DE2320171A1

DE2320171A1 - Regelanlage fuer ein elektrisches kraftwerk

Info

Publication number: DE2320171A1
Application number: DE2320171A
Authority: DE
Inventors: Theodore C Giras; Robert Uram
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-04-24
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1973-10-31
Also published as: SE389164B; ES413984A1; DE2320132A1; GB1433612A; JPS5542404B2; JPS568802U; IT982875B; ES413985A1; JPS4947820A; FR2187009A5; JPS4947821A; FR2182508A5; FR2182509A5; JPS626241Y2; DE2320256A1; ES413983A1; GB1433611A; DE2320132C2

Description

Ff Uitiiwit!

8. WiiilfuiQStli

München, den

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Westinghouse Electric Corporation 9^90171

in Pittsburgh, Pa. USA

Regelanlage für ein elektrisches Kraftwerk

Die Erfindung betrifft eine Regelanlage für ein elektrisches Kraftwerk mit einem Computer, der von dem Kraftwerk gelieferte Betriebsdaten empfängt und Betriebssignale für das Kraftwerk nach einem vorgegebenen Schema unter Berücksichtigung der Betriebsdaten liefert, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Turbogenerator mit Heißdampfantrieb. Hier ist im stationären Betrieb insbesondere die Abtriebsdrehzahl der Turbinenwelle zu regeln, da diese die Frequenz des erzeugten Wechselstromes bestimmt und im Verbundbetrieb die Netzfrequenz genau eingehalten werden muß. Auch beim Anfahren des Turbogenerators ist die Beschleunigung und damit die Drehzahlregelung nach einem bestimmten Programm von großer Bedeutung, da bei zu schnellem Hochfahren Wärmespannungen im Turbinenläufer auftreten, die leicht gefährlich werden können. Beim Aufschalten der Last muß dagegen auf langsame

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Belastungszunähme geachtet werden, um ein Außertrittfallen
des Turbogenerators zu vermeiden und ebenfalls das Entstehen von Wärmespannungen zu verhindern.

Die geregelte Größe ist im Gleichdruckbetrieb meist der
Dampfstrom, d.h. die Stellung eines oder mehrerer Steuerventile am Einlaß der Hochdruckstufe der Turbine. Diese Steuerventile sind über den Umfang der Turbine verteilt und müssen so eingestellt werden, daß die Temperaturunterschiede auf dem Turbinenumfang möglichst gering bleiben.

Die vielfältigen Steuer- und Regelungsaufgaben eines solchen Turbogenerators werden vorteilhaft von einem Computer übernommen. Neben der automatischen Computerregelung muß aber aus Sicherheitsgründen die Möglichkeit bestehen, den Turbogenerator auch von Hand zu fahren. Wegen der hohen infragestehenden Energien ist es nicht einfach, die Reaktion der Anlage auf verschiedene Handlungen des Operators zu prüfen und zu erlernen.

Der.in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Umgang mit der Handsteueranlage eines solchen
Turbogenerators zu erlernen und sein Verhalten in verschiedenen Betriebszuständen gefahrlos zu prüfen, während die Turbine in Betrieb ist.

Dies ist vojiVorteil,weil jede Abschaltung eines Turbogenerators

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erhebliche Kosten verursacht und weil sowohl das Stillsetzen als auch das Wiederanfahren komplizierte Steuervorgänge erfordert und nicht ungefährlich ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Turbogenerators mit seinen Hilfseinrichtungen

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Regelsystems für den Turbogenerator nach Fig. 1 mit einem Digitalcomputer;

Fig. 3 die Darstellung der Hydraulik zur Betätigung der Ventilstellglieder der Dampfturbine;

Fig. 4 die schematische Darstellung eines Servosystems für die Ventilstellglieder;

Fig. 5 die schematische Darstellung eines Verbindungsgliedes zwischen einer Handsteueranlage für die Turbine und dem Digitalrechner;

Fig. 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild des elektrohydraulischen Regelsystems;

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Fig. 7 ein Flußdiagramm des zur Regelung verwendeten Programms

Fig. 8 ein Flußdiagramm der Programme und Unterprogramme für die elektrohydraulische Steuerung und das
automatische Anlauf- und Überwachungsprogramm der Turbine;

Fig. 9 eine Tafel der Programmprioritäten

Fig. 10 ein Verzeichnis der verwendeten Unterprogramme

Fig. 11-15 Flußdiagramme verschiedener für die Regelung und überwachung verwendeter Unterprogrammey?

Fig. 16 eine Blockdarstellung eines Hilfssynchronisierprogramms; .

Fig. 17 eine Darstellung des Programms für Simulatorbetrieb bei Drehzahlregelung und

Fig. 18 eine Darstellung des Programms für Simulatorbetrieb bei Lastregelung.

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Die Turbine 10 ist mit einer einzigen Abtriebswelle 14 versehen, die einen Drehstromgenerator 16 antreibt. Die von diesem erzeugte elektrische Leistung wird in einem Leistungsmesser 18 gemessen. Der Generator 16 ist über einen Hauptschalter 17 mit dem belieferten Netz 19 verbunden. Im Gleichlauf wird die Leistungsabgabe des Generators 16 normalerweise durch den Dampfstrom der Turbine bestimmt, der in diesem Falle mit im wesentlichen konstantem Druck der Turbine zugeführt wird.

Die Turbine 10 enthält einen Hochdruckteil 20, einen Mitteldruckteil 22 und einen Niederdruckteil 24. Der Betriebsdampf wird in einem Dampfkessel 26 erzeugt und über die Drosselventile TV1-TV4 dem Dampf äom der Turbine zugeführt. Von dort gelangt er über auf dem Umfang des Hochdruckteils 20 verteilte Steuerventile GV1-GV8 in das Hochdruckgehäuse.

Beim Anlauf sind die Steuerventile GV1-GV8 ganz geöffnet und der Dampfstrom wird allein durch die Betätigung der Drosselventile im ganzen Stellbereich derselben geregelt. An einer bestimmten Stelle des Anlaufvorganges geht man von der Drosselventilregelung zu der feineren, einen geringeren Verstellbereich umfassenden Steuerventilregelung über. Danach sind die Drosselventile TV1-TV4 ständig offen und die Steuerventile GV1-GV8 werden in einer vorgegeben®^ Reihenfolge einzeln betätigt. Die Reihenfolge ist im aligemeinen darauf gerichtet, das thermische Gleichgewicht des 'Iiirbinenläufers und damit

eine verringerte Beanspruchung der Turbinenschaufeln bei der gewünschten Turbinendrehzahl bzw, der gewünschten Ausgangsleistung zu erreichen. Im allgemeinen geschieht die Umschaltung von Drosselventilregelung auf Steuerventilregelung bei etwa 80% der Synchrondrehzahl. Wenn letztere erreicht ist, kann der Hauptschalter 17 geschlossen werden.

Vom Hochdruckteil 20 der Turbine gelangt der abströmende Dampf in einen Zwischenüberhitzer 28, der mit dem Dampfkessel 26 in wärmeübertragender Verbindung 29 steht, bevor der Dampf dem Mitteldruckteil 22 und dem Niederdruckteil 24 zugeführt wird. Vom letzteren wird der verbrauchte Dampf in einen Kon^ densator 32 geleitet, von dem das Kondensat zum Dampfkessel 26 zurückkehrt.

