单元机组协调控制系统
单元机组协调控制系统
进 汽 量
制 系 统
单
元 机
锅炉
汽轮机、发电机
组
图单1元3－机1 单组元协机调组控协制调系控制统系统的组成
三、机组负荷控制系统被控对象动态特性
单元机组
TD
汽轮机控制系统 μT
GNT(s)
+ PE
+
GPT(s)
BD
μB
锅炉控制系统
GNB(s) GPB(s)
+
pT +
图13－2 负荷被控对象方框图 GNT(s)——汽轮机调门开度μT对机组输出电功率PE的传递函数 GPT(s) ——汽轮机调门开度μT对主蒸汽压力pT 的传递函数 GNB(s) ——燃烧率μB对机组输出电功率PE的传递函数 GPB(s) ——燃烧率μB对主蒸汽压力pT的传递函数
单元机组协调控制系统
（1）最大可能出力值的计算 当锅炉和汽轮发电机组运行正常时，机组的最
大可能出力值与主要辅机的切投状况直接有关， 主要辅机跳闸或切除，最大可能出力值就会减小。 因此机组的最大可能出力由投入运行的主要辅机 的台数确定。应随时计算最大可能出力值，并将 它作为机组实际负荷指令的上限。
机组的主要辅机设备有风机（送、引风机）、 给水泵（电动、汽动给水泵）、锅炉循环水泵， 空气预热器以及汽轮机或电气侧设备等。因此， 负荷返回RB的主要类型包括送风机RB、引风机 RB、一次风机RB、给水泵RB、磨煤机RB等。
单元机组协调控制系统
二、 单元机组协调控制系统基本组成
ADS指令
电网频率
值班员指令
外部负荷指令
协
调
控
制 级
主蒸汽压力给定值po
主蒸汽压力pT
负荷指令处理回路
火电厂单元机组的协调控制系统
单元机组和控制系统的关系
在单元机组的运行过程中，引起被调量 （如主蒸汽压力、温度）变化的原因是各 种扰动，而控制系统的任务则是要克服扰 动对被调量的影响，使被调量始终保持在 生产过程允许或希望的范围内。 最主要的扰动——外界电负荷的变化。
单元机组协调控制系统的发展
机炉协调的负荷控制方式
把之前两种方式结合起来，取长补短 所引起的压力变化比主汽压力下降后在增大锅炉功率（BF 方式）所引起的压力变化小得多。由于功率调节信号是同 时作用于汽轮机和和锅炉的，所以它比TF方式有更快的功 率响应。 这种锅炉蓄热的合理利用与及时补偿的协调方式，使得单 元机组实际输出功率既能迅速响应给定功率的变化又能保 持主汽压力的相对稳定。
汽轮机跟随的负荷控制方式
由汽轮机控制主汽压力，由锅炉控制机组负荷。 该方式的主汽压力变化较小，对锅炉的稳定有利，但是由于锅炉燃料 量输送及传热过程有较大滞后，使得机组输出功率响应有较大滞后， 调频能力差。 适用情况： a.承担基本负荷的单元机组。 b.当新机组刚刚投入运行，经验还不足时，采用这种方式可使机组 运行比较稳定。 c.当单元机组中汽轮机运行正常，机组输出功率受到锅炉限制时。
机组负荷管理控制中心（LMCC）
又称 机组负荷指令处理装置 负荷控制中心是用来协调机组内、外矛盾，也就是协 调供与求的矛盾
机炉主控制器
机炉主控器协调的是机和炉的内部矛盾
机炉子控制系统
直接与控制对象相联系，执行协调级的指令，使燃烧量、 送风量、给水量、蒸汽流量等与负荷控制指令相适应，实现 负荷控制的任务
。
• 机发 机组
全 依 变 锅
• 发 主 的 蒸 两 率 对 象 功 制 出 控 组 输 组 机 元 机
机组协调控制系统(CCS)
三、协调控制系统的作用
协调控制系统由负荷指令处理回路和机炉主控制回路这两大部分组成，它们各自 的作用分别介绍如下： １、负荷指令处理回路的作用 负荷指令处理回路的作用 （1）负荷指令处理回路接受的外部指令是电网调度所的负荷分配指令、机组运行人 员改变负荷的指令、电网频率自动调整的指令。根据机组运行状态和电网对机 组的要求，选择其中一种指令或两种以上指令。 （2）限制负荷指令的变化率和起始变化幅度。
（３）限制机组最高和最低负荷。 （４）甩负荷保护。 （５）根据机组的辅机运行状态，选择不同的运行工况。 ２、机炉主控制回路的作用 机炉主控制回路的作用 （１）接受经过处理的负荷指令P0，对锅炉调节系统和汽机调节系统发出协调的指挥 信号－－锅炉指令PB和汽机指令PV。 （２）根据机组输出功率与负荷要求之间的偏差，决定不同的运行方式。
S 由上式可见，汽机控制回路功率给定值P0的反馈信号是p1，因p1对汽机调节阀开度的 响应比实发功率灵敏得多。故汽机调节阀能迅速而平稳地响应功率给定值的变化。
(1 + S )P0 − Kp1 + K p 1 (P0 − PE ) = 0
锅炉燃烧指令PM为：
1 p p PM = 1 + 1 S 1 + K ( p 0 − pT ) p T pT S 燃烧率指令的前馈信号是能量平衡信号p1 / pT ，式中微分项在动态过程中加强燃 烧指令，以补偿机炉之间对负荷要求响应速度的差异。由于要求动态补偿的能量不仅 与负荷变化率成正比，而且与负荷水平成正比，所以微分项要求乘以p1 / pT 值，汽压 偏差积分项保证了稳态时能消除压力偏差。 能量平衡信号与功率给定信号性质不同。后者仅表示电网对机组的负荷要求，前 者反映了汽机对锅炉的能量要求，这就为机炉之间动态过程中协调控制两个控制回路 的工作提供了一个比较直接的能量平衡信号。与指令信号间接平衡的协调系统相比， 锅炉控制回路的前馈信号无论是动态还是静态的精度都比较高，整定也比较方便。 通过上述分析介绍，我们不难看出，采用以锅炉跟随为基础的能量直接平衡协调 控制系统，在快速适应负荷要求，以及克服系统内部扰动方面，都有比较大的优势， 是目前诸多协调控制方案中较好的一种。
