KR19990087579A - 발전소의 신속한 출력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

발전소의 신속한 출력 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증기 터빈(2, 4, 6) 및 제너레이터(8)를 갖춘 터보 유닛을 포함하는 발전소의 신속한 출력 제어 방법에 관한 것이다. 이용 가능한 에너지 저장기는 증가된 제너레이터 출력(PS)을 제어하기 위해 플랜트 프로세스 중에 활성화된다. 매우 효율적인 제어를 위해, 본 발명에 따라 제너레이터 출력(PS, PI)에 부가해서 실제 작동 상태를 특성화하는 적어도 하나의 다른 프로세스 변수(PWL, PFW, MPD, DFD, KL, TB, P)가 소수의 위치 기준값(Y, DFD)을 검출하기 위해 사용된다. 상기 방법을 실시하기 위한 장치는 제어 수단(60)를 포함하며, 제어 수단(60)의 입력(a 내지 i)은 제너레이터(8)의 출력값(PS, PI) 및 적어도 하나의 다른 프로세스 변수(PWL, PFW, MPD, DFD, KL, TB, P)를 포함하고, 제어 수단(60)의 출력(n 내지 u)은 증기 터빈(2, 4, 6)에 접속된 조정 부재(10, 12, 18, 22, 24, 28, 32, 34, 36, 42, 46, 48, 50)의 위치 기준값(Y, DFD)을 제공한다.

Description

발전소의 신속한 출력 제어 방법 및 장치
에너지 공급 시스템내에서 주파수 편차의 제어와 더불어, 특히 배전망(결합 회로망 또는 독립 회로망)을 구성하는 부분 회로망에 대한 결합점에서 미리 주어진 전달 출력이 유지되어야 한다. 따라서, 수초 내에 발전소 블록의 출력을 신속히 증가시킬 필요가 있다.
신속한 출력 제어 및 주파수 지지에 대한 가능성은 간행물 "VGB Kraftwerkstechnik", 제 1권, 1980년 1월, 페이지 18 내지 23에 공지되어 있다. 초 범위의 신속한 출력 제어를 위해 동시에 또는 선택적으로 수행될 수 있는 다수의 가능성이 있기는 하지만, 발전소 블록의 출력을 변동시키기 위해서는 연료 공급의 변동이 필요하다. 따라서, 화석 연료 발전소에서 수초 내에 지연 시간을 없애기 위해 먼저 증기 터빈의 드로틀링된 위치에 고정된 조정 밸브가 개방됨으로써, 이용될 수 있는 증기 또는 에너지 저장기가 실제로 지연 없이 활성화되어 비워진다.
증기 터빈 조정 밸브의 드로틀링 중단에 의한 출력 증가와 더불어, 증기 터빈의 물-증기 순환계에 제공된 예열기가 차단되어야 한다. 상기 예열기는 증기 터빈으로부터 나온 블리딩 증기에 의해 가열된다. 동시에 저압 예열기를 통해 안내되는 응축물 흐름이 수초 내에 중단될 수 있고 다시 증가될 수 있다. 이용할 수 있는 에너지 저장기를 활성화시키기 위한 다른 방법으로서, 예열기 차단 및 응축물 중단에 의해 화석 연료 발전소 블록에서 신속한 출력 제어를 하기 위한 이러한 조치는 예컨대 독일 특허 공보 제 33 04 292호에도 공지되어 있다.
따라서, 신속한 초 범위 제어를 위해, 즉 재생식 예열기 및/또는 가열 응축기에 대한 증기 흐름 및 발전소 블록의 증기 터빈의 물-증기-순환계에서 응축물 및 프로세스 증기의 부하를 제어하기 위해, 통상적으로 제어장치가 사용된다. 제어장치는 신속한 출력 제어를 위해, 즉 초 범위로 에너지 저장기를 활성화시키기 위해, 예열기에 대한 증기 공급의 드로틀링, 프로세스 증기의 드로틀링 및/또는 응축물의 드로틀링을 수행한다. 터빈 블리딩내의 조정 밸브 및 응축물 조절을 위한 조정 부재의 위치 기준값은 요구되는 제너레이터 출력 증가가 얻어지도록 형성된다. 그러나, 이 경우에는 터빈 블리딩내의 조정 부재와 응축물- 및 부응축물 제어기의 조정이 매우 어렵다는 단점이 있다. 게다가, 신속한 출력 제어를 위한 개별 조치의 우선 순위가 고려되지 않는다. 또한, 제어 구간이 통상적으로 선형이 아니기 때문에, 제어의 질이 그리 높지 못하다.
