WO2020048744A1 - Method for reducing the residual energy of an electric machine of a power plant in the event of a sudden load drop - Google Patents

Method for reducing the residual energy of an electric machine of a power plant in the event of a sudden load drop Download PDF

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WO2020048744A1
WO2020048744A1 PCT/EP2019/071664 EP2019071664W WO2020048744A1 WO 2020048744 A1 WO2020048744 A1 WO 2020048744A1 EP 2019071664 W EP2019071664 W EP 2019071664W WO 2020048744 A1 WO2020048744 A1 WO 2020048744A1
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power
supply network
turbine
generator
power plant
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Günther Ebner
Martin Bennauer
David Veltmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the present invention relates to a method for reducing a residual energy of a power generating machine
  • Power plant in the event of a sudden load drop the machine having at least one turbine with a Turbinenregelein direction and a generator coupled to the turbine, which can be connected to an external supply network and / or an internal supply network to cover the power plant's own needs, in order to provide electrical power Feeding energy into the external supply network and / or the internal supply network, comprising the steps: monitoring the load currently on the generator and regulating the energy supply to the turbine using the turbine control device in response to the detection of a sudden load drop.
  • Power-generating machines tend to increase the turbine speed after a sudden drop in the load on the generator, which can result in the machine having to be shut down in an emergency.
  • a large number of machine components are exposed to very high loads due to the high speed, which results in a long-term reduction in the service life of the machine components.
  • a sudden drop in load can be caused by different events.
  • network disconnection An event in which the electrical coupling between the power-generating machine and the supply networks to be supplied is canceled by opening a synchronization switch immediately downstream of the power-generating machine is referred to as network disconnection.
  • network disconnection An event in which the electrical coupling between the power-generating machine and the supply networks to be supplied is canceled by opening a synchronization switch immediately downstream of the power-generating machine is referred to as network disconnection.
  • Such a grid separation can take place at any load point and leads to the generator no longer delivering power.
  • a disconnection from the mains can be recognized by a changed switch position and by the fact that the generator no longer outputs power.
  • Partial load shedding means that the power generating machine is relieved to a low value by a sudden drop in the load in the external supply network to be supplied. Such a partial load shedding usually does not result from switching operations within the power plant. A partial load shedding can be seen from unchanged switch positions as well as from a steep load transient and power output between the power plant's own requirements and the power output of the generator immediately preceding the load drop.
  • So-called grid island operation results from the sole supply of a section of the external power grid by the power-generating machine. It is similar to shedding part load. Off-grid operation is usually brought about suddenly by faults in the external power grid to be supplied. It can be identified by the unchanged switch positions, a steep load transient and a power output that is greater than the power plant's own requirements.
  • Power plant island operation means a separation of the power plant from the external power supply to be supplied while maintaining the self-supply by the power generating machine.
  • the power plant island operation can be recognized by changed switch positions, a steep load transient and a low power output in the order of own requirements, which is normally in the range of 100 KW to 100 MW.
  • Interception is the controlled prevention of a high speed increase after a sudden drop in performance with the aim of keep the machine stationary in a safe area.
  • the residual energy is roughly proportional to the load difference between the load immediately before the load drop and the load immediately after the load drop.
  • additional measures must be taken to intercept the power-generating machine in order to avoid an excessive increase in the speed, since this leads to the maximum speed being exceeded.
  • the vacuum inside the turbine can be released in order to generate a braking moment with air.
  • interception flaps and bypass valves can be provided behind the reheater in order to prevent the residual energy from the reheater from flowing into the steam turbine.
  • thermodynamic and / or combustion limits are not exceeded. After a grid separation, the fuel supply is quickly reduced by the gas turbine control device reducing the fuel control valves to the flame retardant value
  • the gas turbine regulating device tries to compensate for the nominal speed of the turbine, which in turn leads to a rapid opening of the fuel control valves.
  • the result is a leveling out.
  • the flame goes out and an automatic gas turbine short-circuit is the result.
  • it can also or hear V that the maximum speed is exceeded, which also leads to a gas turbine trip tripping.
  • the aim is to operate in what is known as idling at nominal speed.
  • the present invention provides a method of the type mentioned at the outset, which is that in addition to the previously described regulation of the energy supply to the turbine, the generator is connected as a further reaction to the detection of a sudden load drop with an accumulator device in such a way that the generator feeds electrical energy into the accumulator device with a predetermined charging power.
  • the energy surplus present after a load drop to any partial load in the power-generating machine is, according to the invention, discharged as electrical energy virtually without wear and loss via the generator, which forms an additional load, and stored in the accumulator device. In this way, an increase in the turbine speed can be reduced and the turbine speed can be brought back to idling or nominal speed comparatively quickly.
  • the power-generating machine can thus be intercepted much more effectively, so that quick turbine trips as well as the load on the components of the power-generating machine can be reduced.
  • Another advantage of the method according to the invention is that only slight structural measures that are manageable in terms of costs are required in order to upgrade and / or convert existing power-generating machines in such a way that the method can be carried out with them.
  • the accumulator device and the power-generating machine or the power plant can also be set up separately from one another and operated as a virtual power plant. Also with the turbine control device, no major interventions need to be made. Should the accumulator device be unavailable for any reason at the time of a load drop, the usual procedure can be followed, as was described in detail in the introductory part.
  • the accumulator device, the external supply network and the internal supply network can also be interconnected in such a way that the accumulator device can feed electrical energy into the external supply network and / or into the internal supply network if required.
  • the sudden load drop is based on the positions of switches that are provided between the generator, the external supply network and the internal supply network, and / or on the basis of steep load transients and / or on the basis of a difference between those on the generator detected load before and after the sudden drop in load. In this way, as described at the beginning, the event on which the load drop is based can be determined and determined.
  • the predetermined charging power of the accumulator device is advantageously gradually reduced to zero after a predetermined period of time in order to stabilize the system.
