EP0684366A1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks Download PDF

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EP0684366A1
EP0684366A1 EP95107786A EP95107786A EP0684366A1 EP 0684366 A1 EP0684366 A1 EP 0684366A1 EP 95107786 A EP95107786 A EP 95107786A EP 95107786 A EP95107786 A EP 95107786A EP 0684366 A1 EP0684366 A1 EP 0684366A1
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EP
European Patent Office
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power
pressure
control
setpoint
steam
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EP95107786A
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English (en)
French (fr)
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EP0684366B1 (de
Inventor
Rudolf Sindelar
Lothar Vogelbacher
Ralph Kneidl
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ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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Publication date
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Publication of EP0684366B1 publication Critical patent/EP0684366B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting

Definitions

  • the invention relates to a method for model-based control and regulation of the output of a steam power plant block according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method.
  • Such a method is known from DE 36 32 041 C2.
  • This method including an addition, which relates to a method for restoring the turbine reserve after correcting a power setpoint change, is also known from DE 41 24 678 C2.
  • the known method is particularly suitable for frequency control by means of a power setpoint change in a steam power plant block, for example due to a drop in network frequency, and in particular in compliance with the requirements for the power dynamics, which are described by the Deutsche Verbundgesellschaft eV, Heidelberg, (DVG) in the publication "Das supply-appropriate behavior of thermal power plants ", DVG, October 1991.
  • the inventive method should also meet the DVG requirements, in particular the defined dynamics in the event of a change in performance.
  • a process model is used which provides signals for a control intervention in the steam generation and turbine inlet valve position, so that only minor deviations from the power regulator need to be corrected.
  • the method ensures a strictly monotonous or at least monotonous transition to the new performance level.
  • EP-A2-0100 532 discloses a method for regulating the output of a steam power plant block with a once-through steam generator.
  • the fuel supply to the steam generator is regulated by a power regulator; a parallel control of the fuel supply does not take place. Not even direct or indirect control of the turbine inlet valves.
  • the process works with a pre-pressure control.
  • the specified pressure setpoint is influenced by a pressure correction signal.
  • the turbine inlet valves are operated in such a way that steam is withdrawn or stored as required.
  • the correction signal is formed using a model-based electrical simulation of the steam generator behavior.
  • the control signal of the power controller is fed to the simulation as an input signal.
  • the dynamic behavior of the output controller output signal is not only dependent on the output behavior of the controlled system, but also on the parameters of the output controller.
  • the invention is based on the object of specifying a further development which enables faster regulation of heating faults and also permits a variant for fixed-pressure operation. Compliance with the DVG requirements, including an at least monotonous transition to a new level of performance, should also continue to exist, as should a predominantly controlled intervention in the process. In addition, a facility for carrying out the method is to be specified.
  • This object is achieved in a method for controlling and regulating the output of a steam power plant block according to the preamble of claim 1 by its characterizing features.
  • Advantages of the method according to the invention are, inter alia, that the inclusion of the admission pressure control means that the regulation is very quick and stable, and thus also stable maintenance of the FD pressure, which is subject to the heating faults, and a simulation of the control path behavior that is well adapted to the respective operating mode is practical only controlled transition to a new level of performance is achieved.
  • the power control deviation to the steam pressure setpoint not only is the error of the process model practically eliminated, but the whole block control is more stable.
  • the method can be carried out both with a device that is set up universally for a plurality of selectable operating modes and with a simplified control device that is equipped for a specific operating mode.
  • FIG. 1 and 2 show a control and regulating device which can be set universally for different operating modes, an overall arrangement being shown in FIG. 1, the process model of which is shown in detail in FIG. 2.
  • the overall arrangement also contains further operating mode switches 118 to 120 and 125 to 129, which can be actuated with the aid of an operating mode selector 121.
  • the operating mode selector 121 contains two lines of keys, with each line making a selection by pressing a key.
  • the invention relates to a further development of the method and the device, which are already known from DE 36 32 041 C2.
  • Device components that have already been described there and are also used again in the device according to the invention are provided with the same reference numerals to facilitate understanding. Signal names have also been adopted.
  • the fuel control signal B is formed in a function generator 33a, 33b as a function of the required changes in performance and with an adapted override.
  • the predetermined power P v supplied as a further input signal to the process model 100 is the output signal of a function generator 19b which ensures an at least monotonous increase in the block power P.
  • the input signal of the function generator 19b is a step amplitude X, which is supplied by a power increase limiter, which takes into account the energy reserve given by throttling.
  • the process model 100 contains several function formers, namely a function generator 30 with a transfer function between vapor pressure and fuel, a function generator 22 with a transfer function between electrical power and fuel, a function generator 28 with a transfer function between vapor pressure and valve position, a function generator 102 with a transfer function between valve position and steam pressure, a function generator 103 with a transfer function between valve position and electrical power and a function generator 21 with a transfer function between turbine valve position and electrical power as well.
  • Further components of the process model 100 are a P controller 63, addition points 20, 29, 106 to 109, 104 and 114, a selection element 105 and a multiplier 111.
  • a power controller 2 In addition to the above-mentioned components, a power controller 2, a position controller 3, a pressure controller 4 and a pre-pressure controller 101 and addition points 8 to 10, 12, 13, 31, 64, 110, 122 to 124 are arranged outside the process model 100.
  • the electrical switching of the components and the functioning of the device is determined by the switch positions.
