【導(dǎo)讀】所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容。外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本畢業(yè)論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。術(shù)，在全世界受到廣泛重視，正在成為燃煤技術(shù)的主力軍。根據(jù)理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場實例，對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的原理、組成、功能、尤其對協(xié)調(diào)系統(tǒng)的幾個重要組成部分，如主汽壓力設(shè)定值、鍋爐主控、汽機(jī)主控、燃料主控進(jìn)行單獨分析說明。

　　

【正文】 送入汽輪機(jī)控制器和鍋爐控制器，加入非線性環(huán)節(jié)和前饋信號 P0的比例微分作用形成的。設(shè) “ 負(fù)荷要求 ” P0增大，功率偏差信號 P0PE 并行送入汽輪機(jī)控制器和鍋爐控制器，汽輪機(jī)控制器迅速開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣閥，機(jī)前壓力 pT 降低，鍋爐放出蓄熱，蒸汽流量增大，以暫時適應(yīng)負(fù)荷要求增大的需要。由于鍋爐對負(fù)荷變化的響應(yīng)較汽輪機(jī)慢，采用負(fù)荷要求 P0通過比例微分作用作為送往鍋爐的前饋信號，以補償鍋爐的慣性和延遲。如果負(fù)荷要求增長的速率和幅度較大，可能引起汽壓 pT 的的變化幅值過大，當(dāng)汽壓偏差 |p0pT|≥死區(qū)組件的 △時，死區(qū)組 件將發(fā)出限制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣閥繼續(xù)開大或回關(guān)的信號，以保證汽壓 pT 在允許范圍內(nèi)變化，汽壓偏差信號 p0pT 同時送入鍋爐控制器，加強對鍋爐的調(diào)節(jié)作用，以補充由汽壓變化引起鍋爐蓄熱量變化所需附加的燃料量。調(diào)節(jié)結(jié)束時，達(dá)到 PE=P0，pT=p0 的平衡狀態(tài)。該系統(tǒng)的特點是能補償鍋爐的慣性和延遲，加強對鍋爐的控制作用 [20]。 以 機(jī)跟爐 為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制 單元機(jī)組以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)如圖 所示 ，它是在機(jī)跟爐控制方式為基礎(chǔ)加入一個非線性環(huán)節(jié)形成的 。 汽輪機(jī)跟隨控制方式的特點是適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求能力較差而 汽壓波動小，不能充分利用鍋爐蓄熱量，為了提高適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的能力，通過非線性元件將功率信號引入汽輪機(jī)控制回路。當(dāng)負(fù)荷要求 P0增大時。功率偏差信號P0PE 送入鍋爐控制器，增大燃燒率，與此同時，通過非線性元件暫時降低中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 26 主汽壓力給定值，汽輪機(jī)控制器就發(fā)出開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣閥指令，使輸出功率 PE迅速增加，反之，當(dāng)減負(fù)荷及 P0PE0 時，增大汽壓給定值，汽輪機(jī)控制器發(fā)出關(guān)小調(diào)節(jié)氣閥的指令。迅速減小輸出功率 PE，非線性元件是一個雙向限制比例器，它可以輸出一個與 △P 成比例的信號，暫時的改變 pT 的定值p0，從而使鍋爐的蓄熱得 到利用，以提高熱負(fù)荷適應(yīng)性，當(dāng) P0PE 超過這個區(qū)域時，非線性環(huán)節(jié)的輸出不再變化（水平飽和區(qū)），即汽壓給定不再變化，增加一個限幅非線性元件的作用就是限制起始控制過程中，功率變化 △P 對調(diào)節(jié)閥門開度 μT 的影響，以保證 △p 不會波動太大 。 圖 以 機(jī)跟爐 為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制 由于負(fù)荷要求指令改變時，汽輪機(jī)側(cè)配合鍋爐側(cè)的燃燒率 μB 的改變同時改變調(diào)節(jié)閥門開度 μT，暫時利用了鍋爐的蓄熱能力，所以功率響應(yīng)速度加快，但同時汽壓波動也因此加大，實質(zhì)上是以降低汽壓控制的品質(zhì)為代價來中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 27 提高功率響應(yīng)的速度，因此協(xié)調(diào)的結(jié)果是功率和汽 壓兩方面性能指標(biāo)的折中，為了補償鍋爐負(fù)荷響應(yīng)的慣性和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣閥開度變化對鍋爐控制的影響，可以采用圖 所示以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，它是以機(jī)跟爐控制方式為基礎(chǔ)加入非線性環(huán)節(jié)和前饋信號 P0 的比例微分作用、機(jī)前壓力pT 的微分作用形成的。