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1、All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC1超临界大型机组的控制特点及对策超临界大型机组的控制特点及对策All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC2一超临界参数大型机组控制工程的基本特点一超临界参数大型机组控制工程的基本特点二快速协调控制的基本方法二快速协调控制的基本方法三闭环控制中的重要概念三闭环控制中的重要概念四四AGCAGC及协调控制在及协调控制在HIACSHIACS系统中的实现方法系统中的实现方法五五. HIACS. HIACS5000M5000M系统的实时性对策
2、系统的实时性对策目目 录录All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC3一超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点：一超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点： 1. 对象特点：- 输入/输出工艺变量多。- 动态过程快：由于没有汽包环节，作功工质占汽水循环总工质的比 例增大，动态过程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。- 主汽压参数上升（246Kg/cm2），工作介质刚性提高，动态过程加快， 同样需要更快的控制作用及更快的控制周期。 - 数学模型不精确。 2. 机组控制系统(DCS)面临的主要问题 - DCS系统的实时性更好：
3、 快速的I/O处理； 快速的CPU处理； 更短的控制周期； - 快速控制、快速保护 - 汽机锅炉发电机总体优化的快速控制策略 - 快速响应负荷需求 - 总体协调 - 高可靠性All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC4二快速协调控制的基本方法二快速协调控制的基本方法 1. 对控制策略的基本要求 - 具有成功地投运经验 - 对数学模型的精度要求不高 - 对负荷需求指令，有快速的响应 - 能够实现炉机电之间的稳态、动态功率平衡 2. 四种机组运行方式 - 协调方式 - 锅炉跟踪汽机的工作方式 - 汽机跟踪锅炉的工作方式 - 锅炉、汽机手
4、动状态方式 3. 二类基本控制策略 - 采用P1信号的控制策略 - 日立公司的控制策略All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC5P1/PT:代表了调节门开度 P1/PT.PTS:代表了蒸汽流量 =P1/P Y=P11+K( PTS-PT) (F算法)当K=1/PT时Y=P11+1/ PT(PTS-PT)T*PTS (L-N算法) 以P基本思想：1作为Boiler 功率需求信号， 协调B-T侧的能量平衡。采用汽机调节级压力采用汽机调节级压力P1信号的协调控制策略信号的协调控制策略All rights reserved, copyri
5、ght(C) 2001, BHC, Ltd.BHC6日立公司超临界、直流炉的协调控制思想日立公司超临界、直流炉的协调控制思想All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC7三三. .闭环控制工程中的几个重要概念闭环控制工程中的几个重要概念1.可控性（controllability）、快速性和控制周期。现代控制理论中，可控性是个最基本的概念。在实际工程中，非常有意义的有两点： - 不可观测的变量及工艺过程是不可控制的； - 在一定意义下可控性等价于控制的快速性： - 控制的快速性越好，可控性越好。 - 控制周期实质上是不可控环节，控制周期
6、越短越好，当然为此要付出经济代价。一般说来，以受控工艺时间常数T为准则，控制周期TO以不大于T/10为好。All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC8 例如：汽机转子运动方程、时间常数分析及DEH控制周期的要求：汽机转子运动方程：其中： I：汽机转子的转动惯量； ：转子角速度； Mh：蒸汽主动力矩； Me：电负荷力矩； Mf：摩擦力矩；对应减速状态；时；00dtdMdtdMh(1)MMeMdtdIf-=hAll rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC9-蒸汽主动力矩（Mt）)
7、()(1)(20秒量纲：SMKSMSKMIggH=w)4()3(00000HaaHThHMITTMIdtMdIMdtdIawwwww=）（米公斤2)(13. 100=imnHGMh其中： n：转速；同样的蒸汽流量，低转速下产生的蒸汽力矩M 高，高转速下，产生的蒸汽力矩 低。M因此，这是一类自平衡系统。- 全飞升时间 （Ta）的物理意义：定义：若M =M =0 时，在额定蒸汽力矩 （M）的条件下，汽机转速从零上升到额定值0时所需要的时间。此时（1）转化为：G ：蒸汽流量；0：焓降；im H0HfehhAll rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd
8、.BHC10经验数值：200MW： Ta78秒300MW： Ta67秒600MW： Ta56秒日立日立DEHDEH控制周期的确定：控制周期的确定： 这是一个理论上的极限数值，实际上是不可能达到的。因此，日立公司HIACS系统DEH的设定值为5060ms。为600MW机组全飞升时间Ta的1/100。这一数据是有理论依据的。All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC112.串级调节系统中的工作周期概念串级反馈系统中，工作周期是个重要的物理概念。控制系统测点及执行器的位置设计时，直接影响工作周期，因此，应遵守如下准则： - 副环路工作周期