  • the switches By actuating the keys a and G of the operating mode selector 121, the switches are brought into the position corresponding to the letter indicated in each case, whereby an operating mode “turbine leads, boiler follows, sliding pressure” is defined.
  • the control and regulating method carried out in this circuit is already known from DE 36 32 041.
  • the power controller 2 has a corrective action on the turbine control valves
  • the positioner 3 has a corrective action on the fuel by means of the pressure controller 4.
  • Due to the pressure setpoint signal D the pressure regulator 4 is practically inactive during the control process.
  • the circuit arrangement is determined by the switch positions 120 / a, 119 / a, 118 / a, 127 / a, 129 / G and 128 / a.
  • Pressing the a and F buttons selects an operating mode "turbine leads, boiler follows, fixed pressure"
  • the pressure regulator 4 receives its setpoint from the addition point 124, the coupling signal D s formed in the process model 100 causing the pressure regulator 4 to become inactive.
  • the positioner 3 is switched off.
  • the power regulator 2 and the pressure regulator 4 have a corrective action on the fuel.
  • the control signals B and S are used for control.
  • the valve control signal S acts on the turbine control valves by means of the setpoint of the positioner 3 (switch 127 / b, 125 / b).
  • the power regulator 2 has a corrective effect on the pressure setpoint (switch positions 120 / b, 119 / b, 126 / b, 129 / G) and the pressure regulator 4 (switch 128 / b) on the fuel via the addition point 8.
  • This mode of operation is known from DE 36 32 041, apart from the control deviation P d being applied to the power controller 2 by means of addition point 121 to the setpoint of the positioner 3.
  • the method variants VG and VF described below are inventive.
  • the desired inactivity of the admission pressure regulator 101 during the control by the pressure setpoint p s supplied by the process model 100 is achieved - in contrast to the arrangement according to FIG. 4 - by the direct control of the turbine valves by means of the valve control signal S and the connection at the addition point 9. Since the pressure setpoint p s has the same time profile as the actual pressure, the control deviation at the addition point 110 is practically zero.
  • Fig. 3 shows a modification of the arrangement in the event that the realization of the summation point 9 is not possible.
  • the turbine control valves can then only indirectly, i. H. can be controlled by the targeted adjustment of the respective controller 101 or 2.
  • a switch 140 is brought into the position corresponding to the operating mode and the valve control signal S is dynamically deformed by function formers 141 and 142 and additively applied to the respective setpoint via addition points 143 and 144.
  • the dynamic deformation by the function formers 141 and 142 takes place with the inverse transfer function of the respective controller 101 and 2.
  • FIG. 5 shows a simplified embodiment of the process model, provided with reference symbol 133F, for a fixed-pressure operation with a pre-pressure control.
  • a controlled system 1 b is considered here which, in addition to the power plant block 1, comprises the admission pressure regulator 101.
  • the dynamic behavior of the controlled system 1 is simulated by a function generator 131. The operation of the arrangement according to FIG. 5 is described below.
  • the fuel is controlled by control signal B. Its effect on the increase in output when the primary pressure regulator 101 is switched on is simulated by the function generator 131.
  • a power part Pp s is formed which can be removed from the boiler by targeted control of the pressure setpoint p s .
  • the required time course of the pressure setpoint p s is determined by a function generator 132 as component p s , v . This pressure setpoint component p s , v is added at the addition point 109 to the fixed pressure setpoint, the nominal pressure setpoint p s , N.
  • the power control deviation P d remains zero.
  • the power controller 2 has a corrective action on the fuel mass flow m B via the addition point 8.
  • the control deviation is added to the pressure setpoint via the addition point 108 after amplification by the multiplier 111.
  • Fig. 4 shows a very similar arrangement as Fig. 5, but for a sliding pressure operation with upstream pressure control.
  • P the pressure setpoint s is switched in this case, instead of the nominal pressure value p s, N at the summation point 109, a control signal D B.
  • the control signal D B is formed in a function generator 136; its course over time corresponds to the change in live steam pressure in response to the fuel mass flow m B changed by the control (B).
  • the power component P B is formed in a function generator 134 adapted to the sliding pressure operation.
  • process models 133G, 133F shown in FIGS. 4 and 5 are each set up for a specific operating mode, all of the operating modes described above can be operated with the universal process model 100 according to FIG. 3.
  • the simulation of the power component P B for sliding pressure and fixed pressure takes place differently, depending on the position of the switch 115.
  • the signals from the function formers 102 and 103 are zero when the switch 115 is in the G position. If the FD pressure simulated by the function generator 30 after an increase in output by the fuel control signal B exceeds the nominal pressure setpoint p s , N , the difference present is detected by means of the selection element 105 and the addition point 106.
  • the function generator 102, 103 and the addition point 104 firstly activate the simulation of the power component P B for the fixed pressure and secondly the turbine control valves are opened further by the signal Sp.
  • the switch 115 For the operation with fixed pressure in the entire capacity control range of the power plant block, the switch 115 is to be brought into the F position and the output signals of the function formers 102 and 103 are changed in terms of output.
