RU2674375C2 - Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine - Google Patents

Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2674375C2
RU2674375C2 RU2017119521A RU2017119521A RU2674375C2 RU 2674375 C2 RU2674375 C2 RU 2674375C2 RU 2017119521 A RU2017119521 A RU 2017119521A RU 2017119521 A RU2017119521 A RU 2017119521A RU 2674375 C2 RU2674375 C2 RU 2674375C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
combinatorial
turbine
servomotor
blades
Prior art date
Application number
RU2017119521A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017119521A (en
RU2017119521A3 (en
Inventor
Олег Ильич Башнин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Ракурс-инжиниринг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Ракурс-инжиниринг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Ракурс-инжиниринг"
Priority to RU2017119521A priority Critical patent/RU2674375C2/en
Publication of RU2017119521A publication Critical patent/RU2017119521A/en
Publication of RU2017119521A3 publication Critical patent/RU2017119521A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2674375C2 publication Critical patent/RU2674375C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F03B3/06Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines with adjustable blades, e.g. Kaplan turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/16Regulating, i.e. acting automatically by power output
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of energy, and in particular to a method of controlling the servomotor of the blades of an impeller of adjustable blade turbine, using when determining the position of actuator servomotor 7 blades of the impeller in accordance with the combinatorial dependence as input signals, the output signal of proportional-integrating regulator 4 of turbine power, specifies the position of servomotor to drive 6 of blades of guide vanes 8, and the power developed by the turbine in the combinatorial mode. Method consists in the fact that as the signal of combinatorial power use the signal of the expected combinatorial power of the turbine, determined by the values of the active and measured reactive powers of the generator, as well as the known dependences of its efficiency factor from them.
EFFECT: invention is aimed at ensuring the accuracy of the angle of rotation of the blades.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к области управления активной электрической мощностью генераторов, приводимымых реактивными гидравлическими турбинами с двумя регулирующими органами, координированное управление которыми позволяет достигнуть высокого к.п.д. преобразования энергии в широком диапазоне нагрузок.The invention relates to the field of energy, in particular, to the field of active electric power control of generators driven by jet hydraulic turbines with two regulatory bodies, the coordinated control of which allows to achieve high efficiency energy conversion over a wide range of loads.

Поворотно-лопастные, капсульные и диагональные турбины имеют два регулирующих органа: направляющий аппарат (далее «НА»), и лопасти рабочего колеса (далее «лопасти РК»), Каждому из положений лопаток НА соответствует зависящий от действующего напора угол разворота лопастей РК, при котором циркуляция потока на выходе из турбины будет обеспечивать достижение максимального значения ее к.п.д. Гидравлический режим турбины в этом случае называют комбинаторным [Г.И. Кривченко. Гидравлические машины. Турбины и насосы. М. «Энергия», 1978 г., стр. 29-30, 119-123.], а про взаимное положение регулирующих органов говорят, что они связаны комбинаторной зависимостью. Величины открытия НА и угол разворота лопастей РК однозначно определяется положениями сервомоторов их гидравлических приводов, поэтому положение регулирующих органов и задание этого положения сервомоторам их приводов системами ведения режима отождествляются.Rotary lobed, capsular and diagonal turbines have two regulating bodies: a guiding apparatus (hereinafter “ON”), and impeller blades (hereinafter “RK blades”). Each of the positions of the NL blades corresponds to the angle of rotation of the blades of the RK depending on the acting pressure, at where the circulation of the flow at the outlet of the turbine will ensure the achievement of the maximum value of its efficiency The hydraulic mode of the turbine in this case is called combinatorial [G.I. Krivchenko. Hydraulic machines. Turbines and pumps. M. "Energy", 1978, pp. 29-30, 119-123.], And about the mutual position of regulatory bodies they say that they are connected by combinatorial dependence. The magnitude of the opening of the air conditioner and the angle of rotation of the blades of the Republic of Kazakhstan are uniquely determined by the positions of the servomotors of their hydraulic drives, therefore the position of the regulatory bodies and the assignment of this position to the servomotors of their drives are identified by the control systems.