Der Strom des zwischenüberhitaten Dampfes ist normalerweise ungehemmt, aber ein von einem Betätigungsglied 46 verstellbares Sperrventil SV ist vorgesehen, das nur geschlossen ist, wenn die Turbine abgestellt wird» Ferner befinden sich in der überhitzerleitung Fangventile IV, die war normalerweise offen sind, jedoch in einem gewissen Bereich verstellt werden können, um eine Modulation des Dampfstromss beim Durchgehen der Turbine 2u ermöglichen.

Zur überwachung und g@geb@S3®jafeI?,ii Regelung des Dampfdrucks älent ein Dan»fdruekmess©E· 35 c

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Die hydraulischen Stellglieder für die vier Drosselventile TV1-TV4 sind mit 42 bezeichnet. Ebenso sind den Steuerventilen GV1-GV8 hydraulische Stellglieder 44 zugeordnet. Die Sperrventile SV und die Fangventile IV werden vqn hydraulischen Stellgliedern 46 und 48 betätigt. Die Betriebsflüssigkeit für diese Stellglieder wird von einer computerüberwachten Hochdruckpumpe 49 geliefert.

Die hydraulischen Stellglieder 42, 44 und 48 werden ihrerseits von Steuerschiebern 50, 52 bzw. 56 betätigt.

Der Istwert der Ventilstellungen wird von Stellungsmeßgliedern PDT1-PDT4, PDG1-PDG8 und PDI gemessen. Ein oder mehrere Kontaktfühler CSS liefern die Daten über den Zustand der SperrventileSV. Die Meßglieder können aus linear verstellbaren Differentialtransformatoren bestehen, die stellungsabhängige Istwertsignale liefern, welche mit den betreffenden Sollwertsignalen SP zwecks Bildung der entsprechenden Stellgrößen verglichen werden. Die Sollwertsignale SP werden vom Computer periodisch berechnet und den jeweiligen örtlichen Servosystemen zugeführt.

Da die Synchrondrehzahl der Turbine für die Konstanz der Netz-· frequenz insbesondere in Verbundnetzen überragende Bedeutung hat, sind zwei Drehzahlfühler 58 und 59 vorgesehen. Der Drehzählfühler 58 ist. z.B. ein Analog-Drehzahlmesser, der Drehzahl-

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fühler 59 ein Analog-Dlgitalumsetzer, der z.B. als Reluktanzabnehmer ausgebildet ist, welcher magnetisch mit einem auf der Turbinenwelle 14 sitzenden Zahnrad gekoppelt ist. Die von den genannten und anderen Meßgliedern und -fühlern erzeugten Analog- und Impulssignale werden dem Computer zugeführt, der die gesammelten Meßwerte für verschiedene Zwecke auswertet, insbesondere für die Turbinenregelung im Realzeitbetrieb, sowie die Registrierung, Polgesteuerung, überwachung, Alarmauslösung, Sichtanzeige usw. steuert.

Das in Fig. 2 schematisch dargestellte digitale elektrohydraulische Regelsystem 1100 enthält einen programmierten Digitalrechner 210 bekannter Art, der ein zentrales Rechenwerk 212, und einen Speicher 214 aufweist. Der Digitalrechner 210 und die zugehörigen Ein- und Ausgabegeräte können beispielsweise aus dem Prozeßrechner P2000 der Westinghouse Electric Corp. bestehen. Bei größeren Anlagen mit mehreren Turbogeneratoren kann das Regelprogramm auch von einem größeren Computer, beispielsweise der Anlage Sigma 5 der Xerox Data Systems übernommen werden.

Zu den peripheren Geräten das Computers 210 gehört unter anderem ein Kontaktüberwachungsgerit4124, das vom Kontaktsustand verschiedener Geräte im Werksnets 1126 abhängige SystexwariabIe überwacht. Die Schalttafel mit Betätigungstasten 1130 und Anzeigelampen 1132 kann Informationen mit dem Computer 2010 austauschen. Ein Analogeingabegerät 11IS tastet die von verschiedenen Meß-

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instrumenten 1118 gelieferten Analogwerte mit bestimmter "Frequenz und in bestimmter Reihenfolge ab und setzt sie in Digitalwerte um, die dem Computer 210 zugeführt werden. Ein Streifen- oder Bandleser 218 dient für verschiedene Zwecke, insbesondere zur Programmeingabe in das Rechenwerk 212 und den Speicher 214. Eine Berichtsschreibmaschine 1146 druckt laufend die Werte verschiedener Parameter, Signale und Alarmzeichen aus. Ein Registriergerät 1147 zeichnet verschiedene Variable stetig auf. Die Stufe 2124 unterbricht gegebenenfalls das jeweils im Computer laufende Programm, um die von den Überwachungsgeräten 1126 gelieferten Kontaktzustände unmittelbar in den Computer einzuführen.

Zu den Ausgabevorrichtungen gehören die erwähnten Aufzeichnungsgeräte 1146 und 1147, eine Kontaktstufe 1128 zur Betätigung von Anzeigelampen und Bildschirme 1138. Eine Analogstufe 224 setzt die digitalen Ausgangswerte des Computers in Analogwerte um und führt sie unter anderem den Stellvorrichtungen 50 und 52 bzw. 42 und 44 in Fig. 1 zu, die in Fig. 2 Teile der Geräte 220 und 222 bilden, über welche die Drosselventile TV1-TV4 bzw. die Steuerventile GV1-GV8 mit dem Computer verkehren.

Nachstehend wird die Betätigung der Stellglieder für die Dampfventile im einseinen beschrieben.

Fig. 3 zeigt die Hochdruckanlage 310 zur Speisung der Hydraulik.

Wenn die Pumpen 314 und 316 das feuerhemmende Druckmittel über Entlastungsven tile 320 und 321 vom Vorrat zum Sumpf 318 umwälzen, bauen die Akkumulatoren 312 einen entsprechenden Vorratsdruck auf, der eine rasche Betätigung der elektrohydraulischen Stellglieder 322 ermöglicht. Ein solches Stellglied ist in Fig. 4 dargestellt. Es dient zur Verstellung eines Betätigungszylinders 410 gegen die Schließkraft einer kräftigen Druckfeder. Ein Steuerschieber 412, der von einem Servoverstärker 414 verstellt wird, steuert die Flüssigkeitszufuhr beiderseits des Kolbens im Zylinder 410. Ein linearer Differentialtransformator LVTD erzeugt eine dem Istwert der Ventilstellung proportionale Spannung, die mit einer Sollwertspannung 416 verglichen wird. Die algebraische Summe dieser beiden Spannungen wird als Regelabweichung dem Servoverstärker 414 zugeführt.

Fig. 5 zeigt ein Digital-Analogsystem 510, das Teile der Stufen 50, 52, .42 und 44 in Flg. 1 und weitere Bauelemente umfaßt. Dazu , gehört eine Digital-Analogstufe 512, die über die Anschlußstelle 418 mit den Servoverstärkern 414 für di© verschiedenen Dampfventile verbunden ist. Diese sind ihrerseits mit einem Handregler 516, einem nicht dargestellten Drehzahlschutzregler und gegebenenfalls weiteren Analoggeräten verbunden» In einem Comparator 518 wird das Ausgangssignal eines Digital-Änälogumsetsers 522 mit einem vom Digitalrechner 210 gelieferten Analogsignal 520 verglichen. Dar Comparator 513 steuert ein® Logik 524 derart, daß die Logik ©inen auf- nnä abwärtsgaiilenden IShler 526 so lange

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fortschaltet, bis sein Ausgangswert gleich dem Ausgangssignal 520 des Digitalrechners ist. Falls die Anordnung 510 dem Signal 520 nicht folgen kann, leuchtet an der Schalttafel ein Licht auf.