采用 P0 經(jīng)比例微分（ PD）作用后作為前饋信號，這樣就能提前和加強調(diào)節(jié)鍋爐的燃燒率，改善鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性的慣性。 當(dāng)負(fù)荷要求 P0不變時，如果由于某種擾動使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣閥開度變化，機(jī)組實發(fā)功率 PE 隨之變化，這個擾動將使鍋爐控制系統(tǒng)動作，不利于機(jī)組穩(wěn)定運行。為了減少汽輪機(jī)調(diào) 節(jié)閥開度擾動對鍋爐控制系統(tǒng)的干擾，在鍋爐控制器入口加入 pT 的微分信號，用以補償 PE的變化影響。 按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制（ DIB） 按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)如圖 ，從圖中可以看出次系統(tǒng)是以鍋爐跟隨的控制方式工作，鍋爐側(cè)是以（ 1+d/dt） P0作為前饋信號，以（ p0pT）作為反饋信號，鍋爐側(cè)的反饋回路中，由鍋爐控制器前的乘法器引入 P0信號，其目的是使其放大倍數(shù)與 P0成正比，以補償不同負(fù)荷下對象動態(tài)特性放大倍數(shù)的非線性特性。鍋爐側(cè)前饋信號的引入目的是促使燃燒量隨負(fù)荷變化及早動作，補償鍋爐的 惰性。 鍋爐燃燒率指令為 ： PB=P0（ 1+s） +（ p0pT） KP +， s)( 0 oTI PPPK ? 式子中 KP——鍋爐控制器的比例增益 KI——鍋爐控制器的積分增益 穩(wěn)態(tài)時，主汽壓力 pT 等于給定值 p0，鍋爐的燃燒率指令等于負(fù)荷指令P0，即 PB=P0。 可見鍋爐控制中把負(fù)荷指令信號 P0（ 1+d/dt）作為前饋信號，其中微分作用在動態(tài)過程中加強燃燒率指令，以補償機(jī)爐之間對負(fù)荷響應(yīng)速度的差異，式子中汽壓偏差信號和汽壓偏差信號的積分有兩個作用，一是，反映了中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 28 使汽壓恢復(fù)到給定值對鍋爐蓄熱 量變化所需要的燃料量，二是，保證穩(wěn)態(tài)時汽壓等于汽壓的給定值。 圖 所示系統(tǒng)中汽輪機(jī)控制器入口信號的平衡關(guān)系如下： P0PEPE(p0pT)=0 圖 按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制 由此可見，汽輪機(jī)控制回路實際是一個功率控制系統(tǒng)，只有在汽壓偏差為零的情況下，才有 PE=P0。在動態(tài)過程中采用兩種方法防止調(diào)速汽門動態(tài)開的過大。第一種方法是引入壓力偏差信號，作為負(fù)荷變化時的限制信號，限制汽輪機(jī)調(diào)速汽門動作的范圍不能超過雙向限幅器的限定值，即當(dāng)汽壓超過規(guī)定值（ 1MPa）時，限制汽面調(diào)速汽門進(jìn)一步開大。第 二種方法是引入（ p0pT）的反饋信號，其目的是根據(jù)汽壓偏差變化情況確定調(diào)速汽門的開度，限制調(diào)速汽門動態(tài)開的過大。 圖 為按指令間接平衡的協(xié)調(diào)控制的另一種方案，從圖中可以看出此系統(tǒng)是以汽輪機(jī)跟隨的控制方式工作的。鍋爐側(cè)是以 P0(1+d/dt)作為前饋信中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 29 號，形成對鍋爐側(cè)的前饋控制作用。其中比例作用使得燃燒率與負(fù)荷指令始終保持一致，微分作用用于補償鍋爐的動態(tài)遲延和慣性，加速鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)。 鍋爐側(cè)以功率偏差作為反饋信號，形成對鍋爐側(cè)的積分反饋控制（積分增益同 P0成正比，以適應(yīng)不同負(fù)荷下的對象特性的改變，實 現(xiàn)變參數(shù)控制）用來校正燃燒率指令，以保證機(jī)組的功率偏差在穩(wěn)定時為零，鍋爐燃燒率根據(jù)汽壓偏差而修正，例如，當(dāng) pTp0 時應(yīng)使燃燒率適當(dāng)增加以補足由于汽壓偏低而使鍋爐蓄熱減少，鍋爐燃燒率指令為 ： s1)P(PPK)p(ps ) P(1P E00IT00B ???? 在穩(wěn)態(tài)時鍋爐控制器保證 PE=P0，若汽壓偏差為零，則 PB=P0。 汽輪機(jī)側(cè)以汽壓偏差作為反饋信號，形成對汽輪機(jī)側(cè) PI 反饋控制，功率偏差是前饋信號，用來修正壓力給定值，當(dāng)功率給定值 P0改變時，引起壓力給定值的改變，控制器發(fā)出汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥 門的改變指令。這樣能充分利用鍋爐的蓄熱能力提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)特性。 