RU2671659C1 - Method and system of automatic regulation of the ccgt unit with forcing impact on the control valves of high and medium pressure of the steam turbine - Google Patents
Method and system of automatic regulation of the ccgt unit with forcing impact on the control valves of high and medium pressure of the steam turbine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2671659C1 RU2671659C1 RU2017137533A RU2017137533A RU2671659C1 RU 2671659 C1 RU2671659 C1 RU 2671659C1 RU 2017137533 A RU2017137533 A RU 2017137533A RU 2017137533 A RU2017137533 A RU 2017137533A RU 2671659 C1 RU2671659 C1 RU 2671659C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam turbine
- power
- valves
- medium pressure
- control
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 230000001755 vocal effect Effects 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- RYAUSSKQMZRMAI-YESZJQIVSA-N (S)-fenpropimorph Chemical compound C([C@@H](C)CC=1C=CC(=CC=1)C(C)(C)C)N1C[C@H](C)O[C@H](C)C1 RYAUSSKQMZRMAI-YESZJQIVSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 238000009416 shuttering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Группа изобретений относится к теплоэнергетике и может быть использована для автоматического регулирования мощности парогазовых установок (ПГУ).The group of inventions relates to a power system and can be used to automatically control the power of combined cycle plants (CCGT).
Уровень техникиState of the art
В состав современной ПГУ обычно входят одна или две газотурбинные установки (ГТУ), каждая из которых служит приводом своего электрического генератора, соответствующее количество котлов-утилизаторов, подключенных к газовым выхлопам ГТУ, и параллельно подключенная к котлам-утилизаторам по пару с помощью смешивающего коллектора паротурбинная установка (ПТУ). В соответствии с отраслевыми требованиями (Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Регулирование частоты и перетоков активной мощности. Нормы и требования/ГОСТ Р 55890-2013. Утв. приказом Росстандарта №2164 - ст от 05.12.2013 г. // [1]) установлены следующие виды восстановления небаланса между вырабатываемой энергосистемой и требуемой потребителями активной электрической мощностью: первичное регулирование, осуществляемое в целях ограничения отклонений частоты от номинального значения для безопасности эксплуатации электростанций и минимизации риска отключения энергопринимающих установок потребителей электрической энергии действиями противоаварийной автоматики; вторичное регулирование, выполняющее функции поддержания номинального значения частоты сети при перетоках энергии между сетями; третичное регулирование - автоматическое регулирование активной мощности для восстановления резерва вторичного регулирования.A modern CCGT unit usually includes one or two gas turbine units (GTU), each of which serves as a drive for its own electric generator, the corresponding number of waste heat boilers connected to the GTU gas exhaust, and connected in parallel to the waste heat boilers using a steam turbine mixing manifold installation (vocational school). In accordance with industry requirements (Unified energy system and isolated energy systems. Operative-dispatch control. Regulation of frequency and active power flows. Norms and requirements / GOST R 55890-2013. Approved by order of Rosstandart No. 2164 - st dated 05.12.2013. // [1]) the following types of restoration of the unbalance between the generated power system and the active electric power required by consumers are established: primary regulation carried out in order to limit frequency deviations from the nominal value cheniya for the safe operation of power plants and minimize the risk of disconnection of power plants electricity consumers emergency control actions; secondary regulation, performing the functions of maintaining the nominal value of the network frequency during energy flows between networks; tertiary regulation - automatic regulation of active power to restore the reserve of secondary regulation.
При плановом (сезонном или суточном) изменении нагрузки соответствующее изменение мощности ПГУ обычно осуществляют только за счет регулирующих органов ГТУ путем подачи топлива и воздуха в ее камеру сгорания при полностью открытых регулирующих клапанах подачи пара в паровую турбину ПТУ, что наиболее предпочтительно с экономической точки зрения.With a planned (seasonal or daily) load change, a corresponding change in CCGT power is usually carried out only at the expense of GTU regulatory bodies by supplying fuel and air to its combustion chamber with fully open control valves for supplying steam to the PTU steam turbine, which is most preferable from an economic point of view.
Вместе с тем ПГУ, как и другие генерирующие установки, работающие в составе энергосистемы, должны в обязательном порядке обеспечивать изменение мощности при изменении частоты сети с определенными заданными характеристиками, регламентируемыми государственными и отраслевыми стандартами ([1] и Стандарт организации АО «СО ЕЭС» СТО 59012820.27.100.004-2016 «Нормы участия парогазовых и газотурбинных установок в нормированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков активной мощности» [2]). Требования к этим характеристикам достаточно жесткие в части точности и динамики изменения мощности: за 15 сек. установленная мощность ПГУ должна измениться не менее чем на 2,5%, за 30 сек. - не менее чем на 5% и за 2 мин - не менее чем на 10% при отклонении результирующего значения мощности от заданного - не более чем на 1% от номинальной мощности ПГУ. Учитывая, что скорость изменения мощности ГТУ ограничена условиями ее надежной работы, указанные характеристики не могут быть реализованы только путем воздействия на регулирующие органы ГТУ.At the same time, CCGT, as well as other generating units operating as part of the power system, must necessarily provide a change in power when the network frequency changes with certain specified characteristics regulated by state and industry standards ([1] and Organization Standard of JSC SO UES STO 59012820.27.100.004-2016 “Norms for participation of combined cycle gas and gas turbine plants in the normalized primary frequency regulation and automatic secondary regulation of the frequency and active power flows” [2]). The requirements for these characteristics are quite stringent in terms of accuracy and dynamics of power change: for 15 seconds. CCGT installed capacity should change by no less than 2.5% in 30 seconds. - not less than 5% and in 2 minutes - not less than 10% when the resulting power value deviates from the set value - not more than 1% of the CCGT rated power. Given that the rate of change of gas turbine power is limited by the conditions of its reliable operation, these characteristics cannot be realized only by influencing the regulatory bodies of gas turbines.
