EP0684366B1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks - Google Patents
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- 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 relates to a device for Execution of the procedure.
- Such a method is known from DE 36 32 041 C2.
- This Procedures including a supplement that relates to a procedure for restoring the turbine reserve after the correction of a power setpoint change relates, is also known from DE 41 24 678 C2.
- the known The method is particularly suitable for frequency control by changing the power setpoint in a steam power plant block, for example due to a drop in network frequency, in compliance with requirements to the dynamic performance of the Deutsche Verbundippo eV, Heidelberg, (DVG) in the publication "Das supply-oriented behavior of thermal power plants ", DVG, October 1991.
- the DVG requirements in particular the defined dynamics in the event of a change in performance the method according to the invention should also suffice.
- EP-A2-0100 532 describes a method for regulating the power of a steam power plant block with a once-through steam generator known.
- the fuel supply to the steam generator is regulated by a power regulator; a to control parallel control of the fuel supply takes place Not. Not even direct or indirect control of the turbine inlet valves.
- the process works with a pre-pressure control.
- the specified pressure setpoint is determined by a pressure correction signal influenced.
- the turbine intake valves are now proceed in such a way that steam is emitted or removed as required is saved.
- the correction signal is with a electrical replica of the model Steam generator behavior formed.
- the replica is as Input signal the control signal of the power controller supplied.
- This is only a small degree of coordination of pressure setpoint and fuel supply.
- the dynamic behavior of the power controller output signal is not just about the performance of the Controlled system, but also on the parameters of the Power controller.
- the invention is based on the method DE 36 32 041 C2 is based on the task of further development specify a faster control of heating faults enables and also a variant for fixed pressure operation allows. Compliance with the DVG requirements including an at least monotonous transition to a a new level of performance should also continue to exist as well as a predominantly controlled intervention in the process. In addition, a facility is to carry out the procedure can be specified.
- This task is carried out in a method for control and Regulation of the output of a steam power plant block after Preamble of claim 1 by its characterizing Features resolved.
- Advantages of the method according to the invention exist under another in that by including the form regulation a very fast and stable adjustment and therefore also stable maintenance of the FD pressure, which is subject to the heating disturbances, and by a good to the respective operating mode adapted replication of the controlled system behavior a practical only controlled transition to a new level of performance is achieved.
- the steam pressure setpoint is not only the error of the process model is practically eliminated, but the whole block control more stable.
- the procedure can be universal with several for one selectable modes set up facility, as well with a simplified, for a certain operating mode equipped control and regulation device performed will.
- 1 and 2 show a universal for different Operating modes adjustable control and regulating device, 1 shows an overall arrangement, whose process model is shown in detail in FIG. 2.
- a model shown in FIGS. 1 and 2, referred to as a universal process model or universal predictor 100, is supplied as input signals: A fuel control signal B, the power control deviation P d and a predetermined power setpoint P V.
- Output signals are - depending on operating mode switches 115 to 119 - a turbine inlet valve control signal S, a power setpoint P S , a pressure setpoint signal D, a vapor pressure setpoint p S and a pressure setpoint component D S.
- the overall arrangement also contains further operating mode switches 118 to 120 and 125 to 129, which with the aid of a Operating mode selector 121 can be operated.
- the mode selector 121 contains two lines with keys, with each line making a selection by pressing a key must become.
- the invention relates to a further development of the process and the facility, which are already known from DE 36 32 041 C2. Furnishing components, that are already described there and also used again in the device according to the invention are matched to facilitate understanding Provide reference numerals. Also signal names were taken over.
- the fuel control signal B is in a function generator 33a, 33b depending on required changes in performance and formed 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 builder 22 with a transfer function between electrical Power and fuel, a function builder 28 with a transfer function between steam pressure and valve position, a function generator 102 with a transfer function between valve position and steam pressure, one Function generator 103 with a transfer function between Valve position and electrical power and one Function generator 21 also with a transfer function between turbine valve position and electrical power.
- Other components of the process model 100 are one P controller 63, addition points 20, 29, 106 to 109, 104 and 114, a selector 105 and a multiplier 111.
- the electrical circuit of the components and the mode of operation the device is set by the switch positions fixed.