  • the predetermined time period is preferably in the range from 0.2 to 20 seconds.
  • the present invention provides a power plant designed to carry out the method according to the invention for feeding an external supply network with electrical energy, in particular comprising a power-generating machine which has at least one turbine with a turbine control device and a generator coupled to the turbine, and an internal supply network to cover the power plant's own needs, the generator being connected to the external supply network and to the internal supply network via switch power lines in such a way that it is optionally connected to the external supply network and / or the internal supply network by switching the switches accordingly can be, in order to feed into this electrical energy, characterized in that an accumulator device is provided, which can optionally be connected at least to the generator via a power line provided with a switch, and that Turbine control device is set up in such a way that, as a reaction to a detection of a sudden load drop, the is connected to the accumulator device in such a way that the generator feeds electrical energy into the accumulator device with a predetermined charging power.
  • a power-generating machine which has at least one turbine with a turbine control device
  • the accumulator device can preferably be connected to the external supply network and / or to the internal supply network via a power line provided with a switch, so that the electrical energy stored therein can be supplied to the external supply network and / or the internal supply network.
  • the battery mulator device can of course also be charged via the external and / or the internal supply network.
  • Figure 1 is a schematic representation of a conventional
  • Figure 2 is a schematic representation of the power station shown in Figure 1 in the case of a grid separation
  • Figure 4 is a schematic representation of a power plant according to an embodiment of the present invention in load operation
  • Figure 5 is a schematic representation of the power station shown in Figure 4 in the case of a grid separation; 6 shows graphical views which, analogously to FIG. 3, show a power curve of a generator and a speed curve of a turbine of a power-generating machine of the power plant shown in FIGS. 4 and 5 at the time of the switch from load operation to disconnection from the mains;
  • Figure 7 is a schematic view of the Darge in Figure 4.
  • FIGS 1 and 2 show a power plant 1 according to the prior art, which serves to supply an external supply network 2 with electrical energy.
  • the power plant 1 comprises a power-generating machine 3, which has at least one turbine 4 with a turbine control device 5 and a generator 6 coupled to the turbine 4, the turbine 4 being a gas turbine or a steam turbine.
  • the power plant 1 comprises an internal supply network 7, which serves to cover the own needs of the power plant 1.
  • the generator 6 is a first
  • Power line 8 in which a first switch S1 is integrated, is connected to a transformer 9, which in turn is connected to the external supply network 2 via a second power line 10 having a second switch S2.
  • a third leads Power line 11 to a further transformer 9, which is connected to the internal supply network 7 via a fourth power line 12.
  • FIG 1 shows the power plant 1 in load operation, in which both the switch S1 and the switch S2 are closed. Accordingly, in this state, both the external supply network 2 and the internal supply network 7 are supplied with electrical energy via the power-generating machine 3 or its generator 6.
  • FIG. 2 shows the arrangement shown in FIG. 1 with the power disconnected, which is achieved on the basis of the load operation shown in FIG. 1 by opening switch S1.
  • Such Netztren voltage is triggered, for example, when the frequency of the power-generating machine does not match the frequency of the external supply network in the event of a fault.
  • the turbine 4 is a gas turbine, it is intercepted by the turbine control device 5 reacting to the detection of the sudden drop in load occurring at the time to the fuel supply to the turbine 4 immediately reduced by closing the fuel control valve to the flame retardant value. This is followed by adjustment to the nominal speed of the turbine 4, which in turn leads to a quick opening of the fuel control valve tile. The result is a leveling out.
  • a problem with this procedure is that the flame can go out as part of the interception of the turbine 4, which results in an automatic gas turbine quick-close. Also, it may V or hear that the maximum speed is exceeded, which also leads to a solution GasturbinenschnellInstitutaus.
  • the turbine control device 5 completely closes the steam supply re regulating valves in the event of a sudden load drop. Furthermore, for example, the vacuum within the turbine 4 can be released in order to generate a braking moment with air, and / or additional flaps and bypass valves can be opened behind the reheater so that the residual energy from the reheater does not flow into the turbine 4 allow. But even with steam turbines, the turbine can trip quickly due to the maximum speed being exceeded.
  • FIG. 3 shows in the lower graph the power curve 13a of the power-generating machine 3 or its generator 6 at the time of the changeover from load operation to mains disconnection, the switch S1 being opened at the time to. It can be seen from the course of the curve that the power at time to drops from any load point x to the value zero.
  • FIG. 3 shows the associated speed curve 14a of the turbine rotor in the upper graph.
  • the speed controller of the turbine control device 5 reduces the speed Carrying out the measures described above intercepts until after a leveling phase it again corresponds to the idling or nominal speed.
  • FIGS. 4 to 8 relate to a power plant 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the structure of the power plant 1 according to the invention largely corresponds to the structure described above, which is why he will not be discussed again here.
  • the power plant 1 according to the invention comprises an accumulator device 15.
  • This accumulator device 15 is in the present case connected via a fifth power line 16, which is provided with a switch S3, to the third power line 11 in a region leading to the transformer 9.
  • the fifth power line 16 in the present case via a sixth power line 17 provided with a fourth switch S4 is connected to the first power line 8
  • the sixth power line 17 starting from a region of the first power line 8 between the generator 6 and the first switch S1 extends to the fifth power line 16 in a region between the battery device 15 and the third switch S3.
  • FIG 4 shows the power plant 1 according to the invention in load operation analogous to Figure 1, with the switches S1 and S2 closed and the switches S3 and S4 open. Accordingly, the external supply network 2 and the internal supply network 7 are also supplied with electrical energy via the power-generating machine 3 or its generator 6.
  • FIG. 5 shows the arrangement shown in Figure 4 analogous to Figure 2 in the state of network separation.
  • the first switch S1 is in the open state
  • the second switch S2 in the closed state
  • the third switch S3 in the open state
  • the accumulator device 15 is charged with a predetermined charging current from the power-generating machine 3 and forms a load applied to the power-generating machine 3.
