DE2320256A1 - Verfahren zum steuern eines turbogenerators - Google Patents

Verfahren zum steuern eines turbogenerators

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DE2320256A1
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Robert Uram
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Westinghouse Electric Corp
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Description

5 G. WdahdöSeil München, den
München QSt W.58i-Dr.Hk/rie
trae« 40
Tetaeelae 2320256
WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION
Pittsburgh. Pa. / USA
Verfahren zum Steuern eines Turbogenerators
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Turbogenerators durch Bildung von Stellsignalen für die Dampfventile der Turbine entsprechend einem Bezugssignal, das in einem Digitalrechner aus einer Mehrzahl von Regelschleifen gebildet wird.
Durch die Steuerung des DampfZuflusses soll eine Regelung der Drehzahl oder der abgegebenen Leistung erzielt werden. Eine allzu rasche Änderung des Dampfstromes muß aber vermieden werden, da diese zu übermäßigen thermischen bzw. mechanischen Belastungen der Metallteile der Turbine und des mit ihr verbundenen elektrischen Generators führen würde.
In einem modernen Kraftwerk kann bei Handsteuerung der Operator beim Anfahren der Turbine durch entsprechende Schalttafelbetätigungen ein bestimmtes Beschleunigungsprogramm durchführen, bis die Istdrehzahl der Turbine mit der Solldrehzahl im Synchronbetrieb übereinstimmt. Entsprechend wird bei der Last-
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aufschaltung verfahren. Im allgemeinen wird beim Anfahren die Beschleunigung durch Drosselventile gesteuert, bis ein bestimmter Bruchteil der Synchrondrehzahl erreicht ist, woraufhin die weitere Drehzahländerung allein durch die Steuerventile am Dampfeinlaß in die Hochdruckstufe der Turbine gesteuert wird. Wenn während des Anfahrens oder einer isolierten Lastaufschaltung die Steuerventile eine feste Stellung aufweisen, kann die Turbinendrehzahl mit einem leichten Druckanstieg oder -abfall schwanken. Wenn nach der Synchronisierung eine Systemlast an dem von der Turbine getriebenen Generator hängt, kann der Lastanteil am Verbundnetz entsprechend der Gesamtbelastung schwanken. Es ist infolgedessen erforderlich, die Stellung der Steuerventile ständig so zu ändern, daß die gewünschte Turbinendrehzahl bzw. Belastung eingehalten wird. Die Verstellung der Steuerventile darf aber aus den oben genannten Gründen nicht zu rasch vor sich gehen.
Wenn im Normalbetrieb der Hauptschalter geschlossen und damit der Generator belastet ist, muß der Lastanteil der Turbine unabhängig von Schwankungen der elektrischen Belastung oder des Impulsdampfdrucks konstant gehalten werden. Dies wird automatisch bewirkt, und zwar mittels einer Regelschleife, welche die Stellung der Steuerventile in Abhängigkeit von der gemessenen Netzbelastung verstellt, und mittels einer Regelschleife, welche die Stellung der Steuerventile entsprechend dem gemessenen Turbinenimpulsdruok verstellt; letzterer ist proportional zur Turbinenlast bei konstantem Dampfdruck. Ferner werden die Drosselventile so geregelt, daß sie die Turbine auf einer gewünschten Drehzahl halten. Dies geschieht mittels einer Regel-
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schleife, die auf die jeweilige Istdrehzahl der Turbine anspricht,
Unter verschiedenen Betriebsbedingungen wird die Stellung der Steuerventile durch einen oder mehrere der erwähnten Regelkreise beeinflußt. Alle diese Regelkreise können automatisch oder von Hand nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden. Wegen der verschiedenen physikalischen Meßgrößen, die in den verschiedenen Regelschleifen verwendet werden, ist es aber möglich, daß beim Übergang von einer Kombination zur anderen oder beim Übergang von Handsteuerung auf automatische Regelung usw. die Stellung der Steuerventile sofort nach dem Übergang einen anderen Wert haben soll. Wenn dies der Fall wäre, würde sich die Ventilstellung plötzlich ändern und so zu einer plötzlichen Änderung der Betriebsbedingungen der Turbine führen, wodurch die Turbine in gefährlicher Weise beschädigt werden könnte. Eine solche Änderung wird im allgemeinen als Stoß bezeichnet. Die Größe des Stoßes und diejenige des schädlichen Einflusses auf die Turbine hängen davon ab, wie stark die Umschaltung des oder der Regelkreise eine Änderung der Ventilsteilung gefordert hat.
