单元机组主控制系统
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
1
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
2
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。
4 单元机组主控制系统-前馈控制应用
前馈控制的应用大中小前述几种协调控制方式采用的都是反馈控制方案，实际上，为了提高控制质量，协调控制方式所采用的控制系统是前馈—反馈控制系统。
采用前馈控制的目的有两个：一是补偿被控对象（主要是锅炉侧）动态特性的迟延和惯性，加快负荷响应；二是使作为前馈信号的负荷指令与机、炉主控制指令（代表对燃烧率、汽轮机调门开度等操作量的要求）构成一定的静态关系，并且将前馈信号作为机、炉主控制指令的基本组成部分，以保证机组的输入能量与能量需求基本一致，在变负荷控制过程中起“粗调”作用。
负荷前馈控制的重点是锅炉侧。
为了补偿锅炉侧的动态迟延和惯性，前馈控制作用中除了比例(P)作用（静态前馈）以外，还包括微分(D)作用（动态前馈），它起超前控制作用，加速锅炉的负荷响应。
对于汽轮机侧，采用前馈控制，主要是要求汽轮机的调门开度或汽轮机负荷与负荷指令保持一致。
因此，通常只采用静态前馈控制，这样，如果一旦单元机组与电网突然解列，可迅速切除负荷指令，使调门立即关小，防止过分超速。
锅炉侧的前馈控制信号来源有两种：一种是负荷指令N0信号；另一种是蒸汽流量信号。
两种信号性质不同，前者为电网对机组的负荷要求；后者为汽轮机对锅炉的负荷要求。
无论哪种信号，都代表了对锅炉的能量要求。
通过前馈控制，锅炉的输入能量与能量要求随时保持平衡。
一、前馈控制信号为负荷指令N0这是一种较常用的前馈控制方案，如图10-16所示。
当负荷指令N0改变时，通过前馈控制器（P）立即改变汽轮机主控指令MT，使汽轮机调门开度（或汽轮机功率）作相应改变。
同时，通过前馈控制器（PD）立即改变锅炉主控指令MB，使燃烧率相应改变。
微分（D）控制作用使燃烧率动态超前动作，加速锅炉的负荷响应。
前馈控制还使MB和MT始终与N0保持一致。
通常，在前馈“粗调”的基础上，反馈控制只需对偏差稍加校正（“细调”），即可使系统趋于稳定。
一定程度上克服了反馈控制需待偏差产生后才发出控制作用的缺点，使负荷控制质量大为提高。
火电厂单元机组的协调控制系统
单元机组和控制系统的关系
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。 最主要的扰动——外界电负荷的变化。
单元机组协调控制系统的发展
机炉协调的负荷控制方式
把之前两种方式结合起来，取长补短 所引起的压力变化比主汽压力下降后在增大锅炉功率（BF 方式）所引起的压力变化小得多。由于功率调节信号是同 时作用于汽轮机和和锅炉的，所以它比TF方式有更快的功 率响应。 这种锅炉蓄热的合理利用与及时补偿的协调方式，使得单 元机组实际输出功率既能迅速响应给定功率的变化又能保 持主汽压力的相对稳定。
汽轮机跟随的负荷控制方式
由汽轮机控制主汽压力，由锅炉控制机组负荷。 该方式的主汽压力变化较小，对锅炉的稳定有利，但是由于锅炉燃料 量输送及传热过程有较大滞后，使得机组输出功率响应有较大滞后， 调频能力差。 适用情况： a.承担基本负荷的单元机组。 b.当新机组刚刚投入运行，经验还不足时，采用这种方式可使机组 运行比较稳定。 c.当单元机组中汽轮机运行正常，机组输出功率受到锅炉限制时。
机组负荷管理控制中心（LMCC）
又称 机组负荷指令处理装置 负荷控制中心是用来协调机组内、外矛盾，也就是协 调供与求的矛盾
机炉主控制器
机炉主控器协调的是机和炉的内部矛盾
机炉子控制系统
直接与控制对象相联系，执行协调级的指令，使燃烧量、 送风量、给水量、蒸汽流量等与负荷控制指令相适应，实现 负荷控制的任务
。
• 机发 机组
全 依 变 锅
• 发 主 的 蒸 两 率 对 象 功 制 出 控 组 输 组 机 元 机
热工自动控制试题库与参考答案
热工自动控制试题库与参考答案一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、当单元机组中汽轮机设备及其辅机正常运行，而锅炉设备或辅机异常时，宜采用（）控制方式。
A、炉跟机B、机跟炉C、机炉协调D、以上都不是正确答案：B2、一般再热蒸汽温度随负荷变化较大，当机组负荷降低（）时，大型机组必须对再热汽温进行控制。
A、30%B、20%C、50%D、40%正确答案：A3、已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为(____)。