Далее под комбинаторной зависимостью подразумевается обеспечивающая достижение максимального к.п.д. зависимость положения, сервомотора привода лопастей РК от положения сервомотора привода лопаток НА и некоторого режимного параметра, однозначно связанного с напором нетто при данном положении регулирующих органов. Если обозначить положение сервомотора привода лопаток НА - Y1, положение сервомотора привода лопастей рабочего колеса - Y2 и напор нетто - Н, то запись комбинаторной зависимости будет иметь вид:Further, by combinatorial dependence is meant ensuring the achievement of maximum efficiency the dependence of the position, the servomotor of the drive of the blades of the Republic of Kazakhstan on the position of the servomotor of the drive of the blades of the NA and some operating parameter that is uniquely associated with the net pressure at this position of the regulatory bodies. If we indicate the position of the servomotor of the drive blades ON - Y1, the position of the servomotor of the drive of the blades of the impeller - Y2 and the pressure head net - N, then the record of the combinatorial dependence will look like:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:Where:

Y1 отсчитывается от положения, соответствующего полностью закрытому направляющему аппарату, в долях от полного хода сервомотора НА;Y1 is counted from the position corresponding to the fully enclosed guide apparatus, in fractions of the full stroke of the ON servomotor;

Y2 отсчитывается от положения, соответствующего развороту лопастей на минимальный угол, в долях от перемещения сервомотора при изменении угла разворота лопастей на максимальный угол;Y2 is counted from the position corresponding to the rotation of the blades by the minimum angle, in shares from the movement of the servomotor when the angle of rotation of the blades to the maximum angle changes;

i=1, …, k - число выбранных постоянных значений напора нетто Н.i = 1, ..., k is the number of selected constant values of the net head N.

Известным недостатком использования комбинаторных зависимостей (1), параметризованных напором нетто, заключается в сложности определения напора нетто. При низких напорах погрешности в определении положения сервомотора РК при одном и том же положении сервомотора НА могут достигать величины 5-6%, что приводит не только к снижению к.п.д., но и вызывает увеличенную вибрацию и преждевременный износ агрегата, [см. РД 153-43.2-21.564-00. Методические указания по учету стока воды на гидроэлектрических станциях. 2.3.7. Суммарная погрешность измерения напора на гидроэлектростанции. РАО ЕЭС России. Вводится в действие с 02.04.2001]A well-known drawback of using combinatorial dependencies (1) parameterized by the net pressure is the difficulty in determining the net pressure. At low pressures, errors in determining the position of the RK servomotor at the same position of the ON servomotor can reach 5-6%, which leads not only to a reduction in efficiency, but also causes increased vibration and premature wear of the unit, [cm . RD 153-43.2-21.564-00. Guidelines for accounting for water flow at hydroelectric stations. 2.3.7. The total error of pressure measurement at hydroelectric power plants. RAO UES of Russia. Shall be enforced from 04/02/2001]

Альтернативой комбинаторному механизму, в котором зависимость положения сервомотора РК от положения НА параметризуется величиной напора нетто, является способ, использующий параметризацию величиной мощности турбины, развиваемой ею в комбинаторном режиме (см. АС СССР №291583: В.И. Григорьев. Авторское свидетельство СССР №291583 в классе F03B 15/06. Способ управления лопастями рабочего колеса гидротурбины. Бюлл. №41, 05.11.77.). Использование зависимости положения 72 сервомотора разворота лопастей от положения Y1 сервомотора НА и мощности PT турбины дает, посравнению с зависимостями, в которых в качестве параметра используется напор нетто Н, следующие преимущества:An alternative to the combinatorial mechanism, in which the dependence of the position of the RK servomotor on the position of the ON is parameterized by the net head, is a method that uses the parameterization of the turbine power developed by it in the combinatorial mode (see USSR AS No. 291583: V. I. Grigoryev. USSR Author's Certificate No. 291583 in class F03B 15/06. A method for controlling the impeller blades of a hydraulic turbine. Bull. No. 41, 11/05/77.). Using the dependence of the position 72 of the blade rotation servomotor on the position Y1 of the servomotor ON and the turbine power P T gives, in comparison with the dependencies in which the net head N is used as a parameter, the following advantages:

- простота и точность определения механической мощности турбины по величинам активной PG и реактивной QG мощностей генератора;- simplicity and accuracy of determining the mechanical power of the turbine by the values of the active P G and reactive Q G generator power;

- соответствие параметра натурного объекта и модели, на основе экспериментальных характеристик которой получены используемые комбинаторные зависимости;- correspondence of the parameter of the natural object and the model, on the basis of the experimental characteristics of which the used combinatorial dependencies were obtained;

- интегральный характер величины «мощность» и «локальный характер» измеренной величины напора нетто.- the integral nature of the “power” and “local” values of the measured net head.

