协调控制系统

一、协调控制系统功能说明1. 系统简介机、炉协调控制系统就是根据机、炉的运行状态和控制要求，选择适应机组控制的运行方式。

具体要求就是快速适应大范围负荷变化率，在整个负荷变化范围内要求机组有良好的负荷适应能力，机组主要运行参数在负荷变化过程中保持相对稳定，保证机组在整个负荷变化范围内有较高的效率，即锅炉、汽机和主要辅机（送风机、引风机、一次风机、给煤机、给水泵等）参数保持较小范围的波动且能快速适应机组负荷变动。

2. 系统控制原理300MW机组协调控制系统的主控制系统是由机组“负荷管理中心”和机炉主控制器两部分组成。

机炉主控制器接受机组“负荷管理中心”送来的机组负荷指令，该指令具有最大/最小负荷限制和变化率限制。

负荷指令经机炉主控制器的作用，分别对锅炉和汽机控制系统送出指令，使机组的输出功率适应负荷指令的要求，同时保持机前压力为给定值。

机炉主控制器有四种控制方式，它们之间可以自动或手动切换。

我公司机炉协调控制具有四种控制方式,如下图:工作模式锅炉主控汽机主控调频基本方式手动手动无BF 自动、调压手动无TF 手动自动、调节主汽压力无CCS 调压、负荷指令前馈调压、调功、频率校正、主汽压力设定值校正输出有基本方式（BASE）：指锅炉、汽机主控均处于手动控制方式，由操作员设定汽机主汽门阀位指令和锅炉燃料指令来控制机前压力和机组负荷。

如果汽机控制在“非远操方式”时，汽机主汽阀门开度交给DEH系统控制，汽机主控输出跟踪主汽门阀位反馈。

锅炉跟随（BF）：是汽机局部故障时的一种辅助运行方式，此时汽机主控在手动方式，由操作员手动设定汽机调门开度指令，控制机组负荷。

锅炉主控在自动方式，该方式下机组负荷响应快，但以牺牲主汽压力为代价，不管是内扰还是外扰的影响，动态过程压力波动相对较大，系统抗干扰能力较差，因此锅炉侧引入了汽机主汽阀门指令前馈，对外扰有一定的抑制作用。

汽机跟随（TF）:是在锅炉局部故障时或启、停磨煤机等工况变动大时的一种辅助运行方式，此时锅炉主控在手动控制方式，由操作员手动设定燃料指令，汽机主控自动调整机前压力，该方式下动态过程压力波动较小，机组运行稳定，但是机组负荷响应慢。

单元机组的特点和任务(1)单元制机组是一个相互关联的多变量控制对象,锅炉和汽轮发电机是一个不可分割的整体(2)锅炉和汽轮发电机的动态特性存在较大的差异. (3)具有参加电网一次调频的能力.协调控制系统作用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.协调控制系统任务是协调地控制锅炉燃料量、送风量、给水量等，以及汽机调节阀门开度，使机组既能适应电网负荷指令的要求，又能保持单元机组在额定参数下安全、经济地运行.定压运行方式是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调节气门的开度，改变机组的输出功率。

滑压运行方式则是始终保持汽轮机调节气门全开，在维持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机组的输出功率。

联合运行方式特性曲线1调峰：用电量多时多发电，用电量少时少发电。

a采用纯液压控制系统时（有自平衡能力）b采用功频电液控制系统时（无自平衡能力）μT不变μB不变PT机主控指令不变PB炉主控制指令不变输入量-μT汽轮机调节阀开度（外扰）、μB锅炉燃料量调节机构开度，锅炉燃烧率（内扰）输出量-PE单元机组的输出电功率、PT汽轮机前主蒸汽压力协调控制系统由哪几部分组成：主控系统、子系统、负荷被控对象单元机组负荷控制系统1.负荷指令处理回路（LDC）的作用对外部要求的负荷指令或目标负荷指令（电网调度分配指令ADS、运行人员手动指令，一次调频所要贡献的负荷指令）进行选择，并根据机组主辅机运行的情况加以处理，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P0。

2.机炉主控制器的作用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△p以及其它信号进行控制运算，分别产生锅炉主控制指令PB和汽轮机主控指令PT 。

协调控制系统（CCS）1 系统简介CCS是一种连续的调节系统（Continuious Control System），被控的变量是模拟量。

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。

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（主蒸汽压力）稳定的系统称为协调控制系统（Coordinated Control System）。

