协调控制学习(一)—运行方式

协调控制学习（一）—运行方式

1、概念

协调控制系统（coordinated control system）是通过控制回路协调汽轮机和锅炉的工作状态，同时给锅炉自动控制系统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的调频、调峰能力，稳定运行参数。

2、协调控制主要任务

(1)接受负荷指令、运行值班人员的负荷指令和电网频率偏差信号,及时响应指令要求,以满足负荷变化的需要;

(2)机炉之间相互协调运行,当机组功率变化率较大,可以保持机炉间的能量的平衡,且能够维持机组主汽压力的稳定;

(3)协调系统内部燃料系统、给水系统、送风系统、炉腔压力、汽温等子系统的平衡;

(4)协调系统外部负荷指令与主、辅设备实际承受能力的关系;

(5)消除各种情况下扰动的影响,稳定单元机组运行。

3、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。

4、协调控制系统的运行方式

单元机组负荷控制主要由其协调控制系统来完成和实现的，为保证负荷控制指标和机组的安全性，应设计多种运行方式，除取决于锅炉的动态特性、燃料的种类和供给方式外，还与单元机组的汽压运行方式有关。不同的机组不同的阶段，协调控制系统运行的方式可能不同，但基本的组成方式有以下几种。

1）手动方式，即基本方式（BASE），指锅炉、汽机主控均处于手动控制方式，由操作员设定汽机主汽门阀位指令和锅炉燃料指令来控制机前压力和机组负荷。如果汽机控制在“非远操方式”时，汽机主汽阀门开度交给DEH系统控制，汽机主控输出跟踪主汽门阀位反馈。2）汽机跟随（TF），特征是机主控自动、炉主控手动。

这类方式是用锅炉调节器来调节单元机组的发电功率，由汽机调节器来来维持机前压力，因此负荷控制系统由汽轮机调压系统和锅炉调功系统构成。

由图可见，系统中用锅炉调节器Wa2(s)来调节功率输出。当功率指令N0改变时，锅炉调节器Wa2(s)调节燃料量B，同时锅炉的送、引风量，给水量等也相应变化。等到机前压力PT变化后，汽轮机调节器Wa1(s) 才去调整调节阀的开度，使机组的输出功率等于功率指令。

由以上分析可以看出，汽轮机调压系统能较快地消除各种扰动因素引起的汽压偏差，使其机前压力保持稳定。在负荷变化过程中，锅炉并不利用蓄热量，而是根据功率偏差大小，先调节锅炉的燃烧率，待汽压变化后，才逐渐增大机组的功率输出。所以机跟炉负荷控制方式的负荷适应能力差，仅适用于带基本负荷的单元机组。

在通常情况下，机跟炉负荷控制方式适用于锅炉由于故障等其它

因素出力受到限制小于出力汽轮机，机组带上最大可能出力时，锅炉功率调节手动，通过汽轮机调压系统来维持机前压力稳定。此时汽轮机调压系统能较好地维持机前压力，有利于机组的稳定运行，减少运行人员的操作，这种运行方式在实际中运用较多，特别适用于以下几种情况：

a）在机组启动期间，采用这种方式可以使机组运行参数稳定，为机组稳定运行创造条件；

b）当机组由于辅机故障发生RunＢack（RB）时，协调控制系统自动切换在机跟炉控制方式，即锅炉控制系统手动（开环）迫降负荷至预定值，汽机调压系统维持当时的主汽压力，不仅可使负荷快速将至预定值，还能保证各运行参数的稳定，特别是蒸汽品质及汽水系统的稳定。

3）炉跟机方式BF，特征是炉主控自动、机主控手动。

这类方式是用调节汽轮机调节阀开度来改变单元机组的发电功率的，由锅炉调节来维持机前压力，因此负荷控制系统由汽轮机调功

系统和锅炉调压系统构成。

由图可见，系统中用汽轮机调节器Wa1(s)来调节功率输出，当功率指令N0发生变化时，汽轮机调节器通过改变调节气阀的开度uT 来改变汽轮机的进汽量，使发电机输出功率迅速满足电网的负荷要求。汽轮机调节阀开度的改变将使机前压力发生变化，于是锅炉调节器改变燃料量来尽快恢复机前压力。在燃料量调节的同时，锅炉其他调节系统也相应地改变送风量、引风量、给水量等。

该控制方式系统的负荷适应性较好，适用于带变动负荷的调频机组。在负荷变化的起始阶段，主要靠汽轮机调门动态过开释放锅炉的蓄热量，以快速适应负荷要求，但这样必然会引起机前压力波动，如

果负荷变化过大，机前压力波动太大，将影响锅炉的安全运行。在通常情况下，炉跟机负荷控制方式适用于汽轮机由于故障出力受到限制小于锅炉出力，机组带上最大可能出力时，汽轮机功率调节手动，通过锅炉调压系统来维持机前压力稳定。

4）协调控制方式CCS，特征是机、炉主控都自动。

前面的两类负荷控制方式各有优缺点，炉跟机方式适应负荷快，但机前压力波动大，不利于机组的稳定运行；机跟炉方式能较好地稳定机前压力，然而其负荷响应速度过慢，两者均不能圆满地完成单元机组负荷控制任务。于是出现了以前馈－反馈复合控制为基础的单元机组协调控制。协调控制综合了机跟炉和炉跟机负荷控制系统的优点，克服了各自的缺点，将锅炉和汽轮机作为有机的整体进行系统设计，其控制性能优于前两种方式。

功率偏差和汽压偏差信号同时送到汽轮机调节器Wa1(s)和锅炉调节器Wa2(s)，在稳定工况下，机组的实发功率NE 等于功率定值N0，机前压力PT 等于压力定值P0。当增加负荷时，将出现一个正的功率偏差信号（N0- NE），该信号通过汽轮机调节器Wa1(s)去开大汽轮机调节阀门，增加机组的实发功率。同时，此信号也作用到锅炉调节器Wa2(s)入口，增加燃料量，以多产生蒸汽。随着调节汽阀开度uT 的增大，机前压力PT将立即随之下降，尽管此时锅炉已经开始增大燃烧率，但由于燃料量－机前压力通道存在较大惯性，所以负荷扰动出现初期仍会有正的压力偏差（P0- PT）出现，该信号以正向作用于锅炉调节器Wa2(s)，继续加大锅炉的燃烧量，以尽快恢复机前压力。同时，此信号按反方向作用于汽轮机调节器Wa1(s)入口，调节器Wa1(s)在正向功率偏差和反方向压力偏差的共同作用下，会使调节阀开大到一定程度后停止动作，但此时汽轮机的实发功率尚未到达给定值，所以这种状态是暂时的。随着锅炉侧燃料量的增加，机前压力逐渐恢复，压力偏差逐渐减小，汽轮机调节阀在正的功率偏差信号的作用下会继续开大，以提高机组的实发功率，直至使实发功率与机前压力均与其该定值相等时，机组重又进入新的稳定状态。

根据以上分析可以看出，单元机组协调控制有以下几个特点：

a）在机组适应负荷变化的过程中，协调方式允许汽压有一定幅度的波动，以便充分利用锅炉的蓄热量，使机组较快地适应电网的负荷要求。但在利用锅炉蓄热上又有一定的限度，不使机前压力产生过大偏差。所以机组协调控制方式既能使机组较快地适应负荷，又能确保汽