1、1、第二章協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、2.1概要2.2單元的動態(tài)特性2.3間接能源平衡協(xié)調(diào)系統(tǒng)2.5直接能源平衡協(xié)調(diào)系統(tǒng)2.6協(xié)調(diào)系統(tǒng)的事例分析1.7協(xié)調(diào)系統(tǒng)的事例分析2、2，2-1概要，3，一，協(xié)調(diào)控制的基本概念是大系統(tǒng)理論嗎大系統(tǒng)可以理解為由幾個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成的復雜系統(tǒng)。 應用大系統(tǒng)理論處理這種巨大復雜的系統(tǒng)控制問題的基本方法是分解協(xié)調(diào)的方法。 分解是指將大系統(tǒng)設(shè)為幾個子系統(tǒng)，進行塊的處理和控制，求出各子系統(tǒng)的局部最佳解，協(xié)調(diào)從系統(tǒng)整體上，合理地調(diào)整各子系統(tǒng)間的關(guān)系，求出各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，得到大系統(tǒng)整體的最佳解。 4、包含在大系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)之間，相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)有各種各樣的形式。 其中最普遍

2、的形狀是樓梯的結(jié)構(gòu)。 在這種層級結(jié)構(gòu)中，每個子系統(tǒng)處于不同級別的層級中并且具有不同的功能。 5，協(xié)調(diào)控制級別的協(xié)調(diào)控制器必須協(xié)調(diào)以下級別的多個控制器。 協(xié)調(diào)的過程是多目標決策的過程，也是全局優(yōu)化的過程。6、2、機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將鍋爐和渦輪發(fā)電機組一體化控制，采用階段性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將自動調(diào)節(jié)、邏輯控制、聯(lián)鎖保護等功能有機地結(jié)合，具有多種控制功能，與不同的運行方式不同機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計充分利用了機械爐的對象特性的特點，采用了前饋、補償、多變量解耦等控制策略，使控制系統(tǒng)具有合理、可靠、維護調(diào)整容易等優(yōu)點。 基于現(xiàn)代控制理論和方法建立的機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)也處于研究和發(fā)展之中。 另外

3、，單元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的框圖，8，單元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以認為是二級控制系統(tǒng)。 處于高級別的機械爐協(xié)調(diào)級別，也被稱為機組控制系統(tǒng)，是系統(tǒng)整體的核心部分。 處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)、風量控制系統(tǒng)、渦輪電力/頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、直流鍋爐的供水控制系統(tǒng)。 單元控制系統(tǒng)產(chǎn)生鍋爐指令和電動機指令，指示單元爐控制器的動作。 本地控制級別的控制器執(zhí)行來自主系統(tǒng)的命令，以完成指定的控制任務。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，9，負載管理中心的結(jié)構(gòu)圖，10，單元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的簡化框圖，11，3，主要特征(1)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是先進的。 采用分段控制結(jié)構(gòu)，除局部控制階段外，還引入了機械爐協(xié)調(diào)階段，對鍋爐、渦輪發(fā)電機組進行整

4、體控制。 控制器設(shè)計主要采用前饋、反饋、補償和結(jié)構(gòu)控制等技術(shù)，充分利用了機械爐的動態(tài)特性特征，克服了系統(tǒng)內(nèi)部的耦合和非線性特性，獲得了優(yōu)異的控制質(zhì)量。 同時還具有控制器結(jié)構(gòu)簡單、工程實現(xiàn)和參數(shù)調(diào)整容易、操作維護容易等優(yōu)點。 可以直接接到電網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)的指令，為實現(xiàn)電網(wǎng)級自動調(diào)度和協(xié)調(diào)控制奠定了基礎(chǔ)。 12，(2)系統(tǒng)的功能很完備。 除了正常情況下的連續(xù)調(diào)節(jié)功能外，系統(tǒng)還設(shè)計了一套邏輯控制系統(tǒng)。 包括實際供電邏輯、局部故障處理邏輯、運行方式切換邏輯、警報顯示、監(jiān)視管理等功能。 系統(tǒng)根據(jù)實際需求和設(shè)備情況，可以選擇不同的運行方式，例如機械和爐，爐和機，爐的協(xié)調(diào)方式的定壓運行或滑動運行方式固定電力