机组协调控制系统CCS
一、CCS控制系统简介。
协调控制系统CCS又称为单元机组的负荷控制系统,是将锅炉、汽机及辅机作为一个整体加以控制的十分复杂的多变量控制系统,该系统有机的、协调的控制锅炉的燃料、送风、给水以及汽机调节阀门开度,使各变量间的影响最小。
它是建立在汽机控制子系统和锅炉控制子系统基础上的主控系统和机、炉子控制系统组成的二级递阶控制系统。
处于调节级的主控系统是协调控制系统的核心,它对负荷指令进行运算处理形成控制决策,给出汽机负荷指令和锅炉负荷指令。
处于局部控制级的各子系统在机、炉主指令下分工协调动作,完成给定的控制任务。
单元机组协调控制系统的任务是:既要保证机组快速响应负荷需求,又能使机组的主要参数机前压力在变负荷的过程中保持相对稳定。
二、CCS协调控制系统的控制方式。
协调控制系统有以下五种控制方式：1、炉跟机方式（BF）。
当锅炉主控自动，汽机主控手动时为BF方式，锅炉主控控制机前压力，汽机调节机组功率。
2、机跟炉方式（TF）。
当汽机主控自动，锅炉主控手动时为TF方式，汽机主控控制机前压力；锅炉调节机组功率。
3、协调炉跟机方式（CCBF）。
当锅炉主控自动，汽机主控再投入自动时为CCBF方式，锅炉主控控制机前压力，汽机主控控制负荷。
4、协调机跟炉方式（CCTF）。
当汽机主控自动，锅炉主控再投入自动时为CCTF方式，汽机主控控制机前压力，锅炉主控控制负荷。
5、机炉手动方式。
汽机主控和锅炉锅主控均为手动方式，由锅炉调节压力，汽机改变调节汽门开度，调节实发功率。
控制方式之间通过负荷管理中心（LMCC）由运行人员实现无扰切换。
；每种方式下均有相应的调节器自动，其余的调节器跟踪。
协调方式下当因辅机故障发生RB时，锅炉主控自动将目标负荷降至正在运行的辅机所承担的负荷水平（即RB目标值），汽机主控则自动控制机前压力至设定值，RB结束后机组维持CCTF方式。
三、机组协调控制投入和切除条件及投、退协调控制的操作1、机组协调控制投入的条件：（1）机组负荷达到60%额定负荷以上，运行稳定。
协调控制系统 CCS介绍
模拟量控制系统
第 24 页
控制方式
控制效果分析
锅炉跟随控制方式、汽轮机跟随控制方式和协调控
制方式通常是可供单元机组控制系统选择切换的三种基 本控制方式。一般说来，协调控制方式的控制效果介于 锅炉跟随控制方式和汽轮机跟随控制方式之间，使输出 电功率和主汽压的控制得到兼顾在正常运行条件下，经 常采用协调控制方式，其他控制方式一般起辅助作用或 备用。
模拟量控制系统
第 15 页
控制方式
1、协调控制的基本原则及方案
2、主要控制方式
3、定压和滑压运行
模拟量控制系统
第 16 页
控制方式
原则：在保证机组安全运行(即汽压在允许范 围内变化)的前提下，充分利用机组的蓄热能力。
即在负荷变动时，通过汽轮机调门的适当动作，
允许汽压有一定波动而释放或吸收部分蓄能，加 快机组初期负荷的响应速度。与此同时，加强对 锅炉侧燃烧率(及相应的给水流量)的调节，及时 恢复蓄能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致。
模拟量控制系统
第 30 页
主控系统
最大/最小允许
负荷限制回路
（MAX/MIN）
保证机组的实际 负荷指令不超越 机组的最大和最 小允许负荷值。
模拟量控制系统
第 31 页
主控系统 根据主要辅机的切投状 况，在线地识别与计算 出机组的最大可能出力 值。若实际负荷指令大 于最大可能出力值，则 发生负荷快速返回，将 实际负荷指令降至最大 可能出力值，同时规定 机组的负荷返回速率。
负荷指令处理
MCS (CCS)
子控制 系统 锅炉子 控制系统
给水控制
燃烧控制 汽温控制 汽机子 控制系统 辅机子 控制系统
DEH
除氧器水位压力控制、 高低加水位控制等
汽机的协调系统名词解释及控制方式的解析
汽机的协调系统名词解释及控制方式的解析协调系统名词解释及控制方式的解析协调控制系统Coordinated Control System（简称CCS）系统单元制机组采用炉、机、电集中控制方式，两台机组设一个单元控制室，每台机组按炉、机、电一体化配置热控分散控制系统（DCS distributed control system）。
汽轮机电液控制系统（DEH）可根据CCS汽机主控的流量指令改变调节汽门的开度，实现汽轮机高中压缸联合启动或中压缸启动等不同的启动方式，机组并网后可由CCS遥控，实现机炉协调控制。
单元机组协调控制系统CCS由负荷指令处理回路和机、炉主控制器两大部分构成。
负荷指令处理回路主要实现AGC（automatic generation control 自动发电控制）目标负荷或运行人员目标负荷的选择、一次调频投/切、高低负荷限制、速率限制、负荷闭锁增减以及辅机跳闸RB等功能。
机、炉主控制器是协调控制系统的核心部分，主要实现机炉运行方式及切换和机炉主控指令运算等功能。
CCS协调控制系统的机、炉主控器共有4种运行方式： BASE（基本方式）、TF（turbine follow-up机跟随）、BF（boiler follow-up炉跟随）、CCS（机炉协调方式）。
运行人员可以通过选择汽机、锅炉主控M/A手动、自动来选择不同的运行方式，4种运行方式之间切换是无扰的。
基本方式BASE即手动方式，汽机主控和锅炉主控都为手动控制。
在这种方式下，汽机控制可以处于电功率闭环控制、机前压力闭环控制和阀位控制三种方式；锅炉控制处于手动燃烧调整方式，根据目标负荷大小调节合适的主蒸汽参数。
