【正文】 主汽壓力穩(wěn)定。如圖 13 所示。 圖 13 鍋爐跟隨方式 所以，在鍋爐跟隨系統(tǒng)中，快速的功率響應(yīng)和較大的主汽壓力偏差是同時(shí)存在的，這就是由于鍋爐跟隨系統(tǒng)機(jī)組功率對汽機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)作用的響應(yīng)迅速，當(dāng)負(fù)荷要求變化時(shí)，本系 統(tǒng)通過改變汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度，充分利用機(jī)組蓄能，就可以得到機(jī)組功率的快速響應(yīng)。但是，這是以犧牲主蒸汽壓力為代價(jià)的，又因?yàn)樵阱仩t側(cè)的調(diào)節(jié)作用下，主汽壓力的響應(yīng)有較大慣性。為了減小主汽壓力的波動，以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以采用機(jī)前壓力的定值與機(jī)前壓力的反饋值之間的偏差信號，通過函數(shù)模塊內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 （死區(qū)特性），作用在汽機(jī)調(diào)節(jié)器的輸出端。當(dāng)汽壓偏差超過非線性模塊的不靈敏區(qū)時(shí)，汽機(jī)調(diào)節(jié)器發(fā)出的調(diào)節(jié)閥開度指令將受到限制。 2．汽機(jī)跟隨方式 當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量。機(jī)前壓力改變后，按機(jī)前壓力與給定值的偏 差，通過汽機(jī)調(diào)節(jié)器改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度，從而改變機(jī)組功率。如圖 14 所示。 汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)，可以在汽機(jī)調(diào)節(jié)器前，加入功率偏差的前饋信號，其原理是利用鍋爐的蓄能，同時(shí)允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動。功率偏差信號（ NONE）可以看作是暫時(shí)改變的汽機(jī)調(diào)節(jié)器的給定值，當(dāng)（ PO PT） 0 時(shí)，汽壓給定值降低，汽壓調(diào)節(jié)器發(fā)出開大調(diào)節(jié)閥的指令，增加輸出功率，反之亦然，當(dāng)函數(shù)模塊 F（ x） =0 時(shí)，前饋?zhàn)饔貌淮嬖凇? 圖 14 汽機(jī)跟隨方式 3．協(xié)調(diào)控制方式 鍋爐和汽機(jī)同時(shí)接受負(fù)荷指令，并按一定的策略去協(xié)調(diào)鍋爐 和汽機(jī)之間的控制。鍋爐主控制器自動，保證主汽壓，同時(shí)接受負(fù)荷指令的前饋信號；汽機(jī)主控制器自動，保證機(jī)組功率。負(fù)荷指令作為機(jī)組功率設(shè)定值。對于單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的評價(jià)，主要根據(jù)以下兩方面進(jìn)行：其一是能否盡快地響應(yīng)電網(wǎng)對機(jī)組的負(fù)荷要求；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 其二是在內(nèi)、外擾動作用下，機(jī)爐控制回路能否協(xié)調(diào)工作和能否使汽壓偏差和功率偏差盡可能減小，如圖 15 所示。 幾種不同的運(yùn)行方式間可以靈活的進(jìn)行切換，鍋爐出力受限制時(shí)，切至汽機(jī)跟隨方式；當(dāng)汽機(jī)出力受限制時(shí)，切至鍋爐跟隨方式。 任何一種運(yùn)行方式的選擇均要求所需要的子系統(tǒng)已被選 擇在自動方式；任何子系統(tǒng)的自動方式的切除，都將導(dǎo)致協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)到與之相適應(yīng)的自動級。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量 [3]。 圖 15 協(xié)調(diào)控制方式 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)各部分功能介紹 單元發(fā)電機(jī)組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括機(jī)組主控、鍋爐主控和汽輪機(jī)主控 ，下面作具體介紹。 鍋爐主控 鍋爐定值通過鍋爐主控器設(shè)定，鍋爐主控器可根據(jù)不同的運(yùn)行方式可以自動或手動。 1． 當(dāng)所有依賴鍋爐主控器的控制回路都在自動時(shí)， 它可以手動；反之，鍋爐控制都在手動時(shí)，它不能手操，而只跟蹤燃料量。 2． 在汽輪機(jī)跟隨方式時(shí)，鍋爐主控器可以手操也可以自動，由運(yùn)行員選擇。當(dāng)在自動時(shí)，運(yùn)行員通過手動負(fù)荷設(shè)定器改變負(fù)荷定值。 3. 鍋爐跟隨方式，鍋爐主控器只能自動運(yùn)行，它的輸入信號是壓力定值與汽輪內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 機(jī)閥位開度的乘積所代表的直接能量平衡信號。 