单元机组协调控制系统(讲稿)

第十三章单元机组协调控制系统第一节概述一、单元机组控制在热力发电厂中，存在着母管制和单元制两种不同的热力系统。

在母管制系统中，每台锅炉的出口蒸汽管道都用蒸汽母管相互连通，汽轮机所需要的蒸汽是由一组锅炉产生，每台锅炉只承担一台汽轮机所需蒸汽的一部分，汽轮机与锅炉之间无一一对应关系，汽轮机负荷变化对每台锅炉影响较小。

在母管制热力系统中，汽轮机和锅炉的控制是各自独立的，汽轮机的控制系统通过改变调节阀的开度，调节汽轮机进汽量来满足负荷要求，锅炉的控制系统通过改变燃烧率来控制蒸汽压力。

单元制热力系统是一台汽轮机配一台锅炉，形成锅炉-汽轮机-发电机组成单元制运行方式。

单元制运行方式简化了热力系统，使蒸汽经过中间再热处理成为可能，提高了机组的热效率。

目前，大型机组都是采用单元制热力系统，单元机组是由锅炉、汽轮机和发电机联合起来共同适应电网的负荷要求，因此要求单元制机组具有变负荷运行能力，同时还具有一定的调频能力，此外，在机组发生某些局部故障的情况下，依然要维持机组运行。

在单元机组满足外部电网负荷要求时，同时还要求机组能够安全经济运行，其主要反映在内部运行参数(主蒸汽压力)稳定。

单元机组的输出电功率与电网负荷要求是否一致，反映着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、汽轮机和发电机之间能量供求的平衡关系。

因此机组的输出电功率PE和主蒸汽压力pT是单元机组控制的两个主要参数。

就单元机组控制而言，锅炉、汽轮机和发电机是一个不可分割的整体，然而从内部来看，汽轮机、锅炉实际上又是相对独立的，通过相应的调节手段，如汽轮机调节阀开度、锅炉燃烧率，来满足电网负荷要求和保持主蒸汽压力稳定。

然而锅炉和汽轮机的动态特性存在很大差异，即汽轮机动态响应快，锅炉动态响应慢。

这一快一慢的控制对象组合一起，在实施单元机组控制时，必须协调好机、炉两侧的控制动作，在满足负荷响应的同时，兼顾内部运行参数稳定，既具有较快的负荷响应和一定调频能力，又保证主蒸汽压力偏差在允许范围之内，因此从单元机组整体考虑，构建一种单元机组协调控制系统(Coordination Control System，CCS)来协调机炉控制任务。

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和FSSS、DEH等的联系如图所示：其组成如下。

（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：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 U 2、U 3U 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 （出力变化率限止） MW AM R ．LMT ∑ ≯≮ ΔH/L f(x)P ± AM CPTR （计算机方式） （热应力控制） CPTR MW H/A 运行人员要求负荷指令 增 减 a a →跟踪方式c 负荷急 减警报 A B Δf(频率偏差) 增 减 出力下限值 出力上限值 机组负荷指令1、主控系统组成：负荷指令运算回路；机炉主控制器2、工作方式：7种● 基本方式（BASE ）● 锅炉跟随1方式（BLR FLW1）● 锅炉跟随2方式（BLR FLW2）● 汽机跟随1方式（TURB FLW1）● 汽机跟随2方式（TURB FLW1） ● 以锅炉跟随为基础的协调控制方式（COORD BF ）● 以汽机跟随为基础的协调控制方式（COORD TF ） （一）负荷指令运算回路(LDC(Load Demand Computer))结构原理1、功能：将各种负荷要求加工成机组实际可以接收的指令。

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。

发电系统组成：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。

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。

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第一节协调控制系统的基本概念随着电力工业的发展，高参数、大容量的火力发电机组在电网中所占的比例越来越大。

大容量机组的汽轮发电机和锅炉都是采用单元制运行方式。

所谓单元制就是由一台汽轮发电机组和一台锅炉所组成的相对独立的系统。

单元制运行方式与以往的母管制运行方式相比，机组的热力系统得到了简化，而且使蒸汽经过中间再热处理成为可能，从而提高了机组的热效率。

一、单元机组负荷控制的特点随着大容量机组在电网中的比例不断增大，以及因电网用电结构变化引起的负荷峰谷差逐步加大，大容量单元机组的运行方式也逐步发生了变化，过去常常只带固定负荷的大机组，现在也需求根据电网中心调度所的负荷需求指令和电网的频率偏差参与电网的调峰、调频，甚至在机组的某些主要辅机局部故障的情况下，仍然维持机组的运行。

在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机既要共同保障外部负荷要求，也要共同维持内部运行参数（主要是主蒸汽压力）稳定。

单元机组输出的实际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的供求平衡关系；而主蒸汽压力则反映了机组内部锅炉与汽轮发电机之间能量的供求平衡关系。

然而，锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求的响应慢，所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的矛盾，这是单元机组负荷控制中的一个最为主要的特点。

二、协调控制系统及其任务单元机组的协调控制系统（Coordinated Control Systen简称CCS）是根据单元机组的负荷控制特点，为解决负荷控制中的内外两个能量供求平衡关系而提出来的一种控制系统。

从广义上讲，这是单元机组的负荷控制系统。

它把锅炉和汽轮发电机作为一个整体进行综合控制，使其同时按照电网负荷需求指令和内部主要运行参数的偏差要求协调运行，即保证单元机组对外具有较快的功率响应和一定的调频能力，对内维持主蒸汽压力偏差在允许范围内。