DE4344118C2

DE4344118C2 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Dampfkraftwerksleistung unter Einsatz von Kondensatstopp

Info

Publication number: DE4344118C2
Application number: DE19934344118
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Ing Sindelar; Lothar Dipl Ing Vogelbacher
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: DE4344118A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfah rens.

Ein solches Verfahren und eine Einrichtung sind aus IFAC-SYMPOSIUM ON CONTROL OF POWER PLANTS AND POWER SY STEMS, Preprints, Volume 1, München, 9.-11. März 1992, Sei ten 129 bis 146 (IMPROVED UNIT DYNAMIC RESPONSE USING CON- DENSATE STOPPAGE) bekannt. Dieses bekannte Verfahren arbei tet mit einem gesteuerten und korrigierend nachgeregelten Einsatz gespeicherter Energie. Deren Einsatz erfolgt dabei sowohl zur Primärfrequenzstützung als auch zur Sekundärfre quenzstützung. Gemäß einer Definition der Deutschen Ver bundgesellschaft eV, Heidelberg, (DVG) in der Druckschrift "Das versorgungsgerechte Verhalten der thermischen Kraft werke", DVG, Oktober 1991, versteht man unter Primärfre quenzstützung die Reaktion auf eine quasi sprungförmige Leistungsänderung mit Amplituden bis 5% der Nennleistung mit einer von DVG definierten Dynamik. Die Sekundärfre quenzstützung ist von der DVG definiert als rampenförmige Leistungsänderung mit einem Transienten von 5% der Nennlei stung pro Minute mit einer Amplitude bis 50% Nennleistung.

Der beim bekannten - und auch beim erfindungsgemäßen - Ver fahren benutzte kombinierte Einsatz der Turbinenstellreser ve und des Kondensatstopp-Verfahrens hat den Vorteil, daß der Dampfkraftwerksblock mit relativ geringer Androsselung der Turbineneinlaßventile und dadurch wirtschaftlicher be trieben werden kann. Allerdings arbeitet das bekannte Ver fahren bezüglich nachstehender Punkte nicht zufriedenstel lend:

a) Da die gespeicherte Energie im Wasser-Dampfsystem des Kessels sowie auch in der ND-Vorwärmung auch im Fall einer vorgegebenen rampenförmigen Leistungsänderung eingesetzt wird, besteht die Gefahr, daß keine Lei stungsreserve im Sinne der DVG-Anforderungen zur Ver fügung steht, falls während des Ausregelns einer ram penförmigen Leistungsänderung ein Netzfrequenzein bruch eintritt, der schnelle Leistungsänderung erfor dert. Das bedeutet, daß die Netzstabilität gefährdet ist.
b) Nach einem Einsatz der gespeicherten Energien müssen diese wieder eingespeichert werden durch Wiederan drosselung und durch Nachfüllen des Speisewasserbe hälters, wofür ein Kessel-Betrieb auf einem erhöhten Leistungsniveau erforderlich ist. Die Dampfturbine und dadurch auch der Dampfkraftwerksblock arbeiten dabei außerhalb des Auslegungspunktes, d. h. mit ver schlechtertem spezifischem Wärmeverbrauch. Dieser Ef fekt wird noch verstärkt, wenn beide Arten der Energiespeicherung zur gleichen Zeit wiederherge stellt werden, wie dies beim bekannten Verfahren der Fall ist. Der Kraftwerksblock kann dann, je nach Lastzustand, in einen ungünstigen Bereich geraten.
c) Da die gespeicherte Energie unnötig häufig eingesetzt und diese außerdem auf die dargelegte ungünstige Weise wieder bereitgestellt wird, hat dieses häufige unerwünschte Regelvorgänge und Betätigung der Stellglieder zur Folge, also Verschleiß.
d) Der Einsatz gespeicherter Energie erfolgt unnötig häufig, wodurch sich, z. B. über ein Jahr betrachtet, ein erhöhter Verbrauch des Brennstoffs ergibt.

Aus der DE-OS 33 04 292 ist ein Verfahren zum Ausregeln von Netzfrequenzeinbrü chen bei einem gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblock bekannt, bei dem bei plötz lichen Belastungen der Turbine ein Niederdruckvorwärmerstrang ausgeschaltet wird. Mit dieser Maßnahme kann kurzzeitig eine Leistungserhöhung erzielt werden; aller dings sind die vorgenannten Nachteile auch bei diesem Verfahren nicht vermieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Blockleistungsregelung anzugeben, bei dem auch während einer Leistungsänderung zur Sekundärfrequenz stützung die notwendige Leistungsreserve für eine Primärfrequenzstützung vorhanden ist. Außerdem soll der durch Einsatz und Wiederbereitstellung gespeicherter Energie verursachte erhöhte spezifische Wärmeverbrauch möglichst klein gehalten werden. Es soll auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ausgestaltungen des Verfahrens und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Das Verfahren arbeitet mit einem gesteuerten und nachgeregelten Einsatz der soge nannten Turbinenstellreserve und der durch Kondensatstopp einsetzbaren Energie zur Leistungserhöhung, und zwar nur zur Primärfrequenzstützung. Dabei wird durch Kon densatstopp nur ein unbedingt nötiger Teil der Leistung aufgebracht, nämlich der nicht durch Auffahren der Turbinenregelventile aufbringbare Leistungsanteil.

Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß die nicht vermeidbare Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit des Betriebes durch Kondensatstopp auf die minimale Dauer begrenzt wird, und daß Stelleingriffe in den Dampfkraftwerksprozeß mini miert werden.

Das Verfahren und die Einrichtung werden nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 der Zeichnung erläutert.

Das Verfahren wird zunächst anhand eines Beispiels, das in Fig. 1 dargestellt ist, erläutert, das sich auf einen Fall bezieht, in dem die gespeicherte Energie für die Realisie rung der Leistungssprungantwort des Blockes mit einem streng monotonen Verlauf der Blockleistung P ausreicht.