Nach Wahl des Bedienungsmannes oder unter bestimmten Bedingungen, z.B. Stromausfall oder Betriebsunterbrechung des Digitalrechners 210 oder Ausfall eines Drehzahlmeßgliedes, schaltet das Regelsystem auf den Handregler 516 um. Zu diesem Zweck wird der Eingang der Ventilbetätigung 322 durch die Kontakte 528 von den automatischen Betätigungsgliedern in den Blocks 50, 52 (Fig. 1) bzw. 220, 222 (Fig. 2) auf Verbindung mit dem Handregler 516 umgeschaltet, Hierbei sind besondere Vorkehrungen getroffen, um eine stoßfreie Umschaltung zu gewährleisten. Dasselbe gilt für die stoßfreie Rückkehr von der Handregelung zur automatischen Regelung.

Hauptprogramm

Fig. 6 zeigt eine allgemeine Übersicht des digital-elektro* hydraulischen Regelsystems 1010. Zur Regelung der hydraulischen Ventilstellglieder 1012 (s. Fig. 1) dient der Digitalrechner 1014 (s. Fig. 2), der mit dem fest verdrahteten Hilfshandregler 1016 (s. Fig. 5) in Verbindung steht. Beide sind wahlweise mit dem elektronischen Servosystem 1018 (s. Fig. 4) verbunden. Der Digitalrechner 1014 und der Analogregler 1016 verfolgen gemeinsam den- Turbinenbetrieb, damit es bei Bedarf stets möglich ist,

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von der automatischen Regelung mittels des "Digitalrechners.stoßfrei auf Handregelung überzugehen und umgekehrt.

Zur Lösung der verschiedenen Regelaufgaben ist der Computer 1O14 mit verschiedenen Unterprogrammen programmiert, die in bestimmten Prioritätsverhältnissen zueinanderstehen. Die Unterprogramme umfassen Hardware- und Software-Elemente.

Das wichtigste, periodisch durchgeführte Unterprogramm ist das in Fig. 7 schematisch dargestellte Regelprogramm 1020. Die Führungsgröße, von der die Stellung der Dampfventile abhängig gemacht werden soll, wird bei 1050 in ein Vergleichsglied 1052 eingegeben. Als solche Führungsgrößen kommen vor allem während des Anfahrens und Drosseins der Turbine die Drehzahl und die zu übernehmende Leistung in Betracht.

Der Wert der Führungsgröße in Drehzahländerung je Minute bzw. Megawatt je Minute, der zur Vermeidung einer überlastung des Turbinenläufers nicht übersehritten werden darf, wird in einen Integrator 1054 eingegeben» Diesem wird auch der Ausgangswert 1058 des Vergleichsgliedea 2052 zugeführt. Im Vergleichsglied . wird die eingegebene Führuagsgröße mit den bisher eingestellten Arbeitspunkten der Turbine über eine vom Ausgang des Integrators zum Vergleichsglied führende Leitung 1056 verglich©»., Art und Wert der FührungsgröEe können von Hand oder mittels eines vorbereiteten äußeren oder inneren Programms eingegeben werden.

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Beispielsweise kann die Turbinenbeschleunigung von den gemessenen Wärmespannungen im Läufer abhängig gemacht werden.

Der am Ausgang des Integrators 1054 gebildete Sollwert wird auf ein Hauptschalter-Entscheidungsglied 1060 gegeben. Dieses prüft den Zustand des Hauptschalters 17 und die gewünschte Führungsgröße und entscheidet daraufhin, welche Regelung angewandt werden soll. Diese Entscheidung ist so früh wie möglich in das Programm eingebaut, um gegebenenfalls Rechenzeit zu sparen. Ist der Hauptschalter 17 offen, so bedeutet dies, daß die Turbinendrehzahl in einem weiten Bereich verstellt werden kann. Der Sollwert der Drehzahl wird dann über 1064 auf ein Vergleichsglied 1062 gegeben und dort mit der von 1066 kommenden Istdrehzahl verglichen. Die Regelabweichung gelangt auf einen noch näher zu beschreibenden PI-Regler 1068 , der die Drehzahlabweichung auf Null zurückführt. Dank der Verwendung dieses PI-Reglers läßt sich die Turbinendrehzahl ohne weiteres von Hand über Zeiten in der Größenordnung einer Stunde mit Abweichungen von weniger als einer Umdrehung je Minute halten. Die Drehzahlgenauigkeit ist so hoch, daß eine äußere Synchronisiervorrichtung nicht erforderlich ist. Das Ausgangssignal des Reglers 1068 wird dann auf die betreffenden Drossel- und Steuerventile gegeben.

Ist der Hauptschalter 17 geschlossen, so gelangt der Sollwert über Leitung 1070 auf ein Addierglied 1072, das den Eingang eines kombinierten Vorwärts- und Rückwärtsregelkreises bildet,

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um so eine kontrollierte Lastaüfschaltung zu ermöglichen.

Int Addiergiied ΪΟ72 wird der Sollwert mit dent Aus gangswert einer Drehzahlregelschleife vier glichen i um die Drehzahlkörrektur unabhängig von der Belastung zu mächen. Im Vergleichsglied 1078 wird die von dem Sollwertgeber 1074 gelieferte Solldretizähl mit der vom Istwertgeber 1076 gelieferten Istdrehzahl verglichen. Ein Proportionalregler 1080 verwandelt die Regelabweichung der Drehzahl in Belästurigsbruchteile und addiert diese zu dem Sollwert der Belastung für die Vorwärtsregelung. Auf diese Weise wird die von der Iias'täuf schaltung hervorgerufene Drehzahländerung von vorneherein kompensiert.

Der drehzahlkompensierte Lastsollwert wird in dem Vergleichsglied 1082 mit dem Istwert der Belastung verglichen. Die betreffende Regelabweichung wird auf einen PI-Regler 1084 gegeben, um eine Regelgröße zu liefern, die mit dem drehzahlkompensierten Sollwert in der Stufe 1086 multipliziert wird. Die Multiplikation dient als Sicherheitsmaßnahme, damit beim Ausfall eines Signals (z.B. des Istwerts der Belastung) nicht ein zu großer Sollwert entsteht, der die Turbine zum Durchgehen bringt; stattdessen soll in einem solchen Falle auf Handregelung umgeschaltet werden.

Der modifizierte oder (bei Ausfall des Leistungsmessers) unmodi-. fizierte Sollwert gelanffe sraf <s&n ¥ergleichsglied 1090, wo er

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mit dem von einem Impulsdruckgeber 1088 gelieferten Impulsdruck verglichen wird. Der Impulsdruck am Eingang des Hochdruckteils der Turbine spricht sehr rasch auf Änderungen der Belastung und des Dampfstromes an und liefert deshalb ein Signal mit minimaler Verzögerung, das das Ausgangsverhalten des Turbogenerators 10 glättet, weil die dynamische Verzögerung und die entsprechende Übergangsfunktion gering gehalten wird. Der Impulsdruckeingang kann vom Vergleichsglied 1090 abgeschaltet werden. Die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Impulsdruck wird auf einen PI-Regler 1092 gegeben, dessen Ausgangssignal nach passender Linearis ierung den Stellgliedern der Steuerventile zugeführt wird. Der PI-Regler verhindert, daß allzurasche Schwankungen des Impulsdrucks und anderer Parameter unmittelbar auf die Steuerventile GV1-GV8 durchschlagen.