Известен, принимаемый в качестве прототипа патентуемой группы изобретений способ автоматического регулирования мощности парогазовой установки, содержащей по меньшей мере одну газотурбинную установку со своим электрогенератором, соответствующее количество подключенных к газовым выхлопам указанных установок котлов-утилизаторов и параллельно подключенную к последним по пару паротурбинную установку с паровой турбиной и своим электрогенератором, заключающийся в том, что при отклонении от номинального значения частоты электрической сети сигнал задания на изменение мощности распределяют по системам регулирования газотурбинной установки и паровой турбины, причем в системе регулирования паровой турбины соответствующий сигнал задания пропускают через элементы форсирования (RU 61349, F01K 13/02, 2007 [3]).A known method of automatically controlling the power of a combined cycle gas turbine unit containing at least one gas turbine unit with its own electric generator, the corresponding number of utilized boiler units connected to the gas exhausts and a steam turbine unit with a steam turbine connected in parallel to the last ones, is known and its electric generator, which consists in the fact that when deviating from the nominal value of the frequency of the electric eti reference signal power change partitioned by regulatory systems of a gas turbine plant and a steam turbine, and a steam turbine control system corresponding to the reference signal is passed through a forcing elements (RU 61349, F01K 13/02, 2007 [3]).
Из того же источника [3] известна также система автоматического регулирования мощности парогазовой установки, включающей в себя по меньшей мере одну газотурбинную установку со своим электрогенератором, соответствующее количество подключенных к газовым выхлопам указанных установок котлов-утилизаторов и параллельно подключенную к последним по пару паротурбинную установку с паровой турбиной и своим электрогенератором, содержащая формирователь задания на изменение мощности парогазовой установки по первичному, вторичному и третичному регулированию, распределитель сигнала указанного задания по системам регулирования газотурбинной установки и паровой турбины и подключенные к указанному распределителю регулятор мощности газотурбинной установки и снабженный средствами форсирования соответствующего сигнала регулятор мощности паротурбинной установки.From the same source [3], there is also known a system for automatically controlling the power of a combined cycle plant, which includes at least one gas turbine unit with its own electric generator, the corresponding number of these waste heat boiler units connected to the gas exhaust, and a steam turbine unit connected in parallel to the last ones a steam turbine and its own electric generator, comprising a driver for changing the power of the combined cycle plant in primary, secondary and tertiary regulation, the signal distributor of the specified task for the control systems of the gas turbine unit and the steam turbine and the power regulator of the gas turbine unit connected to the specified distributor and equipped with the means for forcing the corresponding signal, the power regulator of the steam turbine unit.
Основным недостатком [3] является потеря экономичности из-за необходимости глубокого прикрытия клапанов цилиндров высокого давления (клапанов высокого давления) паровой турбины, что приводит к частичному дросселированию пара с некоторой соответствующей потерей его исходной энтальпии. Другим недостатком можно считать ограниченное быстродействие и точность, обусловленные необходимостью глубокого прикрытия клапана высокого давления для обеспечения этих показателей.The main disadvantage [3] is the loss of efficiency due to the need for deep shuttering of the valves of the high pressure cylinders (high pressure valves) of the steam turbine, which leads to partial throttling of the steam with some corresponding loss of its initial enthalpy. Another disadvantage can be considered limited speed and accuracy, due to the need for deep shut-off of the high-pressure valve to ensure these indicators.
Раскрытие изобретенийDisclosure of inventions
Задачей, на решение которой направлены изобретения патентуемой группы, является обеспечение эффективной маневренности ПГУ в широком диапазоне изменения нагрузок при поддержании в заданных пределах частоты электрической сети, а достигаемыми техническими результатами - повышение быстродействия и точности регулирования мощности, а также экономичности ПГУ в маневренных режимах ее работы.The task to which the inventions of the patented group are directed is to ensure effective CCGT maneuverability in a wide range of load changes while maintaining the frequency of the electrical network, and the technical results achieved are to increase the speed and accuracy of power control, as well as the cost of CCGT in the maneuverable modes of its operation .
Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов применительно к 1-му патентуемому изобретению обеспечивается тем, что при осуществлении способа автоматического регулирования мощности парогазовой установки, содержащей по меньшей мере одну газотурбинную установку со своим электрогенератором, соответствующее количество подключенных к газовым выхлопам указанных установок котлов-утилизаторов и параллельно подключенную к последним по пару паротурбинную установку с паровой турбиной и своим электрогенератором, заключающегося в том, что при отклонении от номинального значения частоты электрической сети сигнал задания на изменение мощности распределяют по системам регулирования газотурбинной установки и паровой турбины, причем в системе регулирования паровой турбины соответствующий сигнал задания пропускают через элементы форсирования,The solution of this problem by achieving the specified technical results in relation to the 1st patentable invention is ensured by the fact that when implementing the method of automatically controlling the power of a combined cycle plant containing at least one gas turbine unit with its own electric generator, the corresponding number of said waste heat boiler units connected to the gas exhausts and in parallel connected to the last steam turbine unit with a steam turbine and its own electric generator ohm, consisting in that the deviation from the nominal value of the mains frequency reference signal power change partitioned by regulatory systems of a gas turbine plant and a steam turbine, and a steam turbine control system corresponding to the reference signal is passed through a forcing elements,
согласно 1-му изобретению патентуемой группыaccording to the 1st invention of the patented group
указанный сигнал задания системе регулирования паровой турбины дополнительно распределяют на сигналы задания управления клапанами цилиндров высокого и среднего давления указанной паровой турбины, причем на прикрытие указанных клапанов задают ограничения, а перемещение регулирующих органов клапанов цилиндра среднего давления в сторону их прикрытия производят при достижении заданного порогового уровня отклонения от номинального значения электрической частоты сети, требующего максимально возможного быстродействия системы регулирования.the specified reference signal to the steam turbine control system is additionally distributed to the control signals of the high and medium pressure cylinder valves of the specified steam turbine, and restrictions are set to cover these valves, and the regulating bodies of the medium pressure cylinder valves are moved towards their cover when the specified threshold level of deviation is reached from the nominal value of the electric frequency of the network, requiring the highest possible speed of the control system education.
Применительно ко 2-му патентуемому изобретению решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что в системе автоматического регулирования мощности парогазовой установки, включающей в себя по меньшей мере одну газотурбинную установку со своим электрогенератором, соответствующее количество подключенных к газовым выхлопам указанных установок котлов-утилизаторов и параллельно подключенную к последним по пару паротурбинную установку с паровой турбиной и своим электрогенератором, содержащей формирователь задания на изменение мощности парогазовой установки по первичному, вторичному и третичному регулированию, распределитель сигнала указанного задания по системам регулирования газотурбинной установки и паровой турбины и подключенные к указанному распределителю регулятор мощности газотурбинной установки и снабженный средствами форсирования соответствующего сигнала регулятор мощности паротурбинной установки, согласно 2-му изобретению указанной группыIn relation to the 2nd patentable invention, the solution of this problem by achieving the specified technical results is ensured by the fact that in the automatic power control system of a combined cycle plant, which includes at least one gas turbine unit with its own electric generator, the corresponding number of boilers connected to gas exhausts is heat recovery units and a steam turbine unit with a steam turbine and its own electric generator connected in parallel to the last in pairs, contains the shaper of the task for changing the power of the combined cycle plant for primary, secondary and tertiary regulation, the signal distributor of the specified task in the control systems of the gas turbine unit and the steam turbine and the power regulator of the gas turbine unit connected to the indicated distributor and equipped with the means for forcing the corresponding signal the power regulator of the steam turbine unit the invention of this group
регулятор мощности паротурбинной установки дополнительно оборудован распределителем поступающего сигнала задания на регулирующие клапаны цилиндров высокого и среднего давления паровой турбины и настраиваемыми задатчиками ограничения перемещения регулирующих органов указанных клапанов в сторону их прикрытия, причем указанное средство форсирования выполнено в виде двух автономных форсирующих устройств, установленных на линиях передачи сигнала регулирующим клапанам соответственно цилиндров высокого и среднего давления паровой турбины, а указанный распределитель на прикрытие указанных 2-х групп клапанов паровой турбины выполнен в виде установленного на линии передачи сигнала клапанам цилиндра среднего давления элемента с зоной нечувствительности с заданным порогом величины отклонения от номинального значения частоты электрической сети, требующим максимально возможного быстродействия системы регулирования.the steam turbine power regulator is additionally equipped with a distributor of the incoming task signal to the control valves of the high and medium pressure cylinders of the steam turbine and customizable adjusters for restricting the movement of the regulating bodies of these valves to the side of their cover, and this means of forcing is made in the form of two autonomous forcing devices installed on the transmission lines signal to control valves of high and medium pressure steam cylinders, respectively urbines, and the specified distributor for covering the indicated 2 groups of valves of the steam turbine is made in the form of an element with a dead zone installed on the signal transmission line to the valves of the medium pressure cylinder with a predetermined threshold for the deviation from the nominal value of the frequency of the electric network, which requires the maximum possible speed of the control system.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков указанных изобретений и достигаемыми техническими результатами заключается в том, что распределение на сигналы задания управления клапанами цилиндров высокого и среднего давления указанной паровой турбины с заданием ограничения на прикрытие указанных клапанов приводит к увеличению быстродействия за счет введения в действие вместо одной двух групп клапанов, что ускоряет процесс изменения мощности и улучшает точность регулирования в результате уменьшения степени инерционности процесса. При этом в ходе регулирования повышается экономичность регулирования за счет уменьшения необходимой степени дросселирования пара в каждой группе клапанов.A causal relationship between the totality of the essential features of these inventions and the technical results achieved is that the distribution of the control signals for the valve control of the high and medium pressure cylinders of the specified steam turbine with the setting of a restriction on the closing of these valves leads to an increase in speed due to the introduction of instead one of two groups of valves, which speeds up the process of changing the power and improves the accuracy of regulation as a result of reducing the degree nor inertia of the process. Moreover, during regulation, the regulation becomes more economical by reducing the necessary degree of steam throttling in each valve group.
