125MW单元机组协调控制的INA设计.doc

引 言 随着电力工业的发展，大型的单元制火力发电机组在电网中所占的比例将愈来愈大，已经成为电网中的骨干机组。为了适应电网负荷变化的需要，火电机组必须改变过去只带基本负荷的运行方式，而要根据电网或中调的要求，参与电网的调峰和调频。这样就必然对单元机组的调节系统提出新的、更高的要求。 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。 目前，大型单元机组已承担了绝大多数负荷需要。在单元机组协调控制系统中让机、炉同时按照电网负荷的要求变化，接收外部负荷的指令，根据主要运行参数的偏差，协调进行控制，从而在满足电网负荷要求的同时，尽最大可能发挥机组的调频、调峰能力，保持主要运行参数的稳定。因此，单元机组为了保证运行的高度安全、经济、稳定，对其自动化水平提出了更高的要求。 火电厂大型的单元机组控制对象为强耦合、时变、滞后大的复杂系统，当各种扰动作用时，导致控制对象参数不确定，模型难于准确建立。目前国内外对大型单元机组的研究投入了大量人力物力，但进展不大，应用主要控制策略仍为传统的PID控制，很难使机组达到最佳状态。因此，我们有必要不断的探索，以寻求更好的控制策略，来满足日益增加的电力系统要求。 第一章 单元机组协调控制系统 1.1 单元机组协调控制的发展 国民经济不断增长，增加了对能源的需求量，电力工业逐渐发展为大电网、大机组、高参数、高度自动化。由于高参数，大容量机组发展迅速，装机容量日益增多，因此对机组的自动化需求也日益提高。 与其它工业生产过程相比，电力生产过程更加要求保持生产的连续性，高度的安全性和经济性。单元机组协调控制系统已成为大型单元机组普遍采用的一种控制系统，该系统把自动调节、逻辑控制、安全保护、监督管理融为一体，具有功能完善、技术先进、可靠性高等特点，在工程应用中，协调控制系统能否成功的投入和运行，发挥其应有的功能，取决于机组主设备的可控性、系统控制设备的性能及可靠性、系统设计与整定的合理性等因素。大型单元机组从设计、制造、安装都充分考虑到机组自动控制方面的需要，使机组可靠性得到了不断改善和提高，为机组自动化水平的提高奠定了基础。 单元机组自动控制系统主要包括自动检测与监视系统、自动调节系统、程序控制系统、自动保护系统等等。 自动检测与监视系统：把反映运行工况的物理参数，比如温度、压力、流量、液位、转速、位移、成分等，以及反映设备运行状态的物理参数，比如设备运行/停止、刀闸接通/断开、阀门开启/关闭等进行检测。同时，也作为自动控制系统进行自动操作的依据。 自动控制系统：它也称为闭环控制系统。在机组运行过程中，持续不断的对主要运行参数进行调节，克服内部和外部各种扰动，维持各项参数在规定范围内。 程序控制系统：它也叫做顺序控制系统。某些生产设备需要依照既定的操作步骤和顺序进行一系列的操作，例如主辅机设备的顺序的启停等。 自动保护系统：为了确保设备安全，在发生故障时能够自动地完成必要操作，使故障及时排除或防止故障扩大。例如汽轮机保护系统、锅炉保护系统、继电保护系统等。 1.2 单元机组协调控制系统的基本概念 1.2.1 单元机组协调控制系统概述 协调控制的基本概念 从大系统理论出发，协调控制是一种解决大系统控制问题的基本策略。而大系统是指由若干相互关联的子系统组成的复杂系统。应用大系统理论解决控制问题的基本方法就是分解-协调的方法。所谓分解是把大系统化为若干子系统，以便进行分块处理与控制，求得各子系统的局部最优解；而协调则是从系统的全局出发，合理地调整各子系统之间的和谐与统一，进而得到整个大系统的最优解。 大系统中包含的各子系统之间相互关联的结构有多种多样的形式，其中最为普遍的形式是递阶结构，也称为多级控制。在这种递阶的结构中，各子系统处于不同级别的层次中，并具有不同的功能。如图，处于上位协调的协调控制器职能，就如同总公司的董事长，其下协调级的控制器就相当于各子公司的总裁，处于局部控制级的控制器则相当于各部门的经理。 图阶控制系统结构框图常规的自动控制系统是汽轮机和锅炉分别控制。汽轮机调节机组负荷和转速，机组负荷的变化必然会反映到机前主蒸汽压力的变化，即机前主蒸汽压力反映了机炉之间的能量平衡。主蒸汽压力的控制由锅炉燃烧调节系统来完成，燃烧调节系统一般又分为主蒸汽压力调节系统、送风氧量调节系统、炉膛负压调节系统等子系统。随着单元机组容量的不断增大、电网容量的增加和电网调频、调峰要求