机组协调控制系统(CCS).ppt
合集下载
相关主题
- 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)。
单元机组协调控制系统
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
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
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。
1、以汽机跟随(锅炉基本)为基础的协调控制系统:
P0 + -
WT2(S)
M
PT
F(X)
P0 +-
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
WT1(S)
-μT
PE
如上图11-2所示,汽机跟随(锅炉基本)控制系统构成包括汽轮机侧的主蒸汽压 力控制系统和锅炉侧的机组功率控制系统。锅炉调节器WT2(S)接受功率给定和功率反 馈信号,当机组负荷发生变化时,首先通过锅炉调节器WT2(S)控制燃料量(此时给水 和送粉也应相应调整)。待机前压力PT改变后,再按机前压力与给定值的偏差,通过 汽机调节器WT1(S)改变汽轮机调节阀的开度,从而改变机组功率。显然,由于锅炉侧 调节有较大的惯性,且汽轮机侧保持主汽压力稳定时没有利用机组蓄能,所以在负荷 需求变化时机组响应较慢,但采用汽机的调节阀来控制主汽压力,使汽压波动较小。
为了减小主汽压力的波动,以锅炉跟随(汽机基本)为基础的协调控制系统可以 采用机前压力的定值与机前压力的反馈值之间的偏差信号,通过函数模块F(X),作用 在汽机调节器的输出端。当汽压偏差超过非线性模块的不灵敏区时,汽机调节器发 出的调节阀开度指令将受到限制。
(二)、按前馈回路分类
单元机组负荷控制系统的任务之一是保证汽机锅炉之间能量供求关系的平衡,为
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。
汽机跟随(锅炉基本)为基础的协调控制系统,可以在汽机调节器前,加入功率
偏差的前馈信号,其原理是利用锅炉的蓄能,同时允许汽压在一定范围内波动。如图 11-2所示,功率偏差信号(P0-PE)可以看作是暂时改变的汽机调节器的给定值,当 (P0-PE)0时,汽压给定值降低,汽机调节器发出开大调节阀的指令,增加输出 功率,反之亦然,当F(x)=0时,前馈作用不存在。 2、以锅炉跟随(汽机基本)为基础的协调控制系统:
(1+S)P0 -PE+KP(pT-p0)=0
式中:S--微分算子
KP--加法器中比例系数
稳态时为:
pT p0K 1PP0PE0
由此可见,汽机功率控制回路实际上是一个汽压控制系统,功率的偏差信号是汽
机调节回路的前馈信号,它用来修正压力给定值。当功率给定值P0 增加时,实际压力
给定值低于给定值p0,调节器将发出开大调节阀指令,增大实发功率。
了改善控制系统的性能,增设了前馈回路,使能量的失衡限制在较小的范围之内,下 面介绍两种基本的前馈回路方案。
1、按指令信号间接平衡的协调控制系统: 图11-4是指令信号间接平衡协调控制系统的原理图,系统的特点是用指令间接平
衡机炉之间的能量关系,属于以汽机跟随为基础的协调控制系统。
d
×
+
+ ∑
+
+
锅炉主控 燃烧率指令
P0 + -
WT2(S)
M
PT
F(X)
P0 +
-
WT1(S) +
μT
PE
-
如上图11-3所示,锅炉跟随控制系统其基本构成也包括两个反馈调节系统,即汽 机侧的机组功率控制系统和锅炉侧的主汽压力控制系统。其基本工作原理是,汽机调 节器WT1(S)接受功率给定值与实发功率反馈信号,根据它们之间的偏差,调节汽机调 节阀开度,从而改变进汽量使发电机输出功率迅速满足负荷要求。锅炉调节器WT2(S) 接受机前压力定值与机前压力反馈信号,根据它们之间的偏差,调整燃料量从而保证 主汽压力的稳定。由于机组功率对汽机侧调节作用的响应迅速,当负荷要求变化时, 本系统通过改变汽机调节阀开度,充分利用机组蓄能,就可以得到机组功率的快速响 应。但是,这是以牺牲主汽压力的稳定为代价的,又因为在锅炉侧的调节作用下,主 汽压力的响应有较大惯性。所以,在锅炉跟随系统中,快速的功率响应和较大的主汽 压力偏差是同时存在的,这就是锅炉跟随系统的特点。
二、协调控制系统的分类
目前,各种不同单元机组协调控制系统的设计,都是从处理快速负荷响应和主要 参数运行稳定这一矛盾出发的,一般协调控制系统可按反馈或前馈回路的不同进行分 类。
(一)、按反馈回路分类 按反馈回路分类可以将协调控制系统分为以汽机跟随(锅炉基本)为基础的协调
控制系统和以锅炉跟随(汽机基本)为基础的协调控制系统。
P0
+
I
△
-
PE
-△+
pT
d
∑
-△
≯≮
+
+ ∑
-
p0
PI
汽机调节阀 开度指令
图11-4 按指令信号间接平衡的协调控制系统 汽机调节器PI的任务是维持机前压力PT 等于给定值P0,但在负荷变化过程中,要 利用功率偏差(P0-PE)信号修正汽压给定值,以便利用锅炉的蓄热量。
由图11-4可见,汽机调节器入口输入信号的平衡关系为:
锅炉燃烧率指令送往锅炉各子系统(燃料和送风系统)。由图11-4可见,燃烧率
