协调控制系统全解

第三讲协调控制系统§3.1单元机组协调控制基本概念一、单元机组负荷控制的特点对负荷控制而言，锅炉和汽轮机是不可分割的整体。锅炉和汽轮机在响应外界负荷时的动态特性存在很大差异。主蒸汽压力反映机炉内部的能量是否平衡，实发功率表征发电机组与外部电网是否平衡。二、单元机组负荷控制方式1、炉跟机（BF）炉跟机的特点：2、机跟炉（TF）机跟炉的特点：3、以炉跟机为基础的协调控制方式CBF特点：4、以机跟炉为基础的协调控制方式CTF特点：5、综合协调控制方式三、前馈控制在机炉协调控制中的应用1、按负荷指令进行的前馈控制如上图（a）所示，在协调控制方式下，切换器T选择实际负荷指令P0作为前馈信号，f(t)采用PD比例微分作用，当P0改变时，能使燃烧控制器超前动作，加速锅炉的负荷响应。2、按蒸汽流量需求进行的前馈控制若系统在锅炉跟随方式下，负荷指令由汽轮机手动控制或由DEH就地控制，P0跟踪机组实际功率，P0=PE，而PE是被调量，不能主动反映负荷需求的变化，这时再用P0作前馈就失去了“前馈”的意义。这时，通常采用蒸汽流量需求信号作为锅炉的前馈信号。蒸汽流量需求是汽轮机希望消耗的能量，用此信号可保持汽轮机耗能与锅炉产能随时平衡，从而改善机组的负荷响应。汽轮机对锅炉的能量需求信号也称能量平衡信号。p1大体上代表汽轮机的进汽量，可以作为对锅炉的能量需求信号。缺点：仅采用p1作为前馈信号，当锅炉侧内扰时，将对汽压pT造成动态正反馈。如：燃烧率扰动使主汽压增加时，即使调门开度不变，调节级压力p1也增加，如果直接把p1作为前馈信号直接作用于锅炉，就会使燃烧率进一步增加。因此，若采用p1作为前馈信号，就必须对其进行修正。（1）具有压力比修正的能量平衡信号（图4-23（a））T01p/pp当锅炉内扰引起进入汽轮机的蒸汽量变化时，p1/pT可保持不变。这样就消除了内扰影响。滑压运行时由于p0的变化，该信号同样有效。（2）具有压力差修正的能量平衡信号（图4-23（b））)]pp(K1[pT01稳态时：主汽压力偏差项为零，压力修正项为零。锅炉侧内扰：如B自发增加时，主汽压力上升⊿pT，调节级压力上升⊿p1。T1T01pK-p)p-K(pp1T1ppKp压力修正项为：适当选择系数K，使就能用该修正值来抵消主汽压力上升引起的调节级压力上升，消除锅炉侧内扰引起的正反馈。负荷侧扰动时：调节级压力与主汽压力变化方向相同。随着协调控制系统的发展，许多系统已难以区分究竟属于炉跟机还是机跟炉的形式。基于前馈控制的按能量平衡方法进行分类的方式应运而生。这种分类方式从一定意义上来讲，揭示了协调控制系统具有的内在本质特性。1、直接能量平衡协调控制方式DEB2、直接指令平衡控制系统DIB（间接能量平衡IEB）四、单元机组负荷控制方式的基本组成§3.2单元机组负荷管理控制中心一、负荷管理控制中心基本原理1、负荷指令运算环节2、负荷指令限制环节（1）最大/最小负荷限制环节机组最大可能出力与主要辅机的投切状况有关。主要辅机故障切除时，机组最大可能出力值减小，为了保证机组能量力而行，应根据辅机运行情况，计算最大可能出力值，作为机组负荷上限。如有的机组以运行中的磨煤机台数来计算机组最大可能出力。（2）负荷快速返回RB机组运行过程中，当机组的主要辅助设备突然发生故障，造成机组承担负荷能力下降时，就要求机组的负荷指令处理装置将机组的实际负荷指令下降到机组所能承担的水平，这种辅机故障引起的机组实际负荷指令的快速下降，称为快速返回，简称RB（RUNBACK）引起RB的辅机有：送风机、引风机、给水泵、一次风机、空气预热器等机组正常运行时，如果主要辅机发生故障，使机组的需求出力与允许出力之间不能平衡，这时将发生快速减负荷（RUNBACK），其目的是将机组的负荷需求限制在机组允许负荷范围内，在降低负荷过程中，为保证机组的安全，必须维持一定的降负荷率。快速减负荷（RUNBACK）产生条件包括汽动给水泵跳闸、电动给水泵跳闸、引风机故障、送风机故障、空预器故障、磨煤机故障、一次风机故障。