  • the turbine control device immediately after disconnection from the network will refer to the figures above Measures 1 to 3 described for intercepting the power-generating machine are introduced in order to prevent the excessive increase in speed of the turbine 4 and to convert the power-generating machine 3 into a safe steady-state operation.
  • the switch S4 is closed in order to connect the power-generating machine 3 to the accumulator device 15.
  • FIG. 6 shows, analogously to FIG. 3, the power curve 13b in the lower graph, which results during the transition from load operation to grid separation. It can be seen from the power curve 13b that the power at the time to falls from a power x perpendicular to a power Xi that has a value greater than zero.
  • the value of Xi corresponds to the predetermined charging power with which the battery device 15 is charged by the generator 6. After a predetermined period of time At, which is preferably in the range from 0.2 to 20, the charging power of the accumulator device 15 is gradually reduced to the value zero, so that the power also drops accordingly to the value zero.
  • the charging power curve 18 of the accumulator device 15 is shown in FIG. 6 as a dashed line.
  • FIG. 6 shows the associated speed curve 14 of the turbine rotor in the upper graph.
  • the speed curve 14b shows the speed curve 14a in FIG. 3, which is shown again with dots in FIG. 6, it can be seen that the speed increases less strongly than in FIG. 3 starting from the nominal speed, which leads to that the maximum speed of the turbine 4 is exceeded less frequently and the number of turbine quick-action trips is significantly reduced. Also the length of time that the Swinging to the nominal speed required is significantly shorter.
  • This positive speed curve is attributable to the additional load that is applied to the power-generating machine 3 in the form of the accumulator device 15.
  • FIG. 7 shows the power plant 1 according to the invention by way of example in power plant island operation, in which the switches S1, S3 and S4 are closed and the switch S2 is open. Accordingly, only the internal supply network 7 from the electricity-generating machine 3 is fed with electrical energy and the accumulator device 15 from the electrical machine 3 is loaded.
  • Power plant is delivered, immediately after Netztren voltage from the turbine control device, the measures described above with reference to Figures 1 to 3 to intercept the power-generating machine 3 initiated in order to prevent excessive speed increase of the turbine 4 and controls the power-generating machine 3 to be transferred to a safe stationary operation.
  • the switch S4 is closed in order to connect the power-generating machine 3 to the accumulator device 15.
  • FIG. 8 shows the power curve 13c in the lower graph, which results from the transition from load operation to power plant island operation. It can be seen from the power curve 13c that the power at the time to falls from a power x perpendicular to a power X2 which is greater than the value Xi according to FIG. 6 by the value of the power requirement P E B of the power plant 1. Starting from the point in time to, the power curve 13c then runs parallel to the power curve 13b shown in FIG. 6, which is shown by dots in FIG. 8. In the upper graph, FIG. 8 shows the associated speed curve 14b, which likewise has the advantages explained with reference to FIG. 6 compared to the speed curve 14a shown in FIG. 3, which is shown in FIG. 8 again with dots.

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Abstract

The invention relates to a method for reducing the residual energy of an electricity-generating machine (3) of a power plant (1) in the event of a sudden load drop, the machine (3) having at least one turbine (4), which has a turbine control device (5), and a generator (6), which is coupled to the turbine (4) and can be connected to an external supply network (2) and/or to an internal supply network (7) for covering the power consumption requirement of the power plant (1), in order to feed electrical energy into the external supply network (2) and/or into the internal supply network (7), said method comprising the steps: monitoring the load currently applied to the generator (6) and regulating the energy supply to the turbine (4) using the turbine control device (5) as a response to the detection of a sudden load drop, characterized in that, as an additional response to the detection of a sudden load drop, the generator (6) is connected to an accumulator device (15) such that the generator (6) feeds electrical energy into the accumulator device (15) at a predetermined charging rate. The invention furthermore relates to a power plant suitable for carrying out the method.

Description

Verfahren zum Abbau einer Restenergie einer elektrischen Maschine eines Kraftwerks im Falle eines plötzlichen  Method for dissipating residual energy from an electrical machine in a power plant in the event of a sudden
Lastabfalls  Load drop
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau einer Restenergie einer stromerzeugenden Maschine eines The present invention relates to a method for reducing a residual energy of a power generating machine
Kraftwerks im Falle eines plötzlichen Lastabfalls, wobei die Maschine zumindest eine Turbine mit einer Turbinenregelein richtung und einen mit der Turbine gekoppelten Generator auf weist, der mit einem externen Versorgungsnetz und/oder mit einem internen Versorgungsnetz zur Deckung des Eigenbedarfs des Kraftwerks verbindbar ist, um elektrische Energie in das externe Versorgungsnetz und/oder in das interne Versorgungs netz einzuspeisen, umfassend die Schritte: Überwachen der ak tuell am Generator anliegenden Last und Regeln der Energiezu fuhr zur Turbine unter Einsatz der Turbinenregeleinrichtung als Reaktion auf die Detektion eines plötzlichen Lastabfalls. Power plant in the event of a sudden load drop, the machine having at least one turbine with a Turbinenregelein direction and a generator coupled to the turbine, which can be connected to an external supply network and / or an internal supply network to cover the power plant's own needs, in order to provide electrical power Feeding energy into the external supply network and / or the internal supply network, comprising the steps: monitoring the load currently on the generator and regulating the energy supply to the turbine using the turbine control device in response to the detection of a sudden load drop.
Stromerzeugende Maschinen neigen dazu, nach einem plötzlichen Abfall der am Generator anliegenden Last die Turbinendrehzahl zu erhöhen, was kurzfristig dazu führen kann, dass die Ma schine notabgeschaltet werden muss. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Maschinenkomponenten durch die hohe Drehzahl einer sehr starken Belastungen ausgesetzt, was langfristig eine Verringerung der Lebensdauer der Maschinenkomponenten nach sich zieht. Power-generating machines tend to increase the turbine speed after a sudden drop in the load on the generator, which can result in the machine having to be shut down in an emergency. In addition, a large number of machine components are exposed to very high loads due to the high speed, which results in a long-term reduction in the service life of the machine components.
