《超临界大型机组的控制特点及对策》课件.ppt

All rights reserved,copyright(C)2001,BHC,Ltd.,BHC,*,超临界大型机组的控制特点及对策,一超临界参数大型机组控制工程的基本特点,二快速协调控制的基本方法,三闭环控制中的重要概念,四,AGC,及协调控制在,HIACS,系统中的实现方法,五.,HIACS5000M,系统的实时性对策,目 录,一超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点：,1.对象特点：,-输入/输出工艺变量多。,动态过程快：由于没有汽包环节，作功工质占汽水循环总工质的比,例增大，动态过程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。,-主汽压参数上升（246,Kg/cm,2,），,工作介质刚性提高，动态过程加快，,同样需要更快的控制作用及更快的控制周期。,-数学模型不精确。,2.机组控制系统(,DCS),面临的主要问题,-,DCS,系统的实时性更好：,快速的,I/O,处理；,快速的,CPU,处理；,更短的控制周期；,-快速控制、快速保护,-汽机锅炉发电机总体优化的快速控制策略,-快速响应负荷需求,-总体协调,-高可靠性,二快速协调控制的基本方法,1.对控制策略的基本要求,-具有成功地投运经验,-对数学模型的精度要求不高,-对负荷需求指令，有快速的响应,-能够实现炉机电之间的稳态、动态功率平衡,2.四种机组运行方式,-协调方式,-锅炉跟踪汽机的工作方式,-汽机跟踪锅炉的工作方式,-锅炉、汽机手动状态方式,3.二类基本控制策略,-采用,P1,信号的控制策略,-日立公司的控制策略,P,1,/P,T,:代表了调节门开度,P,1,/P,T,.P,TS,:代表了蒸汽流量,=,P1/P,Y=P11+K(,P,T,S-P,T,),(,F,算法),当K=1/P,T,时,Y=,P,11+1/,P,T,(P,T,S-,P,T,),T,*P,T,S,(,L-N,算法),以,P,基本思想：,1,作为,Boiler,功率需求信号，,协调,B-T,侧的,能量平衡。,采用汽机调节级压力,P1,信号的协调控制策略,日立公司超临界、直流炉的协调控制思想,三.闭环控制工程中的几个重要概念,1.可控性（,controllability）、,快速性和控制周期。,现代控制理论中，可控性是个最基本的概念。在实际工程中，非常有意义的有两点：,-不可观测的变量及工艺过程是不可控制的；,-在一定意义下可控性等价于控制的快速性：,-控制的快速性越好，可控性越好。,-控制周期实质上是不可控环节，控制周期越短越好，当然为此要付出经济代价。一般说来，以受控工艺时间常数,T,为准则，控制周期,TO,以不大于,T/10,为好。,例如：汽机转子运动方程、时间常数分析及,DEH,控制周期的要求：,汽机转子运动方程：,其中：,I：,汽机转子的转动惯量；,：,转子角速度；,M,h,：,蒸汽主动力矩；,Me：,电负荷力矩；,Mf：,摩擦力矩；,对应减速状态；,时；,0,0,dt,d,M,dt,d,M,h,(1),M,Me,M,dt,d,I,f,-,-,=,h,-,蒸汽主动力矩,（,Mt,）,),(,),(,1,),(,2,0,秒,量纲：,S,M,K,S,M,S,K,M,I,g,g,H,=,=,w,),4,(,),3,(,0,0,0,0,0,H,a,a,H,T,h,H,M,I,T,T,M,I,d,t,M,d,I,M,dt,d,I,a,w,w,w,w,w,=,=,=,=,）,（,米,公斤,2,),(,13,.,1,0,0,=,im,n,H,G,M,h,其中：,n,：转速；,同样的蒸汽流量，低转速下产生的蒸汽力矩,M,高，高转速下，产生的蒸汽力矩 低。,M,因此，这是一类自平衡系统。,-,全飞升时间,（,Ta,）的物理意义：,定义：若,M=M=0,时，在额定蒸汽力矩,（,M,）的条件下，汽机转速从零上升到额定值,0,时所需要的时间。此时（1）转化为：,G,：蒸汽流量；,0,：焓降；,im,H,0,H,f,e,h,h,经验数值：,200,MW：Ta78,秒,300,MW：Ta67,秒,600,MW：Ta56,秒,日立,DEH,控制周期的确定：,这是一个理论上的极限数值，实际上是不可能达到的。因此，日立公司,HIACS,系统,DEH,的设定值为5060,ms。,为600,MW,机组全飞升时间,Ta,的1/10,0,。这一数据是有理论依据的。,2.串级调节系统中的工作周期概念,串级反馈系统中，工作周期是个重要的物理概念。控制系统测点及执行器的位置设计时，直接影响工作周期，因此，应遵守如下准则：,-副环路工作周期,尽可能地短；,-主环路工作周期,，,此时，对主环路而言副环路可以简化为一个比例环节。主、副环路本质上解耦，可以分别镇定、分别调试，系统工作稳定，调试方便。反之系统工作不稳定，调试困难。,3.小偏差调节状态,从数学模型分析，电站工艺过程与其它工艺过程相同，必然是个非线性过程。线性仅是在某稳态工作点,X,邻域内的性质。当系统负荷大范围变化时，要使调节过程符合线性化性质，控制系统必需处在小偏差工作状态，这样才能得到正确的模型预测及好的调节品质。