火电厂协调控制系统

火电厂分散控制系统（DCS）的应用发展

郑慧莉 许继刚

（中国电力工程顾问集团公司，北京 100011）

关键词：火电厂 分散控制系统（DCS） 应用

长期以来，中国的电站建设一直以火电建设为主，火力发电厂的总装机容量占全国电力总装机

容量的75%以上。除少数燃气、燃油等其它形式的火电厂外，火电厂的建设又以燃煤电厂的建设为

主。在国民经济快速发展的今天，一大批高参数、大容量的燃煤火电机组正在设计和施工。作为机

组主要控制系统的分散控制系统（DCS），一方面已在常规燃煤火电机组的控制结构和控制范围上发

生了巨大的变化，另一方面随着空冷系统、脱硫系统、脱硝系统、大型CFB锅炉等新工艺的产生也

相应发生了变化。本文将围绕DCS与电气控制系统、汽轮机电液控制系统（DEH）、汽轮机危急跳

闸系统（ETS）、空冷控制系统、脱硫控制系统、脱硝控制系统、大型循环流化床（CFB）锅炉控制

系统等的控制关系，针对国内近期大型燃煤电厂DCS的应用发展进行重点讨论。

1 电气控制系统与DCS的关系

DCS最初在国内燃煤电厂应用时，其功能覆盖范围仅包括数据采集与处理系统（DAS）和模拟

量控制系统（MCS），然后扩展至顺序控制系统（SCS）与锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）。作为DCS

的主要

引 言

过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度过高，可能造成过热其蒸汽管道和汽轮机的高压部分损坏；过热蒸汽温度过低，会引起电厂热耗上升，并使汽轮机轴向推力增大而造成推力轴承过载，还会引起汽轮机末级蒸汽湿度增加，从而降低汽轮机的内效率，加剧对叶片的腐蚀。所以锅炉运行中必须保持过热汽温稳定在规定值附近。因此，火电厂锅炉过热汽温，通常要求它保持在额定值±5℃范围内

[1]

。而汽温调节过程是典型的大延迟热工过程，由于大延迟的存在使过程可控指数很

低，受控对象为多容、大惯性系统，受控系统存在严重的非线性和时变特性，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、火焰中心位置等。这就给汽温调节带来很大的困难。而一些常规的控制方案用于大机组汽温调节效果不够理想，因此研究火电厂的主蒸汽温度控制系统的新型控制策略具有重要的意义。

模糊控制是当今控制领域中令人瞩目的控制方法和技术，它通过把专家的经验和要求总结成若干规则，采用简便、快速、灵活的手段，来完成那些用经典和现代控制手段难以实现的自动化的目标，因而在多个领域中得到越来越广泛的应用。由于常规模糊控制器的控制规则是根据现场操作人员或专家的经验总结出来的，其语言规则和合成推理往往是固定的，它假设控制过

火电厂分散控制系统（DCS）的应用发展

郑慧莉 许继刚

（中国电力工程顾问集团公司，北京 100011）

关键词：火电厂 分散控制系统（DCS） 应用

长期以来，中国的电站建设一直以火电建设为主，火力发电厂的总装机容量占全国电力总装机

容量的75%以上。除少数燃气、燃油等其它形式的火电厂外，火电厂的建设又以燃煤电厂的建设为

主。在国民经济快速发展的今天，一大批高参数、大容量的燃煤火电机组正在设计和施工。作为机

组主要控制系统的分散控制系统（DCS），一方面已在常规燃煤火电机组的控制结构和控制范围上发

生了巨大的变化，另一方面随着空冷系统、脱硫系统、脱硝系统、大型CFB锅炉等新工艺的产生也

相应发生了变化。本文将围绕DCS与电气控制系统、汽轮机电液控制系统（DEH）、汽轮机危急跳

闸系统（ETS）、空冷控制系统、脱硫控制系统、脱硝控制系统、大型循环流化床（CFB）锅炉控制

系统等的控制关系，针对国内近期大型燃煤电厂DCS的应用发展进行重点讨论。

1 电气控制系统与DCS的关系

DCS最初在国内燃煤电厂应用时，其功能覆盖范围仅包括数据采集与处理系统（DAS）和模拟

量控制系统（MCS），然后扩展至顺序控制系统（SCS）与锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）。作为DCS