In Fig. 8 ist der Zusammenhang des Regelprogramms 1020 mit. den anderen Unterprogrammen der alektrohydraulischen Anlage dargestellt. Das periodisch durchlaufene Programm 1020 erhält die Daten von einem logischen Programm 1110, wo Entscheidungen über die Betriebsart und dergleichen getroffen werden, einem Sci^alttafelprogramm 1112, wo das Regelprogramm betreffende Eingaben .

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des Operators festgestellt werden können, ein/Hilfssynchroni-

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sierprogramm 1114 und ein/Analogabtastprogramm 1116, das eingegebene Prozeßdaten verarbeitet. Das Analogabtastprogramm 1116 empfängt Daten von Meßinstrumenten 1118 außerhalb des Computers, die Drücke, Temperaturen, Drehzahlen usw. messen. Das Hilfssynchronisierprogramm 1114 mißt die Zeit bestimmter wichtiger

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Ereignisse und steuert die Reihenfolge der Aufrufe für die Ausführung des Regelprogramms 1020. Ein Taktgeber 1120 und ein Leitprogramm 1122 steuern die Synchronisierfrequenz des Hilfsprogranuns 1114. Das Leitprogramm 1122 dient auch zur Steuerung bestimmter Eingabe- und Ausgäbevorgänge des Computers und der Reihenfolge der einzelnen Programme mit Berücksichtigung der ihnen zukömmenden Prioritäten.

Das Logikprogramm 1110 erhält die Ausgangssignale eines Kontakt ab t as tprogramms 1124, das die von Kontaktzuständen abhängigen Variablen im Kraftwerksnetz 1126 überwacht. Das Logikprogramm 1110 empfängt auch Daten von der Schalttafel 1112 und übermittelt Daten zu den Zustandslampen und Ausgangskontakten 1128. Das Schalttafelprogramm 1112 erhält seine Eingangsdaten von den Bedienungstasten 1130 und liefert Daten zu den Schalttafellampen 1132 und dem Regelprogramm 1020. Das Hilfssynchronisierprogramm 1114 synchronisiert den Aufruf des Regelprogramms 1020, des Analogabtastprogramms 1116, eines Bilddarstellungsprogramms

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1134 und eines Flackerproqrarnms 1136. Das. Darstellungsprogramra 1134 übermittelt Daten für einen Bildschirm 1138 oder eine ähnliche -bildliche Darstellung. -

Das Logikprogramm 1110 arbeitet mit einem speziellen Unterbrechungsprogramm 1124 susairanen. Das Logikprogramm 1110 errechnet alle weiter unten erläuterten logischen Zustände gemäß den vorgegebenen Bedingungen und übermittelt diese Daten zum Regel-

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programm 1020, wo diese Informationen in der oben beschriebenen Weise zur Bestimmung der geregelten Einstellung der Ventile TVl-TV4 und GV1-GV8 verwendet werden.

Der Bedienungsmann verkehrt mit dem elektrohydraulischen System über die Schalttafeltasten 1130 und die Lampen 1132. Das Flackerprogramm 1136 reagiert auf verschiedene bedrohliche Betriebs zustände durch Flackern entsprechender Lampen, um den Operator aufmerksam zu machen.

Programmprioritäten

Fig. 9 zeigt eine Tafel der im Leitprogramm verwendeten Programmprioritäten. Wenn zwei oder mehr Programme zum Ablauf anstehen, wird das Programm mit der höchsten Priorität zuerst durchgeführt. Das Einschaltprogramm des Computers nach einer längeren oder vorübergehenden Ausschaltung desselben hat höchste Priorität. Die zweithöchste Priorität hat das für die Funktion der Anlage unentbehrliche Hilfssynchronisierprogramm. Den dritten Rang nimmt das Regelprogramm 1020 ein. Danach folgt das Schalttafelprogramm, das Führungsgrößen erzeugt. Die Analogabtastung 1116 liefert ebenfalls Informationen für das Regelprogramm 1020 und ist dem Schalttafelprogramm 1130 nachgeordnet. Dann folgt das periodische Turbinenanlaufprogramm 1140, das nachstehend mit ATS bezeichnet ist (siehe auch Fig. 8). Das periodische ATS-Programm 1140 überwacht die verschiedenen Tempe-

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raturen, Drücke, Schalterzustände, Drehzahlen usw. während des Anlaufs und der Lastaufschaltung des Turbogenerators.

Anschließend folgt das Logikprogramm 1110, danach das Darstellungsprogramm 1134, das von AusgangsSignalen des letzteren Gebrauch macht. Ein Datenaustauschprogramm für den Austausch von Daten mit einem anderen Computer folgt. Dann kommt ein ATS-Analogumsetzprogramm 1142 zur Umsetzung der vom periodischen ATS-Programm 1140 gelieferten Werte in vom Computer verwendbare Digitalwerte. Das Plackerprogramm 1136 kommt als nächstes und wird von einem Programmiertischprogramm gefolgt, das. zum Testen und anfänglichen Eingeben der auf Band genommenen Daten dient. Das nächste Programm ist ein ATS-Ausgabeprogramm 1144, das die Information vom ATS-Analogumsetzprogramm 1142 auf einer Schreibmaschine 1146 ausdruckt. Schließlich folgt ein Registrierprogramm 1148, das zur Ausgabe bestimmter Parameter in ein Registriergerät 1147 dient. Die beiden übrigen Programme sind für Spezialzwecke bestimmt.

Eine Reihe von Unterbrechungsprogrammen, welche den normalen Ablauf der Computerfunktion unterbrechen und außerhalb der Prioritätsliste von Fig. 9 stehen, ist in Fig. 8 gezeigt. Ein solches Programm ist das Kontaktunterbrechungsprogramm 1124, das den Betrieb des Computers sehr kurz unterbricht. Zwischen den Betätigungstasten 1130 und dem Schalttafelprogramm 1112 ist ein Schalttafelunterbrechungsprogramm 1156 vorgesehen, um

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jede Veränderung in der Tastenstellung sofort anzuzeigen. Ein Ventilunterbrechungsprograiran 1158 ist unmittelbar zwischen die Betätigungstasten 1130 und das Schalttafelprogramm 1112 eingeschaltet, um während eines Ventiltests und im Falle des Hängenbleibens eines Ventils sofort einzugreifen. Diese Unterbrechungsprogramme werden später noch erläutert.

Zusätzlich zu den früher beschriebenen Punktionen ist das Hilfssynchronisierprogramiti 1114 auch mit dem periodischen ,ATS-Programm 1140, der ATS-Analogumsetzung 1142 und der ATS-Ausgabe 1144 verbunden und löst diese aus. Das ATS-Programm 1140 dient zum automatischen Anlauf des Turbogenerators 10 in Abhängigkeit von verschiedenen Einflußgrößen wie Temperatur, Schwingungen, Drücke, Drehzahl usw. Der Analogumsetzer 1142 setzt die digitalen Signale vom periodischen ATS-Programm 1140 in digitale oder hybride Form um, die über das Ausgabeprogramm 1144 auf der Schreibmaschine 1146 oder dergleichen ausgedruckt werden kann. Das Hilfssynchronisierprogramm 1114 steuert auch ein Registrierprogramm 1140, das ebenfalls mit Analogumsetzung arbeitet.