Далее наряду с выражением комбинаторный механизм будет употребляться термин «формирователь комбинаторной зависимости» или ФКЗ, имея в виду его функцию: определение требуемого для реализации комбинаторного режима положения Y2 сервомотора привода лопастей РК по входным сигналам пропорциональным положению Y1 сервомотора привода НА и величине мощности PT турбины. Параметры режима, например, мощность турбины, расход через нее и т.п., в комбинаторном режиме будут называться «комбинаторная мощность» или «комбинаторный расход».Next, along with the expression combinatorial mechanism, the term “combinatorial dependence shaper” or PCF will be used, having in mind its function: determining the position Y2 of the rotor blade drive servomotor required for the implementation of the combinatorial mode from the input signals proportional to the position of the drive servo motor Y1 of the HA actuator and the turbine power P T . Mode parameters, for example, turbine power, flow through it, etc., in combinatorial mode will be called “combinatorial power” or “combinatorial flow”.

При использовании комбинаторных зависимостей, параметризованных напором нетто, задание двух параметров «положение сервомотора НА» и «напор нетто» однозначно определяет «положение сервомотора РК». Задание двух параметров «положение сервомотора НА» и «комбинаторная мощность» в случае использования комбинаторных зависимостей, параметризованных величиной комбинаторной мощности, обеспечивает достижение комбинаторного режима только в том случае, если мощность турбины равна заданному значению комбинаторной мощности.When using combinatorial dependencies parameterized by the net head, setting two parameters “position of the servo motor ON” and “net head” unambiguously determines the “position of the servo motor RK”. Setting two parameters “position of the servomotor ON” and “combinatorial power” in the case of using combinatorial dependencies parameterized by the value of combinatorial power ensures the achievement of the combinatorial mode only if the turbine power is equal to the set value of combinatorial power.

В силу сказанного алгоритм работы ФКЗ с параметризацией зависимостей комбинаторной мощностью выглядит следующим образом:In view of the foregoing, the FKZ operation algorithm with parameterization of dependences by combinatorial power is as follows:

1. Получить данные о величине требуемой мощности турбины и подать сигнал пропорциональной ее значению на вход «комбинаторная мощность» формирователя комбинаторной зависимости, при этом на вход «положение сервомотора НА» непрерывно подается сигнал задания Y1 положения сервомотора НА.1. To obtain data on the magnitude of the required turbine power and apply a signal proportional to its value to the input “combinatorial power” of the shaper of combinatorial dependence, while the input “position of the servomotor ON” continuously sends a signal to set the position Y1 of the position of the servomotor ON.

2. Если измеряемая текущая мощность турбины меньше требуемой, то сформировать команду сервомотору привода НА «открытие больше», если измеряемая текущая мощность турбины больше требуемой, то сформировать команду сервомотору привода НА «открытие меньше».2. If the measured current power of the turbine is less than the required, then generate a command for the actuator drive ON to “open more”, if the measured current power of the turbine is more than required, then generate a command to the servomotor of the drive ON “less”.

3. При равенстве требуемой и текущей мощностей движение сервомотора НА остановить.3. If the required and current powers are equal, stop the movement of the servo motor ON.

Применение ФКЗ с параметризацией комбинаторных зависимостей величиной комбинаторной мощности турбины необходимо требует использования обратной связи по мощности для возможности достижения главной цели: обеспечить работу турбины в комбинаторном режиме.The use of FKZ with the parameterization of combinatorial dependences by the value of the combinatorial power of the turbine necessarily requires the use of power feedback in order to achieve the main goal: to ensure the operation of the turbine in combinatorial mode.

При работе в составе мощной приемной системы электрическая активная мощность генератора PG равна произведению мощности турбины PT на зависящий от активной PG и реактивной QG мощностей генератора к.п.д. «ηG» и механический к.п.д ηmeh», учитывающий потерю на трение в подшипнике турбины:When operating as part of a powerful receiving system, the electric active power of the generator P G is equal to the product of the power of the turbine P T and the efficiency of the generator depending on the active P G and reactive Q GG " and mechanical efficiency η meh ", taking into account the friction loss in the turbine bearing:

Figure 00000002
Figure 00000002

Вся активная мощность генератора PG передается в сеть.All active generator power P G is transmitted to the network.