본 발명은 이용한 가능한 에너지 저장기가 증가된 제너레이터 출력을 제어하기 위해 플랜트 프로세스 중에 활성화되는 방식의, 증기 터빈 및 제너레이터를 갖춘 터보 유닛을 포함하는 발전소의 신속한 출력 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 발전소 블록의 프로세스 섹션으로서 터보 유닛의 블록 회로도이고,
도 2는 도 1에 따른 프로세스 섹션용 제어 수단의 블록 회로도이다.
본 발명의 목적은 매우 효율적인 제어를 가능하게 하는, 발전소의 신속한 출력 제어 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 간단한 수단으로 상기 방법을 실시하는데 특히 적합한 장치를 제공하는 것이다.
방법에 관련한 상기 목적은 본 발명에 따라 제너레이터 출력에 부가해서 실제 작동 상태를 특성화하는 프로세스 변수가 소수의 위치 기준값을 검출하기 위해 사용됨으로써 달성된다. 여기서, 제너레이터 출력은 실제 또는 기준 출력, 증가된 출력의 기준값 또는 실제값 또는 제너레이터의 최대 출력을 의미한다.
본 발명에서는 실제 작동 상태를 고려해서, 에너지 저장기를 활성화시키기 위한 조합된 조치 및 전략이 검출되며, 이 때 플랜트 프로세스의 다수의 프로세스 변수가 평가된다. 즉, 이용될 수 있는 에너지 저장기가 증가되어야 할 출력을 평가한 후에 제어됨으로써, 기술적 및 경제적 관점을 기초로 하는, 개별 에너지 저장기의 활성화 전략이 사용될 수 있다.
제너레이터 출력에 부가해서, 발전소의 증기 제너레이터 제어에 의해 제공된 열 출력이 부가의 프로세스 변수로 사용되는 것이 바람직하다. 전체 플랜트 또는 개별 발전소 블록의 실제 작동 상태를 결정하기 위해, 플랜트의 장거리 열 출력 및 분리된 프로세스 증기 유동량 및/또는 증기 터빈의 조정 부재, 특히 증기 터빈의 유입면측에 접속된 신선한 증기-조정 밸브의 드로틀률이 부가의 프로세스 변수로 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 예컨대 플랜트의 부하에 관련해서 에너지 저장기의 제한에 대한 부가의 변수 또는 데이터가 고려된다. 또한, 바람직하게는 개별 에너지 저장기의 기술적 준비 상태 또는 활성화 가능성에 대한 데이터가 고려되고, 개별 에너지 저장기의 함량은 증기 터빈의 물-증기 순환계에서 신선한 증기, 블리딩 증기, 배출 증기 및/또는 응축물 흐름에 의존한다.
장치에 관련한 상기 목적은 본 발명에 따라 그 입력이 제너레이터의 기준 출력(증가된 출력의 기준값) 및 실제 출력(증가된 출력의 실제값) 및 적어도 하나의 부가 프로세스 변수를 포함하고, 그 출력은 개별 에너지 저장기의 활성화를 위해 증기 터빈에 접속된 조정 부재의 위치-기준값을 제공하는, 제어 수단에 의해 달성된다. 조정 부재는 신선한 증기, 블리딩 증기 또는 배출 증기 밸브 또는 플랩 및 주응축물 또는 부응축물 이송 펌프일 수 있다.
