DE3541148A1 - Verfahren zur regelung einer dampfturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine eines eine Dampfturbine und einen Dampferzeuger aufweisenden Kraftwerksblocks, wobei ein Blocksollwert einerseits dem Dampferzeuger zugeführt und andererseits nach Durchlaufen einer Sollwertführungseinrichtung und nach Durchlaufen des Turbinenleistungsreglers auf die Frischdampfeinlaßventileinrichtung der Dampfturbine wirkt.

Bekannt ist ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine, wobei die Sollleistungsänderung direkt dem Turbinenregler aufgeschaltet und gleichzeitig die - mit einem bestimmten Faktor bewertete - Regeldifferenz des Dampferzeugers auf die Leistungsregelung zurückgeführt wird.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden über modellmäßige Nachbildungen der Regelstrecke "Dampferzeuger" Ein- und Ausspeichervorgänge des Dampferzeugers veranlaßt.

Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, daß die Stellgrößenänderung des Turbinenreglers über eine sich auf- oder abbauende Leistungsregeldifferenz erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Turbinenleistungsregler von bestimmten vorhersagbaren Stellgrößenänderungen entlastet ist, damit der Leistungsregler besser auf Störverhalten optimiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Frischdampfeinlaßventileinrichtung mittels eines Korrektursignals vorgesteuert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt voraus, daß der dem Turbinenleistungsregler zugeführte Leistungssollwert derjenigen Leistung entspricht, die sich einstellen würde, wenn Ein- und Ausspeichervorgänge des Dampferzeugers nur mit der dem Dampferzeuger innewohnenden Dynamik ablaufen würden, d. h. wenn keine zusätzlichen, raschen Laständerungen gefordert würden. - Um trotzdem rasch und gezielt die Turbinenleistung verändern zu können, wird - gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens - das Korrektursignal aus der Differenz aus Blocksollwert und Leistungssollwert der Dampfturbine gebildet. - Diese Differenz entspricht derjenigen Leistungsänderung, die im Moment von der Dampfturbine ohne Ventilstellungsänderung noch nicht erbracht werden kann, da der Ladezustand des Dampferzeugers dieser Leistung nicht entspricht.

Begrenzt man die aus der Differenz aus Blocksollwert und Leistungssollwert der Dampfturbine gebildete Leistungsabweichung auf eine allzu nachhaltige Druckstörung im Dampferzeuger vermeidende Werte und dividiert man diese Größe durch den zugehörigen Dampfdruck des Dampferzeugers und addiert man diese Korrekturgröße zur Stellgröße des Leistungsreglers, so kann bei Laständerungen des Blocks das Speichervermögen des Dampferzeugers gezielt in Anspruch genommen werden, wobei die Korrekturgröße dann wieder zu Null wird, wenn der Dampferzeuger seinen neuen stationären Ladezustand erreicht hat, und damit der Leistungssollwert der Turbine dem Blocksollwert entspricht.

Um bei raschen Ein- und Ausspeichervorgängen die eigentliche Stellgröße des Leistungsreglers nicht zu verändern, muß die Regeldifferenz des Turbinenleistungsreglers möglichst auf "Null" gehalten werden. - Hierzu wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung über eine modellmäßige Nachbildung des "Speicherverhaltens des Dampferzeugers" aus der Ventilstellungsänderung zunächst eine Druckänderung errechnet, sodann ein der Stellungsänderung entsprechendes Dampfmengenänderungssignal dadurch errechnet, daß jeweils die Ventilstellungsänderung mit dem Druck- sowie die Druckänderung mit der Ventilstellung multipliziert werden, und die aus diesen Leistungswerten resultierenden Dampfmengen summiert werden, daß sodann das Dampfmengeänderungssignal eine modellmäßige Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" durchläuft, wodurch eine der Ventilstellungsänderung entsprechende Leistungsänderung errechnet wird, und daß schließlich das Leistungsänderungssignal zur Korrektur der Leistungsregeldifferenz am Sollwert-Istwert-Vergleicher verwendet wird. - Das solcherart weitergebildete erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vorteilhaft insbesondere dadurch aus, daß rasche Leistungsänderungen nicht über den Turbinenleistungsregler ausgeregelt werden müssen, und folglich der Leistungsregler entsprechend empfindlicher eingestellt werden kann. Außerdem kehren die Turbineneinlaßventile ohne Über- und Unterschwingungen in ihre Sollstellung zurück, sobald die Dampferzeugerleistung der Turbinenleistung entspricht. Durch geeignete Begrenzung der aus Blocksollwert und Turbinenleistungssollwert gebildeten Differenz wird selbstverständlich die Korrekturgröße so gewählt, daß eine vorgegebene Druckabweichung vom Solldruck nicht überschritten wird.

