超临界锅炉单元机组协调控制系统

单元机组协调控制系统概述定义：锅炉和汽机相互配合接受外部负荷指令，共同适应电网对负荷的需求，并保证机组本身安全运行的控制系统。

协调控制系统（CCS）是整个单元机组自动化系统的一个重要组成部分，CCS与FSSS、DEH等的联系如图所示：其组成如下。

组成：主控制系统锅炉的燃料控制系统风量控制系统给水控制系统和汽温控制系统汽机侧的数字功频电液控制正常运行时，锅炉和汽机控制系统接受来自主控制系统的负荷指令。

主控制系统是协调控制系统的核心部分，有时把主控制系统直接称为协调控制系统。

协调控制系统的方框图如下：主控系统图1 单元机组协调控制系统方框图一、主控系统的组成1、任务：（1）产生负荷控制指令（2）选择机组负荷控制方式2、组成：负荷（功率）指令处理装置机炉主控制器二、负荷指令处理装置（一）负荷指令运算回路输入信号：机组值班员手动给定的负荷指令ADSΔf输出信号：机组负荷指令N0负荷指令处理回路实例图工作过程：运行人员输入→负荷率限止→上下限限止→机组负荷出力。

图2 负荷指令处理回路实例（二）机组最大可能出力运算回路● 定义：考虑各种辅机的运行状况而计算出的机组出力。

● 机组最大可能出力运算回路原理图 （三）机组的允许最大负荷运算回路● 定义：考虑锅炉燃烧器等不可测故障时，使锅炉的实际出力达不到机组功率指令N 0的要求，而设置的机组负荷运算回路，简称返航回路。

● 返航回路的工作过程：（1）正常运行：N 允许=N 最大，4接通6（2）大于5%的燃烧率，积分器2的输出为机组允许最大负荷信号。

运算过程示意图如下：（出力变化率限止）运行人员要求负荷指令 负荷急 增 减图3 机组最大可能出力运算回路原理图图4 机组允许最大负荷运算过程示意图偏差信号 最大负荷时间τ燃烧率偏差，τ τ τ τ 0 0 0 0 0U 2U 3U 4U 603U 2、U 3、U 4、U 6分别为积分器2、反向器3、偏置器4和6的输出信号 τ0出现6%燃烧率偏差τ1监控器31动作时间，切换器5将燃烧率偏差信号直接送入偏置器4 τ2燃烧率偏差信号=1%，机组允许最大负荷信号停止下降，机组稳定τ3、故障排除，燃烧率偏差信号＜1%，积分器输入为正值，直至允许最大出力等于最大可能出力。

单元机组协调控制系统作者：曹雪伟周爱强来源：《消费导刊·理论版》2009年第03期[摘要]单元机组协调控制系统把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、连锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多功能控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。

[关键词]协调控制系统一、单元机组协调控制系统的概述（一）协调控制系统的概念单元机组协调控制系统把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、连锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多功能控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。

1．协调控制系统的组成单元机组协调控制系统,它是建立在汽机控制子系统和锅炉控制子系统基础上的主控系统和机、炉子控制系统组成的二级递阶控制系统。

处于调节级的主控系统是协调控制系统的核心，它对负荷指令进行运算处理形成控制决策，给出汽机负荷指令和锅炉负荷指令。

处于局部控制级的各子系统在机炉主指令下分工协调动作，完成给定的控制任务。

随着电网运行自动化水平的提高，以单元机组协调控制系统为基础，构成电网级协调控制与管理已成为电力生产过程自动化的发展趋势。

对单元机组协调控制系统功能上的基本要求有以下几个方面：（1）当外界负荷需求改变时，机炉协调动作使单元机组的输出功率尽快地满足外界负荷需求；与此同时保证机组主要运行参数在允许范围内变化。

