CN102137987B - 用于控制蒸汽发电站的方法和装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明方法包括下列步骤：提供（34）第一信号（S1），该第一信号（S1）显示发电机（12）的实际功率（PEL）的减小；根据第一信号（S1）产生（36）第二信号（KU），该第二信号（KU）显示短路中断；在预先确定的第一时间间隔（TKU）以后使第二信号（KU）复位（38）并且在预先确定的第二时间间隔（TSPKU）内阻塞（38）第二信号；根据第二信号（KU）停止以及接着启动（40）涡轮机（14）；根据第一信号（S1）产生（42）显示负载减少的第三信号（LAW）以及根据第三信号（LAW）持续地使涡轮机（14）停止（44）。

Description

用于控制蒸汽发电站的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制具有发电机和涡轮机的蒸汽发电站（Dampfkraftwerk）的方法。

背景技术

蒸汽发电站的主要贡献是联合电网以及岛状电网中的电压和频率稳定化。为了达到这些稳定化需求，蒸汽发电站的控制策略必须满足最高要求。在此，这些控制策略特别是在电网故障和快速负载改变的情况下是重要的。

如果例如发电机的转速剧烈地偏离标称值并且机器陷入滑动（Schlüpfen）或发电机的轴系滑动的危险并且涡轮机由于转速过高而受到威胁，则整个蒸汽发电站必须有针对性地从相关电网中去耦合并且根据自身需求关断，使得该蒸汽发电站可以尽可能快地再次供电网结构使用。在这样的负载减少（Lastabwurf）以后，发电机端子处的功率在短时间内降低到非常小的值。为了使轴系不由于发电机实际功率的这种减小而被剧烈地加速，必须快速地关闭相关涡轮机的阀门。在负载减少以后，发电机端子处的电功率通常较长时间地保持在低值。

而在下面被称为短路中断的故障情况是发电站附近的通常为3极的电网短路，该电网短路仅仅持续几百ms。在这样的电网故障情况下，发电机端子处的功率由于所述电压跌落短时间地等于0。如果该短路可以在至少150ms的故障排除时间内被清除，则发电机将继续把有功功率和无功功率馈入到电网中，以便对频率和电压进行稳定。也就是说，如果该短路存在150ms或更短的时间，则既不应该有轴系滑动、也不应该关断相关的涡轮机。在许多蒸汽发电站中，可能的故障排除时间还要明显更短。

对蒸汽发电站的控制必须对两种故障情况做出反应，其中所存在的问题是，在相应的开始时期不能区分功率减少和短路中断的问题，因为在这两种情况下，发电机端子处的功率都下降。另外所存的问题还有，尽管在短路中断的情况下，电功率在故障排除以后回归，随后必须继续运行涡轮机，但是电功率在后面的时间分布中多次摆动经过其过零点，使得在低于预先定义的功率极限值的情况下，公知的控制器再次识别出故障情况。在每次识别到故障的情况下，尤其是在公知的蒸汽发电站的情况下，通过快速关断相关阀门来使相关涡轮机的功率降低。蒸汽涡轮机的这种阀门快速传动（Ventilschnellgang）可能由于发电机有功功率在短路中断以后的所述摆动经过零点而多次被相继起动。由此，涡轮机功率以及因此到电网中的有功功率馈入在几秒钟的相当长的时间内被剧烈降低。

在多个蒸汽发电站中出现该问题的情况下，导致不能容许的负载流问题和频率问题。在出现这种故障的情况下，蒸汽发电站必须在几百ms的时间范围内确保电网的频率和电压稳定性。

发明内容

本发明所基于的任务是，提供一种用于控制具有发电机和涡轮机的蒸汽发电站的方法，其中基本上避免上述问题并且尤其是保证在相关电网中在负载减少以及在短路中断的情况下的电压和频率稳定性。