5、輸出或可調(diào)整電力方式頻率調(diào)制或頻率調(diào)制方式等。 滿足不同駕駛狀況對控制功能的要求。 (3)系統(tǒng)的可靠性很高。通過設(shè)置安全保護系統(tǒng)，采取一系列的可靠性對策，可以獲得高系統(tǒng)可靠性。 例如，主體或輔助設(shè)備發(fā)生故障時，自動改變控制方式，改變實際電力指令的振幅和變化速度，通過對應的聯(lián)鎖保護、警報顯示等措施，保證機組在安全范圍內(nèi)運行，保持最佳狀況。 13、2-2機組的動態(tài)特性、14、一機組的運轉(zhuǎn)方式機組的運轉(zhuǎn)方式有定壓運轉(zhuǎn)和滑動運轉(zhuǎn)兩種。 所謂定壓運轉(zhuǎn)，是指無論機組的負荷如何變動，總是將主蒸汽壓力和主蒸汽溫度維持在額定值，用汽輪機調(diào)節(jié)蒸汽閥的開度，從而改變機組的輸出。 滑動運轉(zhuǎn)是將汽輪機調(diào)節(jié)蒸汽閥總是保持

6、全開，一邊將主蒸汽溫度維持一定，一邊通過改變主蒸汽壓力來改變機組的輸出。 15，1，滑動運轉(zhuǎn)方式機組為滑動運轉(zhuǎn)方式，主蒸汽閥和調(diào)節(jié)蒸汽閥保持全開。 在外部負載的需求變化的情況下，通過調(diào)節(jié)鍋爐的燃料、風量、供水及相應的輸入量，使鍋爐的蒸發(fā)量變化，進而使汽輪機的進氣壓力變化，在將蒸汽溫度維持在額定的基礎(chǔ)上，使進入汽輪機的蒸汽的能量變化，使渦輪發(fā)電單元的輸出在外部不要將汽輪機調(diào)節(jié)蒸汽閥置于全開的位置，而是采取留下一定調(diào)節(jié)馀地的方法。 當外部負荷的需求發(fā)生變化時，首先用汽輪機調(diào)整汽門的開度，改變進氣量，利用鍋爐內(nèi)部的蓄熱能量，快速滿足外部負荷的需求。 同時，調(diào)整鍋爐進口量，改變?nèi)紵?，與外部負荷需求取

7、得新平衡。 調(diào)節(jié)蒸汽門的調(diào)節(jié)馀地也為機組參與電網(wǎng)調(diào)頻創(chuàng)造了條件。 16、滑動運行方式具有以下主要特征： (1)汽輪機調(diào)節(jié)蒸汽閥幾乎保持全開時，進氣節(jié)流損失降低。 負荷越低，光圈損失的降低越顯著。 另外，汽輪機的段效率也比定壓運轉(zhuǎn)時高。 例如，某機組為50%負載，打滑運轉(zhuǎn)水平的效率比定壓運轉(zhuǎn)時高15%左右。 (2)部分負荷下，主蒸汽和再熱蒸汽的壓力下降，蒸汽溫度容易保持一定。 可以得到高循環(huán)效率。 (3)部分負荷下供水泵的消耗電力比定壓運行時減少。 由于滑動運轉(zhuǎn)時的供水壓力與機組負荷成比例，因此在相同的機組部分負荷條件下，水泵出口壓力比定壓運轉(zhuǎn)時低得多。 例如，某機組為50%負載，滑動運行時供水

