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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章分散,控制系统,（,DCS,）,第2章单元机组协调控制系统,（,CCS,）,第3章顺序,控制系统,（,SCS,）,第4章锅炉炉膛安全监控系统,（,FSSS,）,第5章汽轮机数字电液,控制系统,（,DEH,）,第6章锅炉给水泵汽轮机控制系统,（,MEH,）,第7章汽轮机监测系统,（,TSI,),第8章紧急跳闸系统,(,ETS,),大型机组自动控制系统,1,第1章分散控制系统（DCS）,1.1、DCS概述,1.2、DCS的构成原理,1.3、DCS的特点,2,1.1、DCS概述,DCS,的概念,利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、,管理和分散控制的一种新型控制系统。是高度发,展的 四“c”技术,即计算机一Computer、通信,Communication 控制Control和CRT(阴极射 线管,Cothode ray tube)显示技术,相结合的产物,。这种,新型系统采用单元组合组装方式 (积木式)，为综,合自动化创造成了有利条件。,3,常规仪表 控制系统,集中计算机控制系统,计算机分散控制系统,很多很长的监控仪表盘、台和多人监控，难实现复杂的控制任务,，,难保证机组安全经济运行。,危险集中；处理信息多，负荷重，实时性差,。,危险分散；功能齐全；使用灵活,。,DCS,的发展,1.1、DCS概述,4,1.1、DCS概述,DCS,产品简介,序号,系统名,公司,国家,1,INFI-90,Baily,美国,2,WDPF,Westinghouse,美国,3,MOD-300,ABB,瑞士,4,MAX-1000,Leed&Northrup,美国,5,TELEPERM-XP,Siemens,德国,6,I/A Series,Foxboro,美国,7,HIACS5000M,日立,日本,5,分散控制系统,(,如图,),控制管理级,过程控制级,数据通信系统,1.2 分散控制系统的构成,6,数据通信系统,过程控制级,控制管理级,分散控制系统基本结构,通信接口,操作控制站,通信接口,工程师站,通信接口,管理计算机,通信接口,通信接口,通信接口,通信接口,现场控制站,现场控制站,数据采集站,外部系统,生 产 过 程,通信接口总线,7,宽带,控制处理机,节点总线,站,站,AP,信息网络接口,FBM,FBM,开放信息服务器,现场总线,IF,载波带,（64）,IF,（64）,IF,服务器,PC,PC,以太网接口,过程控制级,I/A SERIES 系统网络结构简图,（64）,8,过程控制级,（,PCU,）,过程控制级,：是指直接与生产过程相连接，承担信号的输入，,运算处理、控制量输出的设备。,种类,：闭环控制站构成直接数字控制系统,数据采集站承担数据采集功能,现场控制站的组成,：其中至少要有一个以,cpu,为核心的控制器,模件，通过内部总线与其它过程接口模,件以及通信接口模件构成一个整体。,9,组态调整,输入通道,输出通道,CPU,存储器,通信接口,端 子 板,生 产 过 程,内部总线,通信网络,现场控制站基本结构,10,控制管理级,控制管理级：,用以实现系统的集中显示，操作与,管理。,构成控制管理级的主要设备：,包括有操作控制站、工程师站和通信设备等，,必要时还可,以设置用于系统管理和计算的管理计算机(上位机),操作控制站：,由一台功能较强的主机、,CRT,显示器、键盘、打印 机、拷贝机等设备组成。（,如图,）,工程师站：,具有操作控制站的,部分功能，主要用于对控制系统进行组态，参数调整和系统维护等任务。,11,CRT显示板,键盘,CRT,打印机,硬盘,软盘,内部总线,CPU板,内存板,通信板,通信总线,操作控制站结构框图,12,数据通信系统,数据通信系统,：是把过程控制级与控制管理级连在一起的桥梁，同时也是分散控制系统的中枢神经。,数据通信的传输介质,：是一条采用双绞线或同轴电缆构成的高速通信线路，也称为数据高速公路(,DHW)。,常用的网络结构,：有星形、环形和总线形三种，除此之外还有树形结构、网形结构以及三种基本结构为基础的复合,形结构,。,13,1、网络结构,星形网络结构,主站,从站,从站,从站,从站,14,结构功能,：,在网络中的各站有主、从之分。任何两个站之间的通信都必须通过主站。