根据本发明，该任务利用一种用于控制具有发电机和涡轮机的蒸汽发电站的方法来解决。另外，该任务利用一种用于控制蒸汽发电站的装置来解决。

根据本发明的用于控制具有发电机和涡轮机的蒸汽发电站的方法包括下列步骤：提供第一信号，该第一信号显示发电机的实际功率的减小；根据第一信号产生第二信号，该第二信号显示短路中断；在预先确定的第一时间间隔以后使第二信号复位并且在预先确定的第二时间间隔内阻塞第二信号；根据第二信号停止以及接着启动涡轮机；根据第一信号产生显示负载减少的第三信号；以及根据第三信号持续地使涡轮机停止。

根据本发明的解决方案所基于的认识是，尽管在短路中断的情况下应当尽可能避免在开启方向（Aufrichtung）和关闭方向（Zurichtung）上的快速传动触发的情况下对相关涡轮机的阀门的多次起动和不对称的调节时间，因为由此逐渐降低涡轮机的功率，但是另外即使在短路中断的情况下也不应当阻止快速传动的一次性开关，因为这样的快速传动导致涡轮机转矩的撤销，这对在其他情况下出现的电网振荡具有衰减作用。根据本发明的解决方案以此为出发点所遵循的途径是，在两个所述的故障情况下（即在短路中断以及负载减少的情况下），产生首先导致涡轮机停止的信号。根据本发明，该信号是第二信号，该第二信号根据第一信号或者与第一信号同时生成，该第一信号显示发电机的实际功率的减小。换句话说也就是，一旦相关信号显示发电机的实际功率的明显减小，则根据本发明的蒸汽发电站的涡轮机就被停止或者其功率被减小（这通常通过阀门快速传动进行）。另外在根据本发明的方法中，在涡轮机的该停止以后，该涡轮机再次被启动。在该停止和启动期间，利用相关蒸汽发电站的根据本发明的控制器检查：是否存在针对负载减少的另外的判据。如果识别出负载减少并且产生相关的第三信号，则在那时才根据该根据本发明的第三信号触发涡轮机的持续停止。换句话说，在根据本发明的方法中，在短路中断以及在负载减少的情况下，原则上都首先停止涡轮机，并且在后面的时间分布中才检查：是否可以区分短路中断和负载减少。在该时间分布期间，预防性地将涡轮机再次置于启动模式中，由此涡轮机在短路中断被识别并且负载减少情况正好未被识别的情况下被完全启动。

另外，在根据本发明的方法中重要的是，显示短路中断的第二信号被复位并且接着被阻塞。由此保证，在发电机有功功率在随后的时间分布中在零点附近摆动的情况下，该第二信号不能再次显示短路中断。

换句话说，利用根据本发明的方法可以通过如下方式区分负载减少和短路中断：所谓的第二信号总是触发对相关涡轮机的短时停机，也就是说，发电机的额定功率被短时地置位到0。仅仅第三信号触发相关涡轮机的持续停机，其中那样的话，发电机的额定功率被持续地置位到0。该第三信号与第二信号无关地产生，并且形成区别信号，以便将首先假定的短路中断同负载减少区别开。

在根据本发明方法的第一有利改进方案中，当发电机的实际功率已经跃变式地减小预先确定的值或者发电机的实际功率大于预先确定的负值以及发电机的实际功率变为小于自身需求的两倍以及发电机的额定功率与实际功率之间的差变为大于自身需求的两倍时，提供第一信号。换句话说，当发电机功率跃变形式地减小时，显示发电机的实际功率的减小的第一信号被生成，其中该跃变形式的减小优选为至少70%。为了检查功率跃变，优选首先通过DT1环节对功率信号进行滤波。利用该条件，以“或运算”形式耦合如下连接：发电机功率与预先  确定的负值、尤其是-2%相比较。如果发电机功率大于该值，则发电机未处于功率大于标称功率的电机运行中。另外检查：发电机的实际功率是否变为小于自身需求的两倍。作为第三条件检查：功率额定值与功率实际值之间的差是否大于或小于自身需求的两倍。因此，实际功率的下降可以被探测出来。在此，上述三个条件利用逻辑“与”进行运算。也就是说，在所有这些条件被满足或者发电机功率已经跃变式地改变了所述预先确定的值时，产生所述信号。