8、泵的功耗僅相當于定壓運行時的55%。 17、(4)降峰后重新啟動快，降低了啟動損失。 由于低負載下汽輪機的金屬溫度幾乎不變，所以如果在機組的最低負載下關(guān)機，可以在高金屬溫度下停止熱備件，如果在再熱狀態(tài)下啟動，重啟時間大幅度縮短，啟動損失相應地降低。 例如，600MW機組的折動壓力停止8小時后啟動，從鍋爐點火到帶額定負載只有35分鐘。 大幅度增強單元的靈活調(diào)度能力。 (5)負荷越低，滑動運行的經(jīng)濟性越顯著。 其主要原因是低負荷下降壓運轉(zhuǎn)時調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失比定壓運轉(zhuǎn)低得多。 由于額定負載下降運行的經(jīng)濟效果不明顯。 因此，大容量單元參加電網(wǎng)調(diào)峰運行時，采用滑動運行方式是極其有利的。 18、2、定壓運

9、轉(zhuǎn)方式定壓運轉(zhuǎn)方式的基本特征是，在機組負荷任何穩(wěn)定的情況下，都能使主蒸汽壓力和溫度保持在額定值。 定壓運行機組的運行方式有有機和爐、爐和機爐的協(xié)調(diào)三種方式。 有必要強調(diào)，使汽輪機蒸汽閥有一定馀量的打滑運轉(zhuǎn)方式不僅僅是單純的打滑運轉(zhuǎn)，還可以分為機械和爐、爐和爐的協(xié)調(diào)方式。 (1)機和爐方式的外部負荷需求發(fā)生變化時，首先使鍋爐負荷發(fā)生變化。 主蒸汽壓力產(chǎn)生額定偏差時，調(diào)整汽輪機的閥開度，使汽輪機前壓力保持一定。這種方式簡稱為鍋爐保持負荷，蒸汽發(fā)動機保持壓力的方式，也稱為鍋爐基本、蒸汽發(fā)動機跟蹤方式。 在該運行方式中，機組對外部負荷的響應慢，但主蒸汽壓力的穩(wěn)定性好。 19、(2)爐和機械方式的外部負

10、荷需求發(fā)生變化時，首先改變汽輪機閥的開度，改變進氣量，使機組輸出符合外部負荷需求。 此時，機前壓力一定會偏離額定值。 鍋爐根據(jù)機前壓力偏差調(diào)整燃燒率和供水流量，消除主蒸汽壓力偏差，達到新能源平衡。 這種方式稱為汽機保持負荷、鍋爐保持壓力方式。 也稱為汽機基本、鍋爐追隨方式。 該運行方式的特征是，機組響應外部負載的速度快，但機前壓力的變動性大。 (3)機械爐協(xié)調(diào)方式外部負荷需求變化時，同時使機械爐的負荷變化。 考慮到機組對外部負荷的迅速性，以及不引起機械前壓力的過度變動，盡可能減小機械爐間出現(xiàn)的能量的不平衡程度，盡可能縮短時間的運轉(zhuǎn)方式稱為機械爐協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)方式。 20、3、聯(lián)合運行方式綜合了以上滑

11、動和定壓兩種運行方式的特征，很容易發(fā)現(xiàn)低負載時滑動運行有利，高負載時定壓運行方式占優(yōu)勢。 例如，可以有效地利用鍋爐的蓄熱，來提高對外部負載需求的響應速度。 根據(jù)單元的負載水平，如果在低負載下采用滑動運行方式，在高負載下采用定壓運行方式，則為共同運行方式。 4、調(diào)頻運行方式對電網(wǎng)規(guī)模擴大和供電質(zhì)量的更高要求，大機組參與電網(wǎng)調(diào)頻的要求越來越迫切。 單元參加電網(wǎng)調(diào)頻的方式分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。 調(diào)頻是指汽輪機電液調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自動改變部分負載，減少電網(wǎng)頻率的波動。21、一次調(diào)頻特性的示意圖、22、2、直流鍋爐的結(jié)構(gòu)特征，隨著鍋爐向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，直流鍋爐由于其自身的許多優(yōu)點，