机跟随turbine follow-up（简称TF）汽机主控自动，控制机组机前主汽压力；锅炉主控手动，控制锅炉燃烧以满足目标负荷需求。
汽机调节器接受机前压力偏差，维持机前压力在设定值。
炉跟随boiler follow-up（简称BF）汽机主控手动，控制主汽门开度以满足目标负荷需求；锅炉主控自动，控制机前压力。
单元机组协调控制系统
M
W
实线—一般 直流锅炉；
p
虚线—带分
离器的苏尔
寿直流锅炉
P
t
t
t
图. 直流锅炉动态特性曲线 (a)调节汽门开度扰动；（b）燃料量扰动； (c) 给水量扰动
四、直流炉与汽包炉机组动态特性区别
直流锅炉单元机组的汽水流程如下图所示。在直流 锅炉中，锅炉给水转变为蒸汽的过程是一次性完成的。 锅炉的蒸发量除了受燃烧率影响外，与给水流量直接 有关。当给水流量和燃烧率的比例改变时，锅炉汽水 流程中各个段的界面就发生移动。比如，给水流量减 小，将使蒸发段向给水侧移动，汽水流程中各点的工 质焓值将有所提高，汽温会随之上升。因此，在直流 锅炉单元机组中，还应当把给水流量W和主蒸汽温度或 中间点温度T也做为控制量和被控量。
（3）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小。 因为滑压运行时给水压力与机组负荷成正比，在相同的 机组部分负荷条件下，给水泵出口压力比定压运行时要 低得多。例如，某机组在50%负荷下，滑压运行时给水 泵的功耗仅相当于定压运行时的55%。
（4）调峰停机后再启动快，降低了启动损耗。因为 在低负荷下汽轮机的金属温度基本不变，若在机组最 低负荷下打闸停机，可以在较高的金属温度下停机热 备用，如重新热态启动，将大大缩短再启动时间，使 启动损耗相应地降低。例如，一台600MW机组滑压 停机8小时以后再启动，从锅炉点火到带额定负荷仅 需35分钟。使机组的灵活调度能力大为增强。
（3）系统可靠性高。通过设置安全保护系统和采取 一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如， 当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实 际功率指令的幅值和变化速率进行改变，并通过相应的 联锁保护，报警显示等措施，保证机组在安全范围内运 行，并维持最佳的工况。
单元机组协调控制系统(一)
CCS: co-ordinate controபைடு நூலகம் system
机组监视参 值班员负荷指令 数、保护
协调控制系统
电网 负荷 要求
电网
炉
汽机
发电机
什么是协调控制系统？
什么是协调控制系统？
► 在机组、电网之间维持能量供求平衡的控制
系统； ► 在机组内部锅炉、汽轮机之间维持能量供求 平衡的控制系统。
1)
► 实现负荷调节方式的控制系统就是协调控制
系统。CCS
三） CCS概述
► 1）CCS的功能和任务 ► 2）CCS的基本组成及相互关系 ► 3）协调控制系统内的信号处理过程
1）CCS的功能和任务
功率调节器+压力调节器
输入：电网负荷指令和值班员负荷指令（通常 为阶跃信号信号）以及机组保护对机组负荷的 要求|功率实测值；主汽压力设定值|实测值。 输出：汽轮机出力给定值（至DEH）和锅炉 的燃烧率给定值（至燃料调节器，引、送风 调节器，给水调节器）。
机组监视参 值班员负荷指令 数、保护 电网 负荷 调度 负荷控制系统
煤、油、风、水主控等
电网
DEH
炉
汽机
发电机
协调控制系统由负荷控制系统与局部控制系统构成
CCS的基本组成
► 负荷控制系统（主控系统） ► 局部控制系统（DEH；FSSS，煤，风，水）
2）CCS的基本组成及相互关系
协 调 控 制 系 统
差，正的压力偏差又使调门关小。最终结果： 调门开大受到抑制。前期，机组能利用锅炉 蓄热增强负荷响应能力，后期蓄热利用完毕 （汽压下降），主汽压信号抑制调门过调， 确保汽压波动幅度不过大。
炉侧特点：
单元机组协调控制系统一课件
目录
PART 01
单元机组协调控制系统的 概述
定义与特点
定义
单元机组协调控制系统是一种用于协 调控制单元机组多个设备的自动化系 统，通过优化机组运行参数，实现安 全、高效、经济运行。
特点
单元机组协调控制系统具有自动化程 度高、控制精度高、响应速度快、稳 定性好等特点，能够提高机组的整体 性能和运行效率。
协调控制系统的基本组成
协调控制系统主要由指令输入装置、控制器、执行器和反馈装置等组成。
指令输入装置用于接收外部输入的指令信号，控制器根据指令信号和系 统状态计算控制信号，执行器根据控制信号调节单元机组的运行参数。
反馈装置用于实时监测单元机组的运行状态，将监测数据反馈给控制器， 以便控制器进行实时调整。
PART 02
单元机组协调控制系统的 基本原理
单元机组的工作原理
单元机组是一种将多种能源转化为电能的装置，由燃烧系统、汽水系统和控制系统 等组成。
单元机组通过燃烧系统将燃料转化为蒸汽，蒸汽通过汽水系统驱动汽轮机转动，进 而发电。
单元机组的运行状态和效率受到多种因素的影响，如燃料品质、蒸汽参数、负荷变 化等。
具体策略包括
优化控制算法、改进系统结构、 提高传感器和执行器的性能等。
系统改进的方法与步骤
• 方法：根据系统优化的目标和策略，选择合适的方法进行 改进。
系统改进的方法与步骤
步骤 1. 对现有系统进行深入分析，了解其优点和不足。
2. 根据分析结果，制定具体的改进方案。
