DE102006010852B4 - Method for regulating the power of a storage power station equipped with pumped storage sets - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Leistungsregelung eines mit Pumpspeichersätzen (8, 9, 10, 11) ausgerüsteten Speicherkraftwerkes, wobei
– Wirkungsgradkennlinien für jeden Pumpspeichersatz (8, 9, 10, 11) in Abhängigkeit einer Fallhöhe (12) zwischen einem Oberbecken (1) und einem Unterbecken (2) des Speicherkraftwerkes ermittelt werden,
– ein momentaner Wirkleistungssollwert (17) für das Speicherkraftwerk aus einer an das Speicherkraftwerk gestellten Leistungsanforderung (13), bestehend aus der Summe einer zeitlich konstanten Fahrplanleistung, einer Primärregelleistung und einer Sekundärregelleistung ermittelt wird, wobei die Primärregelleistung aus der Multiplikation einer aktuellen Frequenzabweichung (15) mit Regelbändern einer Primärregelung und die Sekundärregelleistung aus der Multiplikation eines aktuellen FÜ-Signals (16) mit Regelbändern einer Sekundärregelung gebildet wird,
– mögliche Einsatzkombinationen (18) aus den zur Verfügung stehenden Pumpspeichersätzen (8, 9, 10, 11) ermittelt werden, welche die gestellte Leistungsanforderung (13) erfüllen und für diese möglichen Einsatzkombinationen (18) jeweils die Aufteilung des Wirkleistungssollwertes (17) auf die beteiligten einzelnen Pumpspeichersätze (8, 9, 10, 11) auf Grundlage der Wirkungsgradkennlinien...Method for power control of a storage power plant equipped with pumped storage sets (8, 9, 10, 11), wherein
Efficiency curves for each pumped storage set (8, 9, 10, 11) are determined as a function of a drop height (12) between an upper tank (1) and a lower tank (2) of the storage power plant,
A current active power setpoint value (17) for the storage power plant is determined from a power requirement (13) provided to the storage power station, comprising the sum of a time-constant schedule power, a primary control power and a secondary control power, the primary control power being calculated from the multiplication of a current frequency deviation (15) with control bands of a primary control and the secondary control power is formed from the multiplication of a current FÜ signal (16) with control bands of a secondary control,
- Possible use combinations (18) from the available pump storage sets (8, 9, 10, 11) are determined, which meet the power requirement (13) and for these possible use combinations (18) each division of the active power setpoint (17) on the involved individual pump storage sets (8, 9, 10, 11) based on the efficiency characteristics ...

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung eines mit Pumpspeichersätzen ausgerüsteten Speicherkraftwerkes.The The invention relates to a method for power control with a Pumped storage sets equipped Storage power station.

Schon im Oktober 1991 hat die Deutsche Verbundgesellschaft e. V, Heidelberg (DVG) in Ihrer Druckschrift „Das versorgungsgerechte Verhalten der thermischen Kraftwerke” allgemeine Regeln für den Anschluss von Erzeugereinheiten an das elektrische Netz formuliert. Diese Regeln wurden im Laufe der Jahre angepasst. Momentan gilt der Transmission Code 2003 „Netz- und Systemregelung der deutschen Übertragungsnetzbetreiber”. Darin werden Elektrizitätsversorgungsunternehmen zu einem bestimmten Betriebsverhalten innerhalb des Netzes verpflichtet, wobei eine möglichst sichere, preisgünstige und umweltverträgliche Versorgung mit Elektroenergie im Interesse der Allgemeinheit zu sichern ist. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen alle in das Netz einspeisende Elektrizitätsversorgungsunternehmen bestimmte technische Mindestanforderungen bzw. Systemdienstleistungen (das sind Frequenzhaltung, Spannungshaltung, Versorgungswiederaufnahme, Betriebsführung) einhalten.Nice In October 1991, Deutsche Verbundgesellschaft e. V, Heidelberg (DVG) in your publication "Das supply-appropriate behavior of the thermal power plants "general Rules for formulated the connection of generator units to the electrical network. These rules have been adjusted over the years. Currently applies the Transmission Code 2003 "Network and system regulation of the German transmission system operators ". In this become electricity supply companies committed to a specific operating behavior within the network, with one possible safe, inexpensive and environmentally friendly Supply of electric energy in the interest of the general public too is secure. To meet these requirements, everyone must Into the network supplying electricity supply companies minimum technical requirements or system services (the are frequency maintenance, voltage maintenance, supply recovery, Operations management) comply.

Die Systemdienstleistung Frequenzhaltung fordert u. a. die Bereitstellung der Primär- und Sekundärregelleistung.The System service Frequency maintenance requires u. a. the provision the primary and secondary control power.

Für die Primärregelung gilt, dass jede Erzeugungseinheit ab einer Brutto-Nennleistung von ≥ 100 MW primärregelfähig im Sinne des Transmission Codes sein muss. Dies ist eine Voraussetzung für einen Anschluss an das Netz. Gefordert wird, dass die gesamte von der Erzeugungseinheit bereitzustellende Primärregelleistung bei einer quasistationären Frequenzabweichung von ±200 mHz linear in 30 s aktiviert werden muss und mindestens 15 min abgegeben werden kann. Das Primärregelband muss mindestens ±2% der Nennleistung betragen und auf Anweisung des Netzbetreibers einstellbar sein (veränderbare Statik). Für die Sekundärregelung gilt, dass die Übertragungsnetzbetreiber sicherzustellen haben, dass innerhalb ihrer Regelzone das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch, unter Berücksichtigung der mit anderen Regelzonen vereinbarten Lieferprogrammen, eingehalten wird. Die Realisierung erfolgt durch den Einsatz von Sekundärregelleistung. Der Wirkleistungsänderungsgradient muss hierbei mindestens 2% der Nennleistung pro Sekunde betragen.For the primary regulation applies that each generation unit with a gross nominal power of ≥ 100 MW has primary control capability in the sense of must be the transmission code. This is a requirement for one Connection to the network. It is demanded that the whole of the Generating unit to be provided primary control power at a quasi-stationary frequency deviation from ± 200 mHz linear must be activated in 30 s and discharged for at least 15 min can be. The primary rule band must be at least ± 2% the nominal power and adjustable on the instructions of the network operator be (changeable Statics). For the secondary regulation applies that the transmission system operators ensure that within their control area the balance between production and consumption, taking into account those with others Compliance with the agreed delivery zones. The Realized by the use of secondary control power. The active power change gradient must be at least 2% of rated power per second.

Für Dampfkraftwerksblöcke ist zur Erreichung der im Sinne der DVG geforderten Sekundär- und Primärregelleistungsbereitstellung ein hoher technischer Aufwand erforderlich, zum Einsatz kommt für die Primärregelung in der Regel eine Kombination einer Turbinenstellreserve (Androsselung der Turbineneinlassventile) und ein Kondensatstopp-Verfahren.For steam power plant blocks is to achieve the secondary and primary control provision required by DVG a high technical effort required, is used for the primary control usually a combination of a turbine reserve (throttling the turbine inlet valves) and a condensate stop process.

Zur Optimierung dieser Verfahrensweise ist in der DE 43 44 118 A1 ein Verfahren zur Blockleistungsregelung angegeben. Durch dieses Verfahren soll die gleichzeitige Bereitstellung der Sekundär- und Primärregelleistung, eine Verschleißminimierung durch Verringerung der Regelvorgänge und durch die Verringerung des spezifischen Wärmeverbrauchs letztlich eine Verringerung des Brennstoffeinsatzes erreicht werden. Das Verfahren sieht vor, eine Turbinestellreserve und eine Leistungserhöhung über Kondensatstopp nur im Falle sprungförmiger Leistungssollwerterhöhung einzusetzen. Der Einsatz von Kondensatstopp soll damit minimiert werden; er soll nur angewendet werden, wenn die Energie aus der Turbinenstellreserve nicht ausreicht. Eine Vergrößerung des Regelbandes ist damit nicht möglich.To optimize this procedure is in the DE 43 44 118 A1 a method for block power control specified. By this method, the simultaneous provision of the secondary and primary control power, a minimization of wear by reducing the control processes and by reducing the specific heat consumption ultimately a reduction of the fuel input to be achieved. The method envisages using a turbine reserve reserve and an increase in capacity via condensate stop only in the event of a sudden increase in the setpoint power. The use of condensate stop should thus be minimized; it should only be used if the energy from the turbine reserve is insufficient. An enlargement of the control band is thus not possible.

