单元机组协调控制系统 (CCS)
CCS
b
b
)
dP dt
b
负荷管理控制中心
T1
T2
T8
T9
<
最大负荷限制设定器
N0
图2—1 负荷要求指令处理模块结构图
滑压运行时锅炉跟随方式分析
当负荷指令和实际负荷之间偏差较小时，系统中非线性元件输出为零，µ T 就等于f3(x)的输出，即保持一定的汽机调门开度，但当机组功率跟不上负 荷指令的变化时，其差值经非线性元件暂时改变µ T'。由于这一改变量不能 太大，故系统中采用了小值选择来保证该改变量不会大于15%。
该系统直接采用经过动态校正的(P 该系统直接采用经过动态校正的 1/PT)×PSP作为 × 锅炉负荷指令信号。 锅炉负荷指令信号。燃料控制回路的反馈信号采 用热量信号（ 用热量信号（P1+CbdPb/dt ）。 进入锅炉燃料控制器入口的能量偏差信号为
P1 ∆e = ( ) × P SP − ( P 1 + C PT ( P SP − P T ) = P1 × − C PT P1 = × ∆ PT − C PT
间接能量平衡（ 间接能量平衡（IEB）协调控制系统 ）
系统的特点是用用负荷指令间接平衡机炉之间的能量关系， 系统的特点是用用负荷指令间接平衡机炉之间的能量关系，属于 以汽轮机跟随为基础的协调控制系统。 以汽轮机跟随为基础的协调控制系统。
直接能量平衡（ 直接能量平衡（DEB）协调控制系统 ）
Pb
在稳定工况下，汽轮机第一级压力 代表了进入汽机的蒸汽量； 在稳定工况下，汽轮机第一级压力P1代表了进入汽机的蒸汽量；P1与机前压力 PT的比值可以很好地代表汽机调节阀门的开度。在动态过程中，（ 1/PT）×Psp不 的比值可以很好地代表汽机调节阀门的开度。在动态过程中，（ ，（P 等于实际进入汽机的能量，而是代表了汽机所需的能量。 等于实际进入汽机的能量，而是代表了汽机所需的能量。 信号的另一特点是不受锅炉内扰的影响， 发生变化时， （P1/PT）×Psp信号的另一特点是不受锅炉内扰的影响，PT发生变化时，汽机首 级压力P 也会相应地变化， 近似不变。 级压力 1也会相应地变化，P1/PT近似不变。
机组协调控制系统(CCS)
第一节 协调控制系统的基本概念 第二节 协调控制系统的基本方案分析 第三节 单元机组协调控制系统实例分析 第四节 协调控制系统的整定
2021/10/10
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第一节 协调控制系统的基本概念
一、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，
ADS指令 频差信号 值班员指令
PB
负荷指令
LD
机炉主控
处理回路
制器回路 Pμ
图11-1 单元机组协调控制系统组成原理示意图
2021/10/10
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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。
（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
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。
CCS系统简介
CCS系统简介一、系统概述及其任务CCS系统英文全称为Coordinated Control System ,即协调控制系统。
它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，这是单元机组的符合控制系统。
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，既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，又保证对内维持主蒸汽压力偏差在允许范围内。
具体地讲，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率偏差信号，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，能维持两者之间的能量平衡，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，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。