系统改进的方法与步骤
3. 对改进方案进行仿 真和实验验证，确保 其可行性和有效性。
PART 06
单元机组协调控制系统的 应用案例
(完整)09第三章 单元机组协调控制系统
协调控制：通过控制回路协调汽轮机和锅炉的工作状 态，同时给锅炉和汽轮机自动控制系统发出指令，以 达到快速响应负荷变化的目的，尽最大可能发挥机组 调频、调峰能力，稳定运行参数。 特别是600MW以上的机组都设置了协调控制系统。 协调控制系统（CCS）（按原电力部自动化协会推荐应 称为：MCS），但习惯原因多数仍使用CCS表示协调控 制系统。 二、协调系统的运行方式 （插图） 协调控制系统在协调机炉运行时共有四种运行方式， 各运行方式都有优缺点，根据实际情况酌情选择使用。 （原则：负荷变动不能使主汽压力变化过大） 1）炉跟机：需要机组进行负荷变化时，首先改变汽机 的负荷，然后在协调系统控制下让炉来稳定主汽压力。 优点：负荷变化快；缺点：机组参数变化大
4）采用前馈信号使跟随方及时动作以避免参数波动。 应该说这一点是协调系统和原来常规仪表的主要区别。 常规仪表就是由于没有这种功能才会在大机组负荷变 动面前“束手无策”。 下面以图3-1为例，了解以下内容： 1）如何看自动控制图（了解各种符号的含义） 2）如何分析自动控制图（自动控制原理） 3）分析协调控制原理
一、符号识别 最好能将符号记录 下来,以便日后查看
补充自动控制图形符号说明：
LAG（英文含义：落后、迟延）--惯性 LIM（limit：限制、限定）--幅值限定 RAMPC—速率限定
汽轮机负荷调节
锅炉负荷指令运
系统：（机主控
算系统：经过此
电路）输入量为
运算单元输出到
发电机+ 功率T和
锅炉调节系统以
自上动边信调菱高两数小出负低入R加入个法为高定被被过限输切备切用的/为号节U形手值个值负的荷值中法的信运手的N比信器值数限限限定出换，换两一自发可中动选信。荷最指选选为减器两号算动模B较号的限值定定定数为：可设个个动生以例时过大上指但某切A择号其，小令A择择输负：个进。信拟器之输表C幅（输的数值限一以备输。，器产如快，面令应时换器中右是数必数函（测线偿器最出荷将或行号信K： 差 出示器 右 入 输 值 时 定般 控 以 入右， 生： 汽 ， 会 传 不 力 间开：选侧要值须值数X量性运是：小。指输 多 加。号自根两作。模：侧。入，，数切制决信）边手不在机否损送大计段关在择输求，大转信矫算自在的右令动据个为拟一）在输当该值换这定号：的动同启温则坏下于算内，输最入机运于换号正等动两信侧。调输输比侧，运入输限设个使中对动度热汽来高会不入小为组行这器进或操快个号节入入较输一行不入定被汽不应机的限限大的的最输中个F行补作速输作器信入侧时能超单轮增力设负数制于。：号限为，超过元机长过备荷值在某，， 个数值（偏差信号） 决定输出调节 信号的大小。
单元机组协调控制系统(CCS)
§7.1 CCS的基本概念(6)
➢ 以锅炉跟随为基础的协调控制方式:
§7.1 CCS的基本概念(7)
➢ 以汽轮机跟随为基础的协调控制方式
§7.1 CCS的基本概念(8)
➢ 综合型协调控制方式
§7.1 CCS的基本概念(9)
CCS 的基 本组 成
➢ CCS
➢ p1/pT信号的微分项整定不受汽轮机控制回路的影响，只需按 机炉对负荷要求响应速度的差异确定参数就可以了。与负荷 指令间接平衡的协调系统相比，锅炉控制回路的前馈信号无 论是动态的还是静态的精度都比较高，整定也比较方便。
§7.3 机炉主控制器(17)
系统分析(2)
➢ 从锅炉内扰来看，当燃烧率自发增加时，pT及p1均升高，因 为p1对燃烧率变化比实发电功率PE灵敏，在汽轮机控制回路 中功率积分项尚未改变时，汽轮机调节器就使汽轮机调节阀 关小，促使p1恢复到与功率给定值相适应的水平。与此同时， 锅炉控制回路接受两个减小PB指令的信号，一个是由于p1恢 复而使p1/pT减小的信号，另一个是负的压力偏差信号（p0pT），所以锅炉侧消除内扰的能力较强。
§7.1 CCS的基本概念(1)
CCS释义： 在单元机组的调节方式中，无论扰动发生在
锅炉侧还是汽轮机侧，都能保证机炉之间能很好 地相互跟随协调运行，同时兼顾负荷和汽压两者 的关系，能在确保机组安全运行的前提下最大限 度地适应负荷需要的调节方式或控制系统。
§7.1 CCS的基本概念(2)
单元机组负荷控制的特点：
协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变化较大时，能维持两 者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。
协调机组内部各子控制系统（燃料、送风、炉膛压力、给水、 汽温等控制系统）的控制作用，在负荷变化过程中使机组的主 要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和 可靠的安全性。
单元机组协调控制系统
单元机组协调控制系统概述定义：锅炉和汽机相互配合接受外部负荷指令，共同适应电网对负荷的需求，并保证机组本身安全运行的控制系统。
协调控制系统（CCS）是整个单元机组自动化系统的一个重要组成部分，CCS与FSSS、DEH等的联系如图所示：其组成如下。
发电系统组成：主控制系统锅炉的燃料控制系统风量控制系统给水控制系统和汽温控制系统汽机侧的数字功频电液控制正常运行时，锅炉和汽机控制系统接受来自主控制系统的负荷指令。
主控制系统是协调控制系统的核心部分，有时把主控制系统直接称为协调控制系统。
