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前馈控制的应用大中小前述几种协调控制方式采用的都是反馈控制方案，实际上，为了提高控制质量，协调控制方式所采用的控制系统是前馈—反馈控制系统。
采用前馈控制的目的有两个：一是补偿被控对象（主要是锅炉侧）动态特性的迟延和惯性，加快负荷响应；二是使作为前馈信号的负荷指令与机、炉主控制指令（代表对燃烧率、汽轮机调门开度等操作量的要求）构成一定的静态关系，并且将前馈信号作为机、炉主控制指令的基本组成部分，以保证机组的输入能量与能量需求基本一致，在变负荷控制过程中起“粗调”作用。
负荷前馈控制的重点是锅炉侧。
为了补偿锅炉侧的动态迟延和惯性，前馈控制作用中除了比例(P)作用（静态前馈）以外，还包括微分(D)作用（动态前馈），它起超前控制作用，加速锅炉的负荷响应。
对于汽轮机侧，采用前馈控制，主要是要求汽轮机的调门开度或汽轮机负荷与负荷指令保持一致。
因此，通常只采用静态前馈控制，这样，如果一旦单元机组与电网突然解列，可迅速切除负荷指令，使调门立即关小，防止过分超速。
锅炉侧的前馈控制信号来源有两种：一种是负荷指令N0信号；另一种是蒸汽流量信号。
两种信号性质不同，前者为电网对机组的负荷要求；后者为汽轮机对锅炉的负荷要求。
无论哪种信号，都代表了对锅炉的能量要求。
通过前馈控制，锅炉的输入能量与能量要求随时保持平衡。
一、前馈控制信号为负荷指令N0这是一种较常用的前馈控制方案，如图10-16所示。
当负荷指令N0改变时，通过前馈控制器（P）立即改变汽轮机主控指令MT，使汽轮机调门开度（或汽轮机功率）作相应改变。
同时，通过前馈控制器（PD）立即改变锅炉主控指令MB，使燃烧率相应改变。
微分（D）控制作用使燃烧率动态超前动作，加速锅炉的负荷响应。
前馈控制还使MB和MT始终与N0保持一致。
通常，在前馈“粗调”的基础上，反馈控制只需对偏差稍加校正（“细调”），即可使系统趋于稳定。
一定程度上克服了反馈控制需待偏差产生后才发出控制作用的缺点，使负荷控制质量大为提高。
热工自动控制试题库与参考答案一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、当单元机组中汽轮机设备及其辅机正常运行，而锅炉设备或辅机异常时，宜采用（）控制方式。
A、炉跟机B、机跟炉C、机炉协调D、以上都不是正确答案：B2、一般再热蒸汽温度随负荷变化较大，当机组负荷降低（）时，大型机组必须对再热汽温进行控制。
A、30%B、20%C、50%D、40%正确答案：A3、已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为(____)。
A、0.707B、0.6C、0D、1正确答案：C4、精度和稳定性之间的矛盾始终是(____)系统存在的主要矛盾。
A、开环B、前馈C、闭环D、以上都不对正确答案：C5、被控对象的时间常数反映对象在阶跃信号激励下被控变量变化的快慢速度，即惯性的大小，时间常数大，则(____)。
A、惯性大，被控变量速度快，控制较困难B、惯性小，被控变量速度慢，控制较困难C、惯性大，被控变量速度慢，控制较平稳D、惯性小，被控变量速度快，控制较平稳正确答案：C6、串级比值控制系统中流量比值是用（）参数来自动校正的。
A、第四个B、第二个C、第一个D、第三个正确答案：D7、在生产过程中，有时工艺上不但要求物料量成一定的比例，而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序，则可选择（）比值控制系统。
A、单闭环B、双闭环C、有逻辑规律的D、串级比值正确答案：C8、再热汽温控制利用再循环风机从（）抽取低温烟气进入炉膛底部A、烟道开始处B、烟道中间处C、烟道尾部D、不确定正确答案：C9、输入信号有微小变化时，(____)调节器可能没有输出。
A、微分B、比例C、积分D、没有正确答案：A10、ζ称为二阶系统的(____)。
A、振幅B、阻尼比C、有阻尼振荡频率D、无阻尼振荡频率正确答案：B11、单位阶跃函数拉氏变换后的象函数为(____)。
A、2/SB、4/SC、3/SD、1/S正确答案：D12、两个环节串联，等效变换后的传递函数为原来两个环节的传递函数(____)。
一、CCS控制系统简介。
协调控制系统CCS又称为单元机组的负荷控制系统,是将锅炉、汽机及辅机作为一个整体加以控制的十分复杂的多变量控制系统,该系统有机的、协调的控制锅炉的燃料、送风、给水以及汽机调节阀门开度,使各变量间的影响最小。