  • the signal Sy stores the power from the boiler and the signal Sy in turn is brought to zero by the effect of the respective feedback mentioned above.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich eine Weiterentwicklung eines aus der DE 36 32 041 C2 bekannten Verfahrens zur modellgestützten Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks. Zur Verbesserung der Leistungsregelung, insbesondere im Fall von Heizstörungen, wird der Einbezug einer Vordruckregelung vorgschlagen, wobei dies in solcher Weise erfolgt, daß ein vorwiegend gesteuerter Übergang auf ein neues Leistungsniveau und unter Einhaltung von DVG-Anforderungen erreicht wird. Einem vom Prozeßmodell (100) gelieferten Dampfdruck-Sollwert (pS) für den Vordruckregler (101) wird additiv die Regelabweichung (Pd) des Leistungsreglers (2) aufgeschaltet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur modellgestützten Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Ein solches verfahren ist aus DE 36 32 041 C2 bekannt. Dieses Verfahren, einschließlich einer Ergänzung, die sich auf ein Verfahren zur Wiederherstellung der Turbinenstellreserve nach dem Ausregeln einer Leistungs-Sollwertänderung bezieht, ist außerdem aus DE 41 24 678 C2 bekannt. Das bekannte Verfahren ist insbesondere geeignet zur Frequenzregelung mittels Leistungs-Sollwertänderung in einem Dampfkraftwerksblock, beispielsweise aufgrund eines Netzfrequenzeinbruchs, und zwar unter Einhaltung von Anforderungen an die Leistungs-Dynamik, die von der Deutschen Verbundgesellschaft eV, Heidelberg, (DVG) in der Druckschrift "Das versorgungsgerechte Verhalten der thermischen Kraftwerke", DVG, Oktober 1991, veröffentlicht sind. Den DVG Anforderungen, insbesondere der definierten Dynamik bei einer Leistungsänderung soll auch das erfindungsgemäße Verfahren genügen.
  • Beim bekannten Verfahren wird mit einem Prozeßmodell gearbeitet, das Signale für einen steuernden Eingriff in die Dampferzeugung und Turbineneinlaßventil-Stellung liefert, so daß nur kleinere Abweichungen vom Leistungsregler auszuregeln sind. Das Verfahren stellt im Fall einer vorgegebenen sprungförmigen Leistungserhöhung einen streng monotonen oder zumindest monotonen Übergang auf das neue Leistungsniveau sicher.
  • Die in DE 41 24 678 C2 beschriebene Abwandlung und Ergänzung des Verfahrens gemäß DE 36 32 041 C2 bewirkt, daß in den gesamten Regelvorgang auch die modellgestützte Wiederherstellung der Androsselung der Turbineneinlaßventile einbezogen wird.
  • Die aus den genannten Druckschriften bekannten Verfahren lassen sowohl die Betriebsarten "Kessel führt, Turbine folgt", als auch "Turbine führt, Kessel folgt" zu.
  • Allerdings arbeiten die aus den genannten Druckschriften bekannten Verfahren allein im Gleitdruckbetrieb, sind also nicht für Festdruckbetrieb geeignet.
  • Außerdem besteht Bedarf an einer weiteren Verbesserung bezüglich Geschwindigkeit und Stabilität der Ausregelung von Heizstörungen, die insbesondere bei Braunkohle-befeuerten Kesseln aufgrund der Kohlebeschaffenheit auftreten.
  • Aus EP-A2-0100 532 ist ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks mit einem Zwangsdurchlauf-Dampferzeuger bekannt. Die Brennstoffzufuhr zum Dampferzeuger wird durch einen Leistungsregler geregelt; eine zur Regelung parallele Steuerung der Brennstoffzufuhr erfolgt nicht. Auch nicht eine direkte oder indirekte Steuerung der Turbineneinlaßventile.
  • Das Verfahren arbeitet mit einer Vordruck-Regelung. Dabei wird der vorgegebene Drucksollwert von einem Druck-Korrektursignal beeinflußt. Die Turbineneinlaßventile werden damit so verfahren, daß je nach Bedarf Dampf aus- oder eingespeichert wird. Das Korrektursignal wird mit einer modellmäßigen elektrischen Nachbildung des Dampferzeugerverhaltens gebildet. Der Nachbildung ist als Eingangssignal das Stellsignal des Leistungsreglers zugeführt. Damit ist jedoch nur ein geringer Grad der Koordination von Drucksollwert und Brennstoffzufuhr zu erreichen. Das dynamische Verhalten des Leistungsregler-Ausgangssignals ist nämlich nicht nur von dem Leistungsverhalten der Regelstrecke abhängig, sondern auch von den Parametern des Leistungsreglers.
