2协调控制系统.docx
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2协调控制系统
目录
1选题背景1
1.1设计目的1
1.2设计的指导思想1
2方案论证（设计理念）：
1
2.1设计内容和要求1
2.2系统设计原理2
3过程论述3
3.1负荷指令控制部分3
3.1.1负荷指令运算回路4
3.1.2负荷指令限制回路4
3.1.3实际负荷指令形成系统4
3.2机前压力定值的形成5
3.2.1负荷报警5
3.2.2机前压力定值的形成6
2.2.3机前压力形成7
3.3机炉负荷控制部分7
3.3.1锅炉主控制器7
3.3.2汽轮机主控制器8
3.4控制方式9
3.4.1汽轮机跟随方式9
3.4.2锅炉跟随方式9
3.4.3协调控制10
3.5逻辑功能10
3.5.1锅炉基本控制方式选择逻辑10
3.5.2汽轮机基本控制方式选择逻辑11
3.5.3功率控制方式11
3.6控制系统跟踪11
4总结12
5课程设计心得体会12
参考文献：
13
1选题背景
1.1设计目的
通过本课程设计，使学生能较好的运用过程控制的基本概念、基础理论与方法，根据大型火电机组的生产实际，对火电机组的过程控制系统进行分析，设计出原理正确，功能较为全面的300MW火电机组协调控制系统。
1.2设计的指导思想
随着单元机组的发展，必须将汽轮机和锅炉作为一个整体进行控制，而机、炉的调节特性有相当大的差别，锅炉是一个热惯性大、反应很慢的调节对象，而汽轮机相对是一个惯性小、反应快的调节对象。
因此要用协调控制系统，保证在满足负荷要求的同时，保持主要运行参数的稳定。
2方案论证（设计理念）：
2.1设计内容和要求
（1）负荷指令管理部分
输入参数：
外部负荷要求指令（ADS，就地，电网频率变化所要求负荷指令）
输出参数：
实际负荷指令，锅炉负荷指令
负荷指令限制回路：
a、最大/最小允许负荷限制回路
b、负荷返回回路（RB）
常用辅机：
送风机、引风机、给水泵、发电机失磁、备用、规定返用速率
c、.迫升/迫降回路（RVNUP/DOWN）
d、闭锁增/减回路（BLOCKI/D）
e、负荷快速切断（FastCutback.FCB）回路
负荷操作：
LMCC（负荷管理中心）面板增、减负荷按钮：
中、高、低速选择；速度限制（速率整定在3%-5%）
（2）机炉负荷控制部分：
输入参数：
P1机前压力、机前压力定值、锅炉负荷指令、实际负荷指令、频率偏差、实发功率
输出参数：
锅炉指令、至DEH的负荷指令
锅炉主控制器：
a、前馈信号形成（P1/PT）P0或P1[1+K（P0—PT）]
b、机前压力定值形成定压、滑压
汽机主控：
三个调节器：
汽机机前压力调节器、电功率调节器、蒸汽流量调节器
工作方式：
a、以锅炉跟随为基础的CCS（功率控制）b、锅炉跟随（非电功率）
c、汽机跟随（电功率）d、手动
系统跟踪：
a、汽机基本，且汽机处于（就地）控制时，实际负荷指令跟踪DEH负荷基准
b、炉基本时，锅炉主控指令跟随锅炉负荷指令
c、非功率控制方式时，电功率调节器输出跟踪P1，蒸汽流量调节器输出跟踪DEH负荷基准。
d、在炉基本或功率控制时，实际负荷指令跟踪DEH负荷基准。
2.2系统设计原理
图1单元机组负荷控制系统的组成
一般单元机组协调控制系统构成如图1所示，它是一个分级控制系统结构，由协调控制级的负荷控制系统（又称主控制系统）、基础控制级的子控制系统（锅炉控制系统和汽轮机控制系统）和单元机组对象组成。
负荷控制系统通过锅炉控制系统和汽轮机控制系统来使机组达到既满足负荷要求又满足主蒸汽压力稳定的要求。
