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1、第十章单元机组主控制系统TheUnitMasterControlSystem第一节概述(Overview)第二节调理对象的动态特性TheDynamicCharacteristicsoftheUnitLoadObject第三节负荷控制方式TheModesofUnitLoadControl第四节前馈控制的运用TheApplicationofFeedforwardControl 第五第五节 滑滑压运运转机机组的的协调控制方案控制方案 The Sliding Pressure Control of Unit Load The Sliding Pressure Control of Unit Load
2、第六第六节 负荷指令荷指令处置置 Processing the Load Instruction Processing the Load Instruction 第七第七节 单元机元机组主控系主控系统实例例 The Examples of The Master Control System The Examples of The Master Control System 第十章第十章 单元机元机组主控制系主控制系统The Unit Master Control The Unit Master Control SystemSystem第一节 概 述Overview一、单元机组负荷控制系统的义务
3、 大型机组负荷控制的首要义务: 保证机组出力顺应电网的负荷变化要求、维持机组稳定运转。详细地说就是对外保证单元机组有较快的功率呼应和有一定的调频才干，对内保证主蒸汽压力偏向在允许范围内。 负荷自动控制系统(the unit load control system)。作用:接受外部负荷要求指令，并发出使机炉调理系统协调动作的指挥信号。 负荷自动控制系统机炉调理系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令MT和锅炉主控制指令MB。 机、炉主控制指令MT、MB分别代表了汽轮机调门开度或汽轮机功率指令和锅炉熄灭率及相应的给水流量指令。二、主控系二、主控系统与机、炉与机、炉调理系理系统的关系的关系 主控制
4、系统相当于机炉调理系统的指挥机构，起上位控制造用； 机炉调理系统对于主控制系统相当于伺服机构，起下位控制的作用，是主控制系统的根底，两者构成分层控制的构造。 协调控制系统:主控制系统和锅炉、汽轮机各自的调理系统的总称。 第二节 调理对象的动态特性 The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object 输出量被调量：单元机组的输出电功率NE和汽轮机前主蒸汽 压力PT，如图10-2所示。 输入量：锅炉主控制指令MB和汽轮机主控制指令MT；主控系统的调理对象包括机、炉和发电机，是一广义调理对象。为了便于讨论问题，先分析单元机组的动态特性。一、单元机组
5、的动态特性1.锅炉熄灭率及相应的给水流量B扰动下主蒸汽压力PT和输出电功率NE的动态特性 B扰动下的NE和PT的动态特性都可用高阶惯性环节的传送函数来描画。 2.汽轮机调门开度T扰动下主蒸汽压力PT和输出电功率NE的动态特性T扰动下的PT 动态特性可用比例加一阶惯性环节的传送函数来描画,NE的动态特性可器具有一定惯性的实践微分环节的传送函数来描画。 由以上分析可见，单元机组的动态特性有如下特点： 当汽轮机调门动作时，两个被控输出量NE和PT的呼应均很快； 当锅炉熄灭率改动时，NE和PT的呼应都很慢。这就是机、炉对象动态特性方面存在的较大差别。二、主控制系二、主控制系统调理理对象的象的动态特性特
