单元机组协调控制

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
≥1
图13－8 负荷闭锁增 BI逻辑图
• 4．负荷迫升、迫降RU/ RD 对于第二类故障，采取负荷闭锁增/减BI/BD 措施是机组安全运行的第一道防线。当采 用BI/BD措施后，监测的燃料量、空气量、 给水流量等运行参数中的任一参数依然偏 差增大，这样需采取进一步措施，使负荷 实际负荷指令减小／增大，直到偏差回到 允许范围内。从而达到缩小故障危害的目 的。这就是实际负荷指令的迫升／迫降RU/ RD，负荷迫升/迫降是机组安全运行的第二 道防线。
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。
_
TD
TD ΔμT t t BD ΔμB t pT ΔpT t
BD
pT
t
PE PE
t
t
（a）
t （b）
图13－5 汽轮机控制系统为功频控制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。
实际负荷指令为最大负荷限制值 输出电功率小于实际负荷指令一定限值 汽机负荷达到最大 锅炉跟随方式 主蒸汽压力小于给定值一定限值 燃料指令达到高限 &
≥1
≥1
≥1 BI
燃料量小于燃料指令一定限值
给水泵输出指令达到高限 给水量小于给水指令一定限值 送风机输出指令达到高限 送风量小于风量指令一定限值 引风机输出指令达到高限 炉膛压力高于给定值一定限值 一次风机输出指令达到高限 一次风压小于给定值一定限值 ≥1 ≥1 ≥1
单元机组协调控制系统、一次调频 和AGC
第一节 概述
发电机组控制 电能质量：电压、频率、波形和供电的可靠性 电压与无功功率: 频率与有功功率: 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。 无功功率: 通过调节励磁电流达到无功功率的平 衡。
一 、单元机组控制问题 单元机组的输出电功率（有功功率）与电 网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，而主蒸汽压 力反映了单元机组内的锅炉与汽轮机、发 电机之间能量供求的平衡关系。 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。
如果汽轮机控制系统为功频控制，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/δn － GT(s) + + － nT GNB(s) BD 锅炉控制系统 μB GPB(s) + + pT n0 GPT(s) μT + GNT(s) + PE
图13－4 汽轮机控制系统为功频控制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
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
1. 单元机组的动态特性
μT μT ΔμT t μB ΔμB t pT pT t
第三节 机炉主控回路
机炉主控回路是由汽轮机主控制器(TM，Turbine Master) 和锅炉主控制器（BM，Boiler Master）两部分组成。 机炉主控制器主要作用是： （1）根据机组运行的条件和要求，选择合适的负荷控制方 式； （2）接受P0、PE、pT和p0信号，并按照选择的负荷控制方 式将这些信号送到机、炉主控制器中，经过控制运算给出 锅炉指令BD和汽机指令TD，从而完成负荷控制任务。 负荷控制方式：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式。
主机跳闸的负荷快速切断通常考虑两种情况： 一种是送电负荷跳闸，机组仍维持厂用电运行， 即不停机不停炉； 另一种是发电机跳闸、汽轮机跳闸，由旁路系统 维持锅炉继续运行，即停机不停炉。负荷指令应 快速切到0（锅炉仍维持最小负荷运行）。 负荷快速切断回路的功能与实现和负荷返回回 路相似，只不过减负荷的速率要大得多。
0 A 送风机A运行 T 送风机B运行 T ∑ f(x) ＜ RB 目标值（MW）
A
引风机A运行
T
∑
f(x)
T 引风机B运行 A 空气预热器A运行 T 空气预热器B运行 T ∑
RB 返回速率（MW/min） f(x) ＞
A 汽泵A转数>2kr/min 同时汽泵A出口门开 汽泵B转数>2kr/min 同时汽泵B出口门开 A 电泵运行 A 一次风机A运行
中调指令 ADS
电网频率 f － f0频率给定值 a Δf N T3 Y T4 －k Y 输出＞输 入1 变化率限制值 MW/min A 输 入
T
＋ Δ
变化率限制值
速率限制 回路
f(x)
＋ ＋ ∑1 最小负荷Pmin A 最大负荷Pmax A ＜ P0实际负荷指令 ＞ Ps T2
0%
Δf
0
输出等于输 入1
通常，下列情况之一发生，则产生实际负荷指令迫降RD： 1）燃料RD：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状 态），同时燃料量小于燃料指令的偏差大于允许值； 2）给水RD：给水泵输出指令达到高限（给水泵工作在最大 极限状态），同时给水量小于给水指令的偏差大于允许 值； 3）送风机RD：送风机输出指令达到高限（送风机工作在最 大极限状态），同时风量小于风量指令，且二者偏差大 于允许值； 4）引风机RD：引风机输出指令达到高限（引风机工作在最 大极限状态），同时炉膛压力高于给定值，且二者偏差 大于允许值； 5）一次风机RD：一次风机输出指令达到高限（一次风机工 作在最大极限状态），同时一次风压小于给定值，且二 者偏差大于允许值。
