单元机组协调控制系统剖析
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。
单元机组协调控制系统
单元机组协调控制系统作者：曹雪伟周爱强来源：《消费导刊·理论版》2009年第03期[摘要]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一起，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]协调控制系统一、单元机组协调控制系统的概述（一）协调控制系统的概念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一起，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。
1．协调控制系统的组成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，构成电网级协调控制与管理已成为电力生产过程自动化的发展趋势。
对单元机组协调控制系统功能上的基本要求有以下几个方面：（1）当外界负荷需求改变时，机炉协调动作使单元机组的输出功率尽快地满足外界负荷需求；与此同时保证机组主要运行参数在允许范围内变化。
（2）当部分主要辅机故障或其他原因造成机组处理不足时，应能自动按规定的速率将机组承担的负荷降低到适当水平继续运行。
在任意主要辅机工作到极限状态或主要运行参数的偏差超过允许范围时，应对负荷指令进行方向闭锁或迫降，以防止事故发生。
（3）具备多种运行方式可供选择，以适应机组的不同工况需要。
（4）系统要方便于运行人员的干预，如进行运行方式的切换，进行手动操作等。
以上要求由单元机组主控系统的功能来实现。
单元机组的协调控制
火电厂单元机组的协调控制系统浅析（东南大学南京 211189）摘要：本文介绍了火力发电机组由母管制运行到协调控制系统的发展，单元机组协调控制系统的基本组成部分，以及锅炉跟随，汽轮机跟随，机炉协调三种负荷控制方式。
关键词：协调控制系统的发展；协调控制系统的组成部分；控制方式CCS of Unit Aircrew in Coal-fired Power Plants(SEU, Nanjing, 211198)Abstract: This paper introduced the development from mother tube to CCS, the parts of CCS, and the three kinds of control modes of BF, TF, and CCS.key words: the development of CCS; the parts of CCS; control modes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。
机组运行过程中经常出现的最主要得扰动之一是外界电负荷的变化。
当电网负荷发生变化时，就需要调整电网中运行的发电机组的负荷，即相应地改变气轮机进气量，以调整汽轮机的输出功率，或相应地改变锅炉以及给水流量，以调整锅炉的负荷。
1.单元机组协调控制系统的发展如何保证在维持机组稳定运行的条件下，尽可能快速地响应负荷的需求，始终是单元机组负荷控制的中心问题。
在锅炉和汽轮机以母管制方式运行时，当某台机组的负荷需求改变时，由汽轮机调节系统改变调节汽门的开度，以适应负荷需要，而由各台并列运行锅炉保证母管汽压。
在这种情况下，汽轮机负荷变化初期完全依靠改变锅炉的蓄能，而不是改变燃烧率与给水量。
因此，当汽轮机调节汽门工作时，随着输出功率的变化，虽然母管汽压也同时改变，但由于并列运行锅炉贮备能量相对较大，所以汽压变化较小。
单元机组协调控制系统
第十三章单元机组协调控制系统第一节概述一、单元机组控制在热力发电厂中，存在着母管制和单元制两种不同的热力系统。
在母管制系统中，每台锅炉的出口蒸汽管道都用蒸汽母管相互连通，汽轮机所需要的蒸汽是由一组锅炉产生，每台锅炉只承担一台汽轮机所需蒸汽的一部分，汽轮机与锅炉之间无一一对应关系，汽轮机负荷变化对每台锅炉影响较小。
在母管制热力系统中，汽轮机和锅炉的控制是各自独立的，汽轮机的控制系统通过改变调节阀的开度，调节汽轮机进汽量来满足负荷要求，锅炉的控制系统通过改变燃烧率来控制蒸汽压力。
单元制热力系统是一台汽轮机配一台锅炉，形成锅炉-汽轮机-发电机组成单元制运行方式。
单元制运行方式简化了热力系统，使蒸汽经过中间再热处理成为可能，提高了机组的热效率。
目前，大型机组都是采用单元制热力系统，单元机组是由锅炉、汽轮机和发电机联合起来共同适应电网的负荷要求，因此要求单元制机组具有变负荷运行能力，同时还具有一定的调频能力，此外，在机组发生某些局部故障的情况下，依然要维持机组运行。
在单元机组满足外部电网负荷要求时，同时还要求机组能够安全经济运行，其主要反映在内部运行参数(主蒸汽压力)稳定。
单元机组的输出电功率与电网负荷要求是否一致，反映着机组与外部电网之间能量供求的平衡关系，而主蒸汽压力反映了单元机组内的锅炉、汽轮机和发电机之间能量供求的平衡关系。