Системы управления гидрогенераторов имеют в своем составе пропорционально-интегрирующий регулятор мощности с главной обратной связью по активной мощности генератора. Формируемое регулятором задание положения сервомотора направляющего аппарата преобразуется: в соответствии с действующим напором формирователем комбинаторных зависимостей в требуемое для эффективной работы турбины задание положения сервомотора рабочего колеса. Таким образом, регулятор мощности одним сигналом задания положения направляющего аппарата управляет одновременно двумя регулирующими органами. Примером реализации управления мощностью гидравлической турбины может служить структурная схема [см. VOITH "HyCon™. Digital turbine governor", Heidenheim. https://voith.com/de/12_06_Digital_Turbine_Governor.pdf].Hydro generator control systems incorporate a proportionally-integrating power regulator with main feedback on the generator active power. The positioner of the servomotor of the guide vane, formed by the regulator, is transformed: in accordance with the current pressure by the combinatorial dependency shaper, the position of the impeller servomotor, required for efficient operation of the turbine, is converted. Thus, the power controller with one signal for setting the position of the guide apparatus simultaneously controls two regulatory bodies. An example of the implementation of power control of a hydraulic turbine can be a block diagram [see VOITH "HyCon ™. Digital turbine governor", Heidenheim. https://voith.com/de/12_06_Digital_Turbine_Governor.pdf].

Рассмотренное ранее техническое решение [А.С. SU 291583 А] для реализации комбинаторного режима имеет обратную связь по активной мощности генератора, сигнал датчика которой подается на предназначенный для сигнала пропорционального комбинаторной мощности вход ФКЗ. Это техническое решение полностью исключает применение регуляторов частоты и мощности гидротурбин, из-за непредсказуемого поведения привода сервомотора РК, вызываемого включением положительной обратной связью по мощности параллельно главной обратной связи по его положению.The previously considered technical solution [A.S. SU 291583 A] for the implementation of the combinatorial mode has feedback on the active power of the generator, the sensor signal of which is fed to the input FKZ intended for the signal proportional to combinatorial power. This technical solution completely eliminates the use of frequency and power regulators of hydraulic turbines, due to the unpredictable behavior of the drive of the servo motor of the Republic of Kazakhstan, caused by the inclusion of positive feedback on power parallel to the main feedback on its position.

Известно также техническое решение [см. «Способ и устройство повышения точности управления углом установки лопастей поворотно-лопастной турбины», патент РФ RU 2608793 С2], заключающееся в ведении в систему управления лопастями РК посредством ФКЗ, параметризованных напором нетто, индикатора отклонения режима работы турбины от комбинаторного: разности между мощностью турбины и мощностью, которую она должна вырабатывать, если ее режим при текущем взаимном положении регулирующих органов - комбинаторный. Аддитивная коррекция величины напора нетто пропорционально интегралу от величины сигнала, вырабатываемого индикатором компенсировать ошибки в определении величины напора нетто инструментальными средствами.A technical solution is also known [see “A method and apparatus for improving the accuracy of controlling the angle of installation of the blades of a rotary-vane turbine”, RF patent RU 2608793 C2], which consists in maintaining an indicator of the deviation of the turbine operation mode from the combinatorial one in the control system of the blades of the Republic of Kazakhstan by means of PCF, parameterized by the net pressure: the difference between the turbine power and the power that it should generate if its regime under the current mutual position of regulatory bodies is combinatorial. The additive correction of the net head is proportional to the integral of the signal generated by the indicator to compensate for errors in the determination of the net head by tools.

По своей технической сущности предлагаемый способ управления лопастями ближе всего ПИ-регулятору мощности турбины с ФКЗ, параметризованными напором нетто, так как он не требует специального дополнительного контура с обратной связью по мощности для реализации функции ФКЗ, параметризованных сигналом комбинаторной мощности.In its technical essence, the proposed method for controlling the blades is closest to the PI-power controller of a turbine with a PCF parameterized by a net head, since it does not require a special additional circuit with power feedback to realize the PCB function parameterized by a combinatorial signal.

Задачей изобретения является разработка способа управления лопастями рабочего колеса поворотно-лопастной турбины, на основе определения угла разворота его лопастей по комбинаторным зависимостям, параметризованными величиной комбинаторной мощности турбины, для прогнозирования величины которой используется сигнал задания активной мощности генератора, являющийся входным для управляющего сервомотором направляющего аппарата пропорционально-интегрирующего регулятора мощности турбины. Это позволит обеспечить высокую точность определения угла разворота лопастей, достигаемую использованием формирователя комбинаторных зависимостей, параметризованных величиной комбинаторной мощности турбины, и в то же время сохранить характерные для управления лопастями рабочего колеса формирователем комбинаторных зависимостей, параметризованных напором нетто, структурную простоту системы управления приводами сервомоторов регулирующих органов при выполнении заданий регулятора мощности.The objective of the invention is to develop a method for controlling the impeller blades of a rotary vane turbine, based on determining the angle of rotation of its blades according to combinatorial dependencies parameterized by the value of the combinatorial power of the turbine, to predict the value of which the signal of setting the active power of the generator is used, which is the input to the guiding servo motor proportionally -integrating turbine power regulator. This will ensure high accuracy in determining the angle of rotation of the blades, achieved by using a shaper of combinatorial dependencies parameterized by the value of the combinatorial power of the turbine, and at the same time, preserve the structural simplicity of the drive control system for servo motors of regulating organs characteristic for controlling the impeller blades by a shaper of combinatorial dependencies parameterized by the net head. when performing tasks of the power regulator.