Auch die Maschinensätze von Wasserkraft- und Pumpspeicherwerken unterliegen zur Erzeugung von Elektroenergie der im Sinne der DVG geforderten Sekundär- und Primärregelleistungsbereitstellung. Insbesondere die Maschinensätze von Pumpspeicherwerken werden häufig für Regelaufgaben im Netz herangezogen (Spannungs- und Frequenzregelung), die weit über die Erfüllung der von der DVG geforderten Sekundär- und Primärregelleistungsbereitstellung hinausgehen. Die Pumpspeichersätze der Pumpspeicherwerke sind für diese Aufgaben sehr gut geeignet, weil die zugehörigen hydraulischen Maschinen (Turbinen, Pumpturbinen) im Turbinenbetrieb über einen weiten Leistungsbereich gut und schnell regelbar sind. Des Weiteren können sie im Vergleich zu thermischen Kraftwerksblöcken unkompliziert und viel schneller zu- und abgeschaltet werden.Also the machine sets Hydroelectric and pumped storage plants are subject to generation of electric energy of the secondary and primary control power demanded in the sense of the DVG. In particular, the machine sets Pumped storage plants become common for rule tasks used in the network (voltage and frequency control), far beyond the fulfillment the secondary and primary control power required by DVG go out. The pump storage sets the pumped storage plants are for this Tasks very well suited because the associated hydraulic machines (Turbines, pump turbines) in turbine operation over a wide power range good and fast adjustable. Furthermore, they can be compared to thermal Power plant units Easy and faster to turn on and off.

Werden nur Pumpspeichersätze eingesetzt, deren Pumpturbine mit einem Synchronmotorgenerator gekoppelt ist, ist die Regelfähigkeit nur im Turbinenbetrieb gegeben.Become only pump storage sets used, the pump turbine coupled with a synchronous motor generator is, is the regulatory ability only given in turbine mode.

In DE 10 2004 013 907 A1 wird ein Verfahren beschrieben, das es ermöglicht, über das Zuschalten einer Betriebsart „hydraulischer Kurzschluss” den Regelleistungsbereich von der Turbinemaximalleistung bis zur Pumpmaximalleistung (+PmaxTurbine bis –PmaxPumpe) auszudehnen. Bei Absinken der Netz-Leistungsanforderung unter einen vorgegebenen Wert wird eine Pumpe auf volle Leistung geschaltet sowie die Turbine ebenfalls auf Voll-Last gefahren. Die Turbine wird anschließend mit der in voller Leistung laufenden Pumpe entsprechend den Schwankungen im Netz in ihrer Leistung geregelt. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die baulichen Gegebenheiten diese Betriebsart „hydraulischer Kurzschluss” erlauben, d. h. entsprechende Auslegungen der Maschinenkomponenten, Triebwasserleitungen etc. sind notwendig. Dies bedeutet letztlich einen zusätzlichen anlagentechnischen Aufwand. Neben dem zusätzlichen anlagentechnischen Aufwand ist die Fahrweise „hydraulischer Kurzschluss” mit erhöhten dynamischen Belastungen der Anlagen und entsprechenden Wirkungsgradeinbußen verbunden.In DE 10 2004 013 907 A1 A method is described which makes it possible, by connecting a mode of operation "hydraulic short circuit", the control power range from the maximum turbine power to to the pump maximum power (+ PmaxTurbine to -PmaxPumpe) expand. When the power requirement falls below a predetermined value, a pump is switched to full power and the turbine is also driven to full load. The turbine is then controlled with the pump running at full power in accordance with the fluctuations in the network in their performance. The prerequisite for this, however, is that the structural conditions allow this mode of operation "hydraulic short circuit", ie corresponding design of the machine components, drive water lines etc. are necessary. This ultimately means an additional plant technical effort. In addition to the additional plant engineering effort, the driving style "hydraulic short circuit" is associated with increased dynamic loads of the plants and corresponding loss of efficiency.

Neuere Pumpspeichersätze, bei denen eine Pumpturbine mit einem drehzahlvariablen Asynchronmotorgenerator gekoppelt ist, haben diese gute Regelfähigkeit weiter verbessert und ermöglichen ohne den Einsatz des oben beschriebenen „hydraulischen Kurzschlusses„ den Einsatz zur Frequenzregelung jetzt auch im Lastbetrieb (Pumpbetrieb) in der Schwachlastzeit.newer Pumped storage units, in which a pump turbine with a variable-speed induction motor generator coupled, these good control ability have further improved and enable without the use of the "hydraulic short circuit" described above the use for frequency control now also in load mode (pump mode) in the low load time.

Bisher werden in den Pumpspeicherwerken (PSW) den einzelnen Pumpspeichersätzen (PSS) konkrete Aufgaben zugeordnet. So fahren z. B. im Turbinenbetrieb eine oder mehrere Maschinen mit konstanter Leistung, während andere Maschinen für die Primär- oder/und Sekundärregelung eingesetzt sind. Für die PSS, denen Regelaufgaben im Netz zugeordnet sind, werden dabei jeweils ein Arbeitspunkt und ein Regelband vorgegeben. Das Regelband kann dabei symmetrisch oder einseitig positiv oder auch negativ sein. Wo diese PSS dann zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des vorgegebenen Regelbereiches arbeiten, hängt von der aktuellen Größe des Regelsignals ab. Der jeweilige PSS fährt automatisch den entsprechenden Betriebspunkt an.So far in pumped storage plants (PSW) the individual pumped storage sets (PSS) assigned to specific tasks. To drive z. B. in turbine operation one or more machines with constant power while others Machines for the primary or / and secondary regulation are used. For the PSS, which are assigned to control tasks in the network, are included in each case an operating point and a control band specified. The control band can be symmetrical or one-sided positive or negative be. Where these PSS then at a given time within of the given control range depends on the current size of the control signal from. The respective PSS drives automatically the corresponding operating point.

Im Ergebnis dieser Einsatzweise ist häufig zu beobachten, dass die einzelnen PSS zeitgleich bei verschiedenen Betriebspunkten mit zum Teil in erheblichem Maße unterschiedlichen Wirkungsgraden fahren. Entsprechend dem aktuell vorliegenden Wirkungsgrad ist in der Folge auch das Betriebsverhalten (Schwingungszustand) verschieden. Ein schlechterer Wirkungsgrad bedeutet immer eine höhere Verlustleistung und eine höhere dynamische Belastung des PSS, die letztlich zu höheren Instandhaltungsaufwendungen führt.in the Result of this mode of use is often observed that the PSS at the same time at different operating points with the Part to a considerable extent drive different efficiencies. According to the current the present efficiency is also the operating behavior in the sequence (Vibrational state) different. A worse efficiency always means a higher one Power loss and a higher one dynamic loading of the PSS, which ultimately leads to higher maintenance costs leads.

Von Dieter Meyer und Eberhard Kopf wird in dem Beitrag zur Fachtagung „Hydro 2003” in Dubrovnik „Performance and economic benefits by integration of intelligent supplementary functions in a hydroelectric plant control system” ein Reglermodul vorgestellt, das durch die Optimierung der in einem Wasserkraftwerk (WKW) oder in einem Pumpspeicherwerk (PSW) zum Einsatz kommenden Maschinensätze für das jeweilige Werk einen besseren Gesamtwirkungsgrad bei geforderter Leistung oder eine höhere Leistung bei gegebenem Durchsatz erreichen lässt. Das Optimierungsmodul der Autoren stützt sich im Wesentlichen auf Modellkennwerte, die nur für bestimmte Bereiche vorliegen. Aus diesem Grunde verwendet das Verfahren eine so genannte Lernphase, um diese gewissermaßen vorläufigen Kennwerte den Praxisbedingungen anzupassen. Die beteiligten Maschinensätze können dabei nach den Aussagen des Beitrages zusätzlich für die Primärregelung im Netz eingesetzt werden.From Dieter Meyer and Eberhard Kopf will be included in the contribution to the symposium "Hydro 2003 "in Dubrovnik "performance by economic integration functions in a hydroelectric plant control system "a regulator module presented by optimizing the in a hydropower plant (HPP) or in a pumped storage power plant (PSW) used machine sets for the respective plant a better overall efficiency at required performance or a higher one Achieve performance for a given throughput. The optimization module of the authors essentially based on model characteristics that only apply to certain Areas are available. For this reason, the method uses a so-called learning phase to these to some extent provisional characteristic values the practice conditions adapt. The machine sets involved can be used according to the statements of the contribution additionally for the primary control be used in the network.