主站集中来自各从站的信息，按照一定的通信控制策略，把信息转发给相应的个站。,特点,：,星型网络结构属于中型网络。,主从站之间的链路是专用的，传输效率较高。,从站设备比较简单，可靠性较低，如果主站出现故障，,将影响整个网络的通信。,应用：,美国,L&N,公司的,MAX-1000,系统,15,总线形网络结构,站,站,站,站,通信总线,16,结构功能,：,是以一条开环的无源通信电缆作为数据高速公路。所有的站都通过相应的硬件接口挂到总线上。各站的功能可以有主从之分，也可以不分主从站。,特点,：,网络结构简单，易于扩展，可靠性高，某个站的故障 不致影响其它站的工作（无主站方式）。,易于通信线路冗余。,安装费用较低。,应用,：,西屋公司的,WDPF,系统、,Honeywell,公司的,TDC-3000,等。,17,环路网络结构,工程师站,操作员控制站,PCU,PCU,PCU,环路网络,18,结构功能,：,各个站都通过各自的接口电路挂到一个首尾相连的环形总线上。各个站平等地行使通信控制权。信息在网上的传递总是从始发站出发，经过诸站，直至回到始发站。网上的每个站都要承担信息的接收、放大、再传送的任务，当出现故障，能自动旁路信息，而不影响信息的传递。,特点：,硬软件相对复杂,便于实现高可靠性的通信，易于设置冗于的通信线路，但扩展性能不如总线方便。,应用：,Bailey,公司的,INFI-90,系统,19,2、数据传输控制技术,查询式,适用于具有主站的网络结构,所有通信在主站统一指挥下进行，各结点之间没有冲突,20,广播式,适用于总线型和环形网络结构,自由竞争式：竞争发送、载体监听、冲突后退、再试重,发（总线）,通行标记式：即令牌式，（环形）,时间分槽式：（,WDPF）,21,存储转发式,是一种允许网上所有站都能同时发送和接收信息的方式。,适合于环形网络结构,22,1、硬件积木化,2、系统分散化（功能）,3、软件模块化,4、系统功能综合化（可构成各种控制系统）,5、高可靠性,结构可靠、元器件可靠、部件级可靠、冗余技术。,6、维护使用方便,自检功能,1.3 分散控制系统的特点,23,第二章：单元机组协调控制系统(ccs),COORDINATION CONTROL SYSTEM,2.1 概述,一、CCS的概念,二、CCS的基本结构,三、CCS的特点,2.2 CCS的负荷主控系统,2.3 基础控制系统,24,基本概念,：通过控制回路协调锅炉和汽机的工作状态，同,时给锅炉和汽机调节系统发出指令，以达到快速响应负,荷变化的需求，尽最大可能发挥机组的调频、调峰能力又,稳定运行参数两方面的要求。,基本结构,：两级递阶控制结构=上位的协调控制级+下,位的基本控制级,一、CCS的概念,2.1,概述,25,二、CCS的基本结构（如图）,26,上位控制级,作用：CCS的上位控制级，也称为单元机组主控系统，是整个系统的核心部分。用于产生指挥机、炉各局部控制子系统动作的锅炉主控制指令（N,B,）和汽轮机主控制指令（N,T,）。,组成：负荷指令管理中心、机炉主控制器,27,负荷指令管理中心,在不同的协调控制系统中，负荷指令管理中心的结构和具体处理方式有一定的差异。然而其基本出发点是考虑对机组输出功率要求和机组实际能力两方面的因素，而且两者之间取其小值。同时又要考虑到对负荷变化速率的限制。还可能存在一些原因不明确的因素影响到机组的输出功率，这些因素可以间接地通过燃烧率偏差等参数反映出来。最后还要限定其最小和最大负荷的范围，最终形成机组的实际负荷指令,(,实际输出功率给定值),28,机、炉主控制器,机、炉主控制器接受负荷管理中心给出的实际负荷指,令,N。,并根据机组的情况和运行要求，选用合理的负荷控,制方式(如手动方式、炉跟机方式、机跟炉方式、以炉跟,机为基础的协调控制方式、以机跟炉为基础的协调控制方,式等)，产生对锅炉的负荷指令(,N,B,),和对汽轮机的负荷指令,(,N,T,)，,送至锅炉和汽机局部控制回路执行。,29,下位控制级,也称为局部控制子系统，是整个单元机组协调控制系统的基础，主要作用是执行主控制系统的指令，完成指令的局部控制任务。,包括以下相关控制系统：,锅炉负荷（燃烧）控制系统,燃料控制,磨煤机控制,风量控制,给水控制系统,蒸汽温度控制系统：过热汽温控制、再热汽温控制,30,其它控制系统（辅助控制系统）,空预器冷端温度控制系统,被调量：空预器冷端的烟气温度和它进口冷风温 度测量值的平均值；,调节手段：调节送风机进口热风再循环挡板,除氧器水位控制系统,被调量：除氧器水位（给水流量、凝结水流量）,调节手段：凝结水流量控制阀,除氧器压力控制系统,被调量：除氧器压力,调节手段：辅助蒸汽流量控制阀,31,凝汽器水位控制系统,辅助蒸汽控制系统,汽机辅助控制系统,润滑油温度控制系统、汽机（,EHC）,油温度控制等,32,三、单元机组协调控制系统的特点,系统结构先进。