4. 在協(xié)調(diào)控制方式運(yùn)行時(shí)，鍋爐主控器也只能自動運(yùn)行，它的輸出就是燃料量和風(fēng)量調(diào)節(jié)的定值。 機(jī)組主控 1． 負(fù)荷信號 （ 1） 在協(xié)調(diào)和汽輪機(jī)跟隨運(yùn)行方式時(shí)，負(fù)荷信號由運(yùn)行人員在 “手動負(fù)荷設(shè)定器 ”上 人工設(shè)置。當(dāng)機(jī)組切換到自動發(fā)電控制時(shí)，機(jī)組接受電網(wǎng)的自動調(diào)度信號。機(jī)組上的上述負(fù)荷需求信號要受到負(fù)荷限值（最大 /最小負(fù)荷限值及發(fā)生 RUN BACK、 RUN UP/RUN DOWN 等）對負(fù)荷需求設(shè)定值的限制，負(fù)荷指令的變化亦要受到人工設(shè)定速率或汽輪機(jī)熱應(yīng)力的限制。當(dāng)機(jī)組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻，還要迭加上頻差部分的負(fù)荷指令，這時(shí)機(jī)組主控輸出為機(jī)組負(fù)荷需求指令，同時(shí)送往鍋爐和汽輪機(jī)主控。 （ 2） 鍋爐跟隨方式時(shí)，機(jī)組負(fù)荷指令由汽輪機(jī)主控器設(shè)置。 2. 負(fù)荷定值控制 當(dāng)機(jī)組能力和負(fù)荷需求不相適應(yīng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際能力對負(fù)荷 定值做一定限制。 圖 16 負(fù)荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 與機(jī)組負(fù)荷相關(guān)的主要運(yùn)行參數(shù)而引起強(qiáng)迫增（ RUN UP）、 強(qiáng)迫減（ RUN DOWN）；機(jī)組負(fù)荷超出了主、輔機(jī)的安全運(yùn)行，這種迫降負(fù)荷既稱 RUN DOWN；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 當(dāng)上述各值超出各自運(yùn)行的下限值時(shí)，則要發(fā)生迫升負(fù)荷，即 RUN UP。 （ 2） 輔機(jī)故障負(fù)荷 RUN BACK 是指機(jī)組的主要輔機(jī)發(fā)生故障時(shí)，自動將負(fù)荷 減到和主要輔機(jī)負(fù)載能力相適應(yīng)的負(fù)荷水平。主要輔機(jī)故障指：部分風(fēng)機(jī)（送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)）故障、給水泵故障、磨煤機(jī)故障、鍋水循環(huán)泵故障等。發(fā)生主 軸開關(guān)跳閘所引起的大幅度甩負(fù)荷，為維持汽輪機(jī)電廠用電或空負(fù)荷運(yùn)行而導(dǎo)致的RUN BACK 稱 FCB。 3． 機(jī)組主控進(jìn)行操作的內(nèi)容 （ 1） 選擇機(jī)組運(yùn)行方式； （ 2） 設(shè)置機(jī)組需求負(fù)荷； （ 3） 設(shè)置負(fù)荷變動率； （ 4） 設(shè)置機(jī)組負(fù)荷最大 /最小值； （ 5） 電網(wǎng)調(diào)度信號的切換； （ 6） 電網(wǎng)頻率信號的切換。 汽輪機(jī)入口壓力定值 根據(jù)機(jī)組負(fù)荷情況，可選擇定壓或滑壓運(yùn)行，汽輪機(jī)入口壓力（或主汽壓力）的定值一般是負(fù)荷的函數(shù)（如圖 17 所示）。 16． 68 壓 15 力 定 值 10 MPa 6． 68 5 29 75 100 負(fù)荷指令（ %） 圖 17 主汽壓力定值與負(fù)荷指令的關(guān)系曲線 汽輪機(jī)主控 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 當(dāng) DEH 裝置在遠(yuǎn)方控制方式時(shí)，汽輪機(jī)主控才能通過 DEH 起調(diào)節(jié)作用。 1．當(dāng)選擇協(xié)調(diào)運(yùn)行方式時(shí)，電功率（需求負(fù)荷）為設(shè)定值，實(shí)測電功率和需求 負(fù)荷相比較，其偏差經(jīng)汽壓偏差修正，然后經(jīng) PI 處理去改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度，達(dá)到消除功率偏差 的目的。 2．當(dāng)選擇了汽輪機(jī)跟隨方式，汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力在設(shè)定值，實(shí)測進(jìn)汽壓力與設(shè)定值相比較，其偏差經(jīng)汽輪機(jī)壓力控制器去改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度，達(dá)到消除壓力偏差的目的。 3．當(dāng)選擇了鍋爐跟隨和手動方式時(shí)，運(yùn)行員直接在汽輪機(jī)主控器上操作來增加 負(fù)荷，得到所需要的電功率。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門需求位置與實(shí)際開度的偏差送到 DEH系統(tǒng)去修正閥位，最后達(dá)到平衡 [3]。 