A、0.707B、0.6C、0D、1正确答案：C4、精度和稳定性之间的矛盾始终是(____)系统存在的主要矛盾。
A、开环B、前馈C、闭环D、以上都不对正确答案：C5、被控对象的时间常数反映对象在阶跃信号激励下被控变量变化的快慢速度，即惯性的大小，时间常数大，则(____)。
A、惯性大，被控变量速度快，控制较困难B、惯性小，被控变量速度慢，控制较困难C、惯性大，被控变量速度慢，控制较平稳D、惯性小，被控变量速度快，控制较平稳正确答案：C6、串级比值控制系统中流量比值是用（）参数来自动校正的。
A、第四个B、第二个C、第一个D、第三个正确答案：D7、在生产过程中，有时工艺上不但要求物料量成一定的比例，而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序，则可选择（）比值控制系统。
A、单闭环B、双闭环C、有逻辑规律的D、串级比值正确答案：C8、再热汽温控制利用再循环风机从（）抽取低温烟气进入炉膛底部A、烟道开始处B、烟道中间处C、烟道尾部D、不确定正确答案：C9、输入信号有微小变化时，(____)调节器可能没有输出。
A、微分B、比例C、积分D、没有正确答案：A10、ζ称为二阶系统的(____)。
A、振幅B、阻尼比C、有阻尼振荡频率D、无阻尼振荡频率正确答案：B11、单位阶跃函数拉氏变换后的象函数为(____)。
A、2/SB、4/SC、3/SD、1/S正确答案：D12、两个环节串联，等效变换后的传递函数为原来两个环节的传递函数(____)。
机组协调控制系统CCS
一、CCS控制系统简介。
协调控制系统CCS又称为单元机组的负荷控制系统,是将锅炉、汽机及辅机作为一个整体加以控制的十分复杂的多变量控制系统,该系统有机的、协调的控制锅炉的燃料、送风、给水以及汽机调节阀门开度,使各变量间的影响最小。
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。
单元机组协调控制系统的任务是:既要保证机组快速响应负荷需求,又能使机组的主要参数机前压力在变负荷的过程中保持相对稳定。
二、CCS协调控制系统的控制方式。
协调控制系统有以下五种控制方式：1、炉跟机方式（BF）。
当锅炉主控自动，汽机主控手动时为BF方式，锅炉主控控制机前压力，汽机调节机组功率。
2、机跟炉方式（TF）。
当汽机主控自动，锅炉主控手动时为TF方式，汽机主控控制机前压力；锅炉调节机组功率。
3、协调炉跟机方式（CCBF）。
当锅炉主控自动，汽机主控再投入自动时为CCBF方式，锅炉主控控制机前压力，汽机主控控制负荷。
4、协调机跟炉方式（CCTF）。
当汽机主控自动，锅炉主控再投入自动时为CCTF方式，汽机主控控制机前压力，锅炉主控控制负荷。
5、机炉手动方式。
汽机主控和锅炉锅主控均为手动方式，由锅炉调节压力，汽机改变调节汽门开度，调节实发功率。
控制方式之间通过负荷管理中心（LMCC）由运行人员实现无扰切换。
；每种方式下均有相应的调节器自动，其余的调节器跟踪。
协调方式下当因辅机故障发生RB时，锅炉主控自动将目标负荷降至正在运行的辅机所承担的负荷水平（即RB目标值），汽机主控则自动控制机前压力至设定值，RB结束后机组维持CCTF方式。
三、机组协调控制投入和切除条件及投、退协调控制的操作1、机组协调控制投入的条件：（1）机组负荷达到60%额定负荷以上，运行稳定。
协调控制系统 CCS介绍
模拟量控制系统
第 24 页
控制方式
控制效果分析
锅炉跟随控制方式、汽轮机跟随控制方式和协调控
制方式通常是可供单元机组控制系统选择切换的三种基 本控制方式。一般说来，协调控制方式的控制效果介于 锅炉跟随控制方式和汽轮机跟随控制方式之间，使输出 电功率和主汽压的控制得到兼顾在正常运行条件下，经 常采用协调控制方式，其他控制方式一般起辅助作用或 备用。
模拟量控制系统
第 15 页
控制方式
1、协调控制的基本原则及方案
2、主要控制方式
3、定压和滑压运行
模拟量控制系统
第 16 页
控制方式
原则：在保证机组安全运行(即汽压在允许范 围内变化)的前提下，充分利用机组的蓄热能力。
即在负荷变动时，通过汽轮机调门的适当动作，
允许汽压有一定波动而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，加强对 锅炉侧燃烧率(及相应的给水流量)的调节，及时 恢复蓄能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致。
模拟量控制系统
第 30 页
主控系统
最大/最小允许
负荷限制回路
（MAX/MIN）
