单元机组运行课件

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N0，以及机组的实发电功率 NE、和主蒸汽压力PT及其给定值P0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MB和MT，以实现相应的负荷控制方式， 从而完成负荷控制任务。
第十章 单元机组主控制系统 The Unit Master Control System
第一节 概 述 (Overview) 第二节 调节对象的动态特性 The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object 第三节 负荷控制方式 The Modes of Unit Load Control 第四节 前馈控制的应用
The Application of Feedforward Control
第五节
滑压运行机组的协调控制方案
The Sliding Pressure Control of Unit Load 第六节 负荷指令处理
Processing the Load Instruction
第七节 单元机组主控系统实例
•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。
• 在动态过程中，当汽压偏差在死区非线性环节的不灵敏 区范围内时，即时，对MT 无影响，当时，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)
（2）汽轮机跟随（turbine follow,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N0 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MB。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MT，从而改变进入汽轮机的蒸汽流入 量，使机组输出电功率NE改变，并与负荷指令N0趋于一致。最后稳 态时，NE=N0，PT=P0。 •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 和参加电网调频。 •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。
由以上分析可见，单元机组的动态特性有如下特点： 汽 轮 机 调 门 当 当锅炉燃烧率改变时， 动作时，两个被控输出量NE和PT的响应均很快； NE和响应都很慢。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MB和汽轮机主控制指 令MT。 • 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MB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MB,接近理想随动系统特性，
The Examples of The Master Control System
第十章 单元机组主控制系统 The Unit Master Control System
第一节 概
Overview
述
一、单元机组负荷控制系统的任务
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。 负荷自动控制系统(the unit load 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。 负荷自动控制系统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MT和锅炉主控制指令MB。
•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)
Po PT
No NE
b
W (s) WT1(s) WT2(S)
-A A ?P
M
µT
锅炉跟随为基础的协调控制系统
(b)
WT1(s)
汽机调节器 WT2 (s)
锅炉调节器
（a） 图10-10 (a)以锅炉跟随为基础的协调控制方式； (b)死区(dead zone)非线性环节特性
锅炉跟随方式的特点:当N0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N0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N0变化幅度较大时，汽压波动就太大，会影响锅炉的正常 运行。
一、前馈控制信号为负荷指令N0
• 例 某350MW单元机组协调控制方案如图10-17（a）所示。此方案 可用方框图10-17（b）来表示。
分析： 1.由图(b)可见，该方案是在以锅炉跟随为基础的协调控制方案上 ，加以前馈控制回路而成。
P0
PT
N0 NE
P
+
PI
N0
+
NE
PI
+ + -
MB
汽轮机 调节系统
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N0信号。 2.蒸汽流量信号。
WT1(s)
汽机调节器
WT2 (s)
锅炉调节器
图10-14 综合型协调控制方式原则性方框图
•当负荷指令N0改变时，机、炉调节器PIT和PIB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PT偏离给定值 P0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 NE 与负荷指令 N0 一致，汽压PT 恢复为给 定值P0。 •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。
• 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T，即。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。
MB扰动下，PT的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，NE近 似不变；MT 扰动下，PT 的动态特性近似为比例加积分环节的特性， NE的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。
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。
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、炉和发电机，是一广义调节对象。
输入量：锅炉主控制指令MB和汽轮机主控制指令MT；
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。
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。
1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）μ B扰动下主蒸汽压力PT和输 出电功率NE的动态特性 μ B扰动下的NE和PT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μ T扰动下主蒸汽压力PT和输出电功率NE的动态 特性 μ T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,NE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。
N0 NE
Po PT
b + Nmax N
WT1 (s)
（a）
WT2(s) µT W
- Nmax
M
W
汽机跟随为基础的协调控制系统 锅炉调节器 汽机调节器 T2 (s) T1 (s)
（b）
（a）
图10-12 (a)以汽轮机跟随为基础的协调控制方式 (b)限幅(saturation)非线性环节特性
• 当功率偏差信号送入锅炉调节器PIB的同时，也通过非线性环节送 入汽轮机调节器PIT。在动态过程中，信号可看作是主汽压力给定值 当 △N >0（要求增加机组输出功率）时，主汽压 的一部分。 力给定值降低。汽机主调节器PIT 发出开大调节汽门的指令，增加 当 机组输出功率； N<0（要求减少机组输出功率）时，主汽压力给定 值暂时升高。汽机主调节器PIT则发出关小调节汽门的指令，减少机 当动态过程结束时，机组的实发功率与功率给定值相 组输出功率。 等,即 N 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+Nmax 即为主汽压力PT允许变化的范围， 这是因为： •在负荷指令 N 0 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。