协调控制系统的方框图如下：主控系统图1 单元机组协调控制系统方框图一、主控系统的组成1、任务：（1）产生负荷控制指令（2）选择机组负荷控制方式2、组成：负荷（功率）指令处理装置机炉主控制器二、负荷指令处理装置（一）负荷指令运算回路输入信号：机组值班员手动给定的负荷指令ADSΔf输出信号：机组负荷指令N0负荷指令处理回路实例图工作过程：运行人员输入→负荷率限止→上下限限止→机组负荷出力。
图2 负荷指令处理回路实例（二）机组最大可能出力运算回路● 定义：考虑各种辅机的运行状况而计算出的机组出力。
● 机组最大可能出力运算回路原理图 （三）机组的允许最大负荷运算回路● 定义：考虑锅炉燃烧器等不可测故障时，使锅炉的实际出力达不到机组功率指令N 0的要求，而设置的机组负荷运算回路，简称返航回路。
● 返航回路的工作过程：（1）正常运行：N 允许=N 最大，4接通6（2）大于5%的燃烧率，积分器2的输出为机组允许最大负荷信号。
运算过程示意图如下：（出力变化率限止）运行人员要求负荷指令负荷急 增 减图3 机组最大可能出力运算回路原理图图4 机组允许最大负荷运算过程示意图偏差信号 最大负荷时间τ燃烧率偏差，τ τ τ τ 0 0 0 0 0U 2U 3U 4U 603U 2、U 3、U 4、U 6分别为积分器2、反向器3、偏置器4和6的输出信号 τ0出现6%燃烧率偏差τ1监控器31动作时间，切换器5将燃烧率偏差信号直接送入偏置器4 τ2燃烧率偏差信号=1%，机组允许最大负荷信号停止下降，机组稳定τ3、故障排除，燃烧率偏差信号＜1%，积分器输入为正值，直至允许最大出力等于最大可能出力。
单元机组协调控制系统
Ｉ ■
Ｃ ｏ１。ｄ ｃｏｙ￣ ｈ ｒａ ｈｌ ＇ ｉ ｃｃｎ ｅ ｏＲｌ ｎ ｅ Ｔ ｎｇ （ｗ ５１ ｅ
单 元 机 组 协 调控 制 系 统
曹雪伟 （ 保定热电厂 河北 周爱强 保定 ０１０） ７ ０ ０
【 摘
一
要］ 单元机组协调控制 系统把锅 炉、汽轮发 电机 组作为一个整体进行控 制，采用 了递阶控 制系统 结构 ，把 自动调节 、逻 辑控制、连锁保护等功 能有机地 结合在
级的 主控系 统是 协调控 制 系统 的核 心 ，它 对 负荷指 令 进行运 算 处理 形成 控制
决策 ，给 出汽机 负荷 指令 和锅 炉负荷 指令 。处于局 部 控制 级 的各子 系统 在机 炉主指 令下分 工协调 动作 ，完成 给定 的控制 任 务。 随着 电网运行 自动化 水平 的提 高， 以单元 机组 协调控 制 系统 为基础 ，构
下控制 要求 的综合控 制系 统 。
（ ）协 调控制 系统 的组成 二 单元 机组 协调控 制 系统 ，它是建 立在 汽机 控制 子系统 和锅 炉控 制子 系统 基 础上 的主 控系 统和机 、炉子控 制 系统组 成 的二 级递 阶控制 系 统 。处于 调节
发 生 的时候 ，即 可按照 机 炉双方 的特 性 ，采 用适 当的 前馈信 号 ，使能 量 的失
起 ，构成一种 具有多功能控制功 能，满足 不同运行方式和不 同工况下控制要求 的综合控 制系统 。
［ 关键词］ 协调 控制 系统 中图分类号 ：Ｔ ６ 文献标识码 ：ｈ 文章编号 ：１０ － １ Ｘ ２ ０ ） ２ ａ － ２ ０ ０ Ｍ ０ ９ ９ ４ （０ ８ １ （） ０ ０ － １
一
、
单元 机组协 碍控制 系统 的概述
协调控制
一、单元机组协调控制系统（理论部分，仅供参考）1基本概念：1．1 协调控制系统：在单元机组控制系统的设计中，考虑锅炉和汽轮机的差异和特点，采取某些措施，让机炉同时按照电网负荷的要求变化，接受外部负荷的指令，根据主要运行参数的偏差，协调地进行控制，从而在满足电网负荷要求的同时，保持主要运行参数的稳定，这样的控制系统，称为协调控制系统。
1．2 协调控制系统是由负荷指令处理回路和机炉主控制回路这两部分组成。
负荷指令处理回路接受中央调度所指令、值班员指令和频率偏差信号，通过选择和运算，再根据机组的主辅机实际的运行情况，发出负荷指令。
机炉主控制回路除接受负荷指令信号外，还接受主蒸汽压力信号，根据这两个信号的偏差，改变汽轮机调节阀的开度和锅炉的燃烧率。
2协调控制协调的作用2.1负荷指令处理回路的作用：2.1.1该回路接受的外部指令是电网调度的负荷分配指令、机组运行人员改变负荷的指令、电网频率自动调整的指令。
根据机组运行状态和电网对机组的要求，选择一种或几种。
2.1.2限制负荷指令的变化率和起始变化幅度，根据机组变负荷的能力，规定对机组负荷要求指令的变化不超过一定速度，以及起始变化不超过一定幅度。
2.1.3限制机组最高和最低负荷。
2.1.4甩负荷保护，在机组辅机故障时，不管外部对机组的负荷要求如何，为保证机组继续运行，必须把负荷降到适当水平。
2.1.5根据机组的辅机运行状态，选择不同的运行工况。
2.2机炉主控制回路的作用：2.2.1经过处理得负荷指令Po，对锅炉调节系统和汽机调节系统发出协调的指挥信号锅炉指令Pb和汽机指令Pv2.2.2根据机组输出功率与负荷要求之间的偏差，决定不同的运行方式3协调控制系统的运行方式：3.1机炉协调控制方式：如下图所示，包括机组功率运算回路机组允许负荷能力运算回路功率限制回路：若负荷要求在机组所能承受的允许范围内，按负荷要求发出功率指令；否则，按机组允许负荷能力发出机组功率指令锅炉主控制器汽机主控制器3.2汽机跟随锅炉而汽机输出功率可调方式：这种调节方式，锅炉、汽机自动系统都投入，但不参加电网调频，调度所也不能直接改变机组的负荷。