Условные обозначенияLegend
ГТ - газовая турбина;GT - gas turbine;
ГТУ - газотурбинная установка;GTU - gas turbine installation;
К - элемент статизма;K is an element of statism;
КОМП - компрессор;COMP - compressor;
КС - камера сгорания;KS - combustion chamber;
КУ - котел-утилизатор;KU - waste heat boiler;
КЧ ГТ - частотный корректор газовой турбины;KCH GT - frequency corrector of a gas turbine;
КЧ ПТ - частотный корректор паровой турбины;КЧ ПТ - frequency corrector of a steam turbine;
МП - нелинейный элемент с зоной нечувствительности («мертвая полоса»)MP - non-linear element with a deadband ("dead band")
ПГУ - парогазовая установка;CCP - combined-cycle plant;
ПТУ - паротурбинная установка;PTU - steam turbine installation;
ПТ - паровая турбина;PT - steam turbine;
РАС ВД/СД - распределитель задания регулирующим клапанам ВД и СД;RAS VD / SD - task distributor for regulating valves VD and SD;
РАС ГТУ/ПТ - распределитель задания между ГТУ и ПТ;RAS GTU / PT - job dispenser between GTU and PT;
РК ВД - регулирующий клапан ЦВД;RK VD - control valve CVP;
РК СД - регулирующий клапан ЦСД;RK SD - control valve ЦСД;
РКТ - регулирующий клапан топлива;PKT - fuel control valve;
РМ - регулятор мощности;RM - power regulator;
РНА - регулирующий направляющий аппарат;RNA - regulatory guiding apparatus;
PC ВД - регулятор сервопривода регулирующего клапана высокого давления;PC VD - servo controller of the high pressure control valve;
PC СД - регулятор сервопривода регулирующего клапана среднего давления;PC SD - servo controller for medium pressure control valve;
СУМ - сумматор;SUM - adder;
ФЗ - формирователь задания на изменение мощности ПГУ;ФЗ - shaper of a task for changing the CCGT power;
ФУ - форсирующее устройство;FU - forcing device;
ЦВД - цилиндр высокого давления;CVP - high pressure cylinder;
ЦНД - цилиндр низкого давления;Low pressure cylinder - low pressure cylinder;
ЦСД - цилиндр среднего давления;CSD - medium pressure cylinder;
ЭГ - электрогенератор.EG is an electric generator.
Краткое описание фигур чертежаBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлена упрощенная технологическая схема ПГУ, оборудованная автоматической системой регулирования мощности согласно патентуемым изобретениям; на фиг. 2 - принципиальная структурная схема системы автоматического регулирования мощности ПГУ согласно 2-му изобретению патентуемой группы; на фиг. 3 – графики изменения активной мощности ПГУ при скачкообразном изменении задания по мощности на ±12.5% номинальной мощности ПГУ, полученные в результате модельных исследований ПГУ мощностью 420 МВт, оборудованной системой автоматического регулирования мощности согласно патентуемому способу; на фиг. 4 - полученные в результате того же исследования графики изменения положения регулирующих органов клапанов цилиндров высокого и среднего давления паровой турбины.In FIG. 1 shows a simplified flow diagram of a CCGT unit equipped with an automatic power control system according to patentable inventions; in FIG. 2 is a schematic structural diagram of a CCGT automatic power control system according to the 2nd invention of the patented group; in FIG. 3 - graphs of changes in the CCGT active power with an abrupt change in the power task by ± 12.5% of the CCGT rated power, obtained as a result of model studies of 420 MW CCGT equipped with an automatic power control system according to the patented method; in FIG. 4 - obtained as a result of the same study, graphs of changes in the position of the regulating bodies of the valves of the high and medium pressure cylinders of a steam turbine.
Перечень позиций чертежаList of drawing items
10, 20 - ГТУ; 11, 21 - КУ; 111, 211 - котельные паропроводы; 12, 22 - КОМП; 121, 221 - РНА; 13, 23 - КС; 131, 231 - топливоподводящие линии; 14, 24 - ГТ; 15, 25, 32 - ЭГ ГТУ и ПТУ; 30 - ПТУ, 31 - ПТ; 311 - ЦВД; 312 - ЦСД; 313 - ЦНД; 314 - турбинный паропровод; 40 - смешивающий коллектор; РК ВД - 315; РК СД - 316; 40 - смешивающий коллектор; 50 - ФЗ ПГУ; 51, 52 - СУМ; 60 - РАС ГТУ/ПТ; 70 - РМ ГТУ; 71, 72 - РКТ; 80 - РМ ПТУ; 81 - РАС ВД/СД; 811 - МП; 82 - PC ВД; 83 - PC СД; 84 - ФУ ВД; 85 - ФУ СД; 86, 87, 88, 89 - СУМ; 90 - КЧ ГТУ; 91 - Ккчгту; 92 - МПКЧГТУ; 100 - ККЧ ПТ; 110 - Ккч пт; 120 – МПКЧ ПТ.10, 20 - GTU; 11, 21 - KU; 111, 211 - boiler steam pipelines; 12, 22 - COMP; 121, 221 - PHA; 13, 23 - KS; 131, 231 - fuel supply lines; 14, 24 - GT; 15, 25, 32 - EG GTU and vocational school; 30 - vocational schools, 31 - Fri; 311 - CVP; 312 - DAC; 313 - LPC; 314 - turbine steam line; 40 - mixing manifold; RK VD - 315; RK SD - 316; 40 - mixing manifold; 50 - ФЗ ПГУ; 51, 52 - SUM; 60 - RAS GTU / PT; 70 - RM GTU; 71, 72 - RKT; 80 - RM vocational schools; 81 - RAS VD / SD; 811 - MP; 82 - PC VD; 83 - PC LED; 84 - FU VD; 85 - FU SD; 86, 87, 88, 89 - SUM; 90 - CC GTU; 91 - To kchgtu ; 92 - MP KCHGTU ; 100 - KKCH PT; 110 - CZK Fri ; 120 - MP KCH PT .
