WO1999066634A1 - Modellbasiertes entwurfsverfahren für ein pendeldämpfungsgerät und anlage mit einem derartigen pendeldämpfungsgerät - Google Patents

Modellbasiertes entwurfsverfahren für ein pendeldämpfungsgerät und anlage mit einem derartigen pendeldämpfungsgerät Download PDF

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WO1999066634A1
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damping device
pendulum
pdg
model
pendulum damping
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Inventor
Rüdiger KUTZNER
Rüdiger REICHOW
Kai Schulz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/105—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for increasing the stability
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Definitions

  • the invention relates to a model-based design method for an oscillating steam device and to a system using the oscillating steam device created in this way.
  • a pendulum steaming device for turbogenerators in gas and / or steam power plants, the power vibrations that occur are to be reduced, a modulation of the excitation usually being derived from a significant signal.
  • pendulum steaming devices in practice is explained, for example, in Siemens Energy Technology 3, 1981, Issue 2, pages 50 to 53. Further information on this can be found in e & i, 107th volume, issue 1, pages 524 to 531.
  • PDGs pendulum steaming devices
  • Figure 1 shows the control of a turbo set
  • Figure 2 illustrates a conventional
  • Pendulum damping device also called PDG
  • FIG. 3 a linear model for the design of a pendulum damping device
  • FIG. 4 the so-called standard problem for a PDG
  • FIG. 5 the result of the procedure according to the invention
  • FIG. 6 the reduction of the solution from FIG. 5 for a system
  • FIG. 7 shows the conception of a multisize PDG ⁇ s and
  • FIG. 8 shows an arrangement of a gas turbo set regulated with two PDGs
  • turbo sets in the electrical power supply includes, in addition to the speed / power control and the voltage control, usually also a pendulum damping device (PDG) for reducing active power fluctuations.
  • PDG pendulum damping device
  • FIG. 1 provides an overview of the components of the system.
  • a turbo set for a gas and / or steam power plant consists of a turbine 1 and an electrical generator 2, which feeds into an electrical network 3.
  • a pendulum damping device 10 is assigned to the voltage regulator 7.
  • the regulation of the turboset takes place in detail by the turbine controller, which consists of a speed and a power controller, via the control valves of the turbine and by the voltage controller via the excitation and the generator.
  • the active power p a of the generator can be derived from the terminal voltage u a and the terminal current ⁇ a are formed.
  • the speed n of the turbo set is usually provided by an incremental encoder.
  • the turbomotive controller is unsuitable for the function of oscillation damping in the frequency range described.
  • the active power can only be influenced dynamically by the excitation, since only the turbine supplies the stationary part, the couplings can, however, be used for an additional control loop for pendulum damping.
  • the frequency range of the PDG output signal must be limited to low frequencies in order to avoid undesired coupling for voltage regulation.
  • a block diagram for the model-based design of a PDG can be developed.
  • the dynamic properties of the turbine control can largely be neglected here, so that the model for the design of the pendulum steaming device consists of the excitation system and the generator operated on the network. Speed fluctuations result from the starting time constant from the constant turbine torque and the reaction torque of the synchronous generator.
  • the behavior of the generator depends non-linearly on the selected operating point and the network connection. The occurring However, power fluctuations take place in the small signal range, so that linearization is permissible. The design only has to guarantee sufficient robustness for the operating range of the generator.
  • FIG. 3 shows the composition of the linearized model.
  • Units 31 to 33 contain the voltage regulator, the field voltage regulator and the generator, which feeds its power into the network, which has already been described with reference to FIG. 1.
  • the parameters of the individual components are known to the manufacturer or operator, so that this model can be set up without complex measurements.
  • the static excitation system is approximated by a small replacement time constant. Since the data vary from plant to plant, the PDG is optimally matched to the respective turbo set.
  • the transfer function F pu describes the behavior of the active power when the setpoint value of the terminal voltage changes.
  • the regulatory objectives mentioned at the beginning can be determined based on the amount of this transfer function
  • Transfer function corresponds to the maximum gain of this transfer function, and the course of the maximum singular values is identical to the amount course.
  • the damping can thus be set directly via the Ho o standard or the maximum singular values.
