RU2156865C2 - Turbine speed governing system and method for controlling turbine speed at load shedding - Google Patents
Turbine speed governing system and method for controlling turbine speed at load shedding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2156865C2 RU2156865C2 RU98103507/06A RU98103507A RU2156865C2 RU 2156865 C2 RU2156865 C2 RU 2156865C2 RU 98103507/06 A RU98103507/06 A RU 98103507/06A RU 98103507 A RU98103507 A RU 98103507A RU 2156865 C2 RU2156865 C2 RU 2156865C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- control
- turbine
- value
- controller
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/20—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
- F01D17/22—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системе регулирования для регулирования частоты вращения турбины для производства электрического тока с первой структурой регулирования, которая в режиме холостого хода и/или в автономном режиме турбины служит для регулирования частоты вращения, а также к способу для регулирования частоты вращения турбины при сбросе нагрузки. The invention relates to a control system for controlling the speed of a turbine for producing electric current with a first control structure, which in idle mode and / or in an autonomous mode of the turbine serves to control the speed, as well as to a method for controlling the speed of a turbine during load shedding.
В турбинах, в частности в турбоагрегатах для производства электрической энергии, по производственно-техническим причинам часто требуется при сбросе нагрузки, то есть при снижении отдаваемой электрической мощности, предотвращать аварийный останов. Аварийный останов турбины происходит, например, тогда, когда после сброса нагрузки частота вращения турбины превышает критическое значение, например 10% номинальной частоты вращения. Необходимые для предотвращения производственно-технические особые меры могут быть реализованы за счет использования дополнительных так называемых приборов скачков нагрузки. Эти приборы скачков нагрузки при сбросе нагрузки вызывают мгновенное закрывание регулирующего частоту вращения регулирующего клапана, причем длительность удерживания закрытым регулирующего клапана зависит от величины сброса нагрузки, то есть от уменьшения производимой турбиной и соответствующим генератором электрической мощности. После истечения этой длительности регулирование частоты вращения принимает на себя регулятор частоты вращения турбины. Он регулирует частоту вращения во время режима холостого хода, а также в автономном режиме турбины, то есть в случае, когда в сеть электроснабжения не отдается никакая электрическая мощность. Во время режима работы на электросеть, в котором электрическая мощность отдается в сеть электроснабжения, турбина соединена с генератором так, что частота вращения турбины установлена за счет номинальной частоты вращения (синхронная частота вращения) и регулятор частоты вращения служит для управления, например, подачей топлива, в случае газовой турбины или подачей пара в случае паровой турбины. In turbines, in particular in turbines for the production of electrical energy, for industrial and technical reasons, it is often required to prevent an emergency stop when the load is discharged, that is, when the power supplied is reduced. An emergency shutdown of a turbine occurs, for example, when, after a load shedding, the turbine speed exceeds a critical value, for example 10% of the nominal speed. Special technical measures necessary to prevent industrial and technical measures can be implemented through the use of additional so-called load jump devices. These load shedding devices during load shedding cause instantaneous closing of the control valve regulating the rotational speed, and the duration of holding the control valve closed by the valve depends on the load shedding value, i.e., the decrease in the electric power generated by the turbine and the corresponding generator. After this duration expires, the speed control takes over the turbine speed controller. It regulates the speed during idle mode, as well as in the autonomous mode of the turbine, that is, in the case when no electrical power is given to the power supply network. During the operation mode on the power grid, in which electric power is supplied to the power supply network, the turbine is connected to the generator so that the turbine speed is set due to the nominal speed (synchronous speed) and the speed controller is used to control, for example, fuel supply, in the case of a gas turbine or by supplying steam in the case of a steam turbine.
В немецкой выложенной заявке DE-AS 1296657 описан электрогидравлический регулятор для клапана свежего пара паровой турбины. Клапан свежего пара регулируется регулятором открытия в зависимости от его положения. В качестве заданного значения регулирования служит величина, зависящая или от частоты вращения, или от мощности. При сбросе нагрузки, то есть при внезапном отделении синхронного генератора от объединенной электросети, производится чистое регулирование частоты вращения. Для этого используется не обозначенное более подробно реле скачка нагрузки. DE-AS 1296657 describes an electro-hydraulic regulator for a fresh steam valve of a steam turbine. The fresh steam valve is controlled by the opening regulator depending on its position. As a control setpoint, a value is used depending either on the speed of rotation or on power. When the load is dropped, that is, when the synchronous generator is suddenly separated from the combined power supply, the speed is cleanly controlled. For this purpose, a load jump relay not indicated in more detail is used.