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Übergang von einem Regelkreis auf den anderen bzw. die Zu- oder Abschaltung einer Regelschleife in stoßfreier Weise durchzuführen. Durch die Vorausberechnung des voraussichtlichen Sollwertes nach dem Umschalten werden die Steuerventile ggfs. rechtzeitig in Bewegung gesetzt, so daß eine plötzliche Änderung der Ventilstellung durch die Umschaltung vermieden wird. ^
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■ h " 232025Θ
Beispielsweise werden die Steuerventile durch einen Bezugswert eingestellt. Dieser wird von verschiedenen Regelschleifen beeinflußt, nämlich:
a)eine Drehzahlregelschleife, welche die Steuerventile zwecks Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Drehzahl steuert; b)eine Impulsdruckregelschleife, welche die Steuerventile zwecks Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Impulsdampfdrucks im Turbinenbetrieb steuert;
c)eine Leistungs-Vorwärtsregelschleife, welche die Steuerventile zwecks Turbinenbetriebs bei einer vorgegebenen elektrischen Last steuert;
d)eine Leistungsanpassungs-Regelschleife, welche den Vorwärtsregler derart-beeinflußt, daß die jeweils gewünschte elektrische Leistung tatsächlich produziert wird;
e)eine Druckregelschleife zum Ausgleich von Nichtlinearitäten in der Ventilbetätigung.
Alle Umschaltungen und Übergänge zwischen den verschiedenen Regelmöglichkeiten geschehen erfindungsgemäß stoßfrei durch Berechnung eines neuen Wertes für das Turbinenbezugssignal vor dem Ein- oder Ausschalten einer neuen Regelschleife.
Vor dem Schließen des Hauptschalters, der den Generator mit einer Last verbindet, werden die Steuerventile normalerweise nur entsprechend dem Ausgang der Drehzahlregelschleife verstellt. Diese Regelschleife kann zwischen Digital- und Analogsteuerung umgeschaltet werden, d.h. es können verschiedene Unterprogramme innerhalb der Drehzahlregelschleife verwendet werden. Vor einer Umschaltung wird ein neuer Turbinenbezugswert berechnet, in-dem
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der Drehzahl-Rückkopplungsfaktor für das Digitalsignal, der Drehzahl-Rückkopplungsfaktor für das Analogsignal und das vorherige Turbinen-Bezugssignal algebraisch addiert werden. Sollten das digitale und das analoge Drehzahlsignal gleichzeitig ausfallen, kann die Drehzahlschleife abgeschaltet werden, indem ein neuer Bezugswert durch Addition des bisherigen Turbinen-Bezugswertes und des Ausgangswertes der Drehzahlregelschleife berechnet wird.
Wenn der Hauptschalter geschlossen wird, wird die Turbinensteuerung auf die Vorwärts-Lastregelschleife umgeschaltet, indem aus der einer gegenwärtigen Drehzahl entsprechenden Stellung der Steuerventile eine äquivalente Last berechnet wird und der neue Turbinen-Bezugswert wird als Produkt folgender Größen berechnet: a) die der gegenwärtigen Drehzahl entsprechende Steuerventilstellung; b)das Maßstabverhältnis zwischen Leistung und Dampfdruck, sowie absoluter und relativer Ventilstellung; c) das Verhältnis der Arbeitspunkte auf einer Ventilkennlinie für Drehzahl und Stellung; d) das Haßstabverhältnis. Um eine Motorwirkung des Generators zu verhindern, wird zu dem äquivalenten Lastbezugswert ein anfänglicher Korrekturwert addiert.
Arbeitet die Turbine unter Vorwärtsregelung, d.h. Steuerung der Last, so wird eine Leistungsregelschleife eingeschaltet, indem ein PI-Regler bei Aufrechterhaltung der konstanten Ventilstellung in die Regelschleife eingeführt wird. Dies geschieht dadurch, daß ein neuer Integrationswert für den Lei-
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stungsintegrator gebildet wird, indem die vorherige Stellung des Dampfventils durch die gegenwärtige, der Leistung analoge Eingangsgröße des Integrators dividiert wird und indem ein neuer Wert für das Turbinenbezugssignal durch Subtraktion der Drehzahlregelgröße von dem Eingangswert des Integrators berechnet und der letzte Eingangswert des Integrators auf O gesetzt wird.
¥enn die Leistungsregelschleife ausgeschaltet werden soll, muß die Ventilsteilung konstant laleiben. Dies geschieht durch Berechnung eines neuen Turbinenbezugswertes, der gleich der Sollstellung des Dampfventils für eingeschaltete Regelschleife, vermindert um die Ausgangsgröße der Drehzahlregelschleife ist.
Die Impulsdruckschleife kann ein- oder ausgeschaltet werden, wenn die Leistungsregelschleife in oder außer Betrieb ist.