（2）当部分主要辅机故障或其他原因造成机组处理不足时，应能自动按规定的速率将机组承担的负荷降低到适当水平继续运行。

在任意主要辅机工作到极限状态或主要运行参数的偏差超过允许范围时，应对负荷指令进行方向闭锁或迫降，以防止事故发生。

（3）具备多种运行方式可供选择，以适应机组的不同工况需要。

（4）系统要方便于运行人员的干预，如进行运行方式的切换，进行手动操作等。

以上要求由单元机组主控系统的功能来实现。

华能玉环电厂4×1000MW超超临界燃煤发电机组协调控制系统浅析摘要：锅炉是设计的超超临界变压运行直流锅炉,采用п型布置、单炉膛、低nox pm 主燃烧器和mact 燃烧技术、反向双切园燃烧方式,炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外,还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式.关键词：变压运行协调控制1．概述玉环电厂4×1000mw 超超临界燃煤火力发电机组:锅炉是设计的超超临界变压运行直流锅炉,采用п型布置、单炉膛、低nox pm 主燃烧器和mact 燃烧技术、反向双切园燃烧方式,炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外,还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式.锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构,设计煤种为神府东胜煤,校核煤种为晋北煤,锅炉最大连续蒸发量2953t/h,主蒸汽额定温度为605ºc,主汽压力27.56 mpa,再热蒸汽额定温度为603ºc,再热压力5.94 mpa.汽轮机由上海汽轮机厂(德国西门子公司提供技术支持)设计的一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机, 额定参数26.25mpa/600ºc/600ºc.发电机由上海发电机厂(德国西门子公司提供技术支持)设计,额定参数 1056mva/27kv/1000mw,冷却方式水-氢-氢.dcs 采用艾默生公司的ovation 系统,deh 采用西门子公司sppa-t3000 系统.单元机组采用协调控制.2. 超超临界燃煤火力发电机组协调控制系统我厂机组协调控制系统根据锅炉侧控制对象总的分为机炉协调、锅炉跟随、锅炉输入和锅炉手动四种运行方式,同时锅炉有湿态方式(汽水循环工况)和干态方式(直流工况)两种运行方式,实际细分为八种运行方式:机炉协调湿态、锅炉跟随湿态、锅炉输入湿态、锅炉手动湿态和机炉协调干态、锅炉跟随干态、锅炉输入干态、锅炉手动干态.每种运行方式的逻辑判断详见图4(控制方式判断逻辑).2.1 负荷指令处理负荷变化率设定:负荷速率由运行手动给定或由负荷产生自动的负荷变化率.负荷变化率的限制加在目标负荷信号上,以消除负荷需求信号的突然变化.可以用手动或自动的方法设定负荷变化率.在自动方式情况下,给出了由功率需求指令或锅炉输入指令所形成的自动负荷变化率.在手动方式情况下,运行人员在画面上手动设定负荷变化率.作为速率限制条件还要考虑汽机应力情况,由汽机应力所引起的负荷率的上限送给负荷目标信号.2.2 机炉协调控制回路2.2.1 锅炉主控回路在锅炉输入方式(bi)下,锅炉输入需求指令可由操作人员通过bid 设定器来设定.当发生了rb 工况时,锅炉输入需求指令是根据预先设定的rb 目标负荷和负荷变化率产生的.在锅炉手动方式(bh)下,锅炉输入需求指令在干态运行时根据给水流量(mw 偏置)生成,而在湿态运行时根据实际功率生成.锅炉采用滑压运行方式,在各种工况下严格按照负荷-压力曲线运行,一般情况下不允许运行人员干预汽压设定.