9、 尽可能地短； - 主环路工作周期 ，此时，对主环路而言副环路可以简化为一个比例环节。主、副环路本质上解耦，可以分别镇定、分别调试，系统工作稳定，调试方便。反之系统工作不稳定，调试困难。3. 小偏差调节状态从数学模型分析，电站工艺过程与其它工艺过程相同，必然是个非线性过程。线性仅是在某稳态工作点X 邻域内的性质。当系统负荷大范围变化时，要使调节过程符合线性化性质，控制系统必需处在小偏差工作状态，这样才能得到正确的模型预测及好的调节品质。1120All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC12MWDMSPMSP调节器汽机调节给水调节燃料
10、调节通风调节FG1FG2FG3其它系统稳态前馈及小偏差调节方式给水指令=锅炉输入主指令All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC13四四 AGC AGC及协调控制在及协调控制在HIACSHIACS系统中的实现方法系统中的实现方法 A.协调控制的功能：- 接受中调或操作员指令；- 产生控制系统可以接受的负荷指令；- 平衡汽机和锅炉侧的稳态、动态响应；- 各种运行方式的合理切换；- 参与电网调频的功能；- 加快机组对负荷的响应；- 辅机故障状态下的减负荷控制；All rights reserved, copyright(C) 2001,
11、 BHC, Ltd.BHC14B.HIACS系统协调控制： 图1：单元主控框图All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC15AGC装置DCS系统 AGC-DCS之间的信号连接All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC16 C. 锅炉动态加速信号（BIR）生成回路目 的：加速锅炉对负荷指令的响应速度；功 能：变负荷时具有强化微分环节的作 用，稳态负荷下，不发生作用； 指令种类： - 燃料BIR； - 通风BIR； - 给水BIR； - 减温喷水BIR等；All rights
12、 reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC17BIRBIR信号的设计思想信号的设计思想All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC18BIR生成程序框图All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC19五五. HIACS. HIACS5000M5000M系统的实时性对策系统的实时性对策HIACSHIACS控制器（控制器（R600CR600C）快速性设计：）快速性设计：1 1。高速并行。高速并行I/OI/O总线结构总线结构高速并行总线结构
13、速率100Mbps并行总线扩展最多扩展七个机箱CPUCPU模模件件I/OI/O模模件件总总线线扩扩展展板板I/OI/O模模件件总总线线扩扩展展板板CPUCPU模模件件All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC202 2。提高。提高CPUCPU处理速度处理速度采用采用RISCRISC芯片芯片主频主频160160MHzMHz，相当于一般芯片相当于一般芯片500500MHzMHz以上以上3 3。提高软件管理效率：。提高软件管理效率：采用专用高效实时管理软件（采用专用高效实时管理软件（PMSPMS）处理效率高，实时性好处理效率高，实时性好内
14、存效率高，不产生任何内存垃圾内存效率高，不产生任何内存垃圾All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC21HISEC-04M/CX/R600C控制器特征控制器特征型型 号号R-600CR-600C处理器处理器32 bit RISC32 bit RISC内存内存16MB16MBROMROM512KB512KB网络连接网络连接-100-100时钟时钟100MHZ100MHZ控制周期控制周期2020、5050、100100、200200、250250、500ms500ms冗余方式冗余方式热运行备份方式热运行备份方式最小设定最小设定间隔间隔1
15、0ms10msAll rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC22望亭望亭14# CTL14# CTL负荷实测结果负荷实测结果NO.NO.CTLCTL控制运算周期控制运算周期(ms)(ms)实测负荷率（实测负荷率（r1r1）1 1MCS1MCS12002002 23 34 45 56 67 78 8MCS2MCS2100100MCS3MCS32002001001002002002002001001002002009 910010010102002001111BMS&MILL1BMS&MILL1BMS&MILL2BMS&MILL2SCS1S
16、CS1SCS2SCS2SCS3SCS3SCS4SCS4SCS5SCS5DASDAS2002001212FSSFSS20020010.2310.2310.1810.1812.3212.3211.8611.8610.9610.9611.4511.4510.9710.976.386.386.206.205.665.665.495.499.869.869.509.505.365.365.185.1811.5011.5010.9810.986.126.125.965.965.605.605.445.4414.0214.0213.5813.58Max(%)Max(%)平均平均(%)(%)11.2711.2