Ein plötzlicher Lastabfall kann durch unterschiedliche Ereig nisse verursacht werden. A sudden drop in load can be caused by different events.
Als Netztrennung wird ein Ereignis bezeichnet, bei dem die elektrische Kopplung zwischen der stromerzeugenden Maschine und den zu versorgenden Versorgungsnetzen durch Öffnen eines der stromerzeugenden Maschine unmittelbar nachgeschalteten Synchronisierungsschalters aufgehoben wird. Eine solche Netz trennung kann in jedem Lastpunkt erfolgen und führt dazu, dass von dem Generator keine Leistung mehr abgegeben wird. Eine Netztrennung ist an einer veränderten Schalterstellung sowie daran erkennbar, dass der Generator keine Leistung mehr abgibt . An event in which the electrical coupling between the power-generating machine and the supply networks to be supplied is canceled by opening a synchronization switch immediately downstream of the power-generating machine is referred to as network disconnection. Such a grid separation can take place at any load point and leads to the generator no longer delivering power. A disconnection from the mains can be recognized by a changed switch position and by the fact that the generator no longer outputs power.
Als Teillastabwurf wird eine Entlastung der stromerzeugenden Maschine durch plötzliches Abfallen der Belastung im zu ver sorgenden externen Versorgungsnetz auf einen niedrigen Wert verstanden. Ein solcher Teillastabwurf erfolgt damit übli cherweise nicht durch Schalthandlungen innerhalb des Kraft werks. Erkennbar ist ein Teillastabwurf an unveränderten Schalterstellungen sowie an einer steilen Lasttransiente und Leistungsabgabe zwischen dem Eigenbedarf des Kraftwerks und der dem Lastabfall unmittelbar vorangegangenen Leistungsab gabe des Generators. Partial load shedding means that the power generating machine is relieved to a low value by a sudden drop in the load in the external supply network to be supplied. Such a partial load shedding usually does not result from switching operations within the power plant. A partial load shedding can be seen from unchanged switch positions as well as from a steep load transient and power output between the power plant's own requirements and the power output of the generator immediately preceding the load drop.
Ein sogenannter Netzinselbetrieb ergibt sich durch die allei nige Versorgung eines Abschnitts des externen Stromnetzes durch die stromerzeugende Maschine. Er ähnelt dem Teillast abwurf. Der Netzinselbetrieb wird meist durch Fehler im zu versorgenden externen Stromnetz plötzlich herbeigeführt. Er kennbar ist er an unveränderten Schalterstellungen, an einer steilen Lasttransiente und an einer Leistungsabgabe, die grö ßer als der Eigenbedarf des Kraftwerks ist. So-called grid island operation results from the sole supply of a section of the external power grid by the power-generating machine. It is similar to shedding part load. Off-grid operation is usually brought about suddenly by faults in the external power grid to be supplied. It can be identified by the unchanged switch positions, a steep load transient and a power output that is greater than the power plant's own requirements.
Unter Kraftwerksinselbetrieb versteht man eine Trennung des Kraftwerks von dem zu versorgenden externen Stromnetz unter Beibehaltung der Eigenversorgung durch die stromerzeugende Maschine. Erkennbar ist der Kraftwerksinselbetrieb an verän derten Schalterstellungen, an einer steilen Lasttransiente und einer geringen Leistungsabgabe in der Größenordnung des Eigenbedarfs, die normalerweise im Bereich von 100 KW bis 100 MW liegt. Power plant island operation means a separation of the power plant from the external power supply to be supplied while maintaining the self-supply by the power generating machine. The power plant island operation can be recognized by changed switch positions, a steep load transient and a low power output in the order of own requirements, which is normally in the range of 100 KW to 100 MW.
Tritt ein plötzlicher Leistungsabfall aufgrund eines der zu vor genannten Ereignisse ein, so ist es erforderlich, die stromerzeugende Maschine abzufangen. Unter einem Abfangen versteht man das kontrollierte Verhindern eines hohen Dreh zahlanstiegs nach plötzlichem Leistungsabfall mit dem Ziel, die Maschine in einem sicheren Bereich weiter stationär in Betrieb zu halten. If there is a sudden drop in performance due to one of the events mentioned above, it is necessary to intercept the power-generating machine. Interception is the controlled prevention of a high speed increase after a sudden drop in performance with the aim of keep the machine stationary in a safe area.