二、新华CCS系统简介XDPS系统是新华公司自主开发的，基于windowsNT 平台上工作的分布式处理系统。
利用XDPS系统构成的DCS系统中包含有DAS、CCS、SCS、FSSS四个子系统。
各子系统之间相对独立，均有其自身的I/O卡件及对应的DPU—分布式处理单元。
通过控制扩展的智能和非智能的I/O卡件实现对工业现场各种模拟量、开关量、脉冲量等的采集和控制。
对于CCS系统而言，外观所能看到的只有I/O卡件，已经没有了传统意义上的调节器、伺放、操作器等装置，取而代之的是软件自身具有的各种丰富功能的功能块。
自动调节系统在接受外界的输入信号后，就利用内部的组态程序进行控制运算，而后输出控制信号。
所有自动系统均可实现手/自动无扰切换。
三、实例简介1、除氧器压力控制由系统图可知，这是一个简单的单回路控制系统，通过除氧器压力调整门调整三抽进汽量来控制除氧器压力。
协调控制系统
协调控制系统（CCS）1 系统简介CCS是一种连续的调节系统（Continuious Control System），被控的变量是模拟量。
单元机组的输出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供求的平衡关系；主汽压力反映了机组内部锅炉和汽轮发电机之间能量供求的平衡关系。
使机组对外保证有较快的负荷响应和一定的调频能力；对内保证主要运行参数（主蒸汽压力）稳定的系统称为协调控制系统（Coordinated Control System）。
这种系统往往是将被控量与设定值进行比较，经调节器运算后输出控制信号，使被控量发生变化，最终使被控量等于或接近设定值，系统是一个闭合的回路。
所以又称其为闭环控制系统（Closed loop Control System）。
所以CCS术语有三种来源，但本质上并无很大区别。
狭义上讲，CCS只是指负荷协调控制系统，广义上讲，单元机组上所有的连续调节系统都属于CCS。
蒲圻电厂2×300MW单元机组，采用OVATION分散控制系统作为控制设备，自动化水平高、功能全。
2 系统基本范围单元机组模拟量控制系统由协调控制系统及控制子系统、辅助设备自动控制系统构成。
协调控制系统（CCS）主要包括机组负荷指令控制、汽机主控、锅炉主控、压力设定、频率校正、RB等控制回路。
它直接作用的执行级是锅炉控制系统和汽机控制系统。
协凋控制系统主要有4大控制子系统：给水控制系统、汽温控制系统、燃烧控制系统和汽机控制系统。
锅炉燃烧控制系统和汽机控制系统是协凋控制系统的执行级，给水控制系统通过主汽流量前馈信号与机组负荷指令进行协凋，汽温控制系统则通过煤量或风量前馈信号与锅炉燃烧指令进行协凋。
图3－1为我厂300MW机组协凋控制系统及控制子系统相互关系示意图。
汽包锅炉的给水控制系统由汽包水位控制系统和给水泵最小流量再循环控制系统组成。
低负荷下的单冲量汽包水位控制，主要由给水旁路阀控制。
30％负荷以上则采用三冲量汽包水位控制系统，电泵转速通过液力耦合器调整，汽泵通过BFPT控制器控制小机进汽，从而调节转速。
协调控制系统(CCS)的测试与维护
• •
(1)负荷指令处理装置的主要功能。 1)根据机炉运行状态，选择机组可以接 受的ADS、频差信号、操作员设定及跟踪 实际功率等各种外部指令，处理后转化为 机炉的功率给定值NO(机组出力指令)。 • 2)进行对外部负荷指令的变化率和变化 幅度的限制处理。一般外部对机组的负荷 要求都是以电功率为目标，但根据机组负 荷变化能力的规定对机组负荷指令的要求， 应不超过规定负荷变化速度及负荷变化幅 度。
• • • • • • •
(10)空预器出口温度控制； (11)除氧器压力、水位控制系统； (12)热井水位调节系统； (13)汽动给水泵最小流量控制系统； (14)电动给水泵最小流量控制系统； (15)低压密封蒸汽温度调节系统； (16)再热冷段来蒸汽压力调节系统。
• • • • •
4．8．3基本检修项目及要求 (一)DCS自动控制系统软件检查和试验 (1)测量信号的系数及补偿参数的检查。 (2)例外报告量程及报警限值检查。 (3)各系统控制软件逻辑、定值、参数设 置的检查和模拟试验。 • (4)各控制系统相关画面的检查。