바람직한 실시예에서 제어 수단은 제 1 제어 모듈을 포함하고, 제 1 제어 모듈의 입력은 제너레이터의 기준 출력 및 실제 출력 및 부가의 프로세스 변수 또는 작동 변수를 포함하며, 제 1 제어 모듈의 출력은 이용 가능한 출력을 제공하기 위한 조합된 조치의 분할 값을 제공한다. 바람직하게는 제 1 제어 모듈은 유입면이 증기 터빈에 접속된 적어도 하나의 조정 부재의 드로틀률에 대한 입력을 포함한다.
바람직하게는 제어 수단이 제 2 제어 모듈을 포함하며, 제 2 제어 모듈의 입력은 조합된 조치를 제공하는 제 1 제어 모듈의 출력에 접속되고, 제 2 제어 모듈의 출력은 증기 조정 부재의 위치 기준값을 제공한다. 출력이 상기 제어 모듈에 접속된, 보정값-제어기로서 동작하는 제 3 제어 모듈은 바람직하게는 입력으로서 제너레이터의 출력값을 포함한다.
제어 수단은 또한 제 4 제어 모듈을 포함하며, 제 4 제어 모듈의 입력은 각각 제 1 및 제 2 제어 모듈의 출력에 접속되고, 제 4 제어 모듈의 출력은 응축물-조정 부재의 위치 기준값을 제공한다. 제 1 제어 모듈에 접속된 제어 수단의 제 5 제어 모듈은 적어도 하나의 조정 부재의 실제 드로틀률을 보정 또는 조정하기 위해 사용된다.
본 발명에 의해 얻어지는 장점은 특히 플랜트에 중요한 소수의 프로세스 변수를 고려해서 터보 유닛내의 에너지 저장기를 활성화시키기 위한 조합된 조치를 검출함으로써, 출력 증가를 위한 활성화가 매우 바람직하게 이루어질 수 있다는 것이다. 에너지 저장기의 활성화를 위한 적합한 전략을 사용하면, 최상의 결과가 보장된다. 전략을 세울 때는 이용할 수 있는 제어기의 준비 상태, 전류, 프로세스 증기 및/또는 가열 증기 공급에 대한 규정, 및 기술적 이유로부터 주어지는 제한이 고려된다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 설명하면 하기와 같다.
도 1은 고압-부분 터빈(2), 중간압-부분 터빈(4), 저압-부분 터빈(6) 및 제너레이터(8)로 구성된 터보 유닛을 포함하는 발전소 블록의 프로세스 섹션의 블록 회로도이다. 터보 유닛의 작동시 신선한 증기(FD)는 신선한 증기-조정 밸브(10)를 통해 고압-부분 터빈(2)내로 유입된다. 조정 밸브(12)(플랩 KL)에 의해 조절 가능한 분류(分流)(FD1)는 고압-예열 구역(14)용 고압-부분 터빈(2)으로부터 빼내진다. 고압-부분 터빈(2)으로부터 나온 배출 증기(FD2)는 중간 과열기(16)를 통해 중간압-부분 터빈(2)에 공급된다.
중간압-부분 터빈(4)으로부터 부가의 증기가 빼내진다. 이것을 위해, 조정 밸브(18)(플랩 KL)에 의해 급수 용기(20)용 조절 가능한 제 1 분류(MD1)가 빼내진다. 부가의 인출은 조정 밸브(22)(프로세스 증기 플랩 PDKL)에 의해 조절 가능한, 프로세스 증기로서 제 2 분류(MD2)를 통해 이루어진다. 또한, 조정 밸브(24)(플랩 KL)에 의해 조절 가능한, 저압-예열 구역(26)용 제 3 분류(MD3)를 통한 인출이 이루어진다. 조정 밸브(28)(가열 응축물 플랩 HKKL)에 의해 조절 가능한, 중간압-부분 터빈(4)의 배출 증기의 제 1 일부(MD4)가 가열 응축기(30)에 공급된다. 마찬가지로 조절 가능한, 중간압-부분 터빈(4)의 배출 증기의 제 2 일부(MD5)가 과류 플랩(32)(UKL)을 통해 저압-부분 터빈(6)에 공급된다.