保证机组的实际 负荷指令不超越 机组的最大和最 小允许负荷值。
模拟量控制系统
第 31 页
主控系统 根据主要辅机的切投状 况，在线地识别与计算 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 发生负荷快速返回，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。
负荷指令处理
MCS (CCS)
子控制 系统 锅炉子 控制系统
给水控制
燃烧控制 汽温控制 汽机子 控制系统 辅机子 控制系统
DEH
除氧器水位压力控制、 高低加水位控制等
1单元机组主控制系统概述
概述大中小一、单元机组主控制系统的概念大型汽包炉以及直流炉的机组通常都是以锅炉-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, 也更有利于安全，并做到经济发电。
尤其是中间再热机组, 由于主蒸汽管道和再热蒸汽管道往返于锅炉和汽轮机之间, 各再热机组的再热蒸汽受负荷影响又不可能一致, 无法并列运行, 只能采用单元制运行方式。
单元机组的自动调节系统主要包括主控制系统和机炉调节系统。
这里机炉调节系统指的是燃料量、空气量、汽温、给水流量等调节系统和调速系统（或功频电液调节系统）等等。
大型机组负荷控制的首要任务是保证机组出力适应电网的负荷变化要求、维持机组稳定运行。
具体地说就是对外保证单元机组有较快的功率响应和有一定的调频能力，对内保证主蒸汽压力偏差在允许范围内。
因此大型机组除应具备中小型机组那样的机炉调节系统外，还必须有一个自动调节系统，作用是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挥信号，称其为主控制系统（UNIT MASTERCONTROL SYSTE简称主控系统），也称负荷自动控制系统。
主控系统向机炉调节系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令（或汽轮机负荷指令）MT和锅炉主控制指令（或锅炉负荷指令）MB机、炉主控制指令MT MB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。
主控系统把锅炉和汽轮机组成一个联合调节对象，即作为一个整体，调节进入锅炉的能量以随时适应汽机负荷的需要。
由于锅炉和汽轮机动态特性差异较大，因此，主控系统在考虑适应负荷要求的同时，还须使机炉调节系统协调动作，使燃料量、空气量、给水流量等以及调节汽门开度协调变化，达到既尽快适应负荷变化要求，又使运行稳定的目的。
二、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。
单元机组运行
单元机组运行1、单元制火电机组的des控制系统由以下子系统组成：模拟量控制系统及其单元机组协调控制系统；锅炉炉膛安全监控系统或称燃烧器管理系统；顺序控制系统；数据采集系统；汽轮机数字电液控制系统；旁路控制系统；发变组控制系统。
2、启动方式的分类及主要特点：1）冷启动。
停机72小时以上，汽轮机高、中压转子初始金属温度低于121°C时启动；2）热启动。
停机10-72小时后，汽轮机高压或中压转子初始金属温度大于或等于121C、小于260C时启动；3）热启动。
停机1-10小时后，汽轮机高、中压转子初始金属温度大于或等于260C、小于450C时启动；4）极热启动。
停机1小时内，汽轮机高压或中压转子初始金属温度大于450C时启动。
3、厂用电电压等级有两种，即为6kv和400v。
大于200kw的电动机由6kv高压厂用母线供电，200kv及以下容量的电动机由低压400v母线供电。
4.400V低压厂用电系统通常在一个单元中有多个由PC供电的电源中心（PC）和多个电机控制中心（MCC）。
通常，75-200kw和150-650kw之间的静态负载连接到电源中心（PC），容量小于75kW的电机和小功率加热器等杂散负载连接到电机控制中心（MCC）。
从电机控制中心，它可以连接到车间本地配电盘（PDP），用于车间的小容量杂散负载。
5、直流220v系统正常运行方式：1）直流220v系统由蓄电池和充电柜在直流母线上并列运行，充电柜除带正常220v母线上负荷外，同时对蓄电池组浮充电。
2）#4、#5机直流i、ii 母线联络开关在断开位置。
3）#1充电柜#1蓄电池组上i段直流母线，#2充电柜#2蓄电池组上的ii段直流母线，#3充电柜备用。
4）直流母线绝缘监测仪投入运行。
非正常运行方式：1）直流i（ii）段母线串带ii（i）段母线运行，#2（#1）充电柜停运，#2（#1）蓄电池组与母线隔离。