• 用，使磨出口温度调节更灵敏，出口温度 波动小。 • (5)超驰信号检查： • 1)当启磨顺控过程时，第3步磨驱动的准 备条件要求强制全开调温档板。 • 2)当停磨顺控过程时，第40步要求强制开 调温档板到x％开度。 • (四)磨料位控制系统 • 通过改变给煤机转速来保证双人一双出磨 煤位的控制方式。
•
5)主控制器能根据机组运行工况，对不 同的运行控制方式进行切换，实现单元机 组协调控制、锅炉跟随，汽轮机跟随及手 动了运行方式的切换。 • 6)主汽压调节由控制热一次风流量大小 来调节燃烧率。
• (二)协调控制系统功能性检查及方式切换试 验 • 在控制系统软件修改后，应对协调控制 系统进行功能性检查及方式切换试验： • (1)机组负荷指令的手动调整(升和降)、 负荷高／低限值的调整、负荷变化率的设 定功能性检查。 • (2)锅炉跟随、汽轮机跟随、协调控制三 种方式的切换试验。 • (3)负荷增减闭锁(Block Increase／ Block Decrease)功能性检查。 • (三)控制系统投入的条件
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——CCS
TF
针对工况：机、炉出力基本能够平衡，机
组具备压力投自动调节的条件，但由于机、 或炉中有一个还不具备自动调整出力的条 件。机已热透，具备进行自动调整的条件，
炉故障或不稳定，不具备进行自动调整的条件。 事故：RB。
特点：机主控制器自动调压，炉主控制器
设定机组的压力给定值，由主控制器进行压力自 动调节。 ► 如果LMCC尚未投入AGC方式，需要调整机组的 负荷时，由运行人员在负荷指令处理回路（或称 负荷管理控制中心）上设定机组的负荷给定值； 如果LMCC已经投入AGC方式，本机组运行人员 没有负荷控制权，需要调整机组的负荷时，由中 调的ADS装置为在负荷指令处理回路（或称负荷 管理控制中心LMCC）提供机组的负荷给定值。
1.3.2 主控制器工作方式的适用工 况分析
► 基础模式 ► 压力控制模式 ► CCS方式（功率控制模式）
基础模式
► 针对工况：启动中，从点火、升温、升压直
到旁路控制压力；事故：MFT，FCB； ► 工况特点：机组机、炉严重不平衡，且较不 稳定。 ► 控制器特点：机、炉主控制器都处于手动或 跟踪的运行方式。
需要主蒸汽压力给定值。压力设定值形成回 路的基本功能就是，提供主控制器所需的主 蒸汽压力给定值。
4、负荷指令处理回路的基本功能
► 主控制器计算汽轮机和锅炉的流量给定值时，
需要机组负荷给定值。负荷指令处理回路的 基本功能就是，提供主控制器所需的负荷给 定值。
CCS组成及功能示意图
负荷 控制 系统
值班员负 调度 荷指令 指令 调频 指令 压力实测 压力给定
压力控制模式包括
TF（turbine fellow,汽轮机跟随）模式。 BF（boiler
5协调控制CCS和模拟量控制MCS
锅炉主控指令
汽机主控指令
锅炉控制系统
汽机控制系统
燃空 给
调
料气 水
门
单元机组级
锅炉
汽机
给定值的选择和处理，机组状态的判断和运行方式的切换 保证机组对内、对外的两个平衡及安全。
5.1.3 机组负荷指令的形成
1）目标负荷的形成：
– AGC投入时，由AGC 指令给出。
– AGC未投，机组在 CCS控制方式时，由 运行人员在负荷控 制里输入设定值
系统分别对于送风机、引风机、一次风机、空预器 、给水泵、燃料设备、凝结水泵的运行情况给出。 ◆机组的最小出力限制 根据燃料设备的运行情况给出。 ◆负荷限制的运行人员手动设定功能。
逻辑最小负荷限制与运行人员设定的最小负荷限制 取大值；
逻辑最大负荷限制与运行人员设定的最大负荷限制 取小值。
5）机组负荷闭锁
3）一次调频
• 考虑了主汽压力对一次调频的修正。 • 设计了上限、下限和速率限制功能。
◆一次调频投入的条件： •没有发生RUNBACK •机组在协调模式 •频率偏差信号好
当上述条件满足时，CCS侧一次调频自动投入。 当上述条件不满足时一次调频自动退出。
• 一次调频
4）负荷上限/下限
机组负荷指令经上限和下限限制后形成机组给定功 率指令。 ◆机组的最大出力限制
（1）机炉协调控制（CC）方式（干态）
这是机组正常运行方式。
• 汽机主控：自动，功率（MW）控制（目标功率 由运行人员设定或来自ADS） • 锅炉主控：自动，由机组给定功率指令MWD ＋ 主汽压（Pt）控制组成 • 给水流量控制/燃料量控制/总风量控制/炉膛压力 控制，给水/燃料比（WFR）控制：自动 * 锅炉输入指令BID＝MWD + Pt 控制修正