负荷控制系统是由负荷指令处理回路（又称负荷管理控制中心）和机炉主控制器（机炉主控制回路）两部分组成。
负荷指令处理回路（LoadDemandComputer，LDC）接受的外部负荷指令有：
电网调度所的负荷分配指令ADS（AutomaticDispatchSystem）、值班员手动指令和电网频率（由电网频率产生调频所需的负荷指令）。
负荷指令处理回路将对外部负荷请求指令进行选择，并根据机组主、辅机运行情况加以处理，使之转变为单元机组安全运行所能接受的实际负荷指令P0。
机炉主控制器有两个主要作用，一是根据机组的运行条件及要求，选择合适的负荷控制方式；二是接受实际负荷指令、输出电功率PE、主蒸汽压力给定值P0和主蒸汽压力PT信号，并根据选择的负荷控制方式，对输出电功率和主蒸汽压力进行相应的控制运算，分别产生汽机（主控制）指令TD（TurbineDemand）和锅炉（主控制）指令BD（BoilerDemand），这些指令作为协调机炉动作的控制信号分别送汽轮机和锅炉控制系统。
基础控制级上，对于汽轮机侧来说，汽轮机控制系统是汽轮机数字电液控制系统（DigitalElectricHydraulicSystem，DEH）。
对于锅炉侧来说，参加单元机组负荷控制的控制系统主要是燃烧过程控制系统（直流锅炉还含给水控制系统）。
燃烧过程控制系统根据锅炉指令BD调节燃料量（给水量与之相适应）来改变燃烧率，汽轮机数字电液控制系统根据汽机指令TD调节阀门开度来改变汽轮机进汽量。
当机组采用协调控制方式时，由于燃烧率（给水量）和进汽量的协调变化，使得机组既快速满足外部发电负荷的要求，同时又使得主蒸汽压力波动小，保证了机组安全经济运行。
3过程论述
3.1负荷指令控制部分
如图2负荷指令管理部分通常接受来自三个方面的负荷指令，形成单元机组的目标负荷指令，他们是：
电网中调指令ADS、就地指令和电网频率变化所要求的负荷指令Δf
。
负荷指令管理部分大致有两部分组成：
负荷指令运算回路和负荷限制回路。
图2负荷指令控制部分
3.1.1负荷指令运算回路
负荷指令运算回路该回路的主要任务是：
（1）根据负荷控制的要求选择目标负荷指令的形成方式；
（2）考虑到汽轮机等主要设备的热应力变化的要求和机组负荷的跟踪能力，对目标负荷指令进行适当的变化率限制；
（3）对机组参加电网调频所需负荷指令信号的幅值及调频范围做出规定。
3.1.2负荷指令限制回路
负荷指令限制回路的主要作用是：
对机组的主机、主要辅机和设备的运行状况进行监视，一旦发生故障而影响机组的实际负荷，或危及机组的安全运行时，就要对机组的负荷要求指令进行必要的处理与限制，以保证机组能够继续安全、稳定的运行。
负荷指令限制回路按其功能一般包括五个部分：
最大/最小允许负荷限制回路，负荷返回回路（RB），快速负荷切断回路（FCB），负荷闭锁增/减（BLOCKI/D）回路和负荷迫升/降（RUNUP/DOWN）回路。
3.1.3实际负荷指令形成系统
是速率限制模实际负荷指令是由中心调度的负荷指令信号（ADS）或者机组值班员负荷设定信号经过速率限制，机组最大负荷和最小负荷限制形成，或者是由机组发生故障时发来的负荷限制信号形成。
当负荷设定是，运行人员可以就地操作LMCC（负荷管理中心）面板上的增、减负荷按钮。
按下时，经过逻辑线路控制发出斜坡升RAMPUP（或斜坡降RAMPDOWN）负荷的操作。
斜坡升（降）速率可以在高、中、慢速三档之间选择，按钮松开时，负荷处于保持状态（HOLD）。
负荷设定也可以由ADS设定，这时须在面板上按负荷控制的ADS按钮，当ADS灯亮后，表示处于ADS方式，再按一次按钮则可以解除ADS作用。