Bei Dampfturbinen spielen bei plötzlichen Lastabfällen die zum Zeitpunkt des Lastabfalls in der stromerzeugenden Ma schine vorhandene Restenergie und die Reaktionszeiten zur Re gelung der die Dampfzufuhr regelnden Ventile eine wesentliche Rolle. Deshalb ist es wichtig, einen Lastabfall schnell zu detektieren und die Dampfzufuhr unverzüglich zu reduzieren, indem die Turbinenregeleinrichtung die entsprechenden Ventile vollständig schließt. Dampfturbinen werden bei geschlossenen Ventilen meist im Vakuum betrieben und haben somit abgesehen von Öl- und Lagerreibung nahezu kein rotorbremsendes Element. Die Restenergie, also der Dampf stromabwärts der Regelven tile, ist abhängig vom jeweiligen Lastpunkt unmittelbar vor dem Lastabfall. Deshalb erfolgt nach einem Lastabfall aus höherer Last eine stärkere Beschleunigung der Turbinendreh zahl als bei einem Lastabwurf aus einer geringeren Last. Da raus leitet sich auch ab, dass sich die Restenergie in etwa proportional zur Lastdifferenz zwischen der Last unmittelbar vor dem Lastabfall und der Last unmittelbar nach dem Lastab fall verhält. Da jedoch auf die Restenergie des bereits durch die Regelventile strömenden Dampfes kein regelungstechnischer Einfluss mehr genommen werden kann, müssen zum Abfangen der stromerzeugenden Maschine zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um ein allzu starkes Ansteigen der Drehzahl zu ver meiden, da dies ein Überschreiten der maximalen Drehzahl zur Folge haben kann, was dazu führt, dass die Dampfturbine im Rahmen einer sogenannten Turbinenschnellschluss-Auslösung automatisch vom Turbinenschutz notabgeschaltet werden müsste. Als solche zusätzliche Maßnahme kann das Vakuum innerhalb der Turbine aufgehoben werden, um mit Luft ein bremsendes Moment zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich können Abfangklappen und Bypass-Ventile hinter dem Zwischenüberhitzer vorgesehen werden, um die Restenergie aus dem Zwischenüberhitzer nicht in die Dampfturbine einströmen zu lassen. Bei Gasturbinen ist ferner zu beachten, dass thermodynamische und/oder verbrennungstechnische Grenzen nicht überschritten werden. Nach einer Netztrennung wird die Brennstoffzufuhr schnell reduziert, indem die Gasturbinenregeleinrichtung die Brennstoffregelventile bis zum Flammensicherungswert In the case of steam turbines, in the event of sudden load drops, the residual energy present in the power-generating machine at the time of the load drop and the reaction times for regulating the valves regulating the steam supply play an important role. It is therefore important to quickly detect a load drop and immediately reduce the steam supply by the turbine control device completely closing the corresponding valves. Steam turbines are usually operated in a vacuum when the valves are closed and therefore have almost no rotor-braking element apart from oil and bearing friction. The residual energy, i.e. the steam downstream of the control valves, is dependent on the respective load point immediately before the load drop. Therefore, after a load drop from a higher load, the turbine speed accelerates more than when a load is shed from a lower load. It also means that the residual energy is roughly proportional to the load difference between the load immediately before the load drop and the load immediately after the load drop. However, since no control influence can be exerted on the residual energy of the steam already flowing through the control valves, additional measures must be taken to intercept the power-generating machine in order to avoid an excessive increase in the speed, since this leads to the maximum speed being exceeded This can have the result that the steam turbine would have to be automatically shut down by the turbine protection as part of a so-called turbine quick-release trip. As such an additional measure, the vacuum inside the turbine can be released in order to generate a braking moment with air. As an alternative or in addition, interception flaps and bypass valves can be provided behind the reheater in order to prevent the residual energy from the reheater from flowing into the steam turbine. In the case of gas turbines, it should also be noted that thermodynamic and / or combustion limits are not exceeded. After a grid separation, the fuel supply is quickly reduced by the gas turbine control device reducing the fuel control valves to the flame retardant value
schließt, was zu einer schnellen und starken Veränderung des Verbrennungsprozesses aufgrund einer sehr mageren Verbrennung führt. Im Anschluss daran versucht die Gasturbinenregelein richtung ein Ausregeln auf die Nenndrehzahl der Turbine, was wiederum zu einem schnellen Öffnen der Brennstoffregelventile führt. Ein Einpendeln ist die Folge. Vielfach erlischt dabei jedoch die Flamme und ein automatischer Gasturbinenschnell schluss ist die Folge. Es kann aber auch Vorkommen, dass die maximale Drehzahl überschritten wird, was ebenfalls zu einer Gasturbinenschnellschlussauslösung führt. Angestrebt wird ein Betrieb im sogenannten Leerlauf bei Nenndrehzahl. closes, which leads to a rapid and strong change in the combustion process due to a very lean combustion. Subsequently, the gas turbine regulating device tries to compensate for the nominal speed of the turbine, which in turn leads to a rapid opening of the fuel control valves. The result is a leveling out. In many cases, however, the flame goes out and an automatic gas turbine short-circuit is the result. But it can also orkommen V that the maximum speed is exceeded, which also leads to a gas turbine trip tripping. The aim is to operate in what is known as idling at nominal speed.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Restener gie, die sich zum Zeitpunkt eines plötzlichen Lastabfalls be reits in der stromerzeugenden Maschine befindet, nicht mehr über den Generator abgegeben oder mechanisch vernichtet wer den kann. Dies führt zu einer Beschleunigung der rotierenden Massen, die wiederum vom Lastpunkt unmittelbar vor dem Last abfall abhängig ist. Als Gegenmaßnahme wird sowohl bei Dampf ais auch bei Gasturbinen in erster Linie die Energiezufuhr zur stromerzeugenden Maschine über die Turbinenregeleinrich tung unterbrochen oder zumindest stark reduziert. Insbeson dere bei Dampfturbinen werden mangels eines effektiven rotor bremsenden Elementes weitere Maßnahmen ergriffen. In summary, it can be stated that the residual energy that is already in the power-generating machine at the time of a sudden load drop can no longer be released via the generator or mechanically destroyed. This leads to an acceleration of the rotating masses, which in turn depends on the load point immediately before the load drops. As a countermeasure, both in the case of steam and gas turbines, primarily the energy supply to the power-generating machine is interrupted or at least greatly reduced via the turbine control device. In the case of steam turbines in particular, further measures are taken in the absence of an effective rotor-braking element.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den besagten Energieüberschuss kontrolliert und schnell aus dem dynamischen Vorgang auszu leiten, um eine zu hohe Beschleunigung rotierender Massen der stromerzeugenden Maschine zu verhindern. Starting from this prior art, it is an object of the present invention to control the said excess of energy in a controlled and rapid manner from the dynamic process in order to prevent the rotating masses of the power-generating machine from accelerating too rapidly.