第10章 单元机组主控制系统

单元机组主控制系统
概 述 调节对象的动态特性 负荷控制方式 前馈控制的应用 滑压运行机组的协调控制方案 负荷指令处理 单元机组主控系统实例
概述
一、单元机组负荷控制系统的任务
大型机组负荷控制的首要任务: 保证机组出力适应电网的负 荷变化要求、维持机组稳定运行。具体地说就是对外保证单元机 组有较快的功率响应和有一定的调频能力，对内保证主蒸汽压力 偏差在允许范围内。
负荷闭锁分： 增闭锁——实际负荷指令上升方向被闭锁 减闭锁——实际负荷指令下降方向被闭锁
பைடு நூலகம்
（2）机组就地设定的负荷指令；
（3）电网调频所需负荷指令。
正常工况下的负荷指令一般受到以下限制：
1、负荷指令变化速率限制
2、运行人员所设定的最大、最小负荷限制
二、异常工况下的负荷指令处理
•当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响机组的实际负荷， 或危及机组的安全运行时，就要对机组的实际负荷指令进行必要的 处理，以防止局部故障扩大到机组其它处，甚至引起单元机组停机 事故。
处理第二类故障的 负荷闭锁增/减和负荷迫升/迫降）。
1.甩负荷
甩负荷是指在机组运行时，如果某个影响机组出力的辅机 跳闸，则主控系统迅速减小负荷指令，使负荷指令与机组此工 况下最大可能出力相一致。
同理，若汽机辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机组将以锅 炉跟随方式运行。 2.负荷快速切断（FCB）
负荷快速切断是指当主机（汽轮发电机）发生跳闸时，快 速切断负荷指令，维持机组继续运行。
•协调控制方式的控制策略是：
允许汽压有一定波动，以便能充分利用锅炉的蓄热量，使机组能较 快地适应电网的负荷要求。但是，这里利用锅炉蓄热量是有限度的， 必须保证机前压力与给定值的偏差不超过允许值。所以协调控制方 式既能使机组较快适应电网的负荷要求，又能确保汽压的波动在允 许的范围之内。
•常见的机炉协调控制方式有三种方案：
•单元机组的主机、主要辅机或设备的故障原因有两类： 第一类为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来源是明确 的，可根据切投状况加以确定。
第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，只能通过测量有关运 行参数的偏差间接确定。
•针对以上两类故障，对机组实际负荷指令的处理方法有四种： 处理第一类故障的方法: 负荷返回（或称甩负荷）； 快速负荷切断； 负荷闭锁增/减和负荷迫升/迫降。
•当燃烧率扰动时，汽压变化而产生偏差，蒸汽流量也变化，机组输 出电功率随之变化。汽轮机主控制器为了保持汽压而要动作调门， 其结果将进一步加剧蒸汽流量的变化，使机组输出电功率的变化加 剧，偏差增大。造成较大的输出电功率波动。
•汽机跟随方式的特点：汽压波动小。但由于没有利用锅炉的蓄热 能力，有较大的迟延，因此适应负荷变化能力差，不利于带变动负 荷和参加电网调频。
（2）汽轮机跟随（turbine follow,简写为TF）方式
汽轮机跟随方式的基本工作原理是：由锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机 调节汽压。
• 当负荷指令N0改变时，锅炉主控制器先发出改变锅炉的燃烧率 （及相应的给水流量）的指令MB。待机前压PT改变后，汽轮机主控 制器发出改变调门开度的指令MT，从而改变进入汽轮机的蒸汽流入 量，使机组输出电功率NE改变，并与负荷指令N0趋于一致。最后稳 态时，NE=N0，PT=P0。
负荷指令处理
负荷指令处理部分(或负荷指令处理装置)的主要作用是： 对外部负荷要求指令（目标负荷指令）进行选择并加以处理，
使之转变为实际负荷指令N0，作为适合于机、炉运行状态的功率 给定值信号。
一、正常工况下的负荷指令处理
在机组的设备及主参数都正常的情况下，机组的外部负荷要求指令 来自三方面：
（1）电网中心调度遥控的负荷分配指令（ADS指令，即Automatic Dispatch System）；