Das beschriebene Reglermodul ermöglicht jedoch lediglich die Optimierung von abschnittsweise zeitlich konstanten Fahrplanleistungen (z. B. für 15 min). Die zusätzlich mögliche Primärregelung kann dabei nur über die Turbinenregler Block bezogen der beteiligten Maschinensätze umgesetzt werden. Das entspricht der klassischen Frequenzregelung, wobei die zugehörige, momentane Primärregelleistung nicht in die Optimierung bezüglich des Gesamtwirkungsgrades einbezogen ist. Die damit realisierbaren Regelbänder der Primärregelung sind mit Rücksicht auf die Einsatzgrenzen Pmin und Pmax der beteiligten Maschinensätze wechselseitig von der verlangten Fahrplanleistung abhängig. Wenn ein größerer Wert für die Fahrplanleistung vorgesehen wird, reduziert sich entsprechend das realisierbare Regelband der Primärregelung Block bezogen und umgekehrt.The control module described, however, only allows the optimization of time-schedule schedule services (eg, for 15 minutes). The additional possible primary control can only be implemented via the turbine controller block related to the machine sets involved. This corresponds to the classical frequency control, whereby the associated instantaneous primary control power is not included in the optimization with regard to the overall efficiency. The realizable control bands of the primary control are mutually dependent on the required timetable performance, taking into account the application limits P min and P max of the machine sets involved. If a greater value is provided for the timetable performance, the realizable control band of the primary control block is reduced correspondingly and vice versa.

Eine Einbeziehung von Aufgaben der Sekundärregelung für das Netz ist in dem beschriebenen Reglermodul nicht möglich. Das Zu- und Abschalten von Maschinensätzen erfolgt nur entsprechend den geplanten Vorgaben für zeitlich konstante Leistungsgrößen (Fahrplanleistungen) und dabei realisierbaren Primärregelbändern. Mögliche Änderungen der Netzanforderungen innerhalb der geplanten Zeitabschnitte können dabei nicht berücksichtigt werden.A Inclusion of secondary control tasks for the network is described in the Regulator module not possible. The switching on and off of machine sets only takes place accordingly the planned specifications for temporally constant output quantities (schedule services) and thereby realizable primary control bands. Possible changes The network requirements within the planned time periods can not considered become.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, die Leistungsanforderung vom Netz an das PSW, bestehend aus der Fahrplan-, Primär- und Sekundärregelleistung, insgesamt zu erfüllen und dabei die Verluste und die dynamischen Belastungen aller an der Erfüllung der Leistungsanforderung beteiligten PSS möglichst gering zu halten.The invention is therefore based on the object to develop a method that makes it possible to meet the power requirement from the grid to the PSW, consisting of the timetable, primary and secondary control performance, and thereby the losses and the dynamic loads of all on the Fulfillment of Power requirement involved to keep PSS as low as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.These Task is achieved by the features of claim 1 solved.

Es ist vorteilhaft, den momentanen Wirkleistungssollwert so auf die beteiligten PSS aufzuteilen, dass die Verlustleistungssumme der beteiligten PSS ein Minimum ist. Durch die ständige Aktualisierung der Aufteilung des sich verändernden Wirkleistungssollwertes bei jeweils minimaler Verlustleistungssumme wird eine erhebliche Verbesserung der Ausnutzung des im Oberbecken gespeicherten Pumpwassers erreicht, die zu einem Anstieg des Pumpspeicherwirkungsgrades des Werkes bis zu 2% gegenüber der bisherigen Fahrweise ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt. Weiter wird dadurch erreicht, dass einzelne PSS nicht mehr längere Zeit an Arbeitspunkten mit schlechtem Wirkungsgrad und zugehörigen erhöhten, dynamischen Beanspruchungen betrieben werden. Insbesondere der Betrieb der einzelnen PSS an der jeweiligen, unteren Einsatzgrenze im Turbinenbetrieb wird das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend vermieden und damit eine längere Reisezeit bis zu notwendigen Instandhaltungsmaßnahmen erreicht.It is advantageous, the current active power setpoint so on the involved PSS to divide that the power loss of the involved PSS is a minimum. Due to the constant updating of the distribution of the changing Active power setpoint with minimum power dissipation sum will significantly improve the utilization of the upper basin stored pumped water, which leads to an increase in the pumped storage efficiency of the factory up to 2% compared the previous driving without application of the method according to the invention leads. Next is achieved by that individual PSS no longer longer time at operating points with poor efficiency and associated increased, dynamic Demands are operated. In particular, the operation of the individual PSS at the respective lower operating limit in turbine operation becomes the method according to the invention largely avoided and thus a longer travel time to necessary maintenance measures reached.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren sich der nutzbare Regelbereich des Werkes zur Erfüllung von Aufgaben der Frequenzhaltung im Netz erheblich erhöht gegenüber der bisherigen Fahrweise ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Zuordnung der Regelaufgaben zur Frequenzhaltung an einzelne PSS.Advantageous is further that, by the inventive method, the usable Control range of the work to fulfillment of tasks of the frequency keeping in the net increased considerably in relation to the Previous driving without application of the method and assignment of the control tasks for frequency maintenance to individual PSS.

Ebenfalls von Vorteil ist es, dass das Zuschalten eines Pumpspeichersatzes beim Übergang von m – 1 auf m beteiligte Pumpspeichersätze bereits dann erfolgt, wenn der Wirkleistungssollwert noch den Abstand des positiven Teils des Regelbandes der Primärregelung zur maximal möglichen Leistung Pmax m–1 bei m – 1 beteiligten Pumpspeichersätzen hat. Damit kann immer sichergestellt werden, dass der positive Zweig des Primärregelbandes auch bei Betrieb von m – 1 beteiligten Pumpspeichersätzen innerhalb des vom Transmission Code geforderten Zeitintervalls bedient werden kann und damit der Transmission Code eingehalten wird.It is also advantageous that the connection of a pumped storage set during the transition from m - 1 to m involved pump storage sets already takes place when the active power setpoint nor the distance of the positive part of the control band of the primary control to the maximum possible power P max m-1 at m - Has 1 pump storage sets involved. Thus, it can always be ensured that the positive branch of the primary control band can also be operated during the operation of m-1 pump storage sets within the time interval required by the transmission code and thus the transmission code is maintained.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zur Begrenzung der Anzahl der zusätzlichen Zu- und Abschaltvorgänge von Pumpspeichersätzen infolge der Leistungsregelung das Abschalten eines Pumpspeichersatzes beim Übergang von m auf m – 1 beteiligte Pumpspeichersätze bei einer Abschaltleistung Pab erfolgt, die noch mit einer Hysterese unter der Zuschaltleistung Pzu liegt. Damit werden einerseits Verluste vermieden, welche durch jeden Schaltvorgang von Pumpspeichersätzen entstehen. Andererseits kann verhindert werden, dass bei relativ geringer Schwankung der Regelparameter in einem Bereich, der ein Zu- oder Abschalten eines Pumpspeichersatzes erforderlich macht, dieser Pumpspeichersatz auch ständig an- und abgefahren werden müsste, was zur schonenden Fahrweise der Anlage beiträgt.Furthermore, it is advantageous that to limit the number of additional connection and disconnection of pump storage sets due to the power control switching off a pumped storage set in the transition from m to m - 1 involved pump storage sets at a shutdown power P from ab , which still with a hysteresis below the Zuschaltleistung P is too low. This on the one hand losses are avoided, which arise through each switching operation of pump storage sets. On the other hand, it can be prevented that at relatively low fluctuation of the control parameters in an area that makes it necessary to turn on or off a pumped storage set, this pumped storage set should also be constantly on and off, which contributes to the gentle operation of the system.

Aus vorliegenden Messpunkten eines Wirkungsgradnachweises für die PSS sowie aus Ergebnissen von Modell- und Betriebsmessungen werden Wirkungsgradkennfelder sowohl für den Turbinen- als auch den Pumpbetrieb für den jeweiligen Betriebsbereich der PSS berechnet und in eine solche mathematische Form gebracht, die für eine schnelle Berechnung des Gesamtwirkungsgrades der PSS in Abhängigkeit der aktuell erforderlichen Leistung und der vorliegenden Fallhöhe geeignet ist.Out present measuring points of a proof of efficiency for the PSS as well as results of model and operational measurements become efficiency maps as well as the turbine as well as the pumping operation for the respective operating range the PSS calculated and put into such a mathematical form, the for a quick calculation of the overall efficiency of the PSS depending on the currently required power and the height of fall is.

Für die Verwendung der Kennfelder zur Einsatzregelung wird der gesamte Fallhöhenbereich in eine geeignete, endliche Anzahl von Teilbereichen unterteilt und für diese Teilbereiche der Fallhöhe jeweils eine geeignete mathematische Darstellung für den Verlauf des Gesamtwirkungsgrades des PSS in Abhängigkeit von der Leistung sowie die maximal fahrbare Leistung ermittelt.For the use The maps for operational control is the entire height of fall height divided into a suitable, finite number of subregions and for these subregions of the fall height each a suitable mathematical representation of the course the overall efficiency of the PSS depending on the performance as well determines the maximum mobile performance.