Поставленная задача решается в способе управления лопастями рабочего колеса гидротурбины, включающем использование сигналов задания активной мощности генератора, датчиков его активной и реактивной мощностей, выходного сигнала пропорционально-интегрирующего регулятора мощности турбины, входным сигналом которого является разность сигналов задания и выходного сигнала датчика активной мощности, а выходным - задание положения сервомотора привода лопаток направляющего аппарата, основанный на использовании обеспечивающей достижение максимального к.п.д. экспериментальной зависимости положения сервомотора привода разворота лопастей рабочего колеса от задания положения сервомотора направляющего аппарата и мощности турбины в комбинаторном режиме, заключающемся в определении сигнала ожидаемой комбинаторной мощности турбины по величинам сигнала задания активной, измеренной реактивной мощностей генератора и его к.п.д. как функции от них и использовании сигнала ожидаемой комбинаторной мощности в качестве входного в упомянутой экспериментальной зависимости для определения задания положения сервомотора приводу лопастей рабочего колеса.The problem is solved in a method of controlling the impeller blades of a hydraulic turbine, including the use of signals for setting the active power of the generator, sensors for its active and reactive powers, the output signal of the proportional-integrating power regulator of the turbine, the input signal of which is the difference between the reference signals and the output signal of the active power sensor, and output - setting the position of the servomotor of the drive vanes of the guide apparatus, based on the use of ensuring the achievement of m ksimalnogo efficiency experimental dependence of the position of the rotor blades drive servomotor on setting the position of the servomotor of the guiding apparatus and the turbine power in combinatorial mode, which consists in determining the signal of the expected combinatorial power of the turbine from the signal values of the active, measured reactive power of the generator and its efficiency as a function of them and using the signal of the expected combinatorial power as an input in the mentioned experimental dependence for determining the position of the servomotor for the drive of the impeller blades.

На фиг. 1 представлено стандартное включение формирователя 5.1 комбинаторных зависимостей, параметризованных напором нетто, в систему управления мощностью поворотно-лопастного агрегата, где сигналы задатчика 2 активной мощности генератора и датчика 1 его активной мощности поступают на вход ПИ-регулятора 4, который формирует выходной сигнал задания положения сервомотора привода 6 лопаток НА, поступающий также на вход формирователя комбинаторной зависимости 5.1, на другой вход которого подается сигнал напора нетто от передатчика 3 станционной системы изменения гидротехнических величин, а выходной сигнал его является заданием положения сервомотора привода 7 лопастей РК, изменения положений сервомоторов приводов 6 и 7 обеспечивают изменения мощности турбины 8 и генератора 9;In FIG. Figure 1 shows the standard inclusion of a shaper 5.1 of combinatorial dependencies parameterized by the net pressure into the power control system of the rotary-blade unit, where the signals of the generator 2 active power of the generator and sensor 1 of its active power are fed to the input of the PI controller 4, which generates an output signal for setting the position of the servomotor drive 6 blades ON, also received at the input of the shaper combinatorial dependence 5.1, the other input of which is fed a pressure signal net from the transmitter 3 station system changes in hydraulic values, and its output signal is the setting of the position of the servomotor of the drive 7 of the blades of the Republic of Kazakhstan, changes in the position of the servomotors of the drives 6 and 7 provide changes in the power of the turbine 8 and generator 9;

