1、 第三講第三講 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)3.1 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制基本概念單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制基本概念一、單元機(jī)組負(fù)荷控制的特點(diǎn)一、單元機(jī)組負(fù)荷控制的特點(diǎn) 對負(fù)荷控制而言，鍋爐和汽輪機(jī)是不可分割的整體。 鍋爐和汽輪機(jī)在響應(yīng)外界負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)特性存在很大差異。主蒸汽壓力反映機(jī)爐內(nèi)部的能量是否平衡，實(shí)發(fā)功率表征發(fā)電機(jī)組與外部電網(wǎng)是否平衡。二、單元機(jī)組負(fù)荷控制方式二、單元機(jī)組負(fù)荷控制方式 1、爐跟機(jī)（BF）爐跟機(jī)的特點(diǎn)：2、機(jī)跟爐（TF）機(jī)跟爐的特點(diǎn)：3、以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式CBF特點(diǎn)：4、以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式CTF特點(diǎn)：5、綜合協(xié)調(diào)控制方式三、前饋控制在機(jī)爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用三、前饋控制在機(jī)

2、爐協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用1、按負(fù)荷指令進(jìn)行的前饋控制、按負(fù)荷指令進(jìn)行的前饋控制 如上圖（a）所示，在協(xié)調(diào)控制方式下，切換器T選擇實(shí)際負(fù)荷指令P0作為前饋信號，f(t)采用PD比例微分作用，當(dāng)P0改變時(shí)，能使燃燒控制器超前動(dòng)作，加速鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)。2、按蒸汽流量需求進(jìn)行的前饋控制、按蒸汽流量需求進(jìn)行的前饋控制 若系統(tǒng)在鍋爐跟隨方式下，負(fù)荷指令由汽輪機(jī)手動(dòng)控制或由DEH就地控制，P0跟蹤機(jī)組實(shí)際功率，P0=PE，而PE是被調(diào)量，不能主動(dòng)反映負(fù)荷需求的變化，這時(shí)再用P0作前饋就失去了“前饋”的意義。 這時(shí)，通常采用蒸汽流量需求信號作為鍋爐的前饋信號。蒸汽流量需求是汽輪機(jī)希望消耗的能量，用此信號可保持汽輪機(jī)

3、耗能與鍋爐產(chǎn)能隨時(shí)平衡，從而改善機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)。汽輪機(jī)對鍋爐的能量需求信號也稱能量平衡信號。p1大體上代表汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，可以作為對鍋爐的能量需求信號。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：僅采用p1作為前饋信號，當(dāng)鍋爐側(cè)內(nèi)擾時(shí)，將對汽壓pT造成動(dòng)態(tài)正反饋。如：如：燃燒率擾動(dòng)使主汽壓增加時(shí)，即使調(diào)門開度不變，調(diào)節(jié)級壓力p1也增加，如果直接把p1作為前饋信號直接作用于鍋爐，就會(huì)使燃燒率進(jìn)一步增加。 因此，若采用p1作為前饋信號，就必須對其進(jìn)行修正。 （1）具有壓力比修正的能量平衡信號（圖）具有壓力比修正的能量平衡信號（圖4-23（a）T01p/pp當(dāng)鍋爐內(nèi)擾引起進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量變化時(shí)，p1/pT可保持不變。這樣就消除了

4、內(nèi)擾影響?；瑝哼\(yùn)行時(shí)由于p0的變化，該信號同樣有效。（2）具有壓力差修正的能量平衡信號（圖）具有壓力差修正的能量平衡信號（圖4-23（b ）)pp(K1 pT01穩(wěn)態(tài)時(shí)：主汽壓力偏差項(xiàng)為零，壓力修正項(xiàng)為零。鍋爐側(cè)內(nèi)擾：如B自發(fā)增加時(shí)，主汽壓力上升pT，調(diào)節(jié)級壓力上升p1。T1T01pK-p)p-K(pp1T1ppKp壓力修正項(xiàng)為：適當(dāng)選擇系數(shù)K，使就能用該修正值來抵消主汽壓力上升引起的調(diào)節(jié)級壓力上升，消除鍋爐側(cè)內(nèi)擾引起的正反饋。負(fù)荷側(cè)擾動(dòng)時(shí)：調(diào)節(jié)級壓力與主汽壓力變化方向相同。隨著協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展，許多系統(tǒng)已難以區(qū)分究竟屬于爐跟機(jī)還是機(jī)跟爐的形式。基于前饋控制的按能量平衡方法進(jìn)行分類的方式應(yīng)運(yùn)

