RU2464438C1

RU2464438C1 - Control method of active power of electric power plant

Info

Publication number: RU2464438C1
Application number: RU2011117357/06A
Authority: RU
Inventors: Антон Иванович Полулях (RU); Антон Иванович Полулях; Александр Сергеевич Ситников (RU); Александр Сергеевич Ситников; Юрий Абрамович Трубников (RU); Юрий Абрамович Трубников
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: in control method of active power of electric power plant, which involves the measurement of current value of active power supplied to the grid with electric power plant and rotation speed of free turbine, calculation of deviation from the specified value, calculation of set point value as per rotation speed of free turbine and further formation of control action on fuel metering unit, there additionally specified are values of power limitations, and control action on the fuel metering unit is formed considering those limitations.

EFFECT: invention allows improving the control quality at operation of electric power plant in high-duty grid at low values of deviation of current active power value.

3 dwg

Description

Способ относится к области газотурбинного двигателестроения и может найти использование в электронных системах автоматического управления газотурбинными двигателями со свободной турбиной, применяемых в составе газотурбинных установок для привода электрогенераторов газотурбинных электростанций.The method relates to the field of gas turbine engine building and may find use in electronic systems for automatic control of gas turbine engines with a free turbine, used as part of gas turbine plants for driving electric generators of gas turbine power plants.

Известен способ управления активной мощностью электрогенератора, согласно которому определяют рассогласование частоты сети и частоты электрогенератора как разницу измеренного значения фактической мощности генератора Р_тек и заданной мощности, умноженную на коэффициент регулирования по мощности, затем формируют сигнал на исполнительный орган управления частотой турбогенератора, пропорциональный рассогласованию частоты сети и частоты электрогенератора [Павлов Г.М., Меркурьев Г.В. Автоматика энергосистем. Санкт-Петербург: Издательство «Папирус», 1996 г., стр.229].There is a method of controlling the active power of an electric generator, according to which the mismatch of the network frequency and the frequency of the electric generator is determined as the difference between the measured value of the actual power of the generator P _tech and the given power multiplied by the power regulation coefficient, then a signal is generated to the executive body of the turbogenerator frequency control proportional to the mismatch of the network frequency and frequency of the electric generator [Pavlov G.M., Merkuryev G.V. Automation of power systems. St. Petersburg: Papirus Publishing House, 1996, p.229].

Однако в известном способе не формализовано формирование управляющего воздействия на дозатор топлива, т.к. он ориентирован на измерение частоты вырабатываемого тока на клеммах генератора, а не датчика частоты вращения привода генератора, что вносит ошибку при измерении тока и снижает качество регулирования. Данный способ не учитывает особенности управления газотурбинным приводом, пропорциональный закон управления не позволяет поддерживать заданный режим активной мощности с требуемой точностью.However, in the known method, the formation of a control action on the fuel dispenser is not formalized, because it is focused on measuring the frequency of the generated current at the terminals of the generator, and not on the sensor of the rotational speed of the drive of the generator, which introduces an error when measuring current and reduces the quality of regulation. This method does not take into account the control features of the gas turbine drive, the proportional control law does not allow you to maintain a given active power mode with the required accuracy.

Наиболее близким к заявляемому является способ управления активной мощностью электростанции, включающий замер текущего значения активной мощности Р_тек, передаваемой в сеть электростанции, и частоты вращения свободной турбины n_ст, вычисление отклонения Р_тек от заданного Р_зад (ΔP), вычисление величины уставки по частоте вращения свободной турбины n_{ст уст} и дальнейшее формирование управляющего воздействия на дозатор топлива (Патент РФ №2383755, F02C 9/00, 2010 г.).Closest to the claimed one is a method of controlling the active power of a power plant, including measuring the current value of the active power P _tech transmitted to the power plant network and the speed of a free turbine n _st , calculating the deviation P _tech from the given P _ass (ΔP), calculating the frequency set point rotation of the free turbine n _{st mouth} and the further formation of the control action on the fuel dispenser (RF Patent No. 2383755, F02C 9/00, 2010).

Однако известный способ не обеспечивает высокого качества управления при работе электростанции в сети большой мощности при малых значениях отклонения ΔP и наличии ошибки измерения текущего значения активной мощности Р_тек.However, the known method does not provide high quality control when operating a power plant in a high power network at low deviations ΔP and the presence of measurement errors of the current value of the active power P _tech .