На фиг. 2 представлена схема включения формирователя 5.2 комбинаторных зависимостей, параметризованных величиной комбинаторной мощности турбины в систему управления ее мощностью. Сигналы задатчика 2 активной мощности генератора и датчика 1 активной мощности генератора поступают на вход пропорционально-интегрирующего регулятора 4, выходной сигнал которого является заданием положения сервомотора привода 6 лопаток направляющего аппарата турбины 8, а также входом для формирователя 5.2 комбинаторных зависимостей, на другой вход которого поступает сигнал вычислителя 11 ожидаемой комбинаторной мощности турбины, определенный по выходным сигналам задатчика 2 активной мощности и датчика 10 реактивной мощности генератора 9, определенных по зависимости КПД генератора от активной и реактивной мощностей его, выходной сигнал формирователя 5.2 является заданием положения сервомотора привода 7 лопастей РК.In FIG. Figure 2 shows a diagram of the inclusion of a shaper 5.2 of combinatorial dependencies parameterized by the value of the combinatorial power of a turbine in its power control system. The signals of the generator 2 active power of the generator and the sensor 1 of the active power of the generator are fed to the input of the proportional-integrating controller 4, the output signal of which is the position of the servomotor of the drive 6 of the blades of the guiding apparatus of the turbine 8, as well as the input for the shaper 5.2 of combinatorial dependencies, to the other input of which the signal of the calculator 11 of the expected combinatorial power of the turbine, determined by the output signals of the master unit 2 of the active power and the sensor 10 of the reactive power of the generator 9, determined by the dependence of the generator efficiency on its active and reactive powers, the output signal of the shaper 5.2 is the position of the actuator of the drive of the 7 blades of the Republic of Kazakhstan.

Представленная на фиг. 2 схема иллюстрирует методы обработки сигналов датчиков и функциональных элементов, являющихся предметом патентования предлагаемого способа управления лопастями рабочего колеса поворотно-лопастной турбины.Presented in FIG. 2, the diagram illustrates methods for processing sensor signals and functional elements that are the subject of patenting of the proposed method for controlling the impeller blades of a rotary vane turbine.

Возможность реализации предлагаемого способа подтверждает рассмотрение характеристик некоторых элементов, входящих в состав устройства, реализующего предлагаемый способ управления лопастями рабочего колеса поворотно-лопастной турбины. Формирователь 11 сигнала пропорционального механической мощности турбины по величинам задания активной мощности и текущему значению реактивной мощностей генератора является преобразователем, выполняющим вычисление ожидаемой механической мощности турбины по формуле (6) и по техническим параметрам генератора. Например, для генератора СВ-1343/140-96УХЛ4 (Новосибирская ГЭС) параметры заданы таблицей №1.The possibility of implementing the proposed method confirms the consideration of the characteristics of some of the elements that make up the device that implements the proposed method for controlling the impeller blades of a rotary vane turbine. The generator 11 of the signal proportional to the mechanical power of the turbine according to the values of the active power and the current value of the reactive power of the generator is a converter that calculates the expected mechanical power of the turbine according to formula (6) and the technical parameters of the generator. For example, for the generator SV-1343 / 140-96UHL4 (Novosibirsk hydroelectric station), the parameters are given in table No. 1.

Figure 00000003
Figure 00000003

Механический коэффициент полезного действия турбины по данным ЛМЗ изменяется в диапазоне ηmeh=0,995÷0,998.The mechanical efficiency of the turbine according to the LMZ varies in the range η meh = 0.995 ÷ 0.998.

Из таблицы №1 следует, что реактивная мощность генератора при изменении ее от нуля (cosϕ=1) до номинального значения при заданном уровне нагрузки (активной мощности) слабо влияет на величину к.п.д. генератора. Это означает, что выходной сигнал формирователя 11 слабо зависит от характера изменения реактивной мощности генератора, а, значит, выбранное но величине задания активной мощности PZAD значение комбинаторной мощности PK, определяющей по какой из линий, параметризованной ее значением, будет изменяться задание положения Y2 сервомотора РК при изменении задания Y1 положения сервомотора НА будет сохраняться практически неизменным до конца процесса управления, пока активная мощность генератора не станет равной заданной (PZAD=PG) и не установиться значение реактивной мощности. Роль сигнала формирователя 11 в известной степени аналогична постоянному значению (точнее слабо изменяющемуся, из-за изменения потерь давления в водоводах ГЭС) сигнала напора нетто (фиг. 2) при использовании комбинаторных зависимостей, параметризованных напором нетто. В обоих случаях задание положения лопастей РК определяется ординатами практически неизменной в процессе управления кривой. Абциссой для нахождения значения этой ординаты на ней служит сигнал задания положения сервомотора НА.From table No. 1 it follows that the reactive power of the generator when changing it from zero (cosϕ = 1) to the nominal value at a given level of load (active power) weakly affects the value of the efficiency generator. This means that the output signal of the shaper 11 weakly depends on the nature of the change in the reactive power of the generator, and, therefore, the value of the combinatorial power P K selected on the basis of the set value of the active power P ZAD , determining which line, parameterized by its value, changes the position setting Y2 of the RK servomotor when changing the job Y1, the position of the ON servomotor will remain almost unchanged until the end of the control process, until the active power of the generator becomes equal to the set (P ZAD = P G ) and reactive power value. The role of the shaper signal 11 is to a certain extent similar to a constant value (more precisely, slightly changing due to a change in pressure loss in the hydroelectric power lines) of the net pressure signal (Fig. 2) when using combinatorial dependences parameterized by the net pressure. In both cases, the position of the blades of the RK is determined by the ordinates almost unchanged in the process of controlling the curve. The abscissa for finding the value of this ordinate on it is a signal for setting the position of the servomotor ON.