各种故障所产生快速减负荷（RUNBACK）值不同，各种故障所产生RUNBACK减负荷速率不同，当需求负荷与设备允许负荷差值在允许范围内时，设备故障并不立即产生快速减负荷（RUNBACK）。机组正常运行时，当煤主控、给水控制、送风控制、引风控制设定值与实际值偏差超限，产生RUNDOWN（迫降）或RUNUP（迫升），当跳闸类故障产生后，需求负荷与允许负荷之差过大，RUNBACK生效。如需求负荷与允许负荷之差值在允许范围内，则RUNDOWN生效，在RUNBACK生效的同时，必然伴有RUNDOWN。当机组发生快速减负荷（RUNBACK）时，机组负荷控制自动转为汽机跟踪，锅炉主控在手动控制。一旦RB发生，控制系统将由协调控制方式自动转向汽机跟踪方式，在锅炉主控将各锅炉子回路的输入指令以设定变化率减小到设定值。汽机主控成为压力控制，实际功率输出逐步被减小到设定负荷，直到机组的出力限制条件取消后，再由运行操作人员手动选定新的控制方式。鉴于风烟系统的RB功能在通常的PI控制中执行，因反应延迟，过程量变动较大，难以维持稳定控制，甚至使RB失败。为此，日立公司采用如图15所示对策，使用动态先行控制加以改善。即当一侧送风机发生故障时，使用交叉偏置（CrossBias）修正另一侧送风机的输入指令，以控制过程量的变动，保证稳定运行。图交差偏置（CrossBias）修正一旦直流锅炉高负荷运行时一台给水泵突然脱扣，工况扰动巨大，给水急剧减小，极易造成锅炉各段受热面超温，属于最难处理的辅机RUNBACK(RB)之一。石洞口二厂两台超临界600MW直流炉给水系统正常运行中由两台2×55%汽动给水泵组成，一台40%电动给水泵备用。石洞口二厂600MW超临界机组配有六台磨煤机，正常满负荷运行时，五台磨运行，一台备用；两台汽泵运行，一台电泵冷备用，运行中当一台或两台汽泵跳闸时，控制逻辑中无电泵自启动功能，如发生一台汽泵跳闸，发55%RUNBACK信号，如发生两台汽泵跳闸，直接发MFT信号。石洞口二厂600MW超临界机组RB思想给水泵Runback的基本控制原理如下：根据三台泵的运行状况，计算出总的给水能力如果只有一台汽泵运行发出55%RB如发生给水泵跳闸如果只有一台电泵运行发出40%RB如果两台给水泵运行无RB信号发出如果机组五台磨运行，立即跳去一台磨如果机组小于等于四台磨运行，不跳磨机组闭环控制系统控制燃料量、给水量、风量的值至RB目标值（1）600MW超临界直流锅炉高负荷时给水泵RUNBACK的处理关键是控制合适的水煤比，在处理初期可保持较大的水煤比。高负荷时锅炉蓄热较大，给泵脱扣后锅炉给水量瞬间剧降，易引起锅炉超温，因此给水泵刚跳闸后给水流量可控制在1200t/h左右。待水冷壁壁温、汽水分离器入口汽温、主汽温正常后，再将给水恢复至正常的水煤比。（2）电泵要尽快启动及时带上流量以减轻汽泵压力。给水泵RUNBACK中单台汽泵运行经常因大流量而出现跟踪或强制信号，不仅使给水量无法跟踪燃料量，对运行汽泵也很不利，而电泵打出流量后就能使汽泵恢复到正常的运行范围内，为给水调节投入自动创造条件。（3）密切监视中间点温度的变化，以防止超温或者分离器满水，当给水被迫在手动时中间点温度是给水控制最重要的参考量。（4）高负荷时跳闸,因负荷剧降，机组运行方式可能会受到限制，要监视主汽机调门的动作情况，等限制条件消除后，及时将汽机控制切至初压方式。（5）及时调整主汽压力与机组实际负荷相匹配，防止汽机调门开度过小。调整主汽压力设定值时也要注意给水流量的变化，当汽泵因大流量而出现跟踪或强制信号时可将主汽汽压设定值略微抬高，使汽机调门适当关小，待给泵跟踪或强制信号消除后再投入给水自动。（6）因负荷剧降，要注意除氧器、分离器及凝汽器水位和其他各项参数的变化。（7）在减负荷过程中，注意汽温、汽压的变化，及时调整主蒸汽、再热蒸汽的减温水喷水流量，保持汽温的稳定。