这种系统往往是将被控量与设定值进行比较，经调节器运算后输出控制信号，使被控量发生变化，最终使被控量等于或接近设定值，系统是一个闭合的回路。

所以又称其为闭环控制系统（Closed loop Control System）。

所以CCS术语有三种来源，但本质上并无很大区别。

狭义上讲，CCS只是指负荷协调控制系统，广义上讲，单元机组上所有的连续调节系统都属于CCS。

蒲圻电厂2×300MW单元机组，采用OVATION分散控制系统作为控制设备，自动化水平高、功能全。

2 系统基本范围单元机组模拟量控制系统由协调控制系统及控制子系统、辅助设备自动控制系统构成。

协调控制系统（CCS）主要包括机组负荷指令控制、汽机主控、锅炉主控、压力设定、频率校正、RB等控制回路。

它直接作用的执行级是锅炉控制系统和汽机控制系统。

协凋控制系统主要有4大控制子系统：给水控制系统、汽温控制系统、燃烧控制系统和汽机控制系统。

锅炉燃烧控制系统和汽机控制系统是协凋控制系统的执行级，给水控制系统通过主汽流量前馈信号与机组负荷指令进行协凋，汽温控制系统则通过煤量或风量前馈信号与锅炉燃烧指令进行协凋。

图3－1为我厂300MW机组协凋控制系统及控制子系统相互关系示意图。

汽包锅炉的给水控制系统由汽包水位控制系统和给水泵最小流量再循环控制系统组成。

低负荷下的单冲量汽包水位控制，主要由给水旁路阀控制。

30％负荷以上则采用三冲量汽包水位控制系统，电泵转速通过液力耦合器调整，汽泵通过BFPT控制器控制小机进汽，从而调节转速。

协调控制系统的介绍及其优化策略协调控制系统能够在复杂环境中按照设计要求完成相应功能，并尽可能达到最佳状态，因此受到了众多研究机构和企业的关注。

本文首先对协调控制系统及其基本构成因素作简要介绍；其次，对协调控制系统中常见的优化策略进行详细阐述；最后，介绍诸如经济最优化、仿真优化以及模糊系统等协调控制系统优化策略的应用实例，借此来强调协调控制系统的重要性及其实现最优化的可行性。

协调控制系统是指控制和调节系统的综合，它按一定的规律对系统的运行过程进行调节和控制，以达到所期望的调节目标或工作要求。

其基本构成因素主要包括：状态反馈、输入信号、控制输出、基本控制量/参数、控制器（包括调节器和控制放大器等）、调节器及模型等。

此外，协调控制系统还必须考虑动态特性，以便确定合理的参数设置，使其能够适应变化的环境和工况。

协调控制系统的优化策略主要有微分优化、梯度方法、质量优化、经济优化、仿真优化和模糊系统等。

其中，微分优化策略是利用该系统的状态函数和输出函数求解最佳调节器参数，从而实现对该协调控制系统的最佳控制；梯度优化则是通过不断改变参数，找到一组最佳参数，使系统功能达到最佳效果；质量优化则是利用质量搜索等技术，构建质量要素模型，以最低的质量代价达到预期的协调控制系统状态；经济最优化则是在达到协调控制系统的最佳状态的前提下，满足经济最优化要求；仿真优化则是利用仿真系统，建立控制环境，通过设计变量的不断变化，在最短时间内达到最佳目标；模糊系统优化则是基于模糊控制理论，通过设计规则和及时调整规则，实现协调控制系统的最佳状态。

由此可见，协调控制系统在复杂环境中能够按照设计要求完成相应功能，并尽可能达到最佳状态。

为此，政府和企业在一定的范围内应该充分发挥社会资源，加强对协调控制系统的研究和开发，推动多项有助于提高协调控制系统综合效率的计划或者技术，以期提高技术水平、实现最佳状态。

例如，经济最优化策略能够有效提高协调控制系统的运行效率，充分发挥社会资源的潜力；仿真优化策略能够有效降低协调控制系统的实施难度，并利用仿真系统有效减少实际调试时间；模糊系统优化策略则能够有效的提高协调控制系统的调整和控制精度，提高协调控制系统的灵活性和准确性。