5、而生。這種分類方式從一定意義上來講，揭示了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有的內(nèi)在本質(zhì)特性。 1、直接能量平衡協(xié)調(diào)控制方式DEB2、直接指令平衡控制系統(tǒng)DIB（間接能量平衡IEB）四、單元機(jī)組負(fù)荷控制方式的基本組成四、單元機(jī)組負(fù)荷控制方式的基本組成3.2 單元機(jī)組負(fù)荷管理控制中心一、負(fù)荷管理控制中心基本原理1、負(fù)荷指令運(yùn)算環(huán)節(jié)2、負(fù)荷指令限制環(huán)節(jié)（1）最大/最小負(fù)荷限制環(huán)節(jié)機(jī)組最大可能出力與主要輔機(jī)的投切狀況有關(guān)。主要輔機(jī)故障切除時(shí)，機(jī)組最大可能出力值減小，為了保證機(jī)組能量力而行，應(yīng)根據(jù)輔機(jī)運(yùn)行情況，計(jì)算最大可能出力值，作為機(jī)組負(fù)荷上限。如有的機(jī)組以運(yùn)行中的磨煤機(jī)臺數(shù)來計(jì)算機(jī)組最大可能出力。（2）負(fù)荷快速返回R

6、B 機(jī)組運(yùn)行過程中，當(dāng)機(jī)組的主要輔助設(shè)備突然發(fā)生故障，造成機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷能力下降時(shí)，就要求機(jī)組的負(fù)荷指令處理裝置將機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令下降到機(jī)組所能承擔(dān)的水平，這種輔機(jī)故障引起的機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令的快速下降，稱為快速返回，簡稱RB（RUN BACK）引起RB的輔機(jī)有：送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、一次風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等根據(jù)三臺泵的運(yùn)行狀況，計(jì)算出總的給水能力如果只有一臺汽泵運(yùn)行發(fā)出55%RB如發(fā)生給水泵跳閘如果只有一臺電泵運(yùn)行發(fā)出40%RB如果兩臺給水泵運(yùn)行無RB信號發(fā)出如果機(jī)組五臺磨運(yùn)行，立即跳去一臺磨如果機(jī)組小于等于四臺磨運(yùn)行，不跳磨機(jī)組閉環(huán)控制系統(tǒng)控制燃料量、給水量、風(fēng)量的值至RB目標(biāo)值（3）負(fù)荷增

7、/減閉鎖（BLOCK I/D）引起機(jī)組閉鎖的原因：1）第二類故障：指運(yùn)行中存在的可能導(dǎo)致機(jī)組實(shí)際負(fù)荷的增減受到限制，但又不能立即加以識別的故障因素。例如：燃燒器噴嘴堵塞、風(fēng)機(jī)擋板卡澀、執(zhí)行器連桿折斷、給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障等。2）各輔機(jī)的動(dòng)作速率不一致或負(fù)荷指令變化過快。負(fù)荷指令增/減閉鎖實(shí)現(xiàn)方案（4）負(fù)荷迫升/迫降 （RUN UP/RUN DOWN）對于第二類故障，除采取負(fù)荷增/減閉鎖措施外，通常還可能進(jìn)一步采取迫升/迫降措施。負(fù)荷增/減閉鎖是“消極防守”性措施，負(fù)荷迫升/迫降則是“積極進(jìn)攻”性措施。從偏差允許限值范圍看，前者為第一道防線，后者為第二道防線。如：送風(fēng)量指令達(dá)高限，或者送風(fēng)量小于定值