  • Die in der EP-A2-0100 532 verwendete elektrische Nachbildung des Dampferzeugers und deren Verwendung ist nicht gleichzusetzen mit dem Prozeßmodell des Verfahrens gemäß DE 36 32 041 C2 oder DE 41 24 678 C2. Ein Regelverhalten im Sinne der eingangs genannten DVG-Anforderungen kann mit dem Verfahren nach EP-A2-0100 532 nicht vollständig erreicht werden, weil eine auszuspeichernde Leistungskomponente nicht explizit vorliegt. Es ist keine klare Trennung in der Erfassung der Wirkungen der Brennstoffzufuhr und der Turbinenregelventilstellung möglich. Das zur Bildung des Druckkorrektursignals benutzte Ausgangssignal des Leistungsreglers wird nämlich von der Regelabweichung "Leistung" beeinflußt, ist also von der elektrischen Leistung abhängig und somit von der Summe der brennstoff- und der ventilstellungsabhängigen Leistungskomponenten, deren Größe jedoch nicht bekannt ist. Eine zur Erfüllung der eingangs beschriebenen Anforderungen exakte gezielte Ansteuerung des Drucksollwertes ist daher nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt ausgehend von dem Verfahren gemäß DE 36 32 041 C2 die Aufgabe zugrunde, eine Weiterentwicklung anzugeben, die eine schnellere Ausregelung von Heizstörungen ermöglicht und auch eine Variante für Festdruckbetrieb zuläßt. Eine Einhaltung der DVG-Anforderungen einschließlich eines mindestens monotonen Übergangs auf ein neues Leistungsniveau soll ebenso weiterhin gegeben sein wie auch ein vorwiegend gesteuerter Eingriff in den Prozeß. Außerdem soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und geeignete Steuer- und Regel-Einrichtungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen unter anderem darin, daß durch den Einbezug der Vordruckregelung eine sehr schnelle und stabile Ausregelung und damit auch stabile Haltung des FD-Druckes, der den Heizstörungen unterliegt, und durch eine gut an die jeweilige Betriebsart angepaßte Nachbildung des Regelstrekkenverhaltens ein praktisch nur gesteuerter Übergang auf ein neues Leistungsniveau erreicht wird. Durch die Aufschaltung der Leistungsregelabweichung auf den Dampfdrucksollwert wird nicht nur der Fehler des Prozeßmodells praktisch eliminiert, sondern die ganze Blockregelung stabiler.
  • Das Verfahren kann sowohl mit einer universell für mehrere wählbare Betriebsarten eingerichtete Einrichtung, als auch mit einer vereinfachten, für eine bestimmte Betriebsart ausgestattete Steuer-und Regeleinrichtung durchgeführt werden.
  • Eine ausführliche Beschreibung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
    • Fig. 1 Gesamtanordnung einer Steuer- und Regeleinrichtung mit einem universellen Prozeßmodell für unterschiedliche Betriebsarten,
    • Fig. 2 Blockschema des universellen Prozeßmodells der Anordnung gemäß Fig. 1,
    • Fig. 3 Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 1 oder 2 für einen Fall, in dem die Summationsstelle für ein vom Prozeßmodell geliefertes Ventilstellungs-Steuersignal und das Ausgangssignal des Vordruckreglers nicht zur Verfügung steht,
    • Fig. 4 vereinfachte Ausführung der Steuer-und Regeleinrichtung für einen Dampfkraftwerksblock mit Vordruckregelung und für Gleitdruckbetrieb,
    • Fig. 5 vereinfachte Ausführung der Steuer-und Regeleinrichtung für einen Dampfkraftwerksblock mit Vordruckregelung und für Festdruckbetrieb.
  • Die Fig. 1 und 2 zeigen eine universell für unterschiedliche Betriebsarten einstellbare Steuer-und Regeleinrichtung, wobei in Fig. 1 eine Gesamtanordnung dargestellt ist, deren Prozeßmodell in Fig. 2 im einzelnen gezeigt ist.
  • Einem in den Fig. 1 und 2 dargestellten, als universelles Prozeßmodell oder Universal-Prädiktor 100 bezeichneten Modell sind als Eingangssignale zugeführt:
    • Ein Brennstoff-Steuersignal B, die Leistungsregelabweichung Pd und ein vorgegebener Leistungs- sollwert Pv. Ausgangssignale sind - abhängig von Betriebsarten-Umschaltern 115 bis 119 - ein Turbineneinlaßventil-Steuersignal S, ein Leistungssollwert Ps, ein Drucksollwertsignal D, ein Dampfdrucksollwert ps und eine Drucksollwert-Komponente Ds.
  • Die Gesamtanordnung enthält noch weitere Betriebsartenumschalter 118 bis 120 und 125 bis 129, die mit Hilfe einer Betriebsarten-Wahleinrichtung 121 betätigt werden können. Die Betriebsarten-Wahleinrichtung 121 enthält zwei Zeilen mit Tasten, wobei je Zeile eine Wahl durch Tastendruck getroffen werden muß.
  • Wie eingangs dargelegt ist, bezieht sich die Erfindung auf eine Weiterentwicklung des Verfahrens und der Einrichtung, die bereits aus der DE 36 32 041 C2 bekannt sind. Einrichtungskomponenten, die bereits dort beschrieben sind und auch in der erfindungsgemäßen Einrichtung wieder verwendet sind, sind zur Erleichterung des Veständnisses mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Auch Signalbezeichnungen wurden übernommen.
  • Das Brennstoff-Steuersignal B wird in einem Funktionsbildner 33a, 33b in Abhängigkeit von geforderten Leistungsänderungen und mit einer angepaßten Übersteuerung gebildet.
  • Die als weiteres Eingangssignal dem Prozeßmodell 100 zugeführte vorgegebene Leistung Pv ist Ausgangssignal eines Funktionsbildners 19b, der einen mindestens monotonen Anstieg der Blockleistung P sicherstellt. Das Eingangssignal des Funktionsbildners 19b ist eine Sprungamplitude X, die von einem Leistungsanstiegsbegrenzer geliefert wird, der jeweils den durch Androsselung gegebenen Energievorrat berücksichtigt.
