火电厂CCS基本知识
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。
燃机电厂CCS、MCS逻辑说明
燃机电厂MCS逻辑1.协调控制系统协调控制包括：机组负荷控制(CJA00DE)、压力设定回路(CJA00DP)、燃机排气温度设定回路(CJA00DT)。
包括：50CJA00DE100机组负荷设定50CJA00DE100A机组速率设定50CJA00DE100B机组总负荷设定值50CJA00DE100C机组电网负荷设定50CJA00DE110 机组负荷上下限50CJA00DP100 高压蒸汽压力设定50CJA00DP200中压蒸汽压力设定50CJA00DP300低压蒸汽压力设定50CJA00DT100 燃机排气温度设定50CJA00DT110 蒸汽温度设定50CJA00DT200 燃机排气最大温度设定2.机组负荷控制(CJA00DE)机组的负荷和温度设定采用外部设定，此设定影响燃机的负荷和温度控制。
燃机的控制（负荷控制和温度控制）经过MIN-gate（取小功能块）后运行至次级的位定控制器，以控制进入燃机的燃料量。
燃料量决定燃机负荷和燃机排气温度；后者与燃机的IGV (进气导叶)协同作用，这样最终调节燃机的空气流量，从而控制燃机的排气温度。
在机组负荷和温度设定值范围内，也应考虑启动和运行过程中余热锅炉的热应力。
由于燃机的排气总是通过余热锅炉排出（无转向挡板,也可认为是旁路挡板），模块设定值GT正常情况下总是投入（通过一个带选择开或关（ON/OFF）的设定值模块实现，见50CJA00EE010）此设定值将在以下情况退出：1) 在异常或不正常情况下手动退出；2) 燃机的负荷限制发生时，由燃机控制器自动切为手动；机组负荷设定(50CJA00DE100)代表了联合循环运行的负荷设定。
此设定值能够由运行人员手动调节，运行人员可以设定整个电厂传送至电网的净出力(50CJA00DE100C)也可以设定毛出力，即总的发电出力(50CJA00DE100B)。
净出力设定能通过远程控制进行调节，如AGC指令。
负荷设定值限制在机组的最大出力与最小出力之间。
火力发电厂基本常识
2/2/2019
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建 筑 项 目 划 分 2
序号 二 (一) 1 2 3 4 5 (二) 1 2 3 (三) 1 2 (四) 1 2 3 4 5 6 7
项目名称 与厂址有关的单项工程 交通运输工程 码头及引桥 航道 港池 铁路 厂外公路 灰场、防浪堤、护岸工程等 灰（坝）场 防浪堤 护岸 水质净化工程 石灰水处理系统 净化水预处理系统 地基处理 热力系统 燃料供应系统 除灰系统 化学水处理系统 供水系统 电气系统 附属生产工程
2.按蒸汽参数
中低压: 3.4MPa，435℃, 6\12\25\50MW， 高压： 9.8MPa， 540℃， 50\100MW， 超高压:13.7MPa，535/535℃， 125\200MW， 亚临界：16.2MPa，540/540℃ ，300\600MW， 超临界：24MPa，538/566℃ 600\800MW， 超超临界电厂： 28MPa以上 我国现正研制1000MW级的超临界机组
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ห้องสมุดไป่ตู้
2. 汽轮机设备及组成
汽轮机分类（按热力过程）：凝汽式N、背压式B、调整抽汽式 CC、中间再热式汽轮机。 1、汽轮机本体： 静止部分：汽缸、隔板、喷嘴、轴承和轴封等； 转动部分：叶片、叶轮和轴等； 配汽机构：主蒸汽导管、自动主汽门、调节阀等 汽轮机的工作过程：蒸汽→喷嘴→冲动叶片转动 2、调节保安油系统：调速器、油泵、油箱等 3、凝汽及抽气设备：凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵 和冷却塔等 4、回热加热系统：高、低压加热器和除氧器等
420 670 1025 2008 13.8Pa(540/540 ) 13.8Pa(540/540 ) 16.8Pa(540/540 ) 16.8Pa(540/540 ) 125 200 300 600
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）；
火电厂CCS基本知识完整版本
智能温度变送器的作用是什么？
与热电偶、热电阻相配合，将温 度转换为4～20mA和数字通信信 号。
常用的智能压力变送器按传感器的工 作原理分有那些？
电容式、电感式、压阻式和硅谐振式。
• 何谓热电偶？