当机组负荷指令在0-310mw 之间为定压方式,压力定值为8.4mpa; 当机组负荷指令在310-900mw 之间为滑压方式,压力定值为8.4-27.56 mpa 之间; 当机组负荷指令在900-1000mw 之间为定压方式,压力定值为27.56 mpa.即在低、高负荷段为机组安全运行考虑,采用定压方式;在负荷中间段为机组运行经济性考虑,采用滑压方式.函数发生器f(x)根据负荷需求指令或锅炉输入指令整定出对应的压力定值,为防止压力定值变化过快,设置速率限制模块和迟延环节.2.2.2 汽机主控回路当主汽压力偏差在协调控制运行期间超出了预先确定的范围(+/-0.7mpa)时,汽机主控将控制主汽压力而不是功率,以稳定锅炉输入与汽机输出之间的平衡.这就是汽机调速器的超驰控制.在锅炉输入(bi)或锅炉手动(bh)方式下,通过单独的主汽压pi 调节器,控制主汽压以改进控制性能.2.3 协调控制方式2.3.1 机炉协调方式(cc)这是机组正常运行方式.把机组负荷需求指令(就是功率需求)送给锅炉和汽机,以便使输入给锅炉的能量能与汽机的输出能量相匹配.汽轮发电机控制将直接跟随mw(功率)需求指令.锅炉输入控制在干态方式时跟随经主蒸汽压力偏差修正的mw 需求指令,在湿态方式运行时直接跟随mw 需求指令.期望在这种方式下能稳定运行,因为汽机调速器的阀门能快速响应mw 需求指令,因此也会快速改变锅炉负荷.这种控制方式可以极大地满足电网的需求.2.3.2 锅炉跟踪方式(bf)汽机主控在协调控制方式(cc)运行期间切换到手动时,运行方式就会从cc 方式切换到bf方式.在这种运行方式下,机组负荷由操作人员手动设定,锅炉的需求指令由逻辑自动生成.锅炉主控在干态方式时控制主蒸汽压力(这个主蒸汽压力信号是用实际的mw 信号修正的),并且实际的mw 信号跟踪mw 需求信号;湿态时bid 跟随mwd(速率限制).水燃料比(wfr)控制在干态时为水分离器入口温度(twsi)过热.2.4 协调控制系统的安全保护功能我厂协调控制系统设计了rb 和负荷闭锁功能.2.4.1 负荷闭锁增减负荷增/减闭锁功能的作用就是维持机组稳定运行,它是机组控制系统保护功能的一部分.如果某些子控制回路(如汽机调速器、给水、燃料和风)的指令输出在协调控制方式/锅炉控制输入方式下超过了其控制范围的限制值,那么机组就不能稳定运行，当负荷增/减闭锁条件存在时,负荷变化率被强制设置为零,并且闭锁负荷增减.直到相关的子控制回路回复到其控制的范围内,闭锁功能才复位,此时才允许机组增减负荷.2.4.2 rb 功能机组运行时,当主要辅机突然发生故障,造成机组承担负荷能力下降,要求机组的负荷指令处理装置将机组的实际负荷指令迅速降到机组所能承担的水平,这种辅机故障引起机组实际负荷指令的快速下降称为快速减负荷,简称rb(run back).rb 功能使机组在主要辅机跳闸,出力达不到设定负荷要求时,自动将负荷快速稳定地降到机组允许的负荷设定点上,从而使机组在一个较低的负荷点维持安全稳定地运行,避免停机或设备损坏事故的发生.rb 负荷返回的速率以及所应返回到的新的负荷水平与发生故障的辅机有关.3. 在调试中应注意的问题(1)在调试前应严格按照厂家的设计原理仔细检查控制系统组态:检查功率形成回路、负荷变化率回路、负荷高低限回路及闭锁增减逻辑;检查主蒸汽压力设定点变化速率回路、负荷压力曲线;检查系统工作切换逻辑等.并确认现组态逻辑与设计的完全吻合.(2)在静态试验时应注意的问题:静态参数整定,检查各功能块的静态参数、高低报警设置、偏差报警限值.开环试验,检查信号流程和方向、调节器方向、手自动无扰切换、跟踪、动作方向、连锁、越限报警、工作方式之间的无扰切换.必须保证上述逻辑的正确无误. (3)要以全局的观点看待协调控制系统的投入.在投入协调控制系统之前,必须逐步投入各控制子回路,如给水、燃料、水燃比、风、炉膛负压、主汽温、再热汽温等控制,并且确保这些回路自动控制系统工作稳定,才允许逐步进行带负荷的deh 特性试验、燃料量变动试验、系统的整定和投入,最终进行变负荷的协调控制系统试验.。