저압-부분 터빈(6)으로부터 저압-예열 구역(26) 및 가열 응축기(30)용 증기의 인출이 이루어진다. 이것을 위해, 제 1 분류(ND1)는 직접 그리고 제 2 분류(ND2)는 조정 밸브(34)(플랩 KL)를 통해 저압-예열 구역(26)에 공급된다. 마찬가지로, 제 3 분류(ND3)는 직접 그리고 제 4 분류(ND4)는 조정 밸브(36)(가열 응축물 플랩 HKKL)를 통해 가열 응축기(30)에 공급된다. 저압-부분 터빈(6)으로부터 나온 배출 증기(ND5)는 응축기(38)에서 응축된다.
주응축물(K)은 응축기(38)의 온수조(40)로부터 응축물 펌프(42)에 의해 저압-예열 구역(26)을 통해 급수 용기(20)로 이송된다. 급수 용기(20)로부터 급수 펌프(44)에 의해 급수(S)가 고압-예열 구역(14)을 통해 이송된다. 부응축물(NK1)은 고압-예열 구역(14)으로부터 부응축물 펌프(46)를 통해 급수 용기(18)내로 공급된다. 마찬가지로 부응축물(NK2)은 저압-예열 구역(26)으로부터 부응축물 펌프(48)를 통해 응축기(38), 즉 응축기(38)의 온수조(40)로 공급된다. 또한, 부응축물(NK3)은 가열 응축기(30)로부터 부응축물 펌프(50)에 의해 응축기(38)의 온수조(40)에 공급된다.
주응축물(K) 및 급수(S)는 레벨 제어기(LK/LSWB)를 통해 이송되는 한편, 부응축물(NK1,2,3)은 별도의 레벨 제어기(NKR1), (NKR2) 또는 (NKR3)을 통해 이송된다. 하나의 공통 위치-기준값(YNKR)이 상기 제어기에 공급된다.
신속한 출력 제어를 위한 장치가 도 2에 도시된다. 장치는 5개의 제어 모듈(62), (64), (66), (68) 및 (70)를 가진 제어 수단(60)을 포함한다. 제어 수단(60)은 입력값(a) 및 (b)으로서 출력 기준값(Ps) 및 출력 또는 증가된 출력 실제값(PI)을 얻는다. 증가된 출력 실제값(PI)은 제너레이터(8)의 측정 장치(72)(도 1)에 의해 측정된다. 제어장치(60)는 부가 입력값(c)으로서 열 출력 기준값(PWL)을 얻는다. 상기 열 출력 기준값(PWL)은 도시되지 않은 방식으로 발전소 블록의 증기 제너레이터 제어기으로부터 인출된다. 또한, 제어 수단(60)은 입력값(d) 내지 (h)으로서 발전소 블록의 작동 상태에 대한 정보를 얻는다. 상기 정보는 입력값(d)으로서 장거리 열 출력(PFW), 입력값(e)으로서 프로세스 증기 인출량 또는 프로세스 증기 유동량(MPD), 입력값(f)으로서 신선한 증기 조정 밸브(10)의 드로틀률(DPD), 입력값(g)으로서 발전소 블록의 부하(KL) 및 입력값(h)으로서 이용가능한 에너지 저장기의 기술적 준비상태(TB)이다. 부가의 작동 변수(P)는 입력(i)을 통해 제어장치(60)에 공급될 수 있다.
