热控技术的发展与先进控制
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CCS控制方案原理框图
概述
为了满足电网调度的要求，目前单元机组CCS方案设计大部
分是以锅炉跟随为基础，采用负荷指令信号间接平衡与能量直接
平衡动、静态相结合的控制方案，主要特点在于负荷指令经幅值
限制、速率限制等处理后作用于汽机主控和压力定值形成回路，
而锅炉主控同时采用负荷指令与能量需求信号分别作为动、静态
率限制。主要运算回路包括：机组最大可能出力运算回路、RB激活回路、RB限速回路。另外该 机组还设计有FCB功能。参与RB运算的设备有：送风机（FD）2台，引风机（ID）2台，一次风 机（PA）2台，磨煤机 4台，给水泵 3台，汽机负荷限制。参与FCB的有发电机油开关跳闸。 ③、频率校正回路
频率校正回路的功能是将频差信号转换成负荷偏差，然后经过限幅和大小选后分别送至锅炉主控 系统和汽机主控系统，使锅炉和汽机能够快速响应。
研究成果
我省近几年来，在热控领域的各个方面， 控制系统的应用研究成果取得了突破性进展， 已走在了该领域的技术前沿，在国内具有领 先水平，有些方面已达到了国际先进水平。 如：提高协调控制系统响应速率及适应性的 研究；大型机组RB功能可靠性、准确性的研 究；FCB功能的探索研究；模糊控制理论等多 种控制理论在汽温控制系统的综合应用；间 断式凝结水控制系统的研究；一段式全程给 水控制系统的投运；APS的应用研究等等。
负荷、开度/% 90
P /MP a 16.2
85
15.8
80
15.4
75
15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t/min
前馈，使负荷要求变化时，机、炉协调动作；并在上述回路中采
用微分环节和多级惯性环节补偿、拟合机、炉热力系统的特性差
异，保证机、炉动作从时间上匹配。锅炉通过控制燃料量改变锅
炉负荷，维持主汽压力，以适应汽机的能量需求；汽机在负荷响
应起始阶段，通过调汽门动态过开，利用锅炉的蓄热，快速响应
负荷，在负荷响应过程中，维持汽机能量需求量与机组负荷要求
⑥、汽机主控
提供了CCS 与DEH 之间的接口，同时将机组负荷指令传送到DEH控制回路。 ⑦、热值校正回路
根据煤质变化引起锅炉出力变化而计算的热值校正信号送至燃烧系统进行修正。
另外，CCS系统根据不同的运行工况，可运行在下列几种方式： 1）协调方式 2）炉跟随方式 3）机跟随方式 4）基本方式
协调控制系统（Hale Waihona Puke BaiduCS）
概述
负荷指令 SPC +
-
T2 dx
影响CCS的主要因素 ABS
dt
++
解决方案及其特点K
×
Td dx dt
++
投运效果
F(x)
T1 PT3 T2 PT1 Pt - +
PID
++
T1
PT3 Td
dx dt
-+ + Ne
+PID
× Pg ÷ Pt
压力定值 锅炉指令 汽机指令
相平衡。
CCS主要由以下几部分组成： ①、单元机组负荷指令运算回路
机组负荷指令运算回路的主要任务是根据机、炉运行状态，选择机组可以接受的各种负荷指令， 用之作为机、炉的功率给定值，分别送至锅炉主控和汽机主控。该回路由负荷控制站、最大最小 值限制回路、变化率限制回路等部分组成。
②、RB运算回路 当机组由于辅机故障发生RB时,其最大可能出力将根据不同种类型的辅机故障而受到不同的变化
热控技术发展与先进控制
热控技术的发展与先进控制
热控技术的发展 研究成果 热控技术今后发展方向 协调控制系统（CCS） 协调控制系统的RB功能 给水控制系统 汽温控制系统 凝结水控制系统
热控技术的发展
近10年来火电机组热控系统发展迅速，控制装置由DDZⅡ、Ⅲ仪表到组装仪表，再由可编程调节器发展到DCS分散控 制系统以及未来的FCS现场总线控制系统，目前DCS在火电机 组的应用已非常成熟，不仅大大提高了热控系统的可靠性，也 为火电机组自动化技术的发展提供了广阔的空间；热工自动控 制技术由简单的单回路、串级控制发展到多种控制方案相结合 的复杂控制，由机组的正常运行工况控制发展到机组的全程自 动控制，由开、闭环独立控制发展到单元机组一体化控制，目 前火电机组的自动化技术已发展到在运行人员极少干预的情况 下，实现机组的自启、停和正常运行功能（即APS-Automation Plant Start up & Shut down System）。单就闭环控制技术，目前 已有不少先进控制理论在生产实际中得到了很好的应用（如模 糊控制理论），而且热力系统的效率控制将是我们进一步研究 的方向。