的主要

火电厂分散控制系统（DCS）的应用发展

郑慧莉 许继刚

（中国电力工程顾问集团公司，北京 100011）

关键词：火电厂 分散控制系统（DCS） 应用

长期以来，中国的电站建设一直以火电建设为主，火力发电厂的总装机容量占全国电力总装机

容量的75%以上。除少数燃气、燃油等其它形式的火电厂外，火电厂的建设又以燃煤电厂的建设为

主。在国民经济快速发展的今天，一大批高参数、大容量的燃煤火电机组正在设计和施工。作为机

组主要控制系统的分散控制系统（DCS），一方面已在常规燃煤火电机组的控制结构和控制范围上发

生了巨大的变化，另一方面随着空冷系统、脱硫系统、脱硝系统、大型CFB锅炉等新工艺的产生也

相应发生了变化。本文将围绕DCS与电气控制系统、汽轮机电液控制系统（DEH）、汽轮机危急跳

闸系统（ETS）、空冷控制系统、脱硫控制系统、脱硝控制系统、大型循环流化床（CFB）锅炉控制

系统等的控制关系，针对国内近期大型燃煤电厂DCS的应用发展进行重点讨论。

1 电气控制系统与DCS的关系

DCS最初在国内燃煤电厂应用时，其功能覆盖范围仅包括数据采集与处理系统（DAS）和模拟

量控制系统（MCS），然后扩展至顺序控制系统（SCS）与锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）。作为DCS

的主要

本文通过对基于动态解耦的模糊多模型协调控制系统的研究,改善了协调控制系统的强耦合及动态非线性特性。在对原有负荷定值前馈分析基础上,给出了非线性负荷定值动态莳馈,较好的克服了原负荷定值前馈幅值超调量及回调响应时间等参数不可调的缺点。为改善机组运行时的经济性指标,本文利用固定负荷点动态变压寻优的方法,对滑压定值进行在线修J下。通过仿真及现场试投,验证了新协调系统的有效性。

分类号：学校代码：１００７９密级

华北电力大学

硕士学位论文

题目：智能协调控制系统设计与应用

ＣｏｎｔｒｉｖｅａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ英文题目：Ｔｈｅ

ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ

研究生姓名：郑亚锋专业：控制理论与控制二ｒ：程

研究方向：故障诊断与容错控制

导师姓名：刘吉臻

指导老师姓名：陈彦桥职称：教授职称：讲师２００５年１２月２０日

本文通过对基于动态解耦的模糊多模型协调控制系统的研究,改善了协调控制系统的强耦合及动态非线性特性。在对原有负荷定值前馈分析基础上,给出了非线性负荷定值动态莳馈,较好的克服了原负荷定值前馈幅值超调量及回调响应时间等参数不可调的缺点。为改善机组运行时的经济性指标,本文利用固定负荷点动态变压寻优的方法,对滑压定值进行在

毕业设计（论文）

题目 大型热电厂电气主系统设计

学生姓名 徐蓉 学号 2012152201 专业 电气工程及其自动化 班级 20121972 指导教师 陈铁 评阅教师

完成日期

2016 年 5 月 20 日

毕业设计（论文）课题任务书

（2014----2015 学年）

学院名称：电气与新能源学院 课题名称 学生姓名 大型热电厂电气主系统设计 徐蓉 专业 电气工程 及其自动化 任务书下达时间 学号 2012152201 2015年11月 20 日 指导教师 陈铁 课题概述：本次设计为电气一次部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该发电厂为热电厂，包括2台凝气式机组300MW（额定电压15.75kV，COS?=0.9， Xd???0.20）和2台供热机组50MW（额定电压10.5kV，COS?=0.9， Xd???0.2），厂用电率5%,机组的年利用小时数Tmax＝6300h

