【導讀】所有數據、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經注明引用的內容。外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本畢業(yè)論文的知識產權歸屬于培養(yǎng)單位。術，在全世界受到廣泛重視，正在成為燃煤技術的主力軍。根據理論基礎和現場實例，對協(xié)調控制系統(tǒng)的原理、組成、功能、尤其對協(xié)調系統(tǒng)的幾個重要組成部分，如主汽壓力設定值、鍋爐主控、汽機主控、燃料主控進行單獨分析說明。

　　

【正文】 送入汽輪機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 “ 負荷要求 ” P0增大，功率偏差信號 P0PE 并行送入汽輪機控制器和鍋爐控制器，汽輪機控制器迅速開大汽輪機調節(jié)氣閥，機前壓力 pT 降低，鍋爐放出蓄熱，蒸汽流量增大，以暫時適應負荷要求增大的需要。由于鍋爐對負荷變化的響應較汽輪機慢，采用負荷要求 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)出限制汽輪機調節(jié)氣閥繼續(xù)開大或回關的信號，以保證汽壓 pT 在允許范圍內變化，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。調節(jié)結束時，達到 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 機跟爐 為基礎的協(xié)調控制 單元機組以機跟爐為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)如圖 所示 ，它是在機跟爐控制方式為基礎加入一個非線性環(huán)節(jié)形成的 。 汽輪機跟隨控制方式的特點是適應電網負荷需求能力較差而 汽壓波動小，不能充分利用鍋爐蓄熱量，為了提高適應電網負荷的能力，通過非線性元件將功率信號引入汽輪機控制回路。當負荷要求 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)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 26 主汽壓力給定值，汽輪機控制器就發(fā)出開大汽輪機調節(jié)氣閥指令，使輸出功率 PE迅速增加，反之，當減負荷及 P0PE0 時，增大汽壓給定值，汽輪機控制器發(fā)出關小調節(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，以提高熱負荷適應性，當 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 對調節(jié)閥門開度 μT 的影響，以保證 △p 不會波動太大 。 圖 以 機跟爐 為基礎的協(xié)調控制 由于負荷要求指令改變時，汽輪機側配合鍋爐側的燃燒率 μB 的改變同時改變調節(jié)閥門開度 μT，暫時利用了鍋爐的蓄熱能力，所以功率響應速度加快，但同時汽壓波動也因此加大，實質上是以降低汽壓控制的品質為代價來中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 27 提高功率響應的速度，因此協(xié)調的結果是功率和汽 壓兩方面性能指標的折中，為了補償鍋爐負荷響應的慣性和汽輪機調節(jié)氣閥開度變化對鍋爐控制的影響，可以采用圖 所示以機跟爐為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)，它是以機跟爐控制方式為基礎加入非線性環(huán)節(jié)和前饋信號 P0 的比例微分作用、機前壓力pT 的微分作用形成的。采用 P0 經比例微分（ PD）作用后作為前饋信號，這樣就能提前和加強調節(jié)鍋爐的燃燒率，改善鍋爐負荷響應特性的慣性。 當負荷要求 P0不變時，如果由于某種擾動使汽輪機調節(jié)氣閥開度變化，機組實發(fā)功率 PE 隨之變化，這個擾動將使鍋爐控制系統(tǒng)動作，不利于機組穩(wěn)定運行。為了減少汽輪機調 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)調控制（ DIB） 按指令間接平衡的協(xié)調控制系統(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，鍋爐側是以（ 1+d/dt） P0作為前饋信號，以（ p0pT）作為反饋信號，鍋爐側的反饋回路中，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與 P0成正比，以補償不同負荷下對象動態(tài)特性放大倍數的非線性特性。鍋爐側前饋信號的引入目的是促使燃燒量隨負荷變化及早動作，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荷指令P0，即 PB=P0。 