CCS控制原理

机炉负荷协调控制系统

一、任务

机组负荷协调控制系统的任务是使机组尽可能快地响应电网对该机组的负荷要求，同时，应能保证主汽压力尽量稳定，以保证机组的安全稳定运行。

二、单元机组对象的动态特性：

1.当其它输入不变时，改变汽机调门开度，例如，将调门开大，主蒸汽流量将迅速增加，这表明汽轮机能迅速响应负荷要求变化，但由于燃烧未能相应加强，主汽压开始下跌，蒸汽流量也渐渐下跌，最后又回到了原来的值，没有能满足电网的长期需要，而压力则降到了一个相对较低的值如图1 (a)。

2.若其它输入不变，增加燃烧率，主汽压力将逐渐升高，主蒸汽流量也逐渐增加，负荷逐渐增加，说明锅炉改变燃料量后，负荷响应比较缓慢，如图1 (c)。

3.当外界要求增加负荷时，由于一个负荷特性快（汽轮机），一个特性慢（锅炉），就难以满足既快速，又稳定的要求，如果仅满足快速的要求，可通过不断开大汽机调门开度来实现，虽可保证负荷需求（也不可能长久），但压力将一路下跌，如图1 (b)，会影响机组安全。

所以机炉两者之间应协调控制调门开度指令和锅炉指令。

图1 单元机组对象动态特性

三、运行方式

单元机组负荷协调控制系统一般有下列几种运行方式：

1．手动方式：汽机指令和锅炉指令都是手动发出，此时，运行人员兼顾汽压和负荷，手动调节汽机指令（调门开度指令）及锅炉指令，使压力基本稳定，并使机组负荷按照电网需要变化。

2．机跟炉方式（汽机跟随锅炉）

此时，锅炉侧根据电网负荷需求来调节锅炉指令（增/减燃烧率），而汽机则根据主汽压力的变化，自动调节汽机调门开度。

可以看出,这种方式下,当外界需要机组增加负荷时,锅炉开始加强燃烧，压力渐渐升高,汽机则根据压力升高情况，自动地调整汽机指令，

渐渐开大调门开度，负荷随之增加，由于锅炉响应较慢，所以使负荷增加得较慢，但是由于汽机调门变化对压力的影响较快，所以压力显得十分稳定。

该方式的特点是：压力稳定，但负荷响应慢。

3．炉跟机方式（锅炉跟随汽机）

此时，汽机侧根据电网负荷需求来调节汽机调门开度，而锅炉则根据主汽压力的变化自动地调整燃烧。

当外界负荷需求增加时，汽机可以很快地升高机组的负荷，但压力将下降，由于锅炉惯性较大，它虽然根据压力变化进行调节，但压力难以很快补上来，可能导致压力下跌较多。

该方式的特点是：负荷响应快，但压力不稳定。

4．协调控制方式

协调方式则是综合机跟炉和炉跟机方式的优点，尽可能地克服它们的缺点。协调方式下，机、炉主控都将处于自动方式，即机指令和炉指令都是自动调整的。

协调控制方案较多：例如

同时将外界负荷变化指令送达机侧和炉侧；

采用直接能量平衡信号（DEB）；

进行压力限制；

采用各种前馈、微分环节，用以改善系统特性。

新铝电厂协调控制系统的运行方式也分为：

1．手动方式，此时机主控、炉主控（燃料主控）都在手动。

2．机跟炉方式TF，特征是机主控自动、炉主控手动。

3．炉跟机方式BF，特征是炉主控自动、机主控手动。

4．协调控制方式CCS，特征是机、炉主控都自动。

四、协调控制系统的构成

系统由三部分构成：

1．负荷指令的形成

2．压力定值的形成

3．机、炉主控制指令的形成

此外，还有一个功能全面的逻辑控制系统，用来实现方式切换和跟踪等功能。

（一）负荷指令的形成

1．正常情况下负荷指令的形成（CCS方式下）

指令的来源：

（1）运行人员手动给定。

（2）来自ADS（自动调度系统）。当投入AGC（自动发电控制）后，机组将由电网调度发出的负荷指令直接控制。

就本机组而言，机组负荷控制站投自动意味着ADS投入。但是当下列任一信号出现时，机组负荷控制站不能投自动：汽机主控站在手动；

锅炉主控站在手动；

ADS故障或ADS不可用（例如来自调度系统的遥调信号质量坏、遥调信号不在正常范围等）；

出现RB、FCB、负荷指令增闭锁、负荷指令减闭锁；

机组负荷指令超过高限。

（3）一次调频信号。这是根据汽轮机的静态特性曲线生成的指令。

(a)(b)

图2 汽轮机静态特性

一般来说，当电网频率发生变化时，汽轮机的调速系统会自动根据

电网频率的变化来改变阀门开度，从而使机组的负荷发生变化。该过程称为一次调频。例如，如图2（a），原来机组在N A，3000rpm，即A点运行，当转速升高（电网频率升高）时，如果DEH的速度反馈信号是插入的，则机组将按照静态特性参与一次调频，也就是说它将自动关小调门，降低供给电网的电量，从而缓解频率的升高，此时，工作点移到B 点，负荷降为N B。也就是说，当汽轮机转速升高时，它将自动地按一定比例减小发出的功率。

尽管汽轮机按照其静态特性减小了功率，但此时转速仍高于3000rpm，电网频率仍偏高。若要进一步降低转速（使电网频率继续降低），电网调度可以要求网上的各机组（包括本机组）再适当降一点负荷。这属于二次调频。二次调频结束后，工作点处于C点，此时，负荷为N C，转速又回到3000rpm。

二次调频相当于平移了汽轮机的静态特性曲线，如图2（b）所示。

为什么要在协调控制系统的负荷指令中，加入频差信号呢？

这是因为当投入CCS方式后，汽机功率PI控制器（见图 8）将对负荷指令和实际负荷进行PI运算，最终会使实际负荷＝负荷指令。

这说明，若负荷指令中不含频率信号，机组的实发负荷将不受频率影响，即使DEH将速度反馈插入，也不起作用，也就是说，机组丧失了一次调频能力，这对于并于网上的机组来说，是不合适的。

在机组负荷控制站的输出上叠加了频差信号。这样，机组的负荷指