火电厂负荷控制系统
什么是火电厂APS控制
APS （Automatic Procedure Start-up／Shut-down）是一种热工自动控制功能，是火力发电厂燃煤发电机组在DSS（每日启停）运行方式的迫切需求下应运而生。
DSS运行方式在安全、经济等方面对机组启动提出了明确目标，期望能以机组允许的最短时间安全地启动机组是应用APS的初衷。
燃煤发电机组启动的复杂性和技术难度要求参与APS的MCS、BMS、DEH、MEH、SCS等热工控制系统必须具备“一键启停”的控制水准，只有技术达标经济才能受益、安全才有保障，这也许是催生APS成熟运用的潜在动力。
APS还派生出另外一种重要用途，机组遭遇甩负荷后，利用APS控制机组能够迅速恢复正常运行，这让应用APS进一步获得用户青睐。
智能化的热工自动控制成就了APS，因APS而全面提升了燃煤机组的自动控制水平，相辅相成，APS也就成为发电厂高度自动化的标志，成为评价电厂生产技术管理水平、热工控制水平、机组运行水平的一种标准。
火力发电厂燃煤机组启动、停运过程的安全风险要比煤粉燃烧带负荷的正常运行区间高得多。
以600MW等级亚临界汽包炉为例，机组冷态启动前，不算外围辅助车间，电厂主厂房内炉、机、电等系统设备现场巡视检查和就地操作项目超过5000多项，集控室内远方操作设备超过五百多台套。
由于现代大型机组参数高、工况转换迅速、工艺系统关联紧密，增加了人工操作难度和启停时间，不利于机组的安全和经济运行。
尤其在机组启动和停运阶段集中了大量设备启停切换、参数调整等操作，操作人员在限定时间内为应对运行工况精神高度紧张、劳动强度大，安全风险大幅度提高，稍有不慎甚至可能发生不安全事件，严重的会造成重大经济损失。
因此，现代化火力发电燃煤机组都装备了热工自动控制系统辅助运行人员操作和调节，目前主流控制装置采用3C（Computer-计算机、Communications-通信、Control-控制）技术为核心的计算机分散控制系统（Distributed Control System-DCS），功能性的应用系统（后序文中称为“功能控制系统”）都是在DCS上实现的。
火电厂单元机组的协调控制系统
单元机组和控制系统的关系
在单元机组的运行过程中，引起被调量 （如主蒸汽压力、温度）变化的原因是各 种扰动，而控制系统的任务则是要克服扰 动对被调量的影响，使被调量始终保持在 生产过程允许或希望的范围内。 最主要的扰动——外界电负荷的变化。
单元机组协调控制系统的发展
机炉协调的负荷控制方式
把之前两种方式结合起来，取长补短 所引起的压力变化比主汽压力下降后在增大锅炉功率（BF 方式）所引起的压力变化小得多。由于功率调节信号是同 时作用于汽轮机和和锅炉的，所以它比TF方式有更快的功 率响应。 这种锅炉蓄热的合理利用与及时补偿的协调方式，使得单 元机组实际输出功率既能迅速响应给定功率的变化又能保 持主汽压力的相对稳定。
汽轮机跟随的负荷控制方式
由汽轮机控制主汽压力，由锅炉控制机组负荷。 该方式的主汽压力变化较小，对锅炉的稳定有利，但是由于锅炉燃料 量输送及传热过程有较大滞后，使得机组输出功率响应有较大滞后， 调频能力差。 适用情况： a.承担基本负荷的单元机组。 b.当新机组刚刚投入运行，经验还不足时，采用这种方式可使机组 运行比较稳定。 c.当单元机组中汽轮机运行正常，机组输出功率受到锅炉限制时。
机组负荷管理控制中心（LMCC）
又称 机组负荷指令处理装置 负荷控制中心是用来协调机组内、外矛盾，也就是协 调供与求的矛盾
机炉主控制器
机炉主控器协调的是机和炉的内部矛盾
机炉子控制系统
直接与控制对象相联系，执行协调级的指令，使燃烧量、 送风量、给水量、蒸汽流量等与负荷控制指令相适应，实现 负荷控制的任务
。
• 机发 机组
全 依 变 锅
• 发 主 的 蒸 两 率 对 象 功 制 出 控 组 输 组 机 元 机
火电厂热工控制系统调试基本要求
第一章火电厂热工控制系统调试基本要求现代单元制机组热工控制系统主要由DCS控制系统实现，通常按功能划分为几大系统：数据采集系统（DAS）、开关量控制系统（OCS）、炉膛安全监控系统（FSSS）、模拟量控制系统(MCS)、汽机数字电液控制系统（DEH）、旁路控制系统（BPS）等。
电力行业标准对火力发电厂热工控制系统的设计、调试和质量验收都提出了具体的要求。
《火力发电厂设计技术规程》DL 5000对火力发电厂热工控制系统提出了总体性的设计要求，《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》DL/T 5175则给出了具体的设计原则和设计方法。
《DCS技术规范书》是根据各工程的特点由买卖双方签定的技术合同文件，对火力发电厂热工控制系统提出了更为具体的基本要求。