单元机组协调控制系统-毕业设计论文精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版引言单元机组协调控制系统是大型火力发电机组的主要控制系统之一，是实现整个电网调度自动化的基础条件。
由于协调控制系统是一个典型的多输入多输出系统，为了消除耦合作用对整个系统控制效果的影响，根据多变量过程控制系统解耦理论，首先要对控制系统进行解耦。
因此采用解耦理论对单元机组协调控制系统进行分析和设计是一个很重要的方向。
【3】由于高参数，大容量机组的迅速发展，装机容量也日益增多，因此对机组的自动化需求也日益提高。
与其他工业生产过程相比，电力生产过程更加要求保持生产的连续性，高度的安全性和经济性。
单元机组协调控制系统已成为大型单元机组普遍采用的一种控制系统，该系统把自动调节、逻辑控制、安全保护、监督管理融为一体，具有功能完善、技术先进、可靠性高等特点。
在工程应用中，单元机组协调控制系统是在常规机炉局部控制系统基础上发展起来的新型控制系统。
单元机组在处理负荷要求并同时维持机组主要运行参数的稳定这两个问题时，是将机炉作为一个整体来看待的，必须要考虑协调控制，共同响应外界负荷的需求。
它是一个复杂的多变量强耦合控制对象，存在着大滞后、多扰动、时变等特性。
目前新投产项目中国产机组所占比例越来越高，研究国产燃煤单元机组的生产特性，对于实现机组的协调控制，以及机组的安全、稳定、经济运行意义重大。
第一章火电厂燃煤机组简介1.1火电厂锅炉【10】锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。
锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。
锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。
提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。
产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。
单元机组协调控制系统
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5.2 协调控制系统分析 一、协调控制系统的基本组成 单元机组协调控制系统是由负荷管理控制中心 (LMCC)、机炉主控制器和相关的锅炉、汽轮机子控制系
统所组成。
负荷管理控制中心(LMCC)的主要作用是：对机组的各负荷请求指令进行选择和处理，并与电网频率偏 差信号△f一起，形成机组负荷指令Po。 Po作为机组实发电功率的给定值信号，送入机炉主控制器。
(4)协调外部负荷请求与主／辅设备实际能力的关系。在机组主／辅设备能力受到限制的异常情况下， 能根据实际情况，限制或强迫改变机组负荷。这是协调控制系统的联锁保护功能。
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三、协调控制的基本原则 从锅炉燃烧率改变到引起机组输出电功率变化，其过程有较大的惯性和迟延，如果只是依靠锅炉侧的
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1、燃料控制系统 燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应。因为汽压是锅炉燃料热量与汽轮机
需要能量的平衡标志，并且在负荷扰动下汽压具有近似比例的响应特性，因此汽压可以作为燃料控制 系统的被调量。
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的经济性、安全性。每台锅炉燃烧过程的具体控制任务与制粉系统、燃烧方式以及机炉运行方式有着 密切的关系。
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炉跟机方式：锅炉调汽压，汽轮机进汽阀门调负荷 (1)维持机前压力PT，机前压力应保持在允许范围内。 (2)维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性， (3)维持炉膛负压，要求控制系统保持炉膛压力在允许范围内。
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为避免这一问题，综合协调控制方式采用的是“双向”协调，即任一被控量都是通过两个控制变量的协 调操作加以控制的。
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单元机组协调控制系统第一节协调控制系统的基本概念随着电力工业的发展，高参数、大容量的火力发电机组在电网中所占的比例越来越大。
大容量机组的汽轮发电机和锅炉都是采用单元制运行方式。
所谓单元制就是由一台汽轮发电机组和一台锅炉所组成的相对独立的系统。
单元制运行方式与以往的母管制运行方式相比，机组的热力系统得到了简化，而且使蒸汽经过中间再热处理成为可能，从而提高了机组的热效率。
一、单元机组负荷控制的特点随着大容量机组在电网中的比例不断增大，以及因电网用电结构变化引起的负荷峰谷差逐步加大，大容量单元机组的运行方式也逐步发生了变化，过去常常只带固定负荷的大机组，现在也需求根据电网中心调度所的负荷需求指令和电网的频率偏差参与电网的调峰、调频，甚至在机组的某些主要辅机局部故障的情况下，仍然维持机组的运行。