- 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.
- the operating mode is activated by pressing the V and F keys "Boiler leads, turbine follows, fixed pressure, pre-pressure control" chosen. Analogous to the aforementioned VG mode, too here the trubine control valves directly through the control signal S controlled.
- FIG. 3 shows a modification of the arrangement for the case that the realization of the summation point 9 is not possible is.
- the turbine control valves can then only indirectly, d. H. by means of the targeted adjustment of the respective controller 101 or 2 can be controlled.
- a switch 140 brought into the position corresponding to the operating mode and the valve control signal S by function generator 141 or 142 dynamically deformed additively to the respective Setpoint is applied via addition points 143 or 144.
- the dynamic deformation by the function generator 141 or 142 takes place with the inverse transfer function of the respective Controller 101 or 2.
- Fig. 5 shows a simplified one provided with reference numeral 133F Execution of the process model for a fixed printing company with pre-pressure control. Deviating from the arrangement 1, a controlled system 1b is considered here in addition to the power plant block 1 includes the admission pressure regulator 101. The dynamic behavior of the controlled system 1b is determined by reproduced a function generator 131. How it works 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 unit P pS is formed, which is to be removed from the boiler by targeted control of the pressure setpoint p S.
- the required time profile 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.
- the nominal pressure value p 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 a power increase 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 S p .
- switch 115 For operation with fixed pressure in the entire power control range of the power plant block, switch 115 is in the F position bring and here are the output signals the function generator 102 and 103 changed performance.
- the signal S Y stores the power from the boiler and the signal S Y in turn is brought to zero by the effect of the respective feedback mentioned above.
Description
- 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.
Ein Brennstoff-Steuersignal B, die Leistungsregelabweichung Pd und ein vorgegebener Leistungssollwert 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.
- 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
- "
- 108
- "
- 109
- "
- 110
- "
- 111
- Multiplikator
- 112
- "
- 113
- "
- 114
- Additionsstelle
- 115
- Schalter
- 116
- "
- 117
- "
- 118
- "
- 119
- "
- 120
- "
- 121
- Betriebsarten-Wahleinrichtung (zwei Parameter müssen festgelegt werden)
- 122
- Additionsstellen
- 123
- "
- 124
- "
- 125
- Schalter
- 126
- "
- 127
- "
- 128
- "
- 129
- "
- 131
- Funktionsbildner (bildet Auswirkung der Brennstoffzufuhr auf die Leistungserhöhung nach)
- 132
- Funktionsbildner (Nachbildung des zeitlichen Verlaufs des Drucksollwertes)
- 133F
- Prädiktor für Festdruckbetrieb
- 133G
- " " 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
- "
- 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
- " 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
- a
- Turbine führt
- b
- Kessel führt
- F
- Festdruck
- G
- Gleitdruck
- V
- Vordruckregelung
Claims (7)
- Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerkblocks (1) mit Hilfe einer Steuer- und Regeleinrichtung, die ein Prozeßmodell (100, 133), das das dynamische Verhalten des Kraftwerksprozesses nachbildet und einen Leistungsregler (2) enthält, wobeia) 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, undb) 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,c) das Prozeßmodell (100, 133) einen Dampfdruck-Sollwert (pS) für den Vordruckregler (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, undf) das Ausgangssignal des Vordruckreglers (101) additiv (9) auf das Steuersignal (S) zur Bildung des Stellsignals (Y) für die Turbineneinlaßventile aufgeschaltet wird.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 Turbineneinlaßventil-stellung (Y),b) einen Leistungsregler (2),c) einen Turbineneinlaßventil-Stellungsregler (3), undd) einen Dampfdruckregler (4),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), undh) 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). - Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung (P) eines Dampfkraftwerksblocks (1d) 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 (m ˙B) bildet, undb) einen Leistungsregler (2)c) im Dampfkraftwerksblock (1d) ein Frischdampf-Vordruckregler (101) angeordnet ist, der eine Stellgröße (Y) zur Einstellung der Turbineneinlaßventile liefert, undd) 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 Brennstoff-abhängigen Frischdampf-Drucksollwertes (pS), der dem Vordruckregler (101) als Sollwert zugeführt ist.
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