  • the PDG should only react to the alternating components of the power, whereas a stationary adjustment of the terminal voltage depending on the power output is not desirable.
  • FIG. 4 The treatment of the design problem for a pendulum damping device is illustrated in FIG. 4.
  • w denotes the inputs and v the outputs of the design task that interact with the entire block.
  • the block P also contains units 42 to 44 with weighting functions W ⁇ , W ⁇ , W 3 and a unit 45 with a differentiator.
  • T vw Pll + Pl2K (I-P22K) - * P21> I Tvw
  • the PDG can be extended by an input - the speed of the turbo set.
  • the standard problem and the model of the generator must be adapted accordingly. For this purpose, reference is made to FIG. 7
  • the amount of the transfer function F pu is decisive for the assessment of the damping achieved. F allows statements about the manipulated variable and thus also about the robustness. With the second input Ap a is measured value noise
  • the properties of the PDG can be controlled with the weighting functions. Wl influences the damping factor and W2 the dynamic use of the * manipulated variable "additional voltage setpoint
  • FIG. 5 shows the solution to the higher order design task corresponding to unit 50 together with the differentiating element 51 belonging to the PDG and the function of the transmission element 52.
  • a general 3rd or 4th order transfer function according to FIG. 6 is obtained.
  • the order of the PDG determined in this way is derived from the order of the standard problem and thus from the underlying model. It is unnecessarily high for practical use and is therefore reduced to a third to fourth order with a process of balanced model reduction without loss of performance. Together with the upstream DT ] _ element, this results in a fourth or fifth order PDG, which is integrated directly into the function of a digital voltage regulator.
  • FIG 7 the model of Figure 4 is supplemented such that a multi-size PDG 70 is designed.
  • further weighting elements are used, for example to weight the speed and use it as an input for the PDG.
  • the corresponding arrangement allows two influencing variables to be taken into account. This is particularly effective with the described method according to the invention.
  • FIG. 8 it is shown that several Pendeldä treatment devices can be used with turbogenerator.
  • the control and regulating circuit largely corresponds to the arrangement of the turboset from FIG. 1.
  • the PDG 10 which acts on the excitation of the generator 2
  • the latter PDG 20 also serves to dampen the power fluctuations. In this way, particularly low-frequency power oscillations, preferably in the range ⁇ 0.5 Hz, can advantageously be damped. This creates a particularly effective system.
  • the structure described above ensures that the voltage is not influenced stationary.
  • the PDG can be implemented in the function package of a digital voltage regulator.

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Abstract

Pendeldämpfungsgeräte (PDG) für Turbogeneratoren bei Gas- und/oder Dampfkraftwerken dienen dazu, die auftretenden Leistungsschwingungen zu reduzieren. Der Entwurf eines solchen Gerätes kann modellbasiert erfolgen. Gemäß der Erfindung wird ein physikalisches Streckenmodell verwendet und bereits beim Entwurf zur Verbesserung des Dämpfungsverhaltens im Streckenmodell eine differenzierende Wirkung berücksichtigt, wodurch sichergestellt wird, daß das Ausgangssignal des Pendeldämpfungsgerätes (PDG) stationär Null beträgt.

Description

Beschreibung
Modellbasiertes Entwurfsverfahren für ein Pendeldampfungs- gerat und Anlage mit einem derartigen Pendeldampfungsgerat
Die Erfindung bezieht sich auf ein modellbasiertes Entwurfsverfahren für ein Pendeldampfungsgerat und auf eine Anlage unter Verwendung des so geschaffenen Pendeldampfungsgerat. Mit einem solchen Pendeldampfungsgerat für Turbogeneratoren bei Gas- und/oder Dampfkraftwerken sollen die auftretenden Leistungsschwingungen reduziert werden, wobei üblicherweise aus einem signifikanten Signal eine Modulation der Erregung abgeleitet wird.
Die Verwendung von Pendeldampfungsgeraten in der Praxis wird beispielsweise in Siemens-Energietechnik 3, 1981, Heft 2, Seiten 50 bis 53 erläutert. Weitere Angaben hierzu sind aus e&i, 107. Jg, Heft 1, Seiten 524 bis 531 zu entnehmen.