Bei Vorliegen einer Leistungsanforderung an das PSW wird in Abhängigkeit der vorliegenden Fallhöhe der zugehörige Teilbereich und damit die maximal fahrbare Leistung für alle verfügbaren PSS berechnet. Unter weiterer Berücksichtigung der unteren Einsatzgrenzen der einzelnen PSS, wobei bei Vorhandensein unterschiedlicher Maschinentypen in einem PSW sowohl die maximal fahrbare Leistung als auch die untere Einsatzgrenze der einzelnen PSS verschieden sein können, werden alle möglichen Einsatzkombinationen (wie viele PSS welchen Typs) bereitgestellt, mit denen die Anforderung erfüllbar ist.at The existence of a performance requirement to the PSW is dependent the present fall of the associated Subrange and thus the maximum mobile performance for all available PSS calculated. With further consideration the lower operating limits of each PSS, being in the presence different machine types in a PSW both the maximum mobile performance as well as the lower operating limit of the individual PSS can be different be all possible Insert combinations (how many PSS of which type) are provided, with which the requirement can be fulfilled is.

Für die möglichen Einsatzkombinationen werden die Leistungen der einzelnen PSS bei Einhaltung der Leistungsanforderung variiert und jeweils die zugehörige Verlustleistungssumme gebildet, so dass im Ergebnis das Minimum der Einsatzkombination bekannt ist.For the possible Combinations of uses will add to the performance of each PSS Compliance with the performance requirement varies and the corresponding power loss sum in each case formed, so as a result, the minimum of the insert combination is known.

Die beste Einsatzkombination mit der kleinsten Verlustleistungssumme wird ausgewählt und in der Leittechnik zum Einsatz freigegeben. Dazu werden die zugehörigen Betriebspunkte an die Regler der beteiligten einzelnen Pumpspeichersätze weitergeleitet und von diesen angefahren.The best combination of uses with the lowest power dissipation is selected and released for use in control technology. For this, the associated operating points are involved in the controller th individual pump storage sets forwarded and approached by them.

Mit den aktuellen Werten der Regelsignale für die Primär- und Sekundärregelung läuft die Ermittlung der besten Einsatzkombination ständig weiter, wird also ständig gemäß der gerade geltenden Leistungsanforderung an das PSW aktualisiert und die zugehörigen Betriebspunkte der eingesetzten PSS durch die Leittechnik nachfolgend angefahren. Wenn durch weitere Veränderungen der Leistungsanforderung an das PSW, sei es durch eine veränderte Fahrplanleistung und/oder veränderter Regelbänder und/oder veränderte Regelsignale der Primär- und Sekundärregelung die Grenzen der eingestellten Einsatzkombination erreicht werden, so wird durch Zu- oder Abschalten eines PSS eine andere Einsatzkombination gestartet, die unter den dann vorliegenden Bedingungen das Minimum der Verlustleistungssumme aufweist.With the current values of the control signals for the primary and secondary control is running? Determination of the best combination of uses constantly, so is constantly according to the straight current performance request to the PSW and the associated operating points the PSS used subsequently approached by the control technology. If through further changes the performance requirement to the PSW, be it through a modified timetable performance and / or modified usually tapes and / or changed Control signals of the primary and secondary regulation the limits of the set combination of uses are achieved so by switching on or off a PSS another combination of uses started, which under the then existing conditions the minimum has the power loss sum.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.Based an embodiment below, the invention will be more closely understood explained become.

Dabei zeigen diethere show the

1: den schematischen Aufbau des PSW, 1 : the schematic structure of the PSW,

2: das Blockschaltbild der Leistungsregelung des PSW, 2 : the block diagram of the power control of the PSW,

3: schematisch die Lage der Schaltpunkte beim Übergang von m auf (m – 1) beteiligte PSS oder umgekehrt 3 schematically the position of the switching points in the transition from m to (m - 1) participating PSS or vice versa

Ein Pumpspeicherwerk (PSW) mit einem Oberbecken (OB) 1 und einem Unterbecken (UB) 2 ist mit 4 Pumpspeichersätzen (PSS) 8, 9, 10, 11 gleicher Nennleistung ausgerüstet (1). Die Differenz der geodätischen Höhen der Wasserpegel des OB 1 und des UB 2 wird als Fallhöhe (H) 12 bezeichnet. Sie ist für den Betrieb des PSW ein entscheidender Parameter. Sie schwankt während des Betriebes zwischen den Werten Hmax, bei dem im OB 1 der höchste Wasserstand und im UB 2 der niedrigste Wasserstand vorliegt, und Hmin, wobei die Pegelverhältnisse genau umgekehrt sind. Zeiten niedrigen Energiebedarfes im Netz werden zur Energiespeicherung genutzt, indem Wasser aus dem UB 2 mit Hilfe der PSS 8, 9, 10, 11, die in einem Krafthaus untergebracht sind, und über entsprechende unterwasser- und oberwasserseitige Triebwasserleitungen in das OB 1 gepumpt wird. In Zeiten erhöhten Energiebedarfes (Spitzenlastzeiten) wird das im OB 1 gespeicherte Wasser genutzt, um mit Hilfe der PSS 8, 9, 10, 11 im Turbinenbetrieb Elektroenergie zu erzeugen, wobei das Wasser wieder vom OB 1 in das UB 2 fließt. Neben dieser Aufgabe des groben Ausgleiches der Leistungsbilanz im Elektroenergienetz werden die PSS 8, 9, 10, 11 für weitere Aufgaben der Frequenzregelung (Primär- und Sekundärregelung) genutzt.A pumped storage power plant (PSW) with an upper reservoir (OB) 1 and a lower basin (UB) 2 is with 4 pumped storage sets (PSS) 8th . 9 . 10 . 11 Equipped with the same nominal power ( 1 ). The difference of the geodetic heights of the water level of the OB 1 and the UB 2 is called fall height (H) 12 designated. It is a crucial parameter for the operation of the PSW. It fluctuates during operation between the values H max , in the OB 1 the highest water level and in the UB 2 the lowest water level is present and H min , with the level ratios being exactly the opposite. Times of low energy demand in the grid are used for energy storage by removing water from the UB 2 with the help of PSS 8th . 9 . 10 . 11 , which are housed in a powerhouse, and via appropriate underwater and upstream water pipes in the OB 1 is pumped. In times of increased energy demand (peak load times), this will be in the OB 1 Stored water used to help with the PSS 8th . 9 . 10 . 11 to generate electricity in the turbine operation, whereby the water is again from the OB 1 in the UB 2 flows. In addition to this task of roughly balancing the current account in the electric energy network, the PSS 8th . 9 . 10 . 11 used for other tasks of frequency control (primary and secondary control).

Die vier PSS 8, 9, 10, 11 sind mit baugleichen Pumpturbinen (PT) 3 ausgerüstet. An den PSS 8 und 11 sind die PT 3 jeweils mit einem drehzahlvariablen Asynchronmotorgenerator (ASM) 4, 5 gekoppelt, während an den PSS 9 und 10 die PT 3 mit Synchronmotorgeneratoren (SM) 6, 7 betrieben werden. Somit stehen in diesem PSW jeweils zwei PSS 8, 11 und 9, 10 unterschiedlichen Typs zur Verfügung, die sich im Turbinenbetrieb in folgenden Parametern unterscheiden: Typ ASM: ηgesASM = f1(H, P) Pmin = PminASM Pmax = f2(H) Typ SM: ηgesSM = f3(H, P) Pmin = PminSM Pmax = f4(H) The four PSS 8th . 9 . 10 . 11 are with identical pump turbines (PT) 3 equipped. To the PSS 8th and 11 are the PT 3 each with a variable speed asynchronous motor generator (ASM) 4 . 5 coupled while to the PSS 9 and 10 the PT 3 with synchronous motor generators (SM) 6 . 7 operate. Thus, there are two PSS in this PSW 8th . 11 and 9 . 10 different types are available, which differ in turbine operation in the following parameters: Type ASM: η gesASM = f 1 (H, P) P min = P min ASM P max = f 2 (H) Type SM: η gesSM = f 3 (H, P) P min = P minSM P max = f 4 (H)

Dabei bedeuten auch nachfolgend P die elektrische Leistung, PminASM die Minimalleistung des PSS 8 oder 11 (Pumpturbine 3 mit einem Asynchronmotorgenerator 4, 5), PminSM die Minimalleistung des PSS 9 oder 10 (Pumpturbine 3 mit einem Synchronmotorgenerator 6, 7), H die aktuelle Fallhöhe und ηgesASM der Gesamtwirkungsgrad des PSS 8 oder 11 und ηgesSM der Gesamtwirkungsgrad des PSS 9 oder 10, f1–9 Symbol für unterschiedliche funktionelle Beziehung.The following also mean P the electric power, P minASM the minimum power of the PSS 8th or 11 (Pump turbine 3 with an asynchronous motor generator 4 . 5 ), P minSM the minimum power of the PSS 9 or 10 (Pump turbine 3 with a synchronous motor generator 6 . 7 ), H the current drop height and η gesASM the overall efficiency of the PSS 8th or 11 and η gesSM the overall efficiency of the PSS 9 or 10 , f 1-9 symbol for different functional relationship.