是速率限制模块，它能将阶跃变化的负荷指令信号变成一个斜坡信号，一般斜坡速率整定在3%-5%。
机组还设有负荷返回回路（RB），当送风机、引风机、给水泵、发电机失磁、备用等项目其中之一发生故障，就使机组甩负荷，直到负荷降到没有这些停运设备也能保持机组继续运行的水平。
对于不同的辅机故障，甩负荷的目标值和速率是不同的，须分别设置。
甩负荷操作由相应的逻辑线路控制。
3.2机前压力定值的形成
机前设有滑压运行和定压运行两种工况，因此具有不同的压力定制，压力定制曲线如图3所示。
图3联合运行方式特性曲线
3.2.1负荷报警
如图4所示，实际负荷指令在加入机前压力设定系统的同时加入到负荷报警系统。
图4复合报警方框图
3.2.2机前压力定值的形成
机前设有滑压运行和定压运行两种工况，因此具有不同的压力定值，压力定值曲线如图5所示。
当逻辑条件为“真”时，机组处于定压运行方式，此时，机前压力定值器给出的设定值通过速率限制器后作为压力定值。
设置速率限制器的目的在于防止在压力定值变化时，输出压力定值信号发生突变，实际上是一个斜坡处理过程。
这对控制系统的工作是有利的。
同样道理，对于由定压到滑压之间切换过程来说，速率限制器也将信号突变转换为一个渐变过程。
当逻辑条件为“假”时，机组处于滑压运行方式。
图2-2中所示滑压运行曲线由调节器，函数发生器及高、低值限幅器实现。
先暂不考虑PI作用调节器，则由负荷指令通过函数发生器f（x）可建立一定的斜率曲线（图3中斜线部分），此线斜率按给定的负荷压力关系确定。
图3中两段水平部分分别由高、低值限幅器实现，函数发生器来的信号大于高值限幅器设定信号时，信号以高值限幅设定值为输出；函数发生器来的信号小于低值限幅器设定信号时，信号受到限制以低值限幅器设定值为输出。
因此，在不考虑调节器条件下，利用上述原理可实现事先设定的滑压曲线。
实际情况是，由于种种原因，在给定负荷时，按滑压曲线上压力运行的话，调节=阀开度并不一定能保证所要求的数值。
为此，设置一个比例积分调节器，其入口信号为调节阀门开度和滑压运行时的调节阀给定值。
当调节阀门开度偏离其给定值时，通过调节器输出信号与函数发生器来的信号相加，改变滑压曲线斜率，以保证调节阀开度为定值。
图5机前压力定值的形成
2.2.3机前压力形成
如图6机前设有滑压运行和定压运行两种工况，因此具有不同的压力定值。
图6机前压力形成
3.3机炉负荷控制部分
图7是机炉负荷协调控制系统主控图，可分为机、炉两部分。
3.3.1锅炉主控制器
锅炉主控制调节器接收主汽压力偏差信号和前馈信号，发出锅炉主控指令，去控制燃料和送风两个子系统。
锅炉主控主要由以下几部分组成：
（1）锅炉热量信号的形成
此系统通过d/dt和∑连接形成热量信号（P1+dPB/dt）
。
（2）前馈信号的形成
此系统前馈信号采用PT·P0/P1+d（PT·P0/P1）/dt，K为补偿系数。
图7中f（t）
是动态补偿模块，其传递函数是一个实际微分与一阶惯性环节的叠加。
微分作用保证前馈信号在机组负荷变化初始阶段有一定的过调，对克服锅炉对象惯性有利。
f（x）是函数模块，其作用是将前馈信号转化为数值上与锅炉燃料量、风量相匹配的信号。
（3）燃料风量指令处理
当系统处于炉跟随方式时，锅炉根据前馈信号产生的PT·P0/P1+d（PT·P0/P1）/dt来产生锅炉指令即燃料风量指令；当系统T处于机跟随状态时，根据逻辑电路产生的数字信号接如锅炉负荷指令Ps
，由此产生锅炉指令。
3.3.2汽轮机主控制器
汽轮机主控制器原理如图7右侧部分所示，它由三个调节器组成。
（1）汽轮机机前压力调节器：
