Какие существуют способы контроля нагрузки на энергетические установки, и каковы их особенности?

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем zgj2405 3 июля 2011 года в 13:32. Основная функция главного контроллера котла и турбины заключается в том, чтобы в зависимости от условий и требований работы установки выбирать подходящий способ контроля нагрузки. Контроллер принимает команды на регулировку нагрузки N0, а также данные о фактической мощности выработки электроэнергии NE, давлении в главной паровой трубе PT и заданном значении P0. С помощью определенных вычислительных циклов он вычисляет основные команды для котла и турбины MB и MT, что позволяет реализовать соответствующий способ контроля нагрузки и тем самым выполнить задачи по ее регулированию. См. рисунок 10-1. Основной контроллер котла состоит из двух частей. (1) Основной контроллер котла: схема вычисления основного управляющего сигнала котла MB. (2) Основной контроллер турбины: схема вычисления основного управляющего сигнала турбины MT. I. Способы контроля нагрузки. Способы контроля нагрузки делятся на две категории: способ отдельного контроля турбины и котла, и способ согласованного контроля турбины и котла. 1. Способ раздельного управления турбиной и котлом. Под раздельным управлением понимается ситуация, при которой для регулирования одного из параметров используется только один регулирующий фактор. Существует два вида способа раздельного управления: способ управления нагрузкой с учетом действий котла (сокращенно — способ управления с учетом котла) и способ управления нагрузкой с учетом действий турбины (сокращенно — способ управления с учетом турбины). Это два основных способа управления. Ниже по отдельности описаны принцип работы и основные характеристики: (1) Режим следования котла (BOILER FOLLOW, сокращенно BF). Основной принцип работы режима следования котла заключается в том, что турбина регулирует мощность выходящей энергии, а котел — давление пара. На рисунке 10-6 показан принцип работы котла в режиме следования. На основе рисунка 10-6 можно составить его блок-схему 10-7. Рисунок 10-6. Схема способа управления котлом. Рисунок 10-7. Блок-схема способа управления котлом. N0 — команда, определяющая нагрузку на агрегат; эта команда формируется в блоке обработки команд на изменение нагрузки. Объект регулирования — это общее понятие, включающее системы регулирования машин и котлов. Когда меняется команда на нагрузку (значение мощности) N0, главный контроллер турбины сначала выдает команду MT на изменение угла открытия клапанов. Это приводит к изменению количества входящего пара в турбину, в результате чего вырабатываемая электрическая мощность NE быстро становится равной N0. После изменения положения регулятора сразу же меняется давление пара PT. В этот момент главный контроллер котла на основании отклонения давления пара выдает управляющий сигнал MB, который изменяет скорость сгорания топлива в котле (а также соответствующий расход воды), чтобы довести значение PT до заданного уровня P0. В состоянии устойчивости NE = N0, а PT = P0. При нарушениях скорости сгорания (внутренних возмущениях) изменяется давление пара, что приводит к отклонениям; также меняется расход пара. Со стороны турбины для поддержания выходной мощности необходимо регулировать клапаны, в результате чего происходит ещё большее изменение давления пара, увеличивается отклонение и возникают значительные колебания давления. Особенностью режима работы котла является то, что при изменении значения N0, благодаря способности котла накапливать тепло, он обладает хорошей способностью к адаптации к изменениям нагрузки. Это способствует эффективному регулированию мощности установки. Однако при этом происходят значительные колебания давления пара ； При наличии внутренних помех (перемешений в скорости горения) колебания давления пара становятся значительными. Для крупных турбогенераторных установок способность котла к накоплению тепла снижается. Когда изменения в требуемой мощности N0 незначительны, в пределах допустимых колебаний давления пара возможно полное использование способности котла к накоплению тепла для быстрой адаптации к изменениям нагрузки. Это также способствует регулированию частоты электросети. При значительных колебаниях значения команды на нагрузку N0 происходят сильные колебания давления пара, что влияет на нормальную работу котла. Особенно в случае паровых котлов с постоянным током способность к накоплению тепла значительно меньше, чем у котлов с котлованом. При использовании метода, при котором котел адаптируется под изменения нагрузки, на практике достичь этого невозможно. Когда котельное оборудование в блоке работает нормально, а выходная мощность установки ограничивается из-за неисправностей в оборудовании турбины, можно применить режим работы котла в соответствии с этими условиями. (2) Режим следования турбины (TURBINE FOLLOW, сокращенно TF). Основной принцип работы режима следования турбины заключается в следующем: котел регулирует мощность выходящей энергии, а турбина — давление пара. На рисунке 10-8 показано схематическое изображение способа управления турбиной. На основе рисунка 10-8 можно составить его блок-схему, представленную на рисунке 10-9. Рисунок 10-8. Схема способа управления турбиной. Рисунок 10-9. Блок-схема способа управления турбиной. Когда меняется команда на нагрузку N0, главный контроллер котла сначала выдает команду MB на изменение скорости сгорания топлива в котле (а также соответствующего расхода воды). После изменения преднагрузочного давления PT главный контроллер турбины выдает команду MT на изменение угла открытия клапанов, что приводит к изменению количества пара, поступающего в турбину. В результате меняется мощность, вырабатываемая агрегатом NE, и она становится сопоставимой с заданным значением нагрузки N0. В конечном устойчивом состоянии NE = N0, PT = P0. При нарушении скорости сгорания изменяется давление пара, что приводит к отклонениям; также меняется расход пара, и в результате изменяется выходная мощность установки. Основной контроллер турбины приводит в действие клапаны для поддержания давления пара, в результате чего усиливаются колебания расхода пара, что приводит к ещё большим колебаниям выходной мощности агрегата и увеличению отклонений. Это приводит к значительным колебаниям выходной мощности. Особенностью режима работы паровой турбины является небольшая погрешность давления пара. Однако из-за отсутствия использования способности котла к накоплению тепла мощность выходящего пара меняется лишь тогда, когда изменяется скорость сгорания топлива в котле, что приводит к изменению давления главного пара. Это создает значительную задержку, в результате чего устройство плохо справляется с изменениями нагрузки, что затрудняет его использование при работе с переменной нагрузкой и участие в регулировании частоты электросети. Такой способ управления подходит для агрегатов с постоянной нагрузкой или при первом запуске агрегата; он позволяет поддерживать стабильное давление пара, создавая тем самым условия для его стабильной работы. Когда турбина в блоке работает нормально, а выходная мощность установки ограничивается из-за неисправности оборудования котельной части, можно применить режим следования турбины. 