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。
单元机组协调控制系统的任务是:既要保证机组快速响应负荷需求,又能使机组的主要参数机前压力在变负荷的过程中保持相对稳定。
二、CCS协调控制系统的控制方式。
协调控制系统有以下五种控制方式：1、炉跟机方式（BF）。
当锅炉主控自动，汽机主控手动时为BF方式，锅炉主控控制机前压力，汽机调节机组功率。
2、机跟炉方式（TF）。
当汽机主控自动，锅炉主控手动时为TF方式，汽机主控控制机前压力；锅炉调节机组功率。
3、协调炉跟机方式（CCBF）。
当锅炉主控自动，汽机主控再投入自动时为CCBF方式，锅炉主控控制机前压力，汽机主控控制负荷。
4、协调机跟炉方式（CCTF）。
当汽机主控自动，锅炉主控再投入自动时为CCTF方式，汽机主控控制机前压力，锅炉主控控制负荷。
5、机炉手动方式。
汽机主控和锅炉锅主控均为手动方式，由锅炉调节压力，汽机改变调节汽门开度，调节实发功率。
控制方式之间通过负荷管理中心（LMCC）由运行人员实现无扰切换。
；每种方式下均有相应的调节器自动，其余的调节器跟踪。
协调方式下当因辅机故障发生RB时，锅炉主控自动将目标负荷降至正在运行的辅机所承担的负荷水平（即RB目标值），汽机主控则自动控制机前压力至设定值，RB结束后机组维持CCTF方式。
三、机组协调控制投入和切除条件及投、退协调控制的操作1、机组协调控制投入的条件：（1）机组负荷达到60%额定负荷以上，运行稳定。
概述大中小一、单元机组主控制系统的概念大型汽包炉以及直流炉的机组通常都是以锅炉-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, 也更有利于安全，并做到经济发电。
尤其是中间再热机组, 由于主蒸汽管道和再热蒸汽管道往返于锅炉和汽轮机之间, 各再热机组的再热蒸汽受负荷影响又不可能一致, 无法并列运行, 只能采用单元制运行方式。
单元机组的自动调节系统主要包括主控制系统和机炉调节系统。
这里机炉调节系统指的是燃料量、空气量、汽温、给水流量等调节系统和调速系统（或功频电液调节系统）等等。
大型机组负荷控制的首要任务是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。
因此大型机组除应具备中小型机组那样的机炉调节系统外，还必须有一个自动调节系统，作用是接受外部负荷要求指令，并发出使机炉调节系统协调动作的指挥信号，称其为主控制系统（UNIT MASTERCONTROL SYSTE简称主控系统），也称负荷自动控制系统。
主控系统向机炉调节系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令（或汽轮机负荷指令）MT和锅炉主控制指令（或锅炉负荷指令）MB机、炉主控制指令MT MB分别代表了汽轮机调门开度（或汽轮机功率）指令和锅炉燃烧率（及相应的给水流量）指令。
主控系统把锅炉和汽轮机组成一个联合调节对象，即作为一个整体，调节进入锅炉的能量以随时适应汽机负荷的需要。
由于锅炉和汽轮机动态特性差异较大，因此，主控系统在考虑适应负荷要求的同时，还须使机炉调节系统协调动作，使燃料量、空气量、给水流量等以及调节汽门开度协调变化，达到既尽快适应负荷变化要求，又使运行稳定的目的。
二、主控系统与机、炉调节系统的关系主控制系统相当于机炉调节系统的指挥机构，起上位控制作用；机炉调节系统对于主控制系统相当于伺服机构，起下位控制的作用，是主控制系统的基础，两者构成分层控制的结构。
单元机组运行1、单元制火电机组的des控制系统由以下子系统组成：模拟量控制系统及其单元机组协调控制系统；锅炉炉膛安全监控系统或称燃烧器管理系统；顺序控制系统；数据采集系统；汽轮机数字电液控制系统；旁路控制系统；发变组控制系统。
2、启动方式的分类及主要特点：1）冷启动。
停机72小时以上，汽轮机高、中压转子初始金属温度低于121°C时启动；2）热启动。
停机10-72小时后，汽轮机高压或中压转子初始金属温度大于或等于121C、小于260C时启动；3）热启动。
停机1-10小时后，汽轮机高、中压转子初始金属温度大于或等于260C、小于450C时启动；4）极热启动。
停机1小时内，汽轮机高压或中压转子初始金属温度大于450C时启动。
3、厂用电电压等级有两种，即为6kv和400v。
大于200kw的电动机由6kv高压厂用母线供电，200kv及以下容量的电动机由低压400v母线供电。
4.400V低压厂用电系统通常在一个单元中有多个由PC供电的电源中心（PC）和多个电机控制中心（MCC）。
