EP3183432A1 - Turbine control unit comprising a thermal stress controller as a master controller - Google Patents

Turbine control unit comprising a thermal stress controller as a master controller

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EP3183432A1
EP3183432A1 EP15774624.9A EP15774624A EP3183432A1 EP 3183432 A1 EP3183432 A1 EP 3183432A1 EP 15774624 A EP15774624 A EP 15774624A EP 3183432 A1 EP3183432 A1 EP 3183432A1
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EP
European Patent Office
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turbine
temperature
controller
control unit
stress
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15774624.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Bennauer
Matthias Heue
Martin Ophey
Christoph Schindler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3183432A1 publication Critical patent/EP3183432A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D19/00—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith
    • F01D19/02—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith dependent on temperature of component parts, e.g. of turbine-casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303—Temperature
    • F05D2270/3032—Temperature excessive temperatures, e.g. caused by overheating

Definitions

  • Turbine control unit with a temperature load ⁇ regulator as a master controller
  • GB 2 074 757 A discloses a method and arrangement for controlling the thermal stress of components of a steam turbine at maximum load and unload speeds during startup, shutdown, and other periods of load change. From monitored and derived quantities, a load rate is calculated for each of several preselected turbine components and the lowest speed selected for control. At the same time the
  • US 2006/233637 AI shows a turbine start regulator with an optimum start control unit for predicting a thermal mix load, which is determined in a turbine rotor during a prediction period on the basis of the current time in the future to ⁇ , wherein a turbine acceleration rate and a load rate of growth can be used as control variables.
  • US 5,044,152 A shows a method for operating a combined power station with a gas turbine system and an evaporator, steam ge ⁇ neriert in which from the heat of the turbine exhaust gas and a steam turbine is fed, which is operated by the thus generated steam.
  • An inlet to the gas turbine system is controlled based on the condition of the evaporator or steam turbine.
  • a turbine control unit for Rege ⁇ development of a turbine in particular for controlling the start-ei ⁇ ner turbine proposed, which is designed as a cascade controller.
  • a regulator is understood to mean a cascade controller, wherein at least two control loops each other ge ⁇ are switched on. In this case an outer loop, a so- ⁇ -called master controller is present. It has the task of defining or at least influencing setpoints for an internal control loop, ie a downstream control loop.
  • the master controller thus has the task of predetermining or influencing the setpoint values for an internal control loop in such a way that an excessive temperature load is avoided. So far, when starting a turbine usually with a controller for the turbine power the Performance, more precisely regulated the performance increase. To avoid an excessive temperature stress, the temperature is measured and stopped at an excessive Temperbe pipeung startup. Thus, the performance increase is interrupted. Thus an excessive tempera ⁇ turbe pipeung of components is indeed avoided, but a loss of time is to be accepted until the turbine can reach the ge ⁇ wished performance.
  • a temperature stress regulator for the temperature temperaturbeanprüuchter components as a master controller can be achieved that the allowable temperature stress is largely used, so about the start of the power increase of the turbine turbine is as high as possible, without the ⁇ casual temperature stress of components to cry ⁇ th. It can so the power can be increased faster and a desired turbine performance can be achieved faster.
  • temperature stress regulator is still an internal controller available. The temperature load controller provides the internal controller with a suitable set point to ensure that the turbine is controlled so that it does not exceed a permissible temperature load.
  • the invention is primarily based on steam turbines in which the temperature stress, in particular the temperature stress during start-up represents a significant problem. However, it should not be ruled out that the invention is also used in gas turbines, for example.
  • the inner regulator is a turbine regulator, in particular a turbine power regulator.
  • turbine regulators are known in the art and are very well suited for the regulation of turbines, especially when starting the turbine.
  • the temperature load regulator will pass in this case the inner regulator a setpoint for the performance of the turbine. As will be discussed in more detail later, this may also be a target value for the increase in performance.
  • the main application is certainly the startup of a turbine. However, it is also conceivable to avoid overheating, for example, in full-load operation by the temperature-load regulator designed as a guide regulator.
  • a temperature-stress calculation unit is provided in order to predefine at least one desired value for the temperature-stress controller.
  • the temperature load calculation unit calculates, mostly from data stored in databases, whether a temperature increase is permissible.
  • the temperature load controller is designed to provide for such a regulation of the turbine such that a desired time-temperature rise, so a certain temperature increase per unit time ⁇ is not exceeded.
  • Decisive, in particular when starting the turbine is usually not an absolute ⁇ lute temperature should not be exceeded. It should not be forgotten that there is of course a temperature that must not be exceeded. During start-up, however, it is crucial to avoid undue material stresses that the temperature does not rise too fast. Therefore, the temperature regulator must normally ensure that the temperature does not rise too fast.
  • the temperature stress calculation unit can deduce a temperature rise from the detected temperature values and their time sequence. Furthermore, this temperature increase can be compared with stored data. This allows to determine if the temperature rise is increased can, must be lowered or remain the same. This information can be passed to the temperature stress controller. From this information, the temperature demand controller can generate a suitable setpoint for the inner controller.
  • the temperature- stress regulator is designed to avoid a temperature stress that is caused by temperature differences. Occasionally, a temperature stress also results from different temperatures within a component or from different temperatures of different components. For example, it can be problematic when blades of the turbine expand by heating and a casing of the turbine expands more slowly due to slower heating. It therefore sometimes applies temperature differences that trigger a temperature stress to recognize and avoid by a regulation.
  • the turbine power controller is configured to generate setpoints for positioners that control the position of control valves. The control valves significantly influence the respective amount of steam flowing through and thus the performance or performance curve of the turbine. In this embodiment, the turbine control unit is thus cascaded twice. First, the Temperaturbean ⁇ spruchungsregler is present as the parent master controller, the setpoints for the controller of the turbine power generated. The turbine power controller in turn generates setpoint values for the positioners
  • the turbine control unit is designed turbine stages, in particular a Hochdrucktur ⁇ bine, to regulate a medium pressure turbine and a low pressure turbine separated.