影响CCS的主要因素
锅炉负荷响应特性 汽机负荷响应特性（锅炉蓄热能力） 不确定因素
锅炉负荷响应特性
锅炉负荷的滞后时间主 要是由磨煤机的制粉环 节形成的，而惯性则与 锅炉的热惯性有关，是 系统的固有特性，控制 系统必须与之相匹配， 才能保证系统的稳定运
行。
锅炉指令、负荷/% 85 80 75 70
④、压力设定值形成回路
包括：定压运行时的压力定值运算回路、滑压运行时的压力定值运算回路、定/滑压无扰切换回路。 ⑤、锅炉主控
锅炉主控相当于单元机组负荷指令处理回路与燃烧控制系统之间的接口，其功能是将机组负荷指 令信号传送到风量控制系统和燃烧控制系统，以协调锅炉出力与负荷之间的匹配关系，同时保证 锅炉的安全、稳定运行。
P/MPa 16
15
14
65
13
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t/min
锅炉指令
锅炉负荷
主汽压力
锅炉特性曲线
汽机负荷响应特性
汽机负荷响应特性取决于锅 炉的蓄热能力，而锅炉的蓄 热能力来自两个方面：其一 是锅炉受热面金属热容量的 存储和释放，是造成锅炉惯 性较大的主要原因之一；其 二是汽机侧的扰动相应改变 了汽包压力和饱和温度，使 汽包的蒸发量突然变化，以 适应负荷要求。
热控技术今后发展方向
热控技术今后的发展方向应着眼于如何进一步提 高机组的效率、降低发电成本、延长机组寿命等方面， 实现机组的效率控制、全智能化控制将成为本学科研 究的新课题。如：在线检测、定性分析锅炉的燃烧效 率，即调整锅炉的风、煤比，实现锅炉效率的闭环智 能控制。同时，优化控制、循环硫化床锅炉的控制研 究以及先进控制理论的广泛应用也将是我们研究的方 向。
概述
为了满足电网调度的要求，目前单元机组CCS方案设计大部
分是以锅炉跟随为基础，采用负荷指令信号间接平衡与能量直接
平衡动、静态相结合的控制方案，主要特点在于负荷指令经幅值
限制、速率限制等处理后作用于汽机主控和压力定值形成回路，
而锅炉主控同时采用负荷指令与能量需求信号分别作为动、静态
率限制。主要运算回路包括：机组最大可能出力运算回路、RB激活回路、RB限速回路。另外该 机组还设计有FCB功能。参与RB运算的设备有：送风机（FD）2台，引风机（ID）2台，一次风 机（PA）2台，磨煤机 4台，给水泵 3台，汽机负荷限制。参与FCB的有发电机油开关跳闸。 ③、频率校正回路
频率校正回路的功能是将频差信号转换成负荷偏差，然后经过限幅和大小选后分别送至锅炉主控 系统和汽机主控系统，使锅炉和汽机能够快速响应。
研究成果
我省近几年来，在热控领域的各个方面， 控制系统的应用研究成果取得了突破性进展， 已走在了该领域的技术前沿，在国内具有领 先水平，有些方面已达到了国际先进水平。 如：提高协调控制系统响应速率及适应性的 研究；大型机组RB功能可靠性、准确性的研 究；FCB功能的探索研究；模糊控制理论等多 种控制理论在汽温控制系统的综合应用；间 断式凝结水控制系统的研究；一段式全程给 水控制系统的投运；APS的应用研究等等。
负荷、开度/% 90
P /MP a 16.2
85
15.8
80
15.4
75
15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t/min
前馈，使负荷要求变化时，机、炉协调动作；并在上述回路中采
用微分环节和多级惯性环节补偿、拟合机、炉热力系统的特性差
异，保证机、炉动作从时间上匹配。锅炉通过控制燃料量改变锅
炉负荷，维持主汽压力，以适应汽机的能量需求；汽机在负荷响
应起始阶段，通过调汽门动态过开，利用锅炉的蓄热，快速响应
负荷，在负荷响应过程中，维持汽机能量需求量与机组负荷要求