3.负荷闭锁增/减 当机组在运行过程中，如果出现下述任一种情况，就
认为设备工作异常，出现故障
任一主要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工作在最大 极限状态。 燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给定值的偏 差已超出规定限值。
此时需对实际负荷指令加以限制，即不让机组实际负荷指 令朝着超越工作极限或扩大偏差的方向进一步变化，以防止事 故的发生，直至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓 的负荷指令闭锁或负荷闭锁。
•机炉主控制器由两部分组成。 （1）锅炉主控制器：计算锅炉主控制指令MB的运算回路。 （2）汽轮机主控制器：计算汽轮机主控制指令MT的运算回路。
一、负荷控制方式
负荷控制方式可分为两类：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式 1．机炉分别控制方式
（1）锅炉跟随（boiler follow，简写为BF）方式
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调节结束后，机炉主控制器共同保证输出电功率NE与负荷指令N0
一致，汽压NP0T恢复为给定值P0。
•综合型协调控制方式通过“双向”的机炉协调操作，具有较好的 负荷适应性能和汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控 制方式。
（1）以锅炉跟随为基础的协调控制方式(BFCC)
（2）以汽轮机跟随为基础的协调控制方式(TFCC)
（3）综合型协调控制方式
•综合协调控制方式实现“双向”协调，即机、炉主控制指令信 号MB、MT都是同时受N和P信号的协调控制。
•当负荷指令N0改N变时，机、炉调节器PIT和PIB同时对汽轮机侧和
锅炉侧发出负荷控制指令，并行地改变锅炉的燃烧率（及相应 的给水流量）和汽轮机调门开度。同时为了使主汽压的变化幅
主控制系统相当于机炉调节系统的指挥机构，起上位控制作 用；
机炉调节系统对于主控制系统相当于伺服机构，起下位控 制的作用，是主控制系统的基础，两者构成分层控制的结构。
协调控制系统: 主控制系统和锅炉、汽轮机各自的调节系统的总称。
负荷控制方式
•机炉主控制器的主要作用：
根据机组运行的条件及要求，选择合适的负荷控制方式， 接受负荷指令处理部分发出的实际负荷指令N0，以及机组的实 发电功率NE、和主蒸汽压力PT及其给定值P0信号，通过一定的运 算回路，计算出锅炉和汽机的主控制指令MB和MT，以实现相应 的负荷控制方式，从而完成负荷控制任务。
•适用于:带基本负荷的单元机组或当机组刚投入运行时，采用这种 控制方式保持机组有较稳定的汽压，为机组稳定运行创造条件。
•当单元机组中汽轮机设备运行正常，机组的输出电功率因锅炉部分 设备工作异常而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。
2．机炉协调控制方式(Coordinated control mode)
负荷自动控制系统作用:接受外部负荷要求指令，并发出 使机炉调节系统协调动作的指挥信号
负荷自动控制系统机炉调节系统发出的指挥信号分别称为 汽轮机主控制指令MT和锅炉主控制指令MB。
机、炉主控制指令MT、MB分别代表了汽轮机调门开度（或汽 轮机功率）指令和锅炉燃烧率（及相应的给水流量）指令。
二、主控系统与机、炉调节系统的关系
锅炉跟随方式的基本工作原理是：由汽轮机调节机组的输出 电功率、锅炉调节汽压。
锅炉跟随方式的特点:当N0改变时，由于利用了锅炉的蓄 热能力，具有较好的负荷适应性，对机组调峰调频有利，但汽 压波动较大；当有内扰（燃烧率扰动）时，汽压波动较大。
对于大型单元机组，锅炉的蓄热能力相对减小，当负荷要 求指令N0变化幅度较小时，在汽压允许的变化范围内，充分利 用锅炉的蓄热以迅速适应负荷的变化是有可能的。在负荷要求 指令N0变化幅度较大时，汽压波动就太大，会影响锅炉的正常 运行。