通常，75-200kw和150-650kw之间的静态负载连接到电源中心（PC），容量小于75kW的电机和小功率加热器等杂散负载连接到电机控制中心（MCC）。
从电机控制中心，它可以连接到车间本地配电盘（PDP），用于车间的小容量杂散负载。
5、直流220v系统正常运行方式：1）直流220v系统由蓄电池和充电柜在直流母线上并列运行，充电柜除带正常220v母线上负荷外，同时对蓄电池组浮充电。
2）#4、#5机直流i、ii 母线联络开关在断开位置。
3）#1充电柜#1蓄电池组上i段直流母线，#2充电柜#2蓄电池组上的ii段直流母线，#3充电柜备用。
4）直流母线绝缘监测仪投入运行。
非正常运行方式：1）直流i（ii）段母线串带ii（i）段母线运行，#2（#1）充电柜停运，#2（#1）蓄电池组与母线隔离。
2）#1（#2）充电柜故障时，#1（#2）蓄电池及直流母线由#3充电柜带，#1（#2）充电柜退出运行。
1.协调控制系统简介2.1 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 Control 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。
2.2 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, W PB(S)具有以下形式:W PB(S)= K1／(T1 s + 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:W NB(S)= K2／(T2 s + 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。
思考：主控制系 统、机炉调节系 统、协调控制系 统的相互关系第十章单元机组主控制系统The Unit Master Control System 通过本章的学习要求理解主控制系统、机炉调节系统、协调控制系统概念及相互关系； 掌握主控系统调节对象的动态特性；掌握单元制机组负荷控制的几种基本方式；掌握前馈控 制的多种应用方案及工作原理；理解滑压运行机组的协调控制方案；能分析常见的协调控制 方案；掌握负荷指令处理部分的作用；掌握正常工况或异常工况下对负荷指令采取的处理措 施：掌握几个基本概念：负荷返回、负荷快速切段、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降；看懂 一个较完整的单元机组主控制系统的实例。
本章重点：1、负荷控制的几种基本方式2、前馈控制的多种应用方案及工作原理3、负荷指令处理部分的作用4、负荷返回、负荷快速切段、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降的概念本章难点：1、两种非线性环节的工作原理及作用2、分析常见的协调控制方案3、负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降两种措施的区别第一节概述Overview一、单元机组主控制系统的概念大型机组负荷控制的首要任务: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。
主控制系统(The unit master control system )作用：接受外部负荷要求指令，并发出使机炉调节系统协调动作的指挥信号，称其也称负 荷自动控制系统（the unit load control system )。
主控系统向机炉调节系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令M t 和锅炉主 控制指令I 机、炉主控制指令齔M b 分别代表了汽轮机调门开度（或汽轮机功率）指 令和锅炉燃烧率（及相应的给水流量）指令。
二、主控系统与机、炉调节系统的关系主控制系统相省于机炉调节系统的指挥机构，起上位控制作用；机炉调节系统对于 主控制系统相省于伺服机构，起下位控制的作用，是主控制系统的基础，两者构成分层 控制的结构。
协调控制系统:主控制系统和锅炉、汽轮机各自的调节系统的总称。
协调控制系统的基本结构如图10-1所示。
N 0—实际负荷指令（即功率给定值)；思考：上控系统 调节对象具体指 什么？思考:、调节对象的输入 景是仆么？输出 量是什么? 有何特点？Mb, Mt —分别为主控制系统对锅炉、汽机各调节系统的主控制（负荷）指令； P 。