  • Das Prozeßmodell 100 enthält mehrere Funktionsbildner, nämlich einen Funktionsbildner 30 mit einer Übertragungsfunktion zwischen Dampfdruck und Brennstoff, einen Funktionsbildner 22 mit einer Übertragungsfunktion zwischen elektrischer Leistung und Brennstoff, einen Funktionsbildner 28 mit einer Übertragungsfunktion zwischen Dampfdruck und Ventilstellung, einen Funktionsbildner 102 mit einer Übertragungsfunktion zwischen Ventilstellung und Dampfdruck, einen Funktionsbildner 103 mit einer Übertragungsfunktion zwischen Ventilstellung und elektrischer Leistung und einen Funktionsbildner 21 mit ebenfalls einer Übertragungsfunktion zwischen Turbinenventilstellung und elektrischer Leistung. Weitere Komponenten des Prozeßmodells 100 sind ein P-Regler 63, Additionsstellen 20, 29, 106 bis 109, 104 und 114, ein Auswahlglied 105 und einen Multiplikator 111.
  • Außerhalb des Prozeßmodells 100 sind neben den obengenannten Komponenten ein Leistungsregler 2, ein Stellungsregler 3, ein Druckregler 4 und ein Vordruckregler 101 und Additionsstellen 8 bis 10, 12, 13, 31, 64, 110, 122 bis 124 angeordnet.
  • Die elektrische Schaltung der Komponenten und die Arbeitsweise der Einrichtung wird durch die Schalterstellungen festgelegt.
  • Durch Betätigung der Tasten a und G der Betriebsarten-Wahleinrichtung 121 werden die Schalter in die dem jeweils angegebenen Buchstaben entsprechende Position gebracht, wodurch eine Betriebsart "Turbine führt, Kessel folgt, Gleitdruck" festgelegt ist. Das in dieser Schaltung durchgeführte Steuer- und Regelverfahren ist bereits aus DE 36 32 041 bekannt. In dieser Betriebsweise wirkt der Leistungsregler 2 korrigierend auf die Turbinen-Regelventile, der Stellungsregler 3 wirkt mittels des Druckreglers 4 korrigierend auf den Brennstoff. Durch das Drucksollwertsignal D ist der Druckregler 4 während des Steuerprozesses praktisch inaktiv. Die Schaltungsanordnung ist festgelegt durch die Schalterstellungen 120/a, 119/a, 118/a, 127/a, 129/G und 128/a.
  • Durch Betätigung der Tasten a und F wird eine Betriebsart "Turbine führt, Kessel folgt, Festdruck" gewählt. Im Festdruckbetrieb erhält der Druckregler 4 seinen Sollwert von der Additionsstelle 124, wobei das im Prozeßmodell 100 gebildete Kopplungssignal Ds bewirkt, daß der Druckregler 4 inaktiv wird. Der Stellungsregler 3 ist abgeschaltet. Der Leistungsregler 2 und der Druckregler 4 wirken korrigierend auf den Brennstoff.
  • Durch Betätigung der Tasten b und G wird die Betriebsart "Kessel führt, Turbine folgt, Gleitdruck" festgelegt. Auch in dieser Betriebsart erfolgt eine Steuerung durch die Steuersignale B und S. Das Ventil-Steuersignal S wirkt mittels des Sollwertes des Stellungsreglers 3 (Schalter 127/b, 125/b) auf die Turbinenregelventile. Der Leistungsregler 2 wirkt korrigierend auf den Durcksollwert (Schalterstellungen 120/b, 119/b, 126/b, 129/G) und der Druckregler 4 (Schalter 128/b) über die Additionsstelle 8 auf den Brennstoff. Diese Betriebsweise ist - abgesehen von einer Aufschaltung der Regelabweichung Pd auf den Leistungsregler 2 mittels Additionsstelle 121 auf den Sollwert des Stellungsreglers 3 - aus der DE 36 32 041 bekannt. Erfinderisch sind die nachstehend beschriebenen Verfahrensvarianten VG und VF.
  • Durch Betätigung der Tasten V und G wird die Betriebsweise "Kessel führt, Turbine folgt, Gleitdruck, Vordruckregelung" gewählt. Eine Beschreibung des Verfahrens erfolgt weiter unten anhand der Fig. 4 und 5.
  • Die angestrebte Inaktivhaltung des Vordruckreglers 101 während der Steuerung durch den vom Prozeßmodell 100 gelieferten Drucksollwert ps wird - abweichend von der Anordnung gemäß Fig. 4 - durch die direkte Steuerung der Turbinenventile mittels Ventilsteuersignal S und der Aufschaltung an der Additionsstelle 9 erreicht. Da der Drucksollwert ps den gleichen zeitlichen Verlauf, wie der Istdruck hat, ist die Regelabweichung an der Additionsstelle 110 praktisch Null.
  • Durch Betätigung der Tasten V und F wird die Betriebsweise "Kessel führt, Turbine folgt, Festdruck, Vordruckregelung" gewählt. Analog zur vorgenannten Betriebsart VG werden auch hier die Trubinenregelventile direkt durch das Steuersignal S angesteuert.
  • Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Anordnung für den Fall, daß die Realisierung der Summationsstelle 9 nicht möglich ist. Die Turbinenregelventile können dann nur indirekt, d. h. mittels der gezielten Verstellung des jeweiligen Reglers 101 bzw. 2 angesteuert werden. Hierfür wird ein Schalter 140 in die der Betriebsart entsprechende Position gebracht und das Ventilsteuersignal S durch Funktionsbildner 141 bzw. 142 dynamisch verformt additiv auf den jeweiligen Sollwert über Additionsstellen 143 bzw. 144 aufgeschaltet. Die dynamische Verformung durch die Funktionsbildner 141 bzw. 142 erfolgt mit der Inversübertragungsfunktion des jeweiligen Reglers 101 bzw. 2.