Ein Kontaktschließungsprüfprogramm 1150 prüft den Zustand der Kontakte im Kraftwerksnetz 1126. Im allgemeinen tritt dieses Prüfprogramm nur in Tätigkeit, wenn eine Änderung des Kontaktzustandes festgestellt wird. Dadurch wird im Vergleich zu einer periodischen Kontaktüberprüfung Computerzeit eingespart.

Das Regelprogramm 1020 ruft gegebenenfalls eine Drehzahlregel"

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schleife 1152 und ein PI-Reglerprogramm 1154 auf. Das Leitprogramm beherrscht ein Fehlerprüfprogramm 1160. Zusammen mit dem Taktprogramm 1120 wird ein Ein- und Ausschaltprogramm 1162 verwendet. Einige weitere in Fig. 8 dargestellte Funktionen werden später noch beschrieben.

PI-Reglerprogramme

Fig. 11 zeigt ein Funktionsdiagramm des PI-Reglers 1068 in Fig. 7 mit mehr Einzelheiten. Das betreffende Unterprogramm wird vom Regelprogramm 1020 der Fig. 7 aufgerufen, wenn das Regelsystem 1100 auf Drehzahl geregelt wird. Der Ausgangswert des PI-Reglers 1068 besteht aus der Summe zweier Teile, von ' denen der eine proportional zu einem Eingangssignal und der andere proportional zum Integral desselben ist. Ein Sollwert wird auf den Eingang 1210 einer Differenzstufe 1212 gegeben. Die Differenzstufe vergleicht den eingegebenen Sollwert und den Istwert der betreffenden Variablen. Das Ausgangssignal der Differenzstufe 1212 gelangt auf einen Verstärker 1216 und den Eingang eines Integrators 1218. Das Ausgangssignal des Integrators 1218 wird durch das vom Programm vorgegebene Amplitudenintervall 1220 begrenzt. In einem Analogsystem wird die Begrenzung durch die Sättigung des Integrationsverstärkers und dadurch die Sperrung dieses Verstärkers bis zur Entladung des damit verbundenen Integrationskondensators bewirkt. In einem Softwaresystem läßt sich die Begrenzung durch Wahl einer digitalen Obergrenze leicht erreichen.

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Die Ausgangswerte des Verstärkers 1216 und des Integrators 1218 werden in einem Addierglied 1222 zueinander addiert. Am Ausgang des Addiergliedes wird eine weitere Begrenzung 1224 vorgenommen, um das Ausgangssignal auf einen auswertbaren Bereich zu beschränken, bevor es einem Stellglied 1226 zugeführt wird.

Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm für die digitale Durchführung des PI-Regler-Programms. Es ist so ausgebildet, daß ein Aufruf vom Regelprogramm 1O2Ö die Veränderlichen ergibt, die zur Berechnung des Ausgangswertes des Reglers 1O68 erforderlich sind. Die Struktur des Unterprogramms wird durch die nachstehende Angabe in FORTRAN ausgedrückt,wobei Preset eine PI-Regelung bedeutet.

SUBROUTINE PRESET (ERR, ERRX, G, TR, HL, XLL, RES, PRES)

Die Variablen in der obigen Gleichung sind wie folgt definiert!

FORTRAN-Vari abIe:	Bedeutung:
ERR	- gegenwärtiges Eingangssignal
ERRX	- letztes Eingangssignal
G	- Verstärkungsfaktor
TR	- Integrationszeit.
HL	- obere Grenze
XLL	- untere Grenze
RES	- integriertes Signal
PRES	- Ausgangssignal

Die einzelnen Operationen sind in Fig. 12 in FORTRAN angegeben.

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— DO —

Es wird zunächst das Integrät des Aus gangs wertes nach folgender Gleichung berechnet:

Y(N) = Y(N - 1) + DT " IX(N) +X(N - 1)].

Das Unterprogramm 1068 speichert dann das gegenwärtige Eingangssignal ERR am Speicherplatz ERRX 1250 für nachfolgenden Aufruf. Das integrierte Ausgangssignal RES 1252 wird dann auf Oberschreitung der oberen Grenze.1254 und der unteren Grenze 1256 geprüft, um wiederholte Integration zu verhindern. Der proportionale Anteil des Aus gangs sign a Is wird berechnet und zum Integralteil addiert, um das Gesamtausgangssignal PRES 1258 zu bilden. PRES 1258 wird auf Überschreitung der oberen Grenze 1260 und der unteren Grenze 1262 geprüft, woraufhin das PI-Reglerunterprogramm 1068 zum Regelprogramm 1020 zurückkehrt.

Das PI-Reglerprogramm 1068 wird vorzugsweise während dreier verschiedener Betriebsphasen des Turbogenerators verwendet. Beim Anlauf desselben dient es zur Drehzahlregelung, nach einem vorbestimmten Beschleunigungsprograiran. Wegen des Integralanteils kann die Drehzahl innerhalb eines Bereichs von einer Umdrehung je Minute gehalten werden. Bei Handregelung der Drehzahl ist ebenfalls kein Nullpunktverschiebungssignal über einen Proportionalregler erforderlich. Der Sollwert und der Istwert der Turbinendrehzahl sind also gleich groß. Schließlich wird das PI-Reglerprogramm 1068 auch an der Stelle der

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Regler 1084 und 1092 in Fig. 7 zur Leistungsregelung und zur Regelung des Iinpulskainmerdrucks verwendet.

Die oben angegebene Formel beruht auf der näherungsweisen Integration nach der Trapezregel und ist einfach durchzuführen, erfordert wenig Speicherraum und wird sehr rasch durchlaufen. Die einzelnen in der obigen Gleichung verwendeten Ausdrücke bedeuten folgendes:

(N) - gegenwärtiger Zeitpunkt (Realzeit)

(N-I) - letzter Zeitpunkt

DT - Abtastintervall zwischen zwei Berechnungsvorgängen (normal 1 Sekunde)

TR - Integrationszeit in Sekunden

X(N) - gegenwärtiger Wert der Eingangsvariablen

X(N-I) - letzter Wert der Eingangsvariablen

Y(N) - gegenwärtiger Wert der Ausgangsvariablen

Y(N-I) - letzter Wert der Ausgangsvariablen

Drehzahlmeßschleife

Fig. 13 zeigt eine Drehzahlmeßschleife 1310, die funktionell dem Regler 1080 und dem Vergleichsglied 1078 in Fig. 7 entspricht. Sie wird vom Regelprogramm 1020 aufgerufen. Die Regelabweichung vom Vergleichsglied 1078 wird auf eine Stufe 1312 mit toter Zone geleitet. Ferner sind eine Proportionalitäts-

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konstante (GRl) 1314 und eine obere Begrenzung (HLF) 1316 vorgesehen.

Dieses unterprogramm wird bei Drehlζahlregelung und Lastregelung aufgerufen. Die.Ausführung in Form einer Subroutine spart Speicherplatz und verbilligt so den Computer.