在根据本发明方法的第二有利改进方案中，预先确定的第一时间间隔为100ms至200ms之间，尤其是150ms。预先确定的第一时间间隔用于确定第二信号保持被置位多长时间，并且由此短路中断被显示。该预先确定的第二时间间隔优选地被确定为使得相关的涡轮机可以被停止或其阀门可以被快速地关闭，也就是说可以触发快速传动。同时，该预先确定的第一时间间隔被选择为使得涡轮机足够快地被再次置于启动模式中，以便通过利用发电机馈入有功功率和无功功率来支持电网中的频率和电压稳定性。该启动本身带来一定的延迟，该延迟导致涡轮机可以在下面的负载减少检查（Lastabwurf-Kontrolle）的范围内被足够快地持续停止。

在根据本发明方法的第三有利改进方案中，预先确定的第二时间间隔为4s至10s之间，尤其是7s。预先确定的第二时间间隔用于封锁和阻止第二信号，使得在由于发电机功率在零点附近摆动而识别出短路中断以后，多次相继地起动短路中断识别。在此，预先确定的第二时间间隔被有利地选择为使得发电机的机械转矩以及由此电功率比所选的第二时间间隔更快地再次返回。

在根据本发明方法的第四有利改进方案中，显示负载减少的第三信号的产生根据第一信号和预先确定的第三时间间隔进行。因此，对于显示负载减少的信号来说，第一信号再次是触发信号，并且附加地确定：该第一信号是否在预先确定的第三时间间隔期间持续地存在。因此，当在较长时期、即恰好为预先确定的第三时间间隔内发电机的实际功率剧烈减小时，则存在负载减少。而在短路中断的情况下，近似为0的功率通常仅仅施加几百ms。

特别优选地选择具有1.5s至2.5s、尤其是2s的值的预先确定的第三时间间隔。该时间间隔导致可以可靠地确定：是否存在负载减少或者在短路中断以后电功率只在机械功率附近振荡一次。另外，该时间间隔被选择为使得相关的涡轮机被足够早地持续停止。在此尤其是可以考虑，在紧接在对短路终端信号进行置位以后的重新启动涡轮机以后，该启动通过对涡轮机的相关转速控制被调控。随着发电机的电功率的取消，涡轮机的传动系被剧烈加速，使得涡轮机的转速控制足够啮合（eingreifen）并且防止涡轮机的过度旋转（überdrehen）。这也导致，在停止大约1.5s以后再次开始实际启动的涡轮机在2s后的持续停止时不过度旋转并且至多在发电机处出现非常短期的滑动。也就是说，在负载减少以后，轴系加速并且吸收涡轮机的不能再被涡轮机输出给电网的剩余功率。涡轮机的转速上升超过标称值（例如上升到高达超过标称值5%的值）。此后，主要由转速控制器来确定开启涡轮机的相关阀门的调节量。由此，即使在启动涡轮机时根据第二信号已经再次施加该信号时，阀门仍然保持关闭。接着，该信号必要时导致使涡轮机持续地停止，使得阀门在该时期内总体上仍然保持关闭并且涡轮机转矩按要求达到0，直到涡轮机的转速低于额定值为止。

在根据本发明方法的第六有利改进方案中，显示负载减少的第三信号的生成根据发电机的负载开关进行。发电机的负载开关说明，发电机究竟是否应当将电功率完全馈送到电网中。但是这样的负载开关未在每次负载减少时被可靠地一并操作，使得出于该原因附加地考虑上述条件，以便可靠地识别负载减少。

附图说明

下面根据示意性的附图进一步阐述根据本发明的解决方案的实施例。

图1示出根据本发明的用于控制蒸汽发电站的装置的图示，

图2示出根据本发明的用于控制蒸汽发电站的方法的图示，

图3示出根据现有技术蒸汽发电站在短路中断情况下的各种特征量的变化曲线，

图4示出按照根据本发明的解决方案蒸汽发电站在短路中断情况下的各种特征量的变化曲线，以及

图5示出按照根据本发明的解决方案蒸汽发电站在负载减少情况下的各种特征量的变化曲线。

具体实施方式

在图1中标示出用于控制未进一步示出的具有发电机12和涡轮机14的蒸汽发电站的电路布置或装置10。作为基本元件，装置10包括PEL信号线路16以及PSW信号线路18，这些信号线路从发电机12通向用于提供第一信号的装置20。该装置20被构造为调控或控制装置，其中总共构造6个开关元件20a、20b、20c、20d、20e和20f。在此，通过PEL信号线路16，发电机12的实际功率（PEL）被传送给电路元件20a，该电路元件20a检查：该实际功率是否跃变式地下降预先确定的值GPLSP。在此，当前尤其是检查大于70%的跃变形式的减小。为了检查这样的功率跃变，功率信号PEL首先通过DT1环节滤波。