Перечень символов и индексовList of Symbols and Indexes
NГТУ - фактическое значение мощности ГТУ;N gas turbine - the actual value of the power of gas turbine;
NПТУ - фактическое значение мощности ПТУ;N vocational schools - the actual value of the power of vocational schools;
Nзад - заданное значение мощности ПГУ;N ass - the set value of the CCGT power;
Nном - номинальное (установленное) значение мощности ПГУ;N nom - nominal (installed) value of the CCGT power;
Nзд,пл - задания по плановой (третичной) составляющей мощности;N health, pl - tasks on the planned (tertiary) component of power;
Nзд,вт - задания по вторичной мощности;N , W - tasks for secondary power;
- заданное значение перемещения регулирующих органов клапанов высокого давления паровой турбины - setpoint displacement of the regulating bodies of the high pressure valves of the steam turbine
- текущее значение перемещения регулирующих органов клапанов высокого давления паровой турбины - the current value of the movement of the regulatory bodies of the high pressure valves of the steam turbine
- заданное значение перемещения регулирующих органов клапанов среднего давления паровой турбины - setpoint displacement of regulating bodies of medium pressure valves of a steam turbine
- текущее значение перемещения регулирующих органов клапанов среднего давления паровой турбины - the current value of the movement of the regulatory bodies of the valves of the medium pressure of the steam turbine
Δn - разность между номинальной и фактической частотой вращения роторов соответствующих турбинΔn is the difference between the nominal and actual rotational speeds of the rotors of the respective turbines
Осуществление изобретенийThe implementation of the invention
Представленная на фиг. 1 ПГУ содержит две газотурбинные установки ГТУ 10 и ГТУ 20, подключенные к их газовым выхлопам котлы-утилизаторы соответственно КУ 11 и КУ 21, и паротурбинную установку ПТУ 30. В состав каждой ГТУ входит компрессор соответственно КОМП 12 и КОМП 22, камера сгорания КС 13 и КС 23 с топливоподводящей линией 131 и 231, газовая турбина ГТ 14 и ГТ 24 и электрогенератор ЭГ 15 и ЭГ 25. ПТУ 30 содержит паровую турбину ПТ 31 с цилиндрами высокого давления ЦВД 311, среднего давления ЦСД 312 и низкого давления ЦНД 313 и электрогенератор ЭГ 32. При этом ПТ 31 подключена к КУ 11 и КУ 21 по пару параллельно с помощью котельных паропроводов 111 и 211, объединенных смешивающим коллектором 40 и общим турбинным паропроводом 314.Presented in FIG. 1 CCGT contains two gas
Система автоматического регулирования мощностью (САРМ) данной ПГУ согласно патентуемым изобретениям в самом общем виде представлена на фиг. 1, а более подробно - на фиг. 2 (для упрощения схемы САРМ на фиг. 2 по сравнению с фиг. 1 показана только одна ГТУ). Патентуемая САРМ содержит формирователь задания на изменение мощности ПГУ (ФЗ ПГУ) 50 (фиг. 2), распределитель сигнала указанного задания по системам регулирования ГТУ и ПТ (РАС ГТУ/ПТ) 60 (фиг. 1), регулятор мощности ГТУ (РМ ГТУ) 70 и регулятор мощности ПТ (РМ ПТ) 80 (фиг. 1, 2).The automatic power control system (CAPM) of a given CCGT according to patentable inventions is presented in the most general form in FIG. 1, and in more detail in FIG. 2 (to simplify the CAPM scheme in Fig. 2 compared with Fig. 1, only one gas turbine is shown). Patented CARM contains a shaper of a task for changing the power of a CCGT (ФЗ ПГУ) 50 (Fig. 2), a signal distributor of the specified task for the control systems of gas turbines and gas turbines (PAC GTU / PT) 60 (Fig. 1), a power regulator for gas turbines (RM gas turbines) 70 and the power regulator PT (PM PT) 80 (Fig. 1, 2).
