机组协调控制系统(CCS)

由上图，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，改变汽机调节阀的开 度和锅炉的燃烧率。
（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。
四、协调控制系统的运行方式
协调控制系统的设计不同，所供选择的工作方式也有所区别。但是，一般协调控 制系统都具有下列五种工作方式： （１）方式I－－机炉协调控制方式 单元机组运行情况良好，带变动负荷时采用这种方式。这时机炉参加电网调频， 调度所可以直接改变机组负荷，机组运行人员也可以改变机组输出功率，机炉自动调 节系统都投入运行。 （２）方式II－－汽机根随锅炉而汽机输出功率可调方式 这种调节方式时，锅炉、汽机自动系统都投入，但机组不参加电网调频，调度所 也不直接改变机组的负荷。只有机组运行人员可以改变机组的给定功率，机组输出功 率能自动保持等于给定功率。 （３）方式III－－汽机跟随锅炉而机组输出功率不可调节方式 这时汽机运行正常，锅炉部分设备有故障，机组维持它本身实际输出功率，不接 受任何外部负荷要求指令。自动调节的主要目的是维持锅炉继续运行，以便排除锅炉 的部分故障。此时只是汽机调节阀处于自动控制，锅炉燃烧率处于手动控制。
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。
单元机组协调控制系统
第一节 第二节 第三节 第四节 协调控制系统的基本概念 协调控制系统的基本方案分析 单元机组协调控制系统实例分析 协调控制系统的整定
第一节
一、基本概念 、
协调控制系统的基本概念
当前随着大型发电机组的日益增多，大容量机组的汽机和锅炉都是组成单元制热 力系统。 单元机组在处理满足负荷要求并同时维持机组主要运行参数稳定这两个问题时， 是将机炉作为一个整体来看待的。然而汽机、锅炉实际上又是相对独立的，它们通过 各自的调节手段，如汽轮机调节阀开度、锅炉燃烧率，满足电网负荷的要求并保持机 组主要参数（主蒸汽压力）的稳定，但它们的能力不尽相同，差异较大。若在单元机 组控制系统的设计中，充分考虑它们的差异，以及各自的特点，采取某些措施（如引 入某些前馈信号、协调信号），让机炉同时按照电网负荷要求的变化，接收外部负荷 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 协调控制系统。 协调控制系统 ADS指令 频差信号 值班员指令 图11-1 单元机组协调控制系统组成原理示意图 负荷指令 处理回路 LD 机炉主控 制器回路 Pμ PB
第二节
协调控制系统的基本方案分析
根据单元机组的动态特性及其负荷控制系统的任务，已经设计出了多种不同类型 的协调控制系统。目前协调控制系统的性能日趋完善，高性能的协调控制系统有以下 主要特点： （１）为了迅速满足电网调频的要求，尽可能提高机组的负荷适应性，为此，采用前 馈回路，充分利用锅炉蓄热量。 （２）不仅要求反馈回路能协调工作，而且要求提高前馈回路的动、静态补偿精度， 更好地相应电网负荷要求。 （３）负荷控制范围不断扩大，不仅在正常运行时能实现自动控制，而且在机组异常 时能自动处理事故和系统切换。
P0 d × + + + ∑ + 锅炉主控 燃烧率指令 PE I + △ d ∑
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
△ ≯≮ △ + + pT PI 汽机调节阀 开度指令 + ∑
-
-
p0
图11-4
按指令信号间接平衡的协调控制系统
汽机调节器PI的任务是维持机前压力PT 等于给定值P0，但在负荷变化过程中，要 利用功率偏差（P0－PE）信号修正汽压给定值，以便利用锅炉的蓄热量。
一、热工控制系统设计的基本方法
（４）方式IV－－锅炉跟随汽机输出功率不可调节方式 这时锅炉工作正常，汽机部分设备工作异常，不接受外部负荷指令，锅炉燃烧率 处于自动状态，维持机前压力。汽机主控制器处于手动状态。 （５）方式V－－手动控制方式 这时锅炉和汽机都处于“手动”控制，单元机组的运行由运行人员手动操作，主 控制系统中的负荷要求指令P0 跟踪机组的实际出力，为投入自动作好准备。
2、能量直接平衡协调控制系统： p0 pT p1 P0 PE + + p d △ ÷ △ I I d ∑ × + + ∑ + +
- ∑
PI 汽机调节阀 开度指令
锅炉 燃烧率指令
图11-5 能量直接平衡协调控制系统原理图
图11-5是这种控制方案的原则 性系统原理框图，这个系统属于以 锅炉跟随为基础的协调控制系统。 这种系统的主要特点是采用能量平 衡信号p1 / pT 取代功率给定信号P0， 作为控制回路的前馈信号，其中p1 为汽机第一级后压力，两者的比值 p1 / pT与汽机调节阀开度成正比，无 论什么原因引起的调节阀开度变化， p1 / pT 都能对调节阀开度的微小的变 化作出灵敏的反应。所以，无论在 动态还是静态，p1 / p T 都能反映调节 阀的开度，即汽机输入能量。 由图11-5可见，汽机调节器输入 信号的平衡关系为：