汽輪機(jī)側(cè)的 PI 控制器可保證穩(wěn)態(tài)時其輸入端信號的代數(shù)和近似為零，即有 K(P0PE)+(p0pT)≈0， 或 p0pT≈K(P0PE)， 可得 pT≈p0K△P， 當(dāng) P0增加時， △P=P0PE立即增加，相當(dāng)于暫時減小壓力給定值 p0K△P，這時 PI 控制器立即增大調(diào)節(jié)閥門的開度，增大實發(fā)功率，另外，使汽壓 pT跟隨定值而變化，從而也就利用了機(jī)組的蓄熱能力。在一定范圍內(nèi)， K 值反 映了在一定功率偏差下可利用的蓄熱量的大小。 在穩(wěn)態(tài)時汽輪機(jī)側(cè)控 制器保證 pT=p0。 從圖 可以看出，負(fù)荷要求指令 P0（功率給定值）作為前饋信號分別送到機(jī)、爐控制回路，使機(jī)爐同時改變負(fù)荷，以保證快速響應(yīng)外界負(fù)荷要中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 30 求。當(dāng)燃料內(nèi)擾使機(jī)前壓力及實發(fā)功率都增加時，由于中間再熱機(jī)組功率滯后較大，機(jī)前壓力響應(yīng)比實發(fā)功率靈敏，因此在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開大克服燃料內(nèi)擾的同時，又產(chǎn)生對汽輪機(jī)的擾動。所以這種負(fù)荷控制系統(tǒng)消除鍋爐內(nèi)擾能力較差。當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生擾動時，機(jī)前壓力與實發(fā)功率變化方向相反，控制回路能較快的消除擾動 [21]。 按指令直接平衡的協(xié)調(diào)控制（ DEB） 按指令直接 平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖 所示，這種系統(tǒng)的一個主要特點就是采用能量平衡信號 p1/pT 取代功率給定信號 P0，作為鍋爐控制回路的前饋信號，其中 p1為汽輪機(jī)第一級后的汽壓， pT 為機(jī)前壓力，兩者比值 p1/pT 與汽輪機(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，p1/pT 都對調(diào)節(jié)閥開度的微小變化做出靈敏的反應(yīng)。所以，無論在動態(tài)還是在靜態(tài)， p1/pT 都反映了調(diào)節(jié)閥的開度，即汽輪機(jī)輸入的能量。 在該系統(tǒng)中，功率偏差（ P0PE）送入汽輪機(jī)控制回路，機(jī)前壓力 pT與給定值的偏差作為鍋爐燃燒率指令，該系統(tǒng)屬于以 鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制。從圖中可知，汽輪機(jī)控制器輸入信號的平衡關(guān)系為 ： 0)()1( 010 ????? EIP PPsKpKPs 式中 p1——汽輪機(jī)第一級后壓力，此信號可以用 p1/pT 取代 KP——P 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) KI——積分通道的比例系數(shù) 該機(jī)側(cè)設(shè)計了兩個反饋回路，即由 p1 作為反饋信號的內(nèi)回路和以 PE 作為反饋信號的外回路，由于 p1（或 p1/pT）信號對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度的響應(yīng)比實發(fā)功率靈敏的多，即響應(yīng)快，故汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥能迅速而平穩(wěn)的響應(yīng)負(fù)荷指令的變化，式中負(fù)荷指令的微 分項可使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生動態(tài)過開，能提高汽輪機(jī)的負(fù)荷適應(yīng)性，而（ P0PE）的積分則用來校正功率偏差，使穩(wěn)態(tài)時功率偏差為零。 鍋爐燃燒率指令的形成如下式 ： 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 31 )()1( 011 TITTB ppsKppsppP ???? 由此可見，鍋爐燃燒率指令的前饋信號是 p1/pT 的能量平衡信號，式子中的微分項作用在動態(tài)過程中加強燃燒率指令，以補償機(jī)爐間對負(fù)荷要求的響應(yīng)速度的差異。由于要求動態(tài)補償?shù)哪芰坎粌H與負(fù)荷變化量成正比，而且還與負(fù)荷大小成正比，所以微分項要求乘以 p1/pT 值。差壓的積分項保證穩(wěn)態(tài) 時，機(jī)前壓力等于給定值。能量平衡信號與功率給定值信號性質(zhì)不同，后者僅代表電網(wǎng)對機(jī)組的負(fù)荷要求，前者反映了汽輪機(jī)對鍋爐的能量要求。這就為機(jī)爐之間動態(tài)過程中協(xié)調(diào)兩個控制回路的工作提供了一個比較直接的能量平衡信號，故稱為直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制。 圖 按指令直接平衡的協(xié)調(diào)控制 從鍋爐內(nèi)擾來看，當(dāng)燃燒率自發(fā)增加時，機(jī)前壓力 pT 和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級壓力 p1均增大，由于 p1和 PE相比，對擾動的響應(yīng)更快一些，因此，汽輪機(jī)控中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 32 制器由 p1 作為反饋的內(nèi)回路動作，調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度大小，使 p1 恢復(fù)到負(fù)荷指令 P0 相適應(yīng)的水平。