  • Fig. 5 zeigt eine mit Bezugszeichen 133F versehene vereinfachte Ausführung des Prozeßmodells für ein Festdruckbetrieb mit Vordruckregelung. Abweichend von der Anordnung gemäß Fig. 1 wird hier eine Regelstrecke 1 b betrachtet, die außer dem Kraftwerksblock 1 den Vordruckregler 101 umfaßt. Das dynamische Verhalten der Regelstrekke 1 wird durch einen Funktionsbildner 131 nachgebildet. Die Funktionsweise der Anordnung gemäß Fig. 5 ist nachstehend beschrieben.
  • Der Brennstoff wird durch Steuersignal B angesteuert. Seine Auswirkung auf die Leistungserhöhung bei eingeschaltetem Vordruckregler 101 wird durch den Funktionsbildner 131 nachgebildet. An der dem Funktionsbildner 131 nachgeschalteten Additionsstelle 20 wird durch Subtraktion der vom Funktionsbildner 131 gelieferten Leistungskomponente PB von der vorgegebenen Leistung Pv ein Leistungsteil Pps gebildet, der aus dem Kessel auszuspeichern ist durch gezielte Ansteuerung des Drucksollwertes ps. Der dazu benötigte zeitliche Verlauf des Drucksollwertes ps wird durch einen Funktionsbildner 132 als Komponente ps,v ermittelt. Diese Drucksollwertkomponente ps,v wird an der Additionsstelle 109 zum festen Drucksollwert, dem Nenn-Drucksollwert ps,N addiert. Im Idealfall der Steuerung, d. h. bei exakter Nachbildung des Regelstreckenverhaltens durch die Signale B und ps bleibt die Leistungsregelabweichung Pd Null. Bei Abweichungen von diesem Idealfall wirkt der Leistungsregler 2 über die Additionsstelle 8 korrigierend auf den Brennstoffmassenstrom mB. Zur Verbesserung der Leistungsdynamik wird die Regelabweichung über die Additionsstelle 108 nach einer Verstärkung durch den Multiplikator 111 dem Drucksollwert aufgeschaltet.
  • Da im Beharrungszustand das Ausgangssignal der Additionsstelle 108 Null sein muß, wird diese Bedingung durch eine Rückführung Rv des Ausgangssignals der Additionsstelle 108 über einen Multiplikator 113 und die Additionsstelle 64 auf das Brennstoffsteuersignal B sichergestellt.
  • Fig. 4 zeigt eine ganz ähnliche Anordnung wie Fig. 5, jedoch für einen Gleitdruckbetrieb mit Vordruckregelung. Dem Drucksollwert ps wird in diesem Fall statt dem Nenn-Drucksollwert ps,N an der Additionsstelle 109 ein Steuersignal DB aufgeschaltet. Das Steuersignal DB wird in einem Funktionsbildner 136 gebildet; sein zeitlicher Verlauf entspricht der Änderung des Frischdampfdruckes als Anwort auf den durch die Steuerung (B) veränderten Brennstoffmassenstrom mB. Die Leistungskomponente PB wird in einem an den Gleitdruckbetrieb angepaßten Funktionsbildner 134 gebildet.
  • Während die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Prozeßmodelle 133G, 133F jeweils für eine bestimmte Betriebsart eingerichtet sind, können mit dem universellen Prozeßmodell 100 gemäß Fig. 3 alle oben beschriebenen Betriebsarten gefahren werden. Die Nachbildung der Leistungskomponente PB für Gleitdruck und Festdruck erfolgt dabei unterschiedlich, je nach Stellung des Schalters 115.
  • Solange man sich im Leistungsregelbereich mit gleitendem FD-Druck befindet, sind - beim Schalter 115 in G-Position - die Signale aus den Funktionsbildner 102 und 103 Null. Wenn der durch den Funktionsbildner 30 nachgebildete FD-Druck nach einer Leistungserhöhung durch das Brennstoffsteuersignal B den Nenn-Drucksollwert ps,N übersteigt, wird die anstehende Differenz mittels des Auswahlglieds 105 und der Additionsstelle 106 erfaßt. Mittels der Funktionsbildner 102, 103 und der Additionsstelle 104 werden erstens die Nachbildung der Leistungskomponente PB für den Festdruck aktiviert und zweitens die Turbinenregelventile durch das Signal Sp weiter geöffnet. Nach der Einspeicherung der Wärmeenergie im Kessel wird nur das Signal Sy am Ausgang des Funktionsbildners 20 zu Null und zwar auf Grund der Wirkung der Rückführung R, ,2 (oder RV bei entsprechender Stellung des Schalters 117). Wenn der Betrieb mit dem Vordruckregler erfolgt, steht der Schalter 116 in G-Position; im Leistungsregelbereich, in dem das Ausgangssignal der Additionsstelle 106 nicht Null ist, wird das ursprünglich vom Funktionsbildner 30 gelieferte Signal DB durch das Signal von 106 in 107 für den Festdruck eingestellt, d. h. das Signal DB entspricht dem Nenn-Drucksollwert ps,N.
  • Für die Betriebsweise mit Festdruck im ganzen Leistungsregelbereich des Kraftwerksblockes ist der Schalter 115 in F-Position zu bringen und hierbei werden die Ausgangssignale der Funktionsbildner 102 und 103 leistungsmäßig verändert.