• 在两种不同金属导体焊成的闭合回路中， 若两焊接端的温度不同时，就会产生热 电势，这种由两种金属导体组成的回路 就称进行在线监控？
协调控制系统对机组的一些重要过程变量（例如主 蒸汽压力，温度，流量，炉膛压力，烟气含氧量， 汽包水位，一次风流量压力，二次风流量，引风量 等）的信号进行在线监控，一旦偏离正常状态，就 自动采取措施，或切换至冗余部分（即备用设备）， 或将控制系统切为手动方式，同时发出报警信号。
什么是FCB？
对设计有足够容量的汽轮机旁路系统的机组，当汽 轮机或电气故障致使汽轮机快速甩负荷时，锅炉有 必要维持最低的燃烧率继续稳定运行，使机组带厂 用电运行或停机不停炉，以便故障消除后能快速带 上负荷。为此，CCS具有快速切负荷功能（FAST CUT BACK，FCB）。当发生上述情况是，CCS的 负荷指令处理回路能产生FCB信号，汽轮机旁路系 统快速打开，锅炉燃烧器按一定 顺序快速切断，使 负荷指令快速切回到厂用电负荷值或快速切回到 0%负荷，锅炉维持在最小负荷值运行（包括停机 不停炉），以确保机组设备的安全，减小停机损失。
• 试说明下列符号名称
• RB、RD、BI、BD、MCR、UM、ADS、 LMCC、CCS、DEH、FSSS、TM、BM、 BMS
协调控制系统由哪几部分组成？ 见图13-6 锅炉子系统都包括那些？ 燃烧、给水、过热汽温、再热汽温等控制系统。 汽机子系统都包括那些？ DEH、BPC、TSI等
• 协调级由那些部分构成？ • 由负荷指令处理部分和机炉主控器构成 • 基础级由那些部分构成？ • 由锅炉控制系统和汽轮机控制系统组成。
CCS讲义1
第一节 协调控制系统CCS概述CCS是一种连续的调节系统（Continuious Control System），被控的变量是模拟量。
电站的最终目标是满足电网负荷要求，要靠锅炉和汽轮发电机共同配合，由于两者特性有较大差异，所以为了既满足电网需求，又能使机组安全稳定运行，必须协调锅炉和汽轮机之间的运行，所以需要一种负荷协调控制系统（Coordinated Control System）。
这种系统往往是将被控量与设定值进行比较，经调节器运算后输出控制信号，使被控量发生变化，最终使被控量等于或接近设定值，系统是一个闭合的回路。
所以又称其为闭环控制系统（Closed loop Control System）。
所以CCS术语有三种来源，但本质上并无很大区别。
狭义上讲，CCS只是指负荷协调控制系统，广义上讲，单元机组上所有的连续调节系统都属于CCS。
电厂生产过程采用自动化技术已有较长历史，相对于其它工业部门具有较高的自动化水平，而且仍以较快的速度发展。
促使这种发展的主要因素有：（1）随着大容量、高参数汽轮发电机组的出现，要求监控的参数越来越多，因此，自动控制系统已成为锅炉。
汽轮发电机组不可缺少的组成部分。
为了保证机组的安全、经济运行对自动化设备的可靠性，以及对自动控制系统的性能都提出了更高的要求。
（2）电子技术的发展也为自动化提供了越来越完备的仪表和设备。
特别是随着计算机控制技术的发展，微机分散控制系统（DCS），以其功能全面、组态灵活、安全可靠的优点，而被广泛应用于火电厂的自动控制。
淮北二电厂2×300MW单元机组，采用WDPF分散控制系统作为控制设备，自动化水平高、功能全。
在以后各节中，将对该机组主要闭环控制系统的设计思想进行分析。
下面先介绍一些基础知识。
1．自动控制的基本概念及术语被控对象――被控制的生产过程或设备，也称为调节对象或简称对象。
例如汽包水位控制系统中的汽包。
被控量――控制系统所要控制的参数，又称为被调量，例如汽包水位。
火电厂CCS基本知识4
协调控制习题一、选择题1．在锅炉跟随的控制方式中，功率指令送到(A)调节器，以改变调节阀门开度，使机组尽快适应电网的负荷要求。
(A)汽轮机功率；(B)燃料量；(C)送风量；(D)热量。
2．单元机组在启动过程中或机组承担变动负荷时，可采用(A)的负荷调节方式。
A)锅炉跟随；(B)汽机跟随；(C)协调控制；(D)以上都可以。
3．锅炉主蒸汽压力调节系统的作用是通过调节燃料量，使锅炉蒸汽量与(A)相适应，以维持汽压的恒定。
(A)汽机耗汽量；(B)给水量；(C)锅炉送风量；(D)凝结水流量。
4．滑压运行时主蒸汽的质量流量、压力与机组功率成（A）变化。
（A）正比例；(B)反比例；(C)保持不变；(D)难以确定。
5．协调控制方式是为蓄热量小的大型单元机组的（B）而设计的。
（A）程序控制；（B）自动控制；(C)集中控制；(D)程序控制和自动控制。
二、判断题1．协调控制系统采用前馈回路，有利于提高机组对汽压的适应性。
( ).2.单元机组汽机跟随控制方式的特点是，功率响应快、汽压波动小，能充分利用锅炉的蓄热。