火电机组非停分析与减少非停的措施

截止2015年8月底，某公司所属及控股火电单位累计发生非计划停运统计为30次，较去年同期减少3次。虽有好转，但不容乐观。只有在认真分析历次非停发生原因的基础上，从管理、人员、设备和技术等方面制定相应措施，才能消除设备隐患，进一步提高安全生产管理水平，持续提高设备健康水平，提高人员的业务能力和水平，夯实安全生产基础，有效控制机组非计划停运次数，实现长周期安全生产。 一、问题汇总、归类

在今年已发生的30次非停中，按专业分：锅炉专业16次、汽机专业5次、电气专业5次、热工专业3次、其它1次；锅炉专业出现的问题占总数一半以上。

按故障类型分：因人为责任造成的非停3次、设备原因5次、技术问题引起的非停为8次、管理不到位造成非停5次、材质原因5次、煤质原因3次；可见，由于技术问题未得到及时解决而引发机组非停次数较多；另一方面，如果按照“质量保证体系”中“问题出现的原因均可归结于管理”的理念，将“人为原因、设备原因、管理不到位、材质原因、煤质原因”归结为“管理缺失”，则由于管理缺失而导致的机组非计划停运要占到相当大的比例。

由此，可将问题产生的原因归于两大类：

1. 技术难题未得到及时解决； 2. 生产管理缺失。 二、

第一部分 ......................................................................................................................................... 2 火电厂厂用电系统设计 ................................................................................................................. 2 说明书 ............................................................................................................................................. 2 摘 要 .....................................................................................................

第二章机炉负荷协调控制系统

2.1任务

机组负荷协调控制系统的任务是使机组尽可能快地响应电网对该机组的负荷要求，同时，应能保证主汽压力尽量稳定，以保证机组的安全稳定运行。

2.2单元机组对象的动态特性：

2.2.1当其它输入不变时，改变汽机调门开度，例如，将调门开大，主蒸汽流量将迅速增加，这表明汽轮机能迅速响应负荷要求变化，但由于燃烧未能相应加强，主汽压开始下跌，蒸汽流量也渐渐下跌，最后又回到了原来的值，没有能满足电网的长期需要，而压力则降到了一个相对较低的值如图13－1 (a)。

2.2.2若其它输入不变，增加燃烧率（锅炉指令BD），主汽压力将逐渐升高，主蒸汽流量也逐渐增加，负荷逐渐增加，说明锅炉改变燃料量后，负荷响应比较缓慢，如图 13－1 (c)。

2.2.3当外界要求增加负荷时，由于一个负荷特性快（汽轮机），一个特性慢（锅炉），就难以满足既快速，又稳定的要求，如果仅满足快速的要求，可通过不断开大汽机调门开度来实现，虽可保证负荷需求（也不可能长久），但压力将一路下跌，如图13－1 (b)，会影响机组安全。

所以机炉两者之间应协调控制调门开度指令和锅炉指令。

图13－1 单元机组对象动态特性

2.3运行方式

单元机组负荷协调控制系统一般有下列几种运行方式

火电机组非停分析与减少非停的措施

截止2015年8月底，某公司所属及控股火电单位累计发生非计划停运统计为30次，较去年同期减少3次。虽有好转，但不容乐观。只有在认真分析历次非停发生原因的基础上，从管理、人员、设备和技术等方面制定相应措施，才能消除设备隐患，进一步提高安全生产管理水平，持续提高设备健康水平，提高人员的业务能力和水平，夯实安全生产基础，有效控制机组非计划停运次数，实现长周期安全生产。 一、问题汇总、归类

在今年已发生的30次非停中，按专业分：锅炉专业16次、汽机专业5次、电气专业5次、热工专业3次、其它1次；锅炉专业出现的问题占总数一半以上。

按故障类型分：因人为责任造成的非停3次、设备原因5次、技术问题引起的非停为8次、管理不到位造成非停5次、材质原因5次、煤质原因3次；可见，由于技术问题未得到及时解决而引发机组非停次数较多；另一方面，如果按照“质量保证体系”中“问题出现的原因均可归结于管理”的理念，将“人为原因、设备原因、管理不到位、材质原因、煤质原因”归结为“管理缺失”，则由于管理缺失而导致的机组非计划停运要占到相当大的比例。

由此，可将问题产生的原因归于两大类：

1. 技术难题未得到及时解决； 2. 生产管理缺失。 二、