2）#1（#2）充电柜故障时，#1（#2）蓄电池及直流母线由#3充电柜带，#1（#2）充电柜退出运行。
第二章 单元机组协调控制系统
采取的办法是不使汽轮机调节汽门处于全开的位臵， 而是留出一定的调节余地。当外界负荷需求变更时，首先 通过调整汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，利用锅炉 内部的蓄热能量，较快地适应外界负荷的需求。与此同时， 调整进入锅炉的输入量，使燃烧率改变，与外界负荷需求 达到新的平衡。调节汽门的调节余地也为机组参与电网一 次调频创造了条件。
North China Electric Power University
第二章 单元机组协调控制系统
§2-1
概
述
2
North China Electric Power sity
第二章 单元机组协调控制系统
一、协调控制的基本概念
从大系统理论出发，协调控制是一种解决大系 统控制问题的基本策略。 所谓大系统可理解为由若干相互关联子系统组 成的复杂系统。应用大系统理论处理这类庞大而复 杂系统控制问题的基本方法就是分解——协调的方 法。所谓分解就是把大系统化为若干子系统，以便 进行分块的处理与控制，求得各子系统的局部最优 解；而协调则是从系统的全局出发，合理地调整各 子系统之间的关系，求得各子系统之间的和谐与统 一，进而得到整个大系统的最优解。
6
North China Electric Power University
第二章 单元机组协调控制系统
单元机组协调控制系统框图
7
North China Electric Power University
第二章 单元机组协调控制系统
单元机组协调控制系统可认为是一种二级递阶 控制系统。处于上位级的机炉协调级，也叫作单元 机组主控系统，是整个系统的核心部分。处于局部 控制级的子系统包括锅炉燃料控制系统，风量控制 系统，汽轮机功率/ 频率调节系统，以及直流锅炉 的给水控制系统。单元机组主控系统产生指挥机炉 控制器动作的锅炉指令和汽机指令。局部控制级的 控制器执行主控系统发出的指令，完成指定的控制 任务。
600MW单元机组协调控制系统设计
1.协调控制系统简介2.1 协调控制系统的任务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。
协调控制系统就是为完成这两种平衡关系而设置的。
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（主汽压力）稳定的系统称为协调控制系统。
协调控制系统（Coordinated Control System----CCS）是将单元机组的锅炉和汽轮机作为一个整体来进行控制的系统。
2.2 负荷控制对象的动态特性在单元机组中，锅炉和汽轮机是两个相对独立的设备。
从机组负荷控制角度来看，单元机组是一个存在相互关联的多变量控制对象，经适当假设可以看作是一个具有两个输入和两个输出的互相关联的被控对象，其方框图如图1所示。
对象的输入量µB为锅炉燃料量调节机构开度，代表锅炉燃烧率（及相应的给水量），µB 的变化将引起机前压力ＰT的变化，用WPB(S)描述该通道的特性,在汽轮机调节阀开度µT不变时, W PB(S)具有以下形式:W PB(S)= K1／(T1 s + 1)² (1)式(1)是一个简化了的和二阶系统,它表明燃料------压力通道具有较大的惯性和迟延.在燃烧率变化后,在汽轮机调门开度µT不变时,pT的变化也将引起机组实发功率PE的变化。
图1中, WNB(s)是燃料一切通道的传递函数,它具有如下形式:W NB(S)= K2／(T2 s + 1)² (2)在机组燃烧率保持不变,将汽轮机调节阀门开度通常用同步器位移量表示µT改变,它将引起机前压力pT的变化,以及机组实发功率PE的变化,这两个通道的传递函数WNµ(S)、WPµ(S)形式如下:W Pµ(S) = —［K3 +（K4／T4s + 1）］ (3)WNµ(S) =［K5／（T5s+ 1）］—［K6／( T6s + 1)²］ (4)以上四个式子是通过实验方法得到的,通过理论分析和线性化处理也可得出以上关系。
(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。
火电厂集控运行专业《CCS协调控制试题》
一、 判断题单元机组负荷控制的特点及任务〔16〕1、火力发电厂的协调控制系统出发点是把汽轮机和发机电作为一个整机来考虑。
〔 × 〕2、单元机组是一个多输入、多输出的被控对象，分析负荷控制系统时，须把锅炉和汽轮机作为一个整体考虑。
〔 × 〕3、协调控制系统英文缩写为 CCS 。