新建机组热控系统的调试主要包括以下阶段：调试前的准备、控制系统受电前检查和受电后的测试、组态软件检查和功能测试、外部系统的联调、模拟量控制系统的投入和调试、协调控制系统的投入及负荷变动试验、RB试验、文档验收等。
第一节火电厂热工控制系统调试依据及标准一、热控系统调试采用的电力行业标准1. 与调试有关的设计标准DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》；DL/T5175-2003《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》；1. 施工安装、调试及验收标准DL/T 5190.5-2004《电力建设施工验收技术规范第5部分：热工自动化》；DL/T 655-2006《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统验收测试规程》DL/T 656-2006《火力发电厂汽轮机控制系统验收测试规程》DL/T 657-2006《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》DL/T 658-2006《火力发电厂开关量控制系统验收测试规程》DL/T 659-2006《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》DL/T 1012-2006《火力发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程》DL/T 824-2002《汽轮机电液调节系统性能验收导则》电建[1996]第159号《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程》2. 运行和检修维护标准DL/T 774-2004《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》二、有关技术资料和文件主要是指设计院和设备制造厂提供的控制系统设计技术文件和设备说明资料，如控制逻辑图（digital logic diagram）是开关量控制系统和炉膛安全监控系统的主要调试依据；SAMA图（analog functional diagram）是模拟量控制系统的主要调试依据；DCS系统手册是DCS系统的主要调试依据。
火力发电厂分布式控制系统(DCS)技术导则
ｂ 系统操作员站技术导则． ， …，．．． ． ＤＳ Ｃ … …， ，．．……，…… ，．．． ．．． ． ．．．． ．．．……
ｚ 系统 ｒ ｎｓ ｃ ＿ 程师站技术导则… 卜．．…… ， ． ． ． ．．． ．．．．． ……，． ． ． ．．．…… ．． ． ． ．．．
…… １ ０ …… ｉ ２
一个子网，但必须要求 Ｄ Ｓ供应商提供 Ｃ ＭＡＣ 总线网在异常工况或重网络负荷下的 Ｃ Ｓ ／Ｄ
网络负荷率、有效数据传输率等参考数据，以确定该网络配置是否能保证 Ｄ Ｓ的实时性 Ｃ
和稳定性。
４ Ｓ ． Ｄ 通信网络性能指标 ２ Ｃ ４ ． 通信网络系统的最大规模 ．１ ２ 该指标包括三个参数：①通信网络所能覆盖的最大距离； ②通信网络所能连接的最 大节点数； ③两相邻节点的 最大距离。 Ｃ 通信网络所覆盖的最大距离应不小于４ｍ所 ＤＳ ｋ，
目
次
门 ．．．． … Ｕ舀 ．．．．．．． ． ．．．．．．．．．．．．． ．．．．… ．．．．．．．．．…
１范围．．．．．．……二 ．．．．．．．．．．． ．．．．．．． ．．．． ．． ．．．． ． ． ．．．．．．．．．．． ．．．．．．． ． ． ．． ．．． ．． ．．．．．．…… ２引用标准．．．．……， …，．．．．． ．．．． ．．．． ． ．．．．． …… ，……，…‘ …，． ． ．．．．． ． ． ． ． ． … ．…… ．
３ 定义
３ ＤＳ ． Ｃ ，是指分布式控制系统，或称分散控制系统。 １ ３２系统级 （ ． 单元机组级）网络，是指用于连接操作员 站、 「 程师站等节点的网络系统，
主要为便于 集中管理、操作单元机组。
３３控制级 〔 ． 设备级）网络，是指用于连接控制站、可编程控制器等控制设备的网络系
火电厂几种主流DCS系统介绍
FoxboroA2自动化控制系统更适合于中小型 装置,采用以太网系统架构．符合lSO/OSl标 准．传输速率最高为100Mb/s,通信介质为 光缆或双绞线,用于连FoxboroA2的控制站、 工程师站、操作员站,也可与多种现场总线 相连.模块采用欧陆公司的2500系列和技术, 人机界面采Wonderware产品和技术.
