能源生产过程自动控制课件 第七章 单元机组协调控制系统
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PE近似不变；
PT扰动下，pT近似为比例加积分环节的特性，PE的 动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特 性。
第二节 负荷指令的管理
一、单元机组负荷控制系统的组成
二、负荷指令管理部分
1 作用 接受三个方面的负荷指令，形成单元机组的
目标负荷指令；对目标负荷指令进行必要 的处理，以产生单元机组能接受的实际负 荷指令。
2 组成 1）最大/最小允许负荷限制回路 保证机组的实际指令不超越机组的最大和最
小允许负荷值。
2）负荷返回(RB)回路
根据主要辅机的切投状况，在线识别与计算 出机组最大可能出力值；
若实际负荷指令大于最大可能出力值，将实 际负荷指令降至最大可能出力值，即发生 负荷返回，同时规定机组的负荷返回速率 。
偏差大小和方向的监视
闭锁
5 负荷迫升/迫降回路
对于第二类故障，除采取闭锁增/减措施外， 还进一步采取迫升/迫降措施。
偏差正常时，T3、T4的a-c通；A/M置工作 状态，输出等于输入；积分器置跟踪状态 。
3 联合运行方式 低负荷时滑压运行，高负荷时定压运行。
4 调频运行方式
四、单元机组负荷控制对象的动态特性
输入量：燃料调节机构开度μB、调门开度μT 输出量：单元机组的输出电功率PE和汽轮机
前主蒸汽压力pT。
1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）μB扰动下主 蒸汽压力pT和输出电功率PE的动态特性
• μB扰动下的PE和pT的动态 特性都可用高阶惯性环节 的传递函数来描述。
1 定压运行方式 始终维持主蒸汽压力和温度为额定值，通过
改变汽轮机调门开度，改变机组的输出功 率。
运行方式：机跟炉、炉跟机、机炉协调
2 滑压运行方式 保持主汽门和调门全开。外界负荷需求变化
时，通过锅炉调节蒸发量，改变汽机进汽
外界负荷需求变化时，通过锅炉调节蒸发量， 改变汽机进汽压力。
在维持汽温为额定值的前提下，进入汽机能 量改变，使汽轮发电机输出功率适应外界 负荷的需求。
• PE的惯性大，主要由中间 再热器的惯性决定。
2.汽轮机调门开度μT扰动下主蒸汽压力pT和输出电 功率PE的动态特性
• μT扰动下的pT 动态特性 可用比例加一阶惯性环节
的传递函数来描述； • PE的动态特性可用具有
一定惯性的实际微分环节
的传递函数来描述。
3 单元机组动态特性特点
• 当汽轮机调门动作时，两个被控输出量PE和pT的 响应均很快；
2 组成 负荷指令运算回路
负荷指令限制回路
一）负荷指令运算回路
1 任务
根据负荷控制的要求选择目标负荷指令的 形成方式
考虑到汽机等主要设备热应力变化的要求 和机组负荷的跟踪能力，对目标负荷指令 信号进行适当的变化率限制；
对机组参加电网调频所需负荷指令信号的 幅值及调频范围作出规定。
2 组成
最大可能出力值的在线识别与计算
负荷返回速率的规定
机组主要辅机跳闸或切除时，对最大可能出 力值的变化速率进行限制。
不同辅机跳闸所要求的负荷返回速率是不同 的。
切换器T9根据不同种类的辅机自动选择所需 的速率限制设定值。
3）负荷快速切断回路
当主机跳闸时，快速切断负荷指令，维持机 组继续运行。
送电负荷跳闸，机组维持厂用电运行，不 停机不停炉；负荷指令快速切到厂用电负 荷值。
第七章 单元机组协调控制系统
第一节 单元机组的动态特性 一、单元机组的特点和任务 1 特点 单元机组是一个强相互关联的多变量控制
对象，锅炉和汽轮发电机共同适应外界负 荷要求，共同保证运行参数稳定。 汽轮发电机负荷响应快，锅炉负荷响应慢。
应具有参加电网一次调频的能力。
2 任务
在保证主蒸汽压力偏差在允许范围内的前提 下，使机组的输出电功率尽快适应电网负 荷变化的需要。
2 主控系统与机、炉调节系统的关系
• 主控制系统相当于机炉调节系统的指挥机构，起 上位控制作用。
• 机炉调节系统对于主控制系统相当于伺服机构， 起下位控制的作用，是主控制系统的基础，两者 构成分层控制的结构。
• 协调控制系统：主控制系统和锅炉、汽轮机各自 的调节系统的总称。
三、单元机组的运行方式
