浅谈CCS协调控制系统在锅炉系统中运行方式
机组协调控制系统(CCS)
第一节 协调控制系统的基本概念 第二节 协调控制系统的基本方案分析 第三节 单元机组协调控制系统实例分析 第四节 协调控制系统的整定
2021/10/10
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第一节 协调控制系统的基本概念
一、基本概念
当前随着大型发电机组的日益增多，大容量机组的汽机和锅炉都是组成单元制热 力系统。
单元机组在处理满足负荷要求并同时维持机组主要运行参数稳定这两个问题时，
ADS指令 频差信号 值班员指令
PB
负荷指令
LD
机炉主控
处理回路
制器回路 Pμ
图11-1 单元机组协调控制系统组成原理示意图
2021/10/10
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由上图，协调控制系统是由负荷指令处理回路和机炉主控制回路这两部分组成。 负荷指令处理回路接受中央调度所指令、值班员指令和频率偏差信号，通过选择和运 算，再根据机组的主辅机实际的运行情况，发出负荷指令。机炉主控制回路除接受负 荷指令信号外，还接受主蒸汽压力信号根据这两个信号的偏差，改变汽机调节阀的开 度和锅炉的燃烧率。
（２）方式II－－汽机根随锅炉而汽机输出功率可调方式 这种调节方式时，锅炉、汽机自动系统都投入，但机组不参加电网调频，调度所
也不直接改变机组的负荷。只有机组运行人员可以改变机组的给定功率，机组输出功 率能自动保持等于给定功率。
（３）方式III－－汽机跟随锅炉而机组输出功率不可调节方式 这时汽机运行正常，锅炉部分设备有故障，机组维持它本身实际输出功率，不接
是将机炉作为一个整体来看待的。然而汽机、锅炉实际上又是相对独立的，它们通过 各自的调节手段，如汽轮机调节阀开度、锅炉燃烧率，满足电网负荷的要求并保持机 组主要参数（主蒸汽压力）的稳定，但它们的能力不尽相同，差异较大。若在单元机 组控制系统的设计中，充分考虑它们的差异，以及各自的特点，采取某些措施（如引 入某些前馈信号、协调信号），让机炉同时按照电网负荷要求的变化，接收外部负荷 的指令，根据主要运行参数的偏差，协调地进行控制，从而在满足电网负荷要求的同 时保持主要运行参数的稳定。这样的控制系统称为协调控制系统。
ccs
3．2．2 协调控制系统3．2．2．1 协调控制系统概述常规的自动调节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划分为主汽压力（燃料控制）调节系统、送风和氧量调节系统、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、调峰要求的提高，以及机组自身稳定(参数)运行要求的提高，常规的自动调节系统已很难满足单元机组既参加电网调频、调峰又稳定机组自身运行参数这两个方面的要求，因此必须将汽轮机和锅炉视为一个统一的控制对象进行协调控制。
所谓协调控制，是指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，稳定机组运行参数。
协调控制系统(CCS)原指机、炉闭环控制系统的总体，包括各子系统。
按照电力部热工自动化标委会推荐采用模拟量控制系统(modulating control system MCS)来代替闭环控制系统、协调控制系统、自动调节系统等名称，CCS单指机炉协调控制部分。
3．2．2．2 协调控制系统的运行方式目前，单元机组负荷自动控制系统已从早期的锅炉跟随汽机或汽机跟随锅炉的方式发展为机炉协调控制方式，后者根据前馈或反馈回路的不同又有不同的控制方案。
一般来说，协调控制系统有如下几种控制方式：1）锅炉跟随控制方式图3-3为锅炉跟随控制方式的调节原理方框图，这种控制方式是在母管制系统的锅炉负荷控制方案的基础上形成的。
这种控制方式的特点是，主蒸汽压力由锅炉指令（燃烧率）调节，机组负荷由汽机指令（调门）调节。