单元机组协调控制系统-(CCS)
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二、协调控制系统分析 1．负荷运算 负荷运算电路只有在协调控制方式下才起作 用,负荷运算的任务可以用一个操作、两个校 正、一个限制来概括。 一个操作是电路的中间部分，通过“操作员 设定”的手动操作单元，运行人员使用鼠标 或键盘可以设定机组负荷的大小。
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两个校正为主汽压力校正和频率偏差校正。 当主汽压力不等于压力给定数值后,由负荷 运算模块最左侧的压力校正支路对机组负 荷进行校正，以保证主汽压力等于给定数 值。当机组频率和电网频率出现偏差后， 由负荷运算模块最右侧的频率偏差校正支 路对机组负荷进行校正，以保证机组输出 负荷和电网的负荷需求相平衡。
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二、汽包锅炉给水控制系统 (一)给水控制的任务 汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给 水量适应锅炉的蒸发量,以维持汽包水位在规 定的范围内，保持给水流量的相对稳定。 (二)给水控制对象的动态特性 主要的扰动有:给水流量W、锅炉蒸发量D、 炉膛热负荷等。
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1．给水流量扰动下水位的动态特性 给水流量是调节机构所改变的控制量,给水 流量扰动是来自控制侧的扰动，又称内扰。 水位控制对象的动态特性表现为有惯性的 无自平衡能力的特点，属于多容无自平衡 能力对象。
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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，使 输出的电功率有较迅速的响应。因此，为 了提高机组的响应性能，可在保证安全运 行的前提下，充分利用锅炉的蓄热能力， 在负荷变动时，通过汽轮机进汽调
1
第五章 单元机组协调控制系统 (CCS) 5.1 协调控制系统的基本概念 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。
协调控制系统
协调控制系统（CCS）CCS系统既协调控制系统，单元机组的协调控制系统是根据锅炉和汽机动态特性的特点，组织起来的负荷调节系统。
使汽压在允许范围内变化的前提下，尽快的使机组适应电网负荷的需求，该系统担负着单元机组生产过程中的汽、水、煤、油、风烟等诸系统的主要过程变量的调节任务。
接受来自中调的遥控指令（ADS）或本机设定的负荷指令，对机组进行负荷控制。
CCS的主体部分分为各个闭环的模拟调节子系统，这些控制系统本身还具有完善的逻辑控制功能，自动的执行系统的切换、操作、跟踪、保护、监视等任务。
CCS系统的硬件构成采用上海新华控制系统公司的XDPS-400分散控制系统。
该系统配置采用冗余措施，提高系统的可靠性，通过人机接口设备，操作员接口站（MMI）可以对各个闭环回路进行操作、调整，对各参数的在线监视以及报警显示、打印等，同时还设置手操器对各个回路进行操作。
重要辅机的调节如：#1——#3给水泵勺管调节；AB侧送风机动叶调节；AB侧引风机静叶调节；AB侧一次风机入口挡板调节。
1．机炉协调控制系统1．1 运行方式1．1．1 BASE方式这是最基本的运行方式，由运行人员手操控制燃料和汽机调门开度，此时锅炉主控在手动方式,DEH在就地控制方式1．1．2 锅炉基本方式（锅炉调负荷，汽机调主汽压力——机跟炉或机调压运行方式），该方式通常用于炉侧出力收到限制或炉侧自动系统未投运的工况，锅炉来响应机组负荷指令的变化或由运行人员手操控制燃料量，汽机主控自动将机前压力作为控制目标。
它可以分为锅炉基本手动和锅炉基本自动俩种方式。
“锅炉基本手动”方式：锅炉主控手动调节负荷，DEH投入遥控调节机前压力；“锅炉基本自动”方式：锅炉主控投入自动维持负荷，DEH投入遥控调节机前压力。
1．1．3 汽机基本方式（汽机调负荷，锅炉调主汽压力——炉跟机运行方式）分汽机基本手动和汽机基本自动两种方式。