Wird die Impulsdruckregelschleife eingeschaltet, während die Leistungsregelschleife im Betrieb ist, so wird ein neuer Wert für den Impulsintegrator berechnet, der gleich dem Einstellsignal für das Dampfventil in.Druckwerten ist, der letzte Wert des Impulsdruckintegrators wird auf O gesetzt und es wird ein neuer Wert für den Leistungsintegrator berechnet. Der neue Wert ist gleich dem gegenwärtigen Impulsdrucksignal unmittelbar vor dem Einschalten der Regelschleife, dividiert durch den Maßstabfaktor für den Übergang von Leistungseinheiten auf Druckeinheiten, vermehrt um den unter Berücksichtigung der Turbinendrehzahl errechneten Lastbezugswert. Die Impulsdruckregelschleife wird eingeschaltet, wenn die Leistungs-
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regelsclieif e außer Betrieb ist, indem ein neuer Wert für den Impulsdruckintegrator berechnet wird, der gleich der in Druckeinheiten ausgedrückten Stellung des Dampfventils ist, der letzte Eingangswert des Impulsdruckintegrators auf O gesetzt und ein neuer Turbinenbezugswert berechnet wird, der gleich dem Verhältnis des gegenwärtigen Impulsdrucks unmittelbar vor dem Einschalten der Regelschleife und des Maßstabfaktors für den Übergang von Leistungseinheiten auf Druckeinheiten, vermindert um das Ausgangssignal der Drehzahlregelschleife ist.
Die Impulsdruckregelschleife wird bei eingeschalteter Leistungsregelschleife ausgeschaltet, indem ein neuer Wert für den Leistungsintegrator berechnet wird, der gleich dem gegenwärtigen Impulsdruck unmittelbar vor dem Abschalten der Regelschleife, dividiert durch das Produkt des Maßstabfaktors für den Übergang von Leistungswerten auf Druckwerte und des Lastbezugswertes unter Berücksichtigung der Turbinendrehzahl ist. Um diese Impulsdruck-Regelschleife bei abgeschalteter Leistungsregelschleife auszuschalten, wird ein neuer Turbinenbezugswert berechnet, der gleich dem Verhältnis des in Druckwerten ausgedrückten Ventileinstellsignals für eingeschaltete Regelschleife und des Maßstabfaktors für die Umwandlung von Leistungseinheiten in Druckeinheiten, vermindert um das Ausgangssignal der Drehzahlregelschleife ist.
3 0 9 8 4 S / CK 0 1

Claims (1)

  1. München, den lÄ W.581-Dr.Hk/rie
    Westinghouse Electric Corporation
    Pittsburgh. Pa. / USA
    Paten ta nsprüche
    1. Verfahren zum Regeln eines Turbogenerators durch Bildung von Stellsignalen für die Dampfventile der Turbine entsprechend einem Bezugssignal, das in einem Digitalrechner aus den Eingangswerten einer Mehrzahl von Regelschleifen gebildet wird, die selektiv zur Bildung des Bezugssignals herangezogen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ein- oder Ausschalten einer Regelschleife ein Bezugswert berechnet wird, der gleich dem Wert des Bezugssignals nach dem Umschalten ist, und daß der berechnete Wert während des Umschaltens als Bezugssignal benutzt wird, um so eine plötzliche Änderung der Ventilstellung durch die Regelschleifenumsehaltung zu verhindern.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der , Eingangswert einer ersten Regelschleife ein der Turbinendrehzahl entsprechendes Analogsignal und der Eingangswert einer zweiten Regelschleife ein der Turbinendrehzahl entsprechendes Digitalsignal ist und daß das Bezugssignal
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    ein Digitalsignal ist.
    3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem elektrischen Generator, einer Dampfturbine für den Antrieb desselben, einem Dampfeinlaßventil für die Turbine, Meßgliedern für die Turbinendrehzahl, die Generatorleistung und den Dampfdruck am Dampfeinlaß der Turbine, einem Digitalrechner zur Bildung eines Turbinenbezugssignals für die Stellung des Dampfventils, digitalen Regelschleifen für die Steuerung des Bezugssignals durch von der Turbinendrehzahl, der elektrischen Ausgangsleistung und dem Einlaßdampfdruck abhängige Signale und einer Schaltvorrichtung zur selektiven Ein- und Ausschaltung der verschiedenen Regelkreise,gekennzeichnet durch einen Digitalrechner, der vor einer Umschaltung ein Turbinenbezugssignal berechnet, dessen Wert gleich dem Turbinen-Bezugssignal nach der Umschaltung ist, so daß die Ventilstellung während der Umschaltung konstant bleibt.
    k. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalrechner vor dem Einschalten der Leistungsregelschleife einen Digitalwert für das Bezugssignal berechnet, der der Formel REFDMD = MW-X entspricht, wobei REFDMD das neue Turbinenbezugssignal^ MW das gegenwärtige Istsignal des Leistungsmeßgliedes und X die Regelabweichung am Ausgang der Drehzahlregelschleife ist.
