PL171631B1

PL171631B1 - Sposób i urzadzenie do regulacji ukladu generatora-turbiny PL

Info

Publication number: PL171631B1
Application number: PL93306143A
Authority: PL
Inventors: Kurt Fork; Frank Krutemeier
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 1997-05-30
Also published as: WO1993024991A1; EP0642707B1; EP0642707A1; RU94046166A; DE59300914D1; CZ287717B6; US5547337A; DE4217625A1; ATE130137T1; JPH07507196A; CZ275494A3; RU2176849C2

Abstract

1. Sposób regulacji ukladu generatora- turbiny, w którym do czlonu nastawczego turbiny doprowadza sie pierwsza wielkosc nastawcza i do czlonu nastawczego wzbud- nicy doprowadza sie druga wielkosc nastaw- cza, przy czym te wielkosci nastawcze tworzy sie kazdorazowo z co najmniej jednej wartosci porównawczej, znamienny tym, ze pierwsza wielkosc nastawcza (ST) dla czlonu nastawczego (8) turbiny tworzy sie z co naj- mniej dwóch czesciowych wielkosci nastaw- czych (ST2, ST3), przy czym jedna z obu czesciowych wielkosci nastawczych (ST3) wyprowadza sie z wartosci porównawczej (AU) do tworzenia drugiej wielkosci porów- nawczej (SE) dla czlonu nastawczego (18) wzbudnicy. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji układu generatora-turbiny 1 urządzenie do regulacji układu generatora-turbiny.

171 631

Znany jest sposób regulacji układu generatora-turbiny, w którym do członu nastawczego turbiny jest doprowadzana pierwsza wielkość nastawcza i do członu nastawczego wzbudnicy jest doprowadzana druga wicłkosc nastawcza, przy czym te wielkości nasiawcze są tworzone każdorazowo z co najmniej jednej wartości porównawczej.

Znany jest prosty mechaniczny regulator prędkości obrotowej turbiny i elektromechaniczny regulator napięcia generatora

W znanym sposobie regulacji układu generatora-turbiny ilość czynnika termodynamicznego wpływającego do turbiny jest sterowana przez człon nastawczy turbiny, którego wielkość nastawcza w układzie regulacji jest tworzona na podstawie odchylenia mocy rzeczywistej generatora od mocy zadanej. W dalszym układzie regulacji jest tworzona, na podstawie odchylenia napięcia rzeczywistego generatora od napięcia zadanego, następna wielkość nastawcza, która jest doprowadzana do członu nastawczego wzbudnicy, sterującego prądem wzbudzenia generatora. Obiekty regulacji zbudowane z turbiny, generatora i sieci zasilanej z generatora oddziałują wzajemnie z układem regulacji. Może to prowadzić do tego, że przy przebiegach wyrównawczych, przy pogorszeniu się całkowitej zdolności regulacji, układy regulacji pracują przeciwnie względem siebie. W celu wyrównania tego wpływu, w znanym sposobie do członu nastawczego wzbudnicy jest doprowadzana jako częściowa wielkość nastawcza wielkość korekcyjna uzyskana na podstawie mocy generatora. Przy tym wahania sieci lub zmiany częstotliwości są wyrównywane i wahania mocy są tłumione. Tego rodzaju wahania mocy występują szczególnie w urządzeniach elektrowni, które są połączone długimi przewodami z siecią elektroenergetyczną. Układ połączeń do tłumienia wahań mocy w sieciach elektroenergetycznych jest opisany na przykład w niemieckim opisie patentowym nr 28 51 871.

Przy zastosowaniu turbiny parowej wystarcza uproszczone założenie dynamicznego odsprzężenia układu regulacji, natomiast przy zastosowaniu turbiny gazowej występują niepożądane sprzężenia powodowane opóźnieniami lub czasami reakcji turbiny gazowej, małymi w porównaniu z turbiną parową, które mogą prowadzić do odtłumiania oddzielnych regulacji. Tego rodzaju problemy ze sprzężeniem występują również w układach z większą ilością zespołów turbin-generatorów, zwłaszcza w układach turbin gazowych i parowych. W układzie tłumienia wahań mocy występuje pewien wpływ układu regulacji turbiny na układ regulacji generatora. Pomimo tego oba układy regulacji pracują oddzielnie względem siebie.