Техническая задача заключается в повышении качества управления при работе электростанции в сети большой мощности при малых значениях отклонения текущей величины активной мощности от заданной путем формирования управляющего воздействия на дозатор с учетом ΔP после превышения ΔP порогового значения ΔP_вкл и формирования управляющего воздействия без учета ΔP после снижения ΔP ниже порогового значения ΔP_выкл.The technical task is to improve the quality of control during operation of a power plant in a high-power network at low deviations of the current value of active power from the given one by forming a control action on the dispenser taking into account ΔP after exceeding ΔP threshold ΔP _on and forming a control action without taking into account ΔP after decreasing ΔP below threshold ΔP _off

Сущность изобретения заключается в том, что в способе управления активной мощностью электростанции, включающем замер текущего значения активной мощности Р_тек, передаваемой в сеть электростанцией, и частоты вращения свободной турбины n_ст, вычисление отклонения Р_тек от заданного Р_зад (ΔP), вычисление величины уставки по частоте вращения свободной турбины n_{ст уст} и дальнейшее формирование управляющего воздействия на дозатор топлива, величину n_{ст уст} вычисляют по формуле:The essence of the invention lies in the fact that in the method of controlling the active power of a power plant, including measuring the current value of the active power P _tech transmitted to the network by the power plant and the rotation frequency of the free turbine n _st , calculating the deviation P _tech from the given P _ass (ΔP), calculating the value the settings for the frequency of rotation of the free turbine n _{st mouth} and the further formation of the control action on the fuel dispenser, the value of n _{st mouth} calculated by the formula:

n_{ст уст}=k_c×f_ycт+k_p×ΔP',n _{st mouth} = k _c × f _yct + k _p × ΔP ',

где k_c - коэффициент, связывающий частоту вращения генератора и частоту вращения свободной турбины n_ст;where k _c is the coefficient linking the rotational speed of the generator and the rotational speed of a free turbine n _st ;

f_уcт - уставка по частоте сети электростанции;f _ust - the frequency setting of the power plant network;

k_p - коэффициент регулирования по мощности,k _p - power control coefficient,

ΔP' - величина отклонения Р_тек от заданного Р_зад, равная 0 или ΔP,ΔP '- the deviation of P _tech from a given P _ass equal to 0 or ΔP,

при этом дополнительно задают величины ΔP_вкл ^верх, ΔP_выкл ^верх, ΔP_вкл ^низ, ΔP_выкл ^низ, а управляющее воздействие на дозатор формируют с учетом ΔP в момент, когда ΔP>ΔP_вкл ^верх или ΔP<ΔP_вкл ^низ, и без учета ΔP - в момент, когда ΔP<ΔP_выкл ^верх или ΔP>ΔP_выкл ^низ, гдеat the same time, the values ΔP _on ^top , ΔP _off ^top , ΔP _on ^bottom , ΔP _off ^bottom , and the control action on the dispenser are formed taking into account ΔP at the time when ΔP> ΔP _on ^top or ΔP <ΔP _on ^bottom , and without considering ΔP - at the moment when ΔP <ΔP _off ^top or ΔP> ΔP _off ^bottom , where

ΔP_вкл ^верх - верхнее пороговое значение включения ΔP, при достижении которого ΔP' становится равным ΔP;ΔP _on ^top - the upper threshold value of the inclusion ΔP, upon reaching which ΔP 'becomes equal to ΔP;

ΔP_выкл ^верх - верхнее пороговое значение выключения ΔP, при достижении которого ΔP' становится равным 0;ΔP _off ^top - the upper cut-off threshold value ΔP, upon reaching which ΔP 'becomes equal to 0;

ΔP_вкл ^низ - нижнее пороговое значение включения ΔP, при достижении которого ΔP' становится равным ΔP;ΔP _on ^bottom - lower threshold value of the inclusion ΔP, upon reaching which ΔP 'becomes equal to ΔP;

ΔP_выкл ^низ - нижнее пороговое значение выключения ΔP, при достижении которого ΔP' становится равным 0.ΔP _off ^bottom - the lower threshold off value ΔP, upon reaching which ΔP 'becomes equal to 0.

Дополнительное введение пороговых значений величины отклонения ΔP, при переходе через которые начинается формирование управляющего воздействия на дозатор топлива с учетом ΔP или без учета ΔP, позволяет значительно улучшить качество управления электростанцией, повысить статическую и динамическую точности поддержания заданной активной мощности.The additional introduction of threshold values of the deviation ΔP, when passing through which the formation of the control action on the fuel dispenser begins taking into account ΔP or without taking into account ΔP, can significantly improve the quality of control of the power plant, increase the static and dynamic accuracy of maintaining the given active power.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ.Figure 1 presents the structural diagram of a device that implements the inventive method.

