单元机组协调控制系统 .doc

PAGE 第十三章 单元机组协调控制系统 第一节 引言 一、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(主蒸汽压力)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做为一个整体来进行控制的系统。协调控制系统的任务是协调地控制锅炉燃料量、送风量、给水量等，以及汽机调节阀门开度，使机组既能适应电网负荷指令的要求，又能保持单元机组在额定参数下安全、经济地运行。 二、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的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13-1所示。 + + + + + WNμ(s) 图 13-1 单元机组负荷控制对象原理方框图 μT WPμ(s) WNB(s) WPB(s) μB NE PT  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(及相应的给水流量),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，在汽机调节阀开度μT不变时，WPB(s)具有以下的形式： 式(13-1)是一个简化了的二阶系统，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，在汽机调门开度μT不变时，PT 的变化也将引起机组实发功率NE 的变化。图13-1中，WPB(s)是燃料一功率通道的传递函数，它具有如下的形式： 在机组燃烧率保持不变，将汽机调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NE的变化，这两个通道的传递函数WNμ(s)、WPμ(s)形式如下： 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。以上用传递函数表示单元机组的动态特性，也可用阶跃响应来表示单元机组的动态特性如图13-2所示。 N NE 0 0 0 ΔB 图 13-2 单元机组负荷控制对象的阶跃响应特性 μB t t t PT NE 0 0 0 ΔμT μT t t t PT (a) (b)  （一）燃烧率μB扰动下主蒸汽压力PT 和输出电功率NE的动态特性 当汽轮机调门开度不变，而μB发生阶跃扰动时，主蒸汽压力PT和输出电功率NE的响应曲线如图13-2(a)所示。增加锅炉的燃烧率，必定使锅炉蒸发受热面的吸热量增加，汽压经一定迟延后逐渐升高。由于汽轮机调门开度保持不变，进入汽轮机的蒸汽流量增加，从而自发地限制了汽压的升高。当蒸汽流量与燃烧率达到新的平衡时，汽压PT 就趋于一个较高的新稳态值，具有自平衡能力。由于蒸汽流量的增加使汽轮机输出功率增加，输出电功率NE也增加。当蒸汽流量不变时，输出电功率也趋于一个较高的新稳态值，具有自平衡能力。 （二）调门开度μT扰动下主蒸汽压力PT 和输出电功率NE的动态特性 当锅炉燃烧率μB保持不变，而μT发生阶跃扰动时，主蒸汽压力PT 和电功率NE的响应曲线如图13-2(b)所示。 汽轮机调门开度阶跃增加后，一开始进入汽轮机的蒸汽流量立刻成比例增加，同时汽压PT 也随之立刻阶跃下降ΔPT (ΔPT阶跃下降的大小与蒸汽流量的阶跃增量成正比，且与锅炉的蓄热量大小有关)。由于锅炉燃烧率保持不变，所以蒸发量也不变。蒸汽流量的增加是因为锅炉汽压下降而释放出一部分蓄热，所以只是暂时的。最终，蒸汽流量仍恢复到与燃烧率相应的扰动前的数值，主汽压力PT也逐渐趋于一个较低的新稳态值。因蒸汽流量在过渡过程中有暂时的增加，故输出功率NE相应也有暂时的增加。最终，输出功率NE也随蒸汽流量恢复到扰动前的数值。可以看出机组增加负荷时，初始阶段所需的蒸汽量主要是由于锅炉释放蓄热量而产生的。然而，随着汽轮机容量的日益增大，锅炉蓄热量越来越小，单元机组负荷适应能力与保持汽压不变之间的矛盾越来越突出。 通过以上分析，可以看出负荷控制对象的动态特性的特点是，当汽轮机调门开度动作时，被控量NE和PT的响应都很快即热惯性小；当锅炉燃烧率改变时，NE和PT的响应都很慢即热惯性大，一快一慢就是机炉对象动态特性方面存在的较大差异。 如果我们把机、炉子控制系统包括在负荷控制对象之内，就构成了广义负荷控制对象如图13-3所示，