一、单元机组协调控制系统的主要任务（1）接受电网调度所的负荷自动指令，使机组适应电网负荷变化的要求；（2）协调锅炉、汽轮发电机的运行，维持两者之间的能量平衡，保持主蒸汽压力的稳定；（3）协调机组内部各子系统的控制作用，在负荷变化过程中保证各运行参数在规定范围内，保证设备在安全、经济条件下运行；（4）能够根据机组各主、辅机的运行状态来限制或强迫机组负荷，这是协调控制系统的保护功能。

二、协调控制系统的工作方式及其特点（1）锅炉跟随方式。

锅炉跟随方式的特点简单地说，就是汽轮机根据调度要求来调节负荷的大小，而锅炉则通过各种手段来调节主蒸汽压力和汽温，使汽压、汽温与负荷相一致。

其过程为:当负荷根据要求发生变化时，汽轮机首先调整调节汽门的大小以调节进汽量，使汽轮机发电机输出功率与电网负荷相适应。

由于蒸汽流量的变化引起主蒸汽压力的变化，汽压调节器根据主蒸汽压力的偏差调整锅炉的给煤量，以减小主蒸汽压力的偏差。

锅炉调节器在改变煤量的同时，空气量、给水量、减温水量等也相应改变，保证各参数在规定范围内。

这种方式能够较好满足负荷变化的要求，即调频能力增强，但由于锅炉调节在时间上的滞后性，其主蒸汽压力变化大，对锅炉的燃烧稳定性不利；（2）汽轮机跟随方式。

汽轮机跟随方式的特点为:当负荷化时，首先由锅炉调整燃烧，使主蒸汽压力和温度发生变化来适应负荷变化的需要，然后汽轮机再调整调节汽门开度来维持主汽压力，从而使负荷也随之发生变化，以达到电网调度负荷的求。

这种控制方式由锅炉来调节负荷，由汽轮机调整汽压，主汽压力波动较小，负荷适应时间较长，不利于电网调频的需要；（3）协调控制方式。

当外界负荷变化时，机组功率偏差值主蒸汽压力偏差值通过协调控制器同时作用于锅炉和汽轮机主控制器，分别进行负荷调节。

其特点是:锅炉给水量、风量、汽机蒸汽流量、主蒸汽压力同时进行调节。

在锅炉规定的汽压变范围内充分利用锅炉的蓄热能力适应汽轮机的需要。

这种方式能保证良好的负荷适应性，又能保证锅炉各项参数的稳定。

超超临界直流炉机组协调控制策略发布时间：2021-11-05T04:56:51.887Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第13期作者：杨忠山[导读] 最近五年，随着我国经济的快速腾飞，用电量需求急剧增加，电网容量也在不断扩大，用户对电能质量要求日益提高。

电网负荷分配通常采用AGC控制方式，由中调统一分配，机组升负荷、降负荷均要达到电网的要求。

甘肃电投常乐发电有限责任公司 736100摘要：最近五年，随着我国经济的快速腾飞，用电量需求急剧增加，电网容量也在不断扩大，用户对电能质量要求日益提高。

电网负荷分配通常采用AGC控制方式，由中调统一分配，机组升负荷、降负荷均要达到电网的要求。

对配备中间粉仓的中储式制粉系统的机组，达到相应速率指标难度不大，但对直吹式机组，由于其惯性大，要达到规定的升负荷、降负荷速率除与机组本身特性有关外，还与所设计的控制系统有关。

当负荷指令发生变化时，由于直吹式制粉系统锅炉燃烧存在极大的惯性，主汽压力不能及时随汽机调汽门变化而变化，容易造成主汽压力调节过调，偏差超过规定值，影响锅炉系统运行的安全性。

要使机组在确保稳定性的前提下，具有更快、更灵活的负荷响应，就需要协调机组负荷适应能力和主汽压力稳定的矛盾，对协调控制系统的设计提出来更高的要求。

论文所设计的协调控制策略已在某电厂660MW超超临界机组中得到应用，长时间的良好应用效果证明所设计的控制系统具有一定的适用性、代表性。

关键词：直流炉；协调控制；超超临界；AGC引言节约一次能源，加强环境保护，减少有害气体的排放，降低地球的温室效应，已经受到国内外的高度重视。

我国电力总装机容量已逾3亿kW，但火电机组平均单机容量不足10万kW，平均供电煤耗高达394g／kWh，较发达国家高60～80g／kWh，高出25％左右，资源浪费大，废气排放严重。

火电机组随着初蒸汽参数的提高，效率相应提高，超临界机组平均煤耗在310～320g，比亚临界机组平均减少20～40g 煤耗，因此我国从20世纪80年代后期开始重视发展超临界机组。