Znane urządzenia do regulacji tego typu są opisane na przykład w IEEE Transactions on Automatic Control, tom AC-25, nr 3, 1980, Desoer, C., R.-W. Liu, J. Murray i R. Saeks, pod tytułem: Projektowanie systemów ze sprzężeniem zwrotnym, oraz Muller, K. pod tytułem: Sposób projektowania samonastawnych, silnych regulacji: Dissertation TU Braunschweig 1989 oraz Archiv fur Elektrotechnik, 76, 1992,49-58, Springer Verlag.

Sposób według wynalazku polega na tym, że pierwszą wielkość nastawczą dla członu nastawczego turbiny tworzy się z co najmniej dwóch częściowych wielkości nastawczych, przy czym jedną z obu częściowych wielkości nastawczych wyprowadza się z wartości porównawczej do tworzenia drugiej wielkości porównawczej dla członu nastawczego wzbudnicy.

Korzystnym jest, że wielkość nastawczą dla członu nastawczego wzbudnicy tworzy się z co najmniej dwóch częściowych wielkości nastawczych, przy czym jedną z obu częściowych wielkości nastawczych wyprowadza się z wartości porównawczej do tworzenia pierwszej wielkości nastawczej dla członu nastawczego turbiny.

Korzystnym jest, że pierwszą i drugą wielkość nastawczą tworzy się każdorazowo z trzech częściowych wielkości nastawczych, przy czym każdorazowo jedną częściową wielkość nastawczą wyprowadza się z wartości porównawczej, którą tworzy się na podstawie odchylenia rzeczywistej prędkości obrotowej od zadanej prędkości obrotowej turbiny.

Korzystnym jest, że przy sprzężeniu układu generatora-turbiny z siecią elektroenergetyczną, pierwszą i drugą wielkość nastawczą tworzy się każdorazowo z trzech częściowych wielkości nastawczych, przy czym każdorazowojedną częściową wielkość nastawczą wyprowadza się z wartości porównawczej, którą twoizy się na podstawie odchylenia częstotliwości generatora od częstotliwości sieci.

Korzystnym jest, że wartości porównawcze, które tworzy się na podstawie odchylenia częstotliwości generatora od częstotliwości sieci i na podstawie odchylenia rzeczywistej mocy od zadanej mocy generatora, sprzęga się wzajemnie.

171 631

Korzystnym jest. że jako wartość porównawczą do tworzenia pierwszej wielkości nastawczej stosuje się odchylenie mocy generatora.

Korzystnymjest, żejako wartość porównawczą do tworzenia drugiej wielkości nastawczej stosuje się odchylenia napięcia generatora.

W urządzeniu według wynalazku regulator zawiera pierwszy element sumujący, którego wyjście jest połączone z członem nastawczym turbiny i wejścia są połączone z wyjściem pierwszego węzła porównawczego pierwszej .wartości porównawczej oraz z wyjściem drugiego węzła porównawczego drugiej wartości porównawczej

Korzystnym jest, że regulator zawiera drugi element sumujący, którego wyjście jest połączone z członem nastawczym wzbudnicy i wejścia są połączone z wyjściem pierwszego węzła porównawczego pierwszej wartości porównawczej oraz z wyjściem drugiego węzła porównawczego drugiej wartości porównawczej.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie sposobu i urządzenia do regulacji układu generatoraturbiny w sposób niezawodny i poprawiając dynamikę całego układu. Wynalazek zapewnia uniknięcie powstawania stanów nieokreślonych w wyniku niewłaściwego stosunku wielkości regulacyjnych i wielkości nastawczych.

Dzięki wzajemnemu przenoszeniu wartości porównawczych układów regulacji turbiny i generatora przez częściowe wielkości nastawcze może zachodzić łączność pomiędzy oddziałującymi wzajemnie układami regulacji. Tego rodzaju regulator jest nazywany regulatorem dwóch wielkości lub wielokrotnym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym jest przedstawione urządzenie do regulacji układu generatora-turbiny.