  • Durch das Signal Sy wird die Leistung aus dem Kessel ausgepeichert und durch die Wirkung der jeweiligen obengenannten Rückführung wird das Signal Sy wiederum zu Null gebracht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Kraftwerksblock
    • 2 Leistungsregler
    • 3 Stellungsregler
    • 4 Druckregler
    • 8 Brennstoffwerte-Additionsstelle
    • 9 erste Stellwerte- Additionsstelle
    • 10 zweite Stellwerte-Additionsstelle
    • 11 Ventilstellungs-Sollwertsteller
    • 12 Druckwerte-Additionsstelle
    • 13 Leistungswerte-Additionsstelle
    • 19b Funktionsbildner (nichtlineares Glied erster Ordnung dessen Zeitkonstante T abhängig ist von der Sprungamplitude X)
    • 20 Additionsstelle (Bildung des fehlenden Leistungsteils Pps)
    • 21 Funktionsbildner (Übertragungsfunktion zwischen Turbinenventilstellung und elektrischer Leistung)
    • 22 Funktionsbildner (Übertragungsfunktion zwischen elektrischer Leistung und Brennstoff)
    • 28 Funktionsbildner (Übertragungsfunktion zwischen Dampfdruck und Ventilstellung)
    • 29 Additionsstelle
    • 30 Funktionsbildner (Übertragungsfunktion zwischen Dampfdruck und Brennstoff)
    • 31 Additionsstelle
    • 33a,b Funktionsbildner (Übersteuerung des Signals Pf2,unterschiedlich für sprungförmige oder rampenförmige Leistungsänderung)
    • 63 P-Regler
    • 64 Additionsstelle
    • 100 Universal-Prädiktor
    • 101 Vordruck-Regler
    • 102 Funktionsbildner (Übertragungsfunktion zwischen Ventilstellung und Dampfdruck)
    • 103 Funktionsbildner (Übertragungsfunktion zwischen Ventilstellung und elektrischer Leistung)
    • 104 Additionsstelle
    • 105 Auswahlglied
    • 106 Additionsstelle
    • 107 Additionsstelle
    • 108 Additionsstelle
    • 109 Additionsstelle
    • 110 Additionsstelle
    • 111 Multiplikator
    • 112 Multiplikator
    • 113 Multiplikator
    • 114 Additionsstelle
    • 115 Schalter
    • 116 Schalter
    • 117 Schalter
    • 118 Schalter
    • 119 Schalter
    • 120 Schalter
    • 121 Betriebsarten-Wahleinrichtung (zwei Parameter müssen festgelegt werden)
    • 122 Additionsstellen
    • 123 Additionsstellen
    • 124 Additionsstellen
    • 125 Schalter
    • 126 Schalter
    • 127 Schalter
    • 128 Schalter
    • 129 Schalter
    • 131 Funktionsbildner (bildet Auswirkung der Brennstoffzufuhr auf die Leistungserhöhung nach)
    • 132 Funktionsbildner (Nachbildung des zeitlichen Verlaufs des Drucksollwertes)
    • 133F Prädiktor für Festdruckbetrieb
    • 133G Prädiktor für Gleitdruckbetrieb
    • 134 Funktionsbildner (Übertragungsfunktion zwischen elektrischer Leistung und Brennstoff)
    • 135 Umsetzer (Übertragungsfunktion zwischen Drucksollwert und elektrischer Leistung)
    • 140 Schalter
    • 141 Funktionsbildner (inverse Übertragungsfunktion des Vordruckreglers)
    • 142 Funktionsbildner (inverse Übertragungsfunktion des Leistungsreglers)
    • 143 Additionsstelle
    • 144 Additionsstelle
    Signalbezeichnungen
    • B Brennstoff-Steuersignal
    • D Drucksollwertsignal
    • DB Drucksollwert-Komponente
    • Ds Drucksollwert-Komponente (Entkopplungssignal für Druckregler)
    • K Korrekturfaktor
    • mB Brennstoff Massenstrom
    • mB Brennstoff-Massenstrom-Änderung
    • p Dampfdruck-Istwert
    • ps Dampfdruck-Sollwert
    • ps,N Dampfdruck-Sollwert bei Nennleistung (max. Dampfdruck)
    • Ps,v Dampfdruck-Sollwert-Komponente
    • P Blockleistung elektrisch
    • Pf2 Leistungssollwertkomponente (von Netzfrequenzabweichung abhängig)
    • Pd Leistungsregelabweichung
    • Pps
    • Ps Leistungs-Sollwert
    • (PB)F,G nachgebildete Brennstoff abhängige Leistungskomponente im F- oder G-Betrieb
    • Pv vorgegebener Leistungssollwert
    • R1,2 Rückführung
    • Rv Rückführung
    • S Ventil-Steuersignal
    • Sy Ausgangssignal des Funktionsbildners 20
    • Sp Ausgangssignal des Funktionsbildners 102
    • T Zeitkonstante
    • X Sprungamplitude
    • Y Turbinenventilstellung
    Betriebsarten-Bezeichnungen
    • a Turbine führt
    • b Kessel führt
    • F Festdruck
    • G Gleitdruck
    • V Vordruckregelung

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerkblocks mit Hilfe einer Steuer- und Regeleinrichtung, die ein Prozeßmodell, das das dynamische Verhalten des Kraftwerksprozesses nachbildet und einen Leistungsregler enthält, wobei
a) ein durch Androsselung der Turbineneinlaßventile gegebener Energievorrat erfaßt und mit einer Leistungskomponente eingesetzt wird, die eine Leistungserhöhung mit streng monotonem oder monotonem Übergang auf ein höheres Leistungsniveau sicherstellt, und