,采用了递阶控制结构，在局部控制级的基础上引入了机炉协调级。把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制。机炉协调控制器是一个多变量控制器，控制器设汁主要采用了前馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，并充分地利用了机炉动态特性方面的特点，克服系统内部耦合和非线性特性，获得优良的控制品质。同时，又保留了控制器结构简单易于工程实现和参数整定，便于操作，维护等优点。并能直接接收电网自动调度系统指令，为实现电网级自动调度和协调控制奠定了基础。,33,系统功能完善。,除了在正常工况下的连续调节功能之外，系统还设汁有一整套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑，局部故障处理逻辑，运行方式切换逻辑，以及显示报警、监督管理等功能。系统可根据实际需要和设备状况，选择不同的运行方式，比如机跟炉、炉跟机、机炉协调方式；定压运行或滑压运行方式；固定功率输出或可调功率方式；调频或非调频方式等。适应不同运行工况对控制功能的要求。,34,系统可靠性高,通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如，当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实际功率指令的幅值和变化速率进行改变，并通过相应的联锁保护，报警显示等措施保证机组在安全范围内运行，并维持最佳的工况。,35,2.2 CCS主控系统,组成：,负荷指令管理系统,机炉主控制器,作用：,产生指挥机、炉各局部控制子系统动作的锅炉主控,制指令（N,B,）和汽轮机主控制指令（N,T,）。,36,37,一、负荷指令管理系统,主要功能,：根据电网调度中心的要求负荷指令或,运行人员改变负荷指令、电网调频指令以及机组主,辅机运行情况处理成适当的适合于机组运行状态的,单元机组负荷指令,ULD(unit load demand),或实,际负荷指令,ALD(actual load demand)。,如图所示,38,39,具体功能,正常情况下，由,ADS,或运行人员变动负荷，并经速率限制、最大最小负荷限制回路运算后产生机组负荷指令,ULD；,变负荷速率限制的手动设定；,正常情况下参与电网调频（,f,校正）；,机组最大/最小负荷手动设定；,负荷返回（,RB），,快速负荷切断（,FCB)、,迫升/迫降（,RU/RD），,以及主燃料跳闸（,MFT）,时，机组负荷指令跟踪锅炉实际负荷指令；,机组负荷指令,ULD,的增/减闭锁（,BI/BD）,40,构成：,负荷指令运算回路和负荷指令限制回路,负荷指令运算回路,作用,根据负荷控制的要求选择目标负荷指令的形成方式；,考虑到汽机等主要设备的热应力变化的要求和机组负荷的,跟踪能力，对目标负荷指令信号进行适当的变化率限制；,对机组参加电网调频所需负荷指令信号的幅值及调频范围,作出规定。,41,方案（如图）,42,通过切换器,T,1,可以选择电网中心调度所的,ADS,指令或机组就地设定的负荷指令（由信号发生器,A,产生），所选中的目标负荷指令经变化率限制器送至加法器。,变化率限制值可以手动设定，或由汽轮机热应力信号自动设定，也可由其它对目标负荷指令的变化有充分要求的因素设定，当目标负荷指令的变化率小于设定值时，变化率限制器不起作用，只有当变化率大于设定值时才对它实行限制，使之等于设定值。,函数发生器,f(x),用来规定调频范围和调频特性，其特性相当于失灵区和限幅环节特性的结合。函数发生器的斜率代表了电网对本机组调频的负荷分配比例，此比例应与汽机控制系统的静态特性对应，即等于汽机的转速变动率的倒数。当不需要调频时可由,T,2,切除调频信号。,43,负荷限制回路,主要作用,：,对机组的主机、主要辅机和设备的运行状况进行监视，一旦发生故障而影响机组的负荷，或危及机组的安全运行时，就要对机组的负荷要求指令进行必要的处理与限制，以保证机组能够继续安全、稳定地运行。