Im Pumpbetrieb resultieren aus den unterschiedlichen Motorgeneratoren erhebliche Unterschiede. Beim Typ ASM ist durch die mögliche Drehzahlveränderung eine Regelung der Leistungsaufnahme in bestimmten Grenzen möglich. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, mit diesen PSS 8, 11 auch im Pumpbetrieb Aufgaben der Frequenzregelung im Netz mit zu übernehmen.In pumping operation, significant differences result from the different motor generators. With the type ASM, the possible change in speed makes it possible to regulate the power consumption within certain limits. Hence the possibility of using this PSS 8th . 11 Also in pumping tasks with the frequency control in the network to take.

Das ist beim Typ SM nicht möglich. Dort hängen die Leistungsaufnahme und auch der Gesamtwirkungsgrad nur von der Fallhöhe ab. Die Bedingungen für den Pumpbetrieb lauten: Typ ASM: ηgesASM = f5(H, P) Pmin = f6(H) Pmax = f7(H) Typ SM: ηgesSM = f8(H) P = f9(H) This is not possible with type SM. There, the power consumption and the overall efficiency depend only on the height of fall. The conditions for the pumping operation are: Type ASM: η gesASM = f 5 (H, P) P min = f 6 (H) P max = f 7 (H) Type SM: η gesSM = f 8 (H) P = f 9 (H)

Im Folgenden wird die Leistungsregelung für den Turbinenbetrieb beschrieben (2). Sie läuft für den Pumpbetrieb unter Beachtung der angegebenen Bedingungen ganz analog ab.In the following the power control for the turbine operation is described ( 2 ). It runs for the pumping operation under consideration of the specified conditions quite analog.

Die Leistungsanforderung 13 an das PSW setzt sich zusammen aus einer konstanten Fahrplanleistung (FPL), den Regelbändern für die Sekundärregelung SEKREG und den Regelbändern für die Primärregelung PRIMREG. Die Regelbänder der Frequenzregelung können symmetrisch (PRIMREGsymmetrisch bzw. SEKREGsymmetrisch) oder auch einseitig positiv (PRIMREGpositiv bzw. SEKREGpositiv) oder negativ (PRIMREGnegativ bzw. SEKREGnegativ) sein. Ebenso können alle möglichen Kombinationen für beide Regelungsarten vorkommen.The performance requirement 13 PSW is composed of a constant timetable power (FPL), the control bands for the secondary control SEKREG and the control belts for the primary control PRIMREG. The control bands of the frequency control can be symmetrical (PRIMREG symmetric or SEKREG symmetric ) or also positive on one side (PRIMREG positive or SEKREG positive ) or negative (PRIMREG negative or SEKREG negative ). Likewise, all possible combinations for both types of control can occur.

Im konkreten Beispiel lautete die Leistungsanforderung 13 an das PSW:
FPL = 697 MW
PRIMREG = +140 MW (einseitig positiv)
SEKREG = –160 MW (einseitig negativ)In the concrete example, the performance requirement was 13 to the PSW:
FPL = 697 MW
PRIMREG = +140 MW (one-sided positive)
SEKREG = -160 MW (one-sided negative)

Die bisher übliche Verteilung der Anforderungen an die einzelnen PSS 8, 9, 10, 11 wird verlassen. Stattdessen wird das PSW als Werk betrachtet. Aus der genannten Leistungsanforderung 13 werden zuerst die erforderlichen Leistungswerte Pmin und Pmax berechnet. Pmin = FPL + PRIMREGnegativ – |PRIMREGsymmetrisch| + SEKREGnegativ – |SEKREGsymmetrisch| Pmax = FPL + PRIMREGpositiv + |PRIMREGsymmetrisch| + SEKREGpositiv + |SEKREGsymmetrisch| The usual distribution of requirements for the individual PSS 8th . 9 . 10 . 11 will leave. Instead, the PSW is considered a work. From the mentioned performance requirement 13 First, the required power values P min and P max are calculated. P min = FPL + PRIMREG negative - | PRIMREG symmetric | + SECRET negative - | SECRET symmetric | P Max = FPL + PRIMREG positive + | PRIMREG symmetric | + SECRET positive + | SECRET symmetric |

Daraus ergeben sich die Werte Pmin und Pmax zu: Pmin = 697 MW – 160 MW = 537 MW Pmax = 697 MW + 140 MW = 837 MW This results in the values P min and P max : P min = 697 MW - 160 MW = 537 MW P Max = 697 MW + 140 MW = 837 MW

Jetzt muss geprüft werden, ob der geforderte Leistungsbereich von Pmin bis Pmax mit dem Leistungsvermögen 29 der verfügbaren PSS 8, 9, 10, 11 bei der vorliegenden Fallhöhe 12 erfüllt werden kann, wobei nicht immer alle PSS 8, 9, 10, 11 verfügbar sein müssen. Ist diese Verträglichkeitsbedingung nicht erfüllt, muss die Leistungsanforderung 13 an das PSW soweit geändert werden, bis diese notwendige Bedingung erfüllt ist.Now it must be checked whether the required power range from P min to P max with the performance 29 the available PSS 8th . 9 . 10 . 11 at the present fall height 12 can be met, not always all PSS 8th . 9 . 10 . 11 must be available. If this compatibility condition is not met, the power requirement must be met 13 be changed to the PSW until this necessary condition is met.

Es ist möglich, dass die Leistungsanforderung 13 durch mehrere Einsatzkombinationen (EK) 18 erfüllt ist. Die Anforderung kann z. B. durch den Einsatz aller 4 PSS 8, 9, 10, 11 oder durch 2 PSS 8, 11 Typ ASM + 1 PSS 9 oder 10 Typ SM oder durch 1 PSS 8 oder 11 Typ ASM + 2 PSS 9, 10 Typ SM erfüllt werden. Die möglichen Einsatzkombinationen 18 werden gespeichert.It is possible that the performance requirement 13 through several insert combinations (EK) 18 is satisfied. The request may, for. B. by the use of all 4 PSS 8th . 9 . 10 . 11 or by 2 PSS 8th . 11 Type ASM + 1 PSS 9 or 10 Type SM or by 1 PSS 8th or 11 Type ASM + 2 PSS 9 . 10 Type SM can be met. The possible combinations of uses 18 are saved.

Die Fallhöhe 12 beträgt zum Anforderungszeitpunkt 308 m. Das entspricht dem zehnten Teilbereich für die Fallhöhe 12 mit folgenden Einsatzgrenzen:
Typ SM: 100–290 MW
Typ ASM: 40–295 MWThe fall height 12 is 308 m at the time of the request. This corresponds to the tenth partial area for the fall height 12 with the following application limits:
Type SM: 100-290 MW
Type ASM: 40-295 MW

Mit diesen Einsatzgrenzen für die PSS 8, 9, 10, 11 ergeben sich für die Erfüllung der Leistungsanforderung 13 die möglichen Einsatzkombinationen 18 in nachfolgender Tabelle: Nr. Einsatzkombinationen 18 Leistungsvermögen 29 EK1 1 × Typ SM + 2 × Typ ASM 180 MW bis 880 MW EK2 2 × Typ SM + 1 × Typ ASM 240 MW bis 875 MW EK3 2 × Typ SM + 2 × Typ ASM 280 MW bis 1170 MW With these application limits for the PSS 8th . 9 . 10 . 11 arise for the fulfillment of the performance requirement 13 the possible employment combinations 18 in the following table: No. use combinations 18 performance 29 EK1 1 × Type SM + 2 × Type ASM 180 MW to 880 MW EK2 2 × type SM + 1 × type ASM 240 MW to 875 MW EK3 2 × type SM + 2 × type ASM 280 MW to 1170 MW

Ohne die Leistungsregelung für das PSW mussten die oben angeführten Regelanforderungen einzelnen PSS 8, 9, 10, 11 zugeordnet werden. Im Beispiel ergaben sich damit folgende Einzelanforderungen:
1PSS Typ SM : Arbeitspunkt 265 MW – 160 MW SEKREG
1PSS Typ ASM: Arbeitspunkt 112 MW + 140 MW PRIMREG
1PSS Typ SM : Arbeitspunkt 265 MW
1PSS Typ ASM: Arbeitspunkt 55 MWWithout the power control for the PSW, the above-mentioned control requirements had to be individual PSS 8th . 9 . 10 . 11 be assigned. In the example, this resulted in the following individual requirements:
1PSS type SM: operating point 265 MW - 160 MW SEKREG
1PSS type ASM: operating point 112 MW + 140 MW PRIMREG
1PSS type SM: operating point 265 MW
1PSS type ASM: operating point 55 MW

Die Erfüllung der Leistungsanforderung 13 erforderte ohne das erfindungsgemäße Verfahren demzufolge immer den Einsatz aller 4 PSS 8, 9, 10, 11.The fulfillment of the performance requirement 13 Consequently, without the inventive method always required the use of all 4 PSS 8th . 9 . 10 . 11 ,