입력(a) 내지 (i)은 제어 수단(60)의 제 1 제어 모듈(62)에 속한다. 상기 입력은 제어될 프로세스 섹션에 사용되는 프로세스 변수(Ps), (Pl), (PWD), (PFW), (MPD), (DFD), (KL), (TB) 및 (P)을 참작한다. 개별 조치를 기초로 하는 알고리즘의 이용 가능한 출력 포텐셜에 대한 공정 기술상 지식에 의해, 제 1 제어 모듈(62)에서 조합된 조치에 대한 결정 기준이 만들어진다. 이것을 위해, 제너레이터 출력(Ps) 및 장거리 열 출력(PFW)에 의해 그리고 프로세스 증기 유동량(MPD) 및 드로틀률(DFD)에 의해 특성화되는 실제 작동상태가 검출된다. 각각의 실제 작동상태에 대해 순시적으로 요구되는 이용가능한 출력을 검출하기 위한 최상의 조합된 조치(L1...n)가 결정된다. 이 경우, 부하(KL) 및 개별 조치(Ln)의 기술적 준비 상태(TB)에 의한 제한이 고려된다. 그리고 나서, 결정된 조치(Ln)에 대해 출력 분할량(PSRM(1...n))이 계산되고 출력값(1)으로서 관련 조치(Ln)에 대한 인에블 신호가 형성된다. 또한, 부가의 출력값(k)으로서 (도시되지 않은) 증기 제너레이터 제어기용 부가 열 출력(ΔPWL)이 결정된다.
출력값(i) 및 (l) 그리고 장거리 열 출력(PFW)은 제어 모듈(64)의 입력값을 형성한다. 제어 모듈(64)에서 출력값(m) 내지 (r)로서 신선한 증기 조정 밸브(10), 과류 플랩(32), 조정 밸브(28) 및 (36), 조정 밸브(22) 또는 조정 밸브(12), (18), (24) 및 (34)의 위치 기준값(YFD), (YUKL), (YHKKL), (YPDKL) 및 (YKL)이 형성된다. 계산된 위치-기준값(Y)은 제어 모듈(64)에 접속된 제어 모듈(66)에 의해 보정된다. 출력 기준값(Ps) 및 증가된 출력 실제값(PI)이 입력값으로서 상기 제어 모듈(66)에 공급된다.
제어 모듈(68)에서 조치(Ln), 플랩 또는 조정 밸브(10), (12), (18), (22), (24), (28), (30), (32), (34) 및/또는 (36)의 위치 및 그것의 위치 변동 속도에 따라 출력값(s) 및 (t)으로서 응축물 또는 부응축물 제어기(NKR1,2,3)의 위치 기준값(YKP), (YNKP)에 대한 보정값이 형성된다. 이것을 위해, 제어 모듈(62) 또는 (64)의 출력값(j) 및 (r), 즉 위치 기준값(YKL) 및 조합된 조치(L1...n)가 입력값으로서 제어 모듈(63)에 공급된다.
제어 모듈(70)은 신선한 증기 조정 밸브(10)에 필요한 드로틀률을 결정하기 위한 알고리즘을 포함한다. 이것을 위해, 출력값(j), 및 발전소 블록의 실제 작동 상태를 나타내는 제어 모듈(62)의 출력값(v)이 제어 모듈(70)에 입력값으로서 공급된다. 신선한 증기 조정 밸브(10)의 계산된 드로틀률은 미리 선택된 드로틀률과 비교되고 자동으로 조절된 드로틀률(DFD)이 출력값(u)으로서 출력된다.
고압-부분 터빈(2)에 공급되는 신선한 증기 유동량을 조절하는, 신선한 증기 조정 밸브(10)의 드로틀은 제어되어 활성되는 에너지 저장기를 형성한다. 에너지 저장기는 검출된 위치 기준값(YFD) 및 드로틀률(DFD)을 통해 제어되어 채워지거나 또는 이용 가능한 출력을 제공하기 위해 제어되어 비워질 수 있다. 부가의 에너지 저장기를 활성화시키기 위해, 블리딩 증기 및 배출 증기의 분류(FD1,2, MD1...5, ND1...5) 및 응축물(K) 및 부 응축물(NK)의 이송이 개별적으로 또는 공통으로 그리고 부분적으로 또는 완전히 대응하는 조정 부재(조정 밸브, 펌프)(12, 18, 22, 24, 28, 32, 34, 36, 42, 46, 48, 50)에 의해 드로틀될 수 있다. 따라서, 예열 구역(14), (26)에 대한 공급이 시간별로 감소되거나 조절된다. 제어는 마찬가지로 대응하는 위치-기준값(Y)을 기초로 제어 수단(60)를 통해 이루어진다.