Soll bei programmgemäßen Laständerungen das Speichervermögen des Dampferzeugers nicht in Anspruch genommen werden, so wird - in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfingung - der Grundsollwert Blockleistung über eine modellmäßige Nachbildung der Regelstrecke "Dampferzeuger" und eine modellmäßige Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" geführt, ehe dem so gewonnenen Solleistungswert das Frequenzeinflußsignal addiert und davon das Leistungssollwertsignal der Turbine subtrahiert werden. Benutzt man diese Größe nach Durchlaufen der Begrenzereinrichtung und nach Division durch den Dampfdruck des Dampferzeugers zur Vorsteuerung der Turbineneinlaßventile, so ändern sich die aus dem Grundsollwert über Dampferzeuger und Turbinenmodelle errechnete Solleistung und die Turbinensolleistung gleichzeitig und die gebildete Differenz bleibt nahezu Null. Nur bei Frequenzänderungen wird eine Abweichung erzeugt, welche das Speichervermögen des Dampferzeugers in Anspruch nimmt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 den Schaltplan der erfindungsgemäßen Grundregelung, und

Fig. 2 bis 4 modifizierte Schaltpläne der erfindungsgemäßen Regelung.

Der Kraftwerksblock besteht im wesentlichen aus dem Dampferzeuger 1, der Dampfturbine 2 und dem Generator 3. Der im Dampferzeuger 1 erzeugte Dampf wird über die Einlaßventile 4 der Dampfturbine 2 zugeführt.

Die im Generator 3 abgegebene elektrische Leistung P _eli wird in einem Sollwert-Istwert-Vergleicher 5 mit einem Leistungssollwert P _els verglichen, der dem Ausgangssignal eines Sollwertführungsgliedes 6 bekannter konstruktiver Ausbildung entspricht. Die Differenz zwischen dem Leistungssollwert P _els und dem Leistungsistwert P _eli wird über eine Signalleitung 7 dem Eingang des Turbinenleistungsreglers 8 - im allgemeinen mit PI-Verhalten - zugeführt. Der Ausgang des Turbinenleistungsreglers 8 ist über eine Signalleitung 9 mit einem der Positiveingänge eines Summiergliedes 10 verbunden. Dem Summierglied 10 wird über einen weiteren Positiveingang ein Korrektursignal P _K zugeführt, dessen Gewinnung später noch eingehend erläutert wird. Das Ausgangssignal des Summierglieds 10 betätigt in der bekannten Weise als Stellsignal Y _T die Stelleinrichtung 11 der Turbineneinlaßventile 4.

Das Korrektursignal P _K ist über die Leitung 12 mit dem Ausgang eines Dividiergliedes 13 verbunden, in dem der Quotient von gebildet wird, der gemäß der für die Dampfturbine gültigen Gleichung dem Sollwert der Ventilstellungsänderung der Turbineneinlaßventile 4 entspricht. Der eine Eingang des Dividierglieds 13 ist über eine Signalleitung 15 mit dem Ausgang einer die Differenz aus Blocksollwert und Leistungssollwert auf eine maximal zulässige Leistungsabweichung begrenzenden Begrenzereinrichtung 16 an sich bekannten Aufbaus verbunden, deren Eingang über die Signalleitung 17 mit einer Subtrahierstelle 18 verbunden ist, in der die Differenz aus Blocksollwert P _Bs und Leistungssollwert P _els der Turbine gebildet wird. Der Negativeingang der Subtrahierstelle 18 ist über eine Signalleitung 19 mit der den Ausgang des Sollwertführungsglieds 6 mit dem Eingang des Sollwert-Istwert-Vergleichers 5 verbindenden Signalleitung 20 verbunden. Der Einggang des Sollwertführungsglieds 6 ist über eine Signalleitung 21 mit dem Ausgang des Summiergliedes 22 verbunden, an dessen an dessen beide Positiveingänge das Grundsollwertsignal für die Blockleistung, das von einem Sollwerteinsteller 24 geliefert wird, und ein Frequenzeinflußsignal, das in einem nicht weiter dargestellten Rechner aus der Frequenzabweichung des elektrischen Netzes von einem vorzugebenden Sollwert errechnet wird, geschaltet sind.