在开关元件20b中，从输入信号PEL中推导出发电机12的实际功率是否大于特定负值GPNEG。在此，当前尤其是将发电机功率与值GPNEG=-2%相比较。由此检查，发电机12是否处于以大于标称功率-2%的功率进行的电机运行中。

在开关元件20c中检查，发电机12的实际功率PEL是否已经变为小于自身需求GP2EB的两倍。因此，识别出实际功率降低到小于两倍的自身需求。

利用开关元件20d，借助于发电机12的输入信号实际功率PEL和额定功率PSW，功率额定值与功率实际值之间的差被确定并且被与2x自身需求的值相比较。因此探测出实际功率的下降。

开关元件20b、20c和20d的结果通过开关元件20e被共同运算，其中该开关元件20e形成“与运算”。该运算的结果借助于开关元件20f与开关元件20a的结果进行运算，其中开关元件20f中的该运算是“或运算”。通过这种方式，利用用于提供第一信号的装置20生成信号S1，该信号S1说明：是否存在发电机12的实际功率PEL的减小。该信号S1被输送给用于产生第二信号KU的装置22。该信号KU被看作为原则上显示短路中断、更具体而言根据第一信号S1来显示短路中断的信号。在预先确定的当前为150ms的第一时间间隔TKU以后，所产生的第二信号KU被复位并且随后在预先确定的当前为7s的第二时间间隔CSPKU内被阻塞。这利用用于对第二信号KU进行复位和阻塞的装置24来进行，其中该装置配置有RS触发器和相关的置位信号。该信号在时间间隔CSPKU内被保持，并且被发送给触发器的复位输入端。该布线导致：KU信号最多出现150ms并且之后最早在7s之后才能再次出现。KU信号通过KU信号线路26被传送给涡轮机14，在涡轮机14处设置有未示出的以控制器的形式来停止和启动涡轮机14的装置。该控制器由于短时的KU信号而导致涡轮机14的功率额定值PSW的暂时切断。

另外，信号S1被传递给用于产生第三信号LAW的装置28，其中该第三信号LAW在第一信号S1的存在时间比预先确定的当前为2s的第三时间间隔TLAW长时形成。在此，信号LAW通过LAW信号线路30被传递给涡轮机14，在涡轮机14处设置有未示出的用于根据LAW 30信号持续地使涡轮机停止的装置。

在图2中标示出用于控制具有发电机12、涡轮机14和装置10的蒸汽发电站的相关方法流程。该方法包括步骤34，在步骤34提供第一信号S1，该第一信号S1显示发电机12的实际功率PEL的减小。该信号或者是“否”或“0”，或者是“1”或“是”，其中在该信号是“否”或“0”的情况下返回到步骤34的入口，在该信号是“1”或“是”的情况下首先进行用于产生第二信号KU的另一步骤36。信号KU如上面所阐述的那样原则上显示短路中断，或者可以假设这样的短路中断可能存在。然后在随后的步骤38中，第二信号KU在预先确定的第一时间间隔TKU之后被复位，并且随后在预先确定的第二时间间隔TSPKU内被阻塞。在此，执行返回步骤36的循环。同时，这样所产生的、然后被复位和阻塞的信号被输送给步骤40，在步骤40，涡轮机14被停止并且接着再次被启动。步骤40的路径随后返回到步骤34。

在信号S1为肯定的情况下，在步骤42中与步骤36、38和40同时地还检查：信号S1是否仅在当前为2s的第三时间间隔TLAW内持续地存在。如果不是这样，该方法返回到步骤34。但是如果是这样，则相关的第三信号LAW被置位为“是”或“1”，并且在步骤44中涡轮机14被持续地停止。