〔 √ 〕4、协调控制系统直接作用的执行级是锅炉燃料控制系统和汽轮机控制系统。
〔 √ 〕5、采用中间再热的单元制机组，庞大的中间再热容积使得汽轮机中低压缸功率滞后，加之锅炉的热惯性大，使得汽轮发机电 组的一次调频能力降低。
〔 √ 〕6、从运行的角度讲，机组对负荷要求的快速响应能力必须建立在不能危及机组本身运行稳定性的根抵上。
〔 √ 〕7、常规的自动调节系统是汽轮机和锅炉分别控制，汽轮机调节机组转速和负荷， 主汽压力的控制由锅炉控制系统来完成。
〔 √〕 机前压力的波动也和锅炉的蓄热能力有关，锅炉的蓄热能力 题型 知识点题目数量题目数量题目总数合计主控制 系 统16 23 39 96单 元 机 组 负 荷 控 制 的 特 点及 任务1614 30机组负荷 控制方式 15 12 27判断题选择题 8、越大，机前压力波动越大。
〔×机组在 CCS 方式下运行， DEH 接受 CCS 的汽轮机调节汽门开9、度指令。
〔×〕RB 〔负荷返回〕功能与机组增减负荷限制等控制功能可以有10、效地降低机组异常工况时运行人员的操作强度，保障机组的平安运行。
〔√ 〕FCB 〔快速切除负荷保护〕的种类可分为甩负荷只带厂用电11、运行、甩负荷停机不停炉。
〔√ 〕辅机跳闸自动减负荷的目标值，称为 RB 目标值。
〔√ 〕12、当单元机组发生 RB 时，说明汽轮发机电运行不正常。
〔× 〕13、迫降功能是协调控制系统中负荷指令处理器的其中一个作14、用。
〔√ 〕RB 试验是对机组主要辅机设备故障下运行能力的检验，是15、对控制系统性能和功能的检验， RB 机组的实现为机组在高度自动化运行方式下提供了安全保障。
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。
ccs讲义
机炉协调控制随着我国火电厂中300MW及以上的大容量机组日益增多，大机组参加电网调频调峰已不可避免，对机组的自动化要求也就随着提高．考虑到单元机组负荷自动控制的特点，为保证高质量的电力供应，大机组必须采用协调控制协调控制系统（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2－11—1所示。
所谓单元机组协调控制系统，概括地说，就是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，并能保证机组本身安全运行的控制系统．协调控制系统是一总称，它包括主控制系统，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，汽机方面另有数字功频电液控制（DEH）。
在正常运行时，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，发电系统第一节 单元机组的机护协调控制一、单元机组负荷自动控制的特点1、单元机组是一个互相关联的复杂被控对象，其方框图如图2—11－2（a ）所示。
从燃烧被控对象动态特性的分析可知，燃料量M-机前压力P T 通道的传送函数为s PM e TSS W τ-=1)( 或s PM e TS K S W τ-+=1)(图2－11－2单元机组被控对象方框图（a ）原理方框图;（b ）等效变换方框图式(2－11－1）为汽机负荷保持不变时的传送函数，式（2－11－2）是汽机负荷变化时的传递函数.调节阀门开度μT ——机前压力P T 通道的传递函数为)1()(21TS k k S W P ++-=μ （2-11-3） 或 )1()('1TSk S W P +-=μ （2-11-4） 式(2－11－3）是汽机负荷随汽压变化（汽机负荷最后保持稳定）时的传递函数，式(2-11-4)是汽机负荷与调节阀门开度同时变化时的传递函数。
图2一11－2（a ）中的W T （S ）为蒸汽量D 一实发功率N E 通道的传递函数。
300MW火电机组协调控制系统的设计
目录1．选题背景 (1)1.1 设计背景.................................... 错误!未定义书签。
1.2 设计任务.................................... 错误!未定义书签。
2．方案论证.............................. 错误!未定义书签。
2.1 协调控制系统的功能.......................... 错误!未定义书签。
2.2 单元机组的运营方式.......................... 错误!未定义书签。
2.2.1 定压运营方式........................... 错误!未定义书签。
2.2.2 滑压运营方式........................... 错误!未定义书签。