由于FSSS对作为事件顺序的操作记录的要 求很高,而且可能是多系统组合来完成该项 功能,所以SOE的带有时间戳的开关量输入 设备及相关功能是必须具备的.在时间同步 方面,除了DCS系统内时钟同步方式,还有目 前正兴起的GPS卫星时间同步方式.
由于电厂的主要产品电能的特殊性及电网 调度和电业管理的要求,电厂已推行火力发 电厂厂级监控信息系统技术要求SIS,现在也 基本上做到很好和DCS之间的衔接问题.
优缺点
优点:系统可靠,在中国电力方面用户多达 200多个,新系统和老系统兼容,这有利于以 后的设备改造更新.图形化组态 ,方便于机组 运行中查找维护. 缺点：不能在软件中进行强制. PS:省内电厂使用该系统的有大唐洛河电厂.
西门子Siemens
在全世界已有超过1500套DCS控制系统装 置,是成功的电力和I&C系统供应商.在我国 电站中采用西门子的Tele-perm系统较多.近 年在全集成自动化的架构下,西门子推出 SPPA—T3000系统,已经在国内大型电站项 目陆续使用,效果相当不错.现就SPPATDCS系统进入21世纪,在通信和信息管理技 术、集成电路技术的进步以及工艺设备大 型化的影响下,在节能环保和提高生产效率 的需求下,形成了新一代的DCS,或称为第四 代DCS.在电厂方面,我们重点介绍ABB、西 门子SiemensT3000、艾默生 OvationFOXBORO和日立Hitachi五家相关 产品,这五家也是现在电厂DCS的主流厂家.
火电厂热控系统分类
火电厂热控系统分类一般有两种：
•按功能。
锅炉负荷调节系统；燃料量调节系统；给水调节系统；
主蒸汽温度调节系统；再热蒸汽温度调节系统；空气量调节系统；炉膛负压调节系统；磨煤机出口温度调节系统；除氧器水位调节系统；高压加热器水位调节系统；低压加热器水位调节系统；凝汽器水位调节系统；吹灰蒸汽压力调节系统；轻油压力调节系统；润滑油温调节系统；汽封压力调节系统；除氧器压力调节系统；凝汽器再循环流量调节系统；给水泵再循环流量调节系统；以及电调里的压力调节系统、功率调节系统、转速调节系统等。
•按结构。
人机接口设备；控制设备；中间设备；现场设备等。
对火电厂600MW超临界机组协调控制系统的分析
对火电厂600MW超临界机组协调控制系统的分析作者：曾有琪韦培元马军来源：《城市建设理论研究》2012年第30期摘要：就国内火电厂的火电机组发展现状来看，大规模、高效率的超临界机组已经形成了市场化规模，600MW超临界机组比传统的亚临界机组有着压倒性的性能优势。
超临界机组对煤耗量的大幅度降低，有效缩减了火电厂的运营投资，在减少能源消耗、缩减运营成本的同时，也减少了污染物向环境中的排放。
文章就600MW超临界机组内容进行了简单的概述，介绍了600MW超临界机组协调控制策略，阐述了600MW超临界机组协调控制系统。
关键词：600MW超临界机组；控制策略；控制对象；协调控制系统Abstract: Considering the development situation of the domestic thermal power units of thermal power plants, the large-scale, high-efficiency supercritical unit has formed the marketization scale, and600 MW supercritical units have the overwhelming performance advantages compared with conventional subcritical units. Supercritical units contribute to the huge reduction in the amount of coal consumption, effectively reducing the investment in thermal power plant operators, which also can reduce the pollution emission to environment. In this paper, the content of 600MW supercritical units is described simply, coordinated control system strategy