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超临界大型机组的控制特点及对策

超临界大型机组的控制特点及对策. 目 录. 一．超临界参数大型机组控制工程的基本特点 二．快速协调控制的基本方法 三．闭环控制中的重要概念 四 ． AGC 及协调控制在 HIACS 系统中的实现方法 五 . HIACS － 5000M 系统的实时性对策. 一．超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点： 1. 对象特点： - 输入 / 输出工艺变量多。 动态过程快：由于没有汽包环节，作功工质占汽－水循环总工质的比 例增大，动态过程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。

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超临界大型机组的控制特点及对策

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Presentation Transcript

  1. 超临界大型机组的控制特点及对策

  2. 目 录 一．超临界参数大型机组控制工程的基本特点 二．快速协调控制的基本方法 三．闭环控制中的重要概念 四．AGC及协调控制在HIACS系统中的实现方法 五. HIACS－5000M系统的实时性对策

  3. 一．超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点：一．超临界、直流炉大型机组控制工程的基本特点： • 1. 对象特点： • - 输入/输出工艺变量多。 • 动态过程快：由于没有汽包环节，作功工质占汽－水循环总工质的比 • 例增大，动态过程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。 • - 主汽压参数上升（246Kg/cm2），工作介质刚性提高，动态过程加快， • 同样需要更快的控制作用及更快的控制周期。 • - 数学模型不精确。 • 2. 机组控制系统(DCS)面临的主要问题 • - DCS系统的实时性更好： • 快速的I/O处理； • 快速的CPU处理； • 更短的控制周期； • - 快速控制、快速保护 • - 汽机－锅炉－发电机总体优化的快速控制策略 • - 快速响应负荷需求 • - 总体协调 • - 高可靠性

  4. 二．快速协调控制的基本方法 • 1. 对控制策略的基本要求 • - 具有成功地投运经验 • - 对数学模型的精度要求不高 • - 对负荷需求指令，有快速的响应 • - 能够实现炉－机－电之间的稳态、动态功率平衡 • 2. 四种机组运行方式 • - 协调方式 • - 锅炉跟踪汽机的工作方式 • - 汽机跟踪锅炉的工作方式 • - 锅炉、汽机手动状态方式 • 3. 二类基本控制策略 • - 采用P1信号的控制策略 • - 日立公司的控制策略

  5. Y=P1[1+K( P S-P ) ] ( F算法) T T 基本思想： P /P :代表了调节门开度 当K=1/P 时 1 T T 以P 作为Boiler 1 P /P .P :代表了蒸汽流量 Y= 1[1+1/ P (P S- P ) ] 1 T TS P T T T 功率需求信号， =P1/P *P S (L-N算法) 协调B-T侧的 T T 能量平衡。 采用汽机调节级压力P1信号的协调控制策略

  6. 日立公司超临界、直流炉的协调控制思想

  7. 三.闭环控制工程中的几个重要概念 • 1.可控性（controllability）、快速性和控制周期。 • 现代控制理论中，可控性是个最基本的概念。在实际工程中，非常有意义的有两点： • - 不可观测的变量及工艺过程是不可控制的； • - 在一定意义下可控性等价于控制的快速性： • - 控制的快速性越好，可控性越好。 • - 控制周期实质上是不可控环节，控制周期越短越好，当然为此要付出经济代价。一般说来，以受控工艺时间常数T为准则，控制周期TO以不大于T/10为好。

  8. d ω = - - I M Me M (1) h f dt 令： ― ＝△ ― 当 M Me Mf M h d ω > > M 0 0 时； 对应升速状态； Δ dt d ω M 0 0 ＝ 时； ＝ 对应恒定转速状态； Δ dt d ω < < M 0 0 时； 对应减速状态； Δ dt • 例如：汽机转子运动方程、时间常数分析及DEH控制周期的要求： 汽机转子运动方程： 其中： I：汽机转子的转动惯量； ω：转子角速度； Mh：蒸汽主动力矩； Me：电负荷力矩； Mf：摩擦力矩；