二）负荷指令限制回路
1 作用
对主机、主要辅机和设备的运行状况进行 监视；
发生故障、异常而影响机组的实际负荷， 或危及机组的安全运行时，对机组的负荷 要求指令进行必要的处理与限制。
主机、主要辅机的故障有两类：
第一类为跳闸或切除，故障来源明确，可 根据设备切除状况直接加以确定；
第二类为工作异常，故障无法直接确定， 只能通过测量有关运行参数的偏差间接确 定。
二、单元机组负荷控制系统的基本组成
1 负荷自动控制系统(the unit load control system)
• 负荷指令管理部分 • 机炉负荷控制部分
作用:接受外部负荷要求指令，并发出使机炉调节 系统协调动作的指令。 分别称为汽轮机主控制指令PT和锅炉主控制指令PB
机、炉主控制指令PT、PB分别代表了汽轮机调门 开度（或汽轮机功率）指令和锅炉燃烧率（及相 应的给水流量）指令。
3 汽轮机侧
• 汽轮机采用纯液调速系统
主控指令PT就是调门开度指令T，即PT=T，广义 调节对象的动态特性不会改变。
• 汽轮机采用功频电液控制系统
nT、n0：转速、给定值 PT为汽轮机功率指令 PB、PT代表Hale Waihona Puke Baidu炉输入
与输出能量
• 汽轮机采用功频电液控制系统时动态特性 PB扰动下，pT近似为具有惯性的积分环节的特性，
发电机跳闸，汽机关闭主蒸汽门，由旁路 蒸汽系统维持锅炉继续运行，停机不停炉 。负荷指令快速切换到0.
4）负荷闭锁增/减回路
当发生第二类故障时，如燃烧器喷嘴堵塞、 风机挡板卡涩、给水调节机构故障等设备 工作异常，会造成燃料量、空气量、给水 流量等运行参数的偏差增大。
作用：对这些运行参数的偏差大小和方向进 行监视；根据偏差的方向，对实际负荷指 令实施增或减方向的闭锁。
• 当锅炉燃烧率改变时，PE和pT的响应都很慢。
四、主控制系统调节对象的动态特性
1 主控制系统调节对象
包括机、炉调节系统和单元机组； 控制输入量为PB和PT。 2 锅炉侧
各调节系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯 性可忽略不计，因此可假设它们配合协调，能及 时跟随主控制指令PB,接近理想随动系统特性，有 μB≈PB。
PT扰动下，pT近似为比例加积分环节的特性，PE的 动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特 性。
第二节 负荷指令的管理
一、单元机组负荷控制系统的组成
二、负荷指令管理部分
1 作用 接受三个方面的负荷指令，形成单元机组的
目标负荷指令；对目标负荷指令进行必要 的处理，以产生单元机组能接受的实际负 荷指令。
2 组成 1）最大/最小允许负荷限制回路 保证机组的实际指令不超越机组的最大和最
小允许负荷值。
2）负荷返回(RB)回路
根据主要辅机的切投状况，在线识别与计算 出机组最大可能出力值；
若实际负荷指令大于最大可能出力值，将实 际负荷指令降至最大可能出力值，即发生 负荷返回，同时规定机组的负荷返回速率 。
偏差大小和方向的监视
闭锁
5 负荷迫升/迫降回路
对于第二类故障，除采取闭锁增/减措施外， 还进一步采取迫升/迫降措施。
偏差正常时，T3、T4的a-c通；A/M置工作 状态，输出等于输入；积分器置跟踪状态 。
3 联合运行方式 低负荷时滑压运行，高负荷时定压运行。
4 调频运行方式
四、单元机组负荷控制对象的动态特性
输入量：燃料调节机构开度μB、调门开度μT 输出量：单元机组的输出电功率PE和汽轮机
前主蒸汽压力pT。
1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）μB扰动下主 蒸汽压力pT和输出电功率PE的动态特性
• μB扰动下的PE和pT的动态 特性都可用高阶惯性环节 的传递函数来描述。
1 定压运行方式 始终维持主蒸汽压力和温度为额定值，通过
改变汽轮机调门开度，改变机组的输出功 率。
运行方式：机跟炉、炉跟机、机炉协调
2 滑压运行方式 保持主汽门和调门全开。外界负荷需求变化
时，通过锅炉调节蒸发量，改变汽机进汽
外界负荷需求变化时，通过锅炉调节蒸发量， 改变汽机进汽压力。
在维持汽温为额定值的前提下，进入汽机能 量改变，使汽轮发电机输出功率适应外界 负荷的需求。