Die tote Zone 1312 verhindert, daß zufällige kleine Schwankungen des vom Vergleichsglied 1078 erzeugten Drehzahlfehlersignals die Drehzahl der Turbine beeinflußen. Systeme ohne eine solche tote Zone sprechen ständig auf kleinste zufällige Schwankungen an, wodurch die Turbine 10 und ihre Steuer- und Regeleinrichtungen unnötig beansprucht werden. Ohne die tote Zone 1312 würde die Anlage ständig um den Sollwert der Drehzahl pendeln. Der Verstärkungsfaktor 1314 des Drehzahlreglers wird so eingestellt, daß sich eine Drehzahlkorrektur der Ausgangsleistung für eine bestimmte Drehzahlabweichung der Turbine ergibt. Die Obergrenzenstufe 1316 (HLF) sorgt dafür, daß der Korrekturfaktor der Dxehzahl einen bestimmten Wert nicht überschreitet.

Die Turbinendrehzahl 1076 wird von drei verschiedenen mechanischelektrischen Wandlern abgeleitet. Die so gebildeten, voneinander unabhängigen Drehzahlsignale bestehen aus einem sehr genauen Digitalsignal, das in einem speziellen elektrischen Schaltkreis von' einem magnetischen Abnehmer abgeleitet wird, einem genauen Analogsignal, das von einem zweiten unabhängigen magnetischen Abnehmer geliefert wird, und einem analogen überwachungssignal

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von einem dritten unabhängigen Abnehmer. Diese Signale werden im Regelsystem verglichen und es wird durch logische Entscheidungen dasjenige Signal ausgewählt, das zur Drehzahlregelung oder zur arehzahlkompensierten Lastregelung herangezogen wird. Dieser Wählvorgang dient zur Umschaltung des verwendeten Steuersignals vom Digitalkanal zu einem Analogkanal oder umgekehrt unter bestimmten dynamischen Bedingungen. Um während dieser Umschaltung des Drehzahlsignals die Steuerventile festzuhalten, benutzt das Regelprogramm 1020 das Drehzahlmeßunterprogramm 1310 und führt eine Berechnung aus, die zur stoßfreien Signalumschaltung herangezogen werden kann.

In Fig. 14 ist die Subroutine der Drehzahlmeßschleife 1310 im einzelnen dargestellt. Die Operationen dieses Unterprogramms 1310 werden durch die beiden folgenden FORTRAN-Feststellungen gekenn ζ e i ohne t:

CALL SPDLOOP
REFl * REFDMD + X

Die Variablen im Flußdiagramm 1310 haben folgende Bedeutung:

FORTRAN-Variable	Bedeutung
WR	- Drehzahlsollwert
WS	- Drehzahlistwert
TEMP	- vorübergehend gespeicherte Variable
SPDB	- tote Drehzahlzone
" 3Rl	- Drehzahlenregelgewirm

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X - Drehzahlwert

HLF - Obergrenze

Kontaktprüfprogramm

Ein Kontaktprüf programm 1150 tastet, wie anhand der Fig. 8 erläutert wurde, alle mit dem Computer über das Kraftwerksnetz 1126 verknüpften Kontaktabhängigen Eingangsgrößen ab und setzt logische Datenbilder derselben an bestimmte Stellen des Computerspeichers 214. Eine Blockdarstellung dieser bei Bedarf aufgerufenen Subroutine ist in Fig. 15 gezeigt. Die Kontaktprüf-Subroutine (PLANTCCI) 1150 wird auch verwendet, wenn die Stromquelle für den Computer 210 eingeschaltet wird oder wenn der Computer durch Manipulationen an einer Schalttafel 1410 ein- und ausgeschaltet wird. Unter diesen Umständen wird ein spezielles Einschaltleitprogramm 1412 aufgerufen, das seinerseits das oben beschriebene Einschaltprogramm 1414 ausführt. Dieses ruft das Kontaktprüfprogramm 1150 zur Eingabe der Anfangswerte.

Der Operator kann auch das Kontaktprüf programm 1150 auf Wunsch über das HiIfsSynchronisierprogramm 1114 aufrufen, wodurch eine periodische Abtastung des gesamten Kositaktsystems durchgeführt wird, um den Zustand aller Relais zu überprüfen.

Die verschiedenen Aufgaben des Hilfssynchronisierprogramms 1114 sind in Fig. 16 symbolisch dargestellt.

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Automatischer Turbinenstart

Die Möglichkeiten des Computers lassen sich besonders beim automatischen Hochfahren des Turbogenerators ausnutzen.Um gefährliche Wärmespannungen im Turbinenläufer zu vermeiden, muß die Beschleunigung und Lastaufschaltung des Turbogenerators sehr vorsichtig vorgenommen werden. Beim Hochfahren von Hand wird im allgemeinen genau vorgeschrieben, daß die Maschine von einem stationären Zustand zum anderen in nicht zu kurzer Zeit übergehen muß, um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Turbinenläufers zu ermöglichen.

Mit Hilfe des Computers können die Wärmespannungen im Läufer von Minute zu Minute berechnet werden, wenn die Temperatur in der ersten Stufe mittels Thermoelementen gemessen wird. Die Annahme, daß die Turbine vorher im stationären Zustand war, ist nicht länger erforderlich. Die berechnete Wärmespannung kann mit dem zulässigen Wert verglichen und die Differenz als Maß für die zulässige Temperaturänderung der ersten Stufe verwendet werden, die im Computerprogramm als Änderung der Drehzahl oder Belastung ausgedrückt wird.

Die Werte bestimmter in die Rechnung eingehender Parameter können im Computerspeicher bereitgestellt werden, um ihre zukünftigen Werte oder Änderungen abzuschätzen. Dies gilt z.B. für Temperaturänderungen und Ausdehnungskoeffizienten der Metalle.

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Außer der Wärmebeanspruchung kann auch die Laufunruhe mittels des Computers überwacht werden. Jedes Lager steht unter überwachung und wenn eine der Schwingungen eine Alarmgrenze erreicht, wird eine Rechnung angestellt, aus der sich entnehmen läßt, ob die Schwingung zunehmend, stationär oder abnehmend ist. Dadurch läßt sich der geschätzte zukünftige Wert der Schwingungen feststellen. Ferner ist eine Prioritätsschaltung vorgesehen, falls zwei oder mehr Lager sich in verschiedenen Alarmstufen befinden.

Vorzugsweise wird das Hochfahrprogramm (ATS) im gleichen zentralen Prozeßrechner wie das Steuer- und Regelprogramm gespeichert und ausgeführt. Beide Programme arbeiten direkt zusammen. Sie teilen auch die gleichen Ein- und Ausgangsgeräte und die, entsprechende Software zur Ablesung und Betätigung von Kontakten. Das ATS-Programm ist imstande, die Turbine von der Anlaßdrehzahl bis zur Synchrondrehzahl selbsttätig hochzufahren. Es prüft die Bedingungen vor dem Anlassen, stellt fest, ob eine Temperaturausgleichsperiode erforderlich ist, schaltet rechtzeitig von der Drosselventilsteuerung zur Steuerventilsteuerung um, prüft die Bedingungen vor dem Synchronisieren und schaltet die automatische Synchronisiervorrichtung ein oder bewirkt die Synchronisierung durch genaue Drehzahlregelung.