與 此同時，鍋爐側(cè)以負(fù)的壓力偏差（ p0pT）和由于 p1恢復(fù)而使 p1/pT 減小的信號共同作用，減小燃燒率指令 μB，所以鍋爐側(cè)消除內(nèi)擾的能力強。 從汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥擾動來看，由于采用了 p1作為汽輪機(jī)主控制器的反饋信號，則消除汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥自發(fā)擾動的能力是較強的。 通過上述分析可以看出，采用爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，能快速的適應(yīng)負(fù)荷要求和克服內(nèi)擾，是各種負(fù)荷控制方式中較好的一種。 綜上所述，組成單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本方案有兩個，其一是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在這類協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，往往以 p1/pT（ p1）這樣的能量平衡信號作為鍋爐控制中的前饋信號，以便在變工況下，協(xié)調(diào)機(jī)、爐直接的能量供求關(guān)系構(gòu)成直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。其二是以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在這類系統(tǒng)中，往往以負(fù)荷指令作為鍋爐的前饋信號，以負(fù)荷指令來間接協(xié)調(diào)機(jī)、爐能量需求方面的關(guān)系，構(gòu)成能量間接平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 本章小結(jié) 本章對循環(huán)流化床的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的原理、組成、作用和分類都做了一定的論述，對循環(huán)流化床機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有了一個全面基本的認(rèn)識， 明白了其控制的基本原理， 為后面實例分析做好了準(zhǔn)備。 4 300MW 循環(huán) 流化床機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實例 以下是某電廠 300MW 循環(huán)流化床機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)圖， 如圖 所示， 其 DCS 系統(tǒng)中的閉環(huán)控制系統(tǒng)是其系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是完成機(jī)組主要控制參數(shù)的閉環(huán)控制，提高機(jī)組運行的自動化水平，保證機(jī)中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 33 組的安全、經(jīng)濟(jì)運行。閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)配合可實現(xiàn)整個單元機(jī)組負(fù)荷升降的自動控制，與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)（ ADS）配合可實現(xiàn)電網(wǎng)自動控制（即 AGC 功能）。 圖 負(fù)荷指令示意圖 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由以下幾個組成部分：機(jī)組負(fù)荷指令處理回路；機(jī)組主汽壓力設(shè)定值形成回路；鍋爐主控制 系統(tǒng)；汽輪機(jī)主控制系統(tǒng)；燃料主控。 機(jī)組負(fù)荷指令處理回路 機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的機(jī)組負(fù)荷指令處理回路，是根據(jù)接收的 AGC 信號指令和操作人員發(fā)出的信號指令進(jìn)行限速處理和限幅處理，并且再處理后，假如一個一次調(diào)頻信號進(jìn)行再次處理，使之得到一個機(jī)組可以直接接受并執(zhí)行的負(fù)荷指令，以上就是負(fù)荷指令處理回路的作用，機(jī)組可以直接接受中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 34 并執(zhí)行的負(fù)荷指令叫做目標(biāo)負(fù)荷。這就保證了當(dāng)機(jī)組整體運行，負(fù)荷跟參數(shù)出現(xiàn)異常變化時，機(jī)組能自動的對負(fù)荷的進(jìn)行控制，采用閉鎖增、或者閉鎖減的方式，使之保持在安全范圍內(nèi)，或者當(dāng)機(jī)組運行出現(xiàn)故障時 ，機(jī)組可以自動的減負(fù)荷運行，在保證機(jī)組安全的前提下，生產(chǎn)運行，或者緩慢遞減