,故障因素,：1、跳闸或切除（直接确定）,2、工作异常（间接确定）,组成（功能）,：1、最大/最小负荷限制回路,2、负荷返回回路（RUN BACK）,3、快速负荷切断回路（FAST CUT BACK）,4、负荷闭锁增/减回路（BLOCK I/D）,5、负荷迫升/迫降回路（RUN UP/DOWN）,44,最大/最小负荷限制回路,该回路的主要作用是保证机组的实际负荷指令不,超越机组的最大最小允许负荷值。,最大和最小允许负荷值可由手动设定，但是最大,允许负荷设定值必须受机组最大可能出力值的限制。,45,如图，图中双向限制幅器的输入N,S,为要求负荷指令，输出N,0,为实际负荷指令两者的关系为,当NsNmax时 N,0,=Nmax,当N s实际参数)和最大的负偏差(指令实际参数)信号，然后由高限和低限监控器分别对偏差进行监视，由此组成偏差监视回路。,正常情况下跟踪保持器FH置跟踪状态，其输出跟踪输入变化。切换器T1、T2的ac端通，闭锁增/减回路不起作用。异常情况下，例如，正偏差达到高限制监控器定值时，高限监控器动作，使跟踪保持器（FH)置保持状态。此时，其输出保持在动作前瞬时的输入值，同时使切换器T1的bc端接通，将动作前瞬时的实际负荷指令No作为限幅器的高限，从而闭锁了负荷指令的增加，而负荷指令的减小仍是允许的，即,只减不增,。同样，当负荷偏差达到低限监控定值时，低限监控器动作，使跟踪保持器(FH)置保持状态，同时使切换器T,2,的bc端接通，从而闭锁了负荷指令的减小，使之,只增不减,。,58,负荷迫升迫降回路（,RU/RD）,对于第二类故障，除采取负荷闭锁增减措施外，通常还进一步采取迫升追降措施。,本回路的主要作用是对有关参数的偏差大小和方向进行监视。如果他们超越限值，且相应的控制器输出已达到极限位置，不再有调节余地，则回路根据偏差的方向，对实际负荷指令实迫升或迫降，以使偏差回到允许限值范围内，从而达到缩小故障危害的目的。,如果说负荷闭锁增减是“消极防守”性措施，那么负荷迫升迫降则是“积极进攻”性措施。从偏差允许限值范围看，一般，前者为第一道防线；后者为第二道防线。,59,通常情况下，下列情况之一发生，则产生对实际负荷指令的迫降：,(1)送风机调节挡板已达最大极限位置，同时，送引风量小于送风量控制指令并达到了规定的偏差允许值；,(2)给煤机转速已达最大极限转速，同时，实际燃料量小于燃料量控制指令并达到了规定的偏差允许值；,(3)给水泵转速已达最大极限转速，同时，实际给水量小于给水量控制指令并达到了规定的偏差允许值。,产生负荷指令迫升的条件与迫降的条件相反。,60,图所示为一种负荷迫升迫降功能可能实现的方案,61,对偏差信号的监视部分与前述负荷闭锁增减回路相似，只是把高、低限监控器的定值范围取得更大些。,正常情况下，T3和T4的ac端通，自动手动(AM)器置工作状态，即输出等于输入。积分器置跟踪状态，其输出跟踪实际负荷指令N,0,，这时负荷迫升追降回路不起作用。,异常情况下，即偏差超越了限值，例如正偏差超越高限监控器定值时，高限监控器动作，使积分器置工作状态，自动手动器置跟踪状态，其输出跟踪实际负荷指令N,0,。与此同时，切换器T3和T4的b-c端通，积分器接的偏置信号为负值，于是积分器输出以动作瞬时的N,0,值为起点而下降，通过T4的bc端，实际负荷指令N,0,下降，直至偏差回到限值范围内。监控器重新置积分器为跟踪状态，自动/手动器为工作状态，T3和T4的ac端通，由于自动/手动器输出原先跟踪N0，故恢复正常时不会造成切换扰动。,62,同样，当负偏差超越限值时，低限监控器动作，使积分器置工作状态，自动手动器置跟踪状态，T3的dc端通，T4的bc端通，积分器接受的偏差信号为正值，其输出以动作前瞬时的N,0,为起点上升。此时经T4的bc端，实际负荷指令上升，直至偏差回到允许限值范围内，才恢复原先正常值。,负荷指令限制回路的输出N,0,就是机组的实际负荷指令，它作为机炉协调控制系统的功率给定值。,63,负荷指令的跟踪,CCS,的主控系统设计了多种负荷控制方式，在各种控制方式进行切换时就需要考虑有完善的自动跟踪功能，以实现无扰动切换。,当机组功率处于手控方式时，机组目标负荷跟踪实际发电功率，跟踪通过相应的切换开关来实现。,64,二、机炉主控制器,单元机组中输出电功率N,E,被视作机组外部参数，反映了机组对外能量的输出量。对它的基本要求是迅速适应负荷变化的需要。汽轮机进出口汽压P,T,(也是锅炉出口汽压)被视作机组的内部参数，反映了机、炉之间用汽和产汽的能量平衡与否，以及机组蓄能的大小，它是机炉运行是否协调的一个主要指示。对它的基本要求是在机组负荷不变时保持为给定值；在机组负荷变动时允许在给定值附近规定的范围内变化。