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekenn- zeichnet ist, dass zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Re gelung der Energiezufuhr zur Turbine der Generator als wei tere Reaktion auf die Detektion eines plötzlichen Lastabfalls mit einer Akkumulatoreinrichtung derart verbunden wird, dass der Generator elektrische Energie in die Akkumulatoreinrich tung mit einer vorbestimmten Ladeleistung einspeist. Der nach einem Lastabfall auf eine beliebige Teillast in der stromer zeugenden Maschine vorhandene Energieüberschuss wird also er findungsgemäß als elektrische Energie quasi verschleiß- und verlustfrei über den Generator, der eine zusätzliche Last bildet, ausgeleitet und in der Akkumulatoreinrichtung gespei chert. Auf diese Weise kann ein Anstieg der Turbinendrehzahl reduziert und die Turbinendrehzahl vergleichsweise schnell wieder auf die Leerlauf- bzw. Nenndrehzahl gebracht werden. Die stromerzeugende Maschine kann also wesentlich effektiver abgefangen werden, so dass Turbinenschnellschlussauslösungen ebenso wie die Belastung der Komponenten der stromerzeugenden Maschine reduziert werden können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass nur gering fügige und bezogen auf die Kosten überschaubare bauliche Maß nahmen erforderlich sind, um bestehende stromerzeugende Ma schinen derart auf- und/oder umzurüsten, dass sich das Ver fahren mit diesen durchführen lässt. Die Akkumulatoreinrich tung und die stromerzeugende Maschine bzw. das Kraftwerk kön nen dabei auch getrennt voneinander aufgestellt und als vir tuelles Kraftwerk betrieben werden. Auch bei der Turbinen regeleinrichtung müssen keine wesentlichen Eingriffe vorge nommen werden. Sollte die Akkumulatoreinrichtung aus irgend welchen Gründen zum Zeitpunkt eines Lastabfalls nicht verfüg bar sein, so kann in gewohnter Weise verfahren werden, wie es im einleitenden Teil ausführlich beschrieben wurde. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Akkumulatoreinrich tung, das externe Versorgungsnetz und das interne Versor gungsnetz auch derart miteinander verschaltet werden können, dass die Akkumulatoreinrichtung bei Bedarf elektrische Ener gie in das externe Versorgungsnetz und/oder in das interne Versorgungsnetz einspeisen kann. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der plötzliche Lastabfall anhand von Stellungen von Schaltern, die zwischen dem Generator, dem externen Versor gungsnetz und dem internen Versorgungsnetz vorgesehen sind, und/oder anhand steiler Lasttransienten und/oder anhand einer Differenz zwischen der an dem Generator unmittelbar vor und nach dem plötzlichen Lastabfall anliegenden Last detektiert. Auf dieses Weise kann dann auch, wie es eingangs beschrieben wurde, das dem Lastabfall zugrunde liegende Ereignis ermit telt und bestimmt werden. To achieve this object, the present invention provides a method of the type mentioned at the outset, which is that in addition to the previously described regulation of the energy supply to the turbine, the generator is connected as a further reaction to the detection of a sudden load drop with an accumulator device in such a way that the generator feeds electrical energy into the accumulator device with a predetermined charging power. The energy surplus present after a load drop to any partial load in the power-generating machine is, according to the invention, discharged as electrical energy virtually without wear and loss via the generator, which forms an additional load, and stored in the accumulator device. In this way, an increase in the turbine speed can be reduced and the turbine speed can be brought back to idling or nominal speed comparatively quickly. The power-generating machine can thus be intercepted much more effectively, so that quick turbine trips as well as the load on the components of the power-generating machine can be reduced. Another advantage of the method according to the invention is that only slight structural measures that are manageable in terms of costs are required in order to upgrade and / or convert existing power-generating machines in such a way that the method can be carried out with them. The accumulator device and the power-generating machine or the power plant can also be set up separately from one another and operated as a virtual power plant. Also with the turbine control device, no major interventions need to be made. Should the accumulator device be unavailable for any reason at the time of a load drop, the usual procedure can be followed, as was described in detail in the introductory part. Yet another advantage is that the accumulator device, the external supply network and the internal supply network can also be interconnected in such a way that the accumulator device can feed electrical energy into the external supply network and / or into the internal supply network if required. According to one embodiment of the method according to the invention, the sudden load drop is based on the positions of switches that are provided between the generator, the external supply network and the internal supply network, and / or on the basis of steep load transients and / or on the basis of a difference between those on the generator detected load before and after the sudden drop in load. In this way, as described at the beginning, the event on which the load drop is based can be determined and determined.
Die vorbestimmte Ladeleistung der Akkumulatoreinrichtung wird vorteilhaft nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer gradu ell auf den Wert Null reduziert, um das System zu stabilisie ren . The predetermined charging power of the accumulator device is advantageously gradually reduced to zero after a predetermined period of time in order to stabilize the system.
Die vorbestimmte Zeitdauer liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 20 Sekunden. The predetermined time period is preferably in the range from 0.2 to 20 seconds.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegtes Kraftwerk zum Speisen eines externen Versorgungsnetzes mit elektrischer Energie, insbesondere umfassend eine stromerzeugende Ma schine, die zumindest eine Turbine mit einer Turbinenregel einrichtung und einen mit der Turbine gekoppelten Generator aufweist, und ein internes Versorgungsnetz zur Deckung des Eigenbedarfs des Kraftwerks, wobei der Generator über mit Schaltern versehene Stromleitungen an das externe Versor gungsnetz und an das interne Versorgungsnetz derart angebun den ist, dass er durch entsprechendes Schalten der Schalter wahlweise mit dem externen Versorgungsnetz und/oder dem in ternen Versorgungsnetz verbunden werden kann, um in diese elektrische Energie einzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Akkumulatoreinrichtung vorgesehen ist, die über eine mit einem Schalter versehene Stromleitung wahlweise zu mindest mit dem Generator verbindbar ist, und dass die Turbi nenregeleinrichtung derart eingerichtet ist, dass als Reak tion auf eine Detektion eines plötzlichen Lastabfalls der Ge- nerator mit der Akkumulatoreinrichtung derart verbunden wird, dass der Generator elektrische Energie in die Akkumulatorein richtung mit einer vorbestimmten Ladeleistung einspeist. Furthermore, the present invention provides a power plant designed to carry out the method according to the invention for feeding an external supply network with electrical energy, in particular comprising a power-generating machine which has at least one turbine with a turbine control device and a generator coupled to the turbine, and an internal supply network to cover the power plant's own needs, the generator being connected to the external supply network and to the internal supply network via switch power lines in such a way that it is optionally connected to the external supply network and / or the internal supply network by switching the switches accordingly can be, in order to feed into this electrical energy, characterized in that an accumulator device is provided, which can optionally be connected at least to the generator via a power line provided with a switch, and that Turbine control device is set up in such a way that, as a reaction to a detection of a sudden load drop, the is connected to the accumulator device in such a way that the generator feeds electrical energy into the accumulator device with a predetermined charging power.