6、性 主控制系统调理对象包括机、炉调理系统和单元机组，是一广义调理对象，其控制输入量为锅炉主控制指令MB和汽轮机主控制指令MT。 主控制系统调理对象包括机、炉调理系统和单元机组，是一广义调理对象，其控制输入量为锅炉主控制指令MB和汽轮机主控制指令MT。 对于锅炉侧，由于各调理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，能及时跟随主控制指令MB,接近理想随动系统特性， 汽轮机侧，假设汽轮机采用纯液压调速系统,那么主控制指令MT就是调门开度指令T，即。这样，广义调理对象的动态特性不会改动。假设汽轮机采用功频电液控制系统，那么主控制指令MT就是汽轮机功率指令。 MB扰动
7、下，PT的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，NE近似不变；MT扰动下，PT的动态特性近似为比例加积分环节的特性，NE的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。 第三第三节 负荷控制方式荷控制方式The Modes of Unit Load ControlThe Modes of Unit Load Control 根据机组运转的条件及要求，选择适宜的负荷控制方式，接受负荷指令处置部分发出的实践负荷指令N0，以及机组的实发电功率NE、和主蒸汽压力PT及其给定值P0信号，经过一定的运算回路，计算出锅炉和汽机的主控制指令MB和MT，以实现相应的负荷控制方式，从而完成负荷控制义务。机炉主控
8、制器的主要作用： 机炉主控制器由两部分组成。1锅炉主控制器：计算锅炉主控制指令MB的运算回路。 2汽轮机主控制器：计算汽轮机主控制指令MT的运算回路。 一、一、负荷控制方式荷控制方式负荷控制方式可分为两类：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式 1 1机炉分机炉分别控制方式控制方式1锅炉跟随boiler follow，简写为BF方式 锅炉跟随方式的根本任务原理是：由汽轮机调理机组的输出电功率、锅炉调理汽压。 锅炉跟随方式的特点:当N0改动时，由于利用了锅炉的蓄热才干，具有较好的负荷顺应性，对机组调峰调频有利，但汽压动摇较大；当有内扰熄灭率扰动时，汽压动摇较大。 对于大型单元机组，锅炉的蓄热才干相对
9、减小，当负荷要求指令N0变化幅度较小时，在汽压允许的变化范围内，充分利用锅炉的蓄热以迅速顺应负荷的变化是有能够的。在负荷要求指令N0变化幅度较大时，汽压动摇就太大，会影响锅炉的正常运转。2汽轮机跟随turbine follow,简写为TF方式 汽轮机跟随方式的根本任务原理是：由锅炉调理机组的输出电功率、汽轮机调理汽压。 当负荷指令N0改动时，锅炉主控制器先发出改动锅炉的熄灭率及相应的给水流量的指令MB。待机前压PT改动后，汽轮机主控制器发出改动调门开度的指令MT，从而改动进入汽轮机的蒸汽流入量，使机组输出电功率NE改动，并与负荷指令N0趋于一致。最后稳态时，NE=N0，PT=P0。当熄灭率扰动
10、时，汽压变化而产生偏向，蒸汽流量也变化，机组输出电功率随之变化。汽轮机主控制器为了坚持汽压而要动作调门，其结果将进一步加剧蒸汽流量的变化，使机组输出电功率的变化加剧，偏向增大。呵斥较大的输出电功率动摇。汽机跟随方式的特点：汽压动摇小。但由于没有利用锅炉的蓄热才干，有较大的迟延，因此顺应负荷变化才干差，不利于带变动负荷和参与电网调频。适用于:带根本负荷的单元机组或当机组刚投入运转时，采用这种控制方式坚持机组有较稳定的汽压，为机组稳定运转发明条件。当单元机组中汽轮机设备运转正常，机组的输出电功率因锅炉部分设备任务异常而遭到限制时，可采用汽轮机跟随方式。2 2机炉机炉协调控制方式控制方式(Coord
11、inated control mode)(Coordinated control mode)协调控制方式的控制战略是：允许汽压有一定动摇，以便能充分利用锅炉的蓄热量，使机组能较快地顺应电网的负荷要求。但是，这里利用锅炉蓄热量是有限制的，必需保证机前压力与给定值的偏向不超越允许值。所以协调控制方式既能使机组较快顺应电网的负荷要求，又能确保汽压的动摇在允许的范围之内。常见的机炉协调控制方式有三种方案：1以锅炉跟随为根底的协调控制方式(BFCC)a(b)图10-10 (a)以锅炉跟随为根底的协调控制方式； (b)死区(dead zone)非线性环节特性 在动态过程中，当汽压偏向在死区非线性环节的不灵