μB
t ΔpT
t PE PE
t
t
t
（a）
（b）
图13－3 单元机组被控对象动态特性
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。 • 对于汽轮机侧，如果汽轮机控制系统为开 环时，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。
二、 单元机组协调控制系统基本组成
ADS指令 电网频率 值班员指令 外部负荷指令
协 调 控 制 级
负荷指令处理回路 主蒸汽压力给定值po 主蒸汽压力pT 机炉主控回路 锅炉指令BD 汽轮机指令TD 实际负荷指令P0
机组输出电功率PE
负 荷 控 制 系 统
基 础 控 制 级
锅炉控制系统 燃 料 空 气 给 水
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
2．负荷快速切断FCB
负荷快速切断FCB（又称快速甩负荷）的 作用是当机组突然与电网解列（送电负荷 跳闸），或发电机、汽轮机跳闸时，快速 切断负荷指令，实现机组快速甩负荷。
ADS 手动设定 T ＜ A A RB目标值 N ＞ T Y N ＜ 100% A A T T RU RD RB T T Y BI
f
Σ
f(x)
Baidu NhomakorabeaBD
0% A
Y T
调频投入
RD或RU T ＜
0%
速率限制 回路
手动速率 A
RB速率 ∑ Pmin A Pmax A ＜ P0 ＞
RD/RU速率
热应力限制
图13－9 负荷指令处理回路原则性构成功能框图
锅炉跟随方式在大型单元机组负荷控制 中只是作为一种辅助运行方式。一般当锅 炉侧正常，机组输出电功率因汽轮机侧的 原因而受到限制时，如汽轮机侧的主、辅 机或控制系统故障，汽轮机控制系统处于 手动状态，常采用锅炉跟随方式来维持主 蒸汽压力稳定。
2、汽轮机跟随方式
p0 pT p0 － + GTM(s) TD 汽轮机控制系统
汽轮机控制系统 进 汽 量
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
3．负荷闭锁增/减BI/BD 第二类故障会造成诸如燃料量、空气量、给水流量等 运行参数的偏差增大。 负荷闭锁增／减指的是，当机组在运行过程中，如果出 现下述任一种情况： （1）任一主要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工 作在最大极限状态； （2）燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给 定值的偏差已超出规定限值。 认为设备工作异常，出现故障。该回路就对实际负荷 指令加以限制，即不让机组实际负荷指令朝着超越工作极 限或扩大偏差的方向进一步变化，以防止事故的发生，直 至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓的负荷指 令闭锁或负荷闭锁。负荷指令闭锁分闭锁增BI（实际负荷 指令上升方向被闭锁）和闭锁减BD（实际负荷指令下降 方向被闭锁）。
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。
Δ
为了安全和稳态运行，幅度在3％负荷 死区±0.033HZ(±2r/min) 一种比例控制
∫ 输 出
速率限制回路原理图
（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 机组主机、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。
一、机炉分别控制方式
1、锅炉跟随方式
P0
pT p0 PE P0 + － GTM(s) TD 汽轮机控制系统
μT
+ GNT(s) + PE
－
＋ △
－
＋ GPT(s) △
PI
PI
GNB(s)
p0
BD GBM(s) － 锅炉控制系统 μB GPB(s)
BD
TD
+
+ pT
+
图13－9 锅炉跟随方式
图13－10 锅炉跟随方式方框图
引起机组实际负荷指令闭锁的原因主要有： （1）闭锁增BI 1） 负荷BI：机组实际负荷指令达到运行人员手动设定的最 大负荷限制值，或机组输出电功率小于机组实际负荷指令， 且二者偏差大于允许值； 2） 主蒸汽压力BI：汽轮机负荷达到最大值，或在锅炉跟随 方式下，机前主蒸汽压力小于给定值，且二者偏差大于允 许值； 3） 燃料BI：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状 态），或燃料量小于燃料指令，且二者偏差大于允许值； 4） 给水泵BI：给水泵输出指令达到高限，或给水量小于给 水指令，且二者偏差大于允许值； 5） 送风机BI：送风机输出指令达到高限，或风量小于风量 指令，且二者偏差大于允许值； 6） 引风机BI：引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于 给定值，且二者偏差大于允许值； 7） 一次风机BI：一次风机输出指令达到高限，或一次风压 小于给定值，，且二者偏差大于允许值。