Bevorzugt ist die Akkumulatoreinrichtung über eine mit einem Schalter versehene Stromleitung wahlweise mit dem externen Versorgungsnetz und/oder mit dem internen Versorgungsnetz verbindbar, so dass die in dieser gespeicherte elektrische Energie dem externen Versorgungsnetz und/oder dem internen Versorgungsnetz zugeführt werden kann. Ebenso kann die Akku mulatoreinrichtung natürlich auch über das externe und/oder das interne Versorgungsnetz aufgeladen werden. The accumulator device can preferably be connected to the external supply network and / or to the internal supply network via a power line provided with a switch, so that the electrical energy stored therein can be supplied to the external supply network and / or the internal supply network. Likewise, the battery mulator device can of course also be charged via the external and / or the internal supply network.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist/sind Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a method according to an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. In it is / are
Figur 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Figure 1 is a schematic representation of a conventional
Kraftwerks im Lastbetrieb;  Power plant under load;
Figur 2 eine schematische Darstellung des in Figur 1 darge stellten Kraftwerks im Falle einer Netztrennung; Figure 2 is a schematic representation of the power station shown in Figure 1 in the case of a grid separation;
Figur 3 graphische Ansichten, die eine Leistungskurve eines Figure 3 graphical views showing a performance curve of a
Generators sowie eine Drehzahlkurve einer Turbine einer stromerzeugenden Maschine des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kraftwerks zum Zeitpunkt der Umstellung vom Lastbetrieb auf Netztrennung zeigen;  Generators and a speed curve of a turbine of a power-generating machine of the power plant shown in Figures 1 and 2 at the time of the switch from load operation to grid separation;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks ge mäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung im Lastbetrieb; Figure 4 is a schematic representation of a power plant according to an embodiment of the present invention in load operation;
Figur 5 eine schematische Darstellung des in Figur 4 darge stellten Kraftwerks im Falle einer Netztrennung; Figur 6 graphische Ansichten, die analog zur Figur 3 eine Leistungskurve eines Generators sowie eine Dreh zahlkurve einer Turbine einer stromerzeugenden Ma schine des in den Figuren 4 und 5 dargestellten Kraftwerks zum Zeitpunkt der Umstellung vom Lastbe trieb auf Netztrennung zeigen; Figure 5 is a schematic representation of the power station shown in Figure 4 in the case of a grid separation; 6 shows graphical views which, analogously to FIG. 3, show a power curve of a generator and a speed curve of a turbine of a power-generating machine of the power plant shown in FIGS. 4 and 5 at the time of the switch from load operation to disconnection from the mains;
Figur 7 eine schematische Ansicht des in Figur 4 darge Figure 7 is a schematic view of the Darge in Figure 4
stellten Kraftwerks im Falle eines Kraftwerkinsel betriebs; und  provided power plant in the case of a power plant island; and
Figur 8 graphische Ansichten, die analog zur Figur 6 eine Figure 8 graphical views, analogous to Figure 6 a
Leistungskurve eines Generators sowie eine Dreh zahlkurve einer Turbine einer stromerzeugenden Ma schine des in den Figuren 4 und 5 dargestellten Kraftwerks zum Zeitpunkt der Umstellung auf den Kraftwerksinselbetrieb zeigen.  Show power curve of a generator and a speed curve of a turbine of a power-generating machine of the power plant shown in Figures 4 and 5 at the time of switching to power plant island operation.
Gleiche Bezugsziffern bezeichnen nachfolgend gleiche oder gleichartige Komponenten bzw. Kurven. The same reference numerals in the following denote the same or similar components or curves.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Kraftwerk 1 gemäß dem Stand der Technik, das dazu dient, ein externes Versorgungsnetz 2 mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Kraftwerk 1 um fasst eine stromerzeugende Maschine 3, die zumindest eine Turbine 4 mit einer Turbinenregeleinrichtung 5 und einen mit der Turbine 4 gekoppelten Generator 6 aufweist, wobei es sich bei der Turbine 4 um eine Gasturbine oder um eine Dampftur bine handeln kann. Ferner umfasst das Kraftwerk 1 ein inter nes Versorgungsnetz 7, das zur Deckung des Eigenbedarfs des Kraftwerks 1 dient. Der Generator 6 ist über eine erste Figures 1 and 2 show a power plant 1 according to the prior art, which serves to supply an external supply network 2 with electrical energy. The power plant 1 comprises a power-generating machine 3, which has at least one turbine 4 with a turbine control device 5 and a generator 6 coupled to the turbine 4, the turbine 4 being a gas turbine or a steam turbine. Furthermore, the power plant 1 comprises an internal supply network 7, which serves to cover the own needs of the power plant 1. The generator 6 is a first
Stromleitung 8, in die ein erster Schalter S1 integriert ist, mit einem Transformator 9 verbunden, der wiederum über eine einen zweiten Schalter S2 aufweisende zweite Stromleitung 10 mit dem externen Versorgungsnetz 2 verbunden ist. Ausgehend von der ersten Stromleitung 8 in einen Bereich zwischen dem ersten Schalter S1 und dem Transformator 9 führt eine dritte Stromleitung 11 zu einem weiteren Transformator 9, der über eine vierte Stromleitung 12 mit dem internen Versorgungsnetz 7 verbunden ist. Power line 8, in which a first switch S1 is integrated, is connected to a transformer 9, which in turn is connected to the external supply network 2 via a second power line 10 having a second switch S2. Starting from the first power line 8 into a region between the first switch S1 and the transformer 9, a third leads Power line 11 to a further transformer 9, which is connected to the internal supply network 7 via a fourth power line 12.