在图3中绘出发电机12以及涡轮机14的信号和测量值关于时间的不同变化曲线。在此，标示出根据现有技术的用于控制蒸汽发电站的方法，其中第一曲线46示出涡轮机14的机械转矩的变化曲线。可以看出，该机械转矩由于发电机的实际功率的突然减小而下降，并且随后由于短路中断的存在而再次至少轻微地上升。曲线48和50示出发电机12的电转矩以及发电机12的有功功率的相关变化曲线。该有功功率对应于实际功率PEL。可以看出，电转矩以及有功功率由于短路中断而开始波动并且多次具有过零点。曲线52示出由此根据现有技术得出的第一信号S1的相关变化曲线或曲线。该信号随着短路中断本身以及随后还由于多次经过过零点而生成。在此得出，由于信号S1，相关的涡轮机14被多次停止（参见曲线46中的圆圈标记），并且由此导致涡轮机的功率的剧烈减小和延迟。最后，相关的曲线54和56还示出以°为单位的极性轮偏转角（Polradwinkel）以及发电机12处的滑动。

在图4和5中标示出，当使用根据本发明的解决方案时，这样的和相似的曲线如何改变。尤其是在图4中以曲线58标示出，当利用根据本发明的方法和相关装置确定短路中断时，机械转矩关于时间的表现如何。可以明显地看出，未导致多次停止以及快速传动触发。曲线60和62示出发电机12的相关电转矩以及相关有功功率，而利用曲线64标示出，在根据本发明的处理方式中，仅有一次地产生比较短的KU信号。如上所述那样，该信号KU被复位并且随后被阻塞，使得不能导致重新触发快速传动。相应地，该处理方式导致相关涡轮机14以相应的另外的极性轮偏转角（参见曲线66）以及略有不同的滑动行为（参见曲线68）进行的非常快的重新启动。

在图5中标示出，当导致负载减少时，根据本发明的蒸汽发电站如何表现。在此，曲线70示出发电机的有功功率，并且曲线72示出相关的额定功率（PSW）。曲线74示出相关的涡轮机控制器的行为，其中可以看出，尽管该涡轮机控制器在短时的中断以后再次启动相关的涡轮机14，但是限制该涡轮机14的转速。利用曲线76和78标示出涡轮机14的阀门的平均压力以及涡轮机14的阀门的新蒸汽压力的相关变化曲线。在此可以看出，阀门随着机械转矩的取消而被利用涡轮机控制器关闭，并且随后还被涡轮机控制器有针对性地保持关闭1.5s。曲线80示出相关的上述第一信号及其变化曲线。可以看出，该信号自从机械转矩被取消起恒定地存在。最后，曲线82示出相关的上述第二信号（KU）的变化曲线，该第二信号被短时地产生，然后被复位并且随后被阻塞。曲线84示出上述第三信号（LAW）的变化曲线，该第三信号由于第一信号（参见曲线80）持续存在而被生成。利用该第三信号84，相应地涡轮机74被持续停止，这又可以在曲线74（涡轮机控制器）的变化曲线处看出。曲线86示出涡轮机处的机械转矩的变化曲线，其中可以看出，该机械转矩由于发电机12的机械转矩被取消而如何下降。随着机械转矩的下降，涡轮机14同时加速，因为尽管相关阀门被保持关闭，但仍然存在显著的回转质量（参见曲线76和78）。随着涡轮机14的所述加速，形成曲线84，该曲线88表示转速的偏差的变化曲线。同时可以看出，该加速以受限的方式进行，使得不能导致涡轮机14的过度旋转。

因此根据本发明，涡轮机14处的阀门的快速传动通过信号KU被触发，并且该触发出于所述原因仅仅进行一次。如果在预先定义的时间以后，已经导致产生信号KU的信号继续存在，则产生信号LAW，并且阀门在涡轮机的转速在最大程度上被降低以前一直保持关闭，在此之后机械转矩可以无危险地根据自身需求被提高。该延迟阶段保护发电机12免受过高转速的损害，并且通常持续长于10s的时间。

