・ｌ０・ 工业仪表与自动化装置 ２０１１年第５期
单元机组协调控制系统研究进展
席原，刘景宾
（华北电力大学控制与计算机工程学院，北京１０２２０６）
摘要：总结了单元机组协调控制系统的研究成果及发展现状，包括典型的锅炉一汽轮机单元模 型，单元机组协调控制系统的理论设计方法等，指出了协调控制系统尚存在的一些问题及可能的解
决思路。分析了几种具有代表性的协调控制系统工程设计方案，如直接能量平衡方法、ＳＩＥＭＥＮＳ 方案、日立方案等。最后简要介绍了协调控制系统在传统火力发电以外的新领域中的研究及应用 前景。 关键词：单元机组；协调控制系统；建模；控制方案 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—０６８２（２０１１）０５—００１０—０７
Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｕｎｉｔｓ
ＸＩ Ｙｕａｎ，ＬＩＵ Ｊｉｎｇｂｉｎ （Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｅｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ（ＣＣＳ） ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｕｎｉｔ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｙｐｉｃａｌ ｂｏｉｌｅｒ－ｔｕｒｂｉｎｅ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ｃｈｉｅｆ ｔｈｅｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ＣＣＳ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ＣＣＳ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｙ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｅｖ—
ｅｒａｌ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｄｉｒｅｃｔ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ，ＳＩＥ— ＭＥＮＳ ｓｃｈｅｍｅ，ＨＩＴＡＨＩ ｓｃｈｅｍｅ，ｅｔｃ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
引 言
近年来，随着大型发电机组的的日益增多，大容量机组的汽机和锅炉都是采用单元制热力系统。机、电、炉控制设备都放在单元控制室中，可以说，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。随着电网容量的增大和对供电质量要求的提高，现代大型单元机组的负荷控制系统无一例外地采用了协调控制系统。单机元组是由发电机、汽轮机和锅炉组成，共同配合工作来适应电网的负荷要求，并且共同保持机组的稳定运行，不能将汽轮机和锅炉的负荷控制任务分割开来讨论。
大型的机组都是以锅炉、汽轮机组成单元机组方式运行，机、炉之间相互联系紧密，成为一个不可分割的整体，因此，必须将二者作为一个联合的条件对象进行控制，又由于外部负荷变化时，机、炉的动态响应特性差别比较大，控制系统应该考虑两者的特点做适当地分工协调，以提高机组适应负荷变化和保持内部能量平衡的能力，所以协调控制就成为必然的趋势，协调控制系统的控制策略设计直接决定了协调控制系统的调试及控制品质。
单元机组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。强烈的耦合给系统的控制带来较大的难度，一般通过设计补偿网络来消除和削弱这种相互的关联和耦合，把多变量控制问题转化为多个单变量控制问题来处理。但是在具体实现时，也会遇到许多的困难，很难做到理想的解耦。因此，有必要对解耦的理论方法加以必要的改进与简化。多变量频域理论中的串联补偿法就是一种合理的解耦方法，该方法通过补偿网络的串联，使等效对象eW成为对角阵实现了各被调量的单变量控制。在实际生产过程中，主要扰动常来自某一方面，对于这类生产过程被控对象，若采用单向解耦，不仅可以大量减少补偿装置，简化系统结构，同时也能取得更好的调节效果。因此，针对单元机组通过解耦设计来实现协调控制具有重要现实意义。
第一章 控制系统概述
在生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着重要的作用，目前已广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。生产过程自动化是保持生产稳定、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志。电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其他民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平，电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术先进与否和企业现代化的重要标志。
协调控制学习（一）—运行方式
1、概念
协调控制系统（coordinated control system）是通过控制回路协调汽轮机和锅炉的工作状态，同时给锅炉自动控制系统和汽轮机自动控制系统发出指令，以达到快速响应负荷变化的目的，尽最大可能发挥机组的调频、调峰能力，稳定运行参数。
2、协调控制主要任务
(1)接受负荷指令、运行值班人员的负荷指令和电网频率偏差信号,及时响应指令要求,以满足负荷变化的需要;
(2)机炉之间相互协调运行,当机组功率变化率较大,可以保持机炉间的能量的平衡,且能够维持机组主汽压力的稳定;
(3)协调系统内部燃料系统、给水系统、送风系统、炉腔压力、汽温等子系统的平衡;
(4)协调系统外部负荷指令与主、辅设备实际承受能力的关系;
(5)消除各种情况下扰动的影响,稳定单元机组运行。
3、协调控制系统的构成
系统由三部分构成：
1）负荷指令的形成；
2）压力定值的形成；
3）机、炉主控制指令的形成。
此外，还有一个功能全面的逻辑控制系统，用来实现方式切换和跟踪等功能。
4、协调控制系统的运行方式
单元机组负荷控制主要由其协调控制系统来完成和实现的，为保证负荷控制指标和机组的安全性，应设计多种运行方式，除取决于锅炉的动态特性、燃料的种类和供给方式外，还与单元机组的汽压运行方式有关。不同的机组不同的阶段，协调控制系统运行的方式可能不同，但基本的组成方式有以下几种。
1）手动方式，即基本方式（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。
2）汽机跟随（TF），特征是机主控自动、炉主控手动。
这类方式是用锅炉调节器来调节单元机组的发电功率，由汽机调节器来来维持机前压力，因此负荷控制系统由汽轮机调压系统和锅炉调功系统构成。
C C S 系 统 简 介
第1页 CCS系统简介
一、系统概述及其任务
CCS系统英文全称为Coordinated Control System ,即协调控制系统。它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，这是单元机组的符合控制系统。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，既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，又保证对内维持主蒸汽压力偏差在允许范围内。具体地讲，协调控制系统的主要任务是：
1、 接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行操作人员的负荷给定指令和电网频率偏差信号，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。
2、 协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。
3、 协调机组内部各子控制系统（燃料、送风、炉膛压力、给水、汽温等控制系统）的控制作用，在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。
C C S 系 统 简 介
第2页 二、新华CCS系统简介
XDPS系统是新华公司自主开发的，基于windowsNT 平台上工作的分布式处理系统。利用XDPS系统构成的DCS系统中包含有DAS、CCS、SCS、FSSS四个子系统。各子系统之间相对独立，均有其自身的I/O卡件及对应的DPU—分布式处理单元。通过控制扩展的智能和非智能的I/O卡件实现对工业现场各种模拟量、开关量、脉冲量等的采集和控制。对于CCS系统而言，外观所能看到的只有I/O卡件，已经没有了传统意义上的调节器、伺放、操作器等装置，取而代之的是软件自身具有的各种丰富功能的功能块。自动调节系统在接受外界的输入信号后，就利用内部的组态程序进行控制运算，而后输出控制信号。所有自动系统均可实现手/自动无扰切换。