Außer der Blockleistung P als Leistungssprungantwort ist auch der Einsatz einzelner Leistungsanteile dargestellt.

Verfahrensgemäß wird zu einem Zeitpunkt t₀, das ist der Eintritt einer sprunghaften Erhöhung des Leistungssollwer tes P_S um einen Betrag ΔP_S, ermittelt, welcher Leistungs anteil P_∈ durch Auffahren der Turbineneinlaßventile zur Verfügung steht und welcher restliche Leistungsanteil P_vxo durch Kondensatstopp aufgebracht werden muß. Der durch Kon densatstopp aufzubringende Leistungsanteil P_x mit der maxi malen Amplitude P_vxo wird zum Zeitpunkt t₀ durch Einleitung des Kondensatstoppverfahrens aktiviert.

Außerdem wird zum Zeitpunkt t₀ die Brennstoffzufuhr erhöht. Dies ist in Fig. 1 dargestellt durch ein Brennstoff-Steu ersignal B, das zunächst stark überhöht wird, dann während einer längeren Phase (bis t₃) um einen Betrag ΔB₀ erhöht bleibt, bis es am Ende (nach t₃) des gesamten Regelvorgangs auf den Wert im stationären Zustand geführt wird.

Ab dem Zeitpunkt t₀ steigt also die Blockleistung P zu nächst allein durch den Kondensatstopp-Leistungsanteil P_x an, bis zu einem Zeitpunkt t_∈, zu dem die vorbestimmte Am plitude P_vxo erreicht ist. Ab dem Zeitpunkt t_∈ wird der Kondensatstopp-Leistungsanteil konstant auf dem vorbestimm ten Maximalwert P_vxo gehalten. Zum Zeitpunkt t_∈ wird mit dem Auffahren der Turbineneinlaßventile begonnen, so daß die Blockleistung P weiter nach dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf der Leistungssprungantwort ansteigt. Zu einem Zeit punkt t₁ wird die Blockleistung P als Summe der um einen Betrag ΔP_B erhöhten brennstoffabhängigen Leistung P_B und des vorbestimmten Kondensatstopp-Leistungsanteils P_vxo aufgebracht, wobei die Blockleistung P den neuen Lei stungssollwert erreicht hat. In dem Zeitabschnitt von t_∈ bis t₁ hat der androsselungsabhängige Leistungsanteil P_∈ zunächst zugenommen und zum Zeitpunkt t₁ wieder den Wert Null erreicht. Zum Zeitpunkt t₁ sind die Turbinenregelven tile voll geöffnet; es besteht also keine Turbinenstellre serve mehr. Ab dem Zeitpunkt t₁ bis zum einem Zeitpunkt t₂ wird der Kondensatstopp-Leistungsanteil P_x zu Null zurück gefahren, weil die Kesselleistung ausreichend groß geworden ist. Das heißt, daß für alle Zeitpunkte <t₁ gilt: P = P_S. Die Blockleistung P ist zum Zeitpunkt t₂ identisch mit dem brennstoffabhängigen Leistungsanteil P_B.

In Fig. 1 ist außerdem der Verlauf des Wasserstands L im Speisewasserbehälter dargestellt. Zum Zeitpunkt t₀ war der Wasserstand L identisch mit dem Wasserstandssollwert L_S. Beim Kondensatstopp-Verfahren erfolgt üblicherweise eine wasserseitige und dampfseitige Absperrung. Die wassersei tige Absperrung bewirkt eine Kondensatsammlung im Kondensa tor und ein Absinken des Wasserstands im Speisewasserbehäl ter. Zum Zeitpunkt t₂ hat die Regelabweichung e_L des Was serstands L ihren Maximalwert erreicht. Ab dem Zeitpunkt t₂ bis zu einem Zeitpunkt t_K folgt eine Nachfüllphase, in der Speisewasserbehälter mit Kondensat wieder aufgefüllt wird. In der Zeitspanne t₂ bis t_K wird also eine größere Menge des in den Niederdruckvorwärmern vorgewärmten Kondensats in den Speisewasserbehälter eingespeist als aus ihm entnommen wird bzw. als dem Leistungssollwert entsprechen würde. Für die Vorwärmung wird jedoch auch mehr Dampf aus der Turbine entnommen. Damit die Blockleistung P während der Nachfüll phase trotzdem auf dem neuen Sollwert gehalten werden kann, muß die Kesselleistung etwas erhöht werden; deshalb wird das Brennstoffsteuersignal B zunächst um den Betrag ΔB₀ erhöht. Der brennstoffabhängige Leistungsanteil P_B steigt dadurch weiter an, so daß ab t₂ ein Kessel-Leistungsüber schuß zur Verfügung steht, der durch größere Anzapfung, d. h. durch die negative Leistungskomponente P_x (in Fig. 1 dargestellt als P_x<0) verbraucht wird. Erreicht der Wasser stand L im Speisewasserbehälter einen vorgegebenen unteren Grenzwert LG, der etwas unterhalb des Niveaus des Wasser standssollwertes L_S liegt, wird zu einem damit erreichten Zeitpunkt t₃ die Wiederherstellung der Androsselung der Turbinenventile freigegeben und das vorübergehend konstant um den Betrag ΔB₀ erhöhte Brennstoffsteuersignal B auf den dem Leistungssollwert PS entsprechenden Wert geführt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die neue Blocklei stung P im Zeitpunkt t₁ erreicht und bleibt dann konstant. Die Block-internen Regelvorgänge sind erst im Zeitpunkt t_K beendet. Die während des gesamten inneren Regelvorgangs in das elektrische Versorgungsnetz eingespeiste Leistung P ist identisch mit dem Leistungssollwert P_S, der durch die DVG-Anforderung an die Leistungssprungantwort von P, die hier annähernd durch einen PT1-Verlauf dargestellt ist, vorgegeben ist.