In der Praxis werden Pendeldampfungsgerate, sog. PDG's, meist erst auf einer Anlage angepaßt und optimiert. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein PDG anhand von Modellen zu konzipieren .
Aus der EP 0713 287 AI ist ein Pendeldampfungsgerat für
Generatoren bekannt, bei dem jeweils einem Stabilisierungs- kreis ein sog. Beobachter speziell für die Beschleunigung zugeordnet ist. Damit wird bezüglich des Winkels eine differenzierende Wirkung erreicht. Bei einer Vielzahl von Beobachtern wird der Aufbau vergleichsweise kompliziert.
Ausgehend von letzterem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, das modellbasierte Entwurfsverfahren zu verbessern, so daß ein normoptimales Pendeldampfungsgerat ge- schaffen wird, das den Bedurfnissen der Praxis genügt. Die Aufgabe ist verfahrensmäßig durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Ein entsprechendes Pendeldampfungsgerat ist durch Patentanspruch 5 gekennzeichnet. Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Mit der Erfindung ist erreicht, daß bereits beim modellbasierten Entwurf das für Pendeldämpfungsgeräte wesentliche Kriterium der differenzierenden Wirkung berücksichtigt wird. Beobachter für spezielle Größen sind dann beim Pendeldampfungsgerat nicht mehr notwendig. Für die Praxis ergeben sich dadurch erhebliche Verbesserungen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen jeweils als Blockschaltbild
Figur 1 die Regelung eines Turbosatzes, Figur 2 die Verdeutlichung eines üblichen
Pendeldämfungsgerätes, auch PDG genannt, Figur 3 ein lineares Modell für den Entwurf eines Pendeldämpfungsgerätes, Figur 4 das sogenannte Standard-Problem für ein PDG, Figur 5 das Ergebnis des erfindungsgemäßen Vorgehensweise, Figur 6 die Reduktion der Lösung aus Figur 5 für ein System
3. Oder 4. Ordnung Figur 7 die Konzeption eines Mehrgrößen-PDG Λs und Figur 8 eine Anordnung eines mit zwei PDG' s geregelten Gas- turbosatzes
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungen für ein spezielles Beispiel beschrieben. Neben dem spezifischen Leistungs-PDG kann in entsprechender Weise auch die Drehzahl berücksichtigt werden, oder es kann auch der Turbinenregler beeinflußt werden. Die Regelung von Turbosatzen m der elektrischen Energieversorgung beinhaltet neben der Drehzahl-/Leιstungsregelung und der Spannungsregelung auch meistens ein Pendeldampfungsgerat (PDG) zur Verminderung von Wirkleistungsschwmgungen. Wahrend früher die Aufgabe meist auf die Dampfung von Pendelungen großer Dampfturbosatze gegenüber dem quasistarren Netz beschrankt war, so werden heute selbst kleinere Turbosatze mit einem PDG versehen, an das erheblich gestiegene Anforderungen gestellt werden: Der Netzbetreiber verlangt den Nachweis der dampfenden Wirkung in einem erweiterten Frequenzbereich.
Außer der klassischen Dampfung der Turbosatzeigenfrequenz bei ca. 1Hz muß auch ein positiver Beitrag zur Reduzierung niederfrequenter Pendelungen geleistet werden. Hintergrund sind die nicht zuletzt durch die Erweiterung des Verbundnetzes bzw. durch die Öffnung der Versorgungsnetze verstärkt auftretenden 'inter area modes" . Darunter sind Pendelungen zwischen einzelnen Netzknoten zu verstehen. Ihre Frequenzen liegen e nach Entfernung der Knoten deutlich unter 1Hz, häufig in einem Bereich von 0.6Hz bis 0.8Hz.
Das Pendelverhalten des Turbosatzes wird durch zahlreiche anlagenspezifische Parameter und durch seine Anbmdung an das Verbundnetz bestimmt. Einen Überblick über die Komponenten der Anlage gibt Figur 1. Ein Turbosatz für ein Gas- und/oder Dampfkraftwerk besteht aus einer Turbine 1 und einem elektrischen Generator 2, der in ein elektrisches Netz 3 einspeist. Es ist ein Drehzahl-/Leιstungsregler 4 mit Stellglied 5 für ein zur Speisung der Turbine vorhandenes Ventil 6 und ein Spannungsregler 7 mit Stellglied 8 für die Feldspannung am Polrad 9 des Generators 2 vorhanden. Dem Spannungsregler 7 ist ein Pendeldampfungsgerat 10 zugeordnet.
