03-1 单元机组的负荷控制

－
＋ 汽轮机 － 主控制器
NE
PT
锅炉
T
汽轮机
发电机
B
汽机跟随方式
由锅炉主控制器通过控制燃烧率改变负荷，汽轮 机主控制器通过控制调节阀开度稳定汽压。
工作过程：
特点：1、负荷响应能力较差 2、主蒸汽压力十分平稳 3、适用于承担基本负荷的单元机组
3. 机炉协调方式
以炉跟机为基础的 双向补偿协调控制 系统 炉调 PT B 锅炉
{
对转速和负荷进行 连续调节控制
汽轮机调节系统 汽轮机自启停系统 汽轮机监视保护系统
保证汽轮机安全启停 并缩短启停时间，延 长机组寿命 对汽机转速、轴向位移、 相对膨胀、轴承振动等进 行监视 保护系统的执行机构 是自动主汽门，
主蒸汽旁路控制系统
控制启动、冲转、热应力
5、发电机和电气控制系统
发电机和电气控制系统
蒸汽D 喷水W
1
喷 水 减温器
2
烟气
g
汽包
过热器
过热器
串级过热汽温控制系统

串级过热汽温调节系统是广泛采用的方案，如下图所示。
1
2
KA为执行器放大系数, KD为喷水阀比例系数。 ， 分别 为导前汽温和过热汽温出口测量元件和变送器的传递函数。
4、汽轮机自动控制系统
汽轮机自动控制系统
元机组内部的扰动，如燃料、风量、给水等的
变化，保证机组的安全、经济、高效运行。本
章将从集控运行的角度介绍机组运行及其与电 网连的控制及安全保护技术。
大型单元机组的生产过程及其对控制的要求
大型单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设
备组成的庞大的设备群。锅炉的产热、汽机的做功及发
电机的发电协调配合完成发电生产。由于其工艺流程复 操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性 和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重
三、单元机组负荷控制的主要系统
1、计算机监视系统 2、机炉协调控制系统 3、锅炉自动控制系统 4、汽轮机自动控制系统 5、发动机和电气控制系统 6、辅助设备及各支持的自动控制系统
1．计算机监视系统
计算机监视系统包括厂级监视用计算机及分散控制系统 的数据采集系统，作用是对锅炉、汽轮机、发电机及电气系
一般而言，单元机组负荷控制系统包括如图3—1所示的27
种主要功能。图中的主要功能有： (1)数据采集系统(DAS)； (2)模拟量控制系统(CCS)； (3)炉膛安全保护系统(FSSS)；(4)汽轮机控制系统(DEH)； (5)汽轮机监侧仪表(TSI)； (6)汽轮机旁路控制系统(BPCS) (7)发电机氢水油监测系统； (8)辅机顺序控制系统(SCS)； (9)给水泵小汽轮机控制系统（MEH）。 单元机组负荷控制的主要功能也可以概括为自动检 测、自动保护、顺序控制、连续控制、管理和信息处理。
燃烧控制系统(锅炉跟随)总原理图
三冲量前馈－反馈给水控制系统
前馈－反馈给水控制系统如下图所示。图中 H , D , W 分别为 水位，蒸汽流量和给水流量测量和变送装置的传递函数， GoW (s) , GoD (s) 分别为给水流量和蒸汽流量扰动下对汽包的传递 函数。GPI(s)为PI调节器的传递函数，GBW(s)和GBD(s)为两 个补偿装置的传递函数，给水流量W看作两部分之和，W1由 调节器决定，W2为其它扰动的影响。KZ为执行器放大系数。
图4.1-4
锅炉跟随方式
工作原理：当负荷指令改变，通过汽机主控模块， 先发出改变汽机调门开度指令，改变进入汽机的蒸 汽量，使机组输出电功率迅速与指令趋于一致。汽 机调门开度的变化随即引起汽压变化。这时，锅炉 主控模块根据汽压偏差发出控制指令，改变燃料量 (及相应的调节量)，使汽压恢复到给定值。
rp
二、负荷控制基本方案 1. 锅炉跟踪方式（炉跟机）
机调 炉调 PT B
N0 PID μ GNμ(s) N
Gpμ(s)
锅炉
汽机
N
Ps PID B
GNB(s) GpB(s) pT
特点：系统响应速度快，但机组稳定性差。
锅炉跟随方式
这种方式中，由汽轮机主控制器GT(s)控制机组输 出功率，锅炉主控制器控制汽压PT.