특히 프로세스 증기 및 가열 증기 공급시 조치(Ln)의 선택에 영향을 주는, 제어 수단(60)에 기초가 되는 공정 기술상 지식 및 결정을 모음으로써, 기존 에너지 저장기가 경제적으로 최상으로 이용될 수 있고 발전소의 운전이 바람직하게 이루어질 수 있다.

Claims (11)

  1. 이용 가능한 에너지 저장기가 제너레이터의 증가된 출력을 제어하기 위해 플랜트 프로세스 중에 활성화되는 방식의, 증기 터빈 및 제너레이터를 갖춘 터보 유닛을 포함하는 발전소의 신속한 출력 제어 방법에 있어서, 제너레이터 출력(PS, PI)에 부가해서 실제 작동 상태를 특성화하는 적어도 하나의 프로세스 변수(PS, PI, PWL, PWF, MPD, DFD, KL, TB, P)가 소수의 위치 기준값(Y, DFD)을 검출하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 프로세스 변수로서 증기 터빈(2, 4, 6)에 접속된 적어도 하나의 조정 부재(10)의 드로틀률(DFD)이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 부가의 프로세스 변수로서 플랜트 프로세스로부터 분리된 열 출력(PFW) 및/또는 플랜트 프로세스에서 빼낸 증기 유동량(MPD)이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 부가의 프로세스 변수로서 플랜트 프로세스의 열 출력 실제값(PWL)이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 위치 기준값(Y)을 검출하기 위해, 에너지 저장기의 활성화 가능성(TB)에 대한 정보가 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 이용 가능한 에너지 저장기가 증가된 제너레이터 출력을 제어하기 위해 플랜트 프로세스 중에 활성화되는 방식의, 증기 터빈(2, 4, 6) 및 제너레이터를 갖춘 터보 유닛을 포함하는 발전소의 신속한 출력 제어 장치에 있어서, 제어 수단(60)를 포함하며, 제어 수단(60)의 입력(a 내지 i)은 제너레이터(8)의 출력값(PS, PI) 및 적어도 하나의 부가 프로세스 변수(PS, PI, PWL, PWF, MPD, KL, TB, P)를 포함하고, 제어 수단(60)의 출력(n 내지 u)은 증기 터빈(2, 4, 6)에 접속된 소수의 조정 부재(10, 12, 18, 22, 24, 28, 32, 34, 36, 42, 46, 48, 50)의 위치 기준값(Y)을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 제어수단(60)이 제 1 제어 모듈(62)을 포함하고, 제 1 제어 모듈(62)의 입력(a 내지 i)은 프로세스 변수(PS, PI, PWL, PWF, MPD, DFD, KL, TB, P)를 포함하고, 제 1 제어 모듈(62)의 출력(j)은 이용 가능한 출력을 제공하기 위해 조합된 조치(Ln)의 분할 값을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 그 입력이 제 1 제어 모듈(62)의 출력(j)에 접속되며, 그 출력(n 내지 r)이 증기 조정 부재(10, 12, 18, 24, 28, 32, 34, 36)의 위치 기준값(Y)을 제공하는, 제 2 제어 모듈(64)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 그 입력(a, b)이 제너레이터(8)의 출력값(PS, PI)을 포함하며, 그 출력은 제 2 제어 모듈(64)에 접속된, 제 3 제어 모듈(66)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항 또는 9항에 있어서, 그 입력이 제 2 제어 모듈(64)의 적어도 하나의 출력(r) 및 제 1 제어 모듈(62)의 출력(j)에 접속되고, 그 출력(s, t)은 응축물-조정 부재(42, 46, 48, 50)의 위치 기준값(YKP, YNKR)을 제공하는, 제 4 제어 모듈(68)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 6항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 조정 부재(10)의 실제 드로틀률(DFD)을 보정하기 위한 제 5 제어 모듈(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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