8、超過允許偏差，都產(chǎn)生負(fù)荷增閉鎖信號，如果上述兩種情況同時(shí)出現(xiàn)，就說明在送風(fēng)機(jī)的最大出力情況下，送風(fēng)量還不能滿足正常燃燒的需要，因此必須迫降機(jī)組負(fù)荷。3.3 實(shí)例之一 一、一、負(fù)負(fù)荷荷管管理理控控制制中中心心原原理理圖圖1、目標(biāo)負(fù)荷指令的生成、目標(biāo)負(fù)荷指令的生成2、實(shí)際負(fù)荷指令形成、實(shí)際負(fù)荷指令形成3、輔機(jī)故障甩負(fù)荷邏輯、輔機(jī)故障甩負(fù)荷邏輯二、鍋爐主控二、鍋爐主控1、鍋爐跟隨BF方式2、協(xié)調(diào)控制方式3、RB與手/自動(dòng)切換三、汽機(jī)主控三、汽機(jī)主控1、汽輪機(jī)主控跟蹤、汽輪機(jī)主控跟蹤與手與手/自動(dòng)切換自動(dòng)切換2、汽輪機(jī)跟隨方式、汽輪機(jī)跟隨方式3、汽機(jī)主控協(xié)調(diào)控制方式、汽機(jī)主控協(xié)調(diào)控制方式（1）機(jī)組實(shí)際

9、負(fù)荷指令）機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令P0的前饋調(diào)節(jié)。的前饋調(diào)節(jié)。（2）負(fù)荷偏差）負(fù)荷偏差eN的限幅的限幅（3）壓力偏差）壓力偏差ep四、主汽壓力給定值的形成與運(yùn)行方式選擇四、主汽壓力給定值的形成與運(yùn)行方式選擇1、主汽壓力定值的形成、主汽壓力定值的形成2、控制系統(tǒng)運(yùn)行方式選擇、控制系統(tǒng)運(yùn)行方式選擇Base ModeBypasson Not Base ModeBypasson NotSelMWMR Not TF ModeBF Mode3.4 實(shí)例之二 1STPPPSLDCOUTP工作模式鍋爐主控汽機(jī)主控調(diào)頻手 動(dòng)手 動(dòng)手 動(dòng)無鍋爐跟隨(BF)調(diào)壓，負(fù)荷指令修正，能量信號前饋手 動(dòng)無汽機(jī)跟隨(TF)手 動(dòng)自動(dòng)

10、調(diào)節(jié)汽壓無協(xié)調(diào)(CC)調(diào)壓，調(diào)功，負(fù)荷指令前饋調(diào)功，調(diào)壓，主汽壓力設(shè)定值校正的負(fù)荷指令前饋有 3.5 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)小結(jié)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)小結(jié)一、超臨界機(jī)組控制特點(diǎn)一、超臨界機(jī)組控制特點(diǎn)1、被調(diào)量之間的相互影響更大，控制更復(fù)雜、被調(diào)量之間的相互影響更大，控制更復(fù)雜 超臨界鍋爐沒有汽包，給水一次性流過加熱段、蒸發(fā)段超臨界鍋爐沒有汽包，給水一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面沒有固定分界線，當(dāng)給水流量或燃料和過熱段，三段受熱面沒有固定分界線，當(dāng)給水流量或燃料量發(fā)生變化時(shí)，三段吸熱面比例發(fā)生變化，鍋爐過熱器出口量發(fā)生變化時(shí)，三段吸熱面比例發(fā)生變化，鍋爐過熱器出口汽溫、主蒸汽流量和汽壓都將發(fā)生變化。因

11、此給水、汽溫、汽溫、主蒸汽流量和汽壓都將發(fā)生變化。因此給水、汽溫、燃燒控制密切相關(guān)。燃燒控制密切相關(guān)。 超臨界鍋爐基本控制指標(biāo)：風(fēng)煤比、燃水比。超臨界鍋爐基本控制指標(biāo)：風(fēng)煤比、燃水比。 其中風(fēng)煤比的控制類似于汽包爐，只要燃料和風(fēng)量測量可其中風(fēng)煤比的控制類似于汽包爐，只要燃料和風(fēng)量測量可靠，按靜態(tài)平衡控制風(fēng)煤比就能保證一定的過?？諝狻？?，按靜態(tài)平衡控制風(fēng)煤比就能保證一定的過剩空氣。 但是燃水比的控制要復(fù)雜得多，直流爐燃水比的變化要引但是燃水比的控制要復(fù)雜得多，直流爐燃水比的變化要引起受熱面分界的變化。燃料指令的變化到進(jìn)入爐膛燃料量的起受熱面分界的變化。燃料指令的變化到進(jìn)入爐膛燃料量的變化要比給水