Układ generatora-turbiny 1 zawiera turbinę 2, która napędza poprzez wał 4 generator 6. Generator 6 zasila przy zamkniętym przełączniku blokowym 5 sieć zasilającą 7. Turbina 2 jest turbiną gazową lub parową.

Do nastawiania strumienia czynnika termodynamicznego a wpływającego do turbiny 2 jest zastosowany człon nastawczy 8 w postaci jednego zaworu lub pewnej liczby zaworów.

Obracająca się część wzbudzająca 14 generatora 6 jest wzbudzana przez uzwojenie wzbudzenia 16 umieszczone w stojanie. Nie przedstawiona wzbudnica pomocnicza zasila poprzez człon nastawczy 18 wzbudnicy w postaci zespołu tyrystowego uzwojenie wzbudzenia 16. Człon nastawczy 18 wzbudnicy wytwarza zmienny prąd stały lub prąd wzbudzający g wymagany dla wzbudzenia. '

Do wielokrotnego regulatora 20 turbozespołu są doprowadzane jako wielkości wejściowe wartości rzeczywiste mocy P, generatora, napięcia U, generatora i prędkości obrotowej n, turbiny lub częstotliwości f generatora. Podawanymi do wielokrotnego regulatora 20 wielkościami są także wartości zadane mocy P_s generatora, napięcia Us generatora i prędkości obrotowej n, turbiny. Ponadto wielkości wejściowe oznaczone strzałką 22 są wielkościami wiodącymi, na przykład częstotliwość fs sieci, wielkości nastawcze ograniczające i rozkazy systemu sterującego elektrownią. Podawane z wielokrotnego regulatora 20 wielkości nastawcze ST i SE są podawane do członu nastawczego 8 turbiny i członu nastawczego 18 wzbudnicy. ' >

Wielkości nastawcze ST i SE są tworzone z częściowych wielkości nastawczych ST1 do ST 3 względnie SE1 do SE3, które są wyprowadzane przy pomocy członów tworzących 30 do 35 dla tworzenia funkcji przenoszeniaFn, Fp1 i Fu1 względnie Fc, Fp2 i Fu 2 każdorazowo z wartości porównawczej Af względnie An, AP, AU. Wartości porównawcze Af względnie An, AP, AU powstają przez tworzenie różnicy pomiędzy rzeczywistymi wartościami częstotliwości f, względnie prędkości obrotowej n,, mocy P,, napięcia U, i zadanymi wartościami częstotliwości fs względnie prędkości obrotowej ns, mocy Ps napięcia Us w węzłach porównawczych 40, 41, 42. Przy tym wartości te są najpierw korzystnie przekształcane w wartości cyfrowe przy pomocy nie pokazanych przetworników analogowo-cyfrowych.

Przy zamkniętym przełączniku blokowym 5 wartości porównawcze Af i AP są sprzęzone ze sobą wzajemnie wymiennie lub podwójnie. W układzie sumującym 50 do wartości porównawczej Af jest dodawana wartość porównawcza AP tworzona z odchylenia rzeczywistej mocy P, odjadanej mocy Ps generatora 6 przez element opóźniający 24. W układzie sumującym 51 do wartości porównawczej AP jest dodawana wartość porównawcza Af tworzona z odchylenia

171 631 częstotliwości f, generatora od częstotliwości f_s sieci jako wartość odwrotna 1/Af przez element opóźniającym 25.

Wielokrotny regulator 20 wykorzystuje sześć funkcji pizenoszcnia f uo ieguiacji algorytmów zapewnionych przez program komputera. Algorytm regulacji uwzględnia również przypadek, gdy wielkość regulacji osiąga wartość ograniczającą lub, gdy na przykład podczas przebiegu rozruchowego elektrowni jest włączony tylko układ regulacji turbiny sterujący członem nastawczym 8 turbiny. Przełączenie na regulację kombinowaną, która następuje przy zasilaniu części wzbudzającej 14 przez uzwojenie wzbudzenia 16 i przez to przy tworzeniu napięcia U generatora, jest zawsze możliwe. Za pośrednictwem sześciu funkcji przenoszenia F następuje łączność pomiędzy układem regulacji turbiny 2 i układem regulacji generatora 6, przy czym wówczas człon nastawczy 18 wzbudnicy doprowadza zmienny prąd wzbudzający g.