一、单元机组协调控制系统（理论部分，仅供参考）1基本概念：1．1 协调控制系统：在单元机组控制系统的设计中，考虑锅炉和汽轮机的差异和特点，采取某些措施，让机炉同时按照电网负荷的要求变化，接受外部负荷的指令，根据主要运行参数的偏差，协调地进行控制，从而在满足电网负荷要求的同时，保持主要运行参数的稳定，这样的控制系统，称为协调控制系统。

1．2 协调控制系统是由负荷指令处理回路和机炉主控制回路这两部分组成。

负荷指令处理回路接受中央调度所指令、值班员指令和频率偏差信号，通过选择和运算，再根据机组的主辅机实际的运行情况，发出负荷指令。

机炉主控制回路除接受负荷指令信号外，还接受主蒸汽压力信号，根据这两个信号的偏差，改变汽轮机调节阀的开度和锅炉的燃烧率。

2协调控制协调的作用2.1负荷指令处理回路的作用：2.1.1该回路接受的外部指令是电网调度的负荷分配指令、机组运行人员改变负荷的指令、电网频率自动调整的指令。

根据机组运行状态和电网对机组的要求，选择一种或几种。

2.1.2限制负荷指令的变化率和起始变化幅度，根据机组变负荷的能力，规定对机组负荷要求指令的变化不超过一定速度，以及起始变化不超过一定幅度。

2.1.3限制机组最高和最低负荷。

2.1.4甩负荷保护，在机组辅机故障时，不管外部对机组的负荷要求如何，为保证机组继续运行，必须把负荷降到适当水平。

2.1.5根据机组的辅机运行状态，选择不同的运行工况。

2.2机炉主控制回路的作用：2.2.1经过处理得负荷指令Po，对锅炉调节系统和汽机调节系统发出协调的指挥信号锅炉指令Pb和汽机指令Pv2.2.2根据机组输出功率与负荷要求之间的偏差，决定不同的运行方式3协调控制系统的运行方式：3.1机炉协调控制方式：如下图所示，包括机组功率运算回路机组允许负荷能力运算回路功率限制回路：若负荷要求在机组所能承受的允许范围内，按负荷要求发出功率指令；否则，按机组允许负荷能力发出机组功率指令锅炉主控制器汽机主控制器3.2汽机跟随锅炉而汽机输出功率可调方式：这种调节方式，锅炉、汽机自动系统都投入，但不参加电网调频，调度所也不能直接改变机组的负荷。

可编辑修改精选全文完整版引言单元机组协调控制系统是大型火力发电机组的主要控制系统之一，是实现整个电网调度自动化的基础条件。

由于协调控制系统是一个典型的多输入多输出系统，为了消除耦合作用对整个系统控制效果的影响，根据多变量过程控制系统解耦理论，首先要对控制系统进行解耦。

因此采用解耦理论对单元机组协调控制系统进行分析和设计是一个很重要的方向。

【3】由于高参数，大容量机组的迅速发展，装机容量也日益增多，因此对机组的自动化需求也日益提高。

与其他工业生产过程相比，电力生产过程更加要求保持生产的连续性，高度的安全性和经济性。

单元机组协调控制系统已成为大型单元机组普遍采用的一种控制系统，该系统把自动调节、逻辑控制、安全保护、监督管理融为一体，具有功能完善、技术先进、可靠性高等特点。

在工程应用中，单元机组协调控制系统是在常规机炉局部控制系统基础上发展起来的新型控制系统。

单元机组在处理负荷要求并同时维持机组主要运行参数的稳定这两个问题时，是将机炉作为一个整体来看待的，必须要考虑协调控制，共同响应外界负荷的需求。

它是一个复杂的多变量强耦合控制对象，存在着大滞后、多扰动、时变等特性。

目前新投产项目中国产机组所占比例越来越高，研究国产燃煤单元机组的生产特性，对于实现机组的协调控制，以及机组的安全、稳定、经济运行意义重大。

第一章火电厂燃煤机组简介1.1火电厂锅炉【10】锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。

锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。

锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。

提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。

产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。