В GB 2011126 A описана система регулирования газовой турбины, в которой клапан подачи топлива регулируется (пропорционально-интегральным) ПИ-регулятором. При этом речь идет о системе регулирования, которая является ведущей в чистом режиме работы на электросеть газотурбинной установки и выполнена таким образом, что обеспечивает при изменениях нагрузки дополнительную подстройку. Такие системы регулирования скрывают в себе конфликт, что интегральная часть для хорошего качества регулирования требует большой постоянной времени, а для возможно быстрой реакции на изменение нагрузки газовой турбины, наоборот, требуется малая постоянная времени. Даже при расположении дополнительного топливного обратного клапана, через который при изменении нагрузки топливо возвращается и тем самым уменьшается количество втекающего в камеру сгорания топлива, выбранная постоянная времени интегральной части вызывает нежелательные колебания частоты вращения турбины. Быстрое согласование количества топлива с требующейся после изменения нагрузки частотой вращения, то есть возможно быстрая подстройка частоты вращения на требующуюся постоянную частоту вращения, происходит за счет наложения разностного сигнала частоты вращения на постоянный сигнал. За счет этого ускоряется ответ интегратора на разностный сигнал. Для отработки рассогласования частоты вращения к генератору функций постоянно приложен разностный сигнал частоты вращения. Генератор функций таким образом реагирует на изменение частоты вращения в соответствии с отличным от нуля разностным сигналом частоты вращения так, что подведенное через клапан подачи топлива количество топлива является уменьшенным. GB 2011126 A describes a gas turbine control system in which a fuel supply valve is controlled by a (proportional-integral) PI controller. In this case, we are talking about a control system that is leading in a clean mode of operation on the power grid of a gas turbine installation and is designed in such a way that provides additional adjustment when the load changes. Such control systems conceal the conflict that the integral part requires a good time constant for a good regulation quality, and for the quickest possible response to a change in the load of a gas turbine, on the contrary, a small time constant is required. Even with the location of the additional fuel check valve through which the fuel returns when the load changes, thereby reducing the amount of fuel flowing into the combustion chamber, the selected time constant of the integral part causes undesirable fluctuations in the turbine speed. Quick matching of the amount of fuel with the required speed after changing the load, that is, it is possible to quickly adjust the speed to the required constant speed, occurs due to the superposition of the differential speed signal to a constant signal. Due to this, the integrator's response to the difference signal is accelerated. To work out the mismatch of the rotational speed, a differential speed signal is constantly applied to the function generator. The function generator thus reacts to a change in speed in accordance with a non-zero differential speed signal so that the amount of fuel supplied through the fuel supply valve is reduced.
В DE 2627591 B2 указано устройство регулирования для турбин с регулятором частоты вращения и с регулятором мощности. Оба регулятора соединены со структурой выбора минимума и во время работы на электросеть турбины следят друг за другом. За счет структуры выбора минимума выбирается соответственно меньшее значение регулятора частоты вращения или регулятора мощности и подводятся к пропорциональному звену, которое создает управляющее воздействие клапана. Регулятор частоты вращения выполнен таким образом, что получающееся при появлении внезапного отключения нагрузки повышение частоты вращения турбины удерживается малым, что дает, в частности, повышение только порядка 1% по сравнению с рабочей частотой вращения. В качестве единственной конкретно описанной формы выполнения указан регулятор частоты вращения, который имеет пропорциональную, интегральную и разностную (дифференциальную) части. При выпадении нагрузки турбины за счет генератора через разностную часть выход регулятора частоты вращения сразу же управляется вниз и турбина регулируется до заданного числа оборотов. Возросшее при сбросе нагрузки число оборотов, таким образом, за счет разностной части сразу же снова уменьшается. Для этого к разностной части в качестве сигнала подводится непосредственно частота сети и только к пропорциональной и интегральной частям разница из заданной частоты и частоты сети. DE 2627591 B2 describes a control device for turbines with a speed controller and a power controller. Both regulators are connected to the minimum selection structure and during operation on the turbine power grid they monitor each other. Due to the minimum selection structure, a correspondingly smaller value of the speed controller or power controller is selected and brought to the proportional link, which creates a control action of the valve. The speed controller is designed in such a way that the increase in the turbine speed resulting from the sudden disconnection of the load is kept small, which in particular gives an increase of only about 1% compared to the operating speed. As the only specifically described form of execution specified speed controller, which has a proportional, integral and differential (differential) parts. In case of loss of the turbine load due to the generator through the differential part, the output of the speed controller is immediately controlled downward and the turbine is regulated to a predetermined speed. The number of revolutions increased during load shedding, thus, due to the difference part, immediately decreases again. To do this, the network frequency is directly supplied to the difference part as a signal, and only to the proportional and integral parts is the difference from the given frequency and the network frequency.
Задачей изобретения является указание унифицированной и простой системы регулирования без дополнительного прибора скачка нагрузки для турбины, которая при сбросе нагрузки предотвращает аварийный останов турбины. Другая задача изобретения заключается в указании способа регулирования частоты вращения при сбросе нагрузки турбины. The objective of the invention is to indicate a unified and simple control system without an additional device, a jump in the load for the turbine, which during load shedding prevents emergency shutdown of the turbine. Another objective of the invention is to indicate a method of controlling the speed when dumping the load of the turbine.
Первая названная задача решается согласно изобретению за счет системы регулирования для регулирования частоты вращения турбины для производства электрического тока с первой структурой регулирования с ПИ-регулятором, который является соединяемым со служащим для регулирования частоты вращения исполнительным звеном и служит в режиме холостого хода и/или в автономном режиме турбины для регулирования частоты вращения, а также при сбросе нагрузки подводит к исполнительному звену сигнал закрывания, причем к первой структуре регулирования является подводимым сигнал отклонения, который зависит от разности из заданного значений и фактического значения частоты вращения. П-регулятор первой структуры регулирования имеет предпочтительно такую константу пропорциональности, что при приложении сигнала отклонения с задаваемой минимальной величиной выходной сигнал И-регулятора принимает значение нуль. The first named problem is solved according to the invention by means of a control system for regulating a turbine rotational speed for producing electric current with a first control structure with a PI controller, which is connected to an executive link and serves as an idle speed regulator and / or in stand-alone mode in the turbine mode for speed control, as well as during load shedding, a closing signal is supplied to the executive link, moreover, to the first control structure It is fed in the deviation signal which depends on the difference of the predetermined value and the actual value speed. The P-controller of the first control structure preferably has a proportionality constant such that when a deviation signal is applied with a set minimum value, the output signal of the I-controller takes on a value of zero.