在负荷变化时，锅炉蒸汽量之所以能迅速变化，主要是因为从锅炉蓄热量的改变获得了热量，因而机组能比较快地适应电网负荷的要求，但汽压波动较大。
CCS协调控制投入说明
CCS协调控制投入说明运行，主汽压力设定由运行人员根据机组实际运行工况来设定相应的参数。
主汽压力设定值输入后，当前的“主汽压力指令”根据设定的压力变化率0.20Mpa／min自动跟踪“主汽压力设定值”。
运行人员不得私自更改“压力变化率指令”。
机组“滑压方式”按钮变红为滑压方式运行。
“滑压方式”按钮变“灰白”为机组处于定压方式。
一般机组按“定压方式”运行。
滑压偏置为当前设定的压力与当前负荷对应的压力之间的差值，一般越小经济性越高。
偏置范围为0-10MPa。
7. 负荷上限设为365MW，负荷下限设为190MW，运行人员不允许随意修改。
8. CCS故障跳闸为“锅炉跟随方式”运行，正常禁止运行人员在CCS“汽机主控手操器”内手动减负荷，因为单箭头操作一下对应汽机阀位1%的开度变化。
应切换为DEH主控画面中的“阀控”方式进行增、减机组负荷。
具体操作方法为点击DEH主控画面中的“遥控方式”按扭，自动切换为“阀控”方式。
9. 机组负荷指令增闭锁条件为：汽包水位设定<实际水位，实际压力小于<主汽压力设定，燃料量设定>实际燃料量，三者为“OR”关系。
机组负荷指令减闭锁条件为：实际压力>主汽压力设定压力，汽包水位设定>实际水位，燃料量设定<实际燃料量，三者为“OR”关系。
10. 锅炉主控跳闸条件: ①RUNBACK②燃料主控手动③主汽压力品质坏④MFT⑤汽机主控手动方式运行”AND”主汽流量品质判断坏；其五者为“OR”关系。
10.汽机主控跳闸条件: ①锅炉主控自动方式运行“AND”有功功率1坏质量(品质坏)（有功功率品质坏热工目前尚不能做出明确的解释）②主汽压力（机侧）坏质量（机侧主再旁路系统中的#1炉主汽压力1、#1机主汽压力2、#1炉主汽压力3三个测点，三者为三取中，有两个压力测点坏即判断为主汽压力品质坏）③MFT④锅炉主控自动方式跳为手动；其四者为“OR”关系。
11. CCS跳闸的条件：锅炉主控跳闸为手动，CCS跳为手动即转换为BASE方式。
协调控制学习(一)—运行方式
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。
由图可见，系统中用锅炉调节器Wa2(s)来调节功率输出。
CCS(协调控制系统)解读
Water Demand 给水主控指令－－－焓控制
Boiler Demand
设计给水
设计焓增
饱和度修正
实际焓增
启动循环泵出口流量
实际减温水量
给水指令
CCS撤出条件
CCS条件：汽机主控自动&锅炉主控自动；汽机、锅炉主控 任一自动撤出，CCS撤出；
汽机主控自动撤出条件：
• • • • • • 1、主汽压力测量信号坏值（三取二）； 2、锅炉主控自动且发电机功率坏值； 3、汽机负荷指令坏值（三取二）； 4、DEH未在远控； 5、旁路阀未全关； 6、DEH未跟踪（汽机指令与调节器设定偏差大）；
FD Fan control 送风主控指令
送风主控的任务是保证燃料充分燃烧，接受氧量修正 的风量指令，对送风机动叶进行控制。 六台磨一次风量之和、二次风箱风量之和、OFA风量 之和构成了实际总风量信号；送风机主控对风量偏差进行 控制，同时通过电流平衡回路逐步调整动叶开度，是风机 电流逐步平衡。
FD Fan control 送风量主控指令
Fuel demand 燃料主控指令
BTU校正 Boiler Demand O2校正后风量 风量限制
PID
实际煤量偏差
去除燃油量
Fuel demand
Feeder A~F
Water Demand 给水主控指令
• 焓控制
控制原理： 实际给水指令 ＝设计给水×设计焓增/实际焓增
• 煤水比控制
控制原理： 给水指令＝F(修正的锅炉负荷指令)
F(X) Boiler Demand 风量偏置
O2 TRIM
PID FDF PITCH CURREMT BALANCE