可見鍋爐控制中把負荷指令信號 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，以補償機爐之間對負荷響應速度的差異，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)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 28 使汽壓恢復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)中汽輪機控制器入口信號的平衡關系如下： P0PEPE(p0pT)=0 圖 按指令間接平衡的協(xié)調控制 由此可見，汽輪機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，作為負荷變化時的限制信號，限制汽輪機調速汽門動作的范圍不能超過雙向限幅器的限定值，即當汽壓超過規(guī)定值（ 1MPa）時，限制汽面調速汽門進一步開大。第 二種方法是引入（ p0pT）的反饋信號，其目的是根據汽壓偏差變化情況確定調速汽門的開度，限制調速汽門動態(tài)開的過大。 圖 為按指令間接平衡的協(xié)調控制的另一種方案，從圖中可以看出此系統(tǒng)是以汽輪機跟隨的控制方式工作的。鍋爐側是以 P0(1+d/dt)作為前饋信中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 29 號，形成對鍋爐側的前饋控制作用。其中比例作用使得燃燒率與負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，加速鍋爐的負荷響應。 鍋爐側以功率偏差作為反饋信號，形成對鍋爐側的積分反饋控制（積分增益同 P0成正比，以適應不同負荷下的對象特性的改變，實 現變參數控制）用來校正燃燒率指令，以保證機組的功率偏差在穩(wěn)定時為零，鍋爐燃燒率根據汽壓偏差而修正，例如，當 pTp0 時應使燃燒率適當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。 汽輪機側以汽壓偏差作為反饋信號，形成對汽輪機側 PI 反饋控制，功率偏差是前饋信號，用來修正壓力給定值，當功率給定值 P0改變時，引起壓力給定值的改變，控制器發(fā)出汽輪機調節(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組負荷響應特性。 汽輪機側的 PI 控制器可保證穩(wěn)態(tài)時其輸入端信號的代數和近似為零，即有 K(P0PE)+(p0pT)≈0， 或 p0pT≈K(P0PE)， 可得 pT≈p0K△P， 當 P0增加時， △P=P0PE立即增加，相當于暫時減小壓力給定值 p0K△P，這時 PI 控制器立即增大調節(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，從而也就利用了機組的蓄熱能力。在一定范圍內， 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)時汽輪機側控 制器保證 pT=p0。 從圖 可以看出，負荷要求指令 P0（功率給定值）作為前饋信號分別送到機、爐控制回路，使機爐同時改變負荷，以保證快速響應外界負荷要中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 30 求。當燃料內擾使機前壓力及實發(fā)功率都增加時，由于中間再熱機組功率滯后較大，機前壓力響應比實發(fā)功率靈敏，因此在汽輪機調節(jié)閥開大克服燃料內擾的同時，又產生對汽輪機的擾動。所以這種負荷控制系統(tǒng)消除鍋爐內擾能力較差。當汽輪機調節(jié)閥產生擾動時，機前壓力與實發(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)調控制（ DEB） 按指令直接 平衡的協(xié)調控制系統(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為汽輪機第一級后的汽壓， pT 為機前壓力，兩者比值 p1/pT 與汽輪機調節(jié)閥開度成正比，無論什么原因引起的調節(jié)閥開度變化，p1/pT 都對調節(jié)閥開度的微小變化做出靈敏的反應。所以，無論在動態(tài)還是在靜態(tài)， p1/pT 都反映了調節(jié)閥的開度，即汽輪機輸入的能量。 在該系統(tǒng)中，功率偏差（ P0PE）送入汽輪機控制回路，機前壓力 pT與給定值的偏差作為鍋爐燃燒率指令，該系統(tǒng)屬于以 鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制。從圖中可知，汽輪機控制器輸入信號的平衡關系為 ： 0)()1( 010 ????? EIP PPsKpKPs 式中 p1——汽輪機第一級后壓力，此信號可以用 p1/pT 取代 KP——P 調節(jié)器的比例系數 KI——積分通道的比例系數 該機側設計了兩個反饋回路，即由 p1 作為反饋信號的內回路和以 PE 作為反饋信號的外回路，由于 p1（或 p1/pT）信號對汽輪機調節(jié)閥開度的響應比實發(fā)功率靈敏的多，即響應快，故汽輪機調節(jié)閥能迅速而平穩(wěn)的響應負荷指令的變化，式中負荷指令的微 分項可使汽輪機調節(jié)閥產生動態(tài)過開，能提高汽輪機的負荷適應性，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)大學徐海學院 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，以補償機爐間對負荷要求的響應速度的差異。