12、敏区范围内时，即时，对MT无影响，当时，将经非线性环节限制MT，从而限制汽轮机调门开度进一步变化，到达限制汽压偏向的目的。不灵敏区的大小值粗略反映了机组运转时主汽压力偏向的允许变化范围。本质上是以降低输出电功率呼应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高2以汽轮机跟随为根底的协调控制方式(TFCC)图10-12 (a)以汽轮机跟随为根底的协调控制方式 (b)限幅(saturation)非线性环节特性a a b 当功率偏向信号送入锅炉调理器PIB的同时，也经过非线性环节送入汽轮机调理器PIT。在动态过程中，信号可看作是主汽压力给定值的一部分。 N 0要求添加机组输出功率时，主汽压力给定值降低。汽机主
13、调理器PIT 发出开大调理汽门的指令，添加机组输出功率； 当 当 当动态过程终了时，机组的实发功率与功率给定值相等,即 0要求减少机组输出功率时，主汽压力给定值暂时升高。汽机主调理器PIT那么发出关小调理汽门的指令，减少机组输出功率。 为零，这时，机前压力仍恢复到给定值。限幅非线性环节的限幅值 即为主汽压力PT允许变化的范围，这是由于：在负荷指令 改动时，暂时利用了蓄热才干，所以功率呼应加快；但是汽压偏向也因此加大，本质上是以加大汽压动态偏向作为代价来换取功率呼应速度的提高。 3综合型协调控制方式综合协调控制方式实现“双向协调，即机、炉主控制指令信号MB、MT都是同时受N和P信号的协调控制。图
14、10-14为综合型协调控制方式的原那么性方框图。图10-14 综合型协调控制方式原那么性方框图当负荷指令N0改动时，机、炉调理器PIT和PIB同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，并行地改动锅炉的熄灭率及相应的给水流量和汽轮机调门开度。同时为了使主汽压的变化幅度不致太大，还根据汽压PT偏离给定值P0的情况适当地限制汽轮机调门开度的变化，并适当地加强锅炉熄灭率的控制造用。当调理终了后，机炉主控制器共同保证输出电功率NE与负荷指令N0一致，汽压PT恢复为给定值P0。综合型协调控制方式经过“双向的机炉协调操作，具有较好的负荷顺应性能和汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式。第四节 前馈控
15、制的运用TheApplicationofFeedforwardControl 2.将前馈信号作为机、炉主控制指令的根本组成部分，以保证机组的输入能量与能量需求根本一致，在变负荷控制过程中起“粗调作用。 锅炉侧的前馈控制信号来源有两种： 1.负荷指令N0信号。 2.蒸汽流量信号。 一、前馈控制信号为负荷指令N0 例 某350MW单元机组协调控制方案如图10-17a所示。此方案可用方框图10-17b来表示。分析：1.由图(b)可见，该方案是在以锅炉跟随为根底的协调控制方案上，加以前馈控制回路而成。 1.补偿被控对象主要是锅炉侧动态特性的迟延和惯性，加快负荷呼应。采用前馈控制的目的：图10-17某3
16、50MW单元机组协调控制方案(a)协调控制方案；b方框图2.锅炉侧，对锅炉主控制指令MB参与了机组负荷指令N0的比例微分PD前馈信号，其中，比例P作用保证熄灭率及相应的给水流量与负荷要求一直一致；微分作用D补偿锅炉的动态迟延和惯性。3.汽轮机侧，对汽轮机主控制指令MT参与了机组负荷指令N0的比例P前馈信号，N0经比例P环节直接作为汽轮机主控制指令MT的组成部分，以保证MT的根本部分与N0一直一致。例例10-2 10-2 某某320MW320MW单元元机机组协调控控制制方方案案如如图10-1810-18a a所所示示。经适适当当简化，此方案可用化，此方案可用图10-1810-18b b传送方框送