三冲量串级给水控制系统
串级给水调节系统时在前述的前馈－反馈调节系统的基础上 增加了一个调节器构成。其主调节器Gc1(s)采用PI作用，副调节 器Gc2(s)采用P作用。系统的整定同一般的串级系统。由于主副 回路速度差别很大，故可分别整定。蒸汽流量前馈通道的整定方 法同前馈－反馈给水控制系统。
过热汽温控制
杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、
视。
T
PT
H
μ
N
单元制机组
热力发电过程
第一节 单元机组的负荷控制
一、单元机组负荷控制的特点
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。
{
汽轮机发电机控制系统
厂用电控制系统
升压变电站和直接配电线路的 控制系统
6．辅助设备及各支持系统的自动控制系统
辅助设备及各支持系统的自动控制系统也 可称为火电厂辅助系统的自动控制系统。这些 控制系统大多属于顺序控制系统，作用是保证
电厂中各辅助设备及各支持系统的安全运行。
辅助设备及各支持的自动控制系统
机炉协调控制系统一般由协调主控系统及与协调主控系统相
关的锅炉汽机控制子系统组成 。
对单元机组协调控制协调的功能一般有以下几个方面：
（1）建立电网调度中心与机组锅炉控制和汽机控制系统之间的 通信联系。实施机组负荷控制，参与电网调频。 （2）在异常情况下，对党员机组及其锅炉和汽机负荷需求指令 进行限制。 （3）改善机组对外界负荷扰动的响应能力，及时克服各种扰动 影响，提高机组对负荷变化的适应能力。 （4）是机组具有较高的运行效率。 （5）减小锅炉和汽机的热应力。 （6）减轻运行人员的流动强度，确保机组的安全运行。
3、锅炉自动控制系统
锅炉自动控制系统
{
锅炉的调节控制系统 炉膛安全保护监控系统
(1)锅炉的调节控制系统：主要包括给水调节、燃料量调 节、送风量调节、炉膛负压调节、过热气温和自热气温的调节 系统等。 (2)炉膛安全保护监控系统：该系统又称锅炉燃烧器管理 系统，包括燃烧器管理和安全保护两大部分。其主要功能包 括锅炉运行安全功能、操作功能和火焰检测。
(二)单元机组的有功功率控制
1．电力系统中的有功功率平衡
控制电力系统频率在允许范围之内是通过控制系统 内并联运行机组输入的总功率等于系统负荷在额定频率 所消耗的有功功率实现的。这个“等于”关系就是电力 系统中有功功率平衡关系。由于电力系统负荷功率的变 化是随机的，不能被准确地预知，所以电力系统有功功 率平衡是一项复杂的工作。
汽机跟随方式
工作原理：当负荷指令改变，通过锅炉主控模块，先发出改变 燃烧率的指令。待燃烧率的变化引起了蒸汽量、蓄热量及汽压 相继变化后，才通过汽机主控模块发出改变汽机调门开度指令， 改变进入汽机的蒸汽量，使机组输出电功率相应改变。最终， 电功率与负荷指令趋于一致，汽压也恢复到给定值。
rN
＋
rp
锅炉主控制器
输煤控制系统； 锅炉除灰控制系统； 锅炉补给水处理控制系统； 给水启停控制； 锅炉点火系统控制； 锅炉制粉系统控制。
三、汽轮发电机组负荷的调节
(一)有功负荷与频率的调节概述 电力系统频率和有功功率自动控制是通过控制发电机有功 出力来跟踪电力系统负荷变化，从而维持频率等于额定值， 同时满足互联电力系统间按计划要求交换功率的一种控制技 术。电力系统频率和有功功率控制通常称为电力系统自动发 电控制或负荷与频率控制。它的主要任务有以下三项： (1)使系统的总发电出力满足系统总负荷的要求，主要由发电机 的原动机(汽轮机或水轮机)的调速控制实现，亦称一次调频； (2)使电力系统运行频率与额定额率之间的误差趋于零，由调节 发电机的频率特性实现，亦称二次调频； (3)在联合电力系统各成员之间合理分配发电出力，使联络线交 换的功率满足预先商定的计划值，因此保证联合电力系统的 运行水平及各成员本身的利益。
第三章
单元机组的控制及安全保护
本章讲述的主要内容：
一,单元机组的负荷控制
二,机炉与电气系统的安全监控 三,汽轮机电液调节系统 四,单元机组连锁保护逻辑系统