“汽机基本手动”方式：DEH在就地方式，由运行人员手动体调节负荷，锅炉主控在自动方式调节机前压力；“汽机基本自动”方式：DEH投入遥控调节负荷，锅炉主控投入自动调节机前压力。
火电机组协调(CCS)技术研究及应用
28:p o c u s聚焦■电力能源火电机组协调（CCS)技术研究及应用★中国人民解放军63621部队李高平，魏东，王亮★杭州和利时自动化有限公司姜国岩，张鹏程，张树强摘要：大型单元机组是一个多变量控制对象。
机、炉的控制动作相互影 响，且动态特性差异较大。
为把炉、机的参数检测、过程调节、联锁保 护、逻辑控制等各个方面作为一个整体进行控制，使炉、机控制更具灵 活性、快速性和准确性，既能满足电网调峰和调频的需求，又能保证机 组安全、经济运行，建立合理的机、炉协调控制策略是至关重要的。
关键词：协调控制系统（CCS);机组负荷；RB;R D/RU;燃烧率；能 量平衡使机组在主、辅机或子回路控制受到限制的异 常情况下，自动过渡到安全状态稳定运行。
(4)具有多种选择运行方式协调控制系统应满足机组各种工況运行的要求，提供可方便选择且具有自动联锁切换的控制方式。
1协调控制系统的功能及要求单元机组协调控制系统要求实现如下基本功能：(1)参与电网的调峰和调频，快速响应电网负 荷的需求调峰是电网根据负荷需求对机组进行的负荷调度；调频则是机组按频差特性根据网频变化自动完成的负荷调整。
因此，调频是随机发生的，调峰则是人为组织的。
(2)稳定机组运行检测与平抑机组运行中的各种内、外扰动，协调炉、机的能量平衡，协调锅炉内部燃料、送风、引风、给水、汽温等各子系统的能量平衡和质量平衡。
(3)机组出力与主辅机实际运行能力的平衡机组运行中可能出现局部故障，或负荷需求超过了机组实时的负荷能力，使某些参数产生供需偏差。
CCS设计应有：•方向闭锁（in-crease block,、decrease block);机组指令迫升/迫降（runup/rundown);•辅机故障减负荷（runback)。
2协调控制系统的对象特性从机组负荷控制角度来看，单元机组是一个相 互关联、多变量耦合控制对象，为便于分析，经适当 假设可简化表示为图1方框图所示被控系统。
协调控制系统
2、控制量与被控量关系的选择
被控参数压力的控制： 被控参数压力的控制： 在多个被控参数选择上首选汽轮机调门控制压 力。 被控参数温度的控制： 被控参数温度的控制： 在直流锅炉中影响中间点温度 中间点温度的主要因素是锅 在直流锅炉中影响中间点温度的主要因素是锅 炉的“ 给水量增加， 炉的“燃料/水”比。给水量增加，使汽化点 向出口端移动，过热区段缩短， 向出口端移动，过热区段缩短，因此蒸汽温度 下降。 燃料量增加， 下降。而燃料量增加，则使汽化点向入口端移 过热区段加长，主汽温度则上升。 动，过热区段加长，主汽温度则上升。
二、超临界机组协调控制策略
超临界机组的控制基本策略： 超临界机组的控制基本策略： 1. 系统中强化了燃烧率的作用； 系统中强化了燃烧率的作用； 2. 增大机前压力的波动幅度以充分利用机组的 蓄能； 蓄能； 3. 降低机组对负荷指令的响应速度来改善控制 效果。 效果。 超临界机组协调控制系统的负荷指令运算回 路和亚临界机组基本相同， 路和亚临界机组基本相同，最大不同是锅炉 控制侧。 控制侧。下面予以简介
1、锅炉主控制器结构
（1）协调控制方式下锅炉主控制指令计算
当机组切换到协调方式下运行， 当机组切换到协调方式下运行，机组的主蒸汽压力和 负荷是由锅炉、 负荷是由锅炉、汽轮机协调控制
（2）锅炉处于跟踪方式下的锅炉主控制指令 计算。锅炉跟踪方式，即汽轮机侧是手动调节功率， 计算。锅炉跟踪方式，即汽轮机侧是手动调节功率，
合理的协调系统控制方案是： 合理的协调系统控制方案是：采用燃料控制中间点 温度，给水控制负荷、汽轮机控制机组压力。 温度，给水控制负荷、汽轮机控制机组压力。
3. 控制特点
直流锅炉在稳定运行期间,为得到稳定的 控制,须维持某些比率为常数,在启动和低 负荷运行时,要大幅度地改变这些比率,以 得到宽范围的控制。这些比率是： 得到宽范围的控制。这些比率是： （1）给水量/蒸汽量 给水量（即煤水比） （2）热量输入/给水量（即煤水比） （3）喷水流量/给水流量
单元机组协调控制系统
机 态时组压处力于机 荷运”自组 运算机动处算回跟/于回手路随协路动.”调切状状换态单时元负
机跟随状态时DEH由此 信号来控制,即由压力 调节器控制,控制目标 主汽压力等于给定数值.