,负荷控制的基本原则及方案,65,根据被控制对象动态特性的分析，从燃烧率(及相应的给水流量)改变到引起机组输出电功率变化的过程有较大的惯性和迟延。如果只是依靠锅炉侧的调节，必然不能获得迅速的负荷响应。汽轮机调门动作可使机组释放部分蓄能，输出电功率暂时有较迅速地增加。因此，为了提高负荷响应性能,可在保证机组安全运行(即汽压在允许范围内变化)的前提下,充分利用机组的蓄热能力,也就是在负荷变动时,通过汽轮机调门的适当动作,允许汽压有一定的波动而释放或吸收部分蓄能,加快机组初期负荷的响应速度。与此同时，加强对锅炉侧燃烧率(及相当的给水流量)的调节,及时恢复蓄能,使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致的基本原则，也就是机炉协调控制的原则。,66,大多数负荷控制的基本方案是一个以前馈反馈控制为主的多变量协调控制方案。其中，反馈控制是负荷控制的基础，通过它来确保机组内外两个能量供求平衡关系，以及实现各种负荷控制方式的选择切换。前馈控制主要是为了补偿机组的动态迟延，加快负荷响应，同时也为了保证有关运行参数和稳态值与指令一致，以及动态变化始终在其稳态值附近。一般，负荷控制系统中还包含非线性的控制元件,其作用大多为保证充分利用蓄热能力，并使汽压不超出允许范围。,67,负荷控制方式,机炉负荷控制部分通常能够实现多种负荷控制方式，以适应不同运行条件及要求。,单元机组负荷自动调节方式：,有定压运行和滑压运行两种,定压运行,：,是维持汽轮机前主蒸汽压力稳定，它有三种方式：炉跟机方式、机跟炉方式、机炉协调方式。,滑压运行,：将汽轮机进汽阀维持在一个较大的开度或全开上，使主汽压力随负荷而变化，而主蒸汽 温度不变。适用于带基本负荷的机组。,68,定压运行,炉跟机方式,汽机调节机组的输出功率，锅炉调节汽压。,这种方式能适应负荷，充分利用锅炉蓄热，但汽压变动很大。在单元机组中，当锅炉设备运行正常，机组的输出功率因汽机设备上的原因而受到限制时，可采用该方式。,69,机跟炉方式,汽压变化很小，但没有利用锅炉的蓄热，适应负荷能力较差。适用于承担基本负荷的单元机组，此外，当汽机侧设备运行正常，而机组的输出功率因锅炉设备上的原因而受到限制时，也采用该方式。,由锅炉调节负荷，而由汽机调节汽压。,70,机炉协调方式,以锅炉为基础,由汽机控制输出功率，汽机配合锅炉控制汽压,降低电功率响应性能来提高汽压控制质量。,71,以汽机为基础,汽机控制汽压，汽机配合锅炉控制输出功率。,加大汽压波动来提高功率响应性能。,72,综合型,锅炉和汽机共同控制输出功率和汽压。,负荷响应性能好，汽压波动小，充分利用锅炉的蓄热。,73,控制方式的切换（如图及表）,负荷控制方式,A/M,切换器状态,锅,汽,1,2,3,4,分别控制,基础,M,M,炉跟机 不带功率,A,M,1,0,机跟炉 不带功率,M,A,1,0,炉跟机 带功率,A,A,1,0,0,1,机跟炉 带功率,A,A,0,1,1,0,协调控制,炉跟随,A,A,1,0,1,1,机跟随,A,A,0,1,1,1,综合型,A,A,1,1,1,1,负荷控制方式的实现,控制方式原则性方案,74,滑,压,运行,目前，采用滑压运行大型单元机组越来越多单元,机组采用定压运行或滑压运行时的负荷协调控制方案是,有所区别的,但协调控制的基本原则是相同的。,单元机组滑压运行通常是在一定负荷范围内进行的，,在较低负荷和较高负荷时作定压运行。汽轮机前汽压P,T,和汽轮机开度,T,与负荷之间的静态关系(滑压曲线)如图,所示,75,当NN1作定压运行,汽压给定值P,0,为Pmin，通过汽轮机调门开度改变负荷；,当N,1,NN,2,时，作滑压运行，汽压的给定值P,0,为负荷N的函数，汽轮机调门开度,T,保持为给定值,To,，汽轮机负荷的增减依靠控制汽压的增减来实现。,当NN2时，作定压运行，汽压给定值为其额定值P,，负荷的改变由汽轮机调门开度变化实现。,76,在负荷控制系统结构上，滑压与定压运行的区别仅在于汽压给定值的性质不同，后者为常数，前者为负荷的函数。此外，滑压运行要求稳态时汽轮机调门保持一定开度。因此，采用滑压运行时，除了应增设汽压给定值形成回路和调门开度控制回路，以实现给定的滑压运行曲线以外，负荷协调控制方案的其余部分都适用。,图为一台300MW单元机组滑运行时的负荷协调控制方案，其滑压曲线与图（P-N曲线图）相同。额定汽压P,0,18.3mPa，在2691额定负荷范围内作滑压运行。,77,78,该方案为典型的以锅炉跟随为基础的协调控制方案。N。