  9. 蒸汽主动力矩 （ ） - Mt 其中： n ：蒸汽流量； ：转速； η G ：焓降； H im 0 0 同样的蒸汽流量，低转速下产生的蒸汽力矩 M 高，高转速下，产生的蒸汽力矩 低。 M 因此，这是一类自平衡系统。 - 全飞升时间 （ ）的物理意义： Ta M =M =0 M 定义：若 时，在额定蒸汽力矩 （ ）的条件下，汽机转速从零上升到额定值 H e f ω0时所需要的时间。此时（1）转化为： d w = ( 3 ) I M × H dt w 1 T 0 a 2 ò ò × × ( K S M ) = × I d w M × dt I w g h S = = 0 S ( ) 量纲： 秒 0 0 M ( K M ) × = × I M T w H g 0 H a I w = 0 T ( 4 ) a M H × G H = 0 0 × × M 1 . 13 ( ) 2 η 公斤 米 （ ） h im n h h

  10. 经验数值： • 200MW： Ta≈7～8秒 • 300MW： Ta≈6～7秒 • 600MW： Ta≈5～6秒 • 日立DEH控制周期的确定： • 这是一个理论上的极限数值，实际上是不可能达到的。因此，日立公司HIACS系统DEH的设定值为50～60ms。为600MW机组全飞升时间Ta的1/100。这一数据是有理论依据的。

  11. 2.串级调节系统中的工作周期概念 　　串级反馈系统中，工作周期是个重要的物理概念。控制系统测点及执行器的位置设计时，直接影响工作周期，因此，应遵守如下准则： - 副环路工作周期τ 尽可能地短； - 主环路工作周期τ »τ ，此时，对主环路而言副环路可以简化为一个比例环节。主、副环路本质上解耦，可以分别镇定、分别调试，系统工作稳定，调试方便。反之系统工作不稳定，调试困难。 3. 小偏差调节状态 　　从数学模型分析，电站工艺过程与其它工艺过程相同，必然是个非线性过程。线性仅是在某稳态工作点X邻域内的性质。当系统负荷大范围变化时，要使调节过程符合线性化性质，控制系统必需处在小偏差工作状态，这样才能得到正确的模型预测及好的调节品质。 1 2 1 0

  12. MSP MSP 调节器 给水指令=锅炉输入主指令 ∑ 其它系统 MWD 汽 给 燃 通 机 水 料 风 调 调 调 调 FG1 FG2 FG3 节 节 节 节 ∑ ∑ ∑ 稳态前馈及 小偏差调节方式

  13. 四． AGC及协调控制在HIACS系统中的实现方法 • A.协调控制的功能： • - 接受中调或操作员指令； • - 产生控制系统可以接受的负荷指令； • - 平衡汽机和锅炉侧的稳态、动态响应； • - 各种运行方式的合理切换； • - 参与电网调频的功能； • - 加快机组对负荷的响应； • - 辅机故障状态下的减负荷控制；

  14. B.HIACS系统协调控制： 图1：单元主控框图

  15. AGC-DCS之间的信号连接 AGC装置 DCS系统

  16. C. 锅炉动态加速信号（BIR）生成回路 • 目 的：加速锅炉对负荷指令的响应速度； • 功 能：变负荷时具有强化微分环节的作 　　　　　 用，稳态负荷下，不发生作用； • 指令种类： • - 燃料BIR； • - 通风BIR； • - 给水BIR； • - 减温喷水BIR等；

  17. BIR信号的设计思想

  18. BIR生成程序框图

  19. CPU 模 件 CPU 模 件 I/O 模 件 总 线 扩 展 板 I/O 模 件 总 线 扩 展 板 五. HIACS－5000M系统的实时性对策 HIACS控制器（R600C）快速性设计： 1。高速并行I/O总线结构 高速并行总线结构 速率＞100Mbps 并行总线扩展 最多扩展 七个机箱

  20. 2。提高CPU处理速度 • 　采用RISC芯片 • 　主频160MHz，相当于一般芯片500MHz以上 • 3。提高软件管理效率： • 　采用专用高效实时管理软件（PMS） • 　处理效率高，实时性好 • 　内存效率高，不产生任何内存垃圾