Пропорционально-интегрирующий регулятор 4, входными для которого являются сигнал PZAD задатчика 2 и сигнал датчика активной мощности PG будет изменять сигнал задания положения 71 сервомотора НА, до тех пор, пока разность (PZAD-PG) не станет равной нулю.Proportional-integrating controller 4, which are input to P ZAD setpoint signal 2 and the active power signal P G sensor signal will change the reference position of the servomotor 71 ON, as long as the difference (P ZAD -P G) becomes zero.

Таким образом, в конечной точке равновесия будут выполняться два основных равенства: (PZAD-PG)=0 и PT=PK, что говорит о достижении цели заявляемого способа управления лопастями гидравлической турбины.Thus, at the final equilibrium point, two basic equalities will be satisfied: (P ZAD -P G ) = 0 and P T = P K , which indicates the achievement of the objective of the proposed method for controlling the blades of a hydraulic turbine.

Предлагаемый способ управления лопастями рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины, в силу связного движения обоих регулирующих органов и необходимости вывести агрегат в режим генерации определенного уровня мощности, не может применяться в двух случаях: при стабилизации частоты вращения в изолированном районе, когда мощность определяется потребителем, и зависит от частоты вращения, и случае управления прямым заданием величины открытия направляющего аппарата, когда ведется регулирование водотока.The proposed method for controlling the impeller blades of a rotary-vane hydraulic turbine, due to the connected movement of both regulatory bodies and the need to bring the unit to the generation mode of a certain power level, cannot be applied in two cases: when the speed is stabilized in an isolated area when the power is determined by the consumer, and depends on the rotation frequency, and in the case of direct control of the magnitude of the opening of the guide vane, when the regulation of the watercourse.

Claims (1)

Способ управления лопастями рабочего колеса гидротурбины, включающий использование сигналов задания активной мощности генератора, датчиков его активной и реактивной мощностей, выходного сигнала пропорционально-интегрирующего регулятора мощности турбины, входным сигналом которого является разность сигналов задания и выходного сигнала датчика активной мощности, а выходным - задание положения сервомотора привода лопаток направляющего аппарата, основанный на использовании обеспечивающей достижение максимального к.п.д. экспериментальной зависимости положения сервомотора привода разворота лопастей рабочего колеса от задания положения сервомотора направляющего аппарата и мощности турбины в комбинаторном режиме, заключающийся в определении сигнала ожидаемой комбинаторной мощности турбины по величинам сигнала задания активной, измеренной реактивной мощностей генератора и его к.п.д. как функции от них и использовании сигнала ожидаемой комбинаторной мощности в качестве входного в упомянутой экспериментальной зависимости для определения задания положения сервомотора приводу лопастей рабочего колеса.A method for controlling the impeller blades of a hydraulic turbine, including the use of signals for setting the active power of the generator, sensors for its active and reactive powers, the output signal of the proportionally-integrating power regulator of the turbine, the input signal of which is the difference between the set signal and the output signal of the active power sensor, and the output is setting the position servomotor drive vanes guide vanes, based on the use of achieving maximum efficiency experimental dependence of the position of the rotor blades drive servomotor of the impeller on setting the position of the servomotor of the guiding apparatus and the turbine power in combinatorial mode, which consists in determining the signal of the expected combinatorial power of the turbine from the signal values of the active, measured reactive power of the generator and its efficiency as a function of them and using the signal of the expected combinatorial power as an input in the mentioned experimental dependence for determining the position of the servomotor for the drive of the impeller blades.
RU2017119521A 2017-06-02 2017-06-02 Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine RU2674375C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119521A RU2674375C2 (en) 2017-06-02 2017-06-02 Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119521A RU2674375C2 (en) 2017-06-02 2017-06-02 Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017119521A RU2017119521A (en) 2018-12-03
RU2017119521A3 RU2017119521A3 (en) 2018-12-03
RU2674375C2 true RU2674375C2 (en) 2018-12-07