Die Kennfeldfunktionen ηgesASM und ηgesSM müssen in eine solche Form gebracht werden, dass die Gesamtwirkungsgrade in Abhängigkeit der Leistung P und der Fallhöhe 13 schnell berechnet werden können. Dazu wird der Fallhöhenbereich Hmax – Hmin beispielsweise in vierzehn Teilbereiche unterteilt. Für jeden Teilbereich wird aus dem Wirkungsgradkennfeld
ηgesASM = f1(H, P) bzw.
ηgesASM = f3(H, P)
die entsprechende Wirkungsgradkennlinie ermittelt. Für den i-ten Teilbereich hat sie dann die Form
ηgesASMi = f1i(P)
für den PSS Typ ASM und für den PSS Typ SM
ηgesSMi = f3i(P).The map functions η gesASM and η gesSM must be put into such a form that the overall efficiency depends on the power P and the drop height 13 can be calculated quickly. For this purpose, the fall height range H max -H min is subdivided, for example, into fourteen sub-ranges. For each sub-area is from the efficiency map
η gesASM = f 1 (H, P) or
η gesASM = f 3 (H, P)
the corresponding efficiency curve is determined. It then has the form for the ith subsection
η gesASMi = f 1i (P)
for the PSS type ASM and for the PSS type SM
η gesSMi = f 3i (P).

Ebenso werden für alle Teilbereiche die maximal fahrbaren Leistungen Pmaxi für den Typ ASM und den Typ SM gebildet und mit den Kennlinien gespeichert.Likewise, the maximum mobile powers P maxi for the type ASM and the type SM are formed for all partial areas and stored with the characteristic curves.

Aus der Leistungsanforderung 13 an das PSW und den aktuellen Größen der Frequenzabweichung k1 15 und des FÜ-Signals k2 16 wird der aktuelle Wirkleistungssollwert Pwsoll 17 gebildet. Pwsoll = FPL + PRIMREG·k1 + SEKREG·k2 From the performance requirement 13 to the PSW and the current magnitudes of frequency deviation k1 15 and the FÜ signal k2 16 is the current active power setpoint P wsoll 17 educated. P Wsoll = FPL + PRIMREG · k 1 + SECRET · k 2

Beide Regelparameter k1 und k2 können Werte zwischen –1 und +1 annehmen. Wenn beide Regelparameter Null sind ist Pwsoll = FPL. Nehmen sie Werte zwischen Null und +1 an, so werden bei der Bestimmung des Wirkleistungssollwertes 17 jeweils die positiven Zweige der geforderten Regelbänder herangezogen. Die negativen Zweige der Regelbänder kommen bei Werten zwischen –1 und Null zum Tragen.Both control parameters k 1 and k 2 can assume values between -1 and +1. If both control parameters are zero then P wsoll = FPL. If values between zero and +1 are assumed, this is used to determine the active power setpoint 17 each used the positive branches of the required control bands. The negative branches of the control bands are effective at values between -1 and zero.

Für jede mögliche Einsatzkombination 18 wird die Aufteilung des aktuell geforderten Wirkleistungssollwertes 17 so variiert, dass die Verlustleistungssumme 19 aller m beteiligten PSS ein Minimum wird. Die Verlustleistung des n-ten PSS berechnet sich zu:

Figure 00110001
For every possible combination of uses 18 becomes the distribution of the currently required active power setpoint 17 so varied that the power loss sum 19 All participating PSS will be a minimum. The power loss of the nth PSS is calculated as:
Figure 00110001

Diese Prozedur wird für alle möglichen Einsatzkombinationen 18 durchlaufen und für jede Einsatzkombination wird die als Minimum ermittelte Verlustleistungssumme 19 und die zugehörige Verteilung von Pwsoll 17 auf die m beteiligten PSS 8, 9, 10, 11 ausgerechnet und ausgewiesen. Die Einsatzkombination, bei der die kleinste Verlustleistungssumme 19 erreicht wird, ist bei dem aktuellen Leistungsanforderung 13 die Beste und kommt mit der zugehörigen Aufteilung des aktuell geforderten Wirkleistungssollwertes Pwsoll 17 auf die m beteiligten PSS 8, 9, 10, 11 zum Einsatz.This procedure is for all possible use combinations 18 go through and for each combination of uses is determined as the minimum power dissipation sum 19 and the associated distribution of P wsoll 17 on the m involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 calculated and reported. The combination of uses, where the smallest power loss sum 19 is reached is at the current power requirement 13 the best and comes with the associated distribution of the currently required active power setpoint P wsoll 17 on the m involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 for use.

Diese Abfolge von erfindungsgemäßen Verfahrensschritten wird nachfolgend beispielhaft an 3 Fällen mit unterschiedlichen Werten für die Regelparameter k1 und k2 vorgestellt.

Figure 00120001
This sequence of method steps according to the invention is presented below by way of example in three cases with different values for the control parameters k 1 and k 2 .
Figure 00120001

Man erkennt an den drei Fällen, wie sich bei unterschiedlicher Größe der Regelparameter sowohl die beste Einsatzkombination als auch die Aufteilung des Wirkleistungssollwertes 17 auf die beteiligten PSS 8, 9, 10, 11 verändert. In allen Fällen ist aber die Verlustleistungssumme 19 mit Anwendung des patentgemäßen Verfahrens deutlich niedriger als ohne dessen Anwendung.It can be seen from the three cases, as with different size of the control parameters both the best combination of uses and the division of the active power setpoint 17 on the involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 changed. In all cases, however, is the power loss 19 using the patented method significantly lower than without its application.

Aus dem Berechnungsbaustein 14 werden über eine Prozessleittechnik (PLT) entsprechend des aktuellen Wirkleistungssollwertes 17 die zur ermittelten besten Einsatzkombination gehörenden Betriebspunkte (BP) 20, 21, 22, 23 an die Regler der einzelnen PSS 8, 9, 10, 11 übertragen und von diesen umgehend angefahren. Somit wird die aktuelle Anforderung an das PSW unter Einschluss aller geforderten Regelaufgaben und unter Berücksichtigung der aktuellen Größe der Regelparameter Frequenzabweichung k1 15 und FÜ-Wert k2 16 erfüllt, wobei gleichzeitig erreicht wird, dass die Verlustleistungssumme 19 aller beteiligten PSS 8, 9, 10, 11 ein Minimum ist. Das Minimum der Verlustleistungssumme 19 aller an der Erfüllung der Leistungsanforderung 13 beteiligten PSS 8, 9, 10, 11 ist gleichbedeutend mit einem Minimum der dynamischen Belastungen der beteiligten PSS 8, 9, 10, 11.From the calculation module 14 are processed via a process control system (PCT) according to the actual active power setpoint 17 the operating points (BP) belonging to the best bet combination determined 20 . 21 . 22 . 23 to the regulators of the individual PSS 8th . 9 . 10 . 11 transferred and approached by them immediately. Thus, the current request to the PSW, including all required control tasks and taking into account the current size of the control parameters frequency deviation k1 15 and FE value k2 16 met, which is achieved at the same time that the power loss 19 all involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 a minimum. The minimum of the power loss sum 19 all at the fulfillment of the performance requirement 13 involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 is synonymous with a minimum of the dynamic loads of the participating PSS 8th . 9 . 10 . 11 ,

Neben der bei vorgegebener Leistungsanforderung 13 an das PSW erreichten maximalen Ausbeute des im OB 1 gespeicherten Wassers werden durch die Reduzierung der dynamischen Belastungen ein Maximum an Laufzeiten der Ausrüstungen und damit geringere Instandhaltungsaufwendungen erreicht.In addition to the given power requirement 13 to the PSW achieved maximum yield of the OB 1 stored water is achieved by reducing the dynamic loads maximum equipment life and thus lower maintenance costs.

Der aktuelle Wirkleistungssollwert 17 kann sich ändern. Das kann sowohl durch Änderungen der Leistungsanforderung 13 an das PSW (FPL und/oder PRIMREG und/oder SEKREG) und/oder auch durch Änderungen der Regelparameter der aktuelle Frequenzabweichung k1 15 und/oder des FÜ-Signal k2 16 geschehen. Die Ermittlung einer neuen Verteilung von Pwsoll 17 und eines neuen Minimums der Verlustleistungssumme 19 unter der nunmehr geltenden Leistungsanforderung 13 wird im Berechnungsbaustein 14 erneut durchgeführt. Die geänderten BP 20, 21, 22, 23 werden durch die PLT an die PSS 8, 9, 10, 11 übertragen und dort umgehend angefahren.The current active power setpoint 17 can change. That can be done both by changing the performance requirement 13 to the PSW (FPL and / or PRIMREG and / or SEKREG) and / or changes to the control parameters of the current frequency deviation k1 15 and / or the FÜ signal k2 16 happen. The determination of a new distribution of P wsoll 17 and a new minimum of the power dissipation sum 19 under the now valid performance requirement 13 is in the calculation block 14 carried out again. The changed BP 20 . 21 . 22 . 23 will be sent to the PSS by the PLT 8th . 9 . 10 . 11 transferred and started there immediately.