2.2.3 联合运营方式........................... 错误!未定义书签。
2.3 单元机组负荷控制方式........................ 错误!未定义书签。
2.3.1 以锅炉跟随为基础的协调控制方式......... 错误!未定义书签。
2.3.2以汽轮机跟随为基础的协调控制方式....... 错误!未定义书签。
2.3.3 综合型协调控制方式..................... 错误!未定义书签。
3．过程论述.............................. 错误!未定义书签。
3.1负荷指令管理部分............................. 错误!未定义书签。
3.1.1负荷指令运算回路....................... 错误!未定义书签。
3.1.2负荷指令限制回路....................... 错误!未定义书签。
3.1.3 负荷增／减闭锁BLOCK I/D ............... 错误!未定义书签。
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)
19
20
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。
21
22
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。
40
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。
41
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。
7
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
思考：主控制系 统、机炉调节系 统、协调控制系 统的相互关系第十章单元机组主控制系统The Unit Master Control System 通过本章的学习要求理解主控制系统、机炉调节系统、协调控制系统概念及相互关系； 掌握主控系统调节对象的动态特性；掌握单元制机组负荷控制的几种基本方式；掌握前馈控 制的多种应用方案及工作原理；理解滑压运行机组的协调控制方案；能分析常见的协调控制 方案；掌握负荷指令处理部分的作用；掌握正常工况或异常工况下对负荷指令采取的处理措 施：掌握几个基本概念：负荷返回、负荷快速切段、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降；看懂 一个较完整的单元机组主控制系统的实例。
本章重点：1、负荷控制的几种基本方式2、前馈控制的多种应用方案及工作原理3、负荷指令处理部分的作用4、负荷返回、负荷快速切段、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降的概念本章难点：1、两种非线性环节的工作原理及作用2、分析常见的协调控制方案3、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降两种措施的区别第一节概述Overview一、单元机组主控制系统的概念大型机组负荷控制的首要任务:保证机组出力适应电网的负荷变化要求、维持机组 稳定运行。
具体地说就是对外保证单元机组有较快的功率响应和有一定的调频能力，对 内保证主蒸汽压力偏差在允许范围内。
主控制系统(The unit master control system )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挥信号，称其也称负 荷自动控制系统（the unit load control system )。
主控系统向机炉调节系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令M t 和锅炉主 控制指令I 机、炉主控制指令齔M b 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。
二、主控系统与机、炉调节系统的关系主控制系统相省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 主控制系统相省于伺服机构，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。
协调控制系统的基本结构如图10-1所示。