12、日益被廣泛采用。 直流鍋爐與滾筒式鍋爐相比，在結(jié)構(gòu)上有差異，因此運行特性和控制特性有其獨特特征。 1 .鍋爐以水循環(huán)方式(1)將水循環(huán)過程鍋爐的受熱面分類，包括加熱水的節(jié)炭器、使水氣化的蒸發(fā)受熱面和加熱蒸汽的過熱器，一方從煙側(cè)吸收熱，另一方將熱傳遞給供水或蒸汽。 23、無論什么受熱面，都要隨時帶熱去保證受熱面金屬的正常工作，內(nèi)部工作質(zhì)量要不斷流動。 水是節(jié)炭器和蒸汽在過熱器中是單相工程學，只是一次通過受熱面。 供水在節(jié)炭器中流動的阻力必須用水泵的壓頭克服，所以節(jié)炭器的進口壓力比蒸發(fā)面的壓力高。 蒸汽在過熱器中的流動阻力通過壓力降得到克服，過熱器的入口和出口之間也存在壓力差。 在蒸發(fā)受熱面流動的

13、工程學是水和蒸汽的混合物。 (2)鍋爐的分類汽水混合物可能在蒸發(fā)受熱面流動一次或幾次，對結(jié)構(gòu)不同的鍋爐推進汽水混合物流動的方式也不同，因此可以將鍋爐分為幾種類型：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐。 24、圖.蒸汽鍋爐蒸發(fā)部分的幾種類型(a )自然循環(huán)(b )多次強制循環(huán)(c )直流式1-供水泵2-省煤器3-鼓包4-下降管5-罐6蒸發(fā)管7-過熱器8-強制循環(huán)泵，25，1 )自然循環(huán)鍋爐和多次強制循環(huán)鍋爐共同鼓包將省煤器、蒸發(fā)部分和過熱器分離，使蒸發(fā)部分成密閉的循環(huán)回路。 滾筒內(nèi)的大容積保證蒸汽和水的良好分離。 但是，滾筒式鍋爐只能適用于臨界壓力以下的工作壓力。 2 )直流鍋爐如圖(c )所示

14、，直流鍋爐沒有滾筒，工質(zhì)一次通過蒸發(fā)部分，即循環(huán)倍率等于1。直流鍋爐的另一個特征是節(jié)炭器、蒸發(fā)部分和過熱器之間沒有一定的邊界點，水在受熱蒸發(fā)面會變成蒸汽，沿著工質(zhì)的全程流動阻力會被給水泵克服。 直流鍋爐可以設(shè)計成臨界壓力以下，也可以設(shè)計成超臨界壓力。 (26，3 )復合循環(huán)鍋爐是自然循環(huán)和多次強制循環(huán)鍋爐，水在蒸發(fā)部分多次流動才完全變成蒸汽的直流鍋爐中，水只需一次通過蒸發(fā)部分就全部氣化。 復合循環(huán)鍋爐是指一臺鍋爐上有這兩種循環(huán)方式的鍋爐。 圖5-1和復合循環(huán)系統(tǒng)l-8一起； 9一混合器10一止回閥11汽水分離器12一調(diào)節(jié)閥，27，圖(a )是亞臨界壓力低負荷再循環(huán)系統(tǒng)，鍋爐是低負荷時從蒸發(fā)部流