2. Способ согласованного управления котлом и турбиной, при котором котел и турбина регулируют нагрузку поочередно, представляет собой два крайних варианта управления. В условиях изменчивой нагрузки у обоих способов возникают проблемы с контролем выходной мощности и давления пара: при использовании одного из способов ухудшается контроль за одним показателем за счет улучшения контроля за другим. Поэтому при применении стратегий управления необходимо учитывать внутренние взаимосвязи объектов и различия в динамических характеристиках агрегатов, используя метод согласованного управления. Стратегия управления в режиме координационного управления заключается в том, чтобы допускать определенные колебания давления пара. Это позволяет полностью использовать запас тепла котла, что способствует более быстрой адаптации агрегата к требованиям нагрузки в сети. Однако здесь существуют ограничения на использование теплосберегающих свойств котла; необходимо обеспечить, чтобы отклонение давления перед агрегатом от установленного значения не превышало допустимых значений. Таким образом, способ координационного управления позволяет энергоблоку быстро адаптироваться к требованиям нагрузки сети, а также обеспечивает, чтобы колебания давления пара оставались в допустимых пределах. Существуют три распространенных способа координационного управления котлом и турбиной: способ, основанный на следовании котла за турбиной, способ, основанный на следовании турбины за котлом, и комплексный способ координационного управления. (1) Способ координационного управления, основанный на следовании за работой котла, уже рассматривался ранее. Особенностью способа управления нагрузкой с использованием этого принципа является то, что при изменении требуемой нагрузки скорость реакции системы высока, однако происходят значительные колебания давления перед двигателем. Поэтому для сигнала, регулирующего степень открытия клапанов турбины (выход главного регулятора турбины PIT), устанавливается ограничивающий элемент, как показано на рисунке 10-10. http://rgtjjpkc.njit.edu.cn/admins/attachment/article/attachment/Mon_1003/581595_7776c189ed6.jpg (а) (б) Рисунок 10-10: (а) Способ координационного управления, основанный на последовательном включении котлов ； (b) Характеристики нелинейного элемента зоны мертвой зоны можно представить в виде блок-схемы 10-11 на рисунке 10-10. Рисунки 10–11. Схема координационного управления, основанного на принципе следования за действиями котла. В динамическом процессе, когда отклонение давления пара находится в зоне низкой чувствительности нелинейного элемента, это не оказывает воздействия на MT. Однако, когда отклонение превышает эту зону, нелинейный элемент ограничивает действие MT, тем самым сдерживая дальнейшие изменения положения клапанов турбины и тем самым снижая отклонение давления пара. Размер зоны низкой чувствительности приблизительно отражает допустимый диапазон колебаний давления главного пара во время работы агрегата. Этот способ управления был разработан на основе метода управления с использованием котла в качестве регулятора. Поскольку паровая турбина и котел осуществляют согласованные действия по поддержанию давления пара, такой способ управления называется согласованным управлением на основе следования котла. Из влияния отклонений давления пара на регулировочные клапаны турбины видно, что, хотя это позволяет сохранять колебания давления пара в допустимых пределах, это в то же время замедляет скорость реагирования на изменения мощности выхода. По сути, для улучшения качества контроля давления пара приходится жертвовать скоростью реагирования системы на изменения мощности выхода. В этом смысле результатом координационного управления является обеспечение качества управления как мощностью, так и давлением пара. (2) Способ координационного управления, основанный на следовании турбины за нагрузкой. Ранее уже были описаны особенности способа управления нагрузкой с использованием принципа следования турбины за нагрузкой: при изменении требуемой нагрузки скорость реакции турбины медленная, однако колебания основного давления пара минимальны. Чтобы ускорить скорость реакции этой системы управления на нагрузку, необходимо найти способ использования запаса тепла котла. Для этого, на основе режима следования турбины, допускается изменение давления главного пара в определенных пределах, что образует режим согласованного управления, основанный на следовании турбины, как показано на рисунках 10–12. На рисунках 10-12 (а) показан способ координационного управления, основанный на следовании двигателя паровой турбины за определенными параметрами; (б) показаны характеристики нелинейного элемента ограничения. На основе рисунков 10-12 можно составить блок-схему 10-13. Рисунки 10–13. Схема координационного управления, основанного на следовании турбины за заданными параметрами. При этом сигнал о отклонении мощности поступает в регулятор котла PIB; одновременно он также передается в регулятор турбины PIT через нелинейный элемент. В динамическом процессе сигнал может рассматриваться как часть заданного значения давления в главной паровой трубе. Когда значение >0 (требуется увеличение мощности генератора), заданное значение давления в главной паровой трубе снижается. Основной регулятор турбины PIT выдает команду на увеличение открывания регулирующих клапанов, что приводит к повышению мощности установки ； когда