На фиг.2, 3 показаны графики изменения активной мощности по времени процесса при осуществлении заявляемого способа, гдеFigure 2, 3 shows graphs of changes in active power over time of the process when implementing the proposed method, where

Р_ном - номинальное значение активной мощности, выдаваемой электростанцией.P _nom - the nominal value of the active power issued by the power plant.

Блок 1 является блоком вычисления отклонения Р_тек от заданного Р_зад (ΔP).Block 1 is a unit for calculating the deviation of P _tech from a given P _ass (ΔP).

Блок 2 осуществляет сравнение ΔP с ΔP_вкл ^верх (например, 0,6% Р_ном). При ΔP>ΔP_вкл ^верх блок 2 формирует сигнал I₁=1.Block 2 compares ΔP with ΔP _on ^top (e.g., 0.6% P _nom ). When ΔP> ΔP _on ^top, block 2 generates a signal I ₁ = 1.

Блок 3 осуществляет сравнение ΔР с ΔP_выкл ^верх (например, 0,2% Р_ном) и при условии ΔP<ΔP_выкл ^верх формирует сигнал I₂=1.Block 3 compares ΔP with ΔP _off ^top (for example, 0.2% P _nom ) and, provided ΔP <ΔP _off ^top, generates a signal I ₂ = 1.

Блок 4 выполняет сравнение ΔP с ΔP_выкл ^низ (например, - 0,2% Р_ном) и при ΔP>ΔP_выкл ^низ формируют сигнал I₃=1.Block 4 compares ΔP with ΔP _off ^bottom (for example, 0.2% P _nom ) and when ΔP> ΔP _off ^bottom , a signal I ₃ = 1 is generated.

Блок 5 выполняет сравнение ΔP с ΔP_вкл ^низ (например, - 0,6% Р_ном), который при ΔP<ΔP_вкл ^низ формирует сигнал I₄=1.Block 5 compares ΔP with ΔP _on ^bottom (for example, 0.6% P _nom ), which when ΔP <ΔP _on ^bottom generates a signal I ₄ = 1.

Блок 6 - логическое устройство «И» с выходным сигналом I₅.Block 6 - the logical device "And" with the output signal I ₅ .

Блок 7 - логическое устройство «И» с выходным сигналом I₆.Block 7 - the logical device "And" with the output signal I ₆ .

Блоки 8, 9, и 10 - логические устройства «ИЛИ» с выходными сигналами I₇, I₈, I₉ соответственно.Blocks 8, 9, and 10 are logical OR devices with output signals I ₇ , I ₈ , I _9, respectively.

Блоки 11, 12 - умножающие. Блок 11 осуществляет умножение величины ΔP на значение логического сигнала I₉ (1 или 0), поступающего с блока (ΔP').Blocks 11, 12 are multiplying. Block 11 multiplies the ΔP value by the value of the logical signal I ₉ (1 or 0) coming from the block (ΔP ').

Блок 12 осуществляет операцию умножения k_p×ΔP'.Block 12 performs the multiplication operation k _p × ΔP '.

Блок 13 - блок вычисления величины уставки по частоте вращения свободной турбины n_{ст уст}=k_c×f_ycт+k_p×ΔP'.Block 13 - unit for calculating the setpoint value for the rotational speed of a free turbine n _{st set} = k _c × f _yct + k _p × ΔP '.

Блок 14 - блок вычисления ошибки поддержания n_ст (Δn_ст=n_{ст уст}-n_ст).Block 14 is a unit for calculating the maintenance error n _st (Δn _st = n _{st set} -n _st ).

Блок 15 - блок формирования управляющего воздействия на дозатор топлива.Block 15 - block forming the control action on the fuel dispenser.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.

В зависимости от значения ΔP в блоках 2-10 формируется и фиксируется логический сигнал I₉=1 либо в момент превышения ΔP величины ΔP_вкл ^верх (фиг.2, участок II), либо в момент уменьшения ΔP ниже величины ΔP_выкл ^низ (фиг.3, участок IV). При наличии сигнала I₃=1 сигналы I₅ и I₈ «сбрасываются». По сигналу I₁=1 блок 8 и блок 6 формируют сигнал I₇=1, при наличии которого информация о величине ΔP поступает в блок 10, который по сигналам I₇=1 и I₈=1 формирует сигнал I₉.Depending on the ΔP value, a logic signal I ₉ = 1 is generated and fixed in blocks 2-10 either at the moment ΔP exceeds ΔP _on ^top (Fig. 2, section II) or at the time ΔP decreases below ΔP _off ^bottom (Fig. 3, plot IV). If there is a signal I ₃ = 1, the signals I ₅ and I _{8 are} “reset”. By the signal I ₁ = 1, block 8 and block 6 form a signal I ₇ = 1, in the presence of which information about the ΔP value enters block 10, which, according to the signals I ₇ = 1 and I ₈ = 1, generates a signal I ₉ .