单元机组由炉机电构成，分散控制系统DCS的 采用将单元机组运行紧密联系在一起。单元机 组对外需要与电力系统网络(电网)协调，满足电
网运行要求(电压、频率等)。运行中还要克服单
μ
PS 机调
N0
汽机
PID GNμ(s) Gpμ(s) GNB(s) PID
NBaidu Nhomakorabea
N
B
GpB(s)
pT
以锅炉跟随为基础的协调控制方式
增加一个PD环节和一个带有死区的非线性环节。由于锅炉跟 随方式的缺点是汽压波动大。增加两个环节是加强了燃烧率 的调节。 当负荷给定值变化时，通过PD环节可及时改变给煤量。 当主汽压的偏差超过非线性环节的死区后，将输出一个信号 直接作用至主汽门来限制汽压的偏差。
4以汽机跟随为基础的协调控制方式
增加一个PD环节和一个上下限幅的非线性环节。 给定值rN的变化通过PD环节直接提前改变给煤量，以克服 锅炉的惯性，增加机组的负荷适应能力。 负荷偏差除了作为功率调节回路的输入信号外，还通过非 线性环节作用于汽压调节器，以提高跟踪负荷的能力。
工作过程： Δ N＝No-Ne, Δ P=Po-Pt
二、单元机组负荷控制的特 点
自动控制系统(以DCS为实现手段)作为实现机组安全经
济运行目标的有效手段，担负着机组主、轮机的参数控制、
回路调节、联锁保护、顺序控制、参数显示、异常报警、性 能计算、趋势记录和报表输出的功能。已从辅助运行人员监 控机组运行发展到实现不同程度的设备(包括部分电气设备) 启停功能、过程控制和联锁保护的综合体系，成为大型火电 机组运行必不可少功组成部分。
统生产过程参数和设备运行状态进行监视。
2．机炉协调控制系统
机炉协调主控制系统根据负荷调度命令和电力系统频 率，在单元机组所能承担负荷的情况下，对汽轮机控制系
统和锅炉自动控制系统发出指挥和控制命令。
常见的机炉协调控制方式有：以锅炉跟随为基础的协调 控制方式，以汽机跟随为基础的协调控制方式，综合协调控 制方式。
进汽量
汽机

Pt B Pt
Ne B
No N
锅炉
P
P

机组指令ADS/MAN
协 调 控 制 系 统 组 成
上下限设定 负荷变化率设定 RU/RD/RB确认
控制系统方式选择
滑压/定压选择
机前压力设定
重要参数显示
监控管理
运行方式显示 系统报警显示
目标指令
主、 辅机状态 机组起/停方式 MFT
锅炉主控制器
＋ － 汽轮机主控制器
rN
＋ －
NE
PT
锅炉
T
汽轮机
发电机
B
工作过程：
特点：1、良好的外界负荷响应能力 2、适用于电网调频机组
2. 汽机跟踪方式（机跟炉）
炉调 机调 PT B
Ps μ N
PID
GNμ(s)
Gpμ(s) GNB(s)
锅炉
汽机
N
N0
PID
B
GpB(s)
pT
特点：机组稳定性好， 但系统响应速度慢。
一般协调主控系统主要由两部分组成：
第一部分为机组指令处理回路，用以协调机组能力与电网需求 的平衡，根据AGC指令或本机的运行人员指令（目标指令）， 经运算处理，给出在幅值大小和变化率均为机组可能接受的实 际机组功率指令ULD（Unit Load Demand）。 第二部分为机炉主控系统或机炉主控制器，根据机组功率指令 ULD、机组的运行工况、运行方式以及机、炉不同的动态特性， 协调锅炉与汽轮机间的能量平衡，提供机组级的输出功率与机 前压力联合控制，从而使机组的负荷适应性与运行稳定性兼优。
机组指令处理 实际指令
RB
实发功率 机前压力 电网频率
机炉主控
锅炉 指令 汽机 指令
运行方式切 换与跟踪 汽轮机子 系统状态
锅炉子系 统状态
锅炉子系统（ 燃烧、 给水、 汽温等）
汽轮机子系统（ DEH 或液压调节）
协调控制的工程实现
一、协调控制系统的功能
工程上机炉协调控制系统主要完成以下功能： （1）接收中调来的负荷指令信号，实现自动发电控（AGC）； （2）在满足电网负荷变化要求的同时，能够保证单元机组本身 运行的稳定； （3）能够根据机组状况采取相应运行方式，并具有处理意外事 件的能力（可测的与非可测的）； （4）方便、简洁的运行人员接口。