因此机组的输出电功率PE和主蒸汽压力pT是单元机组控制的两个主要参数。
就单元机组控制而言，锅炉、汽轮机和发电机是一个不可分割的整体，然而从内部来看，汽轮机、锅炉实际上又是相对独立的，通过相应的调节手段，如汽轮机调节阀开度、锅炉燃烧率，来满足电网负荷要求和保持主蒸汽压力稳定。
然而锅炉和汽轮机的动态特性存在很大差异，即汽轮机动态响应快，锅炉动态响应慢。
这一快一慢的控制对象组合一起，在实施单元机组控制时，必须协调好机、炉两侧的控制动作，在满足负荷响应的同时，兼顾内部运行参数稳定，既具有较快的负荷响应和一定调频能力，又保证主蒸汽压力偏差在允许范围之内，因此从单元机组整体考虑，构建一种单元机组协调控制系统(Coordination Control System，CCS)来协调机炉控制任务。
单元机组协调控制系统(讲稿)
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和FSSS、DEH等的联系如图所示：其组成如下。
（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：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 U 2、U 3U 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 （出力变化率限止） MW AM R ．LMT ∑ ≯≮ ΔH/L f(x)P ± AM CPTR （计算机方式） （热应力控制） CPTR MW H/A 运行人员要求负荷指令 增 减 a a →跟踪方式c 负荷急 减警报 A B Δf(频率偏差) 增 减 出力下限值 出力上限值 机组负荷指令1、主控系统组成：负荷指令运算回路；机炉主控制器2、工作方式：7种● 基本方式（BASE ）● 锅炉跟随1方式（BLR FLW1）● 锅炉跟随2方式（BLR FLW2）● 汽机跟随1方式（TURB FLW1）● 汽机跟随2方式（TURB FLW1） ● 以锅炉跟随为基础的协调控制方式（COORD BF ）● 以汽机跟随为基础的协调控制方式（COORD TF ） （一）负荷指令运算回路(LDC(Load Demand Computer))结构原理1、功能：将各种负荷要求加工成机组实际可以接收的指令。
单元机组协调控制系统的分析与优化
单元机组协调控制系统的分析与优化本文分析了协调控制系统的结构特点，将智能控制方法应用到协调控制系统中，引用“预见控制”和“解耦控制”理论形成协调控制方案，用来提高系统的稳定性、准确性和快速性，完善和解决基础协调控制系统的缺陷之处。
标签：智能控制；协调控制；CCS1 协调控制系统的含义和结构协调控制系统的主要设计思想是将锅炉和汽机作为一个整体，完成对负荷和主汽压的控制，实现锅炉风、煤、水的协调动作。
协调包含三层含义，一是机组与电网需求的协调，包括了电网AGC控制和一次调频控制两个方面；二是协调锅炉主控系统与汽机主控系统，提高锅炉侧的反应速度，减少主汽压的波动；三是锅炉风、煤、水子系统的协调。
为了解决大系统的控制问题，把锅炉和汽轮机作为一个整体进行控制，能响应电网负荷需求指令，将内部主要运行参数维持在正常范围内。
保证单元机组较快响应外部功率，具有一定的一次调频能力，对内保持主蒸汽压力在允许范围内。
协调控制系统具有大系统的解决方案，先将大系统分成二级递接系统，上位级是单元机组主控系统，下位级是锅炉主控系统和汽机主控系统，最下层是机炉广义被调对象。
下图为单元机组协调控制系统的结构图。
机炉主控制系统都具备多种的控制方式，按锅炉和汽轮机的调节任务的不同，可划分位以下几种控制方式。
炉跟机控制方式、机跟炉控制方式和机炉协调控制方式。
前两种方式基本都是锅炉、汽轮机相对独立的方式，协调控制方式又分为以炉跟机为基础的协调和以机跟炉为基础的协调。
协调方式对锅炉侧加负荷前馈信号，利用锅炉蓄热加快锅炉侧的反应速度，采用非线性环节限制主汽压的变化范围。
图2为单元机组协调控制系统的组成图。
2 单元机组CCS方案设计为了响应电网调度，目前单元机组协调空盒子系统绝大部分采用直接能量平衡型，以炉跟机为基础，采用负荷指令信号间接平衡的控制方法。
经典PID控制附加前馈的控制方法已无法适应当前的生产和控制精度要求，需要在经典空盒子方案的前提下，融合多种现代空盒子理论，引入智能算法，与传统控制系统取长补短，提高协调控制的控制效果，图3为引用“预见控制”和“解耦控制”理论形成的CCS控制方案。
600WM亚临界单元机组协调控制系统分析
单 炉 膛 、 型 布 置 、 角 切 圆 燃 烧 、 衡 通 风 、 封 闭 、 态 ｎ 四 平 全 固 排 渣 、 制 循 环 汽 包 型 燃 煤 锅 炉 ， 料 为 烟 煤 。 住 额 定 工 况 强 燃 下 ， 热 器 出 口 温 度 为 ５ ０ ， 热 器 的 进 、 口 温 度 为 过 ４℃ 再 出