17、方框图来表示。来表示。方框图见下页 图10-18 某320MW单元机组协调控制方案 分析：1.锅炉主控制指令MB的构成 锅炉侧，负荷指令N0经比例微分PD控制器作用到锅炉主控指令端，构成对锅炉侧的前馈控制造用。由于： 或 可见，汽压偏向 与功率偏向 仅相差一个比例常数 K，所以取 或 作为控制器输入信号时，效果近似一样。锅炉侧对功率偏向实行积分I控制；对汽压偏向实行P控制，两者合在一同，本质上构成了对功率偏向的比例积分控制。分开的目的是为了缩短功率控制过程的时间，由于在功率控制过程中，汽压的变化比功率的变化要早一些。2.汽机主控指令MT的构成 汽轮机侧PI调理器的义务是维持机前压力PT等于给定
18、值P0，但在负荷变化过程中，要利用功率偏向 信号修正汽压给定值，以便利用锅炉的蓄热量。压力给定值的修正作用是经由双向限幅器送到汽机调理器入口的加法器上。3.在稳态时，汽轮机侧调理器PI保证PT=P0；锅炉侧调理器I保证NE=N0，这正是汽轮机跟随方式的特点。二二. .前前馈控制信号控制信号为蒸汽流量信号蒸汽流量信号 能量平衡信号：汽轮机对锅炉的能量要求信号。直接能量平衡(Direct Energy Balance 简称DEB)协调控制方式：用能量平衡信号作为锅炉主控制器前馈信号的控制方式。为了抑制正反响作用，即应以蒸汽流量的需求称为目的蒸汽流量而不是实践蒸汽流量作为对锅炉的前馈控制信号。为此，
19、必需进展修正，以构成目的蒸汽流量信号。对调理级压力P1信号修正方法：压力比修正和压力差修正。1.具有压力比修正的能量平衡信号能量平衡信号： 能量平衡信号准确地代表了汽轮机的能量要求。调理级汽压P1与主汽压PT之比准确地表示汽轮机调门的有效通流面积或开度，即。 假设P0不是常数滑压运转,采用 作为汽轮机的能量需求信号。能量平衡信号也可抑制动态过程的正反响作用。 在稳态时，因 PT=P0，故 目的蒸汽流量等于实践蒸汽能量。例例10-3 10-3 图10-2010-20为采用采用为直接能量平衡信号的直接能量平衡信号的协调控制方案。控制方案。图10-20 采用 直接能量平衡信号的协调控制方案 分析：
20、1功率偏向 送入汽轮机主控制器，机前压力给定值P0送入锅炉主控制器。属于以锅炉跟随为根底的协调控制方式。(2)锅炉侧，锅炉主控指令MB信号为式中 K-比例系数锅炉主控指令MB的前馈信号是能量平衡信号 ，式中微分项在动态过程中加强锅炉主控指令，以补偿机炉之间对负荷要求呼应速度的差别。由于要求动态补偿的能量不仅与负荷变化量成正比，而且还与负荷程度成正比，所以微分项要乘以 值。汽压偏向积分项保证了稳态时能消除压力偏向。 (3)汽机侧，汽机调理器PI的输入信号为式中，KP、Kn-比例系数。 汽轮机主控制器中，与负荷指令N0对应的反响信号不是实发功率，而是汽轮机第一级后压力P1。由于P1对汽轮机调理汽门
21、开度的呼应比实发功率更灵敏，故汽机调理汽门能迅速而平稳地呼应负荷指令N0的变化。 负荷指令N0的微分项 是为了在动态过程中，汽轮机调理汽门产生过开或过关，以加速功率呼应。积分项 用于消除稳态功率偏向。 需求阐明的是：能量平衡信号与负荷指令信号性质不同，前者反映了汽轮机对锅炉的能量要求，后者反映的是电网对机组的负荷要求。因此采用能量平衡信号，就为锅炉主控制器和汽轮机主控制器在动态过程协调任务提供了一个直接的能量平衡信号。2.具有压力差修正的能量平衡信号能量平衡信号为:为压力差修正项。 第五节 滑压运转机组的协调控 制方案 The Sliding Pressure Control of Unit
22、Load 在主控制系统构造上第一,滑压与定压运转的区别仅在于汽压的给定值不同。后者为定 值，而前者为负荷的函数。第二，滑压运转要求稳态时汽轮机调门坚持一定开度。滑压运转时，除了应增设汽压给定值构成回路和调门开度调理回路，以实现给定的滑压运转曲线以外，定压运转机组负荷协调控制方案的其他部分对滑压运转机组都适用。例例10-5 10-5 图10-2410-24为一一台台300MW300MW单元元机机组滑滑压运运转时的的负荷荷协调控控制制方方案案，其其滑滑压曲曲线与与图10-2310-23一一样。额定定汽汽压pn=18.3MPa,pn=18.3MPa,在在26%26%91%91%额定定负荷范荷范围内作