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。

第一节机组运行控制方式1.单元机组协调控制系统（CCS），可根据运行状况和控制要求，选择机组负荷控制方式。

1.1.协调控制方式：机炉协调控制，能及时满足外界负荷需求，同时能自动维持主汽压力稳定。

1.2.炉跟机协调控制方式：适用于参加电网调峰、调频工况。

该方式下汽机控制系统（DEH）主要用于满足外界负荷需求，锅炉燃烧自动调节系统维持主汽压力稳定。

1.3.机跟炉协调控制方式：适用于机组带基本负荷工况。

该方式下，首先由锅炉燃烧自动调节系统根据外界负荷需求对锅炉输入能量进行调节，DEH系统根据主汽压力变化情况再满足外界负荷需求。

1.4.当机组出力受汽机限制时，应采用锅炉跟随的控制方式。

1.5.当机组出力受锅炉限制时，应采用汽机跟随的控制方式。

1.6.手动方式：汽机DEH系统及锅炉燃烧自动调节控制系统均为手动方式的工况。

S系统与DEH系统运行方式间的控制关系：机组并网运行后，DEH系统有主汽压调节、负荷调节和阀位调节三种选择方式。

当CCS系统投入时，DEH选择遥控调节方式，受CCS系统统一管理并接受其阀位调节指令。

第二节 CCS功能及操作1.机组指令处理回路:机组指令处理回路是机组控制的前置部分，它接受AGC指令、一次调频指令和机组运行状态。

根据机组运行状态和调节任务，对负荷指令进行处理使之与运行状态和负荷能力相适应。

1.1.机组负荷的设定1.1.1.自动调度系统AGC来的负荷指令。

AGC指令由省调远方给定，当机组发生RUNUP/RUNDOWN、RUNBACK，退出AGC控制。

1.1.2.操作员的CCS画面上设定的负荷指令。

根据机组运行参数的偏差、辅机运行状况，保持机组/电网，锅炉/汽机和机组各子控制回路间的协调及能量平衡。

1.2.负荷变化率的设定1.2.1.操作员在CCS画面上设定的增、减负荷变化率；1.2.2.锅炉侧燃烧率决定的增、减负荷变化率的限制指令；1.3.负荷最大、最小值的设定1.3.1.由负荷回路中的小值选择器来的设定协调控制方式下的最大值310MW；1.3.2.由负荷回路中的大值选择器来的设定协调控制方式下的最小值；1.3.3.当发生快速减负荷（RUNBACK）时，负荷的最大值由主要辅机掉闸的情况来决定；1.4.协调控制方式下的闭锁增、闭锁减1.4.1.当运行出现下列情况之一，闭锁负荷的增加：1.4.1.1.机组指令达上限（运行人员设定）；1.4.1.2.燃料指令达上限；1.4.1.3.送风指令达上限；1.4.1.4.一次风机指令达上限；1.4.1.5.引风指令达上限；1.4.1.6.汽机阀位闭加（DEH）；1.4.1.7.给水指令达上限。

协调控制系统（CCS）CCS系统既协调控制系统，单元机组的协调控制系统是根据锅炉和汽机动态特性的特点，组织起来的负荷调节系统。

使汽压在允许范围内变化的前提下，尽快的使机组适应电网负荷的需求，该系统担负着单元机组生产过程中的汽、水、煤、油、风烟等诸系统的主要过程变量的调节任务。

接受来自中调的遥控指令（ADS）或本机设定的负荷指令，对机组进行负荷控制。

CCS的主体部分分为各个闭环的模拟调节子系统，这些控制系统本身还具有完善的逻辑控制功能，自动的执行系统的切换、操作、跟踪、保护、监视等任务。

CCS系统的硬件构成采用上海新华控制系统公司的XDPS-400分散控制系统。

该系统配置采用冗余措施，提高系统的可靠性，通过人机接口设备，操作员接口站（MMI）可以对各个闭环回路进行操作、调整，对各参数的在线监视以及报警显示、打印等，同时还设置手操器对各个回路进行操作。

重要辅机的调节如：#1——#3给水泵勺管调节；AB侧送风机动叶调节；AB侧引风机静叶调节；AB侧一次风机入口挡板调节。

1．机炉协调控制系统1．1 运行方式1．1．1 BASE方式这是最基本的运行方式，由运行人员手操控制燃料和汽机调门开度，此时锅炉主控在手动方式,DEH在就地控制方式1．1．2 锅炉基本方式（锅炉调负荷，汽机调主汽压力——机跟炉或机调压运行方式），该方式通常用于炉侧出力收到限制或炉侧自动系统未投运的工况，锅炉来响应机组负荷指令的变化或由运行人员手操控制燃料量，汽机主控自动将机前压力作为控制目标。

它可以分为锅炉基本手动和锅炉基本自动俩种方式。

“锅炉基本手动”方式：锅炉主控手动调节负荷，DEH投入遥控调节机前压力；“锅炉基本自动”方式：锅炉主控投入自动维持负荷，DEH投入遥控调节机前压力。

1．1．3 汽机基本方式（汽机调负荷，锅炉调主汽压力——炉跟机运行方式）分汽机基本手动和汽机基本自动两种方式。

“汽机基本手动”方式：DEH在就地方式，由运行人员手动体调节负荷，锅炉主控在自动方式调节机前压力；“汽机基本自动”方式：DEH投入遥控调节负荷，锅炉主控投入自动调节机前压力。