口，这时流经蒸发部分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于1。高负荷时由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停用，锅炉按纯直流方式工作。图（b）示出超临界压力下的复合循环系统，它不用汽水分离器，只是在低负荷时开启调节阀12使较多的工质流经蒸发部分；但在高负荷时关闭调节阀
16、，锅炉按纯直流方式工作。不论在低负荷或高负荷时再循环泵均在工作。,28,2. 直流炉的结构,左图为直流锅炉汽水流程布置图。一次工质在给水泵压力作用下，经省煤器加热后，进入下辐射区蒸发为湿蒸汽，再经对流过渡区、上辐射区和对流过热区加热成过热蒸汽，送至汽轮机。可见，直流锅炉是由各受热面及连接这些受热面的的管道组成。其汽水流程中没有汽包和锅内小循环回路。,图. 直流锅炉简图 l省煤器；2下辐射区；3对流过渡区；4上辐射区；5对流过热区；6 空气预热器,29,直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子并联，然后用联箱连接串联而成。在给水泵的压头作用下，工质顺序一次通过加热、蒸发和过热受热面。进口工质为水，
17、出口工质为过热蒸汽。由于没有汽包，所以在加热和蒸发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面之间都没有固定的分界线。,图. 直流锅炉工作原理,焓；,压力；,比容；,温度；,30,3. 结构特点上图示出沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化：加热区和过热区中的参数变化同自然循环锅炉相同；在蒸发区中由于流动阻力，压力有所降低，相应的饱和温度也有所下降。（1）应有高品质的给水：进入锅炉的给水全部变为蒸汽，给水所含的盐分除少量溶于蒸汽而被带出外，其余杂质均将沉积在受热管内壁上。（2）节约钢材：采用小管径而且不用汽包，就可大量节约钢材。一般直流锅炉大约可节约2030的钢材。（3）因强制工质流动，蒸发部分的管子允许有多种布置方式不必象自然循环锅炉那样要用立置的蒸发管。但蒸发段的最后部分受热面应安置在热负荷较为温和的地区。,
