電廠熱工過程自動調節主講人孫國強黑龍江電力職工大學單元機組負荷

自動控制系統第一節概述第二節機爐負荷控制第三節機爐負荷協調控制的典型方案第四節負荷指令管理第一節概述一、單元機組負荷控制的特點和任務二、單元機組負荷控制系統的基本組成三、單元機組負荷控制對象的動態特性一、單元機組負荷控制系統的特點和任務：1.特點：

鍋爐和汽輪發電機是一個不可分割的整體，是一個聯合的被控對象。2.任務：

在保證主蒸汽壓力偏差在允許范圍內的前提下，使機組的輸出電功率盡快適應電網負荷變化的需要和有一定的調頻能力。二、單元機組負荷控制系統的基本組成1.負荷指令管理部分的作用：

對外部負荷要求指令進行選擇并加以處理，使之轉變為單元機組設備負荷能力、安全運行所能接受的實際負荷指令P0，并作為功率給定值信號。2.機爐負荷控制部分的作用：

根據機組的運行條件及要求，選擇合適的負荷控制方式，按實際負荷指令P0，以及機組的功率偏差(PE-P0)和主蒸汽壓力偏差(pT-p0)進行控制運算，分別產生對機、爐側的控制作用。作為機、爐有關子控制系統協調動作的指揮信號，分別稱為汽輪機主控指令MT和鍋爐主控指令MB。

外部負荷要求指令

（目標負荷指令）

汽壓給定值p0P0(實際負荷指令)

主汽壓pT

輸出電功率PE

(鍋爐主控制指令)MB

MT(汽輪機主控制指令)

操作端

鍋

爐

汽輪發電機閥門給水空氣燃料協調控制級

基礎控制級

單元機組負荷指令管理部分負荷指令控制部分鍋爐負荷子控制系統汽機負荷子控制系統三、單元機組負荷控制對象的動態特性

MBMTμB

pTμTPE

燃料蒸汽

空氣去電網

給水

單元機組汽輪機子控制系統鍋爐鍋爐子控制系統汽輪機發電機1.鍋爐燃燒率（及相應的給水流量）μB擾動下主蒸汽壓力pT和輸出電功率PE的動態特性

根據階躍響應曲線的特征參數，可以求得對應的傳遞函數：2.汽輪機調門開度μT擾動下主蒸汽壓力pT和輸出電功率PE的動態特性

根據階躍響應曲線的特征參數，可以求得對應的傳遞函數：3.負荷控制對象的動態特性的特點:當汽輪機調門動作時,兩個被控量PE和pT的響應均很快；當鍋爐燃燒率(及相應的給水流量)改變時,PE和pT的響應都很慢.4.負荷控制對象的方框圖表示第二節機爐負荷控制一、負荷控制的基本原則及方案二、負荷控制方式三、負荷前饋控制一、負荷控制的基本原則及方案1.基本原則：

在保證機組安全運行的前提下，充分利用機組的蓄熱能力，通過汽輪機調門的適當動作，允許汽壓有一定波動而釋放或吸收部分蓄熱,加快機組初期負荷的響應速度。同時，加強對鍋爐側燃燒率的調節,即使恢復蓄能,使鍋爐蒸發量保持與機組負荷一致。2.方案：

基本方案是帶有非線性控制環節的，以前饋—反饋控制為主的多變量協調控制方案。反饋控制的作用：確保機組內、外兩個能量供求平衡關系，以及實現各種負荷控制方式的切換。前饋控制的作用：補償機組的動態遲延，加快負荷響應，同時也為了保證有關運行參數的穩態值與指令一致，以及動態變化值始終在其穩態值附近。非線性控制環節的作用：保證充分利用蓄熱能力，并使汽壓不超過允許的范圍。二、負荷控制方式

（一）機爐分別控制方式

1.鍋爐跟隨方式2.汽機跟隨方式3.其它方式（二）機爐協調控制方式

1.以鍋爐跟隨為基礎的協調控制方式2.以汽機跟隨為基礎的協調控制方式3.綜合型協調控制方式

1)工作原理：由汽輪機調節機組輸出電功率、鍋爐調節汽壓。

2)特點：

有較好的負荷適應性，對帶變動負荷及電網調頻有利。pT波動大，不利于機組的安全和穩定。μB擾動時，加劇汽壓的波動。

3)適用條件：用于蓄熱能力相對較大的中、小型汽包鍋爐機組及母管制運行機組。當鍋爐設備運行正常，機組的輸出電功率因汽輪機設備上的原因而受到限制時，可采用鍋爐跟隨方式。（一）機爐分別控制方式1.鍋爐跟隨方式單元機組鍋爐跟隨方式示意圖鍋爐

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網汽輪機子控制系統鍋爐子控制系統控制器鍋爐主主控制器汽輪機P0+P0+