在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机既要共同保障外部负荷要求，也要共同维持内部运行参数（主要是主蒸汽压力）稳定。
单元机组输出的实际电功率与负荷要求是否一致，反映了机组与外部电网之间能量的供求平衡关系；而主蒸汽压力则反映了机组内部锅炉与汽轮发电机之间能量的供求平衡关系。
然而，锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求的响应慢，所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的矛盾，这是单元机组负荷控制中的一个最为主要的特点。
二、协调控制系统及其任务单元机组的协调控制系统（Coordinated Control Systen简称CCS）是根据单元机组的负荷控制特点，为解决负荷控制中的内外两个能量供求平衡关系而提出来的一种控制系统。
从广义上讲，这是单元机组的负荷控制系统。
它把锅炉和汽轮发电机作为一个整体进行综合控制，使其同时按照电网负荷需求指令和内部主要运行参数的偏差要求协调运行，即保证单元机组对外具有较快的功率响应和一定的调频能力，对内维持主蒸汽压力偏差在允许范围内。
具体的讲，协调控制系统的主要任务是：1．接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行操作人员的负荷给定指令和电网频差信号，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。
2．协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持二者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。
3．协调机组内部各子控制系统（燃料、送风、炉膛压力、给水、汽温等控制系统）的控制作用，使机组在负荷变化过程中主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。
4．协调外部负荷请求和主/辅设备实际能力的关系。
在机组主/辅设备能力受到限制的异常情况下，能根据实际可能，限制或强迫改变机组负荷。
这是协调控制系统的连锁保护功能。
三、协调控制的基本原则根据被控对象动态特性的分析可知，从锅炉燃烧率（及相应的给水流量）改变到引起机组输出电功率变化，其过程有较大的惯性和迟延，如果只是依靠锅炉侧的控制，必然不能获得迅速的负荷响应。
而汽轮机进汽调节阀动作可使机组释放（或储存）锅炉的部分能量，输出电功率暂时有较迅速地响应响应。
因此，为了提高机组的响应性能，可在保证安全运行（即主蒸汽压力在允许范围内变化）的前提下，充分利用锅炉的蓄热能力，也就是在负荷变动时，通过汽轮机进汽调节阀的适当动作，允许汽压有一定波动而释放或吸收部分蓄能，加快机组初期负荷的响应速度。
与此同时，根据外部负荷请求指令加强对锅炉侧燃烧率（及相应的给水流量）的控制，及时恢复蓄能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致，这就是负荷控制的基本原则，也是机炉协调控制的基本原则。
四、协调控制方式常见的机组协调控制方式有以下几种方案：1．以锅炉跟随为基础的协调控制方式该方式是在汽轮机侧控制负荷（输出电功率）N E、锅炉侧控制主蒸汽压力P T的基础上，让汽轮机侧的控制配合锅炉侧控制P T的一种协调控制方式。
以锅炉跟随为基础的协调控制方式如图7-1所示。
图7-1 以锅炉跟随为基础的协调控制方式汽轮机主控制器接受机组负荷指令（功率给定值N0）与机组实发功率反馈信号N E，当负荷指令N0改变时，汽轮机主控制器立即根据负荷偏差N=N O-N E，改变进入汽轮机子控制系统（即DEH系统）的负荷指令N T，进而改变进汽调节阀的开度T以及进汽流量，使发电机输出的电功率N E迅速与机组负荷指令N O趋于一致，满足负荷的需求。
锅炉主控制器接受主蒸汽压力的给定值P O和机前实际主蒸汽压力的反馈信号P T，当汽轮机侧调负荷或其它原因起主蒸汽压力P T变化时，锅炉主控制器根据汽压偏差P=P o-P T，改变锅炉子控制系统的负荷指令N B，从而改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量等），以补偿锅炉蓄能的变化，尽力维持主蒸汽压力P T的稳定。
由于汽轮机侧响应负荷指令N o的速度比较快，即在负荷指令N o改变时，通过改变进汽调节阀的开度T，可充分利用锅炉的蓄能，使机组的实发功能N E作出快速响应。
此时，势必引起主蒸汽压力P T较大的变化，尽管锅炉侧的控制可根据主蒸汽压力的偏差来补偿锅炉蓄能的变化，但由于主蒸汽压力对燃烧率的响应存在着较大的惯性，仍然会使主蒸汽压力出现较大的暂态偏差。
为减小主蒸汽压力在负荷过程中的波动，可将主蒸汽压力偏差P 信号引入汽轮机侧的控制之中，以此限制汽轮机进汽调节阀的开度变化，以防止过度利用锅炉蓄能，从而减小了P T的动态变化。
以上利用P对汽轮机进汽调节阀的限制作用，可减缓汽压的急剧变化，但同时减缓了机组对负荷的响应速度。
由此可见，该协调控制方式是以降低负荷响应性能为代价来换取汽压控制质量提高的。