指令PM 为:
P M 1 S P 0 K p 1 p 0 p T K p P 0S 1 P 0 P E
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
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
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。
1、以汽机跟随(锅炉基本)为基础的协调控制系统:
P0 + -
WT2(S)
M
PT
F(X)
P0 +-
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
WT1(S)
-μT
PE
如上图11-2所示,汽机跟随(锅炉基本)控制系统构成包括汽轮机侧的主蒸汽压 力控制系统和锅炉侧的机组功率控制系统。锅炉调节器WT2(S)接受功率给定和功率反 馈信号,当机组负荷发生变化时,首先通过锅炉调节器WT2(S)控制燃料量(此时给水 和送粉也应相应调整)。待机前压力PT改变后,再按机前压力与给定值的偏差,通过 汽机调节器WT1(S)改变汽轮机调节阀的开度,从而改变机组功率。显然,由于锅炉侧 调节有较大的惯性,且汽轮机侧保持主汽压力稳定时没有利用机组蓄能,所以在负荷 需求变化时机组响应较慢,但采用汽机的调节阀来控制主汽压力,使汽压波动较小。
为了减小主汽压力的波动,以锅炉跟随(汽机基本)为基础的协调控制系统可以 采用机前压力的定值与机前压力的反馈值之间的偏差信号,通过函数模块F(X),作用 在汽机调节器的输出端。当汽压偏差超过非线性模块的不灵敏区时,汽机调节器发 出的调节阀开度指令将受到限制。
(二)、按前馈回路分类
单元机组负荷控制系统的任务之一是保证汽机锅炉之间能量供求关系的平衡,为
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。
汽机跟随(锅炉基本)为基础的协调控制系统,可以在汽机调节器前,加入功率
偏差的前馈信号,其原理是利用锅炉的蓄能,同时允许汽压在一定范围内波动。如图 11-2所示,功率偏差信号(P0-PE)可以看作是暂时改变的汽机调节器的给定值,当 (P0-PE)0时,汽压给定值降低,汽机调节器发出开大调节阀的指令,增加输出 功率,反之亦然,当F(x)=0时,前馈作用不存在。 2、以锅炉跟随(汽机基本)为基础的协调控制系统:
(1+S)P0 -PE+KP(pT-p0)=0
式中:S--微分算子
KP--加法器中比例系数
稳态时为:
pT p0K 1PP0PE0
由此可见,汽机功率控制回路实际上是一个汽压控制系统,功率的偏差信号是汽
机调节回路的前馈信号,它用来修正压力给定值。当功率给定值P0 增加时,实际压力
给定值低于给定值p0,调节器将发出开大调节阀指令,增大实发功率。
了改善控制系统的性能,增设了前馈回路,使能量的失衡限制在较小的范围之内,下 面介绍两种基本的前馈回路方案。
1、按指令信号间接平衡的协调控制系统: 图11-4是指令信号间接平衡协调控制系统的原理图,系统的特点是用指令间接平
衡机炉之间的能量关系,属于以汽机跟随为基础的协调控制系统。
d
×
+
+ ∑
+
+
锅炉主控 燃烧率指令
P0 + -
WT2(S)
M
PT
F(X)
P0 +
-
WT1(S) +
μT
PE
-
如上图11-3所示,锅炉跟随控制系统其基本构成也包括两个反馈调节系统,即汽 机侧的机组功率控制系统和锅炉侧的主汽压力控制系统。其基本工作原理是,汽机调 节器WT1(S)接受功率给定值与实发功率反馈信号,根据它们之间的偏差,调节汽机调 节阀开度,从而改变进汽量使发电机输出功率迅速满足负荷要求。锅炉调节器WT2(S) 接受机前压力定值与机前压力反馈信号,根据它们之间的偏差,调整燃料量从而保证 主汽压力的稳定。由于机组功率对汽机侧调节作用的响应迅速,当负荷要求变化时, 本系统通过改变汽机调节阀开度,充分利用机组蓄能,就可以得到机组功率的快速响 应。但是,这是以牺牲主汽压力的稳定为代价的,又因为在锅炉侧的调节作用下,主 汽压力的响应有较大惯性。所以,在锅炉跟随系统中,快速的功率响应和较大的主汽 压力偏差是同时存在的,这就是锅炉跟随系统的特点。
二、协调控制系统的分类
目前,各种不同单元机组协调控制系统的设计,都是从处理快速负荷响应和主要 参数运行稳定这一矛盾出发的,一般协调控制系统可按反馈或前馈回路的不同进行分 类。
(一)、按反馈回路分类 按反馈回路分类可以将协调控制系统分为以汽机跟随(锅炉基本)为基础的协调
控制系统和以锅炉跟随(汽机基本)为基础的协调控制系统。
P0
+
I
△
-
PE
-△+
pT
d
∑
-△
≯≮
+
+ ∑
-
p0
PI
汽机调节阀 开度指令
图11-4 按指令信号间接平衡的协调控制系统 汽机调节器PI的任务是维持机前压力PT 等于给定值P0,但在负荷变化过程中,要 利用功率偏差(P0-PE)信号修正汽压给定值,以便利用锅炉的蓄热量。
由图11-4可见,汽机调节器入口输入信号的平衡关系为:
锅炉燃烧率指令送往锅炉各子系统(燃料和送风系统)。由图11-4可见,燃烧率
指令PM 为:
P M 1 S P 0 K p 1 p 0 p T K p P 0S 1 P 0 P E