N 0—实际负荷指令（即功率给定值)；思考：上控系统 调节对象具体指 什么？思考:、调节对象的输入 景是仆么？输出 量是什么? 有何特点？Mb, Mt —分别为主控制系统对锅炉、汽机各调节系统的主控制（负荷）指令； P 。
一主蒸汽压力给定值； n e 、P T —分别为机组实发电功率和主蒸汽压力 单元机组主控系统由两大部分组成：(1) 负荷指令处理部分； (2) 机炉主控制器。
第二节调节对象的动态特性The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object 主控系统的调节对象包括机、炉调节系统和元机组，是一广义调节对象。
输入量：锅炉主控制指令吣和汽轮机主控制指令Mt;输出量（被调量单元机组的输出电功率N e 和汽轮机前主蒸汽压力P T ，如图10-2 所示。
o为了便于讨论问题，先分析单元机组的动态特性。
一、单元机组的动态特性1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）Mb 扰动下主蒸汽压力Pt 和输出电功率N E 的动 态特性Mb 扰动下的N E 和P T 的动态特性都可用高阶惯性环节的传递函数来描述。
2. 汽轮机调门开度t 扰动下主蒸汽压力Pt 和输出电功率^的动态特性扰动下的P:动态特性可用比例加一阶惯性环节的传递函数来描述，^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。
根•由以上分析可见，单元机组的动态特性有如下特点：当汽轮机调门动作时，两 个才皮控输出量N E 和P T 的响应均;；艮快；当锅炉燃烧率改变时，比和P T 的响应都报^曼。
这 就是机、炉对象动态特性方面存在的较大差异。
二、主控制系统调节对象的动态特性•主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节对象，其 控制输入量为锅炉主控制指令吣和汽轮机主控制指令Mt 。
•对于锅炉侧，由于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‘接近理想随动系统特性， 故有•汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系统,则主控制指令Mt就是调门开度指令(Xt，即h=M7，。
这样，广义调节对象的动态特性不会改变。
•如果汽轮机采用功频电液控制系统，则主控制指令Mt就是汽轮机功率指令。
M B扰动下，P-的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，近似不变；M-扰动下，Pt的动态特性近似为比例加积分环节的特性，N e的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。
第三节负荷控制方式The Modes of Unit Load Control•机炉主控制器的主要作用：根据机组运行的条件及要求，选择合适的负荷控制方式，接受负荷指令处理部分发出的实际负荷指令N。
，以及机组的实发电功率N e、和主蒸汽压力Pt及其给定值P。
信号，通过一定的运算回路，计算出锅炉和汽机的主控制指令以实现相应的负荷控制方式，从而完成负荷控制任务。
请参阅图10-1。
•机炉主控制器由两部分组成(1)锅炉主控制器：计算锅炉主控制指令Mb的运算回路。
(2)汽轮机主控制器：计算汽轮机主控制指令Mt的运算回路。
一、负荷控制方式负荷控制方式可分为两类：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式。
1.机炉分别控制方式(1)锅炉跟随（boiler follow,简写为BF)方式锅炉跟随方式的基本工作原理是：由汽轮机调节机组的输出电功率、锅炉调节汽压。
锅炉跟随方式的特点：当N。
改变时，由于利用了锅炉的蓄热能力，具有较好的负荷适应性，对机组调峰调频有利，但汽压波动较大；当有内扰（燃烧率扰动）时，汽压波动较大。
对于大型单元机组，锅炉的蓄热能力相对减小，当负荷要求指令N&变化幅度较小时，在汽压允许的变化范围内，充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷的变化是有可能的，。
在负荷要求指令N。
变化幅度较大时，汽压波动就太大，会影响锅炉的正常运行。
当单元机组中锅炉设备运行正常，机组的输出电功率因汽轮机部分设备工作异常而受到限制时，可采用锅炉跟随方式。
(2 )汽轮机跟随（turbine fol low,简写为TF )方式汽轮机跟随方式的基本工作原理是：由锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机调节汽压。
