DE3541148C3 - Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 und des Patentanspruches 2.

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 (US-PS 35 45 207).

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden über modellmäßige Nachbildungen der Regelstrecke "Dampferzeuger" Ein- und Aus­ speichervorgänge des Dampferzeugers veranlaßt (EP 01 08 928).

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff so weiterzubilden, daß der Turbinenleistungs­ regler bei Solleistungsänderungen von vorhersagbaren Stellgrößenänderungen, welche durch die Differenz zwischen Blocksollwert und momentaner Leistung des Dampferzeugers verursacht werden, entlastet wird und die Turbinenleistung trotzdem rasch und gezielt verändert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungs­ gemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 ge­ löst.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt voraus, daß der dem Tur­ binenleistungsregler zugeführte Leistungssollwert derjenigen Leistung entspricht, die sich einstellen würde, wenn Ein- und Ausspeichervorgänge des Dampferzeugers nur mit der dem Dampf­ erzeuger innewohnenden Dynamik ablaufen würden, d. h. keine zusätzlichen, raschen Laständerungen gefordert würden. Unter dem Begriff "innewohnende Dynamik" wird das Übergangsverhalten (DIN 19 226 Abs. 5.2) des Dampferzeugers bei Stellgrößenänderungen verstanden. Wesentliche Eingangssignale sind die Stellglieder für Brennstoff-, Luft- und Wassermengenströme. Die Öffnung der Regelventile ist in diesem Zusammenhang als Störgröße anzusehen.

Dies wird z. B. mittels einer Einrichtung nach Anmeldung P 35 00 482 erreicht.

Um trotzdem rasch und gezielt die Turbinenleistung verändern zu können, wird - gemäß einer ersten Ausbildung 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 Lei­ stungssollwert der Dampfturbine gebildete Leistungsabweichung auf eine allzu nachhaltige Druckstörung im Dampferzeuger vermeidende Werte und dividiert man diese Größe durch den zugehörigen Dampf­ druck 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 "Speicherver­ haltens des Dampferzeugers" aus der Ventilstellungsänderung zunächst eine Druckänderung errechnet, sodann ein der Stellungs­ änderung 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 Dampf­ mengen summiert werden, daß sodann das Dampfmengenänderungssignal eine modellmäßige Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" durchläuft, wodurch eine der Ventilstellungsänderung ent­ sprechende Leistungsänderung errechnet wird, und daß schließlich das Leistungsänderungssignal zur Korrektur der Leistungsregel­ differenz 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 unempfindlicher eingestellt werden kann.

Außerdem kehren die Turbineneinlaßventile ohne Über- oder Unter­ schwingungen in ihre Sollstellung zurück, sobald die Dampfer­ zeugerleistung 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 der zweiten Ausführung der Erfindung - der Grund­ sollwert 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 Grundsoll­ wert über Dampferzeuger- und Turbinenmodelle errechnete Solleistung und die Turbinensolleistung gleichzeitig und die gebil­ dete 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 schema­ tisch 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 vom Generator 3 abgegebene elektrische Leistung P_{el i} wird in einem Sollwert-Istwert-Vergleicher 5 mit einem Leistungssollwert P_{el s} verglichen, der dem Ausgangssignal eines Sollwertführungs­ gliedes 6 bekannter konstruktiver Ausbildung entspricht.

Die Differenz zwischen dem Leistungssollwert P_{el s} und dem Leistungsistwert P_{el i} wird über eine erste Signalleitung 7 dem Eingang des Turbinenleistungsreglers 8 - im allgemeinen mit PI-Verhalten - zugeführt. Der Ausgang des Turbinenleistungs­ reglers 8 ist über eine zweite Signalleitung 9 mit einem der Positiveingänge eines ersten Summiergliedes 10 verbunden. Dem ersten Summierglied 10 wird über einen weiteren Positiveingang ein Korrektursignal P_K zugeführt, dessen Gewinnung später noch eingehend erläutert wird. Das Ausgangssignal des ersten Summier­ gliedes 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 Turbineneinlaß­ ventile 4 entspricht. Der eine Eingang des Dividierglieds 13 ist über eine dritte Signalleitung 15 mit dem Ausgang einer die Differenz aus Blocksollwert und Leistungssollwert auf eine maximal zulässige Leistungsabweichung begrenzenden Begrenzer­ einrichtung 16 an sich bekannten Aufbaus verbunden, deren Eingang über eine vierte Signalleitung 17 mit einer Subtrahierstelle 18 verbunden ist, in der die Differenz aus Blocksollwert P_Bs und Leistungssollwert P_{el s} der Turbine gebildet wird. Der Negativeingang der Subtrahierstelle 18 ist über eine fünfte Signalleitung 19 mit einer den Ausgang des Sollwertführungsglieds 6 mit dem Eingang des Sollwert-Istwert-Vergleichers 5 verbindenden sechsten Signalleitung 20 verbunden. Der Eingang des Sollwertführungsglieds 6 ist über eine siebte Signalleitung 21 mit dem Ausgang des zweiten Summiergliedes 22 verbunden, 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 Positiveingang der Subtrahierstelle 18 ist über eine achte Signalleitung 23 mit dem Ausgang des zweiten Summierglieds 22 verbunden.