За счет системы регулирования с первой структурой регулирования обеспечивается то, что без дополнительных приборов или электрических схем происходит незамедлительное управление исполнительным эвеном. За счет этого возникающее в случае сброса нагрузки повышение частоты вращения ограничивается допустимым значением, не вызывающим аварийного останова. Due to the regulation system with the first regulation structure, it is ensured that without additional devices or electrical circuits, the executive Even is immediately managed. Due to this, an increase in the speed that occurs in the event of a load shedding is limited by a permissible value that does not cause an emergency stop.
ПИ-регулятор является пригодным как для регулирования частоты вращения турбины в режиме холостого хода и/или в автономном режиме, так и для регулирования исполнительного звена так, что оно после сброса нагрузки непосредственно за счет сигнала закрывания приводится в задаваемое положение. Исполнительное звено остается в этом положении в течение определенной высотой сброса нагрузки продолжительности времени и после этой продолжительности времени подстраивается путем роста выходного сигнала первой структуры регулирования в требующееся для режима холостого хода и/или автономного режима положение. The PI controller is suitable both for controlling the speed of the turbine in idle and / or in standalone mode, and for regulating the executive link so that it is brought to the set position after the load is relieved due to the closing signal. The actuator remains in this position for a certain length of load shedding for a length of time, and after this length of time is adjusted by increasing the output signal of the first control structure to the position required for the idle mode and / or autonomous mode.
За счет соответствующего сигнала отклонения может быть достигнуто, что интегратор интегрирует вниз вплоть до значения нуль и остается при этом значении во время режима работы турбины на электросеть. Это достигается, например, за счет того, что во время нормального режима работы на электросеть первая структура регулирования хотя не управляет исполнительным звеном, однако постоянно получает сигнал отклонения, отличный от нуля, за счет чего первая структура регулирования находится в перерегулированном состоянии. Выходной сигнал первой структуры регулирования ограничивается за счет задаваемого максимального значения выходного сигнала. Это максимальное значение выходного сигнала доминируется выходным сигналом П-регулятора. Если константа пропорциональности K1 П-регулятора при этом выбрана так, что произведение из константы пропорциональности и сигнала отклонения больше или равна максимальному выходному сигналу первой структуры регулирования, то выходной сигнал И-регулятора автоматически ограничен до нуля. За счет этого обеспечивается, что при появлении сброса нагрузки интегральная часть первой структуры регулирования имеет значение нуль. За счет обратной установки сигнала отклонения также на значение нуль первая структура регулирования непосредственно после появления сброса нагрузки поставляет выходной сигнал, который также имеет значение нуль. Этот выходной сигнал "нуль" таким образом непосредственно после сброса нагрузки приложен также к исполнительному звену, которое за счет этого принимает свое заданное положение, в частности положение закрывания. Сигнал отклонения приводят к нулю, например, за счет того, что заданное значение частоты вращения устанавливают как раз на значение синхронной частоты вращения, которое во время режима работы на электросеть и при появлении сброса нагрузки совпадает с фактическим значением частоты вращения. Due to the corresponding deviation signal, it can be achieved that the integrator integrates down to zero and remains at that value during the operation of the turbine on the mains. This is achieved, for example, due to the fact that, during normal operation on the power grid, the first control structure, although it does not control the executive link, constantly receives a deviation signal other than zero, due to which the first control structure is in an oversized state. The output signal of the first control structure is limited due to a preset maximum value of the output signal. This maximum value of the output signal is dominated by the output of the P-controller. If the proportionality constant K1 of the P-controller is selected so that the product of the proportionality constant and the deviation signal is greater than or equal to the maximum output signal of the first control structure, then the output signal of the I-controller is automatically limited to zero. This ensures that when the load shedding occurs, the integral part of the first control structure has a value of zero. Due to the reverse setting of the deviation signal also to zero, the first control structure immediately after the occurrence of load shedding supplies an output signal that also has a value of zero. This output signal "zero" thus directly after the load shedding is also applied to the Executive link, which thereby takes its predetermined position, in particular the closing position. The deviation signal leads to zero, for example, due to the fact that the set speed value is set exactly to the value of the synchronous speed, which during operation on the mains and when load shedding appears coincides with the actual value of the speed.
После сброса нагрузки, то есть после отделения от генератора с переключением турбины в режим холостого хода и/или автономный режим, регулирование частоты вращения происходит через первую структуру регулирования. Продолжительность времени, в течение которого исполнительное звено остается в задаваемом положении, в частности в положении закрывания, зависит от высоты сброса нагрузки, в частности, пропорционально к ней. Первая структура регулирования выполняет регулирование частоты вращения таким образом, что достигается задаваемое заданное значение, в частности синхронная частота вращения турбины. После сброса нагрузки частота вращения турбины увеличивается выше синхронной частоты вращения и после достижения максимального значения снова падает. Как только частота вращения упала ниже синхронной частоты вращения, через первую структуру регулирования происходит управление исполнительного звена, например, повторное открывание регулирующего клапана так, что частота вращения в зависимости от параметров и от алгоритма регулирования (ПИ-алгоритм) первой структуры регулирования приравнивается к синхронной частоте вращения. After load shedding, that is, after separation from the generator with the turbine switching to idle and / or stand-alone mode, the speed control is performed through the first control structure. The length of time during which the actuator remains in the set position, in particular in the closing position, depends on the height of the load shedding, in particular, in proportion to it. The first control structure performs speed control in such a way that a predetermined setpoint is achieved, in particular a synchronous turbine speed. After load shedding, the turbine speed increases above the synchronous speed and after reaching the maximum value drops again. As soon as the rotational speed has fallen below the synchronous rotational speed, the executive link is controlled through the first control structure, for example, the control valve is re-opened so that the rotational speed, depending on the parameters and the control algorithm (PI algorithm) of the first control structure, is equal to the synchronous frequency rotation.