Die Regelung des Turbosatzes erfolgt im einzelnen durch den Turbinenregler, der aus einem Drehzahl- und einem Leistungs- regier besteht, über die Regelventile der Turbine und durch den Spannungsregler über die Erregung u- des Generators. Die Wirkleistung pa des Generators kann aus der Klemmenspannung ua und dem Klemmenstrom ιa gebildet werden. Die Drehzahl n des Turbosatzes wird meist von einem Inkre entalgeber bereitgestellt .
Wegen der begrenzten Dynamik der Ventile und der Turbine ist der Turbmenregler für die Funktion der Pendeldampfung m dem beschriebenen Frequenzbereich ungeeignet. Obwohl die Wirkleistung von der Erregung nur dynamisch beeinflußt werden kann, da ausschließlich die Turbine den stationären Anteil liefert, können jedoch die Kopplungen für einen zusätzlichen Regelkreis zur Pendeldampfung genutzt werden.
Es kommt also darauf an, über den Spannungsregler auf die Erregung transiente Momente zur Schwmgungsdampfung auf- zupragen. Der Frequenzbereich des PDG-Ausgangssignals muß aber zu tiefen Frequenzen hin begrenzt werden, um unerwünschte Koppelungen zur Spannungsregelung zu vermeiden.
In Figur 2 ist in vereinfachter Weise die Notation eines bekannten Pendeldampfungsgerates mit den Einheiten 21 bis 23 dargestellt. Wesentlich sind die für den speziellen Einsatz des PDG jeweils in Abhängigkeit von der Variablen s spezifisch einstellbaren Parameter TL, was m der Figur 2 durch die Pfeile angedeutet ist.
Ausgehend von den vorangehenden Erläuterungen kann ein Blockschaltbild für den modellgestutzten Entwurf eines PDG entwickelt werden. Die dynamischen Eigenschaften der Turbinenregelung können hier weitestgehend vernachlässigt werden, so daß das Modell für den Entwurf des Pendeldampfungsgerates aus dem Erregersystem und dem am Netz betriebenen Generator besteht. Drehzahlschwankungen ergeben sich über die Anlauf- zeitkonstante aus dem konstant angenommenen Turbinenmoment und dem Reaktionsmoment des Synchrongenerators.
Das Verhalten des Generators hangt nichtlinear vom gewählten Arbeitspunkt und der Netzanbmdung ab. Die auftretenden Leistungspendelungen spielen sich jedoch im Kleinsignalbereich ab, so daß eine Linearisierung zulässig ist. Der Entwurf muß lediglich eine ausreichende Robustheit für den Betriebsbereich des Generators garantieren.
Figur 3 zeigt die Zusammensetzung des linearisierten Modells. Es enthält Einheiten 31 bis 33 den Spannungsregler, den Feldspannungssteller und den Generator, der seine Leistung in das Netz speist, was bereit anhand Figur 1 beschrieben wurde. Die Parameter der einzelnen Komponenten sind dem Hersteller oder Betreiber bekannt, so daß dieses Modell ohne aufwendige Messungen aufgestellt werden kann. In dem betrachteten Fall wird das statische Erregersystem durch eine kleine Ersatzzeitkonstante angenähert. Da die Daten von Anlage zu Anlage variieren, wird das PDG auf den jeweiligen Turbosatz optimal abgestimmt .
Das Übertragungsverhalten im relevanten Frequenzbereich von ca. 0.4Hz bis 2.5Hz wird von diesem linearen Modell für kleine Amplituden hinreichend genau nachgebildet. Damit kann nun das folgende, den vollständigen Spannungsregelkreis enthaltende System aufgestellt werden.