( )3.负荷指令管理回路的主要任务是根据机炉运行状态选择适当的外部负荷，并转换为机炉的负荷给定值。
( )4.在单元机组运行时，汽轮机侧主蒸汽温度一般高于锅炉侧主蒸汽温度。
( )5.单元机组协调控制系统中，为加快锅炉侧的负荷响应速度，可采用前馈信号。
( )6.单元机组是一个多输入、多输出的被控对象，在分析负荷控制系统时必须把锅炉作为一个整体考虑。
( )7.以锅炉跟随为基础的协调控制方式中，非线性元件死区的大小决定了锅炉蓄热的利用和限制。
( )8.从机组负荷控制系统角度来看，负荷控制系统的被控对象除了单元机组外，还包括汽轮机控制系统、锅炉控制系统( )三、填空题(每空2分，共20分)1.__________是现代化电网运行控制的基本技术之一，它的作用是实现电网自动调频和调峰，并保证电网安全和经济运行。
2.由于电是不能__________的，所以发电和用电必须同时完成。
燃机电厂CCS、MCS逻辑说明
燃机电厂MCS逻辑1.协调控制系统协调控制包括：机组负荷控制(CJA00DE)、压力设定回路(CJA00DP)、燃机排气温度设定回路(CJA00DT)。
包括：50CJA00DE100机组负荷设定50CJA00DE100A机组速率设定50CJA00DE100B机组总负荷设定值50CJA00DE100C机组电网负荷设定50CJA00DE110 机组负荷上下限50CJA00DP100 高压蒸汽压力设定50CJA00DP200中压蒸汽压力设定50CJA00DP300低压蒸汽压力设定50CJA00DT100 燃机排气温度设定50CJA00DT110 蒸汽温度设定50CJA00DT200 燃机排气最大温度设定2.机组负荷控制(CJA00DE)机组的负荷和温度设定采用外部设定，此设定影响燃机的负荷和温度控制。
燃机的控制（负荷控制和温度控制）经过MIN-gate（取小功能块）后运行至次级的位定控制器，以控制进入燃机的燃料量。
燃料量决定燃机负荷和燃机排气温度；后者与燃机的IGV (进气导叶)协同作用，这样最终调节燃机的空气流量，从而控制燃机的排气温度。
在机组负荷和温度设定值范围内，也应考虑启动和运行过程中余热锅炉的热应力。
由于燃机的排气总是通过余热锅炉排出（无转向挡板,也可认为是旁路挡板），模块设定值GT正常情况下总是投入（通过一个带选择开或关（ON/OFF）的设定值模块实现，见50CJA00EE010）此设定值将在以下情况退出：1) 在异常或不正常情况下手动退出；2) 燃机的负荷限制发生时，由燃机控制器自动切为手动；机组负荷设定(50CJA00DE100)代表了联合循环运行的负荷设定。
此设定值能够由运行人员手动调节，运行人员可以设定整个电厂传送至电网的净出力(50CJA00DE100C)也可以设定毛出力，即总的发电出力(50CJA00DE100B)。
净出力设定能通过远程控制进行调节，如AGC指令。
负荷设定值限制在机组的最大出力与最小出力之间。
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什么是RU/RD？
对于机组设备工作异常的一类事故，CCS除了采用 负荷增/减闭锁措施外，还应进一步采取机组负荷迫 升/迫降措施（RUN UP/RUN DOWN，或记为 RU/RD）。当机组主要输入量的指令达到最大（最 小）限值，即相应的执行机构位置达到预先设定的 最大（最小）限值，且锅炉输入量（燃料量，送风 量和给水量等）仍小于（或大于）给定值超过允许 范围（如送风机动叶开度指令已达最大值，而送风 量仍小于送风量给定值）是，CCS将缓慢地减小 （RUN DOWN）或增加（RUN UP）机组实际负 荷指令，以使输入量的偏差回复到允许范围。
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• 协调级由那些部分构成？ • 由负荷指令处理部分和机炉主控器构成 • 基础级由那些部分构成？ • 由锅炉控制系统和汽轮机控制系统组成。
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什么是RB？
当机组主要辅机，如送风机,引风机,磨 煤机,给水泵,炉水循环泵,一次风机等发 生故障而不能满足机组出力要求时,CCS 的负荷指令处理回路能产生负荷快速返 回(RUNBACK)信号,使机组实际负荷指 令降至机组的的最大可能出力值,以确保 机组的安全运行。
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什么是BI/BD？ 当机组运行参数，如燃料量，空气量， 给水量等，其实际值与给定值的偏差超 出规定的允许值范围，或执行机构位置 达到预先设定的最大或最小限值时，