Einzelheiten zur Rückführung des Brennstoff-Steuersignals B, der Wiederherstellung der Androsselung der Turbinenven tile und des Auffüllens des Speisewasserbehälters im Zeit abschnitt t₃ bis t_K werden weiter unten erläutert anhand einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die in Fig. 1 dargestellte Leistungssprungantwort auf eine Netz frequenzabsenkung erfolgt im wesentlichen gesteuert. Nur soweit die Genauigkeit der durch Steuerung erzielten Lei stungssprungantwort nicht ausreicht, wird eine Leistungsre gelung mit korrigierender Funktion parallel zur Steuerung eingesetzt, die auf alle drei Stellgrößen, d. h. Brennstoff, Turbinenventilstellung und Kondensatstopp, wirkt.

Die für den Eingriff in den Dampfkraftwerksprozeß benutzten Steuersignale "Brennstoff" B, "Turbinenventil" S und "Kon densatstopp" X sind also hauptsächlich Steuersignale die durch einen Prädiktor SX koordiniert sind. Der Prädiktor SX enthält Funktionseinheiten, die die Dynamik des realen Pro zesses nachbilden.

Aus der DE 36 32 041 C2 (hier weiter als D1 zitiert) ist bereits ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerkblocks mit Turbinenstellreserve bekannt, durch das ein streng monotoner, mindestens monotoner Ver lauf der Blockleistung als Sprungantwort auf eine Lei stungs-Sollwertänderung erzielt wird. Auch in DE 41 24 678 C2 (hier weiter als D2 zitiert) ist dieses Verfahren beschrieben und ergänzt durch ein vorteilhaftes Verfahren zur Wiederherstellung der Turbinenstellreserve nach dem Ausregeln einer Leistungs-Sollwertänderung.

Das daraus bekannte Verfahren läßt sich ergänzen im Sinne der hier beschriebenen Erfindung für einen zusätzlichen und koordinierten Einsatz des Kondensatstopps.

Die Struktur der Regelung kann entweder für die Betriebsart "Turbine führt, Kessel folgt" oder für "Kessel führt, Tur bine folgt" konzipiert werden. Diese Betriebsarten sind dem Fachmann geläufig und sind außerdem in D1 beschrieben.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Ein richtung basiert auf den bereits aus den vorgenannten Druckschriften D1 und D2 bekannten Steuer- und Regelein richtungen, enthält aber Änderungen und Ergänzungen. Soweit Komponenten aus den bekannten Einrichtungen übernommen sind, sind zur Erleichtung des Verständnisses auch hier die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Bevor das Blockschaltbild in Fig. 2 erläutert wird, ist zunächst das Ansteuersignal X für den Kondensatstopp zu er klären. Das Signal X ist im Normalfall, d. h. ohne Konden satstopp-Einsatz, Null und X = 1 entspricht dem 100%-igen Kondensatstopp.

Das Signal X wirkt parallel auf ein Regelorgan zu Einstel lung des Kondensatmassenstromes, der durch die ND-Vorwärmer fließt, und auf die Regeldrehklappen in den Anzapfrohrlei tungen zu den ND-Vorwärmern bzw. zum Speisewasserbehälter.

Wenn das Signal X = 0 ist, sind die Regeldrehklappen voll geöffnet und der Kondensatmassenstrom entspricht dem Ausle gungspunkt der Turbine im aktuellen Lastpunkt. Das Regelor gan für den Kondensatmassenstrom kann ein Regelventil sein, oder beispielsweise auch eine drehzahlgeregelte Kondensat pumpe.

Im Fall von X = 1 sind die Regeldrehklappen und das oben angegebene Regelorgan geschlossen.

Einem positiven Signal X entspricht ein positiver Konden satstopp-Leistungsanteil P_x, also eine Leistungserhöhung durch Kondensatstopp. Das Signal X kann jedoch auch negativ sein. In diesem Fall sind die Regeldrehklappen wie im Fall X = 0 voll geöffnet, aber das Regelorgan für den Kondensat massenstrom ist weiter geöffnet, als dem Auslegungspunkt der Turbine entspricht. Hierdurch liegt ein größerer Kon densatfluß vor und der Kondensatstopp-Leistungsanteil P_x ist negativ, d. h. es tritt eine Leistungsverringerung ge genüber dem Auslegungspunkt der Turbine ein.

Wenn X < 0 ist, wird mehr Speisewasser aus dem Speisewas serbehälter entzogen als ihm an warmem Kondensat zugeführt wird. Dadurch nimmt der Wasserstand ab.

Wenn das Signal X < 0 ist, tritt der entgegengesetzte Fall zu X < 0 ein. Der Wasserstand nimmt zu.

In der nachstehenden Beschreibung der Fig. 2 ist an eini gen Stellen Bezug genommen auf die Druckschriften D1 und D2. Diese Verweise sollen lediglich Hinweise auf mögliche Ausgestaltungen geben; für das Verständnis der Erfindung ist eine Wiederholung der Beschreibung der bekannten Schal tungsteile nicht erforderlich.

Die Fig. 2 zeigt Leistungssollwertsignale P_S, P_f1, P_f2, die Eingangssignale der Leistungsregeleinrichtung sind. Der Leistungssollwert P_S wird an einem Leistungssollwertsteller 6 eingestellt. Die Leistungssollwertkomponenten P_f1 und P_f2 werden durch Filterung eines Frequenzdifferenzsignals Δ= f - f₀ gebildet. Die Frequenzabweichung Δf gibt also die Differenz zwischen tatsächlicher Netzfrequenz f und Sollfrequenz f₀ an. In der ersten Filtereinrichtung 14 wird die zweite Leistungssollwertkomponente P_f2 gebildet, die nur niederfrequente, durch den Dampferzeuger übertragbare Änderungen berücksichtigt. In der zweiten Filtereinrichtung 15 wird die erste Leistungssollwertkomponente P_f1 gebildet, die höherfrequente, durch die Dampfturbine übertragbare Än derungen berücksichtigt. In den Filtereinrichtungen 14, 15 wird die Frequenzabweichung Δf in üblicher Weise mit einem Verstärkungsfaktor k multipliziert.