一主蒸汽压力给定值； n e 、P T —分别为机组实发电功率和主蒸汽压力 单元机组主控系统由两大部分组成：(1) 负荷指令处理部分； (2) 机炉主控制器。
第二节调节对象的动态特性The Dynamic Characteristics of the Unit Load Object 主控系统的调节对象包括机、炉调节系统和元机组，是一广义调节对象。
输入量：锅炉主控制指令吣和汽轮机主控制指令Mt;输出量（被调量单元机组的输出电功率N e 和汽轮机前主蒸汽压力P T ，如图10-2 所示。
o为了便于讨论问题，先分析单元机组的动态特性。
一、单元机组的动态特性1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）Mb 扰动下主蒸汽压力Pt 和输出电功率N E 的动 态特性Mb 扰动下的N E 和P T 的动态特性都可用高阶惯性环节的传递函数来描述。
2. 汽轮机调门开度t 扰动下主蒸汽压力Pt 和输出电功率^的动态特性扰动下的P:动态特性可用比例加一阶惯性环节的传递函数来描述，^的动态特 性可用具有一定惯性的实际微分环节的传递函数来描述。
根•由以上分析可见，单元机组的动态特性有如下特点：当汽轮机调门动作时，两 个才皮控输出量N E 和P T 的响应均;；艮快；当锅炉燃烧率改变时，比和P T 的响应都报^曼。
这 就是机、炉对象动态特性方面存在的较大差异。
二、主控制系统调节对象的动态特性•主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节对象，其 控制输入量为锅炉主控制指令吣和汽轮机主控制指令Mt 。
•对于锅炉侧，由于各调节系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯性可忽略 不计，因此可假设它们配合协调，能及时跟随主控制指令‘接近理想随动系统特性， 故有•汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系统,则主控制指令Mt就是调门开度指令(Xt，即h=M7，。
这样，广义调节对象的动态特性不会改变。
•如果汽轮机采用功频电液控制系统，则主控制指令Mt就是汽轮机功率指令。
M B扰动下，P-的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，近似不变；M-扰动下，Pt的动态特性近似为比例加积分环节的特性，N e的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。
第三节负荷控制方式The Modes of Unit Load Control•机炉主控制器的主要作用：根据机组运行的条件及要求，选择合适的负荷控制方式，接受负荷指令处理部分发出的实际负荷指令N。
，以及机组的实发电功率N e、和主蒸汽压力Pt及其给定值P。
信号，通过一定的运算回路，计算出锅炉和汽机的主控制指令以实现相应的负荷控制方式，从而完成负荷控制任务。
请参阅图10-1。
•机炉主控制器由两部分组成(1)锅炉主控制器：计算锅炉主控制指令Mb的运算回路。
(2)汽轮机主控制器：计算汽轮机主控制指令Mt的运算回路。
一、负荷控制方式负荷控制方式可分为两类：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式。
1.机炉分别控制方式(1)锅炉跟随（boiler follow,简写为BF)方式锅炉跟随方式的基本工作原理是：由汽轮机调节机组的输出电功率、锅炉调节汽压。
锅炉跟随方式的特点：当N。
改变时，由于利用了锅炉的蓄热能力，具有较好的负荷适应性，对机组调峰调频有利，但汽压波动较大；当有内扰（燃烧率扰动）时，汽压波动较大。
对于大型单元机组，锅炉的蓄热能力相对减小，当负荷要求指令N&变化幅度较小时，在汽压允许的变化范围内，充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷的变化是有可能的，。
在负荷要求指令N。
变化幅度较大时，汽压波动就太大，会影响锅炉的正常运行。
当单元机组中锅炉设备运行正常，机组的输出电功率因汽轮机部分设备工作异常而受到限制时，可采用锅炉跟随方式。
(2 )汽轮机跟随（turbine fol low,简写为TF )方式汽轮机跟随方式的基本工作原理是：由锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机调节汽压。
•当负荷指令N。