Das Blocksollwertsignal P_Bs wird über eine Verbindungsleitung 32 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 dem ersten Summier­ glied aufgeschaltete Korrektursignal dann der Differenz aus Blocksollwertsignal (= Summe von Grundsollwertsignal Block­ leistung und Frequenzeinflußsignal) und Leistungssollwertsignal der Turbine entspricht.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist das Korrektursignal P_K noch zusätzlich über eine neunte Signalleitung 25 dem Eingang einer ersten Einrichtung 26 zugeführt, in der mit Hilfe je einer modellmäßigen, insbesondere elektrischen, Nachbildung des "Spei­ cherverhaltens des Dampferzeugers" und der Regelstrecke "Dampf­ turbine" eine der Korrekturgröße, und damit der Änderung der Einlaßventilstellung, entsprechende Leistungsänderung P_K errech­ net (gebildet) wird. Der Ausgang dieser Einrichtung 26 ist über eine zehnte Signalleitung 27 mit einem weiteren Positivein­ gang des Sollwert-Istwert-Vergleichers 5 verbunden. In der Einrichtung 26 wird zunächst im Block 26a aus der Turbineneinlaßventilstellungsänderung - gemäß der für die Dampfturbine gültigen Gleichung elektrische Leistung=Dampfdruck×Ventilöffnung - eine Druckänderung errechnet. Sodann wird in einem ersten Block 26a aus Ventilstellungsänderung und Druckänderung eine der Ventilstellungsänderung entsprechende Dampfmengenänderung errechnet. Das entsprechende Dampfmengenänderungssignal wird dann dem Eingang eines zweiten Blocks 26b 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 zweiten Einrichtung 28 zugeführt wird, in der mit Hilfe einer modellmäßigen Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" und der Regelstrecke "Dampfer­ zeuger" ein modifizierter Leistungssollwert gebildet wird; der Ausgang der zweiten Einrichtung 28 ist über eine elfte Signal­ leitung 29 mit einem Positiveingang der Summier-Subtrahier-Stelle 18′ verbunden. An einem weiteren Positiveingang der Summier-Sub­ trahier-Stelle 18′ ist das Frequenzeinflußsignal f geschaltet; der Negativeingang der Stelle 18′ ist - wie vorher - über die fünfte Signalleitung 19 von dem Leistungssollwert P_{el s} beauf­ schlagt.

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 Ein­ richtung nachgebildet, in der die Dampfmengenänderung aufgrund des Korrektursignals P_K durch eine differenzielle Massenstrom­ bilanz am Hochdruck-Dampfspeicher ermittelt wird.

Zur modellmäßigen Nachbildung der Dampfturbine dient eine Ein­ richtung, 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 Regel­ ventilstellung 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 Turbinenleistungsregler-Ausgangsgröße und die Stellung der Turbineneinlaßventile nahezu konstant. Die Korrekturgröße aus der Differenz von Blocksollwert- und Turbinen­ leistungssollwert wird zur Ausgangsgröße des Turbinenleistungs­ reglers 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 Sollwertdiffe­ renz und damit auch die Korrekturgröße ab. Dadurch schließen die Turbinenregelventile in dem Maße, wie die Dampferzeuger­ leistung steigt. Wenn der Dampferzeuger den neuen Leistungs­ sollwert erreicht hat, wird die Korrekturgröße zu Null, und die stationär geforderte Ventilstellung wird wieder eingehalten.

Die erfindungsgemäßen Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 sind bei Regelungen anwendbar, bei denen der Turbinen-Leistungssoll­ wert P_{el s} eine Dynamik aufweist, welche der Dampferzeugerdynamik entspricht. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß der Leistungs­ sollwert 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 (4)

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 Sollwert-Führungseinrichtung und nach Durchlaufen des Turbinenleistungsreglers auf die Frischdampfeinlaßventil­ einrichtung der Dampfturbine wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischdampfeinlaßventileinrichtung mittels eines Korrektursignals vorgesteuert wird, welches aus der Differenz aus Blocksollwert und Leistungssollwert der Dampfturbine gebildet wird.

2. Verfahren zur Regelung einer Dampfturbine eines eine Dampf­ turbine und einen Dampferzeuger aufweisenden Kraftwerks­ blocks, wobei ein Blocksollwert einerseits dem Dampferzeuger zugeführt und andererseits nach Durchlaufen einer Sollwert- Führungseinrichtung und nach Durchlaufen des Turbinen­ leistungsreglers auf die Frischdampfeinlaßventileinrichtung der Dampfturbine wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischdampfeinlaßventileinrichtung mittels eines Korrektursignals vorgesteuert wird, welches aus der Summe von positivem Frequenzeinflußsignal, von negativem Turbinen-Leistungs­ sollwertsignal 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.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal nach Durchlaufen einer Begrenzer­ einrichtung durch den Dampfdruck des Dampferzeugers dividiert wird, bevor es dem Ausgangssignal des Turbinenreglers aufaddiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Korrektursignal mit Hilfe einer modellmäßigen Nachbildung der Regelstrecke "Dampfturbine" und einer modell­ mäßigen Nachbildung des Speicherverhaltens des Dampferzeugers eine dem Korrektursignal entsprechende Leistungsänderung errechnet und einem Positiveingang des Sollwert-Istwert-Vergleichers des Turbinen-Leistungsreglers zugeführt wird.