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分類 目前，各種不同單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都是從處理快速負(fù)荷響應(yīng)和主要參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定這一矛盾出發(fā)的，只是汽輪機(jī)、鍋爐控制系統(tǒng)的 任務(wù)及相互間的聯(lián)系信號不同，具體方案各異而已。一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋和前饋回路不同進(jìn)行分類。 （ 1）按反饋回路分類： ① 汽輪機(jī)跟隨鍋爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) ② 鍋爐跟隨汽輪機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) （ 2）按前饋回路分類： ① DIB：指令信號間接平衡 ② DEB：能量直接平衡系統(tǒng) 另一種分類方法是從能量平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，把協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)劃分為直接能量平衡（ DEB）和間接能量平衡（ IEB）兩大類。 （ 3）按能量平衡分類： ① 直接能量平衡（ DEB） ② 間接能量平衡（ IEB） ① 直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系 統(tǒng) 直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是以汽輪機(jī)能量平衡需求信號直接對鍋爐輸入能量進(jìn)行控制的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，基本出發(fā)點(diǎn)是在任何工況下均保證鍋爐能量的輸入與汽輪機(jī)能量的需求相平衡。主要特點(diǎn)是采用能量平衡信號 PSP1/Pt 取代功率給定信號，作為控制回路的前饋信號， P1為汽機(jī)調(diào)速級后壓力，直接反映的是進(jìn)汽流量也就是機(jī)組負(fù)荷， Pt 為機(jī)前壓力也就是自動主汽門前壓力， PS為機(jī)前壓力設(shè)定值， P1/Pt 與汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度成正比，無論什么原因引起的調(diào)節(jié)閥開度變化，該值都能做出靈敏的反映，無論在靜態(tài)還是動態(tài)， PSP1/Pt 可以表征定壓運(yùn) 行或滑壓運(yùn)行等不同運(yùn)行工況下汽機(jī)的能量輸入（亦即汽機(jī)對鍋爐的能量需求），從而調(diào)節(jié)鍋爐的風(fēng) /煤輸入指令。燃煤機(jī)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 組的燃料量如采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速或給煤率等信號來直接測量，易受制粉系統(tǒng)延遲、煤質(zhì)變化等諸多干擾的影響。在燃煤汽包鍋爐 DEB 控制系統(tǒng)中，無論是直吹式或中間粉倉制粉系統(tǒng)，都采用熱量信號作為燃料量反饋，提供了一個(gè)在穩(wěn)態(tài)或動態(tài)工況下都適用的燃煤量工程測量方法。 ② 間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在簡單的機(jī)爐控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展的。按控制方式的不同，這種簡單的機(jī)爐控制系統(tǒng)可分為機(jī)跟爐方式和爐跟機(jī)方式兩種。在 機(jī)跟爐系統(tǒng)中，機(jī)組輸出功率由鍋爐給定，汽輪機(jī)主汽門開度調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。其主要缺點(diǎn)是對機(jī)組負(fù)荷變化需求的響應(yīng)速度慢。當(dāng)鍋爐側(cè)產(chǎn)生內(nèi)部擾動時(shí)，機(jī)前壓力 PT 和輸出功率 N 的變化將引起主汽門開度 ? 和燃料量 B 的同時(shí)動作，最終導(dǎo)致輸出功率長時(shí)間的波動甚至振蕩，因而機(jī)跟爐方式既不適用于帶變動負(fù)荷的運(yùn)行工況，也缺乏有效抑制鍋爐側(cè)內(nèi)部擾動的能力。在爐跟機(jī)系統(tǒng)中，充分利用了機(jī)組內(nèi)部蓄熱能量，機(jī)組對負(fù)荷變化需求的響應(yīng)性好，但是維持機(jī)爐能量的平衡 ，最終要由鍋爐輸入量的改變，保持機(jī)前壓力。若沒有考慮機(jī)爐對象的耦合性，系統(tǒng)品質(zhì)會不理想；若調(diào)節(jié)器參數(shù)整定不當(dāng)，可能會使系統(tǒng)振蕩、不穩(wěn)定。 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)吸收了機(jī)跟爐、爐跟機(jī)控制的特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì) [2]。