• PE的惯性大，主要由中间 再热器的惯性决定。
2.汽轮机调门开度μT扰动下主蒸汽压力pT和输出电 功率PE的动态特性
• μT扰动下的pT 动态特性 可用比例加一阶惯性环节
的传递函数来描述； • PE的动态特性可用具有
一定惯性的实际微分环节
的传递函数来描述。
3 单元机组动态特性特点
• 当汽轮机调门动作时，两个被控输出量PE和pT的 响应均很快；
2 组成 负荷指令运算回路
负荷指令限制回路
一）负荷指令运算回路
1 任务
根据负荷控制的要求选择目标负荷指令的 形成方式
考虑到汽机等主要设备热应力变化的要求 和机组负荷的跟踪能力，对目标负荷指令 信号进行适当的变化率限制；
对机组参加电网调频所需负荷指令信号的 幅值及调频范围作出规定。
2 组成
最大可能出力值的在线识别与计算
负荷返回速率的规定
机组主要辅机跳闸或切除时，对最大可能出 力值的变化速率进行限制。
不同辅机跳闸所要求的负荷返回速率是不同 的。
切换器T9根据不同种类的辅机自动选择所需 的速率限制设定值。
3）负荷快速切断回路
当主机跳闸时，快速切断负荷指令，维持机 组继续运行。
送电负荷跳闸，机组维持厂用电运行，不 停机不停炉；负荷指令快速切到厂用电负 荷值。
第七章 单元机组协调控制系统
第一节 单元机组的动态特性 一、单元机组的特点和任务 1 特点 单元机组是一个强相互关联的多变量控制
对象，锅炉和汽轮发电机共同适应外界负 荷要求，共同保证运行参数稳定。 汽轮发电机负荷响应快，锅炉负荷响应慢。
应具有参加电网一次调频的能力。
2 任务
在保证主蒸汽压力偏差在允许范围内的前提 下，使机组的输出电功率尽快适应电网负 荷变化的需要。
2 主控系统与机、炉调节系统的关系
• 主控制系统相当于机炉调节系统的指挥机构，起 上位控制作用。
• 机炉调节系统对于主控制系统相当于伺服机构， 起下位控制的作用，是主控制系统的基础，两者 构成分层控制的结构。
• 协调控制系统：主控制系统和锅炉、汽轮机各自 的调节系统的总称。
三、单元机组的运行方式
二）负荷指令限制回路
1 作用
对主机、主要辅机和设备的运行状况进行 监视；
发生故障、异常而影响机组的实际负荷， 或危及机组的安全运行时，对机组的负荷 要求指令进行必要的处理与限制。
主机、主要辅机的故障有两类：
第一类为跳闸或切除，故障来源明确，可 根据设备切除状况直接加以确定；
第二类为工作异常，故障无法直接确定， 只能通过测量有关运行参数的偏差间接确 定。
二、单元机组负荷控制系统的基本组成
1 负荷自动控制系统(the unit load control system)
• 负荷指令管理部分 • 机炉负荷控制部分
作用:接受外部负荷要求指令，并发出使机炉调节 系统协调动作的指令。 分别称为汽轮机主控制指令PT和锅炉主控制指令PB
机、炉主控制指令PT、PB分别代表了汽轮机调门 开度（或汽轮机功率）指令和锅炉燃烧率（及相 应的给水流量）指令。
3 汽轮机侧
• 汽轮机采用纯液调速系统
主控指令PT就是调门开度指令T，即PT=T，广义 调节对象的动态特性不会改变。
• 汽轮机采用功频电液控制系统
nT、n0：转速、给定值 PT为汽轮机功率指令 PB、PT代表Hale Waihona Puke Baidu炉输入
与输出能量
• 汽轮机采用功频电液控制系统时动态特性 PB扰动下，pT近似为具有惯性的积分环节的特性，
发电机跳闸，汽机关闭主蒸汽门，由旁路 蒸汽系统维持锅炉继续运行，停机不停炉 。负荷指令快速切换到0.
4）负荷闭锁增/减回路
当发生第二类故障时，如燃烧器喷嘴堵塞、 风机挡板卡涩、给水调节机构故障等设备 工作异常，会造成燃料量、空气量、给水 流量等运行参数的偏差增大。
作用：对这些运行参数的偏差大小和方向进 行监视；根据偏差的方向，对实际负荷指 令实施增或减方向的闭锁。
• 当锅炉燃烧率改变时，PE和pT的响应都很慢。
四、主控制系统调节对象的动态特性
1 主控制系统调节对象
包括机、炉调节系统和单元机组； 控制输入量为PB和PT。 2 锅炉侧
各调节系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯 性可忽略不计，因此可假设它们配合协调，能及 时跟随主控制指令PB,接近理想随动系统特性，有 μB≈PB。