23、滑内作滑压运运转。图10-24 某300MW单元机组滑压运转时的负荷协调控制方案 T0 汽轮机调门开度T 的给定值 分析： 1该方案为典型的以锅炉跟随为根底的协调控制方案。 (2)首先分析主汽压力给定值P0的构成。请见图10-24虚线框中的回路，PS由PS1和PS2迭加而成。N0经比例与惯性环节串联回路构成PS！。比例系数k为滑压阶段P-N特性曲线的斜率。(3)汽轮机调门开度调理器PI1保证滑压阶段调门开度在稳态时等于给定值，即T=T0。由于T0=91%，所以在滑压阶段当需求改动负荷时，调门在开关两个方向都有余地，负荷变化的动态过程中，汽轮机调门开度会暂时改动，利用蓄热才干使机组负荷迅速呼应。
24、稳态时，汽轮机调门坚持在91%开度，减小了蒸汽的节流损失，处理了机组效率与负荷呼应速度之间的矛盾。(4)负荷指令N0经PD作用，对锅炉构成前馈控制，以使熄灭率 及相应的给水流量与负荷指令一致，及补偿锅炉的动态迟延和 惯性。N0还直接作用到汽轮机主控指令端，构成比例前馈控制。 第六节 负荷指令处置 Processing the Load Instruction 负荷指令处置部分(或负荷指令处置安装)的主要作用是：对外部负荷要求指令目的负荷指令进展选择并加以处置，使之转变为实践负荷指令N0，作为适宜于机、炉运转形状的功率给定值信号。一、正常工况下的一、正常工况下的负荷指令荷指令处置置在机组的设备及
25、主参数都正常的情况下，机组的外部负荷要求指令来自三方面：1电网中心调度遥控的负荷分配指令ADS指令，即Automatic Dispatch System； 2机组就地设定的负荷指令； 3电网调频所需负荷指令。 正常工况下的负荷指令普通遭到以下限制： 1、负荷指令变化速率限制2、运转人员所设定的最大、最小负荷限制二、异常工况下的二、异常工况下的负荷指令荷指令处置置当机组的主机、主要辅机或设备发生缺点，影响机组的实践负荷，或危及机组的平安运转时，就要对机组的实践负荷指令进展必要的处置，以防止部分缺点扩展到机组其它处，甚至引起单元机组停机事故。单元机组的主机、主要辅机或设备的缺点缘由有两类：第一类为
26、跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类缺点的来源是明确的，可根据切投情况加以确定。第二类为任务异常，其缺点来源是不明确的，只能经过丈量有关运转参数的偏向间接确定。针对以上两类缺点，对机组实践负荷指令的处置方法有四种：处置第一类缺点的方法: 负荷前往RUN BACK RB或称甩负荷； 快速负荷切断FAST CUT BACK FCB； 负荷闭锁增/减BLOCK INCREASE/DECREASE-BI/BD和负荷 迫升/迫降RUN UP/DOWN。处置第二类缺点的负荷闭锁增/减BLOCK I/D和负荷迫升/迫降RUN UP/DOWN-RU/RD。 1.负荷前往RUN BACK 负荷前往，也常称为甩负荷
27、或减负荷。它是指在机组运转时，假设某个影响机组出力的辅机跳闸，那么主控系统迅速减小负荷指令，使负荷指令与机组此工况下最大能够出力相一致。同理，假设汽机辅机发生跳闸而产生负荷前往，那么机组将以锅炉跟随方式运转2.负荷快速切断FCB 负荷快速切断是指当主机汽轮发电机发生跳闸时，快速切断负荷指令，维持机组继续运转。3.负荷闭锁增/减BLOCK I/D 负荷闭锁增/减指的是，当机组在运转过程中，假设出现下述任一种情况，第一，任一主要辅机已任务在极限形状，比如给风机等任务在最大极限形状。 第二，燃料量、空气量、给水流量等任一运转参数与其给定值的偏向已超出规定限值，就以为设备任务异常，出现缺点。该回路就对实践负荷指令加以限制，即不让机组实践负荷指令朝着超越任务极限或扩展偏向的方向进一步变化，以防止事故的发生，直至偏向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。 负荷闭锁分增闭锁BLOCK INCREASE，即实践负荷指令上升方向被闭锁和减闭锁BLOCK DECREASE，即实践负荷指令下降方向被闭锁。