17、7All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC23华能南京电厂华能南京电厂1 1CTLCTL负荷实测结果负荷实测结果NO.NO.CTLCTL控制运算周期控制运算周期(ms)(ms)实测负荷率（实测负荷率（r1r1）1 1OPCOPC20202345678BTC200通风通风A20010020020010010092001010011BMSBMSCCS给水给水辅机辅机1辅机辅机2辅机辅机3DAS10012通风通风B10028.8428.8428.0628.0610.6910.448.526.326.117.527.327.036.831
18、7.5517.0910.159.885.385.1319.8319.2013.2812.9418.6818.53Max(%)Max(%)平均平均(%)(%)8.30All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC24望亭电厂望亭电厂CTLCTL 内存占用率实测数据内存占用率实测数据（一）（一）NONOCTLCTL功能功能内存区内存区已占用已占用(%)(%)未用区未用区(%)(%)逻逻 辑辑 区区6 694941 1BTCBTC通通 讯讯 区区1 19999I / O I / O 区区1 19999逻逻 辑辑 区区6 694942 2MCS
19、1MCS1通通 讯讯 区区2 29898I / O I / O 区区2 29898逻逻 辑辑 区区4 496963 3MCS2MCS2通通 讯讯 区区1 19999I / O I / O 区区1 19999逻逻 辑辑 区区3 397974 4MCS3MCS3通通 讯讯 区区1 19999I / O I / O 区区1 19999逻逻 辑辑 区区6 694945 5BMS1BMS1通通 讯讯 区区2 29898I / O I / O 区区1 19999All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC25望亭电厂望亭电厂CTLCTL 内存占用
20、率实测数据内存占用率实测数据（二）（二）NONOCTLCTL功能功能内存区内存区已占用已占用(%)(%)未用区未用区(%)(%)逻逻 辑辑 区区7 79393BMS2BMS2通通 讯讯 区区1 199996 6I / O I / O 区区1 19999逻逻 辑辑 区区6 696967 7SCS1SCS1通通 讯讯 区区2 29898I / O I / O 区区1 19999逻逻 辑辑 区区6 694948 8SCS2SCS2通通 讯讯 区区2 29898I / O I / O 区区1 19999逻逻 辑辑 区区8 892929 9SCS3SCS3通通 讯讯 区区12128888I / O I
21、/ O 区区1 19999逻逻 辑辑 区区4 496961010DASDAS通通 讯讯 区区2 29898I / O I / O 区区3 39797All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC26高效、快速传输的机组控制级网络（高效、快速传输的机组控制级网络（-100 Nwtwork)-100 Nwtwork)：采用国际校准的环形令牌（采用国际校准的环形令牌（Token-RingToken-Ring）网络网络 执行标准的执行标准的IEEE802.5IEEE802.5协议协议- -不用不用HUBHUB；- -不用交换机；不用交换机；-
22、-光纤介质环形连接的物理结构；光纤介质环形连接的物理结构；双重化双重化IEEE802.5IEEE802.5网络接口卡网络接口卡- -双重化光双重化光/ /电转换接口；电转换接口；- -双重化处理电路；双重化处理电路；- -独立的网络处理器，与独立的网络处理器，与CPUCPU处理器并行总线连处理器并行总线连 接，实现了快速数据交换；接，实现了快速数据交换；All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BHC27采用光纤令牌协议的采用光纤令牌协议的-100 -100 NwtworkNwtwork，传输处理的效率高，传输处理的效率高，实时性好，可靠
23、性及传输数据的稳定性能好，使得不同控制子实时性好，可靠性及传输数据的稳定性能好，使得不同控制子系统之间的协调信息加快，协调周期缩短，有利于超临界、直系统之间的协调信息加快，协调周期缩短，有利于超临界、直流炉的快速控制。流炉的快速控制。控制级通讯网络可靠性措施控制级通讯网络可靠性措施- -CRCCRC校验校验- -应答校验应答校验- -网间冗余、备份网间冗余、备份- -Loop BackLoop Back功能功能-100-100 Nwtwork Nwtwork网络技术特性附后。网络技术特性附后。All rights reserved, copyright(C) 2001, BHC, Ltd.BH
24、C28典型的控制级通讯网络特性典型的控制级通讯网络特性(-Network 100)(-Network 100)速速 率：率：100M bps100M bps规规 约：约：IEEE 802.5IEEE 802.5（环形令牌网）（环形令牌网）介介 质：光纤（质：光纤（GI50/125mGI50/125m）挂挂 站站 数：数：255255站站 间间 距距 离：离：Max 2KMMax 2KM总总 长：长：Max 100KMMax 100KM通通 讯讯 方方 式：式：1 1：N N， 1 1：1 1 均可均可网网 络络 结结 构：双重化环形网构：双重化环形网通通 信信 内内 存：存：Max 256KBMax 256KB
