3-4机炉协调控制系统.pdf

第三篇模拟量控制系统（MCS）

第四章机炉协调控制系统

编写人：蔡云贵
第一节概述

一、基本概念
协调控制系统是单元机组的负荷控制系统，由早期的锅炉跟随汽机或汽机跟随锅炉
的负荷控制系统发展而来，它是由汽机和锅炉协调动作，共同实现机组的负荷控制：一
方面，控制机组输出功率，满足电网负荷要求；另一方面协调汽机及锅炉各子系统，控
制机前压力，使机组得以稳定运行。
二、系统工作的基本原理
协调控制系统的原则性方框图如下：

-

N0+++μ+N
WTWE
T1(S)Nμ(S)

-+

W
Pμ(S)

W
NM(S)

++

P0+++WW)++P
T2(S)MPM(ST
-

图3-4-1机炉协调控制方式原则性系统方框图
W—汽机调节器；W—锅炉调节器
T1(S)T2(S)

功率偏差和汽压偏差同时送到汽机调节器W和锅炉调节器W，在稳定工
Ｔ１（s）Ｔ２（s）
况下，实发功率NＥ等于功率给定值N，机前压力P等于压力给定值P。当中调要求
０Ｔ０
增加负荷时，将出现一个正的功率偏差信号（N-N），此信号通过汽机调节器开大调
０Ｅ
节阀，增加实发功率，同时，这个信号也作用到锅炉调节器，使燃料量增加，增加蒸汽
流量。当调节阀开大时，会立即引起机前压力下降，尽管此时锅炉已经开始增加燃料
量，但由于燃料-机前压力通道有一定惯性，这时仍然会有正的压力偏差（P-P）信号
０Ｔ
出现。这个信号按正方向作用到锅炉调节器，继续增加燃料量，同时反方向作用到汽机
调节器，力图使汽压恢复到正常值。正的功率偏差信号和负的压力偏差信号作用的结
果，会使调节阀开大到一定程度后停止，这时汽机实发功率还没有达到功率给定值，这
种状态只是暂时的，因为正的功率偏差信号与负的汽压[偏差信号同时通过锅炉调节器
增加锅炉燃料量，随着机前压力逐渐恢复，压力偏差逐渐减小，这时，汽机调节器在正
的功率偏差信号作用下继续开大，提高实发功率，直到功率和汽压均与设定值相等，机
组达到新的稳定状态。

第二节系统分类

协调控制系统的性能日趋完善，高性能的协调控制系统有以下主要特点：
（1）为了迅速地满足电网调频要求，尽快从控制系统方面提高机组的负荷适应
性，为此采用了前馈回路，以便充分利用锅炉的蓄热量；
（2）不仅要求反馈回路保证机炉能协调工作，而且要求努力提高前馈回路的动态
和静态补偿精度，使机炉在响应电网负荷要求时，能更好地协调工作；
（3）负荷控制系统的范围不断扩大，不仅要在正常运行时能实现负荷自动控制，
而且要求在机组异常时，能在保护系统配合下自动地处理事故和切换控制系统。
协调控制系统可按反馈或前馈回路不同进行分类：
一、反馈回路分类
1.以汽机跟随为基础的协调控制系统
汽机跟随方式的特点是功率改变时，功率响应缓慢而汽压波动小，不能充分利用锅
炉的蓄热量。要想改善这种控制系统的功率响应特性，必须设法利用锅炉蓄热量，为
此，在汽机跟随控制方式的基础上，允许汽压在一定范围内波动，构成以汽机跟随为基
础的协调控制系统，如图3-4-2所示。功率偏差信号（N-N）可以看作是暂时改变的
0E
汽机调节器的给定值。当（N-N）>0时，汽压给定值降低，汽机调节器W发出开
0ET1（s）
大调节器的指令，增加输出功率，反之亦然。非线性元件的线性区（汽压允许变化范
围）可由机组运行特性确定。
2.以锅炉跟随为基础的协调控制系统
这种协调控制系统是在原有的锅炉跟随控制系统基础上增加一个非线性环节形成
的，如图3-4-3所示。当汽压偏差超过非线性环节的不灵敏区时，汽机调节器W发
T1（s）
出的调节阀开度指令将受到限制。汽机和锅炉调节器W、W的参数可按锅炉跟
T1（s）T2（s）
随控制方式的参数整定方法进行整定。

NNPPPPNN
0E0T0T0E

+-+-+-+-

ΔΔΔ
Δ

W
T1(S)

+-+

WWΔ
WT1(S)T2(S)-
T2(S)

MμMμ
TT

图3-4-2汽机跟随为基础的协调控制系统图3-4-3锅炉跟随为基础的协调控制系统
W—汽机调节器；W—锅炉调节器
T1(S)T2(S)

二、按前馈回路分类
单元机组负荷控制系统的任务之一是保证汽机和锅炉之间能量供求关系的平衡。为
了改善控制系统的性能，在上述两种反馈回路的基本方案基础上，增设了前馈回路，使
机炉之间能量平衡关系在将要失去平衡或者不平衡刚刚发生的时候，即可按照机炉双方
的特性，采用适当的前馈信号，使能量的失衡限制在较小的范围之内。常见的有以下两
种：
1.按指令信号间接平衡的协调控制系统
系统原理图如图3-4-4所示。系统的特点是用指令间接平衡机炉之间的能量关系，
属于