风量偏差
Fuel demand 燃料主控指令
CCS控制原理
机炉负荷协调控制系统一、任务机组负荷协调控制系统的任务是使机组尽可能快地响应电网对该机组的负荷要求,同时，应能保证主汽压力尽量稳定，以保证机组的安全稳定运行。
二、单元机组对象的动态特性：1.当其它输入不变时，改变汽机调门开度，例如,将调门开大，主蒸汽流量将迅速增加，这表明汽轮机能迅速响应负荷要求变化，但由于燃烧未能相应加强，主汽压开始下跌，蒸汽流量也渐渐下跌,最后又回到了原来的值，没有能满足电网的长期需要，而压力则降到了一个相对较低的值如图1 （a）。
2。
若其它输入不变，增加燃烧率，主汽压力将逐渐升高,主蒸汽流量也逐渐增加，负荷逐渐增加，说明锅炉改变燃料量后，负荷响应比较缓慢,如图1 （c)。
3。
当外界要求增加负荷时，由于一个负荷特性快（汽轮机），一个特性慢（锅炉），就难以满足既快速，又稳定的要求，如果仅满足快速的要求，可通过不断开大汽机调门开度来实现，虽可保证负荷需求（也不可能长久)，但压力将一路下跌,如图1 （b），会影响机组安全。
所以机炉两者之间应协调控制调门开度指令和锅炉指令。
图1 单元机组对象动态特性三、运行方式单元机组负荷协调控制系统一般有下列几种运行方式：1．手动方式：汽机指令和锅炉指令都是手动发出,此时，运行人员兼顾汽压和负荷,手动调节汽机指令(调门开度指令）及锅炉指令,使压力基本稳定，并使机组负荷按照电网需要变化.2．机跟炉方式（汽机跟随锅炉）此时,锅炉侧根据电网负荷需求来调节锅炉指令（增/减燃烧率）,而汽机则根据主汽压力的变化，自动调节汽机调门开度。
可以看出，这种方式下,当外界需要机组增加负荷时，锅炉开始加强燃烧，压力渐渐升高，汽机则根据压力升高情况，自动地调整汽机指令,渐渐开大调门开度，负荷随之增加，由于锅炉响应较慢,所以使负荷增加得较慢，但是由于汽机调门变化对压力的影响较快，所以压力显得十分稳定。
该方式的特点是:压力稳定,但负荷响应慢.3．炉跟机方式（锅炉跟随汽机）此时,汽机侧根据电网负荷需求来调节汽机调门开度,而锅炉则根据主汽压力的变化自动地调整燃烧.当外界负荷需求增加时,汽机可以很快地升高机组的负荷，但压力将下降，由于锅炉惯性较大,它虽然根据压力变化进行调节，但压力难以很快补上来，可能导致压力下跌较多.该方式的特点是:负荷响应快，但压力不稳定。
CCS(协调控制系统)解读
Fuel demand 燃料主控指令
BTU校正 Boiler Demand O2校正后风量 风量限制
PID
实际煤量偏差
去除燃油量
Fuel demand
Feeder A~F
Water Demand 给水主控指令
• 焓控制
控制原理： 实际给水指令 ＝设计给水×设计焓增/实际焓增
• 煤水比控制
控制原理： 给水指令＝F(修正的锅炉负荷指令)
Water Demand 给水主控指令－－－焓控制
焓控制器：
分离器出口压力、温度对应的焓值作为焓控制器实际值，锅炉主 控对应的焓设定值经过锅炉温控器输出修正后作为焓控设定值，经过 焓控制器后输出指令送入给水控制回路。 由锅炉主控输出负荷指令对应的设计给水量－对应设计过热减温 水量得出负荷对应的设计给水量；锅炉负荷指令对应的省煤器出口设 计焓－锅炉出口设计焓得出锅炉设计焓增；设计焓增经过焓控制器输 出修正获得实际焓增；
FD Fan control 送风主控指令
送动叶进行控制。 六台磨一次风量之和、二次风箱风量之和、OFA风量 之和构成了实际总风量信号；送风机主控对风量偏差进行 控制，同时通过电流平衡回路逐步调整动叶开度，是风机 电流逐步平衡。
FD Fan control 送风量主控指令
Water Demand 给水主控指令－－－焓控制
Boiler Demand
设计给水
设计焓增
饱和度修正
实际焓增
启动循环泵出口流量
实际减温水量
给水指令
CCS撤出条件
CCS条件：汽机主控自动&锅炉主控自动；汽机、锅炉主控 任一自动撤出，CCS撤出；
汽机主控自动撤出条件：