  • the performance can be increased differently, especially due to different Temperaturbeanspru ⁇ chungen.
  • usually a completely separate regulation can not be realized.
  • different steam paths are available, the boundary condition that steam flows from the high-pressure turbine into the medium-pressure turbine and from there into the low-pressure turbine may result in certain dependencies on the performance of the individual turbine sections. Nevertheless, it is advantageous to be able to regulate individual sub-turbines in principle separately. This allows about the Leis ⁇ tion of a sub-turbine to increase faster, while the performance of another sub-turbine is to increase slower to avoid undesirable temperature stress.
  • temperature sensors are mounted at different locations of the turbine, in particular on a high-pressure turbine and / or on a medium-pressure turbine.
  • a high-pressure turbine and the intermediate pressure turbine han ⁇ delt it is more temperature-stress components, so that temperature sensors are required, above all there. In many cases, it makes sense to install temperature sensors in the low-pressure turbine as well.
  • the invention also relates to a method of controlling a turbine with a cascade controller comprising a mecanicsreg ⁇ ler and an internal regulator, the master controller detects a temperature stress of the turbine and passes such setpoints to the inner controller, that a uner ⁇ desired temperature stress of the turbine is avoided , Further explanations of the method will be omitted here. Reference is made to the explanations of the turbine control unit described above, which may be used to carry out the method.
  • the master controller detects the temperature stress of the turbine by a temporal temperature increase, ie by a temperature increase per unit time, and determines the resulting temperature stress, wherein at too high a temperature stress to the inner controller the setpoint is passed to reduce the turbine power increase, the set point is passed at a temperature load within a desired range, the power increase can be maintained, and at a temperature load below a threshold the setpoint is passed to increase the power increase.
  • too high a temperature load here does not mean that the temperature stress is already unacceptably high. Too high a temperature load only means that a limit value for the control has been exceeded.
  • the regulation should just avoid an inadmissibly high temperature stress. This regulation allows the rapid start-up of a turbine without an inadmissibly high temperature stress.
  • a turbine control unit 1 can be seen.
  • a temperature control controller 2 serves as a master controller and transfers setpoint values to an internal controller 3, which is designed as a controller of the turbine output.
  • the Temperaturbeanspru ⁇ monitoring controller 2 is connected upstream unit 4, a Temperaturbe distributedungsbeticians-. This evaluates signals originating from temperature sensors 5 for a high-pressure turbine 6 and from temperature sensors 7 for a medium-pressure turbine 8.
  • the temperature stress calculation unit 4 transfers to the temperature stress controller 2 whether the temperature stress can be increased, should remain the same or should decrease. Depending on this, the temperature load controller 2 transmits to the controller 3 of the turbine power suitable setpoint values, depending on whether a power increase of the turbine is to be lowered, increased or kept constant. This he ⁇ follows for the high-pressure turbine 6, the medium-pressure turbine 8 and the low-pressure turbine 10 each separately.
  • the positioner 11 regulates on the basis of the given target values, a position of a main steam control valve 12, influences which the steam supply to the high pressure turbine 6, a position of a capture ⁇ control valve 13, influences which the steam supply to the intermediate pressure turbine 8 and a position of a Zudampfklappe 14, which affects steam supply to the low-pressure turbine 10.
  • a position of a main steam control valve 12 influences which the steam supply to the high pressure turbine 6, a position of a capture ⁇ control valve 13, influences which the steam supply to the intermediate pressure turbine 8 and a position of a Zudampfklappe 14, which affects steam supply to the low-pressure turbine 10.
  • At the live steam control valve 12 is a Stellungsmes ⁇ ser 15, the Abfangstellventil 13, a positioner 16, and the Zudampfklappe 14 a positioner 17.
  • the positioner 15, 16 and 17 pass values to the positioner 11.
  • the positioner 11 has the information whether the position of live steam control valve 11, interception ⁇ valve 13 and Zudampfklappe 14 has taken the particular desired value or an opening or closing is required.
  • wet steam coming from the low-pressure turbine 10 is condensed in a condenser 18.
  • the resulting water is fed with a feedwater pump 19 in a steam generator 20.
  • the steam passes through the steam control valve 12 to the high pressure turbine 6.
  • From the high pressure turbine is heated in steam coming ei ⁇ nem reheater 26th From the reheater 26, the steam flows through the Abfangstellventil 13 in the Medium-pressure turbine 8. After expansion in the medium-pressure turbine 8, the steam flows in low-pressure turbine 10.
  • steam coming from the steam generator 20 may be added.
  • the high pressure turbine 6, the intermediate pressure turbine 8 and the Never ⁇ derdruckturbine 10 jointly drive a generator 21st Its power is determined with a power meter 22 and passed to the controller 3 of the turbine power. Further, a tachometer 23 is provided, which supplies the controller 3 of the turbine power with the rotational speed of turbine and generator 21.

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Abstract

The invention relates to a turbine control unit (1) for controlling a turbine (6, 8, 10), in particular for controlling the start-up of a turbine (6, 8, 10), said unit being designed as a cascade controller comprising a master controller (2) and an inner controller (3), the master controller being a thermal stress controller (2) for the components subjected to thermal stress. The invention also relates to an associated method.

Description

Beschreibung description
Turbinenregelungseinheit mit einem Temperaturbeanspruchungs¬ regler als Führungsregler Turbine control unit with a temperature load ¬ regulator as a master controller
Beim Anfahren von Turbinen, insbesondere von Dampfturbinen, ist zur Vermeidung von Bauteilbeschädigungen ein zu schneller Temperaturanstieg zu vermeiden. Daher werden die Temperaturen temperaturbelasteter Bauteile überwacht. Überschreiten die Temperaturen oder der Temperaturanstieg einen Sollwert, so wird auf einen Regler der Turbinenleistung eingewirkt die Leistungssteigerung zu stoppen. Dadurch ergeben sich mitunter Verzögerungen beim Anfahren der Turbine. When starting turbines, in particular steam turbines, to avoid component damage, too rapid a rise in temperature should be avoided. Therefore, the temperatures of temperature-loaded components are monitored. If the temperatures or the temperature rise exceed a setpoint value, a controller of the turbine output is acted upon to stop the power increase. This sometimes results in delays in starting the turbine.