В момент снижения величины ΔP меньше ΔP_выкл ^верх (фиг.2, участок III), либо в момент превышения ΔP величины ΔP_выкл ^низ (фиг.3, участок I) значение логического сигнала I₉ формируется и фиксируется как 0 (I₉=0).When ΔP decreases, ΔP is lower than ΔP _off ^top (Fig. 2, section III), or when ΔP is exceeded, ΔP is _off ^down (Fig. 3, section I), the value of the logical signal I ₉ is generated and fixed as 0 (I ₉ = 0 )

I₉ фиксируется и принимает значение 1 при выполнении условий:I ₉ is fixed and takes the value 1 under the following conditions:

ΔP>ΔP_вкл ^верх или ΔP<ΔP_вкл ^низ; I₉=1.ΔP> ΔP _on ^top or ΔP <ΔP _on ^bottom ; I ₉ = 1.

I₉ фиксируется и принимает значение 0 при выполнении условий:I ₉ is fixed and takes the value 0 when the following conditions are met:

ΔP<ΔP_выкл ^верх или ΔP>ΔP_выкл ^низ; I₉=0.ΔP <ΔP _off ^top or ΔP> ΔP _off ^bottom ; I ₉ = 0.

Далее блок 11 осуществляет умножение значения ΔP на величину логического сигнала I₉ (1 или 0). При I₉=0 величина ΔP принимает нулевое значение (ΔP'=0).Next, block 11 multiplies the ΔP value by the value of the logical signal I ₉ (1 or 0). When I ₉ = 0, ΔP takes on a zero value (ΔP '= 0).

При I₉=1 величина ΔP'=1, при этом выходной логический сигнал с блока 11 поступает на вход блока 12, с выхода которого сигнал о величине n_{ст уст} поступает на вход блока 14, который выдает сигнал о величине Δn_ст, в величине n_{ст уст} поступает на вход блока 14, который выдает сигнал о величине Δn_ст, в зависимости от этого сигнала блок 15 формирует управляющее воздействие на дозатор топлива пропорционально Δn_ст, что позволяет поддерживать величину активной мощности электростанции с необходимой точностью.When I ₉ = 1, the quantity ΔP '= 1, while the output logical signal from block 11 is fed to the input of block 12, from the output of which a signal about the value of n _{st mouth} goes to the input of block 14, which gives a signal about the value of Δn _st , in the value n _{st mouth} goes to the input of block 14, which gives a signal about the value of Δn _st , depending on this signal, block 15 generates a control action on the fuel dispenser in proportion to Δn _st , which allows you to maintain the value of the active power of the power plant with the necessary accuracy.

Claims

A method for controlling the active power of a power plant, including measuring the current value of the active power P _tech transmitted to the network by the power plant and the speed of a free turbine n _st , calculating the deviation of P _tech from a given P _ass (ΔP), calculating the setpoint value for the frequency of rotation of a free turbine
n _{st mouth} and the further formation of the control action on the fuel dispenser,
characterized in that
the value of n _{st mouth is} calculated by the formula
n _{st mouth} = k _c · f _mouth + k _p · ΔP ',
where k _c is the coefficient linking the rotational speed of the generator and the rotational speed of a free turbine n _st ;
f _set - the frequency setting of the power plant network;
k _p - power control coefficient;
ΔP '- the deviation of P _tech from a given P _ass equal to 0 or ΔP,
at the same time, the values ΔР _on ^top , ΔР _off ^top , ΔР _on ^bottom , ΔР _off ^bottom , and the control action on the dispenser are formed taking into account ΔР at the moment when ΔP> ΔР _on ^top or ΔP <ΔР _on ^bottom , and without considering ΔР - at the moment when ΔP <ΔР _off ^top or ΔР> ΔР _off ^bottom , where
ΔР _on ^top - the upper threshold value of the inclusion ΔР, upon reaching which ΔР 'becomes equal to ΔР;
ΔР _off ^top - the upper cut-off threshold value ΔР, upon reaching which ΔР 'becomes equal to 0;
ΔР _on ^bottom - lower threshold value of the inclusion ΔР, upon reaching which ΔР 'becomes equal to ΔР;
ΔР _off ^bottom - the lower threshold off value ΔР, upon reaching which ΔР 'becomes equal to 0.