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单元机组负荷控制系统概述 热力发电厂中，存在着母管制和单元制两种不同的原则性热力系统。在母管制系统中，每台锅炉的出口蒸汽管道都用蒸汽母管互相联通，汽机与锅炉之间无一一对应的关系。汽机所需要的蒸汽是来自一组锅炉所产生的蒸汽，每台锅炉只承担一台汽机所需蒸汽的一部分，负荷变化对每台锅炉的影响较小。在母管制热力系统中，汽机和锅炉的负荷控制系统是各自独立的。汽机的调节系统按负荷要求改变调节阀的开度，锅炉的汽压控制系统按汽压改变燃料量。 随着电力工业的发展，高参数、大容量的火力发电机组在电网中所占的比例越来越大。大型机组通常都是以锅炉—汽轮机—发电机组成单元制运行方式。在这种运行方式中，锅炉和汽轮发电机共同维持外部负荷需要，也共同保证内部运行参数（主要是主蒸汽压力）稳定。单元机组的输出电功率与负荷要求是否一致反映了机组与外部电网之间能量供求的平衡关系；主蒸汽压力反映了机组内部锅炉与汽轮发电机之间能量供求的平衡关系。就负荷控制而言，锅炉和汽轮发电机是一个不可分割的整体，是一个联合的被控对象。 §1.1 单元机组负荷控制对象的动态特性 锅炉—汽轮发电机单元机组本质上是一个存在强相互关联的多变量控制对象。在考虑负荷控制时，经适当假设，可以将其看作是具有两个控制输入量和两个被控输出量的对象。其工艺流程可用图1-1简单示意。 图1-1 单元机组工艺流程示意 对象的两个控制输入量为：μT—汽轮机调门开度；μB—锅炉燃烧量调节机构开度，代表锅炉燃烧率（及相应的给水流量）。两个被控输出量为：NE—单元机组的输出电功率；pT—汽轮机前主蒸汽压力。 锅炉燃烧率μB的改变既影响主蒸汽压力pT，又影响输出电功率NE；同样，汽轮机调门开度μT的改变也同时影响主蒸汽压力pT和输出电功率NE。下面对两个控制输入量(μB、μT)扰动下，被控输出量（NE 、pT） 一．锅炉燃烧率μB扰动下主蒸汽压力pT和输出电功率NET保持不变，而μB发生阶跃扰动时，主蒸汽压力pT和输出电功率NE的响应曲线如图1-2（a）所示。燃烧率增加，锅炉蒸发受热面的吸热量增加，汽压pT经一定迟延后逐渐升高。由于汽轮机调门开度保持不变，进入汽轮机的蒸汽流量随之增加，从而自发地限制了汽压的升高。最终，当蒸汽流量与燃烧率达到新的平衡时，汽压就趋于一个较高的稳态值，具有自平衡能力。蒸汽流量的增加使汽轮机功率增加，输出电功率也跟着增加。最终，当蒸汽流量不变时，输出电功率也趋于一个较高的新稳态值，具有自平衡能力。 图1-2 负荷控制对象阶跃响应曲线 μB扰动下的NE和pT的动态特性都可用高阶惯性环节的传递函数来描述。NE的惯性环节比pT的惯性稍大，这主要由中间再热器的惯性决定。根据阶跃响应曲线的特征参数（ε、τ和K、T、τ）可以求得对应的传递函数： 二．汽轮机调门开度μT扰动下主蒸汽压力pT和输出电功率NEB保持不变，而μT发生阶跃扰动时，主蒸汽压力pT和输出电功率NEpT也随之立刻下降ΔpT。（ΔpT阶跃下降的大小与蒸汽流量的阶跃增量成正比，且与锅炉的蓄热量大小有关）。由于锅炉燃烧率保持不变，所以蒸发量也不变。蒸汽流量的增加是因为锅炉汽压下降而释放出一部分蓄热，所以只能是暂时的。最终，蒸汽流量仍恢复到与燃烧率相应的扰动前的数值，主汽压力也逐渐趋于一个较低的新稳态值。因蒸汽流量在过渡过程中有暂时的增加，故输出电功率相应也有暂时的增加。最终，输出电功率NE也随蒸汽流量恢复到扰动前的数值。 μT扰动下的pT动态特性可用比例加一阶惯性环节的传递函数来描述；NE的动态特性可用具有一定惯性的实际微分环节的传递函数来描述。根据阶跃响应曲线可求得对应得传递函数： ； 由以上分析可见，负荷控制对象的动态特性有如下特点：当汽轮机调门动作时，两个被控量NE和pT的响应均很快；当锅炉燃烧率改变时，NE和pT的响应都很慢。这就是机、炉对象动态特性方面存在的较大差异。 负荷控制对象可用图1-3所示的方框图表示。负荷控制对象应是包括机、炉子控制系统在内的广义被控对象，其控制输入量为锅炉主控制指令MB和汽轮机主控制指令MT，如图1-3所示。 图1-3 负荷控制对象方框图 对于锅炉侧，由于各子控制系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，因此可假设它们配合协调，能及时跟随主控制指令MB，接近理想随动特性，故有 μB≈MB。 对于汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系统，则主控制指令MT就是调门开度指令μT，故有μT=MT。这样，广义被控对象的动态特性不会改变。如果汽轮机采用功频电液控制系统，则主控制指令MT就是汽轮机功率指令。这样，广义被控对象的动态特性会有很大改变。其方框图如图1-4所示。 由图1-4可见，广义被控对象动态特性的