Family

ID=64576885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017119521A RU2674375C2 (en) 2017-06-02 2017-06-02 Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674375C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU291583A1 (en) * 1969-08-21 1977-11-05 Grigorev V I Method of controlling blades of hydraulic turbine runner
SU659780A1 (en) * 1977-12-26 1979-04-30 Научно-Исследовательский Сектор Всесоюзного Ордена Ленина Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Гидропроект" Им. С.Я.Жука Method of regulating adjustable blade hydraulic turbine
DE4124498A1 (en) * 1991-05-22 1992-11-26 Escher Wyss Gmbh METHOD FOR OPTIMIZING THE OPERATING PARAMETERS OF A DOUBLE REGULATED WATER TURBINE
US8125096B2 (en) * 2007-07-05 2012-02-28 Salvatore Shifrin Hydro turbine generator
RU2608793C2 (en) * 2015-04-09 2017-01-24 ООО "Ракурс-Инжиниринг" Method and device for increasing accuracy of adjustable-blade turbine blades angle control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU291583A1 (en) * 1969-08-21 1977-11-05 Grigorev V I Method of controlling blades of hydraulic turbine runner
SU659780A1 (en) * 1977-12-26 1979-04-30 Научно-Исследовательский Сектор Всесоюзного Ордена Ленина Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Гидропроект" Им. С.Я.Жука Method of regulating adjustable blade hydraulic turbine
DE4124498A1 (en) * 1991-05-22 1992-11-26 Escher Wyss Gmbh METHOD FOR OPTIMIZING THE OPERATING PARAMETERS OF A DOUBLE REGULATED WATER TURBINE
US8125096B2 (en) * 2007-07-05 2012-02-28 Salvatore Shifrin Hydro turbine generator
RU2608793C2 (en) * 2015-04-09 2017-01-24 ООО "Ракурс-Инжиниринг" Method and device for increasing accuracy of adjustable-blade turbine blades angle control

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017119521A (en) 2018-12-03
RU2017119521A3 (en) 2018-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ghoudelbourk et al. MPPT control in wind energy conversion systems and the application of fractional control (PIα) in pitch wind turbine
CN103615356B (en) Wind turbine generator set full-load working condition constant power control method and device and wind turbine generator set
Saarinen et al. Field measurements and system identification of three frequency controlling hydropower plants
Brezovec et al. Nonlinear digital simulation model of hydroelectric power unit with Kaplan turbine
CN113471988A (en) Active-frequency coupling control method based on double-fed variable-speed pump-storage unit electromechanical transient model under pumping working condition
CN106227950B (en) Wind turbines primary frequency control system modeling method based on pitch control
RU2608793C2 (en) Method and device for increasing accuracy of adjustable-blade turbine blades angle control
Yin et al. ADV preview based nonlinear predictive control for maximizing power generation of a tidal turbine with hydrostatic transmission
CN105449698A (en) Novel hydroelectric generating set load and frequency controller
Usman et al. Modelling and simulation of micro hydro power plant using matlab simulink
Beus et al. Application of model predictive control algorithm on a hydro turbine governor control
US20240301852A1 (en) Method for starting a turbine in a pump mode
CN111123698A (en) Model-free adaptive PID control method of hydroelectric generator set adjusting system
RU2674375C2 (en) Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine
Yin et al. Modeling and loading compensation of a rotary valve-controlled pitch system for wind turbines
Bao et al. Study on nonlinear dynamical model and control strategy of transient process in hydropower station with Francis turbine
KR102399402B1 (en) Method for stabilizing the rotation speed of a hydraulic machine with s-characteristics and installation for converting hydraulic energy into electrical energy
Kanjuk et al. Improving the quality of electric energy at hydrogenerator units by upgrading control systems
Koşalay et al. A non-linear model based feed forward flatness control approach to speed governor systems of hydropower plants
Anuchin et al. Wind turbine control system with compensation of wind flow fluctuations and tacking into account shadow effect
RU51680U1 (en) HYDROTURBINE ROTATION REGULATOR
CN113027676B (en) Hydraulic variable pitch control method and device of wind generating set
Dang et al. A multi-objective optimal nonlinear control of variable speed wind turbine
RU129162U1 (en) HYDRO TURBINE SPEED CONTROLLER WITH Idle Issue
RU2531068C1 (en) Method of adaptive control of active power and frequency of hydraulic unit with kaplan turbine