of the 600MW supercritical units are introduced, as well as its coordinated control system.Key words: 600 MW supercritical units; control strategy; controlled object; coordinated control system中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）随着国内对火电机组内容研究的不断深入，以及火电机组相关技术、系统在近几年内的高速发展，高效率、大规模的超临界机组在火电厂中的应用越来越广泛和普及。
火电厂控制系统
火电厂控制系统总体分为两部分：第一部分是主控部分，第二部分是副控部分。
下面就这两部分具体内容做个介绍。
第一部分火电厂主控系统火电厂主控系统以控制方式分类可分为：DAS、MCS、SCS、FSSS及DEH等系统。
一。
数据采集系统—DAS火电厂的主控系统中的DAS（数据采集系统)主要是连续采集和处理机组工艺模拟量信号和设备状态的开关量信号，并实时监视，保证机组安全可靠地运行.DAS系统的主要功能如下:数据采集：对现场的模拟量、开关量的实时数据采集、扫描、处理.信息显示：包括工艺系统的模拟图和设备状态显示、实时数据显示、棒图显示、历史趋势显示、报警显示等。
事件记录和报表制作/ 打印：包括SOE 顺序事件记录、工艺数据信息记录、设备运行记录、报警记录与查询等。
事件记录和报表制作/ 打印：包括SOE 顺序事件记录、工艺数据信息记录、设备运行记录、报警记录与查询等。
历史数据存储和检索。
设备故障诊断。
二。
模拟量调节系统-MCS系统模拟量控制系统（Modulating Control System,简写MCS）MCS的根本任务是进行负荷控制以适应电网的需要。
在单元机组中，负荷的变化会导致主汽压力的变化，这样需要调整燃料量、风量，进而使燃烧经济性和炉膛负压发生变化;主汽压力变化在另一方面又需调整给水流量和减温水量，这又使汽包水位和蒸汽温度发生变化。
这些模拟量参数的变化都有一个迟延过程，如果采用常规的单变量控制系统;上述参数变化后重新调整到正常值是非常困难的，往往需要一个较长的过程.而模拟量控制系统把锅炉和汽轮发电机看成是一个不可分割的整体，并采用以前馈-反馈控制为主的多变量协调控制策略,较好地解决了过去常规单变量控制系统存在的问题。
模拟量控制系统使整个机组（包括主辅机设备),都能协调地根据统一的负荷指令，及时、同步地控制到适应负荷指令的状态.从这个意义来说,模拟量控制系统是大型火力发电机组安全、经济运行的重要技术保障。
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火电厂负荷控制系统
三、机炉协调控制的设计方案 • 锅炉跟随为基础 • 汽机跟随为基础 • 机炉综合型 • 直接能量平衡
火电厂负荷控制系统
锅炉跟随为基础
火电厂负荷控制系统
汽机跟随为基础
火电厂负荷控制系统
火电厂负荷控制系统
五、协调控制系统的构成 1. SAMA图及各种图形符号
SAMA图是美国科学仪器制造协会（Scientific Apparatus Maker’s Association）所采用的 绘制图例，它易于理解，能清楚地表示系统 功能，在自动控制系统中大量应用。
火电厂负荷控制系统
SAMA图 简介
火电厂负荷控制系统
滑压运行的优点：
⑴ 部分负荷下高压缸效率可基本保持不变，调门节流损失 也小。末级排汽湿度小，减少了对叶片的冲蚀并减少了湿 汽损失；
⑵ 部分负荷下，滑压运行蒸汽压力下降，其比热亦减小； 另外，蒸汽压力降低使比容增大，流速增加，提高了传热 系数。因此滑压运行使锅炉传热得到改善；
⑶ 滑压运行时，随负荷的降低蒸汽压力和流量同时降低， 给水泵出口压力和流量随之减少， 其消耗功率也减少， 同时增加了锅炉供水的安全性；
系统的集合。 • 汽轮机控制系统：调节机组负荷和转速 • 锅炉控制系统：调节主汽压力和控制燃烧 • 汽轮机和锅炉系统互相影响。 • 任务：
– 功率, 频率 – 能量 – 安全
火电厂负荷控制系统
• 常用术语 1.RB(RUN BACK)——自动快速减负荷
机组主要辅机部分故障时，机组实际出力大于 允许最大出力时，快速降低负荷。 2.FCB(FAST CUT BACK)——快速甩负荷 当发电机由于故障而跳闸甩负荷后，锅炉快速 将负荷降低到适应水平。