Weiteres Eingangssignal ist ein von einem Netzfrequenzreg ler als Leistungssollwert-Komponente geliefertes Signal P_NR.

Das Brennstoffsteuersignal B wird gebildet durch Addition von drei Brennstoffsteuersignalkomponenten B₁ bis B₃ an ei ner dreißigstens Additionsstelle 86.

Die erste Komponente B₁ ist Ausgangssignal eines einund zwanzigsten Funktionsbildners 33a, dem die zweite Lei stungssollwertkomponente P_f2 als Eingangssignal zugeführt ist. Der Funktionsbildner 33a sorgt für einen - für die quasi sprungförmige Leistungsänderung optimalen - Vorhalt zur beschleunigten Leistungserhöhung (P_B).

Die zweite Komponente B₂ ist Ausgangssignal eines zweiund zwanzigsten Funktionsbildners 33b, dessen Eingangssignal der Leistungssollwert P_S ist, zu dem an einer neununddrei ßigsten Additionsstelle 132 das Signal P_NR addiert wird. Der Leistungssollwert am Ausgang der Additionsstelle 132 wird im Betrieb nur rampenförmig verändert, und es wird durch den Funktionsbildner 33b speziell für die Rampe der Vorhalt zur Beschleunigung der Erhöhung der Leistung P_B ge liefert.

Die dritte Komponente B₃ ist ein in einem B₃-Begrenzer 107 begrenztes Ausgangssignal eines Reglers 63, dessen Ein gangssignale das Turbinenventil-Steuersignal S und eine - weiter unten erklärte - Signalkomponente B_L sind. Der Reg ler 63 wird bevorzugt als PD-Regler ausgeführt. Er bewirkt eine Brennstofferhöhung, die erforderlich ist für die Wie derherstellung der Turbinenstellreserve.

Das Ausgangssignal B₃ ist stets das Maximum der positiven Signale aus dem Regler 63 (über den Schalter 111) und Si gnal B_L und ist das Minimum der beiden Signale, wenn diese negativ sind. Signal B₃ ist die Differenz der beiden ge nannten Signale, wenn diese unterschiedliche Polarität auf weisen. Dadurch wird der dynamische Überschuß des Brenn stoffs mit Rücksicht auf die Ausregelung des Wasserstandes im Speisewasserbehälter auf seinen Sollwert und auf die Wiedereinstellung der Turbinenreserve angepaßt.

Die Bildung des Turbinenstellsignals S wird nachstehend er läutert.

Mit Hilfe eines dreiundzwanzigsten Funktionsbildners 90, dessen Eingangssignal die zweite Brennstoff-Steuersignal komponente B₂ ist, wird der Verlauf der elektrischen Lei stung als Folge der Änderung des Signals B₂ nachgebildet.

Mit Hilfe eines Funktionsbildners 22, dessen Eingangssignal das Brennstoffsteuersignal B ist, wird der durch die Brenn stoffzufuhr zu erwartende Leistungsverlauf P_B nachgebildet. Das dynamische Verhalten der Funktionsbildner 90 und 22 ist identisch.

Dem Funktionsbildner 90 ist ein MIN-Auswahlglied 122 nach geschaltet, dem außer der Komponente P_BS das Ausgangssignal der Additionsstelle 132 zugeführt ist. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß bei der rampenförmigen Leistungserhöhung die Turbinenstellreserve beibehalten wird, während die Re duzierung der Turbinenventilstellung zum besseren Ausregeln der Leistung auf deren Sollwert bei der rampenförmigen Lei stungsreduzierung freigegeben wird. Im zweiten Fall ergibt sich vorübergehend daraus eine noch größere Stellreserve und dadurch eine günstige Bedingung für die noch schnellere Re aktion der Leistungsregelung als im ersten Fall bei einem plötzlich auftretenden Netzfrequenzeinbruch. Nach Beendigung der rampenförmigen Leistungsreduzierung stellt sich jedoch auch im zweiten Fall wiederum die - wie im ersten Fall - vom Lastniveau abhängige, jetzt verkleinerte Turbinenstell reserve ein.

An einer Additionsstelle 87 wird ein Differenzsignal (P_B - P_BS) gebildet, das einem P_∈-Begrenzer 85 zugeführt wird. Im P_∈-Begrenzer wird das Differenzsignal (P_B - P_BS) zu einem Eingangssignal ΔP_S _∈ addiert. Das Signal ΔP_S _∈ gibt die Leistungserhöhung an, die mit streng monotonem Verlauf mit der vorhandenen Androsselung realisierbar ist. Weiteres Eingangssignal des P_∈-Begrenzers 85 ist die erste Lei stungssollwertkomponente P_f1. Der P_∈-Begrenzer 85 hat die Aufgabe, die mit dem notwendigen Verlauf zu realisierende Leistungserhöhung nur auf die Amplitude zu begrenzen, die durch den vollen Einsatz der Turbinenstellreserve reali sierbar ist. Der P_∈-Begrenzer 85 ist z. B. realisierbar durch die in D1 in Fig. 4 dargestellten Komponenten 16, 17, 18 und 61. Er bildet ein Ausgangssignal, das ein die Amplitude des P_f1-Signals begrenzendes Signal ist und einer nachgeschalteten fünfunddreißigsten Additionsstelle 105 zu geführt wird.

Das Signal P_f1 ist parallel auf einen P_x-Begrenzer 102 und den P_∈-Begrenzer 105 geführt. Die Struktur des P_x-Begren zers 102, sowie auch weitere, unten beschriebene Schal tungsteile sind lediglich angedeutet. Für das Verständnis genügt jeweils die unten stehende Funktionsbeschreibung.