W wielokrotnym regulatorze 20 jest tworzona z częściowych wielkości nastawczych STi do ST3 za pośrednictwem pierwszego elementu sumującego 19 wielkość nastawcza ST dla członu nastawczego 8 turbiny. Przy tym jest realizowany wpływ wartości porównawczej AU odchylenia rzeczywistej wartości napięcia U, generatora od zadanej wartości U_s na wielkość nastawczą ST za pośrednictwem funkcji przenoszenia Fui. Wpływ wartości porównawczej Af odchylenia częstotliwości f, generatora od częstotliwości fs sieci na wielkość nastawczą ST jest realizowany za pośrednictwem funkcji przenoszenia Ffi.

Odpowiednio jest tworzona z częściowych wielkości nastawczych SEi do SE3 za pośrednictwem następnego elementu sumującego 21 wielkość nastawcza SE dla członu nastawczego 18 wzbudnicy. Wykorzystywany jest wpływ wartości porównawczej AP odchylenia rzeczywistej wartości P, mocy P generatora od zadanej wartości Ps i odchylenia Af częstotliwości na wielkość nastawczą SE za pośrednictwem funkcji przenoszenia Fp2 względnie Fr. Wielkości nastawcze ST i SE, utworzone z częściowych wielkości nastawczych, są podawane do członów nastawczych 8, 18 przez elementy opóźniające 26 lub 27.

Uwzględnienie wartości porównawczej Af odchylenia częstotliwości przy tworzeniu wielkości nastawczej ST, SE umożliwia poprawę regulacji odnośnie dynamiki obiektu regulacji, utworzonego przez turbinę 2, generator 6 i sieć 7. Dzięki sprzężeniu wzajemnie wymiennemu lub podwójnemu wartości porównawczych AP i Af przez elementy opóźniające 24, 25, jest zapewnione, że w wyniku niewłaściwego stosunku trzech wielkości regulacyjnych f, P, U i dwóch wielkości nastawczych ST, SE nie powstają żadne stany nieokreślone. Elementy opóźniające 24,25 w sprzężeniu wpływają tylko na stany ustalone i nie muszą być uwzględnione w koncepcji projektu regulacji.

Podczas pracy zużycie lub zanieczyszczenie części konstrukcyjnych oraz przesunięcia punktu pracy i przełączenia sieci, których nie można przewidzieć, mogą prowadzić do zmian w obiekcie regulacji tyko przy wielkościach znacznego rzędu. Algorytm regulacji wielokrotnego regulatora 20 powinien być nieczuły na tego rodzaju zmiany w obiekcie regulacji. Zachowanie obiektu regulacji może zmieniać się znacznie przy przełączaniu z jednego środka roboczego turbiny 2 na inny, jak również przy przejściu z pracy sieci elektroenergetycznej na pracę sieci wewnętrznej, więc do wielokrotnego regulatora 20 jest wbudowany układ adaptacyjny. Ustawianie wielokrotnego regulatora 20 jest realizowane na podstawie znanych doświadczeń uzyskiwanych przy uruchamianiu i symulacji uwzględnianych w postaci obliczeń modelowych, na przykład w funkcjach przenoszenia F. Kontrola wielokrotnego regulatora 20 następuje więc na podstawie parametrów procesu, zarówno mierzonych jak i określanych obliczeniowo.

Jakość regulacji wielokrotnego regulatora 20 jest oceniana automatycznie podczas pracy. Ocena ta jest przeprowadzana wielostopniowo. W pierwszym etapie są obliczane na podstawie wielkości pomiarowych wielkości nie podlegające pomiarowi, na przykład reaktancja sieci, i są określane analitycznie wartości znamionowe. W drugim etapie te obliczone wartości są porównywane z wartościami doświadczalnymi, które są zawarte we właściwej postaci w wielokrotnym regulatorze 20 i następuje ocena w oparciu o porównanie z zadanymi zakresami.