⑥、汽机主控
提供了CCS 与DEH 之间的接口，同时将机组负荷指令传送到DEH控制回路。 ⑦、热值校正回路
根据煤质变化引起锅炉出力变化而计算的热值校正信号送至燃烧系统进行修正。
另外，CCS系统根据不同的运行工况，可运行在下列几种方式： 1）协调方式 2）炉跟随方式 3）机跟随方式 4）基本方式
协调控制系统（Hale Waihona Puke BaiduCS）
概述
负荷指令 SPC +
-
T2 dx
影响CCS的主要因素 ABS
dt
++
解决方案及其特点K
×
Td dx dt
++
投运效果
F(x)
T1 PT3 T2 PT1 Pt - +
PID
++
T1
PT3 Td
dx dt
-+ + Ne
+PID
× Pg ÷ Pt
压力定值 锅炉指令 汽机指令
相平衡。
CCS主要由以下几部分组成： ①、单元机组负荷指令运算回路
机组负荷指令运算回路的主要任务是根据机、炉运行状态，选择机组可以接受的各种负荷指令， 用之作为机、炉的功率给定值，分别送至锅炉主控和汽机主控。该回路由负荷控制站、最大最小 值限制回路、变化率限制回路等部分组成。
②、RB运算回路 当机组由于辅机故障发生RB时,其最大可能出力将根据不同种类型的辅机故障而受到不同的变化
热控技术发展与先进控制
热控技术的发展与先进控制
热控技术的发展 研究成果 热控技术今后发展方向 协调控制系统（CCS） 协调控制系统的RB功能 给水控制系统 汽温控制系统 凝结水控制系统
热控技术的发展
近10年来火电机组热控系统发展迅速，控制装置由DDZⅡ、Ⅲ仪表到组装仪表，再由可编程调节器发展到DCS分散控 制系统以及未来的FCS现场总线控制系统，目前DCS在火电机 组的应用已非常成熟，不仅大大提高了热控系统的可靠性，也 为火电机组自动化技术的发展提供了广阔的空间；热工自动控 制技术由简单的单回路、串级控制发展到多种控制方案相结合 的复杂控制，由机组的正常运行工况控制发展到机组的全程自 动控制，由开、闭环独立控制发展到单元机组一体化控制，目 前火电机组的自动化技术已发展到在运行人员极少干预的情况 下，实现机组的自启、停和正常运行功能（即APS-Automation Plant Start up & Shut down System）。单就闭环控制技术，目前 已有不少先进控制理论在生产实际中得到了很好的应用（如模 糊控制理论），而且热力系统的效率控制将是我们进一步研究 的方向。
影响CCS的主要因素
锅炉负荷响应特性 汽机负荷响应特性（锅炉蓄热能力） 不确定因素
锅炉负荷响应特性
锅炉负荷的滞后时间主 要是由磨煤机的制粉环 节形成的，而惯性则与 锅炉的热惯性有关，是 系统的固有特性，控制 系统必须与之相匹配， 才能保证系统的稳定运
行。
锅炉指令、负荷/% 85 80 75 70
④、压力设定值形成回路
包括：定压运行时的压力定值运算回路、滑压运行时的压力定值运算回路、定/滑压无扰切换回路。 ⑤、锅炉主控
锅炉主控相当于单元机组负荷指令处理回路与燃烧控制系统之间的接口，其功能是将机组负荷指 令信号传送到风量控制系统和燃烧控制系统，以协调锅炉出力与负荷之间的匹配关系，同时保证 锅炉的安全、稳定运行。
P/MPa 16
15
14
65
13
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t/min
锅炉指令
锅炉负荷
主汽压力
锅炉特性曲线
汽机负荷响应特性
汽机负荷响应特性取决于锅 炉的蓄热能力，而锅炉的蓄 热能力来自两个方面：其一 是锅炉受热面金属热容量的 存储和释放，是造成锅炉惯 性较大的主要原因之一；其 二是汽机侧的扰动相应改变 了汽包压力和饱和温度，使 汽包的蒸发量突然变化，以 适应负荷要求。
热控技术今后发展方向
热控技术今后的发展方向应着眼于如何进一步提 高机组的效率、降低发电成本、延长机组寿命等方面， 实现机组的效率控制、全智能化控制将成为本学科研 究的新课题。如：在线检测、定性分析锅炉的燃烧效 率，即调整锅炉的风、煤比，实现锅炉效率的闭环智 能控制。同时，优化控制、循环硫化床锅炉的控制研 究以及先进控制理论的广泛应用也将是我们研究的方 向。