度 和再热汽温 度为 ５０ 。锅炉 为亚 临 界 、 次 中间再 热 、 ４℃ 一
汽 轮 机 一 级 压 力 Ｐ１是 ＤＥ 中 的 一 个 关 键 变 量 ， 线 Ｂ 既 性 地 反 映 了 蒸 气 流 量 Ｄ 的 变 化 ， 线 性 地 反 映 了功 率 Ｎ 又 的 变 化 ， 就 为 锅 炉 和 汽 轮 机 之 间 的 能 量 变 化 建 立 了 统 一 的 这 量 纲 ， Ｐｌ问 接 地 反 映 了锅 炉 和 汽 轮 机 之 间 的 能 量 平 衡 。 即
偏 离给定 值 。（ ／ Ｔ Ｐ Ｐ１ Ｐ ） ｏ不 能 代 表 实 际 进 人 汽 轮 机 的 能 控 制 锅 炉 的 输 出 能 量 ， 证 任 何 工 况 下 机 组 内 部 能 量 供 需 保 而 的 平 衡 。本 机 组 应 用 以 （ ／ ） ０为 前 馈 信 号 。协 调 控 制 量 ， 是 代 表 了 汽 轮 机 所 需 的 能 量 。 Ｐｌ Ｐｖ Ｐ 热 量 信 号 ＨＲ 由主 蒸 汽 流 量 信 号 和 汽 包 压 力 的 微 分 信
２ ＤＥ Ｂ协 调 控 制 系 统 原 理
从 能 量 平 衡 的 观 点 ． 调 控 制 系 统 被 分 为 直 接 能 量 平 协
衡 Ｄ Ｂ协 调 控 制 系 统 和 间 接 能 量 平 衡 Ｉ Ｅ ＥＢ协 调 控 制 系 统 。
机 组 采 用 的 是 直 接 能 量 平 衡 Ｄ Ｂ协 调 控 制 系 统 。 Ｅ ２ １ 直 接 能 量 平 衡 Ｄ Ｂ的 特 点 ． Ｅ
单元机组协调控制系统
单元机组动态特性
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一、单元机组的运行方式
单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。定压运行是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调节汽门的开度，改变机组的输出功率。 滑压运行则是始终保持汽轮机调节汽门全开，在维持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机组的输出功率。
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直流锅炉汽水流程示意图 直流锅炉单元受控对象模型
如果能做到燃水比恒定，就可由燃料量B代表给水量，相应地可保持汽水流程中各点温度的稳定。这样，就可以把直流锅炉单元机组受控对象简化为与汽包锅炉机组相类似的双输入、双输出模型。
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图. 汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较 1－汽包锅炉响应曲线；2－直流锅炉响应曲线
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二、单元机组协调控制系统
单元机组协调控制系统把锅炉和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、联锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多种控制功能，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。
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单元机组协调控制系统的设计充分利用了机炉对象特性方面的特点，采用了前馈、补偿、多变量解耦等控制策略，使控制系统具有合理、可靠、易于维护调整等优点。建立在现代控制理论和方法基础上的单元机组协调控制系统也处于研究和发展之中。
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滑压运行方式具有以下主要特点:
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在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，容易保持蒸汽温度不变。可获得较高的循环效率。
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汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节流损失降低。负荷越低，节流损失的降低越明显。另外，汽轮机的级效率也要比定压运行时高。例如某机组在50%负荷下，滑压运行级效率比定压运行时要高出15%左右。
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-毕业设计论文_2
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。