Während des Betriebs der Turbine, sei es nun während der Beschleunigungsperiode oder unter Last, überwacht der Computer die verschiedenen Parameter der Turbine, vergleicht ihre Werte

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mit Grenzwerten und druckt entsprechende Angaben, um den Operator über die Betriebsbedingungen der Maschine zu informieren .

Es sind die Betriebsdaten ATS-Regelung und ATS-Uberwachung möglich. Wenn weder die Taste "Turbinenselbstanlauf", noch die Taste "Turbinenüberwachung aus" leuchtet, befindet sich das Programm im,Zustand ATS-Überwachung und die nötigen Angaben werden ausgedruckt. Wird die Taste "Turbinenselbstanlauf¹¹ betätigt, so wird die ATS-Regelung eingeschaltet. Wird die Taste "Turbinenüberwachung aus" gedrückt, so werden die Angaben nicht mehr ausgegeben, aber die ATS-Programme laufen weiter. Wird die letztere Taste nochmals gedrückt und damit ausgelöst, werden alle laufenden Alarmangaben und alle nachfolgenden Angaben gedruckt.

Im Zustand ATS-Regelung regelt der Computer die Anlage vom Anlassen bis zur Synchronisierung und der Aufschaltung der Anfangslast. Der Computer führt folgende Berechnungen und Regelvorgänge aus:

a) Jede Minute vor dem Ausschalten des Anlassers werden folgende Parameter geprüft und mit den zulässigen Grenzen verglichen: Drosselklappentemperatur, Ausdehnungsunterschiede, Metalltemperatür_f Temperaturunterschiede, Vakuum, Auslaßtemperatüren, Exzentrizität, Lagertemperaturen, Ablaßventilstellungen.

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b) Die Dampfdrosselklappen werden so eingestellt, daß die. Dampf temperatur in der Impulskammer um nicht mehr als etwa 5O°C von der Metalltemperatur abweicht.

c) Der Anlasser wird ausgekuppelt.

d) Die Zieldrehzahl und die Beschleunigung werden in den elektrohydraulischen Regler eingegeben.

e) Die Ausgleichszeit bei 2200 Umdrehungen pro Minute wird festgelegt und abgewartet.

f) Die Turbine wird mit geregelter Beschleunigung auf 3300 RPM gebracht.

g) Das Regelsystem wird auf Übergang von Drosselventilregelung zu Steuerventilregelung eingestellt.

h) Die Turbine wird auf Synchrondrehzahl beschleunigt.

i) Der. Turbogenerator wird an das Netz angeschlossen und mit kleinster Last beaufschlagt.

j) Die Anfangslast wird beibehalten, bis der erforderliche Temperaturausgleich eingetreten ist.

In der Betriebsart ATS-Überwachung ist die Funktion des Computers auf die überwachung der verschiedenen Parameter und die Ausgabe entsprechender Angaben beschränkt, um den Operator bei der Regelung und Steuerung der Turbine zu unterstützen. Die Berechnung der Wärmespannungen wird ständig durchgeführt, um dem

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Operator die thermischen Zustände des Läufers mitzuteilen. Dieser muß dann von sich aus ein entsprechendes Programm durchführen.

Alle Unterprogramme werden periodisch aufgerufen und bis zum. Ende durchgeführt, falls nicht ein Programm höherer Priorität auftritt. Programm P15 bestimmt die Reihenfolge, in der die einzelnen Beschleunigungsschritte durchgeführt werden. Die Programme POl bis P14. prüfen die Parameter der Turbine und des Generators. Sie berechnen die Läufertemperaturen und die Spannungen in der Zone der Impulskammer, sowie die voraussichtlichen Temperaturänderungen und Dehnungen des Metalls.

Programmliste

POl Bestimmung des thermischen Zustandes des Läufers

P02 Periodische Berechnung und Überwachung der voraussichtlichen Temperaturänderungen und Dehnungen der Dampfdom wände

P03 Überwachung des Anlasserbetriebes P04 Regelung der Läuferbeanspruchung in der ersten Stufe P05 Überwachung von Exzentrizität und Laufunruhe P06 Überwachung der Metalltemperatur P07 Steuerung der Turbinensollwerte PO8 Überwachung der Lagertemperaturen PO9 Überwachung des Generators

PlO Überwachung der Stopfbuchsen, der Turbinenauslässe

und des KondensatorVakuums

Pll überwachung der Ablaufventile und Berechnung der voraussichtlichen Dehnung derselben

P12 überwachung der Aus laß temper aturen der Niederdruckstufe P13 überwachung des Meßfühlerausfalls P14 Berechnung und Vorgabe der Temperaturausgleichszeiten P15 Beschleunigungsreihenfolge.

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Simulatorbetrieb

Wie eingangs erwähnt, ist es häufig wünschenswert, zur Ausbildungs- und Prüfzwecken den Kraftwerksbetrieb an Ort und Stelle nachzubilden. Eine solche Möglichkeit muß von Kraftwerks simulatoren unterschieden werden, die an beliebigen, vom Kraftwerk entfernten Stellen aufgestellt werden können. Diese Simulatoren können in Form von Softwaremodellen vorliegen, die an der betreffenden Stelle in einem Digitalcomputer ausgeführt werden. Manchmal sind auch derartige tragbare oder fest eingerichtete Simulatoren in Form von der Regelanlage der Turbine unterschiedener Einrichtungen zum Kraftwerk vorgesehen. Für gewöhnlich wird ein eingebauter Simulator verwendet, um das Regelsystem durchzuprüfen, bevor der Turbogenerator an das Netz angeschlossen wird.

Je komplizierter die Regelanlage wird, desto mehr empfiehlt sich die Möglichkeit einer Simulation während des Turbinenbetriebes (ON-LINE), weil die Kosten einer Stillsetzung des Turbogenerators und einer damit verbundenen Verminderung der Energielieferung rasch zunehmen.

Um eine solche Simulation bei in Betrieb befindlichen Turbogeneratoren zu ermöglichen, wird hier die Steuerung des Turbinenbetriebes vom Computerregelkreis auf den Handregler umgeschaltet, wenn der Operator einen entsprechenden Simulatorbefehl gibt. Vorzugsweise geschieht die Umschaltung durch

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passende Wahl des Umschaltzeitpunktes stoßfrei. Somit wird die

elektrische: Energie beim Obergang zum Simulationsbetrieb weiterhin erzeugt und abgegeben.

In Simulationsbetrieb arbeiten bestimmte Teile des Digitalregelsystems als Simulator, der auf Steuerwirkungen, die von dem die Turbine steuernden Teilen des Regelkreises erzeugt werden, reagiert und Signale abgibt, die als Eingangswerte für die steuernden Teile des Regelkreises dienen. Ferner ist der Regelkreis weiterhin für Teile der Schalttafel verantwortlich, die normalerweise mit dem automatischen digitalen Regelkreis verkehren. Der Simulator- und Übungsbetrieb gestattet die Verwendung der normalen Bedienungsschalttafel und des größten Teil der elektrohydraulischen Regelanlage jederzeit, ohne die Fähigkeit des Handreglers zur beeinflussen, die Turbinenventile zu verstellen und damit den Turbinenbetrieb zu steuern. Dadurch kann die Hauptregelanlage für Simulationsuntersuchungen, Systemeinstellungen, Demonstrations- und Schulungszwecke herangezogen werden.