•当负荷指令N。
改变时，锅炉主控制器先发出改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）的指令M b。
待机前压Pt改变后，汽轮机主控制器发出改变调门开度的指令M t，从注意：协调控制系统与协调控 制方式在概念 上的区别?而改变进入汽轮机的蒸汽流入量，使机组输出电功率N E 改变，并与负荷指令N 。
趋于一 致。
最后稳态时，Ne=No, P T =P OO•当燃烧率扰动时，汽压变化而产生偏差，蒸汽流量也变化，机组输出电功率随之 变化。
汽轮机主控制器为了保持汽压而要动作调门，其结果将进一步加剧蒸汽流量的变 化，使机组输出电功率的变化加剧，偏差增大。
造成较大的输出电功率波动。
•汽机跟随方式的特点：汽压波动小。
但由于没有利用锅炉的蓄热能力，有较大的 迟延，因此适应负荷变化能力差，不利于带变动负荷和参力口电网调频。
•适用于：带基本负荷的单元机组或当机组刚投入运行时，采用这种控制方式保持机 组有较稳定的汽压，为机组稳定运行创造条件。
•当单元机组中汽轮机设备运行正常，机组的输出电功率因锅炉部分设备工作异常 而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。
2.机炉协调控制方式(coordinated control mode)•协调控制方式的控制策略是：允许汽压有一定波动，以便能充分利用锅炉的蓄热量，使机组能较快地适应电网的 负荷要求.但是，这里利用锅炉蓄热量是有限度的，必须保证机前压力与给定值的偏差 不超过允许值。
所以协调控制方式既能使机组较快适应电网的负荷要求，又能确保汽压 的波动在允许的范围之内。
•常见的机炉协调控制方式有三种方案： (1)以锅炉跟随为基础的协调控制方式(BFCC)•在动态过程中，当汽压偏差A/YAP = /^-矜；在死区非线性环节的不灵敏区范围 内时，即|AP|<|/4|时，对M ，无影响，当|AP|>|/4|时，AP 将经非线性环节限制Mt ,从 而限制汽轮机调门开度进一步变化，达到限制汽压偏差的目的。
•不灵敏区的大小值|>4|粗略反映了机组运行时主汽压力偏差的允许变化范围。
•实质上是以降低输出电功率响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高(2 )以汽轮机跟随为基础的协调控制方式(TFCC)•当功率偏差信号- iV £)送入锅炉调节器Ph 的同时，也通过非线 性环节送入汽轮机调节器PU 在动态过程中，信号M 可看作是主汽压力给定值的一部 分。
当AAO0 (要求增加机组输出功率）时，主汽压力给定值降低汽机主调节器 PI 「发出开大调节汽门的指令，增加机组输出功率；当AiV<0(要求减少机组输出功率） 时，主汽压力给定值暂时升高|M '|。
汽机主调节器P I ,则发出关小调节汽门的指令，减少机组输出功率。
当动态过程结束时，机组的实发功率与功率给定值相等，即A ^V 为零， 这时，机前压力仍恢复到给定值。
•限幅非线性环节的限幅值士即为主汽压力八允许变化的范围，这是因为：•在负荷指令％改变时，暂时利用了蓄热能力，所以功率响应加快；但是汽压偏差也因此加大，实质上是以加大汽压动态偏差作为代价来换取功率响应速度的提高。
(3)综合型协调控制方式•综合协调控制方式实现“双向”协调，即机、炉主控制指令信号M& 都是同时受AN和AP信号的协调控制。
•当负荷指令N。
改变时，机、炉调节器PI「和PI,同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，并行地改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）和汽轮机调门开度。
同时为了使主汽压的变化幅度不致太大，还根据汽压八偏离给定值乃的情况适当地限制汽轮机调门开度的变化，并适当地加强锅炉燃烧率的控制作用。
当调节结束后，机炉主控制器共同保证输出电功率瓜与负荷指令爪一致，汽压巧恢复为给定值A•综合型协调控制方式通过“双向”的机炉协调操作，具有较好的负荷适应性能和汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式。
第四节前馈控制的应用The Application of Feedforward Control•采用前馈控制的目的：1.补偿被控对象（主要是锅炉侧）动态特性的迟延和惯性，加快负荷响应。
2.将前馈信号作为机、炉主控制指令的基本组成部分，以保证机组的输入能量与能量需求基本一致，在变负荷控制过程中起“粗调”作用。
•锅炉侧的前馈控制信号来源有两种：1.负荷指令队信号。