In GB 2 074 757 A ist ein Verfahren und eine Anordnung zum Regeln der Wärmebeanspruchung von Bestandteilen einer Dampfturbine unter maximalen Belastungs- und Entlastungsgeschwindigkeiten während des Hochlaufens, des Stillsetzens und ande- rer Perioden der Belastungsänderung gezeigt. Aus überwachten und abgeleiteten Größen wird eine Belastungsgeschwindigkeit für jeden von mehreren vorgewählten Turbinenbestandteilen berechnet und die niedrigste Geschwindigkeit für die Regelung ausgewählt. Gleichzeitig wird die GB 2 074 757 A discloses a method and arrangement for controlling the thermal stress of components of a steam turbine at maximum load and unload speeds during startup, shutdown, and other periods of load change. From monitored and derived quantities, a load rate is calculated for each of several preselected turbine components and the lowest speed selected for control. At the same time the
DampfbeaufSchlagungsbetriebsart der Turbine automatisch ent¬ weder auf die Teilbogenbetriebsart oder die Vollbogenbe- triebsart gerichtet, je nach Notwendigkeit, um die Beanspru¬ chung zu verringern. In der US 4,208,060 A ist ein Überwachungskontrollsystem für einen Dampfturbinengenerator mit einer Hierarchie von Mikrocomputer-Teilsystemen gezeigt, die interaktiv mit einem herkömmlichen analogen elektrohydraulischen Regelungssystem zusammenarbeiten, um eine Steuerung und Überwachung während al- 1er Betriebsphasen des Turbinengenerators zu ermöglichen. DampfbeaufSchlagungsbetriebsart the turbine automatically directed ent ¬ neither the partial arc mode or the Vollbogenbe- triebsart, as necessary, to reduce the DEMANDS ¬ chung. US 4,208,060 A shows a monitoring control system for a steam turbine generator having a hierarchy of microcomputer subsystems interacting with a conventional analog electrohydraulic control system to enable control and monitoring during all phases of operation of the turbine generator.
Die US 2006/233637 AI zeigt einen Turbinenstartregler mit einer Optimalstartregelungseinheit zum Vorhersagen einer ther- mischen Belastung, die in einem Turbinenrotor während einer Vorhersageperiode ausgehend von der aktuellen Zeit in die Zu¬ kunft bestimmt wird, wobei eine Turbinenbeschleunigungsrate und eine LastZuwachsrate als Regelgrößen verwendet werden. US 2006/233637 AI shows a turbine start regulator with an optimum start control unit for predicting a thermal mix load, which is determined in a turbine rotor during a prediction period on the basis of the current time in the future to ¬, wherein a turbine acceleration rate and a load rate of growth can be used as control variables.
US 5,044,152 A zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines kombinierten Kraftwerks mit einem Gasturbinensystem und einem Verdampfer, bei dem aus der Hitze des Turbinenabgases Dampf ge¬ neriert und einer Dampfturbine zugeführt wird, die durch den so erzeugten Dampf betrieben wird. Ein Einlass in das Gasturbinensystem wird auf Basis des Zustands des Verdampfers oder der Dampfturbine geregelt. US 5,044,152 A shows a method for operating a combined power station with a gas turbine system and an evaporator, steam ge ¬ neriert in which from the heat of the turbine exhaust gas and a steam turbine is fed, which is operated by the thus generated steam. An inlet to the gas turbine system is controlled based on the condition of the evaporator or steam turbine.
Aufgabe der Erfindung ist es diese Verzögerungen möglichst zu vermeiden, zumindest zu reduzieren und gleichzeitig eine Be¬ schädigung von Bauteilen zu unterbinden. Diese Aufgabe wird insbesondere durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Die ab¬ hängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an. Erfindungsgemäß wird eine Turbinenregelungseinheit zur Rege¬ lung einer Turbine, insbesondere zum Regeln des Anfahrens ei¬ ner Turbine, vorgeschlagen, die als Kaskadenregler ausgebildet ist. Wie fachüblich ist unter einem Kaskadenregler ein Regler verstanden, bei dem mindestens zwei Regelkreise ineinander ge¬ schaltet sind. Dabei ist ein äußerer Regelkreis, ein soge¬ nannter Führungsregler vorhanden. Dieser hat die Aufgabe für einen inneren Regelkreis, also einen nachgeordneten Regel- kreis, Sollwerte vorzugeben oder zumindest zu beeinflussen. The object of the invention is to avoid these delays as possible, at least reduce and at the same time to prevent Be ¬ damage of components. This object is achieved in particular by the independent claims. The ex ¬ dependent claims provide advantageous developments. According to the invention, a turbine control unit for Rege ¬ development of a turbine, in particular for controlling the start-ei ¬ ner turbine proposed, which is designed as a cascade controller. As customary in the art, a regulator is understood to mean a cascade controller, wherein at least two control loops each other ge ¬ are switched on. In this case an outer loop, a so-¬-called master controller is present. It has the task of defining or at least influencing setpoints for an internal control loop, ie a downstream control loop.