Чтобы обеспечить постоянную частоту вращения от переключения из режима холостого хода и/или автономного режима работы на режим работы на электросеть, система регулирования содержит предпочтительно вторую структуру регулирования и структуру значения коррекции. Структура значения коррекции связана с первой структурой регулирования, а также со второй структурой регулирования так, что в режиме холостого хода и/или автономном режиме происходит слежение выходного сигнала второй структуры регулирования за значением выходного сигнала первой структуры регулирования. За счет этого в любое время работы в режиме холостого хода и/или автономной работы выходные сигналы первой и второй структуры регулирования являются идентичными, так что при переключении на режим работы на электросеть к исполнительному звену, которое соединено в режиме работы на электросеть со второй структурой регулирования, а при автономной работе с первой структурой регулирования, подводится одинаковый выходной сигнал. In order to ensure a constant rotational speed from switching from idle and / or stand-alone to the mains, the control system preferably comprises a second control structure and a correction value structure. The structure of the correction value is associated with the first control structure, as well as with the second control structure so that in idle mode and / or stand-alone mode, the output signal of the second control structure is monitored for the output signal of the first control structure. Due to this, at any time of operation in idle mode and / or autonomous operation, the output signals of the first and second regulation structure are identical, so that when switching to the operation mode on the power grid to the executive link, which is connected in the operation mode on the power grid to the second control structure , and when working autonomously with the first regulatory structure, the same output signal is supplied.
Названная второй задача решается за счет способа для регулирования частоты вращения турбины при сбросе нагрузки за счет того, что к первой структуре регулирования, которая служит для регулирования частоты вращения в режиме холостого хода и/или в автономном режиме турбины и которая содержит ПИ-регулятор, во время работы на электросеть подводят сигнал отклонения так, что выходной сигнал И-регулятора принимает значение нуль, а при появлении сброса нагрузки сигнал отклонения устанавливают на значение нуль, а также выходной сигнал ПИ-регулятора подводят к исполнительному звену для регулирования частоты вращения. The aforementioned second problem is solved by the method for regulating the speed of the turbine during load shedding due to the fact that the first control structure, which serves to control the speed in idle mode and / or in the autonomous mode of the turbine, and which contains a PI controller, during operation, the deviation signal is supplied to the mains so that the output signal of the I-regulator assumes a value of zero, and when a load shed occurs, the deviation signal is set to zero and the output signal of the PI regulator ora supplied to the actuator for speed control.
Способ имеет то преимущество, что в одной-единственной структуре регулирования частоту вращения используют для исключения аварийного останова турбины как в режиме холостого хода и/или в автономном режиме, так и при сбросе нагрузки. За счет подходящего выбора параметров ПИ-регулятора обеспечивается, что во время работы на электросеть за счет сигнала отклонения, приложенного к первой структуре регулирования, первая структура регулирования перерегулирована таким образом, что часть И-регулягора в выходном сигнале составляет нуль. При появлении сброса нагрузки, при котором, например, генератор отделен от турбины, и регулирование исполнительного звена турбины переключено на первую структуру регулирования, а сигнал отклонения также устанавливается на нуль, выходной сигнал первой структуры регулирования дается за счет П-регулятора. Он поставляет при приложении сигнала отклонения "нуль" также выходной сигнал со значением нуль так, что управляемое выходным сигналом исполнительное звено незамедлительно переходит в задаваемое положение. Исполнительное звено может быть выполнено, например, в виде регулирующего клапана, который при приложении входного сигнала со значением нуль переходит в минимальное положение открытия, так что частота вращения турбины ограничивается значением, которое лежит ниже максимально допустимого значения. За счет этого эффективно предотвращается аварийный останов турбины при сбросе нагрузки. The method has the advantage that in a single control structure, the rotational speed is used to prevent an emergency shutdown of the turbine both in idle mode and / or in stand-alone mode, and during load shedding. Due to the appropriate selection of the parameters of the PI controller, it is ensured that during operation on the power supply network, due to the deviation signal applied to the first control structure, the first control structure is overshooted so that part of the I-controller in the output signal is zero. When a load shedding occurs, in which, for example, the generator is separated from the turbine, and the control of the turbine's executive link is switched to the first control structure, and the deviation signal is also set to zero, the output signal of the first control structure is given by the P-controller. When the deviation signal "zero" is applied, it also supplies an output signal with a value of zero so that the executive link controlled by the output signal immediately switches to the set position. The actuator can be made, for example, in the form of a control valve, which, when an input signal with a value of zero is applied, switches to the minimum opening position, so that the turbine speed is limited to a value that lies below the maximum permissible value. Due to this, an emergency shutdown of the turbine during load shedding is effectively prevented.
Способ является пригодным как для газовых, так и для паровых турбин, причем в газовой турбине управляемое первой структурой регулирования исполнительное звено является регулирующим клапаном, который служит для регулирования подачи топлива. В паровой турбине исполнительное звено является регулирующим клапаном, который служит для регулирования подачи пара. The method is suitable for both gas and steam turbines, moreover, in a gas turbine, the actuator controlled by the first control structure is a control valve that serves to control the fuel supply. In a steam turbine, the actuator is a control valve that controls the flow of steam.