Weitere Eingangssignale des P_x-Begrenzers 102 sind eine mit vorhandener Androsselung realisierbare Leistungserhöhung mit streng monotonem Verlauf ΔP_S _∈ und das Differenzsignal (P_B - P_BS). Dem P_x-Begrenzer 102 ist außerdem noch ein Signal ΔP_sx zugeführt. Das Signal ΔP_sx gibt die Leistungserhö hung an, die mit Kondensatstopp realisierbar ist.

Die Funktion des P_x-Begrenzers 102 besteht darin, das Si gnal P_f1 auf den Begrenzer-Ausgang durchkommen zu lassen, wenn die positive Änderung des Signals P_f1 kleiner ist als durch Kondensatstopp zuzüglich vorhandener Androsselung (Additionsstelle 103) realisierbar ist.

An einer vierunddreißigsten Additionsstelle 104 wird vom Ausgangssignal des P_x-Begrenzers 102 das Ausgangssignal des P_∈-Begrenzers 85 subtrahiert, wodurch die zum Zeitpunkt t₀ vorbestimmte Amplitude des Kondensatstopp-Leistungsanteils P_vxo 0 wird. P_vxo ist der fehlende Leistungsanteil, der durch die vorhandene, zu kleine Androsselung der Turbinen regelventile nicht realisierbar ist und durch Kondensat stopp aufzubringen ist.

An der fünfunddreißigsten Additionsstelle 105 wird die vor bestimmte Amplitude P_vxo des Kondensatstopp-Leistungsan teils addiert. Der Ausgang der Additionsstelle 105 ist ei nem nachgeschalteten ersten Funktionsbildner 19 zugeführt. Der Funktionsbildner 19 gibt auf der Grundlage seines durch die vorhandene Turbinenstellreserve begrenzten, und um den fehlenden, zu liefernden Betrag, durch Kondensatstopp addi tiv vergrößerten Leistungseingangssignals einen monotonen Verlauf eines Leistungsanteils vor. An einer zweiunddrei ßigsten Additionsstelle 88 wird der Leistungsanteil aus dem ersten Funktionsbildner 19 zur Leistungskomponente P_BS ad diert, womit ein Vorgabesignal P_v gebildet ist.

In einem SX-Prädiktor 120 werden das Ventilsteuersignal S und das Ansteuersignal für den Kondensatstopp X gebildet. Eingangssignale des SX-Prädiktors 120 sind die brennstoff abhängige Leistungskomponente P_B, die vorgegebene Lei stungskomponente P_v, die Komponente P_vxo zum Zeitpunkt t₀, ein korrigierendes Regelsignal ΔP_x und die Regelabweichung e_L des Wasserstands.

Das korrigierende Regelsignal ΔP_x des Kondensatstopp-Lei stungsanteils ist der Einfluß des Leistungsreglers, der in D1, Fig. 4 als Regler 2 dargestellt ist.

Zum Ausgangssignal des MAX-Auswahlgliedes 126 wird das kor rigierende Regelsignal ΔP_x an einer achtunddreißigsten Ad ditionsstelle 109 addiert. Das Summensignal P_x wird in ei nem P/X-Umsetzer 110 zum Kondensatstopp-Steuersignal X um gesetzt.

Im SX-Prädiktor 120 wird durch Subtraktion der brennstoff abhängigen Leistung P_B von der vorgegebenen Leistungskom ponenten P_v an einer Additionsstelle 20 der Leistungsanteil gebildet, der durch Kondensatstopp und die Turbinenstell reserve erbracht wird.

Der an der Additionsstelle 20 gebildete Leistungsanteil wird durch ein MIN-Auswahlglied 123 auf den Leistungsanteil P_vxo begrenzt. Das Ausgangssignal des MIN-Auswahlgliedes 123 ist auf ein MAX-Auswahlglied 126 geführt. Mit Hilfe ei ner Begrenzungseinrichtung 127, deren Eingangssignal die Regelabweichung e_L ist, wird am Ende der Nachfüllphase (t₃, Fig. 1) das negative P_x-Signal zu Null geführt.

An einer siebenunddreißigsten Additionsstelle 108 entsteht durch Subtraktion des Ausgangssignals des MAX-Auswahlglieds 126 vom Ausgangssignal der achten Additionsstelle 20 der Leistungsanteil P_∈, der in einem P/S-Umsetzer 21 zum Ven tilsteuersignal S umgesetzt wird.

In einem B_L-Signalbildner 130 wird die Speisewasserni veau-abhängige Brennstoffsteuersignalkomponente B_L gebil det. Eingangsgrößen des B_L-Signalbildners 130 sind die Re gelabweichung e_L, der Leistungssollwert P_S und ein Aus gangssignal Δm_KG eines Grenzreglers für die Nichtüber schreitung eines maximalen Kondensatmassenstromes während der Nachfüllphase.

Die Regelabweichung e_L ist einem Glied mit dynamischem Ver halten (Regler) 128 aufgeschaltet, dessen Ausgangssignal die Übersteuerung des Brennstoff-Steuersignals B am Ende der Nachfüllung des Speisewasserbehälters bestimmt, d. h. in einem Bereich, in dem der Wasserstand L nahe am Sollwert ist. Damit wird erreicht, daß der Wasserstand L im Speise wasserbehälter optimal auf seinen Sollwert geregelt und dann so der konventionellen Wasserstandsregelung übergeben wird. Das Ausgangssignal des Gliedes 128 wird bei niedrigem Wasserstand mit Hilfe eines MIN-Auswahlgliedes 124 auf einen zulässigen Wert begrenzt, der durch das Ausgangssi gnal einer vierzigsten Additionsstelle 131 bestimmt ist. An der Additionsstelle 131 werden die Signale Δm_KG und ΔB₀ addiert. Die Brennstoff-Steuersignalerhöhung ΔB₀ wird mit einem Funktionsgeber 129 aus dem Leistungssollwert P_S abge leitet. Das Ausgangssignal des MIN-Auswahlgliedes 124 ist die Speisewasserniveau-abhängige Brennstoffsteuersi gnalkomponente B_L.