Vorliegend ist als Führungsregler ein Temperaturbeanspru¬ chungsregler für die Temperatur temperaturbeanspruchter Bauteile vorhanden. Der Führungsregler hat also die Aufgabe, die Sollwerte für einen inneren Regelkreis so zu vorzugeben oder zu beeinflussen, dass eine überhöhte Temperaturbeanspruchung vermieden wird. Bisher wird beim Anfahren einer Turbine für gewöhnlich mit einem Regler für die Turbinenleistung die Leistung, genauer gesagt die Leistungssteigerung geregelt. Zur Vermeidung einer überhöhten Temperaturbeanspruchung wird die Temperatur gemessen und bei einer überhöhten Temperbeanspruchung das Anfahren gestoppt. Es wird also die Leistungs- Steigerung unterbrochen. Damit wird eine überhöhte Tempera¬ turbeanspruchung von Bauteilen zwar vermieden, allerdings ist ein Zeitverlust in Kauf zu nehmen, bis die Turbine die ge¬ wünschte Leistung erreichen kann. Wird hingegen wie erfindungsgemäß vorgesehen ein Temperaturbeanspruchungsregler für die Temperatur temperaturbeanspruchter Bauteile als Führungsregler vorgesehen, kann erreicht werden, dass die zulässige Temperaturbeanspruchung weitgehend ausgeschöpft wird, also etwa beim Anfahren die Leistungsstei- gerung der Turbine möglichst hoch gewählt wird, ohne die zu¬ lässige Temperaturbeanspruchung der Bauteile zu überschrei¬ ten. Es kann also die Leistung schneller erhöht werden und eine gewünschte Turbinenleistung schneller erreicht werden. Neben dem als Führungsregler ausgebildeten Temperaturbeanspruchungsregler ist stets noch ein innerer Regler vorhanden. Der Temperaturbeanspruchungsregler übergibt an den inneren Regler einen geeigneten Sollwert um zu erreichen, dass die Turbine so geregelt wird, dass eine zulässige Temperaturbe- anspruchung nicht überschritten wird. Is present as a master controller Temperaturbeanspru ¬ chung regulator for the temperature of temperature-stressed components present. The master controller thus has the task of predetermining or influencing the setpoint values for an internal control loop in such a way that an excessive temperature load is avoided. So far, when starting a turbine usually with a controller for the turbine power the Performance, more precisely regulated the performance increase. To avoid an excessive temperature stress, the temperature is measured and stopped at an excessive Temperbeanspruchung startup. Thus, the performance increase is interrupted. Thus an excessive tempera ¬ turbeanspruchung of components is indeed avoided, but a loss of time is to be accepted until the turbine can reach the ge ¬ wished performance. If, however, as provided according to the invention, a temperature stress regulator for the temperature temperaturbeanprüuchter components as a master controller, can be achieved that the allowable temperature stress is largely used, so about the start of the power increase of the turbine turbine is as high as possible, without the ¬ casual temperature stress of components to cry ¬ th. It can so the power can be increased faster and a desired turbine performance can be achieved faster. In addition to the designed as a master controller temperature stress regulator is still an internal controller available. The temperature load controller provides the internal controller with a suitable set point to ensure that the turbine is controlled so that it does not exceed a permissible temperature load.
Die Erfindung stellt vor allem auf Dampfturbinen ab, bei denen die Temperaturbeanspruchung, vor allem die Temperaturbeanspruchung beim Anfahren ein bedeutendes Problem dar- stellt. Es soll aber nicht ausgeschlossen werden, dass etwa auch in Gasturbinen die Erfindung zum Einsatz kommt. The invention is primarily based on steam turbines in which the temperature stress, in particular the temperature stress during start-up represents a significant problem. However, it should not be ruled out that the invention is also used in gas turbines, for example.
Beim inneren Regler handelt es sich in einer wichtigen Ausführungsform um einen Turbinenregler, insbesondere um einen Regler der Turbinenleistung. Solche Turbinenregler sind im Stand der Technik bekannt und eignen sich sehr gut für das Regeln von Turbinen, insbesondere beim Anfahren der Turbine. Der Temperaturbeanspruchungsregler übergibt in diesem Fall an den inneren Regler einen Sollwert für die Leistung der Turbine. Wie später noch näher diskutiert werden wird, kann es sich dabei auch um einen Sollwert für die Leistungssteigerung handeln . In an important embodiment, the inner regulator is a turbine regulator, in particular a turbine power regulator. Such turbine regulators are known in the art and are very well suited for the regulation of turbines, especially when starting the turbine. The temperature load regulator will pass in this case the inner regulator a setpoint for the performance of the turbine. As will be discussed in more detail later, this may also be a target value for the increase in performance.
Der Hauptanwendungsfall ist sicherlich das Anfahren einer Turbine. Es ist aber auch denkbar etwa im Vollastbetrieb durch den als Führungsregler ausgebildeten Temperaturbeanspruchungsregler Überhitzungen zu vermeiden. The main application is certainly the startup of a turbine. However, it is also conceivable to avoid overheating, for example, in full-load operation by the temperature-load regulator designed as a guide regulator.
Zumeist ist eine Temperaturbeanspruchungsberechnungseinheit vorhanden, um dem Temperaturbeanspruchungsregler mindestens einen Sollwert vorzugeben. Die Temperaturbeanspruchungsbe- rechnungseinheit berechnet, zumeist aus in Datenbanken hin- terlegten Daten, ob eine Temperaturerhöhung zulässig ist. In most cases, a temperature-stress calculation unit is provided in order to predefine at least one desired value for the temperature-stress controller. The temperature load calculation unit calculates, mostly from data stored in databases, whether a temperature increase is permissible.
In einer wichtigen Ausführungsform ist der Temperaturbeanspruchungsregler ausgebildet, für eine derartige Regelung der Turbine zu sorgen, dass ein gewünschter zeitlicher Tempera- turanstieg, also ein bestimmter Temperaturanstieg pro Zeit¬ einheit nicht überschritten wird. Entscheidend, insbesondere beim Anfahren der Turbine, ist im Regelfall nicht eine abso¬ lute Temperatur nicht zu überschreiten. Dabei soll nicht verkannt werden, dass es selbstverständlich eine Temperatur gibt die nicht überschritten werden darf. Während des Anfahrens ist es aber zur Vermeidung von unzulässigen Materialbeanspruchungen entscheidend, dass die Temperatur nicht zu schnell ansteigt. Daher muss der Temperaturbeanspruchungsregler normalerweise dafür sorgen, dass die Temperatur nicht zu schnell ansteigt. In one important embodiment, the temperature load controller is designed to provide for such a regulation of the turbine such that a desired time-temperature rise, so a certain temperature increase per unit time ¬ is not exceeded. Decisive, in particular when starting the turbine, is usually not an absolute ¬ lute temperature should not be exceeded. It should not be forgotten that there is of course a temperature that must not be exceeded. During start-up, however, it is crucial to avoid undue material stresses that the temperature does not rise too fast. Therefore, the temperature regulator must normally ensure that the temperature does not rise too fast.