汽輪機

發電機2.汽輪機跟隨方式

1)工作原理：由鍋爐調節機組輸出電功率、汽輪機調節汽壓。

2)特點：

pT波動小，有利于機組的安全和穩定。適應負荷能力差，不利于帶變動負荷及電網調頻。μB擾動時，加劇蒸汽流量的變化，造成較大的輸出電功率波動。

3)適用條件：單元機組承擔基本負荷。當汽輪機設備運行正常，機組的輸出電功率因鍋爐設備上的原因而受到限制時，可采用汽輪機跟隨方式。單元機組汽輪機跟隨方式示意圖

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網

汽輪機子控制系統鍋爐鍋爐子控制系統汽輪機控制器鍋爐主主控制器汽輪機P0+P0+發電機4）鍋爐跟隨和汽輪機跟隨方式的主要優缺點比較擾動量被控量控制方式3.其它控制方式不帶功率控制的鍋爐跟隨方式不帶功率控制的汽輪機跟隨方式基礎控制方式

1)工作原理：功率由汽輪機側調節，最終使PE和P0一致；汽壓由鍋爐側和汽輪機側共同調節，最終由鍋爐側保證pT和p0相等。

2)特點：

以降低輸出電功率的響應性能作為代價來換取汽壓控制質量的提高。減緩了汽壓的波動，減緩了輸出電功率的響應速度。（二）機爐協調控制方式1.以鍋爐跟隨為基礎的協調控制方式以鍋爐跟隨為基礎的協調控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網

汽輪機子控制系統鍋爐鍋爐子控制系統汽輪機控制器鍋爐主主控制器汽輪機P0+P0+發電機

1)工作原理：由汽輪機側控制汽壓pT為給定值p0；功率由鍋爐側和汽輪機側共同調節，最終由鍋爐側保證輸出電功率PE與負荷指令P0一致。

2)特點：

以加大汽壓偏差作為代價來換取功率響應速度的提高。功率響應加快，汽壓偏差加大。2.以汽輪機跟隨為基礎的協調控制方式以汽輪機跟隨為基礎的協調控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網

汽輪機子控制系統鍋爐鍋爐子控制系統汽輪機控制器鍋爐主主控制器汽輪機P0+P0+發電機

1)工作原理：汽輪機側和鍋爐側共同保證輸出電功率PE與負荷指令P0一致，控制汽壓pT恢復為給定值p0。負荷指令P0改變時，系統的調節過程。當汽壓產生偏差時，系統的調節過程。

2)特點：

能較好地保持機組內、外兩個能量供求的平衡關系，具有較好的負荷適應性能和汽壓控制性能。3.綜合型協調控制方式綜合型協調控制方式

MBMTμB_pTμT

-PE

燃料率蒸汽

去電網

汽輪機子控制系統鍋爐鍋爐子控制系統汽輪機控制器鍋爐主主控制器汽輪機P0+P0+發電機（三）負荷控制效果分析

協調控制方式介于鍋爐跟隨方式和汽輪機跟隨方式之間。是帶變動負荷或具有調頻、調峰功能的單元機組在正常運行條件下采用的一種控制方式000tttP0PEpT1223311—鍋爐跟隨方式2—汽輪機跟隨方式3—協調方式（四）負荷控制方式的實現ΔT1

鍋爐主控制器T2ΔT4T3

汽輪機主控制器A/MA/MpTp0PEP0MBMT負荷控制方式切換的邏輯注:M—手動;A—自動;1—通;0—斷;×—任意.四、負荷前饋控制

1.作用:補償被控對象動態特性的遲延和慣性，加快負荷響應。作為前饋信號的負荷指令與機、爐主控制指令構成靜態關系，是機、爐主控指令的基本組成部分，保證機組的輸入能量與能量的需求基本一致，在變負荷控制過程中起“粗調”作用。

2.前饋作用的規律:

在鍋爐側，采用比例作用（靜態反饋）、微分作用（動態反饋），加強鍋爐的負荷響應。在汽輪機側，采用比例作用（靜態反饋）。

3.前饋信號的來源:按負荷指令進行的前饋控制。按蒸汽流量進行的前饋控制。（一）按負荷指令進行的前饋控制

在前饋的基礎上，反饋控制只需對偏差稍加校正，即可使系統趨于穩定，一定程度上克服了反饋控制需待偏差產生后才發出控制作用的缺點，使負荷控制質量大為提高。

MBMTpT

PEP0P0負荷反饋控制部分PPD

+

+

+

+

+

+

_

_（二）按蒸汽流量進行的前饋控制1.采用壓力比修正的能量平衡信號2.采用壓力差修正的能量平衡信號

MBMTpT

PEP0P0負荷反饋控制部分PPD

+

+

+

+

+

+

_

_×÷