171 631

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób regulacji układu generatora-turbiny, w którym do członu nastawczego turbiny doprowadza się pierwszą wielkość nastawczą i do członu nastawczego wzbudnicy doprowadza się drugą wielkość nastawczą, przy czym te wielkości nastawcze tworzy się kazdorazowo z co najmniej jednej wartości porównawczej, znamienny tym, że pierwszą wielkość nastawczą (ST) dla członu nastawczego (8) turbiny tworzy się z co najmniej dwóch częściowych wielkości nastawczych (ST2, ST3), przy czym jedną z obu częściowych wielkości nastawczych (ST3) wyprowadza się z wartości porównawczej (AU) do tworzenia drugiej wielkości porównawczej (SE) dla członu nastawczego (18) wzbudnicy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wielkość nastawczą (SE) dla członu nastawczego (18) wzbudnicy tworzy się z co najmniej dwóch częściowych wielkości nastawczych (SE2, SE3), przy czym jedną z obu częściowych wielkości nastawczych (SE2) wyprowadza się z wartości porównawczej (ΔΡ) do tworzenia pierwszej wielkości nastawczej (ST) dla członu nastawczego (8) turbiny.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pierwszą i drugą wielkość nastawczą (ST, SE) tworzy się każdorazowo z trzech częściowych wielkości nastawczych (ST 1, ST2, ST 3), (SEi, SE2, SE3), przy czym każdorazowo jedną częściową wielkość nastawczą (STi), (SEi) wyprowadza się z wartości porównawczej (An), którą tworzy się na podstawie odchylenia rzeczywistej prędkości obrotowej (n,) od zadanej prędkości obrotowej (n_s) turbiny (2).
4. Sposób według zastrz. i albo 2, znamienny tym, że przy sprzężeniu układu generatoraturbiny z siecią elektroenergetyczną, pierwszą i drugą wielkość nastawczą (ST, SE) tworzy się każdorazowo z trzech częściowych wielkości nastawczych (ST 1, ST 2, ST 3), (SE,, SE2, SE3), przy czym każdorazowo jedną częściową wielkość nastawczą (STi), (SEi) wyprowadza się z wartości porównawczej (Af), którą tworzy się na podstawie odchylenia częstotliwości (tj) generatora od częstotliwości (f) sieci.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wartości porównawcze (AF, ΔΡ), które tworzy się na podstawie odchylenia częstotliwości (f,) generatora od częstotliwości (fs) sieci i na podstawie odchylenia rzeczywistej mocy (P,) od zadanej mocy (Ps) generatora (6), sprzęga się wzajemnie.
6. Sposób według zastrz. 2 albo 5, znamienny tym, że jako wartość porównawczą (ΔΡ) do tworzenia pierwszej wielkości nastawczej (ST) stosuje się odchylenie mocy generatora.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że jako wartość, porównawczą (AU) do tworzenia drugiej wielkości nastawczej (SE) stosuje się odchylenia napięcia generatora.
8. Urządzenie do regulacji układu generatora-turbiny, zawierające regulator, do którego wejść są dołączone wyjście mocy generatora i wyjście napięcia generatora oraz, do którego wyjść są dołączone człon nastawczy turbiny i człon nastawczy wzbudnicy, znamienne tym, że regulator (20) zawiera pierwszy element sumujący (19), którego wyjście jest połączone z członem nastawczym (8) turbiny 1 wejścia są połączone z wyjściem pierwszego węzła porównawczego (41) pierwszej wartości porównawczej (ΔΡ) oraz z wyjściem drugiego węzła porównawczego (42) drugiej wartości porównawczej (AU).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że regulator (20) zawiera drugi element sumujący (21), którego wyjście jest połączone z członem nastawczym (18) wzbudnicy i wejścia są połączone z wyjściem pierwszego węzła porównawczego (41) pierwszej wartości porównawczej (ΔΡ) oraz z wyjściem drugiego węzła porównawczego (42) drugiej wartości porównawczej (AU).

★ * Hr