经比例与惯性环节串联回路形成汽压给定值信号。比例系数K为滑压阶段P-N特性曲线的斜率；惯性环节使No变化时，Po不致突变；Ps为叠加了汽轮机调门开度校正值后的汽压给定值信号，Ps经高、低值选择器后，使NNs时，P,0,=P，从而形成负荷0100范围内汽压给定值静态曲线。,汽轮机调门开度控制器（PI)保证滑压阶段调门开度在稳态时等于给定值，即,T,=,T0,。因为,TO,=91%，所以在滑压阶段当需要改变负荷时，调门在开关两个方向都有余地，负荷变化的动态过程中可以暂时改变汽轮机调门开度，利用蓄热能力使机组负荷迅速响应。稳态时，汽轮机调门保持在91开度，减小了蒸汽的节流损失，解决了机组效率与负荷响应速度之间的矛盾。汽轮机调门开度控制器的输出作为汽压给定值的修正信号。,79,负荷指令N。经PD作用，对锅炉形成前馈控制，以使燃烧率(及相应的给水流量)与指令一致，及时补偿锅炉的动态迟延和惯性。N。还直接作用到汽轮机主控指令端，构成比例前馈控制。,锅炉侧反馈控制是对汽压P,T,的PID控制，汽轮机侧反馈控制是对电功率的PI控制。汽压偏差经非线环节引入汽轮机侧，当汽压偏差在失灵区时，通过失灵区非线性环节的汽的汽压偏差信号相当于开路，系统为锅炉跟随方式；当汽压偏差超出失灵区时，相当于暂时改变功率给定值，以限制汽轮机调门开度的变化，使汽压偏差不超出允许范围。,需要指出，当该机组负荷低于55时，锅炉侧控制器PID切除，锅炉主控指令(燃烧率）由手动操作给定，同时由汽轮机旁路控制系统来保持汽压等于给定值。,80,机,炉主,控制器的基本结构,81,方式手动控制方式,手动控制是指机组负荷完全由运行人员手动控制，即汽机进汽量、锅炉燃料量和空气量控制都为手动操作的运行控制方式。这时燃料量和空气量的操作可通过相应的MA操作站进行，而锅炉的给水量和炉膛负压控制可以是自动也可以是手动。,82,当锅炉燃烧控制系统为手动方式时，锅炉主控制器的输出指令BM自动跟踪总燃料量，而负荷指令处理回路的输出指令UD则跟踪机组实际输出功率N。，为机组投入自动控制系统方式作准备。对于汽机主控制器，当汽机DEH控制处于“遥控”自动方式时，汽机主控器输出指令TM可由操作员手动改变；当DEH控制处于“本地”方式时，汽机主控制器输出指令TM就自动跟踪汽机参考负荷信号(汽机机械功率信号P，)，这时操作员将不能通过汽机主控制器操作汽机调门阀位。,手动控制方式主要用于机组启动初期。当然，运行人员根据需要，也可以在任何时候把负荷控制切换到手动方式。,83,方式锅炉跟随方式,84,锅炉跟随方式是由汽机侧控制系统调节机组输出功率，锅炉侧调节汽压的负荷控制方式。在此方式中，根据汽机主控制器是处于手动还是自动而区分为BFl方式和BF2方式(图)，前者为机组输出功率不可(自动)控制方式，后者为机组输出功率可控方式。,在BFl方式中，汽机主控制器手动，但汽机调门的DEH控制处于“遥控”位置。当要求机组负荷改变时，可由操作员手动改变汽机主控器的输出指令TM，使汽机调门开度随之变化。由于调门开度的变化，汽机入口汽压也偏离设定值，使锅炉压力调节器的输出改变，从而由锅炉燃烧控制系统改变燃烧率，使汽压恢复到设定值。,85,在BF2方式中，汽机主控制器置“自动”位，其输出指令。TM等于机组负荷指令LJD。当操作员在CRT操作站改变机组的目标负荷时，机组实际负荷指令IJD变化，通过汽机负荷调节系统使机组功率符合于目标负荷；而锅炉侧在变参数压力调节器的控制下，通过锅炉燃烧调节系统，使燃烧率改变，最终调整主汽压力稳定在定值上。,锅炉侧采用了变参数(增益)PI调节器，可以使汽压调节器的输出控制作用随波调参数(汽压)的偏差大小而变化。即当调节过程中主汽压偏差kP增大时，调节器的比例控制作用(增益G)随之增加，而积分控制作用(Ti)减弱直至取消，以此来获得使锅炉侧具有良好稳定性条件下的快速汽压控制性能。,86,BFl负荷控制方式主要用于锅炉运行正常，但汽机部分设备工作异常而使机组输出功率受到限制的工况中。这时，机组的功率决定于汽机所能承担的负荷，而不接受任何外来的负荷要求指令。采取这种方式时，锅炉必定投入自动可以维持主汽压力在允许范围内变化。,BF2负荷控制方式可以用于机组带变动负荷时的正常运行工况，但此时机组仅接受由运行人员手动给出的负荷指令(可调)。当采用该方式时，锅炉和汽机各自的子控制系统均应投入“自动”方式。,87,方式汽机跟随方式,88,汽机跟随方式是由锅炉侧控制系统调节机组输出功率，汽机侧控制汽压的负荷控制方式。在此方式中，根据锅炉主控制器是处于手动还是自动而区分为TFl方式和TF2方式(图213)。