Примеры выполнения для системы регулирования, а также для способа регулирования частоты вращения турбины описываются более подробно с помощью чертежей. При этом на фигурах показано:
фиг. 1 - схематическая конструкция системы регулирования и
фиг. 2 - временная зависимость заданного значения частоты вращения, фактического значения частоты вращения, а также хода регулирующего клапана, служащего для регулирования частоты вращения.Examples of execution for the control system, as well as for the method of regulating the speed of the turbine are described in more detail using the drawings. Moreover, the figures show:
FIG. 1 is a schematic design of a control system and
FIG. 2 - time dependence of the set value of the rotational speed, the actual value of the rotational speed, as well as the stroke of the control valve used to control the rotational speed.
На фиг. 1 схематически представлена система регулирования 1 для регулирования базовой турбины в режиме работы на электросеть, а также при сбросе нагрузки и режиме холостого хода и/или в автономном режиме. Система регулирования 1 содержит первую структуру регулирования 2, которая содержит (пропорционально-интегральный) ПИ-регулятор и состоит из (пропорционального) П-регулятора 5 (константа пропорциональности K1) и (интегрального) И-регулятора 6. Далее система регулирования 1 содержит вторую структуру регулирования 7, которая содержит (пропорциональный) П-регулятор (константа пропорциональности K2). Первая структура регулирования 2 и вторая структура регулирования 7 соединены с силовым выключателем 9 генератора, который через устройство выбора минимума 11 соединен с исполнительным звеном 3 для регулирования частоты вращения турбины. Со стороны выхода первая структура регулирования 2 соединена кроме того со структурой значения коррекции 8. К устройству выбора минимума 11 приложен кроме того сигнал ограничения YaMIN, который ограничивает управление исполнительного звена 3.In FIG. 1 schematically shows a control system 1 for regulating a base turbine in the mode of operation on the mains, as well as during load shedding and idling and / or in stand-alone mode. The control system 1 contains the first control structure 2, which contains the (proportional-integral) PI controller and consists of the (proportional) P-controller 5 (proportionality constant K1) and the (integral) I-controller 6. Further, the control system 1 contains the second structure regulation 7, which contains a (proportional) P-controller (proportionality constant K2). The first regulation structure 2 and the second regulation structure 7 are connected to a power switch 9 of the generator, which is connected through an apparatus for selecting a minimum 11 to an actuator 3 for controlling the speed of the turbine. On the output side, the first control structure 2 is connected in addition to the structure of the correction value 8. In addition to the device for selecting the minimum 11, a restriction signal Y aMIN is also applied , which restricts the control of the executive link 3.
Во время работы газовой турбины на электросеть управление мощности происходит через вторую структуру регулирования 7. Силовой выключатель 9 при этом подключает вторую структуру регулирования 7 через устройство 11 к исполнительному звену 3. Частота вращения газовой турбины, таким образом, лежит при ее синхронном значении. Управление мощности при этом происходит таким образом, что ко второй структуре регулирования 7 подводится разница X из заданного значения W2 частоты вращения и из фактического значения W1, синхронного значения. Это разностное значение X представляет собой сигнал отклонения. Он наряду со второй структурой регулирования 7 подводится также к первой структуре регулирования 2, а именно к обоим регуляторам 5, 6. Этот сигнал отклонения приводит к перерегулированию первой структуры регулирования 2, которое ограничено ее значением ограничения Y1max. Выходные сигналы Yp, Yi, П-регулятора 5 или соответственно И-регулятора 6 суммируются. Сумма образует выходной сигнал Y1 первой структуры регулирования 2. Путем подходящего выбора константы пропорциональности K1 П-регулятора 5 выходной сигнал Yp П-регулятора 5 соответствует как раз значению ограничения Y1max первой структуры регулирования 2. Путем перерегулирования и/или выбора константы пропорциональности K1 И-регулятор 6 интегрирует к нулю так, что его выходное значение Yi становится равным нулю. Выходное значение Y1 = Yp + Yi первой структуры регулирования 2 составляет как раз Y1max. При работе на электросеть заданное значение W2 в соответствии с желаемой отдачей мощности турбины имеет жестко устанавливаемое или регулируемое системой регулирования мощности значение. Разница из этого заданного значения W2 и фактического значения W1 усиливается П-регулятором 7 и подводится к исполнительному звену 3. Заданное значение W2 при сбросе нагрузки является задаваемым через выключатель заданного значения 12 на синхронную частоту вращения турбины.During operation of the gas turbine on the power grid, power control occurs through the second control structure 7. The power switch 9 then connects the second control structure 7 through the device 11 to the executive link 3. Thus, the speed of the gas turbine lies at its synchronous value. The power control in this case occurs in such a way that the difference X from the set speed value W2 and from the actual value W1, the synchronous value, is supplied to the second control structure 7. This difference value X is a deviation signal. Along with the second control structure 7, it is also supplied to the first control structure 2, namely both controllers 5, 6. This deviation signal leads to overshoot of the first control structure 2, which is limited by its restriction value Y1 max . The output signals Y p , Y i , P-controller 5 or, respectively, And-controller 6 are summed. The sum forms the output signal Y1 of the first control structure 2. By appropriate selection of the proportionality constant K1 of the P-controller 5, the output signal Y p of the P-controller 5 corresponds to the value of the limit Y1 max of the first control structure 2. By overshooting and / or selecting the proportionality constant K1 AND the controller 6 integrates to zero so that its output value Y i becomes equal to zero. The output value Y1 = Y p + Y i of the first control structure 2 is just Y1 max . When operating on the mains, the set value W2 in accordance with the desired power output of the turbine has a value that is hard-set or controlled by the power control system. The difference from this setpoint W2 and the actual value W1 is amplified by the P-controller 7 and fed to the actuator 3. The setpoint W2 during load shedding is set via the setpoint switch 12 to the synchronous speed of the turbine.