Zurückkommend auf die bereits erwähnte Temperaturbeanspru- chungsberechnungseinheit bedeutet dies entsprechend, dass die Temperaturbeanspruchungsberechnungseinheit aus den erfassten Temperaturwerten und deren zeitlicher Abfolge auf einen Temperaturanstieg schließen kann. Weiterhin kann dieser Temperaturanstieg mit hinterlegten Daten verglichen werden. Dies erlaubt zu ermitteln, ob der Temperaturanstieg erhöht werden kann, abgesenkt werden muss oder gleichbleiben soll. Diese Information kann dem Temperaturbeanspruchungsregler übergeben werden. Aus dieser Information kann der Temperaturbeanspruchungsregler einen geeigneten Sollwert für den inneren Regler generieren. Returning to the already mentioned temperature stress calculation unit, this means correspondingly that the temperature stress calculation unit can deduce a temperature rise from the detected temperature values and their time sequence. Furthermore, this temperature increase can be compared with stored data. This allows to determine if the temperature rise is increased can, must be lowered or remain the same. This information can be passed to the temperature stress controller. From this information, the temperature demand controller can generate a suitable setpoint for the inner controller.
In einer Ausführungsform ist der Temperaturbeanspruchungsreg¬ ler ausgebildet eine Temperaturbeanspruchung zu vermeiden, die durch Temperaturdifferenzen hervorgerufen wird. Mitunter ergibt sich eine Temperaturbeanspruchung auch aus unterschiedlichen Temperaturen innerhalb eines Bauteils oder aus unterschiedlichen Temperaturen verschiedener Bauteile. So kann es etwa problematisch sein, wenn sich Schaufeln der Turbine durch Erwärmung ausdehnen und ein Gehäuse der Turbine aufgrund einer langsameren Erwärmung sich langsamer ausdehnt. Es gilt daher mitunter Temperaturdifferenzen, die eine Temperaturbeanspruchung auslösen, zu erkennen und durch eine Regelung zu vermeiden. In einer Ausführungsform ist der Regler der Turbinenleistung ausgebildet Sollwerte zu generieren für Stellungsregler, welche die Stellung von Stellventilen regeln. Die Stellventile beeinflussen wesentlich die jeweils durchströmende Dampfmenge und damit die Leistung oder den leistungsverlauf der Turbine. Bei dieser Ausführungsform ist die Turbinenregelungseinheit also zweifach kaskadiert. Zunächst ist der Temperaturbean¬ spruchungsregler als übergeordneter Führungsregler vorhanden, der Sollwerte für den Regler der Turbinenleistung generiert. Der Regler der Turbinenleistung wiederum generiert Sollwerte für die Stellungsregler In one embodiment, the temperature- stress regulator is designed to avoid a temperature stress that is caused by temperature differences. Occasionally, a temperature stress also results from different temperatures within a component or from different temperatures of different components. For example, it can be problematic when blades of the turbine expand by heating and a casing of the turbine expands more slowly due to slower heating. It therefore sometimes applies temperature differences that trigger a temperature stress to recognize and avoid by a regulation. In one embodiment, the turbine power controller is configured to generate setpoints for positioners that control the position of control valves. The control valves significantly influence the respective amount of steam flowing through and thus the performance or performance curve of the turbine. In this embodiment, the turbine control unit is thus cascaded twice. First, the Temperaturbean ¬ spruchungsregler is present as the parent master controller, the setpoints for the controller of the turbine power generated. The turbine power controller in turn generates setpoint values for the positioners
In einer Ausführungsform ist die Turbinenregelungseinheit ausgebildet, Teilturbinen, insbesondere eine Hochdrucktur¬ bine, eine Mitteldruckturbine und eine Niederdruckturbine, getrennt zu regeln. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass vor allem aufgrund unterschiedlicher Temperaturbeanspru¬ chungen die Leistung unterschiedlich gesteigert werden kann. Freilich wird sich zumeist eine völlig getrennte Regelung nicht realisieren lassen. Wenngleich verschiedene Dampfpfade zur Verfügung stehen, können sich aus der Randbedingung, dass Dampf aus der Hochdruckturbine in die Mitteldruckturbine und von dort in die Niederdruckturbine strömt, gewisse Abhängig- keiten der Leistungen der einzelnen Teilturbinen ergeben. Dennoch ist es vorteilhaft einzelne Teilturbinen grundsätzlich getrennt regeln zu können. Dies erlaubt etwa die Leis¬ tung einer Teilturbine schneller erhöhen zu können, während zur Vermeidung einer unerwünschten Temperaturbeanspruchung die Leistung einer anderen Teilturbine langsamer zu erhöhen ist . In one embodiment, the turbine control unit is designed turbine stages, in particular a Hochdrucktur ¬ bine, to regulate a medium pressure turbine and a low pressure turbine separated. Thus, the fact is taken into account that the performance can be increased differently, especially due to different Temperaturbeanspru ¬ chungen. Of course, usually a completely separate regulation can not be realized. Although different steam paths are available, the boundary condition that steam flows from the high-pressure turbine into the medium-pressure turbine and from there into the low-pressure turbine may result in certain dependencies on the performance of the individual turbine sections. Nevertheless, it is advantageous to be able to regulate individual sub-turbines in principle separately. This allows about the Leis ¬ tion of a sub-turbine to increase faster, while the performance of another sub-turbine is to increase slower to avoid undesirable temperature stress.