• • • • • • 1、主汽压力测量信号坏值（三取二）； 2、锅炉主控自动且发电机功率坏值； 3、汽机负荷指令坏值（三取二）； 4、DEH未在远控； 5、旁路阀未全关； 6、DEH未跟踪（汽机指令与调节器设定偏差大）；
CCS协调控制系统
CCS协调控制系统CCS协调控制系统的简述：机、炉均自动的方式称为协调控制方式、即CCS方式。
锅炉主控指令的产生方式7.1.1.1由燃料均值调治器产生，设定值=（燃料均值/当前功率）×RB对应负荷127MW，，过程值=燃料均值，此调治器在RB动作时起作用。
由“功率调治器+负荷指令前馈”产生，设定值=本质负荷指令-5×（PT-SP），过程值=机组本质负荷，前馈值=机组负荷指令函数，此调治方式在TF方式时起作用。
由“DEB+负荷指令前馈”产生，设定值=DEB，过程值=热量信号，前馈值=机组负荷指令函数，此方式在BF方式时起作用。
CCS汽机主控指令的产生方式由“功率调治器+负荷指令前馈”产生，设定值=本质负荷指令，过程值=机组本质负荷，前馈值 =机组负荷指令函数，此方式在BF方式时起作用。
由“主汽压力调治器+负荷指令前馈”产生，设定值=主汽压力设定值，过程值=主汽压力，前馈值=机组负荷指令函数，此方式在TF、非RB时起作用。
由主汽压力调治器产生，设定值=主汽压力设定值，过程值=主汽压力，此方式在RB动作时起作用。
CCS负荷指令的产生方式手动产生：即在AGC未投入时，由运行人员手动设定的机组负荷指令AGC产生：AGC（AUTOMATICGENERATORCONTROL）自动发电控制，即由省调直接给定机组指令调治机组负荷在一次调频投入时，机组指令为‘AGC指令’加上‘频差对应的功率值（由DEH送来）CCS的投入：锅炉主控投入自动今后，牢固一段时间，观察锅炉主控的调节质量，机前压力颠簸不大于检查汽包水位自动、送风自动、引风等系统自动工作正常，且DEH系统工作正常，今后在DEH控制盘进步行汽机阀切换，由单阀控制切至序次阀控制（切换机会前压力应大于），并切除DEH功率控制、转速控制后，将DEH就地控制切至MCS遥控控制，此时，负荷控制中心画面上汽机主控按扭由浅白色转为黑色、遥控指示灯由浅白色转为绿色（注：采用单阀、序次阀控制由运行人员依照情况而定）用汽机主控软手操调治汽机调门，观察汽机响应情况。
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运行 与维修 Ｏｅ ｌ ＆Ｍｉｅ ｎ ｐｒｉ ａｏ ｎ ａ ｔ ａｃ ｎｎ ｅ
浅 谈 Ｃ Leabharlann 协 调 控 制 系 统 在 Ｃ 锅 炉 系 统 中 运 行 方 式
哈尔滨气化厂 （ 黑龙江 １４ ５ ） 刘永军 ５ ８ ４
【 要 】 Ｃ Ｓ协调控制系统是通过控制回路来协调锅炉和汽轮机 的工作状态和能量供需关 系，介绍 摘 Ｃ
变差。为了改 善调节 品质 ，可 以在机 前两系统 的基础增
二、协调控制 系统 安全运行 方式
加前馈作用回路 ，按 照机炉各 自的特性采用适 当的前馈 信号进行补偿 ，在机炉两者将要 失衡或刚刚 开始失衡之 时 ，就进行校正 ，便可将机炉之间的能量 失衡限制在 较 小 的范 围内，使机组的运行更加安全稳定 。
一
、
刖 看
为了迅速满足电网的调频要求 ，尽量利用 Ｃ Ｓ协调 Ｃ 控制 系来提 高机组 的负荷 适应性 ，能更 好地协 调工 作 ， 提高安全性 。控制系统 的调 节范围大 ，不仅在 正常运行 时能实现负荷 的自动调节 ，而且在机组 异常时 ，能在 保
以利用锅 炉的蓄热量提高功 率响应速度 。饱和 非线性模
额，另外设 备的折旧率大大降低 ，可见节能效果显著 。
三、结束语
对于冷却塔 的生产 厂家来说 ，一 种新 的产 品的投入 生产首先看市场的需求 和能 够产生 的效益 ，通 过 以上 的 经济分析 ，可以得出 ，使用方 只要在 了解 到变频器 应用 的优点后 ，基 于运行成本和设备 维护 的考虑 ，必 然会对 这样 的投 资产生浓厚的兴趣 。而事实 上 目前市场 上对于 冷却塔 变频器应用 已经十分 的成 熟 ，而且也正 是朝着这