Figure imgf000007_0001
Die Übertragungsfunktion Fpu beschreibt das Verhalten der Wirkleistung auf Änderungen des Sollwertes der Klemmenspannung. Die eingangs erwähnten Regelungsziele lassen sich anhand des Betragsverlaufs dieser Übertragungsfunktion
FBU = — Pa — im Frequenzbereich diskutieren . Die Hoo-Norm dieser uasoll
Übertragungsfunktion entspricht der maximalen Verstärkung dieser Übertragungsfunktion, und der Verlauf der maximalen singulären Werte ist mit dem Betragsverlauf identisch. Über die Hoo-Norm oder die maximalen singulären Werte kann die Dämpfung also direkt eingestellt werden.
Die Verwendung der H∞-Norm auch beim Entwurf eines PDG ist deswegen vorzunehmen, um die Anforderungen geeignet mit Hilfe dieser Norm beschreiben zu können. Anforderungen an die Regelung - der Entwurf des PDG wird formal als Reglerentwurf betrachtet - und Einschränkungen hinsichtlich der Stellgrößenaktivität werden über frequenzabhängige Wichtungsfunktionen Wij formuliert. Dies wird allgemein als die Formulierung des sog. Standardproblems bezeichnet. Die in Figur 4 erläuterte Regelstrecke Fpu für das PDG findet sich hier wieder. Der Ausgang des PDG ΔH^,, moduliert den Sollwert der Klemmenspannung, also den Eingang der Funktion Fpu.
Das PDG soll nur auf die Wechselanteile der Leistung reagieren, wogegen eine stationäre Verstellung der Klemmenspannung in Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung nicht erwünscht ist.
Die Konzeption des sogenannten Standardproblems in Figur 3 berücksichtigt diesen Aspekt durch einen verzögerten Differenzierer ( Tι__fiiec^) zwischen der Generatorleistung und dem Eingang des PDG bereits während des Entwurfsphase . Wird das DTι_-Glied nach erfolgtem Entwurf dem PDG zugeschlagen, so ist gewährleistet, daß die Sprungantwort des als *Regler" betrachteten PDGλs stationär den Wert 0 annimmt.
Im strengen Sinn handelt es sich bei einem PDG nicht um einen Regler im üblichen Sinn. Formal korrespondiert dieses Standardproblem aber mit einem Reglerentwurfsproblem, so daß diese Bezeichnung auch hier verwendet wird.
Die Behandlung des Entwurfsproblems für ein Pendeldämpfungs- gerät wird anhand Figur 4 verdeutlicht. In Figur 4 kennzeichnen w die Eingänge und v die Ausgänge der Entwurfsaufgabe, die mit dem gesamten Block in Wechselwirkung stehen. Der Block P enthält neben einer Einheit 41 mit dem Streckenmodell Fpu auch Einheiten 42 bis 44 mit Wichtungsfunktionen Wι , W∑, W3 und eine Einheit 45 mit einem Differenzierglied.
Nach Zerlegung von P in vier einzelne Übertragungsfunktionen
Figure imgf000009_0003
Figure imgf000009_0001
erkennt man die Funktion Tvw, deren Norm vom wRegler" K, dem PDG minimiert werden soll. v = Tv w
Tvw=Pll+Pl2K(I-P22K) -*P21 > I Tvw | oo min k
Dabei enthält
4 )
W2FUU W2FUPW3 die zu wichtenden Übertragungsfunktionen
F p,u F P„Pτ = - l soll &Pa
Figure imgf000009_0002
Das PDG kann bei Bedarf um einen Eingang - die Drehzahl des Turbosatzes - erweitert werden. Das Standardproblem und das Modell des Generators sind entsprechend anzupassen. Hierzu wird weiter auf Figur 7 verwiesen
Der Betragsverlauf der Übertragungsfunktion Fpu ist für die Beurteilung der erzielten Dämpfung maßgeblich. F läßt Aus- sagen über die Stellgröße und damit auch über die Robustheit zu. Mit dem zweiten Eingang Apa wird Meßwertrauschen der
Leistung erfaßt, das einen entscheidenden Einfluß auf die Qualität der Regelung ausübt.
Mit den Wichtungsfunktionen können die Eigenschaften des PDG gesteuert werden. Wl beeinflußt das Dämpfungsmaß und W2 den dynamischen Einsatz der * Stellgröße" Zusatz-Spannungssollwert
Au asoll Über W3 wird die Empfindlichkeit auf Signalrauschen
Δpa vorgegeben.