In einer Ausführungsform sind an verschiedenen Stellen der Turbine, insbesondere an einer Hochdruckturbine und/oder an einer Mitteldruckturbine Temperatursensoren angebracht sind. Bei der Hochdruckturbine und bei der Mitteldruckturbine han¬ delt es sich um stärker temperaturbeanspruchte Bauteile, so dass vor allem dort Temperatursensoren erforderlich sind. In vielen Fällen ist es freilich sinnvoll auch in der Nieder- druckturbine Temperatursensoren anzubringen. In one embodiment, temperature sensors are mounted at different locations of the turbine, in particular on a high-pressure turbine and / or on a medium-pressure turbine. In the high-pressure turbine and the intermediate pressure turbine han ¬ delt it is more temperature-stress components, so that temperature sensors are required, above all there. In many cases, it makes sense to install temperature sensors in the low-pressure turbine as well.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Regelung einer Turbine mit einem Kaskadenregler umfassend einen Führungsreg¬ ler und einen inneren Regler, wobei der Führungsregler eine Temperaturbeanspruchung der Turbine erfasst und an den inneren Regler derartige Sollwerte übergibt, dass eine uner¬ wünschte Temperaturbeanspruchung der Turbine vermieden wird. Auf weitere Erläuterungen des Verfahrens soll hier verzichtet werden. Es wird auf die Erläuterungen zur oben beschriebenen Turbinenregelungseinheit verwiesen, die zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann. The invention also relates to a method of controlling a turbine with a cascade controller comprising a Führungsreg ¬ ler and an internal regulator, the master controller detects a temperature stress of the turbine and passes such setpoints to the inner controller, that a uner ¬ desired temperature stress of the turbine is avoided , Further explanations of the method will be omitted here. Reference is made to the explanations of the turbine control unit described above, which may be used to carry out the method.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Führungsregler die Temperaturbeanspruchung der Turbine durch einen zeitlichen Temperaturanstieg, also durch einen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit, erfasst und die daraus hervorgehende Temperaturbeanspruchung ermittelt, wobei bei einer zu hohen Temperaturbeanspruchung an den inneren Regler der Sollwert übergeben wird, den Leistungsanstieg der Turbine zu reduzieren, bei einer Temperaturbeanspruchung innerhalb eines gewünschten Bereichs der Sollwert übergeben wird, den Leistungsanstieg beibehalten zu können und bei einer Tempera- turbeanspruchung unterhalb eines Schwellwerts der Sollwert übergeben wird, den Leistungsanstieg erhöhen zu können. Es ist klar, dass eine zu hohe Temperaturbeanspruchung hier nicht bedeuten muss, dass die Temperaturbeanspruchung bereits unzulässig hoch ist. Eine zu hohe Temperaturbeanspruchung be- deutet lediglich, dass ein Grenzwert für die Regelung überschritten ist. Durch die Regelung soll eine unzulässig hohe Temperaturbeanspruchung gerade vermieden werden. Diese Regelung erlaubt das schnelle Anfahren einer Turbine ohne eine unzulässig hohe Temperaturbeanspruchung. In one embodiment of the method it is provided that the master controller detects the temperature stress of the turbine by a temporal temperature increase, ie by a temperature increase per unit time, and determines the resulting temperature stress, wherein at too high a temperature stress to the inner controller the setpoint is passed to reduce the turbine power increase, the set point is passed at a temperature load within a desired range, the power increase can be maintained, and at a temperature load below a threshold the setpoint is passed to increase the power increase. It is clear that too high a temperature load here does not mean that the temperature stress is already unacceptably high. Too high a temperature load only means that a limit value for the control has been exceeded. The regulation should just avoid an inadmissibly high temperature stress. This regulation allows the rapid start-up of a turbine without an inadmissibly high temperature stress.
Anhand einer Figur, die schematisch eine Turbinenregelungs¬ einheit zeigt, sollen weitere Einzelheiten erläutert werden. With reference to a figure which schematically shows a turbine control ¬ unit, further details will be explained.
Zu erkennen ist eine Turbinenregelungseinheit 1. Ein Tempera- turbeanspruchungsregler 2 dient als Führungsregler und übergibt Sollwerte an einen inneren Regler 3, der als Regler der Turbinenleistung ausgebildet ist. Dem Temperaturbeanspru¬ chungsregler 2 ist eine Temperaturbeanspruchungsberechnungs- einheit 4 vorgeschaltet. Diese wertet Signale aus, die von Temperatursensoren 5 für eine Hochdruckturbine 6 und von Temperatursensoren 7 für eine Mitteldruckturbine 8 stammen. A turbine control unit 1 can be seen. A temperature control controller 2 serves as a master controller and transfers setpoint values to an internal controller 3, which is designed as a controller of the turbine output. The Temperaturbeanspru ¬ monitoring controller 2 is connected upstream unit 4, a Temperaturbeanspruchungsberechnungs-. This evaluates signals originating from temperature sensors 5 for a high-pressure turbine 6 and from temperature sensors 7 for a medium-pressure turbine 8.