它接受汽机调节阀前节流压力偏差，在机跟炉工况时，继电器接通，控制汽机调节阀，自动保持主蒸汽压力为定值。
（2）电功率调节器和蒸汽流量调节器：
在功率可变协调控制工况时，这两个调节器构成串级控制，目的是提高系统的品质和可靠性。
主信号是实发功率，副信号是蒸汽流量（系统中用P1
代替）。
功率定值中加入频差信号Δf，这是为与汽机液压系统中飞锤调频信号平衡而设置的。
为了提高调节速度，加入了负荷的前馈信号，在非电功率控制的其他四种工况下，这两个调节器处于跟踪状态，电功率调节器输出跟踪P1值，蒸汽流量调节器输出跟踪实发功率。
图7机炉负荷协调控制系统主控图
3.4控制方式
从前馈角度来看，此系统为能量直接平衡协调控制系统。
从反馈角度看，是炉跟随为基础的协调控制基础。
3.4.1汽轮机跟随方式
此时，继电器接通。
这种方式的基本模式是汽轮机自动调压（闭环），锅炉手动调功（开环）。
CCS的锅炉主控操作器BM（BoilerMaster）手动。
按锅炉侧的工作状态，若锅炉主控BM处于自动状态（煤、风、水等子回路均投入自动）接受运行人员在LMCC上给定的锅炉指令定位，即是不带功率控制的汽轮机跟随自动方式。
3.4.2锅炉跟随方式
此时，继电器接通，实际是一种以能量信号平衡的协调控制系统。
这种方式的基本模式是锅炉自动调压（闭环），汽轮机手动调功（开环）。
汽轮机调门开度可以在DEH的操作板上或CCS的汽轮机主控操作器（TurbineMaster，TM）上手动操作。
按汽轮机侧的工作状态，若汽轮机DEH控制处于遥控方式或汽轮机TM为自动状态，接受运行人员在负荷管理中心LMCC给定的汽轮机调门开度指令定位，即为不带功率控制的锅炉跟随自动方式。
此时的系统已不是一般的机炉分别控制的炉跟随控制方式（虽有负荷指令，但无实发功率反馈信号，故不能准确保证电功率）。
3.4.3协调控制
前馈控制回路控制信号来源的形式为按负荷指令进行的前馈控制。
此时，继电器接通，锅炉侧闭环调节压力，汽轮机侧闭环调节负荷，但能准确保证电功率并参加一次调频。
机组可通过逻辑线路来选择定、滑压运行方式。
3.5逻辑功能
为了保证协调控制系统的安全可靠运行，系统配置了一整套严密的逻辑控制系统，主要有机组局部故障处理逻辑、机组负荷给定值形成逻辑、控制方式切换逻辑三大类。
3.5.1锅炉基本控制方式选择逻辑
当运行人员按下选择锅炉基本按钮、或出现自动转向锅炉基本信号、或门1形成锅炉基本自动指令，此指令送人记忆复位元件MR1，在汽机基本自动指令作用于其复位端之前，此指令信号永远保持，直到汽机基本自动指令将MR1元件复位端置零。
当MR1输出为“1”时，可以看出它有以下几方面作用。
（1）信号送去继电器，使其带电后切换为锅炉基本方式。
（2）通过或门使锅炉基本自动指示灯亮，该灯位于LMCC面板上。
（3）信号送到与门，与另一路输入（锅炉主控手动信号经非门而形成的锅炉主控自动信号）共同作用使与门输出的信号为锅炉基本已自动信息。
该信号送到或门，使锅炉基本已自动灯亮，向运行人员表明“锅炉基本”的自动控制回路已真正接通，能进行“锅炉基本”的自动控制了。
因为当锅炉主控仍处于手动时，也即在该处有锅炉基本所属自动控制信号的断点，是不能实现锅炉基本自动控制方式的。
（4）将“锅炉基本已自动”的信号送至“控制方式自动切换逻辑”作为自动切换的条件。
（5）在或门中与锅炉主控处于手动信号汇合作为锅炉调节器跟踪信号。
（6）在与门中与锅炉主控处于手动信号汇合，表明锅炉主控处于手动及选择了锅炉基本自动方式，此信号送到“实际负荷指令跟踪逻辑”去跟踪燃料量。