Im einzelnen bewirkt die Betätigung eines Prüfschalters auf der Schalttafel, daß ein Prüfprogramm 1810 in Fig. 8 das Computerregelsystem in den Simulationsbetrieb umschaltet und die Turbinensteuerung auf den Handregler übergehen läßt. Das Prüfprogramm 1810 wird als Teil des Logikprogramms ausgeführt.

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Im allgemeinen werden im Simulationsbetrieb die Ausgangswerte des Reglers einem Software-Modell zugeführt und dieses Modell erzeugt seinerseits Signale, welche die Reaktion der Turbine auf die Ausgangswerte des Reglers simulieren. Im vorliegenden Fall sind die Drehzahlregelschleife und die Lastregelschleife in den Simulatorbetrieb einbezogen.

Wie Fig. 17 zeigt, wird der Drehzahlsollwert SPDSP auf eine Verzögerungsstufe im Simulator 2110 gegeben, die ihrerseits ein simuliertes Rückkopplungssignal SIMWS erzeugt. Die Übergangsfunktion erster Ordnung der Verzögerungsstufe approximiert die durch die Turbinenträgheit verzögerte Reaktion auf einen Sollwert. Die Entscheidungsstufe OPRT stellt fest, ob das Regelsystem sich im Simulatorbetrieb oder im automatischen Betrieb befindet, um zu bestimmen, ob das Istwertsignal WS der Drehzahl oder das simulierte Drehzahlsignal SIMWS auf die Stufe zur Bildung der Regelabweichung in der Drehzahlregelschleife gegeben werden soll. Das Prüfprogramm steuert also diese Entscheidungsstufe entsprechend, um das Simulatorprogramm durchzuführen oder nicht.

In der Lastregelschleife wird gemäß Fig. 18 der Lastsollwert REF2 auf eine Simulatorstufe 2110 gegeben, wo eine Verzögerungsfunktion die Reaktion der Turbine und des Generators approximiert, indem ein simuliertes Istsignal SIMMW gebildet wird. Eine Entscheidungsstufe OPRT stellt fest, ob das simulierte Istwert-

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signal SIMMW oder das wirkliche Istwertsignal MW der gemessenen Leistung in die Lastregelschleife eingegeben werden soll. Diese Entscheidungsstufe wird wieder von dem Prüfprogramm 1810 gesteuert. Auch in der Impulsdruckschleife ist eine solche Rückkopplung vom Sollwert RESPI über ein Verzögerungsglied auf eine vom Prüfprogramm gesteuerte Entscheidungsstufe OPRT gegeben. Diese stellt fest, ob der nachgebildete Istwert SIMPI oder der echte Istwert PI des Impulsdrucks zur Bildung der Regelabweichung herangezogen werden soll. Im übrigen werden die automatischen Regelsysteme für Drehzahl und Leistung unverändert für Simulationszwecke herangezogen.

Die Übergangsfunktion erster Ordnung ist aus der Regelungstechnik bekannt. Ihre Zeitkonstante T ist ein Maß für die Verzögerung, mit der eine nit Trägheit behaftete Anordnung einer Sprungfunktion folgt. Etwa 5 T nach einem Sprung des Eingangssignals hat das Ausgangssignal seinen neuen Endwert erreicht.

Um die Verzögerungsfunktion erster Ordnung in einem Computer darzustellen, muß eine numerische Approximation verwendet werden. Es sind hierfür verschiedene Algorithmen bekannt. Die Trapezregel gibt die beste Annäherung, benötigt aber viel Speicherraum. Deshalb wird im vorliegenden Falle die Rechteckregel angewandt, da ihre Genauigkeit für Simulations- und Schulungszwecke ausreicht.

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Die Übergangsfunktion wird nach folgender Formel berechnet!

ZOUT (N) = -Ϊ— ., ZOUT (N-I) + ^g₅ ...ZIN (N)

Die einzelnen Zeichen haben folgende Bedeutung:

(N) gegenwärtiger Zeitpunkt (Realzeit)

(N-I) letzter Zeitpunkt (Realzeit)

DT Äbtastintervall (normalerweise 1 Sekunde)

T Zeitkonstante der Verzögerung in see.

ZIN (N) gegenwärtiger Wert des Eingangssignals

ZOUT (N) gegenwärtiger Wert des Ausgangssignals

ZOUT (N-I) letzter Wert des Ausgangssignals*

Die verschiedenen Variablen und Parameter werden im Computer gespeichert. Der Algorithmus wird in FORTRAN-Schreibweise derart programmiert, daß er auf das Regelprogramm beschränkt bleibt.

Bei der Anwendung wird die Zeitkonstante auf die Trägheit der betreffenden Variablen im Turbinenbetrieb abgestimmt. So läßt sich das Verhalten des Turbogenerators unter verschiedenen Betriebsbedingungen mit ausreichender Genauigkeit studieren.

Hand

Um die Turbine auf /-steuerung umzuschalten, wird eine Hauptumschaltvorrichtung und eine Hilfsumschaltvorrichtung verwendet. Die Hauptumschaltvorrichtung besteht aus einer fest verdrahteten

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Stufe* die auf die Läge des Prüfprogramms anspricht, um die umschaltung zu steuern* Wenn die fest Verdrahtete Stufe aus irgendeinem Gründe ausfällt, ist der Computer so programmiert, daß er selbst die Lage des Prüfprogramms feststellt und die Umschaltung äüf Handsteuerung einleitet, wenn der Digitalregler in den Simüiätiönsbetrieb übergehen söili Diese Hilfsümsehäitüng geschieht mit Hilfe von Söftware-Logiki

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Claims

4S

■ _München, den 19. April 1973

W.582 - Dr.Hk/bgr

Westinghouse Electric Corporation
in Pittsburgh, Pa. USA

PATENTANSPRÜCHE :

.) Regelanlage für ein elektrisches Kraftwerk mit einem
Computer, der von dem Kraftwerk gelieferte Betriebsdaten empfängt und Betriebssignale für das Kraftwerk nach einem vorgegebenen Schema unter Berücksichtigung der Betriebsdaten liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer
Einrichtungen zur Simulation des Kraftwerksbetriebes durch Lieferung simulierter Betriebsdaten und Nachbildung der
Reaktion der entsprechenden Kraftwerksteile entsprechend dem vorgegebenen Schema aufweist.
2. Regelanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ' HiIfssteueranordnung für die Eingangsgrößen des Kraftwerks, während der Computer im Simulatorbetrieb arbeitet.

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3. Regelanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Simulatorbetrieb vorgegebene Istwertsignale der zu regelnden Größen auf den Eingang des Computers gegeben werden, aus denen der Computer Ventilstellsignale für einen Turbogenerator ableitet.
4. Regelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationseinrichtung aus einem Drehzahl-Sollwertsignal (SPDSP) ein simuliertes Drehzahl-Istwerts ignal (SIMWS) ableitet.
5. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationseinrichtung im Lastregelbetrieb aus einem Impulsdruck-Sollwertsignal (RESPI) unter Berücksichtigung der Turbinenreaktion ein Istwertsignal des Impulsdrucks (SIMPE) ableitet.
6. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationseinrichtung im Lastregelbetrieb aus einem Sollwert der elektrischen Leistung (REF2) unter Berücksichtigung des Verhaltens des Turbogenerators ein Istwertsignal (SIMMW) der elektrischen Leistung ableitet.
7. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationseinrichtung eine Stufe (2110) zur Nachbildung des Maschinenverhaltens gemäß einer Sprungfunktion enthält.

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