Wird der *Regler" so ausgelegt, daß Iw, F,..| <1 erfüllt ist, so kann über W2 unmittelbar die Stellgröße beschränkt werden, da für große Werte von W2 offensichtlich kleine Werte für den Betrag von Fuu folgen.
Ein Vergleich der umgeformten Beziehung
I 21. Ip mit der Hp-Norm eines additiven Modellfehlers ΔA
G = G0 + AA , (9)
1 wobei Δ Λ \~ :ιo; .. ist, läßt erkennen, daß mit der Wichtungsfunktion W2 auch eine hinreichende Aussage über die Robustheit getroffen wird. Die Strecke ist für alle stabile ΔA mit
Figure imgf000010_0001
ebenfalls stabil. Dies folgt hinreichend aus dem wSmall Gain Theorem" . Die Lösung dieses Standardproblems ist aus der Literatur gemäß dem Stand der Technik bekannt.
In Figur 5 ist die Lösung der Entwurfsaufgabe höherer Ordnung entsprechend Einheit 50 zusammen mit dem damit zum PDG ge- hörenden Differenzierglied 51 und der Funktion des Übertragungsgliedes 52 dargestellt. Es liegt ein normoptimale Pendeldämpfungsglied vor. Nach der Ordnungsreduktion der Lösung entsprechend Einheit 50 erhält man eine allgemeine Übertragungsfunktion 3. oder 4. Ordnung gemäß Figur 6. Der dort angegebene Block 60 erwertet speziell Funktionen 3. Ordnung .
Die Ordnung des so bestimmten PDG leitet sich aus der Ordnung des Standardproblems und damit aus dem zugrunde gelegten Modell ab. Für einen praktischen Einsatz ist sie unnötig hoch und wird daher mit einem Verfahren der balancierten Modellreduktion auf dritte bis vierte Ordnung ohne Performanceverlust verringert. Zusammen mit dem vorgeschalteten DT]_- Glied ergibt sich damit ein PDG vierter oder fünfter Ordnung, das direkt in die Funktion eines digitalen Spannungsreglers integriert wird.
In Figur 7 ist das Modell der Figur 4 derart ergänzt, daß ein Mehrgrößen-PDG 70 konzipiert wird. Dazu werden weitere Wichtungsglieder verwendet, um beispielsweise auch die Drehzahl zu gewichten und als Eingang für das PDG zu verwenden. Im einzelnen bedeuten 71, 72 Einheiten für Übertragungsfunktionen Fpu und Fnu, 73 bis 77 Wichtungsglieder und 78,78 Differenzierglieder.
Durch die entsprechende Anordnung können also zwei Einflußgrößen berücksichtigt werden. Dies ist mit dem beschrieben, erfindungsgemäßen Verfahren besonders wirkungsvoll.
In Figur 8 ist gezeigt, daß bei Turbogenerator mehrere Pendeldä fungsgeräte eingesetzt werden können. Die Steuer- und Regelschaltung entspricht weitgehend der Anordnung des Turbosatzes aus Figur 1. Neben dem PDG 10, das auf die Er- regung des Generators 2 wirkt, kann ein weiteres PDG 20 für die Steuerung der Ventilstellung der Turbine 1 vorhanden sein, das auf die Steuerung der Ventilstellung der Turbine 1 einwirkt .
Auch letzteres PDG 20 dient der Dämpfung der Leistungspendelungen. Damit können vorteilhafterweise besonders niederfrequente Leistungspendelungen, vorzugsweise im Bereich < 0,5Hz, gedämpft werden. Somit wird eine besonders wirkungsvolle Anlage geschaffen.
Mit dem beschriebenen Entwurfsverfahren ist also ein vorteilhaft einsetzbares Pendeldämpfungsgerät geschaffen. Da die Aufgabe der Pendeldämpfung in jüngster Zeit neue Bedeutung gewonnen hat, wird nahezu jeder neue Kraftwerksblock unab- hängig von seiner Leistung mit einem Pendeldämpfungsgerät (PDG) versehen. An das neue Pendeld mpfungsgerät können vom Netzbetreiber gesteigerte Anforderungen gestellt werden. Neben einem erweiterten Dämpfungsbereich gehört dazu auch der Nachweis der Wirkung über Simulationsstudien. Dafür sind die Parameter des Generators, der Spannungsregelung, des Erregersystems und der Netzverhältnisse nötig. Diese Informationen können bereits bei der Auslegung des PDG genutzt werden.