改变时，锅炉主控制器先发出改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）的指令M b。
待机前压Pt改变后，汽轮机主控制器发出改变调门开度的指令M t，从注意：协调控制系统与协调控 制方式在概念 上的区别?而改变进入汽轮机的蒸汽流入量，使机组输出电功率N E 改变，并与负荷指令N 。
趋于一 致。
最后稳态时，Ne=No, P T =P OO•当燃烧率扰动时，汽压变化而产生偏差，蒸汽流量也变化，机组输出电功率随之 变化。
汽轮机主控制器为了保持汽压而要动作调门，其结果将进一步加剧蒸汽流量的变 化，使机组输出电功率的变化加剧，偏差增大。
造成较大的输出电功率波动。
•汽机跟随方式的特点：汽压波动小。
但由于没有利用锅炉的蓄热能力，有较大的 迟延，因此适应负荷变化能力差，不利于带变动负荷和参力口电网调频。
•适用于：带基本负荷的单元机组或当机组刚投入运行时，采用这种控制方式保持机 组有较稳定的汽压，为机组稳定运行创造条件。
•当单元机组中汽轮机设备运行正常，机组的输出电功率因锅炉部分设备工作异常 而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。
2.机炉协调控制方式(coordinated control mode)•协调控制方式的控制策略是：允许汽压有一定波动，以便能充分利用锅炉的蓄热量，使机组能较快地适应电网的 负荷要求.但是，这里利用锅炉蓄热量是有限度的，必须保证机前压力与给定值的偏差 不超过允许值。
所以协调控制方式既能使机组较快适应电网的负荷要求，又能确保汽压 的波动在允许的范围之内。
•常见的机炉协调控制方式有三种方案： (1)以锅炉跟随为基础的协调控制方式(BFCC)•在动态过程中，当汽压偏差A/YAP = /^-矜；在死区非线性环节的不灵敏区范围 内时，即|AP|<|/4|时，对M ，无影响，当|AP|>|/4|时，AP 将经非线性环节限制Mt ,从 而限制汽轮机调门开度进一步变化，达到限制汽压偏差的目的。
•不灵敏区的大小值|>4|粗略反映了机组运行时主汽压力偏差的允许变化范围。
•实质上是以降低输出电功率响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高(2 )以汽轮机跟随为基础的协调控制方式(TFCC)•当功率偏差信号- iV £)送入锅炉调节器Ph 的同时，也通过非线 性环节送入汽轮机调节器PU 在动态过程中，信号M 可看作是主汽压力给定值的一部 分。
当AAO0 (要求增加机组输出功率）时，主汽压力给定值降低汽机主调节器 PI 「发出开大调节汽门的指令，增加机组输出功率；当AiV<0(要求减少机组输出功率） 时，主汽压力给定值暂时升高|M '|。
汽机主调节器P I ,则发出关小调节汽门的指令，减少机组输出功率。
当动态过程结束时，机组的实发功率与功率给定值相等，即A ^V 为零， 这时，机前压力仍恢复到给定值。
•限幅非线性环节的限幅值士即为主汽压力八允许变化的范围，这是因为：•在负荷指令％改变时，暂时利用了蓄热能力，所以功率响应加快；但是汽压偏差也因此加大，实质上是以加大汽压动态偏差作为代价来换取功率响应速度的提高。
(3)综合型协调控制方式•综合协调控制方式实现“双向”协调，即机、炉主控制指令信号M& 都是同时受AN和AP信号的协调控制。
•当负荷指令N。
改变时，机、炉调节器PI「和PI,同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，并行地改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）和汽轮机调门开度。
同时为了使主汽压的变化幅度不致太大，还根据汽压八偏离给定值乃的情况适当地限制汽轮机调门开度的变化，并适当地加强锅炉燃烧率的控制作用。
当调节结束后，机炉主控制器共同保证输出电功率瓜与负荷指令爪一致，汽压巧恢复为给定值A•综合型协调控制方式通过“双向”的机炉协调操作，具有较好的负荷适应性能和汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式。
第四节前馈控制的应用The Application of Feedforward Control•采用前馈控制的目的：1.补偿被控对象（主要是锅炉侧）动态特性的迟延和惯性，加快负荷响应。
2.将前馈信号作为机、炉主控制指令的基本组成部分，以保证机组的输入能量与能量需求基本一致，在变负荷控制过程中起“粗调”作用。
•锅炉侧的前馈控制信号来源有两种：1.负荷指令队信号。