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    5· Einrichtung nach Anspruch kt dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelschleife einen Leistungsintegrator enthält und einen Integratorwert berechnet, der dem Verhältnis eines der Ventilstellung entsprechenden Signalwertes und des vom Leistungsmeßglied gelieferten Analogwertes entspricht.
    6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten der Leistungsregelschleife der Leistungsintegrator auf 0 zurückgestellt wird.
    7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalrechner beim Ausschalten der Leistüngsregelschleife ein digitales Bezugssignal berechnet, das der Formel REFDMD = REF - X entspricht, wobei REFDMD das neue Turbinenbezugssignal, REF der Wert des Ventileinstellsignals bei eingeschalteter Leistungsregelschleife
    und X die Regelabweichung in der Drehzahlregelschleife ist.
    8. Einrichtung nach Anspruch 3 mit Integratoren in der Leistungsregelschleife und der Dampfdruckregelschleife, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalrechner beim Einschalten der Dampfdruckregelschleife, während die Leistungsregelschleife in Betrieb ist, einen neuen Wert für den
    Impulsdruckintegrator bildet, der gleich einem Einstellwert des Dampfventils ist, daß der letzte Wert des Impulsdruckgenerators auf 0 zurückgestellt wird und daß ein
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    neuer Wert für den Leistungsintegrator gebildet wird, der gleich dem Verhältnis des vom Leistungsmeßglied gelieferten Signals und des Produkts des Umwandlungsfaktors von digitalen Leistungswerten in digitale Druckwerte und des Ventileinstellsignals für die Leistungsregelschleife ist.
    9. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalrechner beim Ausschalten der Impulsdruckregelschleife, während die Leistungsregeiachleife in Betrieb ist und einen Integrator enthält, ein Signal bildet, das einen neuen Wert des Integrators darstellt und gleich dem Verhältnis der Leistungsregelabweichung unmittelbar vor dem Ausschalten der Regelschleife und des Produkts eines Maßstabfaktors zum Übergang von Leistung auf Druck und des durch die Drehzahlregelschleife beeinflußten Bezugssignals ist.
    10. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenanlage vor dem Einschalten der Impulsdruckregelschleife bei ausgeschalteter Leistungsregelschleife ein digitales Bezugssignal bildet, das gleich dem Verhältnis des gegenwärtigen Einlaßdruckwertes und einer Umwandlungskonstante von Leistungseinheiten in Druckeinheiten, vermindert um die Regelabweichung der Drehzahlregelschleife ist.
    11. Einrichtung nach Anspruch 1o mit einem Integrator in der DampfdruckregeIschieife, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenanlage ein neues vom Impulsdruck abhängiges Ventil-
    309846/0401
    Steilungssignal bildet, das gleich, einem dem %stellwert des Ventils entsprechenden Signal ist, und das letzte Eingangssignal des Integrators auf O zurückstellt.
    12. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenanlage vor dem Ausschalten der Dampfdruckregelschleife bei ausgeschalteter Leistungsregelschleife ein Bezugssignal bildet, das gleich dem Verhältnis eines der Ventileinstellung entsprechenden Signals und einer Umwandlungskonstante von Leistungswerten in Einlaßdruckwerte, vermindert um die Regelabweichung der Drehzahlregelschleife ist.
    13· Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12 mit einem Hauptschalter für die Verbindung des Generators mit einer Last, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenanlage bei Betätigung des Hauptschalters die Abhängigkeit des Turbinenbezugssignals von der Drehzahlregelschleife auf die Dampfdruckregelschleife übergehen läßt und ein neues Bezugssignal bildet, das gleich dem von der Drehzahlregelschleife gesteuerten Bezugssignal nach folgender Formel ist: REFDMD - 2M . "SP(2); . GR^ . p„ REFDMD - GR3 pos(2) GR8 SPD
    wobei REFDMD das neue Bezugssignal, GR4 ein Umwandlungsfaktor von absoluten in relative Ventilstellungen, GR3 ein Umwandlungsfaktor von Leistungswerten in Druckwerte, SP(2) und POS(2) Punkte auf einer Kennlinie, GR7 und GR8 Maßstabfaktoren und SPD die Ventilstellung vor der Umschaltung bedeuten. - 6 -
    309846/0401
    Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13» gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer digitalen Regelabweichung in der Drehzahlregelsclileif e, die gleich O ist, wenn das Turbinenbezugssignal von der Dampfdruckregelschleife gesteuert wird und die Drehzahlregelschleife nicht mehr auf das Drehzahlsignal ansprechen soll.
    309846/<H01
DE2320256A 1972-04-24 1973-04-19 Verfahren zum steuern eines turbogenerators Withdrawn DE2320256A1 (de)

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