Das Signal B_L wird dem B₃-Begrenzer 107 aufgeschaltet, dem über einen Schalter 111 zur Freigabe der Wiederherstellung der Androsselung außerdem das Rückführungssignal S_R, also das Ausgangssignal des Reglers 63 zugeführt wird.

Die Rückführwirkung wird im Zeitpunkt t₀ (siehe Fig. 1) durch die Öffnung des Schalters 111 unwirksam. Sie wird erst ab dem Zeitpunkt t₃ durch die Schließung des Schalters 111 freigegeben. Hierdurch bewirkt das positive Steuersi gnal S mittels B₃-Begrenzer 107 und dreißigster Additions stelle 86 die Erhöhung des Brennstoff-Steuersignals B. Diese Erhöhung des Signals B ist notwendig für die Wieder herstellung der Turbinenstellreserve bei nicht gestörter Turbinenleistung, die durch den Zustand des Steuersignals S = 0 charakterisiert ist, wie aus D2 bekannt ist.

Die gebildeten Steuersignale B, X, S sind dem mit Bezugs zeichen 100 angedeuteten Kraftwerksblock mit weiteren Tei len der Steuer- und Regeleinrichtung zugeführt.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 als Blockschema darge stellten Einrichtung ergibt sich im wesentlichen bereits aus der vorstehenden Beschreibung der Funktion der einzel nen Schaltungsteile; außerdem wurde oben bereits das erfin dungsgemäße Verfahren anhand der Fig. 1 erläutert. Deshalb wird nachstehend lediglich kurzgefaßt die Wirkung der An ordnung in einzelnen Betriebsfällen beschrieben.

Jede Leistungssollwertänderung wirkt sich auf das Brenn stoffsteuersignal B aus; selbstverständlich mit einer Ände rung in der gleichen Richtung, also z. B. durch Erhöhung der Brennstoffzufuhr bei Leistungssollwerterhöhung.

Bei einer rampenförmigen Leistungsreduzierung, verursacht durch Änderung des Signals P_S oder des Signals P_NR, wird - außer einer Änderung des Brennstoffsteuersignals B in nega tiver Richtung - vorübergehend Energie eingespeichert durch weiteres Schließen der Turbineneinlaßventile, also das Steuersignal S in den negativen Bereich geändert. Bei einer rampenförmigen Leistungserhöhung ändert sich allein das Si gnal B. Es wird also keine gespeicherte Energie eingesetzt, also das Signal S bleibt Null. Bei rampenförmiger Lei stungsänderung bleibt allgemein das Signal X gleich Null, Kondensatstopp wird also dabei nicht eingesetzt.

Im Fall einer sprungförmigen Erhöhung des Leistungssoll werts, also im Fall einer Frequenzänderung, wird außer mit erhöhtem Brennstoffeinsatz zumindest mit dem Einsatz der Turbinenstellreserve im erforderlichen Umfang reagiert, d. h. mit entsprechender Änderung des Signals S. Soweit die vorhandene Turbinenstellreserve nicht ausreicht, wird Kon densatstopp durch Änderung des Steuersignals X eingesetzt. Der Einsatz des Leistungsanteils P_x kann dabei bis zu einer maximalen Amplitude P_vxo erfolgen. Die zeitliche Reihenfol ge des Einsatzes der gespeicherten Energien erfolgt dabei so, daß zuerst Kondensatstopp aktiviert wird und ab errei chen der ermittelten Anteil-Amplitude P_vxo zusätzlich die Turbinenstellreserve eingesetzt wird (vgl. Fig. 1). Ein monotoner Verlauf der Sprungantwort ist dabei sicherge stellt.

Im Fall einer sprungförmigen Leistungsreduzierung wird au ßer mit Brennstoffreduzierung mit einer vorübergehend stär keren Androsselung reagiert. Das Steuersignal X für den Kondensatstopp bleibt Null.

In Fig. 3 ist ein Betriebsfall dargestellt, in dem die Am plitude kΔf = ΔP_S, also die sprungförmige Leistungssoll wertänderung größer ist als die Summe der maximal reali sierbaren Leistungs-Amplituden durch die vorhandene Turbi nenstellreserve und den vollen Kondensatstopp. Anders aus gedrückt: Es ist die Sprungantwort P für einen Fall darge stellt, in dem mit den gespeicherten Energien kein streng monotoner, sondern lediglich monotoner Verlauf der Leistung P möglich ist. Die beiden maximalen Amplituden werden last abhängig im P_∈-Begrenzer 85 und im P_x-Begrenzer 102 (Fig. 2) bestimmt.

Tritt so ein Fall ein, bestimmen die maximal realisierbaren Leistungsanteile die Amplitude des Ausgangssignals der Ad ditionsstelle 105. Der Steuerprozeß ist weiterhin - bis zum Zeitpunkt t₁ - identisch mit dem bisher für den Fall be schriebenen, in dem der Leistungsanteil des Kondensatstopps kleiner als maximal war. Ab dem Zeitpunkt t₁ bleibt jedoch der in diesem Fall maximale Leistungsanteil P_x,max = P_vxo konstant und zwar bis zu einem Zeitpunkt t₁₁. Ab dem Zeit punkt t₁₁ treten die Zeitpunkte t₂₂, t₃₃, t_kk ein, die - bezüglich der zeitlichen Vorläufen von P_x und P_B, P_∈, B - den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃ und t_k (Fig. 1) - qualitativ betrachtet - identisch sind.