b) ein Übergang auf ein neues Leistungsniveau mit Hilfe von Signalen (B,S) für einen gesteuerten Eingriff in die Brennstoffzufuhr und die Turbinenventilstellung im wesentlichen gesteuert erfolgt, so daß die Regeleinrichtung weitgehend inaktiv bleibt,

dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Vordruckreglers (101) eine Frischdampf-Vordruckregelung einbezogen ist, wobei
c) das Prozeßmodell (100, 133) einen Dampfdruck-Sollwert (ps) für den Vordruck- regler (101) bildet, und wobei dieser bewirkt, daß auch der Vordruckregler (101) weitgehend inaktiv bleibt,
d) der Dampfdruck-Sollwert (ps) für Gleit- bzw. Festdruckbetrieb auf unterschiedliche Weise gebildet wird,
e) dem Dampfdruck-Sollwert (ps) additiv (108) die Regelabweichung (Pd) des Leistungsreglers (2), der unmittelbar und korrigierend auf die Brennstoffzufuhr wirkt, aufgeschaltet wird, und
f) das Ausgangssignal des Vordruckreglers (101) additiv (9) auf das Steuersignal (S) zur Bildung des Stellsignals (Y) für die Turbineneinlaßventile aufgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck-Sollwert (ps) im Festdruckbetrieb gebildet wird auf der Basis einer Nachbildung der zu erwartenden Dampfdruckänderung (FBp)G als Reaktion auf eine geänderte Brennstoffzufuhr.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck-Sollwert (ps) im Gleitdruckbetrieb gebildet wird auf der Basis einer Nachbildung der zu erwartenden Leistungsänderung (FBP)G als Reaktion auf eine geänderte Brennstoffzufuhr.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch abgewandelt, daß das Ausgangssignal des Vordruckreglers (101) nicht additiv auf das Steuersignal (S) zur Bildung des Stellsignals (Y) für die Turbineneinlaßventile aufgeschaltet wird, sondern das Steuersignal (S) mit der jeweiligen Inversübertragungsfunktion (1/FR) des Leistungs- bzw. des Vordruckreglers dynamisch verformt dem jeweiligen Sollwert (Ps,ps) additiv (143, 144) aufgeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch abgewandelt, daß das Ausgangssignal des Vordruckreglers (101) nicht additiv auf das Steuersignal (S) zur Bildung des Stellsignals (Y) für die Turbineneinlaßventile aufgeschaltet wird, sondern das Ausgangssignal des Vordruckreglers (101) direkt als Stellgröße (Y) zur Turbineneinlaßventilstellung verwendet ist.
6. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung (P) eines Dampfkraftwerkblocks (1), die nachstehende Komponenten enthält:
a) ein Prozeßmodell (100), das auf Grund einer Leistungssollwertvorgabe (Pv), die eine Leistungserhöhung mit streng monotonem oder mindestens monotonem Verlauf bewirkt, Steuersignale (B,S) bildet füer eine Steuerung der Brennstoffzufuhr (mB) und der Turbineneinlaßventilstellung (Y),
b) einen Leistungsregler (2),
c) einen Turbineneinlaßventil-Stellungsregler (3), und
d) einen Dampfdruckregler (4),

dadurch gekennzeichnet, daß
e) außerdem ein Frischdampf-Vordruckregler (101) angeordnet ist,
f) das Prozeßmodell (100) als universelles Modell mit Einstellmöglichkeit auf je eine der in den Merkmalen g) und h) genannten Betriebsarten (F,G,V,a,b) ausgeführt ist,
g) Mittel (115, 116, 121, 129) vorhanden sind zur wahlweisen Umschaltung auf eine der Betriebsarten Gleitdruck (G) oder Festdruck (F), und
h) Mittel (117 bis 121, 125 bis 128) vorhanden sind zur wahlweisen Umschaltung auf eine der Betriebsarten "FD-Vordruckregelung" (V) oder "Turbine führt, Kessel folgt" (a) oder "Kessel führt, Turbine folgt" (b).
7. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung (P) eines Dampfkraftwerksblocks (1 d) die nachstehende Komponenten enthält:
a) ein Prozeßmodell (133F, 133G), das auf Grund einer Leistungssollwertvorgabe (Pv), die eine Leistungserhöhung mit streng monotonem oder mindestens monotonem Verlauf bewirkt, ein Steuersignal (B) für eine Steuerung der Brennstoffzufuhr (mB) bildet, und
b) einen Leistungsregler (2)

dadurch gekennzeichnet, daß
c) im Dampfkraftwerksblock (1 d) ein FD-Vordruckregler (101) angeordnet ist, der eine Stellgröße (Y) zur Einstellung der Turbineneinlaßventile liefert, und
d) das Prozeßmodell (133F, 133G) Mittel (131, 20, 132, 108, 109) für Festdruckbetrieb, bzw. (134 bis 135, 20, 108, 109, 111) für Gleitdruckbetrieb) aufweist, zur Bildung eines Wärme-/Leistungs- oder Brennstoffabhängigen FD-Drucksollwertes (ps), der dem Vordruckregler (101) als Sollwert zugeführt ist.
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