前者为机组输出功率不可(自动)控制方式，后者则是机组输出功率可控制方式。,在TF1方式中，锅炉主控制器置“手动”位，但锅炉侧的燃烧调节系统(燃料、送风)为自动方式。当要求机组负荷改变时，可由操作员手动改变锅主控器的输出指令BM，使燃烧率随之变化。由于燃烧率的改变后，使主蒸汽压力PT也发生变化，从而使汽机侧压力调节器的输出改变，去控制汽机调门动作，进入汽机的蒸汽流量改变而使机组输出电功率变化，最终主蒸汽压力也恢复到设定值。,89,TFl负荷控制方式主要用于汽机运行正常，但锅炉部分设备工作异常而使调节受到限制，或发生RB时，机组输出功率受到限制，为保证机组安全运行可采用本方式。此时，机组输出功率决定于锅炉所能承担的最大负荷，而不接受外来的负荷要求指令。在采取这种方式时，汽机侧控制系统必定投入自动方式，以维持主汽压力在允许范围内变化。而锅炉侧燃烧调节系统是否投入自动，取决于发生故障的设备种类和台数。,TF2负荷控制方式则适用于机组带固定负荷时的正常运行工况，此时锅炉和汽机各自的子控制系统均投入自动方式。在该方式运行时，机组仅接受由运行人员手动给定的负荷指令。机组采用该方式运行的主要目的在于能很好地稳定住主汽压力。,90,方式以锅炉跟随为基础的协调方式(CCBF),91,在锅炉跟随方式中，由于锅炉侧对汽压控制的迟延而跟不上汽机侧因调节功率而对汽压产生的扰动作用，因此单靠锅炉调汽压通常达不到较好的性能。为此将汽压偏差引入汽机侧控制系统，让汽机侧在控制功率的同时，适当配合锅炉共同控制汽压，以改善汽压控制质量，这就构成了以锅炉跟随为基础的负荷协调控制方式(图)。,当机组负荷指令UD(No)变化时，首先由汽机侧的功率调节器的输出变化而引起汽机调门动作，使机组功率迅速响应目标负荷的变化。调门动作同时导致主汽压P，变化，立即使锅炉侧汽压调节器去改变燃烧率。为了克服锅炉对汽压控制的惯性迟延，锅炉侧主控制器采用了变增益汽压控制器，使燃烧率的控制强度随汽压偏差kP的增大而加强，并削弱或取消积分控制作用，以此来加快锅炉的蓄热补偿，使主汽压较快地恢复到设定值。,92,除此之外，当汽压偏差出现03MPa的情况时，本方案采取了对汽机主控器指令进行闭锁控制，从而限制汽机调门的进一步变化来防止过度利用蓄能而使汽压PT的静态波动太大，这样汽机主控器不仅起到了对负荷指令变化的初期快速响应性能，同时起到了协助锅炉较快地控制好汽压，有利于机组运行的稳定性。,93,方式V以汽机跟随为基础的协调方式(CCTF),在汽机跟随方式中，由于汽机对象的快速响应特性，因此汽机侧控制系统能将汽压保持很好。而锅炉对象的大延迟特性使机组对负荷指令No的响应很慢。为了加快机组负荷响应性能，本方案在汽机跟随方式的基础上一方面采取了负荷指令的前馈控制，另一方面采用了变增益PI控制器,作为锅炉侧主控制器的控制策略，这二个措施都起着加快、加强锅炉燃烧率的作用，从而达到了较明显改善机组负荷响应性能的效果(图),94,95,控制方式的切换,几种负荷控制方式的实现完全取决于机、炉主控制器中的切换开关T,1,、T,2,、BMP,1,、BMP,2,所处的位置，以及机、炉主控操作站所处的“手动”或“自动”的状态。图表示了这些设备所处位置的逻辑条件。,96,2.3 基础控制系统,给水调节系统,过热汽温调节系统,燃烧过程调节系统,97,一、给水调节系统,给水调节的任务：是使给水量适应于锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内。,给水调节对象的动态特性,主要扰动：蒸发量,D、,给水量,W,给水量,W,扰动下水位变化的动态特性,水位调节对象没有自平衡能力，存在着一定的迟延。,蒸汽流量扰动下水位变化的动态特性,水位调节对象会出现“虚假水位现象”,98,w,w,0,0,0,0,0,t,0,t,t,t,t,w,H,1,H,2,H,H,D,D,D,0,H,H,0,H,0,H,1,H,H,2,t,0,t,0,t,0,给水量扰动下，水位的阶跃响应曲线,蒸汽量扰动下，水位的阶跃响应曲线,99,三冲量给水调节系统,D,W,P,D,P,H,P,W,给水阀,水,位,差,压,调节器,PI,过热器,节流,装置,节流,装置,省,煤,器,H,-,+,+,100,三冲量给水调节系统,：该系统的调节器根据汽包水位H、蒸汽流量D和给水流量W三个信号去调节给水流量。,三个信号的作用：,水位H,：水位H是主信号，维持汽包水位为给定值。,蒸汽流量D,：是水位调节的补偿信号，有效地克服“虚假水位”的 响，减小了给水流量的波动幅度，使调节过变得比较平稳。