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 第二章 單元機(jī)組數(shù)學(xué)模型的動態(tài)分析 單元機(jī)組數(shù)學(xué)模型的動態(tài)分析 大型單元機(jī)組控制系統(tǒng)是一種多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)，滯后大，受控過程是一個(gè)多輸入多輸出過程。在輸入和輸出之間存在著交叉的關(guān)聯(lián)和耦合。只有通過合理的簡化與近似處理，采用理論建?；?qū)嶒?yàn)的方法 ，才能建立起滿足一定精度要求的動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型。 汽包鍋爐單元機(jī)組可簡化為一個(gè)具有雙輸入雙輸出的被控對象。如圖 21 所示。圖中，機(jī)組的輸出功率 N 和機(jī)前壓力 P 為被控量；主汽門調(diào)節(jié)閥開度 ? 和燃料量 B 為控制量。 WNT 和 WNB分別為發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率對調(diào)門開度和燃料量的傳遞函數(shù)； WPT 和WPB分別為機(jī)前壓力對調(diào)門開度和燃料量的傳遞函數(shù)。這種合理簡 化的前提是： 1．送風(fēng)量與燃料量相適應(yīng)，保持燃燒穩(wěn)定； 2．引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛壓力； 3．給水量通過保持汽包水位進(jìn)行控制，使給水流量與蒸汽流量相平衡； 4．主蒸汽溫度控制相對獨(dú)立。 圖 21 單元機(jī)組負(fù)荷控制對象數(shù)學(xué)模型 在保證上述條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步假定： 1．考慮單元機(jī)組在額定工況下的小擾動特性，即作為線性系統(tǒng)處理。 2．把分布的傳熱過程，分布的管道阻力視為集中傳熱，集中管道阻力，即作為集中參數(shù)系統(tǒng)處理。 在此基本假設(shè)條件下，單元機(jī)組受控過程動態(tài)特性可由下式表示： ??????? )()( )()()( SWSW SWSWSW NTPB PTNB內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 單元機(jī)組負(fù)荷控制 對象的階躍響應(yīng)特性如圖 22 所示： 圖 22 階躍響應(yīng)特性圖 單元機(jī)組動態(tài)特性分析： 1．燃燒率 B? 擾動下，主蒸汽壓力 P 和輸出功 N 的動態(tài)特性如下： 當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門開度不變，而 B? 發(fā)生階躍擾動時(shí)，主蒸汽壓力 P 和輸出電功率 N 的響應(yīng)曲線如圖 22（ a）所 示。增加鍋爐的燃燒率，必定使鍋爐蒸發(fā)受熱面的吸熱量增加，汽壓經(jīng)過延遲后逐漸升高。由于汽輪機(jī)調(diào)門開度保持不變，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量增加，從而自發(fā)的限制了汽壓的升高。當(dāng)蒸汽流量與燃燒率達(dá)到新的平衡時(shí)，汽壓P 就趨于一個(gè)較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。由于蒸汽流量的增加使汽輪機(jī)輸出功率增加，輸出電功率 N 也增加。當(dāng)蒸汽流量不變時(shí)，輸出電功率也趨于一個(gè)較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自平衡能力。 2．調(diào)門開度 B? 擾動下主蒸汽壓力 P 和輸出功率 N 的動態(tài)特性如下： 當(dāng)鍋爐燃燒率 B? 保持不變，而 T? 發(fā)生階躍擾動時(shí)，主蒸汽壓力 P 和功率 N 的響應(yīng)曲線如圖 22（ b）所示。汽輪機(jī)調(diào)門開度階躍增加后，一開始進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量立刻成比例增加，同時(shí)汽壓 P 也隨之立刻階躍下降 P? （ P? 階躍下降的大小與蒸汽流量的階躍增量成正比，且與鍋爐的蓄熱量大小有關(guān)）。由于燃燒率保持不變，所以蒸發(fā)量也不變。蒸汽流量的增加是因?yàn)殄仩t汽壓下降而釋放出一部分蓄熱，這只是暫時(shí)的。最終，蒸汽流量仍恢復(fù)到與燃燒率相適應(yīng)的擾動前的數(shù)值，主蒸汽壓力 P 也逐漸趨于一個(gè)較低的新穩(wěn)態(tài)值。因蒸汽流量在過渡過程中有暫時(shí)的增加，故輸出功率 N內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 相應(yīng)也有暫時(shí)的增加。最終，輸出功率 N 也隨蒸汽流量恢復(fù)到擾 動前的數(shù)值。可以看出，機(jī)組增加負(fù)荷時(shí)，初始階段所需的蒸汽量主要是由于鍋爐釋放蓄熱量而產(chǎn)生的。通過以上分析，可以看出負(fù)荷控制對象的動態(tài)特性的特點(diǎn)是：當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門開度動作時(shí)，被控量 N 和 P 的響應(yīng)都很快，即熱慣性??；當(dāng)鍋爐燃燒率改變時(shí)， N 和