Wenngleich in der Figur jeweils schematisch nur ein Temperatursensor dargestellt ist, so handelt es sich doch real sinn¬ vollerweise um mehrere Temperatursensoren. Aus den Signalen der Temperatursensoren 5 und 7 ermittelt die Temperaturbe- anspruchungsberechnungseinheit 4 mit Hilfe von hinterlegten Daten eine Temperaturbeanspruchung der Hockdruckturbine 6, der Mitteldruckturbine 8 und einer Niederdruckturbine 10. Da¬ bei wird vor allem der zeitliche Temperaturanstieg betrach- tet, der zur Vermeidung von zu hohen Temperaturbeanspruchungen nicht zu hoch sein darf. Die Temperaturbeanspruchungsberechnungseinheit 4 übergibt an den Temperaturbeanspruchungsregler 2 ob die Temperaturbeanspruchung gesteigert werden kann, gleichbleiben soll oder sinken soll. Abhängig davon übergibt der Temperaturbeanspru- chungsregler 2 an den Regler 3 der Turbinenleistung geeignete Sollwerte, abhängig davon ob ein Leistungsanstieg der Turbine gesenkt, erhöht oder konstant gehalten werden soll. Dies er¬ folgt für die Hockdruckturbine 6, die Mitteldruckturbine 8 und die Niederdruckturbine 10 jeweils getrennt. Although schematically only one temperature sensor is shown in the figure, it is nevertheless useful real ¬ full, be more temperature sensors. From the signals of the temperature sensors 5 and 7, the temperature-determined anspruchungsberechnungseinheit 4 with the aid of data stored at a temperature stress of the high pressure turbine 6, the intermediate pressure turbine 8 and a low pressure turbine 10. Since ¬ at will tet betrach- especially the temporal temperature increase in order to avoid may not be too high to high temperature stresses. The temperature stress calculation unit 4 transfers to the temperature stress controller 2 whether the temperature stress can be increased, should remain the same or should decrease. Depending on this, the temperature load controller 2 transmits to the controller 3 of the turbine power suitable setpoint values, depending on whether a power increase of the turbine is to be lowered, increased or kept constant. This he ¬ follows for the high-pressure turbine 6, the medium-pressure turbine 8 and the low-pressure turbine 10 each separately.
Der Regler 3 der Turbinenleistung übergibt entsprechende Sollwerte an einen Stellungsregler 11. Der Stellungsregler 11 regelt auf der Basis der übergebenen Sollwerte eine Stellung eines FrischdampfStellventils 12, welches Dampfzufuhr zur Hockdruckturbine 6 beeinflusst, eine Stellung eines Abfang¬ stellventils 13, welches Dampfzufuhr zur Mitteldruckturbine 8 beeinflusst und eine Stellung einer Zudampfklappe 14, welche Dampfzufuhr zur Niederdruckturbine 10 beeinflusst. Am Frischdampfstellventil 12 befindet sich ein Stellungsmes¬ ser 15, am Abfangstellventil 13 ein Stellungsmesser 16, und an der Zudampfklappe 14 ein Stellungsmesser 17. Die Stellungsmesser 15, 16 und 17 übergeben Werte an den Stellungsregler 11. Damit hat der Stellungsregler 11 die Information, ob die Stellung von Frischdampfstellventil 11, Abfangstell¬ ventil 13 und Zudampfklappe 14 den jeweils gewünschten Wert eingenommen hat oder ein Öffnen oder Schließen erforderlich ist . An dieser Stelle soll kurz auf einen vereinfachten Dampfkreislauf eingegangen werden. Aus der Niederdruckturbine 10 kommender Nassdampf wird in einem Kondensator 18 kondensiert. Das dabei entstehende Wasser wird mit einer Speisewasserpumpe 19 in einen Dampferzeuger 20 geführt. Von dort gelangt der Dampf durch das Frischdampfstellventil 12 zur Hochdruckturbine 6. Aus der Hockdruckturbine kommender Dampf wird in ei¬ nem Zwischenüberhitzer 26 erhitzt. Aus dem Zwischenüberhitzer 26 strömt der Dampf durch das Abfangstellventil 13 in die Mitteldruckturbine 8. Nach Entspannung in der Mitteldruckturbine 8 strömt der Dampf in Niederdruckturbine 10. Dabei kann je nach Öffnungsgrad der Zudampfklappe 14 vom Dampferzeuger 20 kommender Dampf zugegeben werden. The controller 3 of the turbine performance over outputs corresponding setpoint values to a positioner 11. The positioner 11 regulates on the basis of the given target values, a position of a main steam control valve 12, influences which the steam supply to the high pressure turbine 6, a position of a capture ¬ control valve 13, influences which the steam supply to the intermediate pressure turbine 8 and a position of a Zudampfklappe 14, which affects steam supply to the low-pressure turbine 10. At the live steam control valve 12 is a Stellungsmes ¬ ser 15, the Abfangstellventil 13, a positioner 16, and the Zudampfklappe 14 a positioner 17. The positioner 15, 16 and 17 pass values to the positioner 11. Thus, the positioner 11 has the information whether the position of live steam control valve 11, interception ¬ valve 13 and Zudampfklappe 14 has taken the particular desired value or an opening or closing is required. At this point, we will briefly discuss a simplified steam cycle. Wet steam coming from the low-pressure turbine 10 is condensed in a condenser 18. The resulting water is fed with a feedwater pump 19 in a steam generator 20. From there, the steam passes through the steam control valve 12 to the high pressure turbine 6. From the high pressure turbine is heated in steam coming ei ¬ nem reheater 26th From the reheater 26, the steam flows through the Abfangstellventil 13 in the Medium-pressure turbine 8. After expansion in the medium-pressure turbine 8, the steam flows in low-pressure turbine 10. In this case, depending on the degree of opening of the Zudampfklappe 14 steam coming from the steam generator 20 may be added.
Die Hockdruckturbine 6, die Mitteldruckturbine 8 und die Nie¬ derdruckturbine 10 treiben gemeinsam einen Generator 21 an. Dessen Leistung wird mit einem Leistungsmesser 22 ermittelt und an den Regler 3 der Turbinenleistung übergeben. Ferner ist ein Drehzahlmesser 23 vorgesehen, der den Regler 3 der Turbinenleistung mit der Drehzahl von Turbine und Generator 21 versorgt. The high pressure turbine 6, the intermediate pressure turbine 8 and the Never ¬ derdruckturbine 10 jointly drive a generator 21st Its power is determined with a power meter 22 and passed to the controller 3 of the turbine power. Further, a tachometer 23 is provided, which supplies the controller 3 of the turbine power with the rotational speed of turbine and generator 21.