12、變化慢得多，因此要考慮燃水比的動(dòng)態(tài)修正，變化要比給水變化慢得多，因此要考慮燃水比的動(dòng)態(tài)修正，而此動(dòng)態(tài)修正又可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。如而此動(dòng)態(tài)修正又可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。如BTU中的蒸汽流中的蒸汽流量或給水流量修正。量或給水流量修正。2、過熱汽溫控制必須以保持適當(dāng)?shù)娜妓葹榍疤?、過熱汽溫控制必須以保持適當(dāng)?shù)娜妓葹榍疤?燃水比升高時(shí)，加熱（蒸發(fā)）段縮短，過熱段增長，過燃水比升高時(shí)，加熱（蒸發(fā)）段縮短，過熱段增長，過熱汽溫上升；反之亦然。燃水比失配可引起過熱汽溫大范圍熱汽溫上升；反之亦然。燃水比失配可引起過熱汽溫大范圍內(nèi)波動(dòng)。因此要把鍋爐出口過熱蒸汽溫度限制在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。因此要把鍋爐出口過熱蒸汽

13、溫度限制在一定范圍內(nèi)，必須保持適當(dāng)?shù)娜妓?。?nèi)，必須保持適當(dāng)?shù)娜妓取?以中間點(diǎn)溫度（一般采用汽水分離器出口蒸汽溫度）作以中間點(diǎn)溫度（一般采用汽水分離器出口蒸汽溫度）作為燃水比的校正信號，相當(dāng)于人為制造了直流爐的為燃水比的校正信號，相當(dāng)于人為制造了直流爐的“分界分界”。這種分界是給水控制的結(jié)果，是認(rèn)為強(qiáng)制的結(jié)果。沒有中間這種分界是給水控制的結(jié)果，是認(rèn)為強(qiáng)制的結(jié)果。沒有中間點(diǎn)溫度穩(wěn)定這個(gè)前提，過熱汽溫是無法用噴水減溫來控制的。點(diǎn)溫度穩(wěn)定這個(gè)前提，過熱汽溫是無法用噴水減溫來控制的。 有的系統(tǒng)不采用前面介紹的改變給水流量來調(diào)節(jié)燃水有的系統(tǒng)不采用前面介紹的改變給水流量來調(diào)節(jié)燃水比，而是用過熱蒸汽溫度來

14、校正燃燒率指令。如下圖所示。比，而是用過熱蒸汽溫度來校正燃燒率指令。如下圖所示。該系統(tǒng)特點(diǎn)：該系統(tǒng)特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：燃燒率內(nèi)擾對負(fù)荷影響較小、負(fù)荷響應(yīng)較快。優(yōu)點(diǎn)：燃燒率內(nèi)擾對負(fù)荷影響較小、負(fù)荷響應(yīng)較快。缺點(diǎn)：若機(jī)組負(fù)荷擾動(dòng)過大過快，有可能引起汽溫較大缺點(diǎn)：若機(jī)組負(fù)荷擾動(dòng)過大過快，有可能引起汽溫較大波動(dòng)。波動(dòng)。3、旁路控制系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)過程中的地位更加重要、旁路控制系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)過程中的地位更加重要 直流鍋爐啟動(dòng)的特點(diǎn)是在鍋爐點(diǎn)火前就必須不間斷地向直流鍋爐啟動(dòng)的特點(diǎn)是在鍋爐點(diǎn)火前就必須不間斷地向鍋爐進(jìn)水，建立起足夠的啟動(dòng)流量，以保證給水連續(xù)不斷地鍋爐進(jìn)水，建立起足夠的啟動(dòng)流量，以保證給水連續(xù)不斷地強(qiáng)制

15、流經(jīng)水冷壁受熱面，使其得到冷卻。而對于單元機(jī)組，強(qiáng)制流經(jīng)水冷壁受熱面，使其得到冷卻。而對于單元機(jī)組，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽都要有進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽都要有50以上的過熱度。啟動(dòng)初期排出以上的過熱度。啟動(dòng)初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽和過熱度較低的蒸汽，都不的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽和過熱度較低的蒸汽，都不能進(jìn)入汽輪機(jī)。所以需要設(shè)置專門的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)來排除這能進(jìn)入汽輪機(jī)。所以需要設(shè)置專門的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)來排除這些不合格的工質(zhì)。些不合格的工質(zhì)。4、直流爐比汽包爐更宜于采用滑壓運(yùn)行、直流爐比汽包爐更宜于采用滑壓運(yùn)行 直流鍋爐中，工質(zhì)流動(dòng)靠給水泵壓力推動(dòng)，當(dāng)壓力大直流鍋爐中，工質(zhì)流動(dòng)靠給水泵壓力推動(dòng)，當(dāng)壓