由于要求動態(tài)補償的能量不僅與負荷變化量成正比，而且還與負荷大小成正比，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，機前壓力等于給定值。能量平衡信號與功率給定值信號性質不同，后者僅代表電網對機組的負荷要求，前者反映了汽輪機對鍋爐的能量要求。這就為機爐之間動態(tài)過程中協(xié)調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)調控制。 圖 按指令直接平衡的協(xié)調控制 從鍋爐內擾來看，當燃燒率自發(fā)增加時，機前壓力 pT 和汽輪機調節(jié)級壓力 p1均增大，由于 p1和 PE相比，對擾動的響應更快一些，因此，汽輪機控中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 32 制器由 p1 作為反饋的內回路動作，調整汽輪機調節(jié)閥開度大小，使 p1 恢復到負荷指令 P0 相適應的水平。與 此同時，鍋爐側以負的壓力偏差（ p0pT）和由于 p1恢復而使 p1/pT 減小的信號共同作用，減小燃燒率指令 μB，所以鍋爐側消除內擾的能力強。 從汽輪機調節(jié)閥擾動來看，由于采用了 p1作為汽輪機主控制器的反饋信號，則消除汽輪機調節(jié)閥自發(fā)擾動的能力是較強的。 通過上述分析可以看出，采用爐跟機為基礎的直接能量平衡的協(xié)調控制系統(tǒng)，能快速的適應負荷要求和克服內擾，是各種負荷控制方式中較好的一種。 綜上所述，組成單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)的基本方案有兩個，其一是以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)，在這類協(xié)調控制系統(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)調機、爐直接的能量供求關系構成直接能量平衡的協(xié)調控制系統(tǒng)。其二是以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)，在這類系統(tǒng)中，往往以負荷指令作為鍋爐的前饋信號，以負荷指令來間接協(xié)調機、爐能量需求方面的關系，構成能量間接平衡的協(xié)調控制系統(tǒng)。 本章小結 本章對循環(huán)流化床的協(xié)調控制系統(tǒng)的原理、組成、作用和分類都做了一定的論述，對循環(huán)流化床機組的協(xié)調控制系統(tǒng)有了一個全面基本的認識， 明白了其控制的基本原理， 為后面實例分析做好了準備。 4 300MW 循環(huán) 流化床機組協(xié)調控制系統(tǒng)實例 以下是某電廠 300MW 循環(huán)流化床機組的協(xié)調控制系統(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組主要控制參數的閉環(huán)控制，提高機組運行的自動化水平，保證機中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 33 組的安全、經濟運行。閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)配合可實現整個單元機組負荷升降的自動控制，與電網調度系統(tǒng)（ ADS）配合可實現電網自動控制（即 AGC 功能）。 圖 負荷指令示意圖 單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)由以下幾個組成部分：機組負荷指令處理回路；機組主汽壓力設定值形成回路；鍋爐主控制 系統(tǒng)；汽輪機主控制系統(tǒng)；燃料主控。 機組負荷指令處理回路 機組協(xié)調控制系統(tǒng)中的機組負荷指令處理回路，是根據接收的 AGC 信號指令和操作人員發(fā)出的信號指令進行限速處理和限幅處理，并且再處理后，假如一個一次調頻信號進行再次處理，使之得到一個機組可以直接接受并執(zhí)行的負荷指令，以上就是負荷指令處理回路的作用，機組可以直接接受中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科 生 畢業(yè)論文 34 并執(zhí)行的負荷指令叫做目標負荷。這就保證了當機組整體運行，負荷跟參數出現異常變化時，機組能自動的對負荷的進行控制，采用閉鎖增、或者閉鎖減的方式，使之保持在安全范圍內，或者當機組運行出現故障時 ，機組可以自動的減負荷運行，在保證機組安全的前提下，生產運行，或者緩慢遞減