塔填料仍为 旧式低效 填料 ，若将 １ 塔填料改 用与 ２ 塔 相同性能的新 型高 效填料 ，则 每小时处理 能力就 可提高 １００ ３ ０ ｍ 。如按 １ 处理量 为２０ ０ ３ｈ 算，每小 时节 塔 ０ ｍ ／ 计 电２０ ０ ．３ ３ ６ ．ｋ ０ ×００ １ ＝ ２６ Ｗ，节能效果相 当可观。１ 塔每 年运行时间为３ ０ ｈ ０ ，更换填料需投 资约 ４ Ｏ ５万元 。收益 率 ：３００× ２ ６× ．６４ ×１４ Ｏ ％ ：２ ．７ ０ ６ ． ０ ５／ ５ Ｏ ×１Ｏ ３ ３ ％。 ２ ）采用变频调速方案 ，根据表 ３可得每 年总收益值 为 ８ ８３万元 ，实施变频控制需要 投资约 １ ．８ ５万元 ，收益 率 ＝８８ ３ １ ｏ ％ ＝５ ．％ ，约 １７年就 能收 回投资 ．８／ ５×１０ ９２ ．
维普资讯
运 行与维 修 Ｏ ｅａｉ ｐｒｔｎ＆Ｍ ｉｅａｃ ｏ ａ ｔｎｎｅ ｎ
运行 宦 Ｉ Ｎ’ ｓ 田Ｉ ：
荷控制系统 ，汽机对锅炉 的能量需求信号 Ｐ／ 。 。Ｐ 作用 于
锅炉符合控制系统 ，因此从 反馈 回路看 ，该 系统属 于以
炉跟机调节为基础的协调控制 系统 。
３ 能量信号直接平衡式协调控制系统 ．
图 １ 炉调 节 为基础 的协 凋控制 方 案
这种 系统 的主要特点是以能量平衡信号 Ｐ ／ 。 Ｐ 取代
电网的功率指 全信 Ｐ ，以其作为锅炉负荷调节 系统 的前
１ 以机跟炉负荷调节为基础的协调控制系统 ．
此类控制系统原 则框 图如 图 １ 所示 ，机 跟炉负荷 调 节 的优点在于负荷变化进度 ，机前压力 变化进度 ，机前 压力较稳定 ，不足之处是负荷适应速度 较慢 。要 加快这 种调节 系统 的负荷 响 应 ，就 必须 设 法利 用 锅炉 的蓄热 量 ，允许 汽压在一定范 围内波动。 由图 １可见 ，功率偏 差 ［。 Ｐ 一Ｐ ］经饱 和非 线性 模块 作用到 汽轮 机 调节器 ｗａ Ｓ ，稳态时 ，Ｐ ＝Ｐ Ｐ ＝Ｐ 增加负荷时 ［ 。 １［］ 。 。 Ｐ一
变化的反应十分 灵敏 。而调节 阀的变化又与汽轮 机进汽
量成近似正比例关系 。因此 Ｐ／ Ｐ 的值直接反映了不 同 负荷时汽轮机的能量需求 。图 ２为这类系统 的一种原则
组 成 方 案 。 图可 见 ， 由 功率 指 令信 号 Ｐ 作用 于 汽 轮 负
通 用ｉ ｉ Ｉ５ ｎｌ 疰
２Ｏ ０６年第 ７期
馈信号 ，这里 Ｐ 为汽轮机 调节级后 的压力 ，Ｐ 为机前 ．
压力。 由汽轮机原理 知道 ，调 节级后 的压 力 Ｐ 与汽 轮
机 的负荷大小成正 比例关系 ，故 而 Ｐ ／ ． Ｐ 的值与 汽轮 机 调节 阀的开度也成正 比例关系 ，而且 Ｐ ／ １Ｐ 的值 对开度
三、小 结
协调控制 系统通过控制 回路来协调锅 炉和 汽轮机的 工作状 态及 能量供需关系 ，使单元 机组 更好地适 应 电网
的负荷要求 及提高系统安 全 、 稳定 、协调性 能。
Ｇ棚 图 ２ 能量信号直接平衡协调系统 （ 收稿 日期 ：２ ０ ／ ２ １） ０ ５ １／ ２
（ 上接 第 ５ １页）
块可 以限 定汽压 的变 化范 围 ，限制 利 用锅 炉 蓄热 的程
度。
护 系统 的配合下 ，自动调节机组 的负荷 大小 ，并进行 调
节方式 的自动切换使安全性和稳定性提高 。
２ 以炉跟机负荷调节为基础的协调控制系统 ．
炉跟机负荷控制系统的特点适应 负荷速度快 ，但 机 前压力波较大 。为保证机炉之 间的能量供求关 系。在能 量供求关 系失衡后再加 以限制 和调整 ，则调节 品质必将
Ｃ Ｓ协调 控制 系统运 行方 式及特 点。 Ｃ
【 关键词 】 负荷调节 能量信号 控制
Ｐ］ 。。如果将汽轮机调节 器上 的压力偏 差 ［ 。 Ｐ 一Ｐ ］增 大 ，即允许机前压 力 Ｐ 降低 ，于 是汽轮 机调节 器 发出 ． 开大调节汽 阀 ｕ 的信 号。在响 应电 网负荷要求 时 ，可