16、力大于一定數(shù)值之后，壓力下降而引起的水的蒸發(fā)不會(huì)阻礙工于一定數(shù)值之后，壓力下降而引起的水的蒸發(fā)不會(huì)阻礙工質(zhì)的正常流動(dòng)。因此直流鍋爐運(yùn)行汽壓有較大的下降速度，質(zhì)的正常流動(dòng)。因此直流鍋爐運(yùn)行汽壓有較大的下降速度，這有利于有效地利用鍋爐蓄熱能力。雖然直流爐的蓄熱能這有利于有效地利用鍋爐蓄熱能力。雖然直流爐的蓄熱能力比汽包爐小得多，后者是前者的力比汽包爐小得多，后者是前者的2-3倍。倍。 蓄熱能力小，遲延和慣性小有利于主動(dòng)快速改變鍋蓄熱能力小，遲延和慣性小有利于主動(dòng)快速改變鍋爐負(fù)荷，比汽包爐更適宜采用滑壓運(yùn)行。爐負(fù)荷，比汽包爐更適宜采用滑壓運(yùn)行。二、控制系統(tǒng)使用過程中應(yīng)注意的問題二、控制系統(tǒng)使用過程中

17、應(yīng)注意的問題1、一般問題、一般問題（1）熟悉對象動(dòng)態(tài)特性）熟悉對象動(dòng)態(tài)特性 熟悉對象動(dòng)態(tài)特性，就是要熟悉對象在各種擾動(dòng)下的熟悉對象動(dòng)態(tài)特性，就是要熟悉對象在各種擾動(dòng)下的變化過程。如主蒸汽壓力對象在燃燒率、負(fù)荷等各種擾動(dòng)變化過程。如主蒸汽壓力對象在燃燒率、負(fù)荷等各種擾動(dòng)下的變化過程；主汽溫在蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)擾動(dòng)下的變化過下的變化過程；主汽溫在蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)擾動(dòng)下的變化過程等。程等。 熟悉對象動(dòng)態(tài)特性，不僅要熟悉對象的主要擾動(dòng)對被熟悉對象動(dòng)態(tài)特性，不僅要熟悉對象的主要擾動(dòng)對被調(diào)量變化的影響，還要了解這些擾動(dòng)對其他相關(guān)對象以及調(diào)量變化的影響，還要了解這些擾動(dòng)對其他相關(guān)對象以及整個(gè)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影

18、響。整個(gè)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響。（2）熟悉控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理和功能）熟悉控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理和功能（3）要用全局的觀點(diǎn)看待每個(gè)系統(tǒng)的投運(yùn)）要用全局的觀點(diǎn)看待每個(gè)系統(tǒng)的投運(yùn)（4）要合理使用調(diào)節(jié)系統(tǒng)被調(diào)量的給定值）要合理使用調(diào)節(jié)系統(tǒng)被調(diào)量的給定值 一般來說，只有當(dāng)被調(diào)量等于給定值，而且被調(diào)量穩(wěn)一般來說，只有當(dāng)被調(diào)量等于給定值，而且被調(diào)量穩(wěn)定的情況下，才能將系統(tǒng)投入自動(dòng)。被調(diào)量等于給定值是定的情況下，才能將系統(tǒng)投入自動(dòng)。被調(diào)量等于給定值是基本要求，被調(diào)量穩(wěn)定也很重要。有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在手動(dòng)狀基本要求，被調(diào)量穩(wěn)定也很重要。有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，給定值是跟蹤被調(diào)量的，故第一個(gè)條件容易滿足，態(tài)時(shí)，給定值是跟蹤被調(diào)量的，故第一個(gè)條件容易滿足，第二個(gè)條件卻容易受到忽視。第二個(gè)條件卻容易受到忽視。 如鍋爐跟隨方式時(shí)，由鍋爐維持主蒸汽壓力，如果如鍋爐跟隨方式時(shí)，由鍋爐維持主蒸汽壓力，如果投自動(dòng)前手動(dòng)升負(fù)荷過快，主汽壓力變化率較大，雖然投投自動(dòng)前手動(dòng)升負(fù)荷過快，主汽壓力變化率較大，雖然投自動(dòng)時(shí)主汽壓與其定值相等，投自動(dòng)后由于主汽壓的慣性自動(dòng)