При появлении сброса нагрузки производят следующие мероприятия. When a load shedding occurs, the following measures are performed.
Заданное значение W2 частоты вращения устанавливают на синхронное значение, за счет чего фактическое значение W1 и заданное значение W2 совпадают, так что разница Х их обоих значений, то есть сигнал отклонения, как раз составляет нуль. Силовой выключатель 9 переключают, так что первая структура регулирования 2 соединяется с исполнительным звеном 3. The speed setpoint value W2 is set to a synchronous value, whereby the actual value of W1 and the set value of W2 coincide, so that the difference X of both of them, that is, the deviation signal, is just zero. The power switch 9 is switched, so that the first control structure 2 is connected to the Executive link 3.
Находящаяся в постоянной готовности первая структура регулирования 2 берет на себя тем самым регулирование частоты вращения газовой турбины. Так как непосредственно после распознавания сброса нагрузки сигнал отклонения X имеет значение нуль как на П-регуляторе 5, так и на И-регуляторе 6 приложен входной сигнал со значением нуль. Выходной сигнал Yp П-регулятора 5 имеет, таким образом, также значение нуль; выходной сигнал Yi И-регулятора 6 имеет вследствие ранее сказанного также значение нуль. Тем самым выходной сигнал Y1 первой структуры регулирования 2 также имеет значение нуль. Это значение нуль подводится к исполнительному звену 3 в качестве входного сигнала. Это исполнительное звено 3 представляет собой регулирующий клапан, который управляет подачей топлива газовой турбины. При приложении выходного сигнала "нуль" первой структуры регулирования 2 он переходит в заранее задаваемое минимальное положение открытия. За счет этого подача топлива резко ограничивается до необходимого для поддержания работы газовой турбины минимального расхода. За счет резкого ограничения подачи топлива достигается, что частота вращения турбины только кратковременно возрастает до более высокого значения, однако затем снова падает ниже синхронного значения. Это схематично представлено на фиг. 2 без соблюдения масштаба.The first control structure 2, which is in constant readiness, thereby assumes the control of the rotation frequency of the gas turbine. Since immediately after recognition of the load shedding, the deviation signal X has a value of zero both on the P-controller 5 and on the I-controller 6, an input signal with a value of zero is applied. The output signal Y p of the P-controller 5 is thus also zero; the output signal Y i of the I-controller 6, due to the foregoing, also has a value of zero. Thus, the output signal Y1 of the first control structure 2 also has a value of zero. This value of zero is supplied to the executive link 3 as an input signal. This actuator 3 is a control valve that controls the fuel supply of a gas turbine. When the output signal "zero" of the first control structure 2 is applied, it goes into a predetermined minimum opening position. Due to this, the fuel supply is sharply limited to the minimum flow rate necessary to maintain the gas turbine. Due to the sharp restriction of the fuel supply, it is achieved that the turbine speed only increases briefly to a higher value, but then again falls below the synchronous value. This is shown schematically in FIG. 2 not to scale.
Фиг. 2 показывает без соблюдения масштаба изображенные друг под другом временные зависимости заданного значения частоты вращения W2, фактического значения частоты вращения W1, а также ход Z регулирующего клапана 3. Вплоть до времени t1 все три значения являются постоянными, причем заданное значение W2 частоты вращения является больше, чем фактическое значение (синхронное значение). При достижении времени t1, то есть при появлении сброса нагрузки, заданное значение W2 резко снижается до синхронного значения (соответствует к этому времени фактическому значению). Для этого выключатель заданного значения закрывается. За счет этого ход Z регулирующего клапана 3, как описано выше, также почти мгновенно возвращается к задаваемому значению. После времени t1 частота вращения W1 кратковременно увеличивается и быстро снова падает, причем ко времени t2 частота вращения W1 становится снова ниже синхронного значения. Вплоть до этого времени t2 ход Z регулирующего клапана 3, управляемый через первую структуру регулирования 2, остается ограниченным до заданного минимального значения. После того как фактическое значение W1 частоты вращения уменьшается ниже синхронного значения, то есть заданного значения W2, сигнал отклонения X становится положительным и первая структура регулирования 2 начинает изменять ход Z регулирующего клапана 3 так, что частота вращения подстраивается до синхронного значения.FIG. 2 shows, without complying with the scale, the time dependences depicted under each other of the set value of the rotation speed W2, the actual value of the rotation speed W1, and also the stroke Z of the control valve 3. Up to time t 1, all three values are constant, and the set value W2 of the rotation speed is greater than the actual value (synchronous value). When the time t 1 is reached, that is, when the load shedding occurs, the set value W2 drops sharply to a synchronous value (corresponds to the actual value by this time). For this, the setpoint switch closes. Due to this, the stroke Z of the control valve 3, as described above, also almost instantly returns to the set value. After time t 1, the speed W1 briefly increases and quickly drops again, and by time t 2, the speed W1 again falls below the synchronous value. Up to this time t 2, the stroke Z of the control valve 3, controlled through the first control structure 2, remains limited to a predetermined minimum value. After the actual speed value W1 decreases below the synchronous value, that is, the set value W2, the deviation signal X becomes positive and the first control structure 2 starts to change the stroke Z of the control valve 3 so that the speed adjusts to the synchronous value.
