过程控制课设(协调控制系统)

课程设计说明书学生姓名:学号：学院:自动化工程学院班级:题目: 300MW火电机组协调控制系统的设计刘波指导教师：***2011年12 月21 日目录1. 协调控制系统简介 (1)1.1 协调控制系统的任务 (1)1.2负荷控制对象的动态特性 (1)1.3协调控制系统的主要功能 (2)1.3.1 参与电网调峰、调频 (2)1.3.2 稳定机组运行...................................................3 1.3.3 具有多种选择运行方式..........................................3 1.4 协调控制系统的组成 (3)2.协调控制系统主控制系统 (5)2.1负荷管理控制中心 (5)2.2 机、炉主控制器 (5)2.2.1以炉跟机为基础的协调控制 (6)2.2.2 以汽轮机跟随为基础的协调控制 (6)3．30MW单元机组协调控制系统设计 (11)3.1协调控制系统的组成 (11)3.2 协调控制系统的控制方式 (12)3.3负荷管理控制中心 (13)3.3.1 机组最大负荷/最小负荷限制 (14)3.3.2 负荷要求指令的增/减闭锁 (15)4.收获、体会和建议 (16)5.参献 (17)1.协调控制系统简介1.1协调控制系统的任务单元机组的输出电功率与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；主汽压力反映了机组内部锅炉和汽轮发电机之间能量供求的平衡关系。

协调控制系统就是为完成这两种平衡关系而设置的。

使机组对外保证有较快的负荷响应和一定的调频能力；对内保证主要运行参数（主汽压力）稳定的系统称为协调控制系统。

协调控制系统（Coordinated C ontrol System----CCS）是将单元机组的锅炉和汽轮机作为一个整体来进行控制的系统。

1.2负荷控制对象的动态特性在单元机组中，锅炉和汽轮机是两个相对独立的设备。

从机组负荷控制角度来看，单元机组是一个存在相互关联的多变量控制对象，经适当假设可以看作是一个具有两个输入和两个输出的互相关联的被控对象，其方框图如图1所示。

对象的输入量µB为锅炉燃料量调节机构开度，代表锅炉燃烧率（及相应的给水量），µB的变化将引起机前压力ＰT的变化，用WPB(S)描述该通道的特性,在汽轮机调节阀开度µT不变时, WPB(S)具有以下形式:WPB (S)= K1／(T1s + 1)² (1)式(1)是一个简化了的和二阶系统,它表明燃料------压力通道具有较大的惯性和迟延.在燃烧率变化后,在汽轮机调门开度µT不变时,pT的变化也将引起机组实发功率PE的变化。

图1中, WNB(s)是燃料一切通道的传递函数,它具有如下形式:WNB (S)= K2／(T2s + 1)² (2)在机组燃烧率保持不变,将汽轮机调节阀门开度通常用同步器位移量表示µT改变,它将引起机前压力pT的变化,以及机组实发功率PE的变化,这两个通道的传递函数WNµ(S)、WPµ(S)形式如下:W Pµ(S) = —［K3+（K4／T4s + 1）］ (3)WNµ(S) =［K5／（T5s+ 1）］—［K6／( T6s + 1)²］ (4) 以上四个式子是通过实验方法得到的,通过理论分析和线性化处理也可得出以上关系。

以上用传递函数表示单元机组的动态特性,也可用阶跃响应来表示.1.3协调控制系统的主要功能1.3.1 参与电网调峰、调频特别使随着电网负荷昼夜峰谷差的急剧上升，电网对机组参与调峰要求日益增高，世界上出现了各种夜间低负荷运行，两班制运行，周末停运…….的中间负荷机组。

要求机组控制具有更快速、更灵活的负荷响应，并且在更大的负荷变化范围里，甚至0—100%全程，CCS能够投入自动。

调峰使按电网昼夜的负荷变化，视该机组在电网中的地位与经济效益，有计划地，大幅度地进行调度控制。

而调频则是瞬时的，有限制地，按该机组CCS系统设定的频差校正特性（不等率、死区、限幅值）校正机组负荷。

1.3.2 稳定机组运行CCS系统检测与消除机组运行的各种内外扰动，协调锅炉与汽机的能量平衡。

协调锅炉内部燃料、送风、引风、给水…….各子回路的能量平衡与质量平衡。

机组的稳定运行，机炉的能量平衡就是以机前压力的稳定为标志。

1.3.3 具有多种选择的运行方式CCS系统设计，必须满足机组各种工况运行的需要；提供可供运行人员选择或联锁自动切换的相应控制方式。

系统方式的切换，均为无扰动过程；并且，切除机或炉的某一部分自动，并不影响CCS系统的稳定运行，使CCS具有在各种工况下，正常运行启动、低负荷或局部故障条件，都投入自动的适应能力。

1.4 协调控制系统的组成单元机组协调控制系统是由负荷控制系统也称主控系统，常规控制系统也称子控制系统和负荷控制对象三大部分组成的。

如图6所示。

负荷控制系统又由二部分即负荷指令处理部分也称负荷管理控制中心和机炉主控制器组成。

负荷管理控制中心(Load Management Control Center——LMCC)接受的是外部负荷指令、根据机组和控制系统本身需要所设的内部负荷指令。

内部负荷指令一般有机组辅机故障减负荷Run back（快速返回）指令，与机组负荷有关的主要运行参数超过上限而引起的减负荷Run down（迫降）指令。

主要运行参数低于下限而引起的增负荷Run up（迫升）指令，负荷控制系统处于手动状态时，负荷控制系统本身跟踪实发功率的信号。

外部负荷指令一般有电网调度所的负荷分配指令ADS(Automatic Dispath System)、机组运行人员手动增/减负荷的指令。

负荷管理管理控制中心的主要作用是对外部要求的负荷指令或目标负荷指令TLD(Target Load Demand)进行选择，并根据机组主辅机运行情况加以处理，使之转变为机、炉设备负荷能力，安全运行所能接受的实际负荷指令ALD(Actua l Load Demand)P0,实际负荷指令又称ULD(Unit Load Demand)单元机组实际负荷指令。