或者说是通过抑制汽轮机侧的负荷响应速度，使机炉之间的动作达到协调的，其结果兼顾了负荷响应和汽压稳定两个方面的控制质量。
2．以汽轮机跟随为基础的协调控制方式该方式是在锅炉侧控制负荷（输出电功率）N E、汽轮机侧控制主蒸汽压力P T的基础上，让汽轮机侧的控制配合锅炉侧控制N E的一种协调控制方式。
以汽轮机跟随为基础的协调控制方式如图7-2所示。
图7-2 以汽轮机跟随为基础的协调控制方式锅炉主控制器接受机组负荷指令（功率给定值）N o和机组实发功率反馈信号N E；当负荷指令N o改变时，锅炉主控制器根据负荷偏差N=N O-N E，改变锅炉子控制系统指令N B，从而改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量等），以适应负荷的能量需求。
汽轮机主控制器接受主蒸汽压力的给定值P O和机前实际主蒸汽压力反馈信号P T，当锅炉侧调负荷或其它原因引起主蒸汽压力P T变化时，汽轮机主控制器根据汽压偏差P=P O-P T，改变汽轮机子控制系统的负荷指令N T，从而改变进汽调节阀的开度T及进汽流量，以维持主蒸汽压力P T的稳定。
由于锅炉侧主蒸汽压力对燃烧率的响应缓慢，在负荷指令N O改变时，通过改变燃烧率并不能马上转化为适应负荷需求的蒸汽能量，即不能马上在P变化上体现出负荷需求。
显然，汽轮机侧根据P不能及时控制输出电功率N E与N O相适应。
为提高机组的负荷响应能力，可将负荷偏差信号N引入汽轮机侧的控制之中，以此改变汽轮机进汽阀的开度，在锅炉侧响应负荷的迟缓过程中，暂时利用蓄能使机组迅速作出负荷响应。
以上N及时改变汽轮机进汽调节阀开度的作用，可提高机组的负荷响应能力，但同时会引时主蒸汽压力较大的动态偏差，由此可见，该协调方式是以加大汽压动态偏差为代价来换取负荷响应速度提高的。
由于这种协调控制方式直接由负荷指令控制燃烧率，可以说它是通过加快锅炉侧的负荷响应速度，使机炉之间的动作达到协调的。
其结果同样是兼顾了负荷响应和汽压稳定两个方面的控制质量。
3．综合型协调控制方式该方式是上述两种协调控制方式的综合，如图7-3所示。
图7-3 综合型协调控制方式在锅炉跟随为基础或汽轮机跟随为基础的协调控制方式中，只有一个被控量是通过两个控制变量的协调操作来加以控制的，而另一个被控量是单独由一个控制变量来控制的，因而，它们只是实现了“单向”协调。
“单向”协调控制在负荷的响应过程中，机组或机炉之间的能量供求仍存在较大的动态失衡现象。
为避免这一问题，综合协调控制方式采用的是“双向”协调，即任一被控量都是通过两个控制变量的协调操作加以控制的。
当负荷指令N O改变时，机、炉主控制器同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，改变燃烧率（及相应的给水流量等）和汽轮机进汽调节阀开度，一方面利用蓄能暂时应付负荷请求，快速响应负荷，另一方面改变进入锅炉的能量，以保持机组输入能量与输出能量的平衡。
当主蒸汽压力产生偏差时，机、炉主控制器对锅炉侧和汽轮机侧同时进行操作，一方面加强锅炉燃烧率的控制作用，补偿蓄能的变化，另一方面适当限制汽轮机进汽调节阀的开度，控制蒸汽流量，维持主蒸汽压力稳定，以保证机、炉之间的能量平衡。
由此可见，综合型协调控制方式，能较好的保持机组内、外两个能量供求的平衡关系，既具有较好的负荷适应性能，又具有良好的汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式，但系统结构比较复杂。
应当明确，无论是何种协调控制方式，都是从处理“快速负荷响应和主要运行参数稳定”这一对源于机、炉动态特性差异的矛盾出发而设计的。
把握这一要点，对认识、分析、设计协调控制系统大有助益。
五、协调控制系统的基本组成单元机组协调控制系统是由负荷管理控制中心（LMCC），机炉主控制器和相关的锅炉、汽轮机子控制系统所组成。
如图7-4所示。
图7-4 单元机组协调控制系统的组成框架负荷管理控制中心（LMCC）的主要作用是：对机组的各负荷请求指令（电网中心调度所负荷自动调度指令ADS，运行操作人员设定的负荷指令）进行选择和处理，并与电网频率偏差信号f一起，形成机组主/辅设备负荷能力和安全运行所能接受的，具有一次调频能力的机组负荷指令N O。
N O作为机组实发电功率的给定值信号，送入机炉主控制器。
机炉主控制器的主要作用是：接受负荷指令N O、实际电功率N E、主蒸汽压力给定P O和实际主蒸汽压力P T等信号；根据机组当前的运行条件及要求，选择合适的负荷控制方式；根据机组的功率（负荷）偏差N=N O-N E和主蒸汽压力偏差P=P O-P T进行控制运算，分别产生锅炉负荷指令（锅炉主控制指令）N B和汽轮机负荷指令（汽轮机主控制指令）N T。
N T、N B 作为机炉协调动作的指挥信号，分别送往锅炉和汽轮机有关子控制系统。
机、炉的各有关子控制系统，是对锅炉、汽轮机实现常规控制的有关系统，它们包括：燃料量控制系统、送风量控制系统、炉膛压力控制系统，一次风压控制系统、二次风量控制系统、过热汽温控制系统、再热汽温控制系统、给水（汽包水位）控制系统、燃油压力控制系统、除氧器的水位和压力控制系统、凝汽器的水位和再循环流量控制系统、直吹式磨煤机（一次风量、出口温度、给煤量）控制系统、发电机氢气冷却控制系统、锅炉连续排污控制系统、电动泵的密封水差压和再循环流量控制系统、汽动泵的密封水差压和再循环流量控制系统、以及协调控制系统的支持系统——炉膛安全监控系统（FSSS）和汽轮机数字电液控制系统（DEH）……等等。