Durch die angeführten Änderungen des Wirkleistungssollwertes 17 kann es dazu kommen, dass die bisher beste Einsatzkombination ihren Status verliert und eine andere Einsatzkombination für die Verlustleistungssumme 19 der beteiligten PSS 8, 9, 10, 11 einen kleineren Wert aufweist. Wenn z. B. bei einem hohen SEKREG und einem FÜ-Wert k2 16 nahe +1 zunächst der Einsatz aller 4 PSS 8, 9, 10, 11 die beste Einsatzkombination war, wird bei Absinken des FÜ-Wertes k2 16 unter einen bestimmten Wert eine Einsatzkombination mit nur drei beteiligten PSS günstiger. Der Berechnungsbaustein 14 veranlasst die Abschaltung eines PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) und verteilt Pwsoll 17 auf die restlichen drei PSS so, dass für diese PSS die minimale Verlustleistungssumme 19 erreicht wird. Falls durch erneuten Anstieg des FÜ-Wertes k2 16 wieder eine Einsatzkombination mit 4 beteiligten PSS 8, 9, 10, 11 besser wird, so wird durch den Berechnungsbaustein 14 der im Stillstand befindliche PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) wieder zugeschaltet und Pwsoll 17 auf alle 4 PSS so aufgeteilt, dass die Verlustleistungssumme 19 dieser Einsatzkombination wieder ein Minimum gegenüber anderen auch fahrbaren Einsatzkombinationen 18 wird.Due to the listed changes of the active power setpoint 17 It can happen that the best bet combination so far loses its status and another bet combination for the loss track tung sum 19 the involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 has a smaller value. If z. B. at a high SECRET and a FÜ value k 2 16 close +1 first, the use of all 4 PSS 8th . 9 . 10 . 11 the best combination of uses was k 2 when the FÜ value fell 16 below a certain value, a combination of uses with only three involved PSS cheaper. The calculation module 14 initiates shutdown of a PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) and distributed P wsoll 17 to the remaining three PSS so that for this PSS the minimum power dissipation sum 19 is reached. If by renewed increase in the FÜ value k 2 16 again a combination with 4 participating PSS 8th . 9 . 10 . 11 gets better, so is the calculation block 14 the stationary PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) again and P wsoll 17 divided on all 4 PSS so that the power loss 19 This insert combination again a minimum compared to other mobile combinations 18 becomes.

Der erläuterte Vorgang des Ab- oder Zuschaltens eines PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) verläuft analog bei jedem Wechsel der besten Einsatzkombination beim Übergang von m auf m – 1 beteiligte PSS 8, 9, 10, 11 oder umgekehrt (3). Der Übergang von m auf m – 1 beteiligte PSS 8, 9, 10, 11 oder umgekehrt ist durch eine Grenzleistung Pgr 24 bestimmt, bei der die kleinste Verlustleistungssumme 19 der Einsatzkombination mit m beteiligten PSS den gleichen Wert hat wie die Einsatzkombination mit m – 1 beteiligten PSS. Die Grenzleistung Pgr 24 ist für einen bestimmten Übergang zwischen den Einsatzkombinationen 18 eine Funktion der Fallhöhe 12 und der möglichen Einsatzkombination 18.The explained procedure of switching off or on of a PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) is analogous to every change of the best combination of uses in the transition from m to m - 1 involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 or the other way around ( 3 ). The transition from m to m - 1 involved PSS 8th . 9 . 10 . 11 or vice versa is by a limit power P gr 24 determines at which the smallest power dissipation sum 19 The combination with the involved PSS has the same value as the combination with m - 1 participating PSS. The limit power P gr 24 is for a certain transition between the insert combinations 18 a function of drop height 12 and the possible combination of uses 18 ,

Die Ermittlung der Grenzleistung Pgr 24 stellt eine komplexe Berechnung dar. Sie wird für alle möglichen Übergänge zwischen den Einsatzkombinationen 18 für die vierzehn Fallhöhenteilbereiche Hi berechnet und als Grenzwertmatrix im Berechnungsbaustein 14 hinterlegt.The determination of the limit power P gr 24 represents a complex calculation. It is used for all possible transitions between the insert combinations 18 calculated for the fourteen fall height subareas H i and as a limit matrix in the calculation block 14 deposited.

Das Zu- und Abschalten eines PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) erfolgt nicht direkt an der Grenzleistung Pgr 24, aber in Abhängigkeit von der Grenzleistung Pgr (3). Dafür gibt es zwei Gründe. Die Anforderungen der Primärregelung müssen innerhalb von 30 s erfüllt werden. Das Zuschalten eines PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) aus dem Stillstand bis zur Leistungswirksamkeit dauert aber länger. Deshalb muss zum einen gesichert werden, dass der positive Zweig des Primärregelbandes (PRIMREG positiv + |PRIMREG symmetrisch|) auch von m – 1 beteiligten PSS immer erfüllt werden kann. Das Zuschalten eines PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) beim Übergang von m – 1 auf m beteiligte PSS 8, 9, 10, 11 erfolgt deshalb bereits dann, wenn der Wirkleistungssollwert 17 noch den Abstand des positiven Zweigs von PRIMREG zur maximal möglichen Leistung Pmax m–1 25 bei m – 1 beteiligten PSS hat. Die Zuschaltleistung 26 kann in Abhängigkeit von der Größe des positiven Zweiges von PRIMREG über oder auch unter der Grenzleistung Pgr 24 liegen. Diese Relationen sind in 3 schematisch dargestellt.The switching on and off of a PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) does not take place directly at the limit power P gr 24 , but depending on the limit power P gr ( 3 ). There are two reasons. The requirements of the primary control must be met within 30 s. The connection of a PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) from standstill to performance but takes longer. Therefore, on the one hand, it must be ensured that the positive branch of the primary control band (PRIMREG positive + | PRIMREG symmetric |) can always be met by m-1 participating PSS. The connection of a PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) in the transition from m - 1 to m PSS involved 8th . 9 . 10 . 11 therefore already takes place when the active power setpoint 17 nor the distance of the positive branch of PRIMREG to the maximum possible power P max m-1 25 involved in m - 1 PSS. The add-on service 26 depending on the size of the positive branch of PRIMREG above or below the limit power P gr 24 lie. These relations are in 3 shown schematically.

Zum anderen soll die Zahl der zusätzlichen Zu- und Abschaltvorgänge der PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens begrenzt werden, da diese Vorgänge auch mit Verlusten verbunden sind. Das Abschalten eines PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) beim Übergang von m auf m – 1 beteiligte PSS erfolgt deshalb bei der Abschaltleistung Pab 27, die noch mit einer Hysterese 28 unter der Zuschaltleistung Pzu 26 liegt. Damit wird verhindert, dass kurzzeitige, relativ kleine Änderungen der Regelparameter, insbesondere vom FÜ-Signal k2 16, zum wiederholten Ab- und Zuschalten eines PSS (PSS 8 oder PSS 9 oder PSS 10 oder PSS 11) führen.On the other hand, the number of additional switching on and off operations of the PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) are limited by the application of the method according to the invention, since these processes are associated with losses. Switching off a PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) During the transition from m to m - 1 therefore takes place involved in the PSS Breaking P from 27 that still has a hysteresis 28 under the Zuschaltleistung P to 26 lies. This prevents short-term, relatively small changes in the control parameters, in particular from the FÜ signal k 2 16 , for repeatedly disconnecting and connecting a PSS (PSS 8th or PSS 9 or PSS 10 or PSS 11 ) to lead.

Im oben angeführten Zahlenbeispiel beträgt die Grenzleistung Pgr 24 für den Übergang vom Betrieb mit 3 PSS (Fall 1) zum Betrieb mit 4 PSS (Fall 2) 769 MW. Der Zuschaltpunkt liegt für diesen Vorgang für den 4. PSS bei Pzu 26 = 735 MW. Die maximale Leistung für den Betrieb mit 3 PSS Pmax m–1 25 beträgt 875 MW (2 mal 290 MW für SM und einmal 295 M für ASM). Für den Übergang in umgekehrter Richtung (Fall 2 zu Fall 3) liegt die Grenzleistung bei Pgr 24 = 762 MW und die Abschaltleistung Pab 27 = 703 MW.In the above numerical example, the limit power P gr 24 for the transition from operation with 3 PSS (case 1) to operation with 4 PSS (case 2) 769 MW. The switch-on is for this operation for the fourth PSS at P to 26 = 735 MW. The maximum power for operation with 3 PSS P max m-1 25 is 875 MW (2 times 290 MW for SM and once 295 M for ASM). For the transition in the opposite direction (Case 2 to Case 3), the limit power is P gr 24 = 762 MW and the turn-off power P off 27 = 703 MW.