机、炉主控制器接受LMCC发出的实际负荷指令P0，为了使锅炉和汽轮机的控制作用更好地协调，在协调控制方式情况下，汽轮机主控制器接受汽轮机的D EH(Digital Electro Hydraulic即数字电液调节)来的频率偏差信号Δf,还接受汽轮机首级后压力p1与主汽压力pT的比值p1/pT的反馈信号，即汽轮机阀位的反馈信号，以及实发功率信号PE和主汽压力的偏差Δp。

机、炉主控制器的主要作用是根据锅炉和汽轮机的运行条件和要求，选择合适的负荷控制方式，按照实际负荷指令P0与实发功率信号PE的偏差和主汽压力的偏差Δp以及其他信号，进行控制运算，分别产生对锅炉子控制系统和汽轮机子控制系统的协调动作的指挥信号，分别称为锅炉指令（Boiler Demand）PB和汽轮机指令(Turbine D emand)PT。

单元机组主控制系统是单元机组协调控制系统的核心。

在单元机组协调控制系统中无论是调频和调负荷、机组的启动和停止、故障情况下的安全运行、锅炉燃烧率的变化、汽轮机调节汽阀开度的变化都是在主控制系统统一的指挥下达到协调一致的，即机组的输入能量和输出能量在满足电网负荷要求的前提条件下总是保证平衡的。

完成主控制系统与子系统之间的协调。

一般汽轮机和锅炉的控制系统都是比较简单的单、回路和常规的控制系统，这些系统能克服由于内、外扰动造成的参数波动，使之保持在允许的范围之内。

同时也适应负荷控制系统发来的变负荷指令信号，使每个子系统都能在主控制系统的统一指挥下协调动作，完成子系统与单元机组（控制对象）之间的协调，使整个单元机组安全经济运行。

机炉的子控制系统是协调控制的基础，它们的控制质量将直接影响负荷控制的质量。

因此，只有设计好各子控制系统，并保证其具备较高控制质量的前提下，才有可能使协调控制系统达到要求的控制质量。

图2 协调控制系统组成框图2.协调控制系统主控制系统2.1负荷管理控制中心负荷管理控制中心是协调控制系统的指挥机构,它的主要功能是根据电网调度中心的要求负荷指令或机组运行人员要求改变负荷的指令以及机组主辅机运行情况,处理成合适于机炉运行状态的实际负荷指令ALD或ULD(P0)。

具体来讲,LMCC能完成以下功能：(1)最大/最小负荷限制协调控制系统提供机组最大/最小负荷限制值，运行人员上可通过设定器调整机组最大/最小负荷限制值，限制值的增减直接影响实际负荷指令。

当实际负荷指令等于最大或最小限制值，实际负荷指令不论要增加或减少都将受到闭锁。

当实际负荷指令等于运行人员设置的最大/最小负荷限制值时，设定器上的限制红灯点亮。

（2）负荷返回回路当机组主要辅机（如送风机、引风机、一次风机、磨煤机、空气预热器、给水泵等）出现故障时，机组就不能满负荷运行，必需迅速减负荷。

CCS设计了快速返回信号，以保护机组的安全。

如果是锅炉侧主要辅机发生故障，则将在汽轮机跟随方式下完成负荷快速返回，即锅炉需要迅速减负荷，而汽轮机应跟着迅速把负荷降下来。

负荷降低的幅度要看主要辅机故障的情况而定。

（3）负荷快速切断回路（Fast Cut Back------FCB）机组在运行时，如果发生严重故障，例如机组突然与电网解列（即送电负荷突然跳闸），或汽轮机跳闸，这时快速返回就已不能适应迅速减少负荷的要求。

CCS设计了快速切回信号，以实现机组快速甩负荷。

FCB的设计分两种情况，一种是甩负荷至厂用电，当机组甩负荷突然跳闸，为了使机组仍能维持厂用电运行，即不停炉不停机，FCB使机、炉巨维持在最小负荷。

另一种是发电机、汽轮机跳闸，这时FCB使汽轮机快速甩负荷或停机。

锅炉产生的蒸汽通过旁路系统输出，锅炉继续维持最小负荷运行，即停机不停炉。

（4）闭锁增/减回路当发生煤输送管道或燃烧喷嘴堵塞，挡板卡死，执行机构、调节机构等设备工作异常的故障时，将会造成燃料量、空气量、给水量等运行参数的偏差增大。

CCS设计了负荷增/减闭锁信号，对这些运行参数的偏差大小和方向进行监视，如果出现故障，负荷增/减闭锁回路根据偏差的方向，将对实际负荷指令实施增或减方向的闭锁，以防止故障的危害进一步扩大，直至偏差回到规定限值内才解除闭锁。

（5）负荷迫升/迫降回路对于负荷增/减闭锁所谈到的一类故障，除了采用增/减闭锁措施外，CCS通常还采用迫升/迫降措施。

当有关的运行参数偏差超过了允许值，同时有关的控制输出已达到极限位置，不再有调节余地。

则迫升/迫降回路根据偏差的方向，将对实际负荷指令实施迫升/迫降，使偏差回到允许值范围之内，从而达到缩小故障危害的目的。