Для учета составляющей отклонений от номинального значения частоты электрической сети в соответствии с нормативным документом [1] используются текущие измерения механической частоты вращения роторов газовой и паровой турбин с помощью частотных корректоров (КЧ) соответственно: КЧ ГТУ 90 и КЧ ПТ 100, на вход которых поступает разность Δn между номинальной и фактической частотой вращения роторов соответствующих турбин. В состав КЧ ПТ 100 входят элемент статизма Ккчпх110 и элемент зоны нечувствительности, выполняющий функции распределителя РАС ГТУ/ПТ 60 (фиг. 1), МПкч пт120.To take into account the component of deviations from the nominal value of the frequency of the electric network in accordance with the regulatory document [1], current measurements of the mechanical rotational speed of the rotors of the gas and steam turbines are used using frequency correctors (CC), respectively:
В состав КЧ ГТУ 90 входят элементы статизма Ккчгту91 и зоны нечувствительности МПкчгту92.The
Выход каждого регулятора мощности РМ ГТУ 70 подключен к его исполнительным органам, представляющим собой регулирующие клапаны топлива РКТ 71 и РКТ 72, установленные на топливоподводящих линиях соответственно 131 и 231 к камерам сгорания КС 13 и КС 23, и регулирующие воздухонаправляющие аппараты РИА 121 и 221, установленные на входах компрессоров КОМП 12 и КОМП 22.The output of each power
Регулятор мощности РМ ПТ 80 оборудован распределителем поступающего сигнала задания РАС ВД/СД 81 на регулирующие клапаны цилиндра высокого давления (регулирующие клапаны высокого давления) РК ВД 315 и регулирующие клапаны цилиндра среднего давления (регулирующие клапаны среднего давления) РК СД 316 паровой турбины ПТ 31 через регуляторы сервоприводов соответственно PC ВД 82 и PC СД 83 соответственно клапанов РК ВД 315 и РК СД 316. На линиях передачи сигналов к регуляторам сервоприводов регулирующих клапанов установлены два автономных форсирующих устройства соответственно ФУ ВД 84 и ФУ СД 85 в виде не показанных дифференцирующего и интегродифференцирующего звеньев, а также сумматоры СУМ 86, СУМ 88 и СУМ 87, СУМ 89 формирующие выработку выходных управляющих сигналов на устранение дисбаланса и заданных и текущих значений положения регулирующих органов соответственно РК ВД 315 и РК СД 316. Кроме того, каждый из указанных PC ВД 82 и PC СД 83 оборудован не показанными настраиваемыми задатчиками ограничения перемещения регулирующих органов указанных клапанов в сторону их прикрытия.The power
В состав формирователя задания ПГУ ФЗ ПГУ 50 входят:The composition of the task shaper
предварительный сумматор (СУМ) 51 по изменению мощности ПГУ, включая задания по плановой (третичной) составляющей мощности Nзд,пл, задания по вторичной мощности Nзд,вт, результирующий сумматор СУМ 52 по изменению мощности ГТУ, включая задание с выхода предварительного СУМ 51, данные по фактическим значениям мощности ГТУ (NГТУ) и мощности ПТУ (NПТУ) и данные, поступающие от КЧ ГТУ 90 о небалансе частоты. Выход указанного сумматора СУМ 52, на который поступает сигнал задания пропорциональный алгебраической сумме всех перечисленных выше данных подключен ко входу РМ ГТУ 70.preliminary adder (SUM) 51 for changing the CCGT power, including tasks for the planned (tertiary) power component Nzd, pl, tasks for the secondary power Nzd, W, the resulting
Работа САРМ ПГУ в маневренном режиме согласно патентуемым изобретениям осуществляется следующим образом: при плановом изменении нагрузок без существенного изменения частоты электрической сети формирователь задания ФЗ ПГУ 50 выдает только основной сигнал управления, поступающий через сумматоры СУМ 51 и СУМ 52 на РМ ГТУ 70. При этом регулирующие клапаны РК ВД 315 и РК СД 316 паровой турбины поддерживаются в полностью открытом положении с изменением мощности ПТ 31 при скользящем давлении пара, что соответствует наиболее экономичной работе ПГУ.The CARM CCGT operation in the maneuverable mode according to the patented inventions is carried out as follows: with a planned change in the loads without a significant change in the frequency of the electric network, the task
В маневренных режимах работы, требующих увеличения быстродействия САРМ преодолевается порог (50 мГц) выполняющей функцию распределителя РАС ГТУ/ПТ 60 зоны нечувствительности МПкч пт 120. При этом на РМ ПТУ 80 поступает сигнал, проходящий через учитывающий показания КЧ ПТ 100 сумматор СУМ 86 и распределитель РАС ВД/СД 81, форсирующее устройство ФУ ВД 84 на регулятор сервопривода PC ВД 82, осуществляющего перемещение регулирующих органов клапанов РК ВД 315 в сторону их прикрытия. При отклонении частоты сети на величину, требующую максимально возможного быстродействия САРМ (свыше 200 мГц) опережающий сигнал, преодолевая зону нечувствительности МП 811, дополнительно поступает на регулятор сервопривода PC СД 83, осуществляющего перемещение в сторону прикрытия регулирующих органов клапанов РК СД 316. Сумматоры СУМ 86 и СУМ 87 формируют управляющие сигналы для регуляторов сервоприводов высокого PC ВД 82 и среднего давления PC СД 83 путем суммирования форсирующих сигналов от форсирующих устройств и небалансов по положению регулирующих клапанов высокого и среднего давления соответственно, сформированных в сумматорах СУМ 88 и СУМ 89. При достижении установленных с помощью настраиваемых задатчиков величин ограничений прикрытия клапанов РК ВД 315 и РК СД 316 соответствующие регуляторы сервоприводов PC ВД 82 и PC СД 83 отключают дальнейшее перемещение этих клапанов.In maneuverable operating modes that require an increase in CAPM speed, a threshold (50 MHz) is fulfilled that acts as a distributor of RAS ГТУ /
Пример.Example.