15、入分離器的濕蒸汽，分離出的蒸汽流入過熱器，水從循環(huán)泵送入節(jié)炭器的入口，此時流過蒸發(fā)部的工質(zhì)流量是流出蒸汽量，即高負荷時從蒸發(fā)部分排出的是微過熱蒸汽，此時循環(huán)泵停止，鍋爐以純直流方式工作。 圖(b )示出了超臨界壓力下的復合循環(huán)系統(tǒng)，不使用汽水分離器，低負荷時只打開調(diào)節(jié)閥12，將很多工程流至蒸發(fā)部分，而高負荷時關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，鍋爐以純直流方式工作。 低負荷時和高負荷時，再循環(huán)泵都在工作。 28、2 .直流爐的結(jié)構(gòu)，左圖是直流鍋爐汽水的流程圖。 一次工質(zhì)是供水泵的壓力，經(jīng)省煤器加熱后，進入下輻射區(qū)蒸發(fā)成濕蒸汽，在對流過渡區(qū)、上輻射區(qū)和對流過熱區(qū)加熱成過熱蒸汽，輸送到汽輪機。 可知直流鍋爐由各受熱面和連

16、接這些受熱面的配管構(gòu)成。 蘇打水的流動沒有滾筒和鍋內(nèi)的小循環(huán)回路。 圖.直流鍋爐的概略圖l-省煤器2-下放射區(qū)3-對流過渡區(qū)4-上放射區(qū)5-對流過熱區(qū)6-空氣預熱器，29，直流鍋爐沒有滾筒，整個鍋爐由許多管子并聯(lián)連接，并用罐串聯(lián)連接。 由于給水泵壓頭的作用，質(zhì)量一次加熱、蒸發(fā)、過熱，通過受熱面。 進口工質(zhì)是水，出口工質(zhì)是過熱蒸汽。 因為沒有鼓包，加熱和蒸發(fā)受熱面之間，以及蒸發(fā)和過熱受熱面之間沒有固定的邊界線。 圖.直流鍋爐的工作原理，焓-壓力-比容-溫度，30，3 .從結(jié)構(gòu)特征上，說明了直流鍋爐沿管道的工質(zhì)狀態(tài)和參數(shù)的變化：加熱區(qū)和過熱區(qū)的參數(shù)的變化與自然循環(huán)鍋爐相同，在蒸發(fā)區(qū)因流動阻力而降低

17、，并有相應的(1)需要高質(zhì)量的供水：鍋爐內(nèi)的供水全部變成蒸汽，供水中含有的鹽分除了溶解成少量蒸汽帶出外，其他多馀的雜質(zhì)都堆積在受熱管的內(nèi)壁。 (2)節(jié)約鋼材：管徑小，且不使用滾筒，可以大量節(jié)約鋼材。 一般的直流鍋爐能節(jié)省約20%30%的鋼材。 (3)因為強制性的工質(zhì)流動，蒸發(fā)部分的管道，不需要像自然循環(huán)鍋爐那樣使用立著的蒸發(fā)管道的各種配置方法被允許。 但是，蒸發(fā)段最后部分的受熱面必須設(shè)置在熱負荷比較溫和的地區(qū)。 31、(4)直流鍋爐不限于工作壓力，適用于超高壓和超臨界壓力。 由于壓力的上升和水和蒸汽的比容積差的減少，工質(zhì)的流動更穩(wěn)定。 (5)鍋爐中積蓄的熱量很少。 外部負荷的變化很快，燃燒和供水的調(diào)整來不及的情況下，蒸氣壓和蒸汽溫度的變動很大。 但是，不僅蓄熱少，對調(diào)節(jié)的反映也快，只要有敏感的調(diào)節(jié)設(shè)備，就能適應外部負荷的變動。 (6)直流鍋爐啟動和停止的時間很短，一般在1小時以下。 由于滾筒式鍋爐的鼓壁很厚，為了減少鼓壁內(nèi)外和上下的溫差引起的熱應力，必須經(jīng)常緩慢地啟動和停止，需要310小時。32、從控制特性的角度來看，直流鍋爐和鼓式鍋爐的主要差異表現(xiàn)在燃燒水的比例變化上，引起鍋爐內(nèi)的工質(zhì)儲量的變化，使各受熱面積的比例發(fā)生變化。 影響鍋爐內(nèi)工程量的因素很多，主要有外部負荷、燃料流量和供水流量。 在壓力等級不同的直流鍋爐中，