Zwischen dem Zeitpunkt t₁ und t₁₁ bleibt der Leistungsan teil des Kondensatstopps konstant und gleicht der maximal realisierbaren Amplitude P_x,max, da die (Leistungs-)Dif ferenz der Ausgangssignale von Additionsstelle 103 und P_∈-Begrenzer 85 als Ausgangssignal der Additionsstelle 104 in diesem Zeitbereich auch konstant ist und identisch mit dem maximalen Leistungsanteil P_x,max ist. Dies deswegen, weil in dem Zeitbereich zwischen t₁ und t₁₁ das gleiche Si gnal aus der Additionsstelle 87 das Auffahren der beiden Grenzen der Begrenzer 85 und 102 bestimmt. Die Leistungs steigerung in dem Zeitbereich zwischen t₁ und t₁₁ ist iden tisch mit der des Signals (P_B - P_BS) aus der Additionsstelle 87, das wiederum dem Signal ΔP_B gleicht.

Eine Realisierungsmöglichkeit des P_∈-Begrenzers 85 ist aus D1, Fig. 4 mit zugehöriger Beschreibung bekannt; sie kann auch für den P_x-Begrenzer 102 benutzt werden.

Bezugszeichenliste

6 Leistungs-Sollwertsteller
14 erste Filtereinrichtung
15 zweite Filtereinrichtung
19 erster Funktionsbildner
20 achte Additionsstelle
21 Leistungs/Weg-Umsetzer
22 zweiter Funktionsbildner
33a einundzwanzigster Funktionsbildner
33b zweiundzwanzigster Funktionsbildner
85 P_∈-Begrenzer
86 dreißigste Additionsstelle
87 einunddreißigste Additionsstelle
88 zweiunddreißigste Additionsstelle
90 dreiundzwanzigster Funktionsbildner
100 Kraftwerksblock mit weiteren Teilen der Steuer- und Regeleinrichtung
102 P_x-Begrenzer
103 dreiunddreißigste Additionsstelle
104 vierunddreißigste Additionsstelle
105 fünfunddreißigste Additionsstelle
106 sechsunddreißigste Additionsstelle
107 B₃-Begrenzer
108 siebenunddreißigste Additionsstelle
109 achtunddreißigste Additionsstelle
110 P/X-Umsetzer
111 Schalter
120 SX-Prädiktor
122 MIN-Auswahlglied
123 MIN-Auswahlglied
124 MIN-Auswahlglied
126 MAX-Auswahlglied
127 Begrenzungseinrichtung
128 Begrenzungseinrichtung
129 Funktionsgeber
130 B_L-Signal-Bildner
131 vierzigste Additionsstelle
B Brennstoff-Steuersignal
B₀ Brennstoff-Steuersignal, das an den Leistungssollwert P_S angepaßt ist,
ΔB₀ Brennstoff-Steuersignalerhöhung
B₁ erste Brennstoff-Steuersignalkomponente
B₂ zweite Brennstoff-Steuersignalkomponente
B₃ dritte Brennstoff-Steuersignalkomponente
B_L Speisewasserniveau-abhängige Brennstoff -Steuersignalkomponente
e_L Regelabweichung des Wasserstands L
E_LG untere Grenze eines linearen Bereiches unterhalb des Wasserstandssollwertes L_S
f gemessene Netzfrequenz
f₀ Sollwert der Netzfrequenz
Δf₀ Netzfrequenzabweichung
L Wasserstand
L_S Wasserstandsollwert
Δm_KG Ausgangssignal eines Grenzreglers für Nichtüberschreitung eines maximalen Kondensatmassenstromes
P Blockleistung (abgegebene elektrische Leistung)
P_B brennstoffabhängige Leistung
P_BS brennstoffabhängige Leistungskomponente
P_S Leistungs-Sollwert
Pf₁ erste Leistungs-Sollwertkomponente
Pf₂ zweite Leistungs-Sollwertkomponente
P_∈ androsselungsunabhängige Leistung
ΔP_S _∈ mit vorhandener Androsselung realisierbare Leistungserhöhung mit streng monotonem Verlauf
P_v vorgegebene Leistungskomponente (Leistungs-Vorgabesignal)
P_vxo zum Zeitpunkt t₀ vorbestimmte Amplitude des Kondensatstopp-Leistungsanteils
P_x Kondensatstopp-Leistungsanteil
ΔP_x Änderung des Kondensatstopp-Leistungsanteils
X Ansteuersignal für den Kondensatstopp
t₀ Zeitpunkt der sprunghaften Leistungserhöhung
t_y Zeitpunkt, zu dem P_vxo erreicht ist
t₁ Zeitpunkt, zu dem P=P_vxo+P_B
t₂ Zeitpunkt, zu dem P=P_B
t₃ Zeitpunkt, zu dem die Wiederherstellung der Androsselung freigegeben wird
t_K Zeitpunkt des Abschlusses des Regelvorgangs
S Turbinenventil-Steuersignal
S_R Rückführungssignal

Claims

1. Verfahren zur Steuerung und Regelung der Blocklei stung P eines Dampfkraftwerksblocks mit Einsatz der gespei cherten Energien durch Einsatz der Turbinenstellreserve und Einsatz des Kondensatstoppverfahrens, wobei

- nachstehende Betriebsfälle unterschieden werden:
A: rampenförmige Erhöhung des Leistungssollwertes
B: rampenförmige Reduzierung des Leistungssollwer tes
C: sprungförmige Erhöhung des Leistungssollwertes
D: sprungförmige Reduzierung des Leistungssollwer tes,
- Steuersignale für einen steuernden Eingriff in den Dampfkraftwerksprozeß gebildet werden, und
- zusätzlich ein damit koordinierter regelnder Eingriff erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich des steuernden Ein griffs zuzüglich zur Änderung eines Brennstoff-Steuer signals B