,1,1,2,0,MWD,MSP,MSP,调节器,汽,机,调,节,给,水,调,节,燃,料,调,节,通,风,调,节,FG1,FG2,FG3,其它系统,稳态前馈及,小偏差调节方式,给水指令=锅炉输入主指令,四,AGC,及协调控制在,HIACS,系统中的实现方法,A.,协调控制的功能：,-接受中调或操作员指令；,-产生控制系统可以接受的负荷指令；,-平衡汽机和锅炉侧的稳态、动态响应；,-各种运行方式的合理切换；,-参与电网调频的功能；,-加快机组对负荷的响应；,-辅机故障状态下的减负荷控制；,B.HIACS,系统协调控制：,图1：单元主控框图,AGC,装置,DCS,系统,AGC-DCS,之间的信号连接,C.,锅炉动态加速信号（,BIR）,生成回路,目 的：加速锅炉对负荷指令的响应速度；,功 能：变负荷时具有强化微分环节的作 用，稳态负荷下，不发生作用；,指令种类：,-燃料,BIR；,-,通风,BIR；,-,给水,BIR；,-,减温喷水,BIR,等；,BIR,信号的设计思想,BIR,生成程序框图,五.,HIACS5000M,系统的实时性对策,HIACS,控制器（,R600C）,快速性设计：,1。高速并行,I/O,总线结构,高速并行总线结构,速率100,Mbps,并行总线扩展,最多扩展,七个机箱,CPU,模,件,I/O,模,件,总,线,扩,展,板,I/O,模,件,总,线,扩,展,板,CPU,模,件,2。提高,CPU,处理速度,采用,RISC,芯片,主频160,MHz，,相当于一般芯片500,MHz,以上,3。提高软件管理效率：,采用专用高效实时管理软件（,PMS）,处理效率高，实时性好,内存效率高，不产生任何内存垃圾,HISEC-04M/CX/R600C,控制器特征,型 号,R-600C,处理器,32,bit RISC,内存,16,MB,ROM,512,KB,网络连接,-100,时钟,100,MHZ,控制周期,20、50、100、200、,250、500,ms,冗余方式,热运行备份方式,最小设定,间隔,10,ms,望亭14#,CTL,负荷实测结果,NO.,CTL,控制运算周期,(,ms),实测负荷率（,r1）,1,MCS1,200,2,3,4,5,6,7,8,MCS2,100,MCS3,200,100,200,200,100,200,9,100,10,200,11,BMS&MILL1,BMS&MILL2,SCS1,SCS2,SCS3,SCS4,SCS5,DAS,200,12,FSS,200,10.23,10.18,12.32,11.86,10.96,11.45,10.97,6.38,6.20,5.66,5.49,9.86,9.50,5.36,5.18,11.50,10.98,6.12,5.96,5.60,5.44,14.02,13.58,Max(%),平均(%),11.27,华能南京电厂1,CTL,负荷实测结果,NO.,CTL,控制运算周期,(,ms),实测负荷率（,r1）,1,OPC,20,2,3,4,5,6,7,8,BTC,200,通风,A,200,100,200,200,100,100,9,200,10,100,11,BMS,BMS,CCS,给水,辅机1,辅机2,辅机3,DAS,100,12,通风,B,100,28.84,28.06,10.69,10.44,8.52,6.32,6.11,7.52,7.32,7.03,6.83,17.55,17.09,10.15,9.88,5.38,5.13,19.83,19.20,13.28,12.94,18.68,18.53,Max(%),平均(%),8.30,望亭电厂,CTL,内存占用率实测数据,（一）,NO,CTL,功能,内存区,已占用,(%),未用区,(%),逻,辑,区,6,94,1,BTC,通,讯,区,1,99,I/O,区,1,99,逻,辑,区,6,94,2,MCS1,通,讯,区,2,98,I/O,区,2,98,逻,辑,区,4,96,3,MCS2,通,讯,区,1,99,I/O,区,1,99,逻,辑,区,3,97,4,MCS3,通,讯,区,1,99,I/O,区,1,99,逻,辑,区,6,94,5,BMS1,通,讯,区,2,98,I/O,区,1,99,望亭电厂,CTL,内存占用率实测数据,（二）,NO,CTL,功能,内存区,已占用,(%),未用区,(%),逻,辑,区,7,93,BMS2,通,讯,区,1,99,6,I/O,区,1,99,逻,辑,区,6,96,7,SCS1,通,讯,区,2,98,I/O,区,1,99,逻,辑,区,6,94,8,SCS2,通,讯,区,2,98,I/O,区,1,99,逻,辑,区,8,92,9,SCS3,通,讯,区,12,88,I/O,区,1,99,逻,辑,区,4,96,10,DAS,通,讯,区,2,98,I/O,区,3,97,高效、快速传输的机组控制级网络（,-100,Nwtwork,)：,采用国际校准的环形令牌（,Token-Ring）,网络,执行标准的,IEEE802.5,协议,-不用,HUB；,-,不用交换机；,-光纤介质环形连接的物理结构；,双重化,IEEE802.5,网络接口卡,-双重化光/电转换接口；,-双重化处理电路；,-独立的网络处理器，与,CPU,处理器并行总线连,接，实现了快速数据交换；,采用光纤令牌协议的,-100,Nwtwork,，,传输处理的效率高，实时性好，可靠性及传输数据的稳定性能好，使得不同控制子系统之间的协调信息加快，协调周期缩短，有利于超临界、直流炉的快速控制。,控制级通讯网络可靠性措施,-,CRC,校验,-应答校验,-网间冗余、备份,-,Loop Back,功能,-100,Nwtwork,网络技术特性附后。,典型的控制级通讯网络特性(,-Network 100),速 率：100,M bps,规 约：,IEEE 802.5（,环形令牌网）,介 质：光纤（,GI50/125m）,挂 站 数：255,站 间 距 离：,Max 2KM,总 长：,Max 100KM,通 讯 方 式：1：,N，1：1,均可,网 络 结 构：双重化环形网,通 信 内 存：,Max 256KB,