（7）在或门中与选择电功率控制信号（来自MR3输出）汇合，输出作为汽机侧跟踪信号。
3.5.2汽轮机基本控制方式选择逻辑
当运行人员按下选择汽机基本自动按钮或出现自动转向汽机基奉信号时，或门1形成锅炉基本自动指令，此指令再送入记忆复位元件MR2，当MR2输出为“1”时，可以看出它有以下几方面作用：
（1）使继电器失电，切换为汽轮机基本控制方式；
（2）通过或门使汽轮机基本控制方式指示灯亮，该灯位于LMCC面板上；
（3）信号送到与门，后者另一路为汽轮机处于遥控信号，故输出处于汽轮机基本自动的信号，同时该信号送到或门，使汽轮机基本已自动灯亮，向运行人员表明汽轮机基本控制回路已真正接通；
（4）将“汽机基本已自动”的信号送至“控制方式自动切换逻辑”作为自动切换的条件；
（5）在或门中与汽轮机处于手动信号汇合作为图2-3中汽机机前压力调节器跟踪信号；
（6）在与门中与汽轮机处于手动信号汇合，送到“实际负荷指令跟踪逻辑”中作跟踪于汽机基准的信号。
3.5.3功率控制方式
在汽轮机基本已自动和锅炉主控自动两条件同时具备时按下“电功率控制”按钮，即选择功率控制方式。
当记忆复位元件MR3输出出现“1”状态时，其作用如下：
（1）输出“处于电功率控制”信号。
再控制继电器T3，形成电功率控制方式；
（2）通过或门7使电功率控制指示好亮；
（3）通过非门3输出非电功率控制方式信号，去做蒸汽流量调节器跟踪控制信号。
以上工况的切换逻辑是相互闭锁的，即不会同时出现两种工况。
一种工况实现时，即消除其他工况。
3.6控制系统跟踪
出于在控制方式切换及手动／自动切换过程中无扰动切换需要，系统设计了复杂的跟踪项目。
（1）实际负荷指令跟踪
在锅炉基本控制方式且锅炉主控手动时，实际负荷指令跟踪于燃料量。
在汽机基本控制方式且汽机处于就地（手动）控制时，实际负荷指令跟踪于DEH的负荷基准。
（2）锅炉的主控指令
在手动方式时跟踪总燃料量。
（3）锅炉节流压力调节器输出
在锅炉基本控制方式时跟踪锅炉主控指令。
（4）汽轮机节流压力调节器输出
在汽轮机基本控制方式时跟踪于DEH负荷基准。
（5）汽轮机功率调节器输出
在非功率控制方式时跟踪于DEH负荷基准。
（6）汽轮机调节阀位调节器输出（即滑压运行方式下滑压定值）
在定压运行方式时等于定压节流压力定值。
4总结
单元机组的协调控制的任务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。
单元机组在电网中作为相对独立的单元，具有运行调度灵活、热效率高、便于电站设计和扩建等优点。
5课程设计心得体会
通过本次课程设计，让我对单元机组的协调控制系统有了进一步的认识和掌握。
同时通过查资料的过程中，进一步加深了对火电厂发电的了解，成功的将理论与实践结合到了一起。
在分析老师提供的资料过程中，并将电厂热工过程自动控制这门课程的基础知识进行了复习，加强了本学科的掌握。
参考文献：
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中国电力出版社，2003：
182～211
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[4]刘维编.超（超）临界机组控制方法与应用.北京:
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[5]F.G.Shinskey著.过程控制系统——应用、设计与整定.北京：
清华大学出版社，2004
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