  21. 型 号 R-600C 处理器 32 bit RISC 内存 16MB ROM 512KB 网络连接 μΣ-100 时钟 100MHZ 控制周期 20、50、100、200、 250、500ms 冗余方式 热运行备份方式 最小设定 间隔 10ms HISEC- 04M / CX / R600C 控制器特征

  22. Max(%) 平均(%) 望亭14# CTL负荷实测结果 NO. CTL 控制运算周期 (ms) 实测负荷率（r1） 1 MCS1 200 10.23 10.18 2 MCS2 100 12.32 11.86 3 MCS3 200 10.96 11.27 4 FSS 100 11.45 10.97 5 BMS&MILL1 200 6.38 6.20 6 BMS&MILL2 200 5.66 5.49 7 SCS1 100 9.86 9.50 8 SCS2 200 5.36 5.18 9 SCS3 100 11.50 10.98 10 SCS4 200 6.12 5.96 11 SCS5 200 5.60 5.44 12 DAS 200 14.02 13.58

  23. Max(%) 平均(%) 华能南京电厂1＃CTL负荷实测结果 NO. CTL 控制运算周期 (ms) 实测负荷率（r1） 1 OPC 20 28.84 28.06 2 BTC 200 10.69 10.44 3 通风A 200 8.52 8.30 4 通风B 100 6.32 6.11 5 BMS 200 7.52 7.32 6 BMS 200 7.03 6.83 7 CCS 100 17.55 17.09 8 给水 100 10.15 9.88 9 辅机1 200 5.38 5.13 10 辅机2 100 19.83 19.20 11 辅机3 100 13.28 12.94 12 DAS 100 18.68 18.53

  24. CTL 望亭电厂 内存占用率实测数据 （一） 功能 已占用 未用区 NO 内存区 CTL (%) (%) 逻 辑 区 6 94 1 BTC 通 讯 区 1 99 区 1 99 I / O 逻 辑 区 6 94 2 通 讯 区 2 98 MCS1 区 2 98 I / O 逻 辑 区 4 96 3 MCS2 通 讯 区 1 99 区 1 99 I / O 逻 辑 区 3 97 4 通 讯 区 1 99 MCS3 区 1 99 I / O 逻 辑 区 6 94 5 BMS1 通 讯 区 2 98 区 1 99 I / O

  25. 望亭电厂 CTL 内存占用率实测数据 （二） 功能 已占用 未用区 NO 内存区 CTL (%) (%) 逻 辑 区 7 93 通 讯 区 1 99 BMS2 6 区 1 99 I / O 逻 辑 区 6 96 7 SCS1 通 讯 区 2 98 区 1 99 I / O 逻 辑 区 6 94 8 通 讯 区 2 98 SCS2 区 1 99 I / O 逻 辑 区 8 92 9 SCS3 通 讯 区 12 88 区 1 99 I / O 逻 辑 区 4 96 10 通 讯 区 2 98 DAS 区 3 97 I / O

  26. 高效、快速传输的机组控制级网络（μΣ-100 Nwtwork)： • 　采用国际校准的环形令牌（Token-Ring）网络 • 　 执行标准的IEEE802.5协议 • -　不用HUB； • -　不用交换机； • -　光纤介质环形连接的物理结构； • 　双重化IEEE802.5网络接口卡 • -　双重化光/电转换接口； • -　双重化处理电路； • -　独立的网络处理器，与CPU处理器并行总线连 • 接，实现了快速数据交换；

  27. 　采用光纤令牌协议的μΣ-100 Nwtwork，传输处理的效率高，实时性好，可靠性及传输数据的稳定性能好，使得不同控制子系统之间的协调信息加快，协调周期缩短，有利于超临界、直流炉的快速控制。 • 　控制级通讯网络可靠性措施 • -CRC校验 • -　应答校验 • -　网间冗余、备份 • -Loop Back功能 • μΣ-100 Nwtwork网络技术特性附后。

  28. 典型的控制级通讯网络特性(μΣ-Network 100) 速 率：100M bps 规 约：IEEE 802.5（环形令牌网） 介 质：光纤（GI—50/125μm） 挂 站 数：255 站 间 距 离：Max 2KM 总 长：Max 100KM 通 讯 方 式：1：N， 1：1 均可 网 络 结 构：双重化环形网 通 信 内 存：Max 256KB

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