11
Oberbecken (OB)Oberbecken (IF)
22
Unterbecken (UB)Unterbecken (UB)
33
Pumpturbine (PT)pump turbine (PT)
4, 54, 5
Asynchronmotorgenerator (ASM)Asynchronmotorgenerator (ASM)
6, 76 7
Synchronmotorgenerator (SM)Synchronous motor generator (SM)
8, 9, 10, 118th, 9, 10, 11
Pumpspeichersatz (PSS)Pumped storage set (PSS)
1212
Fallhöhefall height
1313
Leistungsanforderungperformance requirement
1414
Berechnungsbausteincalculation module
1515
Frequenzabweichung k1 Frequency deviation k 1
1616
FÜ-Signal k2 FÜ signal k 2
1717
Wirkleistungssollwert Pwsoll Active power setpoint P wsoll
1818
Einsatzkombinationenuse combinations
1919
VerlustleistungssummePower loss total
20, 21, 22, 2320 21, 22, 23
Betriebspunkte der PSS (BP)operating points the PSS (BP)
2424
Grenzleistung Pgr Limit power P gr
2525
Pmax m–1 (maximale Leistung mit m – 1 beteiligten PSS)P max m-1 (maximum power with m - 1 participating PSS)
2626
Zuschaltleistung Pzu Joining power P to
2727
Abschaltleistung Pab Turn-off power P off
2828
Hysteresehysteresis
2929
Leistungsvermögenperformance

Claims (3)

Verfahren zur Leistungsregelung eines mit Pumpspeichersätzen (8, 9, 10, 11) ausgerüsteten Speicherkraftwerkes, wobei – Wirkungsgradkennlinien für jeden Pumpspeichersatz (8, 9, 10, 11) in Abhängigkeit einer Fallhöhe (12) zwischen einem Oberbecken (1) und einem Unterbecken (2) des Speicherkraftwerkes ermittelt werden, – ein momentaner Wirkleistungssollwert (17) für das Speicherkraftwerk aus einer an das Speicherkraftwerk gestellten Leistungsanforderung (13), bestehend aus der Summe einer zeitlich konstanten Fahrplanleistung, einer Primärregelleistung und einer Sekundärregelleistung ermittelt wird, wobei die Primärregelleistung aus der Multiplikation einer aktuellen Frequenzabweichung (15) mit Regelbändern einer Primärregelung und die Sekundärregelleistung aus der Multiplikation eines aktuellen FÜ-Signals (16) mit Regelbändern einer Sekundärregelung gebildet wird, – mögliche Einsatzkombinationen (18) aus den zur Verfügung stehenden Pumpspeichersätzen (8, 9, 10, 11) ermittelt werden, welche die gestellte Leistungsanforderung (13) erfüllen und für diese möglichen Einsatzkombinationen (18) jeweils die Aufteilung des Wirkleistungssollwertes (17) auf die beteiligten einzelnen Pumpspeichersätze (8, 9, 10, 11) auf Grundlage der Wirkungsgradkennlinien so bestimmt wird, dass die zugehörige Verlustleistungssumme (19) der beteiligten einzelnen Pumpspeichersätze (8, 9, 10, 11) ein Minimum ist, – diejenige Einsatzkombination als Beste aus den Einsatzkombinationen 18 ausgewählt wird, deren ermitteltes Minimum der Verlustleistungssumme (19) der beteiligten einzelnen Pumpspeichersätze (8, 9, 10, 11) am kleinsten ist und die zugehörigen Betriebspunkte (20, 21, 22, 23) an Regler der beteiligten einzelnen Pumpspeichersätze (8, 9, 10, 11) weitergeleitet und angefahren werden, – beim Erreichen einer Grenzleistung (24) durch den Wirkleistungssollwertes (17) infolge der Änderung der Leistungsanforderung (13), bei der die kleinste Verlustleistungssumme (19) der Einsatzkombination mit m beteiligten Pumpspeichersätzen gleich der kleinsten Verlustleistungssumme (19) der Einsatzkombination mit m + 1 oder m – 1 beteiligten Pumpspeichersätzen ist, Pumpspeichersätze zu oder abgeschaltet werden, die unter der veränderten Leistungsanforderung (13) zum Betrieb der besten Einsatzkombination mit der kleinsten Verlustleistungssumme (19) führt, – durch die sich zeitlich verändernde Leistungsanforderung (13) der Wirkleistungssollwert (17) und unter Berücksichtigung der Änderungen der Wirkungsgradkennlinien durch den Einfluss der Fallhöhe (12) die Ermittlung der besten Einsatzkombination mit der kleins ten Verlustleistungssumme (19) der beteiligten Pumpspeichersätzen (8, 9, 10, 11) ständig aktualisiert werden.Method for controlling the power of a pumped storage set ( 8th . 9 . 10 . 11 ) equipped storage power plant, wherein - efficiency characteristics for each pumped storage set ( 8th . 9 . 10 . 11 ) depending on a fall height ( 12 ) between an upper basin ( 1 ) and a lower basin ( 2 ) of the storage power plant are determined, - an instantaneous active power setpoint ( 17 ) for the storage power plant from a power demand placed on the storage power plant ( 13 ), consisting of the sum of a temporally constant timetable power, a primary control power and a secondary control power is determined, wherein the primary control power from the multiplication of a current frequency deviation ( 15 ) with control bands of a primary control and the secondary control power from the multiplication of a current FÜ signal ( 16 ) is formed with control bands of a secondary control, - possible use combinations ( 18 ) from the available pump storage sets ( 8th . 9 . 10 . 11 ), which determines the requested performance requirement ( 13 ) and for these possible use combinations ( 18 ) the division of the active power setpoint ( 17 ) to the individual pump storage sets involved ( 8th . 9 . 10 . 11 ) is determined on the basis of the efficiency characteristics such that the associated power loss sum ( 19 ) of the individual pump storage sets involved ( 8th . 9 . 10 . 11 ) is a minimum, - that combination of uses as the best of the use combinations 18 whose determined minimum power loss sum ( 19 ) of the individual pump storage sets involved ( 8th . 9 . 10 . 11 ) is the smallest and the associated operating points ( 20 . 21 . 22 . 23 ) to regulators of the individual pump storage sets involved ( 8th . 9 . 10 . 11 ) and approached, - when reaching a limit power ( 24 ) by the active power setpoint ( 17 ) as a result of the change in the benefit requirement ( 13 ), in which the lowest power dissipation sum ( 19 ) of the insert combination with m associated pump storage sets equal to the lowest power dissipation sum ( 19 ) of the use combination with m + 1 or m-1 pump storage sets involved, pump storage sets are switched on or off under the changed power requirement ( 13 ) for operating the best combination of uses with the lowest power dissipation sum ( 19 ) - due to the time-varying performance requirement ( 13 ) the active power setpoint ( 17 ) and taking into account the changes in the efficiency characteristics due to the influence of the drop height ( 12 ) the determination of the best combination of use with the smallest loss power sum ( 19 ) of the pumped pump sets ( 8th . 9 . 10 . 11 ) are constantly updated. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Zuschalten eines Pumpspeichersatzes beim Übergang von m – 1 auf m beteiligte Pumpspeichersätze bereits dann erfolgt, wenn der Wirkleistungssollwert (17) noch den Abstand des positiven Teils des Regelbandes der Primärregelung zur maximal möglichen Leistung Pmax m–1 (25) bei m – 1 beteiligten Pumpspeichersätzen hat.A method according to claim 1, characterized in that the connection of a pumped storage set in the transition from m - 1 to m pumped pump sets involved already takes place when the active power setpoint ( 17 ) nor the distance of the positive part of the control band of the primary control to the maximum possible power P max m-1 ( 25 ) at m - 1 pump storage sets involved. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass zur Begrenzung der Anzahl der zusätzlichen Zu- und Abschaltvorgänge von Pumpspeichersätzen (8, 9, 10, 11) infolge der Leistungsregelung das Abschalten eines Pumpspeichersatzes beim Übergang von m auf m – 1 beteiligte Pumpspeichersätze bei einer Abschaltleistung Pab (27) erfolgt, die noch mit einer Hysterese (28) unter einer Zuschaltleistung Pzu (26) liegt.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that, in order to limit the number of additional connection and disconnection operations of pumped storage sets ( 8th . 9 . 10 . 11 ) as a result of the power control, the shutdown of a pumped storage set in the transition from m to m - 1 involved pump storage sets at a turn-off power P from ( 27 ), which still has a hysteresis ( 28 ) under a connection power P to ( 26 ) lies.
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