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CCS的负荷指令处理回路能产生负荷增/减 闭锁信号（BLOCK INCREASE/DECREASE，BI/BD），根 据偏差的方向，对机组实际负荷指令的增 加或减少加以闭锁，以防止物料或能量的 不平衡进一步扩大和引发事故，直至异常 消除，偏差回到限值内才解除闭锁。
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• 试说明下列符号名称 • RB、RD、BI、BD、MCR、UM、ADS、
LMCC、CCS、DEH、FSSS、TM、BM、 BMS
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协调控制系统由哪几部分组成？ 见图13-6 锅炉子系统都包括那些？ 燃烧、给水、过热汽温、再热汽温等控制系统。 汽机子系统都包括那些？ DEH、BPC、TSI等
复习思考题3
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什么叫热工检测和热工测量仪表
在发电厂中,热力生产过程中的各 种热工参数(如压力、温度、流量、 液位等）的测量方法叫热工检测， 用来测量热工参数的仪表叫热工 测量仪表。
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什么叫允许误差？什么叫精确等级？ 根据仪表的制造质量，在国家标准 中规定了各种仪表的最大误差，称 允许误差。允许误差去掉百分号以 后的绝对值就是仪表的精确等级。
锅炉响应慢；汽机响应快
试绘出锅炉跟随的负荷控制方式图，并说 明其特点？
见图13-7（4-1） 锅炉调汽压，汽机调负 荷 ❖若汽压超出规定的偏差，将对调速汽门 开度进行限制。
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LMCC的作用是什么？ 见P238 机炉主控器的作用是什么？ 见P239
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协调控制系统的主要任务是什么？ 见P235 何谓RB？ 辅机故障引起机组实际负荷指令的快 速下降称为RB。
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智能温度变送器的作用是什么？ 与热电偶、热电阻相配合，将温 度转换为4～20mA和数字通信信 号。
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常用的智能压力变送器按传感器的工作 原理分有那些？ 电容式、电感式、压阻式和硅谐振式。
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• 何谓热电偶？ • 在两种不同金属导体焊成的闭合回路中，
若两焊接端的温度不同时，就会产生热 电势，这种由两种金属导体组成的回路 就称为热电偶。
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协调控制系统对机组的那些过程变量进行在线监控？ 协调控制系统对机组的一些重要过程变量（例如主蒸 汽压力，温度，流量，炉膛压力，烟气含氧量，汽包 水位，一次风流量压力，二次风流量，引风量等）的 信号进行在线监控，一旦偏离正常状态，就自动采取 措施，或切换至冗余部分（即备用设备），或将控制 系统切为手动方式，同时发出报警信号。
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什么是FCB？
对设计有足够容量的汽轮机旁路系统的机组，当汽 轮机或电气故障致使汽轮机快速甩负荷时，锅炉有 必要维持最低的燃烧率继续稳定运行，使机组带厂 用电运行或停机不停炉，以便故障消除后能快速带 上负荷。为此，CCS具有快速切负荷功能（FAST CUT BACK，FCB）。当发生上述情况是，CCS的 负荷指令处理回路能产生FCB信号，汽轮机旁路系 统快速打开，锅炉燃烧器按一定 顺序快速切断，使 负荷指令快速切回到厂用电负荷值或快速切回到 0%负荷，锅炉维持在最小负荷值运行（包括停机 不停炉），以确保机组设备的安全，减小停机损失。
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试说明下列符号的名称？
EQN 、HART、EJA、2600T、 LD301、FF
智能温度变送器；高速远程可寻址变 送器协议；硅谐振式智能变送器；差 动变压器式/压阻式智能压力（差压） 变送器；电容式智能压力（差压）变 送器；现场总线基金会时的动态特性 有何差异？