В качестве примера ниже приводятся данные исследования математической модели САРМ ПГУ-420, выполненной в соответствии с патентуемыми изобретениями. На фиг. 3 приведены графики изменения активной мощности ПГУ при скачкообразном изменении задания по мощности на ±12,5% номинальной мощности ПГУ и автоматическом регулировании без участия и с участием регулирующих клапанов цилиндров высокого и среднего давления паровой турбины. На фиг. 4 приведены графики соответствующего изменения положения регулирующих органов указанных клапанов. На графиках обеих указанных фигур цифрами обозначены кривые: 1 - регулирование мощности ПГУ без участия ПТ; 2 - регулирование мощности ПГУ с участием ПТ без ограничения на клапанах ВД; 3 - регулирование мощности ПГУ с участием ПТ при ограничении на прикрытие регулирующих клапанов ВД равном 20% от полного проходного сечения; 4 - регулирование мощности ПГУ с дополнительным участием регулирующих клапанов СД при открытии их на 17%, а клапанов ВД - на 20% от полного проходного сечения (при ограничении на прикрытие регулирующих клапанов ВД равном 20% от полного проходного сечения); 5 - (Nзад - 1% Nном); 6 - (Nзад+1% Nном), где Nзад - заданное значение мощности ПГУ, Nном - номинальное (установленное) значение мощности ПГУ.As an example, the research data on the CARM PGU-420 mathematical model performed in accordance with the patented inventions are given below. In FIG. Figure 3 shows the graphs of changes in the CCGT active power with an abrupt change in the power task by ± 12.5% of the CCGT nominal power and automatic control without and with the participation of control valves of high and medium pressure cylinders of a steam turbine. In FIG. 4 shows graphs of the corresponding changes in the position of the regulatory bodies of these valves. On the graphs of both of these figures, the numbers indicate the curves: 1 - power control of a CCGT unit without the participation of a transformer; 2 - CCGT power control with the participation of PT without restriction on the VD valves; 3 - CCGT power control with the participation of PT with a restriction on the cover of VD control valves equal to 20% of the full bore; 4 - CCGT power control with the additional participation of SD control valves when opening them by 17%, and VD valves - by 20% of the full bore (with a restriction on the cover of VD control valves of 20% of the full bore); 5 - (N back - 1% Nnom); 6 - (Nad + 1% Nnom), where Nadd is the set value of the CCGT power, Nnom is the nominal (set) value of the CCGT power.
Анализ приведенных результатов позволяет сделать следующие выводы: реализация воздействия на регулирующие клапаны паровой турбины обеспечивает выполнение энергосистемных требований первичного регулирования [1, 2] к динамике переходных процессов; в случае реализации дополнительного воздействия на регулирующие клапаны среднего давления обеспечивается выполнение энергосистемных требований первичного регулирования [1, 2] к динамике переходных процессов даже при наличии ограничений на степень открытия/закрытия регулирующих клапанов высокого давления до 20% от полного проходного сечения. При этом как показали расчеты, экономичность автоматического регулирования мощности ПГУ в маневренном режиме при использовании регулирующих клапанов высокого и среднего давления по сравнению с использованием регулирующих клапанов только высокого давления паровой турбины возрастает на 0,15%, быстродействие - на 10%, а точность регулирования уменьшается (улучшается) с 0,9 до 0,7%.An analysis of the above results allows us to draw the following conclusions: the implementation of the impact on the control valves of a steam turbine ensures the fulfillment of the energy system requirements of primary regulation [1, 2] for the dynamics of transients; in the case of the additional effect on the medium pressure control valves, the energy system requirements of the primary regulation [1, 2] for the dynamics of transients are met even if there are restrictions on the degree of opening / closing of high pressure control valves up to 20% of the full bore. Moreover, calculations have shown that the cost-effectiveness of automatic control of CCGT power in maneuverable mode when using high and medium pressure control valves compared to using only high pressure steam turbine control valves increases by 0.15%, speed increases by 10%, and the control accuracy decreases (improves) from 0.9 to 0.7%.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Заявляемая группа изобретений отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технических решений раскрыта в формуле, описании и фигурах чертежа достаточно ясно, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области теплоэнергетики.The claimed group of inventions meets the condition of "industrial applicability". The essence of technical solutions is disclosed in the formula, description and figures of the drawing quite clearly, and the tools used are simple and affordable for industrial implementation in the field of heat power.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017137533A RU2671659C1 (en) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Method and system of automatic regulation of the ccgt unit with forcing impact on the control valves of high and medium pressure of the steam turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017137533A RU2671659C1 (en) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Method and system of automatic regulation of the ccgt unit with forcing impact on the control valves of high and medium pressure of the steam turbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2671659C1 true RU2671659C1 (en) | 2018-11-06 |
Family
ID=64103145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017137533A RU2671659C1 (en) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Method and system of automatic regulation of the ccgt unit with forcing impact on the control valves of high and medium pressure of the steam turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2671659C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2725910C1 (en) * | 2020-04-08 | 2020-07-07 | Борис Игоревич Аюев | Method of controlling frequency correction channel of systems for automatic control of frequency and power of gas-turbine power plants when separating into an isolated region |