a) im Betriebsfall A keine gespeicherte Energie einge setzt wird,
b) in den Betriebsfällen B und D vorübergehend die Tur binenstellreserve erhöht wird durch negative Änderung eines Ventilsteuersignals S, und
c) im Betriebsfall c zumindest die vorhandene Turbinen stellreserve im erforderlichen, gegebenenfalls vollen Umfang eingesetzt wird, und lediglich ein zur Reali sierung einer geforderten Sprungantwort fehlender Leistungsanteil P_vxo durch Änderung eines Steuersi gnals X für den Einsatz des Kondensatstopps auf ge bracht wird, wobei die Reihenfolge des Einsatzes ge speicherter Energie so erfolgt, daß zuerst der feh lende Leistungsanteil durch das Kondensatstopp voll eingeleitet und erst zeitlich anschließend die Turbi nenstellreserve zusätzlich voll eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebsfall C ein kombinierter Einsatz eines durch Brennstoffeinsatz erzielten Leistungsanteils P_B, eines durch Aufhebung einer Turbineneinlaßventil-Androsselung er reichten Leistungsanteils P_∈ und eines durch Kondensatstopp erreichten Leistungsanteils P_x in nachstehender Weise er folgt:

a) in einem Zeitpunkt t₀, in dem der erhöhte Leistungs sollwert P_S vorgegeben wird, wird
a1) der Sollwert der Brennstoffzufuhr übersteuert erhöht, und abgeklungen auf einen Wert, der hö her ist als dem Leistungssollwert P_S ent spricht,
a2) ein Leistungsanteil P_vxo ermittelt, der zur Re alisierung der vorgegebenen Leistungserhöhung durch die Aufhebung der Turbinenstellreserve noch fehlt und somit durch Kondensatstopp aufzubringen ist, jedoch kleiner oder gleich als ein Maximalwert ist,
a3) der ermittelte Leistungsanteil P_vxo durch Ein leitung des Kondensatstoppverfahrens aktiviert;
b) wenn der Leistungsanteil P_vxo den im Schritt a2) er mittelten Wert erreicht hat, wird er konstant gehal ten und es wird durch gesteuerte Aufhebung der An drosselung der Turbineneinlaßventile ein variabler Leistungsanteil P_∈ hinzugefügt, wobei die Ventile so gesteuert werden, daß sie bis zu einem Zeitpunkt t₁ vollständig geöffnet sind, zu dem die Blockleistung P = P_S als Summe der durch Brennstoffzufuhr erzeugten Leistung P_B und des maximalen Kondensatstopp-Lei stungsanteils P_vxo bereitgestellt wird;
c) in einem Zeitabschnitt zwischen dem Zeitpunkt t₁ und einem Zeitpunkt t₂, zu dem die volle Blockleistung P_S = P durch den brennstoffabhängigen Leistungsanteil P_B = P aufgebracht wird, wird der durch Kondensat stopp gelieferte Leistungsanteil P_x vom Maximalwert P_vxo bis zum Wert Null verringert, wobei die Block leistung P = P_S andauernd konstant gehalten wird;
d) nach dem Zeitpunkt t₂ werden der Wasserstand des Speisewasserbehälters und die Androsselung der Turbi neneinlaßventile wieder in den Sollzustand gebracht und die Brennstoffzufuhr auf den der neuen Blocklei stung entsprechenden Wert reduziert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederherstellung der Androsselung der Turbinenein laßventile und die Nachfüllung des Speisewasserbehälters nach dem Zeitpunkt t₂ in nachstehenden Schritten erfolgt, wobei die Blockleistung P während des gesamten Vorgangs auf den neuen Sollwert PS durch die variable Dampfentnahme für die Aufwärmung der variablen Kondensatmenge geregelt wird:

d1) aufgrund der seit dem Schritt a1) erhöhten Brenn stoffzufuhr steigt der brennstoffabhängige Leistungs anteil P_B über die zur Stromerzeugung benötigte Dampfleistung hinaus; der überschüssige Leistungsan teil (P_B - P_S) gleicht stets der negativen Leistungs komponenten P_x, die der erhöhten Kondensatmenge ge genüber dem Auslegungspunkt der Turbine entspricht; der Wasserstand L im Speisewasserbehälter steigt;
d2) erst wenn der Wasserstand L in einem Zeitpunkt t₃ einen vorgegebenen unteren Grenzwert LG erreicht hat, wird mit der Wiedereinstellung der Androsselung der Turbineneinlaßventile begonnen, in dem das Rück führ-Signal SR in seiner Wirkung auf die Brennstoff zufuhr freigegeben wird, und das Signal B für die Reduzierung des brennstoffabhängigen Leistungsanteils P_B auf den Blockleistungs-Sollwert P_S um den ent sprechenden Wert reduziert;
d3) zu einem Zeitpunkt t_K ist der Soll-Wasserstand er reicht, die Turbinenstellreserve wieder hergestellt und der brennstoffabhängige Leistungsanteil P_B auf den neuen Blockleistungswert P_S reduziert.

4. Steuer- und Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Steuer signale für einen steuernden Eingriff des Brennstoffein satzes, des Kondensatstopp-Verfahrens und der Turbinen stellreserve gebildet werden, gekennzeichnet durch:

a) Mittel (85, 102, 104, 105, 19, 88, 132, 33b, 90, 122), die in Abhängigkeit von der Art der Leistungssollwertände rung (Betriebsfall A bis D) und der Höhe der gefor derten Leistungsänderung ein Leistungsvorgabesignal P_v bilden,
b) Mittel (120, 22, 63, 111, 107, 132), die in Abhängigkeit vom Vorgabesignal P_v und eines durch Änderung der Brennstoffzufuhr zu erwartenden Leistungsanteils P_B und eines durch Kondensatstopp zu liefernden Lei stungsanteils P_vxo ein Steuersignal S für den Einsatz der Turbinenstellreserve und ein Steuersignal X für den Einsatz des Kondensatstopps bilden, und
c) Mittel (130, 133) zur Bildung einer Speisewasserni veau-abhängigen Brennstoff-Steuersignalkomponente für eine Speisewasserbehälter-Nachfüllphase und für den optimalen Übergang in die konventionelle Wasser standsregelung.