Выходной сигнал Y1 первой структуры регулирования 2 подводят к структуре заданного значения коррекции 8, причем образованное в ней заданное значение коррекции dW подводят аддитивно к сигналу отклонения X второй структуры регулирования 7. Сигнал отклонения X при достижении синхронной частоты вращения (W1 = W2) является равным нулю. Структура 8 содержит П-регулятор 13, константа пропорциональности 1/k2 которого имеет значение, обратное константе пропорциональности K2 П-регулятора второй структуры регулирования 7. Выходное значение П-регулятора 13 подводят к фиксирующему звену 14, которое удерживает выходное значение, если (не показанный) выключатель сети и силовой выключатель 9 генератора включены одновременно для работы турбины на электросеть. Выдаваемый на фиксирующее звено 14 сигнал удержания создается через логическое звено "И" 15, к которому подводится управляющий сигнал 16, 17 в соответствии с положением выключателя сети и силового выключателя 9 генератора. За счет этого достигается то, что выходной сигнал второй структуры регулирования 7 во время работы в режиме холостого хода и/или автономной работы газовой турбины постоянно удерживают на значении выходного сигнала Y1 первой структуры регулирования 2. При переключении силового выключателя 9 на режим работы на электросеть таким образом обеспечивается, что частота вращение за счет переключения не изменяется, в частности не происходит никакого скачка частоты вращения. The output signal Y1 of the first control structure 2 is supplied to the structure of the set correction value 8, and the set correction value dW formed therein is added additively to the deviation signal X of the second control structure 7. The deviation signal X when the synchronous speed (W1 = W2) is reached is zero . Structure 8 contains a P-controller 13, the proportionality constant 1 / k2 of which has a value opposite to the proportionality constant K2 of the P-controller of the second control structure 7. The output value of the P-controller 13 is fed to the locking link 14, which holds the output value if (not shown ) the circuit breaker and the power switch 9 of the generator are connected simultaneously for the turbine to work on the mains. The retention signal issued to the locking link 14 is created through the logical AND link 15, to which the control signal 16, 17 is supplied in accordance with the position of the network switch and the generator power switch 9. Due to this, it is achieved that the output signal of the second control structure 7 during idling and / or autonomous operation of the gas turbine is constantly kept at the value of the output signal Y1 of the first control structure 2. When switching the power switch 9 to the operating mode on the power grid In this way, it is ensured that the rotation frequency does not change due to switching, in particular, there is no jump in the rotation frequency.
Само собой разумеется, что система регулирования 1, первая структура регулирования 2, структура значения коррекции 8 и вторая структура регулирования 7 могут быть реализованы в виде электрических или электронных компонентов, как интегральные схемы и/или схемы программного обеспечения. It goes without saying that the regulation system 1, the first regulation structure 2, the correction value structure 8 and the second regulation structure 7 can be implemented as electrical or electronic components, such as integrated circuits and / or software circuits.
Изобретение отличается тем, что управление сбросом нагрузки достигается без дополнительного прибора сброса нагрузки. Регулирование после распознавания сброса нагрузки полностью берется на себя первой структурой регулирования. Она служит также для регулирования частоты вращения турбины во время работы в режиме холостого хода и/или в автономном режиме. Структура регулирования содержит ПИ-регулятор, интегральная часть которого во время нормального режима работы на электросеть приводится к значению нуль. Это достигается предпочтительно за счет того, что первая структура регулирования во время работы на электросеть постоянно управляется сигналом отклонения, который соответствует отклонению между задаваемым заданным и фактическим значением частоты вращения. Этот сигнал отклонения при появлении сброса нагрузки устанавливается на значение нуль так, что входной и выходной сигнал первой структуры регулирования также составляет именно нуль. Выходной сигнал первой структуры регулирования передается на исполнительное звено турбины, которое служит для регулирования частоты вращения и при приложении выходного сигнала со значением нуль переходит в задаваемое минимальное положение регулирования. С соответствующей изобретению системой регулирования и соответствующим изобретению способом обеспечивается, что при сбросе нагрузки частота вращения турбины остается надежно ниже критического значения, которое вызвало бы аварийный останов. The invention is characterized in that load shedding control is achieved without an additional load shedding device. Regulation after recognition of load shedding is completely taken over by the first regulation structure. It also serves to control the speed of the turbine during idle and / or autonomous operation. The control structure contains a PI controller, the integral part of which during normal operation on the power grid is reduced to zero. This is achieved preferably due to the fact that the first control structure during operation on the power grid is constantly controlled by a deviation signal, which corresponds to the deviation between the specified setpoint and the actual speed value. When the load shedding occurs, this deviation signal is set to zero so that the input and output signal of the first control structure is also exactly zero. The output signal of the first control structure is transmitted to the executive link of the turbine, which serves to control the speed and, upon application of the output signal with a value of zero, goes to the set minimum control position. With the control system according to the invention and the method according to the invention, it is ensured that, during load shedding, the turbine speed remains reliably below the critical value that would cause an emergency stop.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19528601A DE19528601C2 (en) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | Control device for speed control of a turbine and method for controlling the speed of a turbine when shedding loads |
| DE19528601.4 | 1995-08-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98103507A RU98103507A (en) | 2000-01-10 |
| RU2156865C2 true RU2156865C2 (en) | 2000-09-27 |
Family
ID=7768639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98103507/06A RU2156865C2 (en) | 1995-08-03 | 1996-07-22 | Turbine speed governing system and method for controlling turbine speed at load shedding |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0842350B1 (en) |