1.1.1锅炉概述18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。
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。
单元机组自动控制系统分析解读
单元机组自动控制系统分 析解读
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。
单元机组自动控制系统分 析解读
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
单元机组自动控制系统分 析解读
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。
单元机组自动控制系统分 析解读
单元机组自动控制系统分 析解读
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。
单元机组协调控制系统(讲稿)
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。
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(一)
调节器的给定值提供回路。
压力给定值形成回路的工作方式
► 定压工作方式 （ 手动） 。 此方式下 ， 压 定压工作方式（手动） 此方式下，
力设定值由操作员在CCS 控制画面上给 力设定值由操作员在 CCS控制画面上给 出。负荷变化时，要实现滑参数运行， 负荷变化时，要实现滑参数运行， 运行人员需要手动改变压力设定值。 运行人员需要手动改变压力设定值。 ► 滑压工作方式 （ 自动） 。 此方式下 ， 压 滑压工作方式（自动） 此方式下， 力设定值由压力给定值形成回路根据当 前负荷自动给出。运行中， 前负荷自动给出。运行中，运行人员不 需要手动改变压力设定值去实现负荷与 压力的配合关系。 压力的配合关系。
压力给定
炉主控制器 机主控制器 压 力 给 定
功率给定
功率给定
FSSS等
DEH
炉
汽机
发电机
机炉协调方式调节过程：
► 电网要求功率（增大）与电机实发功率之差
（调节量）送到炉主调节器、机主调节器， 经放大后同时作用在燃料调节阀和调节汽门 上，开大燃料调节阀和调节汽门； ► 调节中汽压变化信号经机主调节器、炉主调 节器放大后同时作用在燃料调节阀和调节汽 门上，调节汽压，使之稳定。
负荷调节问题示意图
用户
值班员或控制系统
电网
炉
汽机
发电机
一）单元机组负荷控制问题
► 单元机组负荷控制的任务 ► 单元机组负荷控制的特点
单元机组负荷控制的 基本任务和要求
► 保持主蒸汽参数（主要是压力）稳定。 ► 快速响应外部负荷要求，具有一定的调频能
力。
单元机组负荷控制的特点
►机、炉对象特性的差异：汽轮机负
负荷协调控制系统
燃烧率给定值
第四章 单元机组协调控制.
T
∑
T
f(x)
T
T
∑ f(x)
T 一次风机B运行
图13－7 负荷返回回路
RB与其它系统关系 CCS、FSSS、DEH和SCS系统 CCS系统是机组中心，是实现RB功能的关键部 分。RB的发生判断、目标负荷计算、RB结束等 由CCS完成，并协调机组的各系统动作。 对锅炉侧来说，CCS首先要发信号至FSSS完 成切粉（投油），同时，锅炉主控制器适当调整 燃料量，维持适当的锅炉燃烧率。 对汽轮机侧来说，机组协调系统自动切换TF方 式，由汽轮机完成调压功能，其他的子系统仍然 处于自动方式，维持各参数，保证机组的稳定运 行。
子 控 制 系 统
单 元 机 组
锅炉
汽轮机、发电机
图13－1 单元机组协调控制系统的组成
三、机组负荷控制系统被控对象动态特性
单元机组 TD
μT
汽轮机控制系统
GNT(s)
+ +
PE
GPT(s)
GNB(s) BD 锅炉控制系统
μB
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
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二、 单元机组协调控制系统基本组成
ADS指令
电网频率
入1
输出等于输 入1 T4
Δ ∫
输 出
＜
速率限制回路原理图
P0实际负荷指令
（b）
（a）
图13－6 正常工况下负荷指令处理原则性方案
二、异常工况下的负荷指令处理
当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响 到机组的带负荷能力或危及机组的安全运行时，就 要对机组的实际负荷指令进行必要的处理，以防止 局部故障扩大到机组其他处，以保证机组能够继续 安全、稳定地运行。
变化率限制值
最小负荷Pmin A
最大负荷Pmax A
中调指令 ADS
电网频率 f
变化率限制值
输
MW/min
A
入
T 1 速率限制 回路
－ ＋
Δ
Δf
f0频率给定值 a
f(x)
＋
Δf
＋
0%
∑1
T2
Ps ＞