负 传机当 D当荷 送组E被率汽 负指到H处控.机荷回令汽于制主指路作机协量控令工为主调机所变作给控方组控化正定回式的制时常数路时实的,时值.加,际, 功 中调速间节负串器荷联输相惯出应性的的是主微希汽分望阀通汽门道. 机开负度荷沿变此化线稍路慢输些出,以到 便D和EH锅炉的负荷变化相 适应.
：固定常数输出数值幅值限制环节，限制数值由程 序设定，当输入信号数值超过限制数值后，环节输出 等于限制数值大小。例如，限制数值等于105，当输 入数值小于105时，环节输出等于环节的输入，而当 环节输入为110超过限制数值后，环节输出等于105。
：高限报警电路，环节输入为模拟量，输出为开关 量。上方数字为输入信号的高限数值，当输入信号超 过高限数值，电路输出报警信号（输出“1”信号）， 输入信号低于高限数值时，电路没有报警信号输出 （输出“0”信号）。
4. MFT—（Master fuel trip）锅炉主燃料跳闸 当发生炉膛灭火等事故后，如不切断进入炉膛的燃料可 能会造成煤粉爆炸等危及锅炉安全的事故，此时，相关 电路会产生MFT主燃料跳闸信号，使机组协调控制系统 进入MFT工况，以切断锅炉的所有燃料供给。
5. ETS—汽轮机紧急调闸 当继续运行，会危及汽轮机设备安全时，例如，汽轮机超速、 发电机甩负荷等工况出现时，相关控制器使汽轮机进入ETS工 况，强行关断进汽阀门以保护汽轮机等设备的安全。
汽机主控
DEH控制
汽机负荷
煤量控制
f(X)
f(X)
f(X) 炉膛负压给定
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。
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一、单元机组负荷控制的特点
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；而主蒸汽压力是否稳定，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。
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，前 两种方式中，只有一个被调量是通过两个控 制变量的协调操作来加以控制的，而另一个 被调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。
二、协调控制系统及其任务 单元机组的协调控制系统(Coordinated Control System，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。
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、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。
第二部分 ： 单元机组自动控制系统分析
第五章 单元机组协调控制系统 (CCS)
5.1 协调控制系统的基本概念
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。
节阀的适当动作，即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 汽轮机先动作，而锅炉随后动作的调节称为 炉跟随调节模式，简称炉跟机。该方式是汽 轮机控制系统控制负荷，锅炉控制系统控制 主汽压力。这种炉跟随方式的特点是：充分 利用锅炉蓄热，机组功率变化比较快，但主 汽压力波动比较大。这种方式以满足负荷为 主，适用于调峰机组。
2．以汽轮机跟随为基础的协调控制方式
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P0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。
所谓协调就是通过一套控制回路协调锅炉、 汽轮机控制回路的工作，使机组能快速、 安全、经济地对外界负荷作出响应。
二、协调控制系统分析 1．负荷运算 负荷运算电路只有在协调控制方式下才起作 用，负荷运算的任务可以用一个操作、两个 校正、一个限制来概括。
一个操作是电路的中间部分，通过“操作员 设定”的手动操作单元，运行人员使用鼠标 或键盘可以设定机组负荷的大小。
两个校正为主汽压力校正和频率偏差校正。 当主汽压力不等于压力给定数值后，由负 荷运算模块最左侧的压力校正支路对机组 负荷进行校正，以保证主汽压力等于给定 数值。当机组频率和电网频率出现偏差后， 由负荷运算模块最右侧的频率偏差校正支 路对机组负荷进行校正，以保证机组输出 负荷和电网的负荷需求相平衡。
锅炉调节在前，汽轮机调节在后，称为机跟 随调节模式，简称机跟炉。该方式下，锅炉 控制系统控制机组功率，汽轮机控制系统控 制主汽压力。机跟随方式特点是：机组功率 变化过程中，主汽压力波动比较小，但燃料 的燃烧最终变成机组功率需要一定时间，所 以机组功率对外界负荷适应性比较差。这种 方式以保证汽压为主，适用于带基本负荷的 机组。
由此可见，综合型协调控制方式能较好地保 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 从解决“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 协调控制系统大有益处。
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。
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，使 输出的电功率有较迅速的响应。因此，为 了提高机组的响应性能，可在保证安全运 行的前提下，充分利用锅炉的蓄热能力， 在负荷变动时，通过汽轮机进汽调
(2)协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变 化率较大时，能维持两者之间的能量平衡， 保证主蒸汽压力稳定。
(3)协调机组内部各控制子系统(燃料、送风、 引风、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。
(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。