RU2757317C1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-10-13 | Рашид Зарифович Аминов | Method for operation of a combined-cycle gas plant with participation in primary frequency control |
RU2809894C1 (en) * | 2023-06-27 | 2023-12-19 | Акционерное общество "Уральский турбинный завод" | Steam turbine unit with switchable low-pressure steam supply point of waste heat boiler |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4031404A (en) * | 1974-08-08 | 1977-06-21 | Westinghouse Electric Corporation | Combined cycle electric power plant and a heat recovery steam generator having improved temperature control of the steam generated |
RU2151898C1 (en) * | 1998-11-20 | 2000-06-27 | Архипов Леонид Иванович | Gas turbine engine control system |
RU2231102C2 (en) * | 1998-02-02 | 2004-06-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method and apparatus for controlling gas-turbine aggregate, for example gas- and steam-turbine power plants |
RU61349U1 (en) * | 2006-11-16 | 2007-02-27 | Открытое Акционерное Общество "Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт (ВТИ)" | SYSTEM OF AUTOMATIC REGULATION OF POWER OF STEAM-GAS UNIT WITH INFLUENCE ON THE REGULATING BODIES OF THE GAS-TURBINE UNIT AND STEAM TURBINE |
RU2361092C1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-07-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | System of automatic control of steam-gas plant capacity with action at control elements of gas turbine set and steam turbine |
RU2601320C1 (en) * | 2015-08-05 | 2016-11-10 | Юрий Семенович Тверской | Power control method of combined-cycle plants and apparatus for its implementation |
-
2017
- 2017-10-27 RU RU2017137533A patent/RU2671659C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4031404A (en) * | 1974-08-08 | 1977-06-21 | Westinghouse Electric Corporation | Combined cycle electric power plant and a heat recovery steam generator having improved temperature control of the steam generated |
RU2231102C2 (en) * | 1998-02-02 | 2004-06-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method and apparatus for controlling gas-turbine aggregate, for example gas- and steam-turbine power plants |
RU2151898C1 (en) * | 1998-11-20 | 2000-06-27 | Архипов Леонид Иванович | Gas turbine engine control system |
RU61349U1 (en) * | 2006-11-16 | 2007-02-27 | Открытое Акционерное Общество "Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт (ВТИ)" | SYSTEM OF AUTOMATIC REGULATION OF POWER OF STEAM-GAS UNIT WITH INFLUENCE ON THE REGULATING BODIES OF THE GAS-TURBINE UNIT AND STEAM TURBINE |
RU2361092C1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-07-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | System of automatic control of steam-gas plant capacity with action at control elements of gas turbine set and steam turbine |
RU2601320C1 (en) * | 2015-08-05 | 2016-11-10 | Юрий Семенович Тверской | Power control method of combined-cycle plants and apparatus for its implementation |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2725910C1 (en) * | 2020-04-08 | 2020-07-07 | Борис Игоревич Аюев | Method of controlling frequency correction channel of systems for automatic control of frequency and power of gas-turbine power plants when separating into an isolated region |
RU2757317C1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-10-13 | Рашид Зарифович Аминов | Method for operation of a combined-cycle gas plant with participation in primary frequency control |
RU2809894C1 (en) * | 2023-06-27 | 2023-12-19 | Акционерное общество "Уральский турбинный завод" | Steam turbine unit with switchable low-pressure steam supply point of waste heat boiler |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9771872B2 (en) | Model-based combined cycle power plant load control | |
US9347339B2 (en) | System and method for converting heat energy into electrical energy through and organic rankine cycle (ORC) system | |
JP6046890B2 (en) | Steam turbine loading method and loading system | |
CN102611124B (en) | Primary frequency regulation control method applicable to thermal generator set of intelligent power grid | |
US7685802B2 (en) | Methods and apparatus to facilitate gas turbine fuel control | |
EP2599971B1 (en) | Steam generation systems and methods for controlling operation of the same | |
US9841185B2 (en) | Steam temperature control using model-based temperature balancing | |
KR20080015730A (en) | Methods and systems for gas turbine engine control | |
CN102374518A (en) | Steam temperature control using dynamic matrix control | |
RU2671659C1 (en) | Method and system of automatic regulation of the ccgt unit with forcing impact on the control valves of high and medium pressure of the steam turbine | |
CN102374520A (en) | Dynamic matrix control of steam temperature with prevention of saturated steam entry into superheater | |
CN103499102A (en) | Method for directional control over quantity of fuel entering boiler of thermal generator set | |
CN109378833A (en) | A method of unit fast frequency hopping is realized by control extraction flow of steam | |
JP2017036721A5 (en) | ||
CN209742979U (en) | heat load balance distribution control device for multiple steam turbine generator units | |
CN114076004B (en) | Medium-pressure heat supply system and medium-pressure heat supply method | |
CN114076005B (en) | Medium-pressure heat supply system, control device and medium-pressure heat supply method | |
RU2361092C1 (en) | System of automatic control of steam-gas plant capacity with action at control elements of gas turbine set and steam turbine | |
US10731568B2 (en) | Systems and methods for reducing airflow imbalances in turbines | |
US11936189B2 (en) | Combined cycle frequency control system and method | |
RU2587021C1 (en) | Device for pressure regulation in gas line | |
CN113283098B (en) | Calculation method for steam temperature feedforward control signal of superheater/reheater of thermal power generating unit | |
CN107035539A (en) | Single fire low combustion value furnace gas single shaft Combined Cycle Unit primary frequency modulation method | |
Bajaj et al. | Series and parallel demand sharing in Multi-boiler system | |
Modi et al. | Literature Review on Automatic Generation Control |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201028 |