Der Postitiveingang der Subtrahierstelle 18 ist über eine Signalleitung 23 mit dem Ausgang des Summierglieds 22 verbunden.

Das Blocksollwertsignal P _Bs ist über die Leitung 13 dem Eingang eines in die Energiezufuhr für den Dampferzeuger eingreifenden Stellglieds 31 zugeführt.

Das Dividierglied 13 könnte unter Umständen auch, was nicht weiter gezeichnet ist, entfallen, wobei das der Summierstelle 10 aufgeschaltete Korrektursignal dann der Differenz aus Blocksollwertsignal (= Summe von Grundsollwertsignal Blockleistung und Frequenzeinflußsignal) und Leistungssollwertsignal der Turbine entspricht.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist das Korrekturgrößensignal P _K noch zusätzlich über die Signalleitung 25 dem Eingang einer Einrichtung 26 zugeführt, in der mit Hilfe je einer modellmäßigen, insbesondere elektrischen, Nachbildung des "Speicherverhaltens des Dampferzeugers" und der Regelstrecke "Dampfturbine" eine der Korrekturgröße, und damit der Änderung der Einlaßventilstellung, entsprechende Leistungsänderung P _K errechnet (gebildet) wird. Der Ausgang dieser Einrichtung 26 ist über die Signalleitung 27 mit einem weiteren Positiveingang des Sollwert- Istwert-Vergleichers 5 verbunden. In der Einrichtung 26 wird zunächst im Block 26 a aus der Turbineneinlaßventilstellungsänderung - gemäß der für die Dampfturbine gültigen Gleichung elektrische Leistung = Dampfdruck × Ventilöffnung - eine Druckänderung errechnet. Sodann wird im Block 26 a aus Ventilstellungsänderung und Druckänderung eine der Ventilstellungsänderung entsprechende Dampfmengenänderung errechnet. Das entsprechende Dampfmengenänderungssignal wird dann dem Eingang des Blocks 26 b zugeführt, in dem eine der Ventilstellungsänderung entsprechende Leistungsänderung erzeugt wird. - Im übrigen ist die Schaltung die gleiche wie in Fig. 1 dargestellt.

Die in Fig. 3 dargestellte Regelung unterscheidet sich von der Schaltung gemäß Fig. 1 dadurch, daß der Grundsollwert für die Blockleistung noch dem Eingang einer Einrichtung 28 zugeführt wird, in der mit Hilfe einer modellmäßigen Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" und der Regelstrecke "Dampferzeuger" ein modifizierter Leistungssollwert gebildet wird; der Ausgang der Einrichtung 28 ist über die Signalleitung 29 mit einem Positiveingang der Summier-Subtrahier-Stelle 18′ verbunden. An einem weiteren Positiveingang der Summier-Subtrahier- Stelle 18′ ist das Frequenzeinflußsignal f geschaltet; der Negativeingang der Stelle 18′ ist - wie vorher - über die Leitung 19 von dem Leistungssollwert P _{el s} beaufschlagt.

Fig. 4 stellt die gemeinsame Anwendung der Modifikationen gemäß den Fig. 2 und 3 bei einem Schaltplan gemäß Fig. 1 dar.

Die modellmäßige Nachbildung des Dampferzeugers besteht aus einem Übertragungsglied höherer Ordnung zur Darstellung der virtuellen Dampferzeugung und aus einem integrierenden Glied zur Nachbildung des Dampfspeicherverhaltens aufgrund der Dampfmassenstrombilanz. - Das Speicherverhalten des Dampferzeugers wird mit einer Einrichtung nachgebildet, in der die Dampfmengenänderung aufgrund des Korrektursignals P _K durch eine differenzielle Massenstrombilanz am Hochdruck-Dampfspeicher ermittelt wird.