In Strömungsrichtung nach dem Frischdampfstellventil 12 be- findet sich ein Druckmesser 24, nach dem Abfangstellventil 13 ein Druckmesser 25 und nach der Zudampfklappe 14 ein Druckmesser 27. Die jeweils erfassten Druckwerte werden an den Regler 3 der Turbinenleistung übergeben. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In the direction of flow after the live steam control valve 12 there is a pressure gauge 24, after the interception valve 13 a pressure gauge 25 and after the Zudampfklappe 14 a pressure gauge 27. The respectively detected pressure values are transferred to the controller 3 of the turbine power. Although the invention in detail by the preferred embodiment has been illustrated and described in detail, the invention is not limited ¬ by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Turbinenregelungseinheit (1) zur Regelung einer Turbine (6, 8, 10), 1. turbine control unit (1) for controlling a turbine (6, 8, 10),
insbesondere zum Regeln des Anfahrens einer Turbine (6, 8, 10) ,  in particular for controlling the starting up of a turbine (6, 8, 10),
ausgebildet als Kaskadenregler mit einem Führungsreger (2) und einem inneren Regler (3) ,  designed as a cascade controller with a guide regulator (2) and an inner regulator (3),
wobei der Führungsregler ein Temperaturbeanspruchungsregler wherein the master controller is a temperature regulator
(2) für die Temperatur temperaturbeanspruchter Bauteile ist . (2) is for the temperature temperaturbeanspruchter components.
2. Turbinenregelungseinheit nach Anspruch 1, 2. turbine control unit according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
als innerer Regler ein Turbinenregler, insbesondere ein Regler (3) der Turbinenleistung vorhanden ist.  as internal regulator a turbine controller, in particular a controller (3) of the turbine power is present.
3. Turbinenregelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. turbine control unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine Temperaturbeanspruchungsberechnungseinheit (4) vorhan¬ den ist, um dem Temperaturbeanspruchungsregler (2) mindestens einen Sollwert vorzugeben. a thermal stress calculation unit (4) EXISTING ¬ is to specify the temperature load controller (2) at least one setpoint.
4. Turbinenregelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. turbine control unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Temperaturbeanspruchungsregler (2) ausgebildet ist, für eine derartige Regelung der Turbine (6, 8, 10) zu sorgen, dass ein gewünschter zeitlicher Temperaturanstieg nicht überschritten wird. the temperature-stress controller (2) is designed to ensure such a control of the turbine (6, 8, 10) that a desired temporal temperature rise is not exceeded.
5. Turbinenregelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. turbine control unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Temperaturbeanspruchungsregler (2) ausgebildet ist eine Temperaturbeanspruchung zu vermeiden, die durch Temperaturdifferenzen hervorgerufen wird.  the temperature stress controller (2) is designed to avoid a temperature stress caused by temperature differences.
6. Turbinenregelungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 6. turbine control unit according to one of claims 2 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Regler (3) der Turbinenleistung ausgebildet ist Sollwerte zu generieren für Stellungsregler (11), welche die Stellung von Stellventilen (12, 13, 14) regeln können.  the controller (3) of the turbine power is designed to generate setpoints for positioners (11) which can control the position of control valves (12, 13, 14).
7. Turbinenregelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. turbine control unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Turbinenregelungseinheit ( 1 ) ausgebildet ist, Teilturbi¬ nen, insbesondere eine Hochdruckturbine (6), eine Mittel- druckturbine (8) und eine Niederdruckturbine 10), getrennt zu regeln. the turbine control unit (1) is formed Teilturbi ¬ NEN, in particular a high-pressure turbine (6), a medium pressure turbine (8) and to regulate a low pressure turbine 10) separately.
8. Turbinenregelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. turbine control unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
an verschiedenen Stellen der Turbine (6, 8, 10), insbesondere an einer Hochdruckturbine (6) und/oder an einer Mit¬ teldruckturbine (8) Temperatursensoren (5, 7) angebracht sind . at various points of the turbine (6, 8, 10), in particular on a high-pressure turbine (6) and / or on a with ¬ teldruckturbine (8) temperature sensors (5, 7) are mounted.
9. Verfahren zur Regelung einer Turbine (6, 8, 10) mit einem Kaskadenregler umfassend einen Führungsregler (2) und einen inneren Regler (3) , 9. A method for controlling a turbine (6, 8, 10) with a cascade controller comprising a guide controller (2) and an inner controller (3),
wobei der Führungsregler eine Temperaturbeanspruchung der Turbine (6, 8, 10) erfasst und an den inneren Regler (3) derartige Sollwerte übergibt, dass eine unerwünschte Tempe¬ raturbeanspruchung der Turbine (6, 8, 10) vermieden wird. wherein the guide controller detects a temperature stress of the turbine (6, 8, 10) and transfers to the inner controller (3) such desired values that an undesirable temperature Tempe ¬ the turbine (6, 8, 10) is avoided.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass 10. The method according to the preceding claim, characterized in that
der Führungsregler (3) die Temperaturbeanspruchung der Turbine (6, 8, 10) durch einen zeitlichen Temperaturanstieg erfasst und die daraus hervorgehende Temperaturbeanspru¬ chung ermittelt, the master controller (3) detects the temperature stress of the turbine (6, 8, 10) by a temporal rise in temperature and determines the resulting temperature stress ,
wobei bei einer zu hohen Temperaturbeanspruchung an den inneren Regler (3) der Sollwert übergeben wird, den Leistungsanstieg der Turbine (6, 8, 10) zu reduzieren, bei ei- ner Temperaturbeanspruchung innerhalb eines gewünschten Bereichs der Sollwert übergeben wird, den Leistungsanstieg beibehalten zu können und bei einer Temperaturbeanspruchung unterhalb eines Schwellwerts der Sollwert übergeben wird, den Leistungsanstieg erhöhen zu können.  wherein at too high a temperature load on the inner controller (3) is given the target value to reduce the power increase of the turbine (6, 8, 10) is passed at a temperature stress within a desired range of the setpoint, maintain the increase in output can be passed and at a temperature stress below a threshold value of the setpoint, to be able to increase the power increase.
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