如上图11-2所示，汽机跟随（锅炉基本）控制系统构成包括汽轮机侧的主蒸汽压 力控制系统和锅炉侧的机组功率控制系统。锅炉调节器WT2(S)接受功率给定和功率反 馈信号，当机组负荷发生变化时，首先通过锅炉调节器WT2(S)控制燃料量（此时给水 和送粉也应相应调整）。待机前压力PT改变后，再按机前压力与给定值的偏差，通过 汽机调节器WT1(S)改变汽轮机调节阀的开度，从而改变机组功率。显然，由于锅炉侧 调节有较大的惯性，且汽轮机侧保持主汽压力稳定时没有利用机组蓄能，所以在负荷 需求变化时机组响应较慢，但采用汽机的调节阀来控制主汽压力，使汽压波动较小。 汽机跟随（锅炉基本）为基础的协调控制系统，可以在汽机调节器前，加入功率 偏差的前馈信号，其原理是利用锅炉的蓄能，同时允许汽压在一定范围内波动。如图 11-2所示，功率偏差信号（P0－PE）可以看作是暂时改变的汽机调节器的给定值，当 （P0－PE）>0时，汽压给定值降低，汽机调节器发出开大调节阀的指令，增加输出 功率，反之亦然，当F(x)＝0时，前馈作用不存在。 2、以锅炉跟随（汽机基本）为基础的协调控制系统： P0 + WT2(S) F(X) P0 + WT1(S) + M PT
二、协调控制系统的分类
目前，各种不同单元机组协调控制系统的设计，都是从处理快速负荷响应和主要 参数运行稳定这一矛盾出发的，一般协调控制系统可按反馈或前馈回路的不同进行分 类。 （一）、按反馈回路分类 按反馈回路分类 按反馈回路分类可以将协调控制系统分为以汽机跟随（锅炉基本）为基础的协调 控制系统和以锅炉跟随（汽机基本）为基础的协调控制系统。 1、以汽机跟随（锅炉基本）为基础的协调控制系统： P0 + WT2(S) F(X) P0 + + WT1(S) - μT PE M PT
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。
μT
PE
如上图11-3所示，锅炉跟随控制系统其基本构成也包括两个反馈调节系统，即汽 机侧的机组功率控制系统和锅炉侧的主汽压力控制系统。其基本工作原理是，汽机调 节器WT1(S)接受功率给定值与实发功率反馈信号，根据它们之间的偏差，调节汽机调 节阀开度，从而改变进汽量使发电机输出功率迅速满足负荷要求。锅炉调节器WT2(S) 接受机前压力定值与机前压力反馈信号，根据它们之间的偏差，调整燃料量从而保证 主汽压力的稳定。由于机组功率对汽机侧调节作用的响应迅速，当负荷要求变化时， 本系统通过改变汽机调节阀开度，充分利用机组蓄能，就可以得到机组功率的快速响 应。但是，这是以牺牲主汽压力的稳定为代价的，又因为在锅炉侧的调节作用下，主 汽压力的响应有较大惯性。所以，在锅炉跟随系统中，快速的功率响应和较大的主汽 压力偏差是同时存在的，这就是锅炉跟随系统的特点。 为了减小主汽压力的波动，以锅炉跟随（汽机基本）为基础的协调控制系统可以 采用机前压力的定值与机前压力的反馈值之间的偏差信号，通过函数模块F(X)，作用 在汽机调节器的输出端。当汽压偏差超过非线性模块的不灵敏区∆时，汽机调节器发 出的调节阀开度指令将受到限制。 ）、按前馈回路分类 （二）、按前馈回路分类 单元机组负荷控制系统的任务之一是保证汽机锅炉之间能量供求关系的平衡，为 了改善控制系统的性能，增设了前馈回路，使能量的失衡限制在较小的范围之内，下 面介绍两种基本的前馈回路方案。 1、按指令信号间接平衡的协调控制系统： 图11-4是指令信号间接平衡协调控制系统的原理图，系统的特点是用指令间接平 衡机炉之间的能量关系，属于以汽机跟随为基础的协调控制系统。
由图11-4可见，汽机调节器入口输入信号的平衡关系为： （1+S）P0 －PE＋KP（pT－p0）＝0 式中：S－－微分算子 KP－－加法器中比例系数 稳态时为： 1 (P0 − PE ) = 0 pT − p0 − KP 由此可见，汽机功率控制回路实际上是一个汽压控制系统，功率的偏差信号是汽 机调节回路的前馈信号，它用来修正压力给定值。当功率给定值P0 增加时，实际压力 给定值低于给定值p0，调节器将发出开大调节阀指令，增大实发功率。 锅炉燃烧率指令送往锅炉各子系统（燃料和送风系统）。由图11-4可见，燃烧率 指令PM 为： 1 PM = (1 + S )P0 + K p1 ( p0 − pT ) + K p P0 (P0 − PE ) S 式中：KP1 、KP－－比例系数 S－－微分算子 显然，功率定值P0 的比例微分是前馈信号，微分在动态过程中加强燃烧率指令， 以补偿机炉之间对负荷响应速度的差异，稳态时汽压偏差（p0－pT）信号为零，它在 动态过程中有适当修正燃烧率指令的作用。功率偏差的积分项用来校正燃烧率指令， 以保证机组的功率偏差和汽压偏差在稳态时都为零，其校正过程是通过锅炉和汽机两 个回路完成的。