Zur modellmäßigen Nachbildung der Dampfturbine dient eine Einrichtung, in der die Leistungsanteile der Teilturbinen unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Leistungsverzögerungen zur Turbinenleistung aufaddiert werden, wobei die Leistungsanteile aus der Turbinendampfmenge, die aus Frischdampfdruck und Regelventilstellung ermittelt wird, errechnet werden.

Die Wirkungsweise sei im folgenden anhand des Beispiels gemäß Fig. 2 kurz erläutert:

Eine Erhöhung des Blocksollwertes bewirkt langsames Ansteigen der Dampferzeugerleistung. Die Sollwertführungseinrichtung führt den Turbinen-Leistungssollwert der Dampferzeugerleistung nach. Ohne Korrekturgröße bleiben die Turbinenleistungsrelger- Ausgangsgröße und die Stellung der Turbineneinlaßventile nahezu konstant. Die Korrekturgröße aus der Differenz von Blocksollwert- und Turbinenleistungssollwert wird zur Ausgangsgröße des Turbinenleistungsreglers addiert und bewirkt die Öffnung der Regelventile. Die Turbinenleistung steigt an.

Die daraus resultierende Änderung der Regeldifferenz am Turbinenleistungsregler wird durch Subtraktion der in den Modellen "Dampfspeicher" und "Dampfturbine" berechneten Leistungsänderung aus der Korrekturgröße am Sollwert-Istwertvergleicher des Turbinenleistungsreglers kompensiert, so daß der Leistungsreglerausgang unverändert bleibt. Mit ansteigender Dampferzeugerleistung nimmt die Sollwertdifferenz, und damit auch die Korrekturgröße, ab. Dadurch schließen die Turbinenregelventile in dem Maße, wie die Dampferzeugerleistung steigt. Wenn der Dampferzeuger den neuen Leistungsollwert erreicht hat, wird die Korrekturgröße zu Null, und die stationär geforderte Ventilstellung wird wieder eingehalten.

Die erfindungsgemäßen Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3 sind bei Regelungen anwendbar, bei denen der Turbinen- Leistungssollwert P _{el s} eine Dynamik aufweist, welche der Dampferzeugerdynamik entspricht. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß der Leistungssollwert der Turbine mit Hilfe einer besonderen Sollwertführungseinrichtung erzeugt wird, wie sie in unserer älteren deutschen Patentanmeldung P 35 00 482.7 beschrieben und zeichnerisch dargestellt ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine eines eine Dampfturbine und einen Dampferzeuger aufweisenden Kraftwerksblocks, wobei ein Blocksollwert einerseits dem Dampferzeuger zugeführt und andererseits nach Durchlaufen einer Sollwertführungseinrichtung und nach Durchlaufen des Turbinenleistungsreglers auf die Frischdampfeinlaßventileinrichtung der Dampfturbine wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischdampfeinlaßventileinrichtung mittels eines Korrektursignals vorgesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal aus der Differenz aus Blocksollwert und Leistungssollwert der Dampfturbine gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal aus der Summe von positivem Frequenzeinflußsignal, von negativem Turbinen-Leistungssollwertsignal und von modifiziertem Grundsollwertsignal gebildet wird, wobei das modifizierte Grundsollwertsignal mit Hilfe eines Blocks, bestehend aus einer modellmäßigen Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" und einer modellmäßigen Nachbildung der Regelstrecke "Dampferzeuger", gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal nach Durchlaufen einer Begrenzereinrichtung durch den Dampfdruck des Dampferzeugers dividiert wird, bevor es dem Ausgangssignal des Turbinenreglers aufaddiert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Korrektursignal mit Hilfe einer modellmäßigen Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" und einer modellmäßigen Nachbildung des Speicherverhaltens des Dampferzeugers eine dem Korrektursignal entsprechende Leistungsänderung errechnet und einem Positiveingang des Sollwert-Istwert-Vergleiches des Turbinen-Leistungsreglers zugeführt wird.