从图4和5中可以推断出，根据本发明，在纯粹的短路中断的情况下不能多次地进行快速传动的触发。在出现短路的情况下，涡轮机转矩被降低并且在1.5s以后再次升高。发电机12的电转矩（曲线60）、滑动（曲线68）以及极性轮偏转角（曲线66）示出蒸汽发电站在3极电网短路时的公知行为。极性轮偏转角（曲线66）摆动经过零值，这意味着，发电机12还未开始滑动。在根据自身需要进行负载减少的情况下，通过根据本发明封锁或阻塞对KU信号的本来多次的触发，涡轮机14的有序停机不受影响。更确切而言，信号KU在负载减少的情况下也首先触发快速传动。但是在此之后，涡轮机14实际上被再次启动，由此涡轮机14的轴系被加速并且吸收涡轮机14的剩余功率，因为涡轮机14不再能够通过发电机给电网输出功率。轴系的转速上升到比标称值高5%（参见曲线88）。在此，主要由转速控制器（参见曲线74）来确定用于开启涡轮机14的阀门的调节量。由此，阀门保持关闭，并且涡轮机转矩按照要求达到0，直到转速低于额定值为止。在经过时间间隔TLAW以后，信号LAW被置位并且在当前情况下保持5s。这导致涡轮机在该时期内被持续地停止。

Claims (11)

1.一种用于控制具有发电机（12）和涡轮机（14）的蒸汽发电站的方法，具有下列步骤：

—提供第一信号（S1），该第一信号（S1）显示发电机（12）的实际功率（PEL）的减小，

—根据第一信号（S1）产生第二信号（KU），该第二信号（KU）显示短路中断，

—在预先确定的第一时间间隔（TKU）以后使第二信号（KU）复位并且在预先确定的第二时间间隔（TSPKU）内阻塞第二信号，

—根据第二信号（KU）停止以及接着启动涡轮机（14），

—根据第一信号（S1）产生显示负载减少的第三信号（LAW）以及

—根据第三信号（LAW）持续地使涡轮机（14）停止。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中当发电机（12）的实际功率（PEL）已经跃变式地减小预先确定的值（GPLSP）

或者

发电机（12）的实际功率（PEL）下降到预先确定的负值（GPNEG）以及发电机（12）的实际功率（PEL）变为小于自身需求（GP2EB）的两倍以及发电机（12）的额定功率（PSW）与实际功率（PEL）之间的差变为大于自身需求（GP2EB）的两倍时，

提供第一信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中预先确定的第一时间间隔（TKU）为100ms至200ms之间。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中预先确定的第一时间间隔（TKU）为150ms。

5.根据权利要求1或2所述的方法，

其中预先确定的第二时间间隔（TSPKU）为4s至10s之间。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中预先确定的第二时间间隔（TSPKU）为7s。

7.根据权利要求1或2所述的方法，

其中显示负载减少的第三信号（LAW）的产生根据第一信号和预先确定的第三时间间隔（TLAW）进行。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中预先确定的第三时间间隔（TLAW）为1.5s至2.5s之间。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中预先确定的第三时间间隔（TLAW）为2s。

10.根据权利要求1或2所述的方法，

其中显示负载减少的第三信号（LAW）的生成根据发电机的负载开关进行（GLSE）。

11.一种用于控制具有发电机和涡轮机的蒸汽发电站的装置，具有：

—用于提供第一信号（S1）的装置（20），该第一信号（S1）显示发电机（12）的实际功率（PEL）的减小，

—用于根据第一信号（S1）产生第二信号（KU）的装置（22），该第二信号（KU）显示短路中断，

—用于在预先确定的第一时间间隔（TKU）以后使第二信号（KU）复位并且在预先确定的第二时间间隔（TSPKU）内阻塞第二信号（KU）的装置（24），

—用于根据第二信号（KU）停止以及接着启动涡轮机（14）的装置；

—用于根据第一信号（S1）产生显示负载减少的第三信号（LAW）的装置（28），以及

—用于根据第三信号（LAW）持续地使涡轮机（14）停止的装置。

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