Beim Stand der Technik ging man von einer festen Struktur des PDG aus, dessen Parameter vor Ort für den jeweiligen Turbosatz optimiert werden. Mit dem beschriebenen Entwurfsverfahren wird nunmehr ein solches modellbasiertes PDG geschaffen, dessen Parameter nicht mehr auf der Anlage per Hand optimiert werden müssen, da bereits im Entwurf eine rechnergestütze Anpassung auf die Anlagensituation stattgefunden hat. Damit verringert sich die zeit- und kostenintensive Inbetriebsetzungsphase. Der Kundenforderung nach einer simulativen Vorhersage des Verhaltens im geschlossenen Regelkreis kann einfach nachgekommen werden. Zusätzliche Analysetools werden nicht benötigt.
Für die Konzeption des neuen Hoo-optimalen Pendeldampfungsgerates mit einem breiten Dämpfungsband wurde zunächst ein physikalisches Streckenmodell entwickelt. Nach der Lineari- sierung am Arbeitspunkt wurde das Standardproblem für den Reglerentwurf formuliert. Die Verwendung der H∞-Norm bietet sich an, da mit diesem Kriterium eine direkte Vorgabe der Dämpfung möglich ist. Über die Wichtungsfunktionen kann das gewünschte Verhalten auch dynamisch vorgegeben werden. Der Entwurf berücksichtigt außerdem eine ausreichende Robustheit gegenüber Laständerungen des Generators und anderen Unsicher- heitsfaktoren, wie unvermeidliche Modellfehler oder Netzänderungen; verrauschte Meßgrößen werden ebenfalls toleriert.
Mit der oben beschriebenen Struktur wird gewährleistet, daß die Spannung stationär nicht beeinflußt wird. Nach einer Ordnungsreduktion kann das PDG in das Funktionspaket eines digitalen Spannungsreglers implementiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Modellbasiertes Entwurfsverfahren für ein Pendeldampfungsgerat (PDG) für Turbogeneratoren bei Gas- und/oder Dampf- kraftwerken, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein physikalisches Streckenmodell verwendet wird und daß bereits beim Entwurf zur Verbesserung des Dämpfungsverhaltens des Pendeldampfungsgerates im Streckenmodell eine differenzierende Wirkung berücksichtigt wird, wodurch sichergestellt wird, daß das Ausgangssignal des Pendeldampfungsgerates (PDG) stationär Null beträgt.
2. Entwurfsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die differenzierende Wirkung für die Leistung berücksichtigt wird.
3. Entwurfsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die differenzierende Wirkung für die Drehzahl berücksichtigt wird.
4. Entwurfsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die differenzierende Wirkung gleichermaßen für die Leistung und die Drehzahl berücksichtigt wird.
5. Entwurfsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß über eine Wichtungsfunktion (Wl) sich das Dämpfungsmaß sowohl über alle Frequenzen gleich als auch mit dynamischen Übertragungsfunktionen für spezielle Frequenzbereiche direkt vorgeben läßt.
6. Anlage mit wenigstens einem Pendeldämpfungsgerät für Turbogeneratoren bei Gas- und/oder Dampfkraftwerken, mit dem die auftretenden Leistungsschwingungen reduziert werden, wozu aus einem signifikanten Signal eine Modulation der Erregung des Generators abgeleitet wird, g e k e n n - z e i c h n e t durch die Konzeption nach dem Entwurfsverfahren gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5.
7. Anlage nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß das Pendeldämpfungsgerät (10) auf die Erregung des Generators wirkt.
8. Anlage nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Pendeldämpfungsgerät (20) beim Turbinenregler auf die Ventilstellung wirkt.
9. Anlage nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Pendeldämpfungsgeräte (10, 20) vorhanden sind, von denen das eine Pendeldämpfungsgerät (10) auf die Erregung des Generators (1) und das andere Pendeldampfungsger t (20) bei der Regelung der Turbine (2) auf die Ventilstellung wirkt.
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