（3）负荷增/减闭锁（BLOCKI/D）引起机组闭锁的原因：1）第二类故障：指运行中存在的可能导致机组实际负荷的增减受到限制，但又不能立即加以识别的故障因素。例如：燃烧器喷嘴堵塞、风机挡板卡涩、执行器连杆折断、给水调节机构故障等。2）各辅机的动作速率不一致或负荷指令变化过快。负荷指令增/减闭锁实现方案（4）负荷迫升/迫降（RUNUP/RUNDOWN）对于第二类故障，除采取负荷增/减闭锁措施外，通常还可能进一步采取迫升/迫降措施。负荷增/减闭锁是“消极防守”性措施，负荷迫升/迫降则是“积极进攻”性措施。从偏差允许限值范围看，前者为第一道防线，后者为第二道防线。如：送风量指令达高限，或者送风量小于定值超过允许偏差，都产生负荷增闭锁信号，如果上述两种情况同时出现，就说明在送风机的最大出力情况下，送风量还不能满足正常燃烧的需要，因此必须迫降机组负荷。§3.3实例之一一、负荷管理控制中心原理图1、目标负荷指令的生成2、实际负荷指令形成3、辅机故障甩负荷逻辑二、锅炉主控1、锅炉跟随BF方式2、协调控制方式3、RB与手/自动切换三、汽机主控1、汽轮机主控跟踪与手/自动切换2、汽轮机跟随方式3、汽机主控协调控制方式（1）机组实际负荷指令P0的前馈调节。（2）负荷偏差eN的限幅（3）压力偏差ep四、主汽压力给定值的形成与运行方式选择1、主汽压力定值的形成2、控制系统运行方式选择DROP3sh01:LDCBaseModeBypassonNotANDBaseModeBypassonNotSelMWMRNotANDTFModeBFModeOR§3.4实例之二一、负荷指令的形成1.选择爬坡速率（SELECTRATE）SELRATE单元机组协调控制系统(CoordinatedControlSystem——CCS)可接受电网负荷自动调度系统(AutomaticDispatchSystem——ADS)给出的机组负荷指令，单元机组置于远方控制方式。ADS远方遥控方式或人工请求，置位“SELRATE”，负荷按给定速率向负荷要求指令爬坡。当发生RUNBACK或RUNDOWN，或负荷指令被闭锁且LDC仍沿被闭锁的方向升/降，或LDC不升也不降，或通过人工请求LDCHOLD，都将复位“SELRATE”，退出按给定速率向负荷要求指令爬坡的工况。在图DROP3sh01中，来自中调负荷遥控装置RTU-1的电网负荷指令是本接口回路的输入信号，而接口回路输出信号是积分器的输出信号负荷指令LDCOUT，LDCOUT就是电网对机组的负荷要求指令。正常状态下，ADS投入，逻辑TY11为ADSMODE，RTU-1的电网负荷指令与当前LDCOUT比较，形成“LDCINC”和“LDCDEC”逻辑。当“LDCINC”逻辑时，正值RATE作用到积分器的输入端，积分器输出信号LDOUT增加，其速率由积分器积分常数决定。同理，当“LDCDEC”逻辑时，负值A作用至积分器，LDOUT指令减。在既没有增指令又没有减指令时，即SELRATE逻辑不成立时，零值作用于积分器，输出LDCOUT指令保持不变。2.跟踪负荷指令（TRACKLDC）在机组正常运行（旁路系统未投入）时，机组处于炉跟踪BF、或机跟踪TF或手动基本BASE下，负荷指令处于跟踪工况。当负荷指令不跟踪锅炉主控和机组功率时，负荷指令跟踪经机前压力偏差修正的功率。3.跟踪锅炉主控（TRACKBM）机组运行在手动基本BASE且旁路系统投入，或汽机跟踪方式下，负荷指令跟踪锅炉主控输出。4.跟踪机组功率（TRACKMW）在旁路系统未投入且机组处于手动基本BASE方式且电气功率信号品质好；或炉跟踪BF；或机跟踪TF时，负荷指令跟踪机组实际功率。二、实际负荷设定值负荷目标值：人工设定负荷变化率：人工设定1.受人工设定的最大负荷、最小负荷设定值的限制。一旦机组的实际负荷指令达到/最小限值，则负荷指令将被闭锁（闭锁增/闭锁减）。2.向负荷要求指令爬坡。3.运行人员可通过操作按钮实现远方控制或就地控制。远方控制时接收ADS命令。4.当发生RUNBA