为了安全和稳态运行，幅度在3％负荷 死区±0.033HZ(±2r/min)
N
Y 0
－k
Y 输出＞输
T3
－
+
&s)
+ n0
－ nT
BD
μB
锅炉控制系统
GNT(s) GPT(s) GNB(s) GPB(s)
+ PE
+
+
+
pT
图13－4 汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象方框图 GT(s)——功频调节器；nT——汽轮机转速；n0——转速给定值；δn——转速不等率
_
TD BD
pT PE
单元机组协调控制系统
第一节 概述
发电机组控制
有功功率和无功功率的调节
有功功率: 通过调汽机的进汽量（改变发电机 功率角）调节有功功率。(机组提供的有功 功率小于负荷时，系统频率下降。)
无功功率: 通过调节励磁电流达到无功功率的 平衡。(机组提供的无功功率小于无功功率 负荷时，电压下降。)
一 、单元机组控制问题
AGC（Automatic Generation Control）
电网能量管理系统 Energy Manage System
(EMS)
远程终端单元 Remote Terminal Unit
RTU
电网 通信
RTU
DCS
∽
协调控制系统
Coordinate Control System （CCS）
AGC几种方案
单元机组的主机、主要辅机或设备的故障原因有两类：
第一类为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来 源是明确的，可根据切投状况加以确定。 第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，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。
对机组实际负荷指令的处理方法有四种：负荷
返回（Run Back ，RB）；快速负荷切断 (Fast Cut Back，FCB，快速甩负荷)；负荷闭 锁增/减(Block Increase/ Block Decrease， BI/BD) 和负荷迫升/迫降 (Run Up/ Run Down， RU/RD)。其中，负荷返回RB和快速负荷切断 FCB是处理第一类故障的，负荷闭锁增／减 BI/BD和负荷迫升／迫降RU/RD是处理第二类 故障的。
TD
t BD
ΔμB t pT
t PE
ΔμT t
t ΔpT
t
t
t
（a）
（b）
图13－5 汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象动态特性
第二节 负荷指令处理回路
负荷指令处理回路的主要作用是：对外部 负荷要求指令进行选择并根据机组运行情 况进行处理，使之转变为一个适合于机、 炉运行状态的实际负荷指令P0。同时根据 机组的运行方式，产生主蒸汽压力给定值po。
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
一、正常工况下负荷指令处理
在机组的设备及主要参数都正常的情况 下，机组通常接受的三个外部负荷指令为： 电网调度所的负荷分配指令ADS、值班员 手动指令（就地负荷指令）和电网调频所 需负荷指令。
正常工况下，负荷指令一般受到以下限制：
１．负荷指令变化速率限制 ２．运行人员所设定的最大、最小负荷限制
就地指令 A
1．负荷返回RB
又称辅机故障减负荷或甩负荷，其主要作 用是：根据主要辅机的切投状况，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。
因此，负荷返回回路具有两个主要功能： 计算机组的最大可能出力值；规定机组的 负荷返回速率。
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
负
荷
实际负荷指令P0
机组输出电功率PE
控 制 系
机炉主控制器
统
锅炉指令BD
汽轮机指令TD
基
础
锅炉控制系统
汽轮机控制系统
子
控
控
制
级
燃空 给
料气 水
进 汽 量
制 系 统
单
元 机
锅炉
汽轮机、发电机
组
图13－1 单元机组协调控制系统的组成
• 对于汽轮机侧，如果汽轮机控制系统采用纯液压 调速系统，则汽轮机指令TD就是调门开度μT，μT ＝TD。这样，负荷控制系统的广义被控对象的动 态特性与单元机组的动态特性相同。
如果汽轮机控制系统采用功频电液控制系统，则
汽轮机指令TD就是汽轮机功率指令。这样，广义 被控对象的动态特性会有很大改变。
TD
1. 单元机组的动态特性
μT
μT
t
μB
μB
ΔμB
t
pT
pT
t
PE
PE
ΔμT t
t ΔpT
t
（a）
t
t
图13－3 单元机组被控对象动态特性
（b）
机前压力维持不变条件下，测的利用燃料调负荷
2. 负荷控制系统被控对象动态特性
• 对于锅炉侧，由于各控制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，能及时跟随锅炉指令BD，接近理 想随动系统特性，故有μB=BD。