机组的负荷由中调通过微波信号、光纤 电路或计算机网络到RTU（远方终端）。
火电厂负荷控制系统
S——单元机组协调控制系统 8.BMS——锅炉炉膛安全监控系统 9.SCS——顺序控制系统 10.DAS——数据采集系统 11.DEH——汽轮机数字电液控制系统 12.BPS——旁路控制系统
火电厂负荷控制系统
火电厂负荷控制系统
复合变压运行
传统的滑压运行是调门全开或大部分开启，调门 不动，由锅炉通过控制主汽压力来控制负荷，但 这样就不能投CCS和AGC。 复合变压运行方式是通过优化，找到部分负荷下 最佳压力曲线，输入CCS，在负荷变动时CCS自 动改变压力设定，值班人员也可通过设定偏差做 局部压力调整，使汽轮机始终保持在经济工况下 运行。当然在此调整过程中，调门开度是适当变 动参与调节的。
3.RUN UP、RUN DOWN——强增负荷、强减负荷
火电厂负荷控制系统
4.MFT——锅炉主燃烧跳闸
发生炉膛灭火等事故后，进入MFT主燃 料跳闸工况，切断锅炉的所有的燃料供 给。
5.ETS——汽轮机紧急跳闸
当继续运行危及汽轮机安全时，进入 ETS工况，强行关断进汽阀门。
6.AGC——自动发电控制
⑷滑压运行时，高排和汽轮机各级温度基本不变。因而汽 轮机零部件温度变化很小，热应力、热变形也变化不大， 这不仅提高了机组的安全性，而且也提高了机组对负荷变 化的适应能力。
⑸ 滑压运行能使汽轮机的工作条件得到改善，延长高压部
件的使用寿命：滑压运行时调门处于全开位置（或开度不
变），可以保证机组全周进汽，从而改善进汽部分的工作
火电厂负荷控制系统
火电厂负荷控制系统
火电厂生产过程
Pd
5 H
Ws 8 7
26
Wrs 9
27
D 4 1
MW
12
2
3
25 6
23
W
AF 11 22 B 10
28
18 21
29
13 14
至
20
19
烟
囱
24 15
16
17火电厂负荷控制系统 Nhomakorabea协调控制系统
一、概述 • 协调控制系统：现代电厂中机、炉所有闭环控制
•特点 1）利用锅炉蓄 热，机组功率 变化较快 2）主汽压力波 动比较大
火电厂负荷控制系统
2.机跟随方式（机跟炉） • 锅炉控制系统控制机组功率 • 汽轮机控制系统控制主汽压力 • 控制过程 1）手动负荷指令通过锅炉主控，控制燃料调节
阀，使主汽压力改变 2）为了维持主汽压力不变，主汽调机器输出调
节指令，改变阀门开度，最终改变输出的功率
二、协调控制的基本方式 外部负荷需要：PE 内部参数稳定：PT 四种基本方式 1.炉跟随方式（炉跟机） 汽轮机先动作，锅炉随后动作的调节 汽轮机控制系统控制负荷 锅炉控制系统控制主汽压力
火电厂负荷控制系统
• 控制过程 1）手动负荷指令通过汽轮机主控改变汽轮机 输出功率 2）主汽压力改变，通过锅炉主控，控制燃料 调节阀，调节主汽压力
条件。
火电厂负荷控制系统
滑压运行的缺点：
1）负荷变动时，汽包内压力和温度随着变化，汽包的应力 问题比定压运行严重，成为限制机组负荷变动速度的主要 因素；
2）机组负荷变动，是靠锅炉调整燃烧和给水进行的，而锅 炉是热惯性大的设备，所以，负荷响应的速度慢；
3）低负荷时降低了主蒸汽压力，从而降低了机组的循环热 效率；
火电厂负荷控制系统
• 锅炉调节在前，汽轮机调节在后 • 特点：主汽压力波动很小；
机组功率对外界负荷适应性比较差。 3.协调方式 • 汽轮机控制系统和锅炉控制系统同时动作
火电厂负荷控制系统
• 将负荷变化和主汽压力变化同时送到两个调节 系统中。
• 主要思路：在被控含量变化前主动实施调节 • 特点：既能以较快速度适应外界负荷变化
机炉综合型
火电厂负荷控制系统
直接能量平衡
火电厂负荷控制系统
四、定压和滑压
• 滑压运行: 汽轮机在不同工况下运行时，调节汽阀处于全开状态，保 持主汽温度基本不变，由锅炉调整主汽压力，改变汽轮机 的进汽和焓降，以达到调节机组负荷的目的。
• 定压运行
是指汽轮机在不同工况下运行时，蒸汽参数保持不变，通 过调速汽门的节流调节控制汽轮机的进汽量，从而达到调 节汽轮机负荷的目的。
测量或信号显示功能 自动信号处理功能 手动信号处理功能 执行机构
FT
LT
PT
TT
ZT
流量变送器 液位变送器 压力变送器 温度变送器 位置反馈
火电厂负荷控制系统
√
开方
K
×
乘法
∫
÷
除法
d/dt
±
偏量