,给水流量W,：是一个局部反馈信号。克服内扰，维持给水量不变，从而使汽包水位基本上不受影响。,由此可见,：三冲量给水自动调节系统利用蒸汽流量信号来克服“虚假水位”现象，又利用给水量信号来消除给水流量的自发 性变化因而能有效地控制水位的变化。,101,大型控制系统的给水调节系统,全程调节系统,：对机组进行全过程调节的系统（包括机组的启停）包括两套系统：单冲量给水调节系统、三冲量给水调节系统,如何运用,：在锅炉启停过程中或在低负荷运行工况下，投单冲量给水调节系统当机组正常运行时，投三冲量给水调节系统。（无扰动切换）,102,二、过热汽温调节系统,过热汽温的调节任务,过热汽温自动调节的任务是维持过热器出口汽温在允许范围内，并且保护过热器使管壁温度不超过允许的工作温度。,T,C,t,过热汽温调节对象的阶跃响应曲线,过热汽温调节对象的动态特性,主要扰动：蒸汽流量、烟气传热量和减温水量,动态特性：有迟延、惯性和自平衡能力的,103,对于一般高中压锅炉：当减温水扰动时汽温反应的迟延时间 3060S，时间常数T=100S；当烟气侧扰动时(即改变烟气传热量)，汽温 反应较快，1020S，T=100S。,过热汽温调节系统,调节手段：喷水减温,具有超前信号的汽温调节系统原理：把减温器后的汽温,1,作为导前信号。当,1,发生变化时，调节结构就改变喷水量，如果,1,升高则喷水量增加，反之喷水量减少。如果,1,能比过热汽温,2,提前反映扰动，显然可以减少,2,的动态偏差。调节结束后过热汽温恢复到给定值。,104,具有超前微分信号的双冲量汽温调节系统,汽温串级调节系统,105,再热汽温自动调节系统,再热蒸汽温度一般用烟气作为主要调节手段（采用改变烟气再循环量、烟气旁路量或燃烧器的倾斜角度等）。而喷水减温则在汽温超过某一规定的限值时才参加调节或作为超温事故的保护手段。,106,三、燃烧过程自动调节系统,燃烧过程的调节任务,锅炉燃烧过程调节的基本任务是使燃烧所提供的热量适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和安全运行。,具体有下述三个任务：,维持汽压恒定,保证燃烧的经济性,维持炉膛负压不变,107,燃烧过程调节对象的动态特性,主要扰动：燃烧率扰动和负荷扰动,108,燃烧率扰动时汽压变化的动态特性,B,D,q,P,t,t,t,t,t,t,0,0,0,0,0,0,B,D,q,P,1,P,2,=P,1,1,2,t,0,t,0,B,D,q,D,q,p,m,p,m,P,b,P,b,P,1,P,2,P,1,(a),(b),109,为用汽量,Dq,不变（,q,相应地进行调整)汽压变化的阶跃反应曲线。由图中可看出，汽压变化一开始有迟延，最后直线上升。这说明燃烧率阶跃扰动后，炉膛多产生的热量全部用来提高汽压。由于用汽量不变，所以,P,P,b,P,m,保持不变，即,P,1,=P,2,。,此时，汽压调节对象没有自平衡能力。,为用汽量,Dq,变化(,q,开度不变)时,，汽压变化的阶跃响应曲线。由于汽压升高后，而汽轮机进汽阀开度不变，则蒸汽流量也相应地增加，自发地限制汽压的增加，因此锅炉汽压就成为一个有自平衡能力的调节对象，而汽包压力,Pb,与出口汽压,Pm,之差,p,也随着增加.,110,负荷扰动时汽压变化的动态特性,q,(D,q),q,D,q,D,q,(D),P,P,b,P,m,P,1,P,m,P,2,=P,1,D,q,D,q,P,1,P,m,P,2,=P,1,+,P,m,P,P,b,P,m,t,t,t,t,（a),q,阶跃变化,(b)用汽量D,q,阶跃变化,111,q,阶跃变化,当,Pq,突然开大,q,时，汽轮机的进汽量,D,q,立即成比例增加,Dq,。,导致锅炉出口汽压,Pm,立即下降(,Pm)。Pm,的下降使,P,b,Pm,增大，锅炉输出的蒸汽流量,D,相应增加，直至与,Dq,平衡，从而阻止了,Pm,的进一步下降。此后，由于锅炉的燃烧率未变而蒸汽流量却增大了，汽包压力,Pb,开始缓慢下降，使蒸汽流量,D,相应减少，并导致,Pm,缓慢下降。随着,P,m,的下降。在进汽调节阀,q,开度不变的情况下，进汽量,D,q,也相应地逐渐减小。最后,D,q,与,Pm,都回到原值，汽压也重新稳定在较低的数值上，而,Pb,与,P,m,的压差恢复到扰动前的大小，即,P,1,P,2,汽压反应曲线自发趋向稳定表明对象有自乎镕能力。,112,Dq,阶跃变化：,当用汽量阶跃增加,D,q,时，(为了使用汽量在阶跃扰动后保持不变，必须连续不断