| JP (1) | JP4073956B2 (en) |
| CZ (1) | CZ29998A3 (en) |
| DE (2) | DE19528601C2 (en) |
| RU (1) | RU2156865C2 (en) |
| WO (1) | WO1997006351A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625552C1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-07-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of regulation of gas turbines at deep frequency reductions in energy system |
| RU2669146C1 (en) * | 2017-10-31 | 2018-10-08 | Акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро "Автоматика" | Electrohydraulic system of automatic control of rotor speed of steam turbine of electric generator drive of ship propulsion system |
| RU2670470C1 (en) * | 2017-11-13 | 2018-10-23 | Акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро "Автоматика" | Control hydraulic system of steam turbine valves |
| RU2781087C1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-10-05 | Общество с ограниченной ответственностью «Ракурс-инжиниринг» | Method for adjustment of rotation frequency of rotor of jet hydraulic turbine, and pid-controller of rotation frequency of heavy impact |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6116853A (en) * | 1998-11-13 | 2000-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for checking the operating reliability of a turbine during load shedding |
| DE10328932A1 (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-13 | Alstom Technology Ltd | Method and device for detecting a load shedding between a rotary electric machine generating electrical energy and a supply network connected to the power supply to the rotary machine |
| DE102007045167B4 (en) | 2007-09-20 | 2020-07-02 | Man Energy Solutions Se | Control system and method for controlling a steam turbine |
| JP5888947B2 (en) * | 2011-11-25 | 2016-03-22 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Valve control device, gas turbine, and valve control method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1401456A1 (en) * | 1962-03-15 | 1968-10-24 | Siemens Ag | Device for speed control of turbines |
| NL296751A (en) * | 1962-08-18 | 1900-01-01 | ||
| DE1601849C3 (en) * | 1968-01-11 | 1975-04-24 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Control device for turbines with speed and power control |
| DE2627591B2 (en) * | 1976-06-19 | 1981-04-16 | M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8500 Nürnberg | Control device for turbines with speed and power control |
| JPS5487319A (en) * | 1977-12-23 | 1979-07-11 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel control equipment of gas turbine |
| US4280059A (en) * | 1979-12-26 | 1981-07-21 | United Technologies Corporation | Detecting power loss in free turbines |
-
1995
- 1995-08-03 DE DE19528601A patent/DE19528601C2/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-07-22 DE DE59601196T patent/DE59601196D1/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-22 CZ CZ98299A patent/CZ29998A3/en unknown
- 1996-07-22 WO PCT/DE1996/001342 patent/WO1997006351A1/en not_active Application Discontinuation
- 1996-07-22 EP EP96924760A patent/EP0842350B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-22 JP JP50800697A patent/JP4073956B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-22 RU RU98103507/06A patent/RU2156865C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625552C1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-07-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of regulation of gas turbines at deep frequency reductions in energy system |
| RU2669146C1 (en) * | 2017-10-31 | 2018-10-08 | Акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро "Автоматика" | Electrohydraulic system of automatic control of rotor speed of steam turbine of electric generator drive of ship propulsion system |
| RU2670470C1 (en) * | 2017-11-13 | 2018-10-23 | Акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро "Автоматика" | Control hydraulic system of steam turbine valves |
| RU2781087C1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-10-05 | Общество с ограниченной ответственностью «Ракурс-инжиниринг» | Method for adjustment of rotation frequency of rotor of jet hydraulic turbine, and pid-controller of rotation frequency of heavy impact |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11510579A (en) | 1999-09-14 |
| WO1997006351A1 (en) | 1997-02-20 |
| DE59601196D1 (en) | 1999-03-04 |
| EP0842350B1 (en) | 1999-01-20 |
| DE19528601C2 (en) | 1998-07-09 |
| CZ29998A3 (en) | 1998-05-13 |
| DE19528601A1 (en) | 1997-02-06 |
| EP0842350A1 (en) | 1998-05-20 |
| JP4073956B2 (en) | 2008-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2352421C (en) | Steam turbine controller having method and apparatus for providing variable frequency regulation | |
| US5953902A (en) | Control system for controlling the rotational speed of a turbine, and method for controlling the rotational speed of a turbine during load shedding | |
| JP5457626B2 (en) | Method and system for detection and transmission for isolated operation of power | |
| CN110318826B (en) | Load shedding control system of bypass system of thermal power generating unit in isolated grid mode | |
| RU2156865C2 (en) | Turbine speed governing system and method for controlling turbine speed at load shedding | |
| JP3887777B2 (en) | Governor-free control method and control apparatus for gas turbine power generation equipment | |
| RU98103507A (en) | REGULATING SYSTEM FOR REGULATING A TURBINE ROTATION FREQUENCY, AND ALSO A METHOD FOR TURBIN ROTATION FREQUENCY REGULATION AT A LOAD RESET | |
| JPS6239655B2 (en) | ||
| JPH02192501A (en) | Water feed control device during fcb of drum boiler | |
| JP2004159466A (en) | Method and apparatus for preventing reverse power flow in electric power plant | |
| JPS5926842B2 (en) | Boiler feed water flow rate control method | |
| JP4003630B2 (en) | Reactor recirculation flow controller | |
| JPS6123365B2 (en) | ||
| JPH04303103A (en) | Turbine control method and device | |
| CS261037B1 (en) | Device for turbine output regulation with limiting function during pressure deviation and steam pressure regulation by turbine | |
| CN115573818A (en) | Information visualization and intelligentization one-key starting method and system for combustion engine | |
| JPS62162703A (en) | Turbine control device | |
| JPH0419304A (en) | Control device for private power generation facility | |
| JP2949599B2 (en) | Turbine control device | |
| JPS5828484B2 (en) | Boiler feed pump control device | |
| JPH0286903A (en) | Geothermal steam turbine bypass controller | |
| JPS623919B2 (en) | ||
| JPH0461163B2 (en) | ||
| JP2005330927A (en) | Control device of prime mover | |
| JPS6033982B2 (en) | Turbine plant control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100723 |