Figur 1 zeigt das Kraftwerk 1 im Lastbetrieb, in dem sowohl der Schalter S1 als auch der Schalter S2 geschlossen sind. Entsprechend werden in diesem Zustand sowohl das externe Ver sorgungsnetz 2 als auch das interne Versorgungsnetz 7 über die stromerzeugende Maschine 3 bzw. über deren Generator 6 mit elektrischer Energie versorgt. Figure 1 shows the power plant 1 in load operation, in which both the switch S1 and the switch S2 are closed. Accordingly, in this state, both the external supply network 2 and the internal supply network 7 are supplied with electrical energy via the power-generating machine 3 or its generator 6.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Anordnung im Zu stand einer Netztrennung, der ausgehend von dem in Figur 1 dargestellten Lastbetrieb dadurch erzielt wird, dass der Schalter S1 geöffnet wird. Dies führt dazu, dass sowohl das externe Versorgungsnetz 2 als auch das interne Versorgungs netz 7 von der stromversorgenden Maschine 3 getrennt sind, so dass von stromerzeugenden Maschine 3 bzw. von deren Generator 6 keine Leistung mehr abgegeben wird. Eine solche Netztren nung wird beispielsweise dann ausgelöst, wenn bei Störung die Frequenz der stromerzeugenden Maschine nicht mit der Frequenz des externen Versorgungsnetzes übereinstimmt. FIG. 2 shows the arrangement shown in FIG. 1 with the power disconnected, which is achieved on the basis of the load operation shown in FIG. 1 by opening switch S1. This means that both the external supply network 2 and the internal supply network 7 are separated from the power-supplying machine 3, so that no more power is output from the power-generating machine 3 or its generator 6. Such Netztren voltage is triggered, for example, when the frequency of the power-generating machine does not match the frequency of the external supply network in the event of a fault.
Sobald zum Zeitpunkt to eine Netztrennung detektiert wird, die wie eingangs bereits ausgeführt an der veränderten Stel lung des Schalters S1 und daran erkennbar ist, dass von der stromerzeugenden Maschine 3 keine Leistung mehr abgegeben wird, werden unmittelbar nach Netztrennung von der Turbinen regeleinrichtung Maßnahmen zum Abfangen der stromerzeugenden Maschine eingeleitet, um kontrolliert einen zu hohen Dreh zahlanstieg der Turbine 4 zu verhindern und die stromerzeu gende Maschine 3 in einen sicheren stationären Betrieb zu überführen . As soon as a grid separation is detected at the time to, which, as already stated at the beginning, can be recognized from the changed position of the switch S1 and from the fact that no more power is being output by the power-generating machine 3, measures to intercept the turbine control device immediately after the grid separation initiated the power-generating machine to prevent a too high speed increase of the turbine 4 and to transfer the power-generating machine 3 into a safe stationary operation.
Handelt es sich bei der Turbine 4 um eine Gasturbine, so er folgt das Abfangen, indem die Turbinenregeleinrichtung 5 als Reaktion auf die Detektion des zum Zeitpunkt to plötzlichen auftretenden Lastabfalls die Brennstoffzufuhr zur Turbine 4 umgehend reduziert, indem sie die Brennstoffregelventile bis zum Flammensicherungswert schließt. Im Anschluss daran er folgt ein Ausregeln auf die Nenndrehzahl der Turbine 4, was wiederrum zu einem schnellen Öffnen der Brennstoffregelven tile führt. Ein Einpendeln ist die Folge. Ein Problem dieser Vorgehensweise besteht allerdings darin, dass die Flamme im Rahmen des Abfangens der Turbine 4 erlöschen kann, was einen automatischen Gasturbinenschnellschluss zur Folge hat. Auch kann es Vorkommen, dass die maximale Drehzahl überschritten wird, was ebenfalls zu einer Gasturbinenschnellschlussaus lösung führt. If the turbine 4 is a gas turbine, it is intercepted by the turbine control device 5 reacting to the detection of the sudden drop in load occurring at the time to the fuel supply to the turbine 4 immediately reduced by closing the fuel control valve to the flame retardant value. This is followed by adjustment to the nominal speed of the turbine 4, which in turn leads to a quick opening of the fuel control valve tile. The result is a leveling out. However, a problem with this procedure is that the flame can go out as part of the interception of the turbine 4, which results in an automatic gas turbine quick-close. Also, it may V orkommen that the maximum speed is exceeded, which also leads to a solution Gasturbinenschnellschlussaus.
Handelt es sich bei der Turbine 4 um eine Dampfturbine, so schließt die Turbinenregeleinrichtung 5 im Falle eines plötz lichen Lastabfalls zum Zeitpunkt to die die Dampfzufuhr re gelnden Ventile vollständig. Ferner können beispielsweise das Vakuum innerhalb der Turbine 4 aufgehoben werden, um mit Luft ein bremsendes Moment zu erzeugen, und/oder zusätzliche Ab fangklappen und Bypass-Ventile hinter dem Zwischenüberhitzer geöffnet werden, um die Restenergie aus dem Zwischenüberhit zer nicht in die Turbine 4 einströmen zu lassen. Aber auch bei Dampfturbinen kann es aufgrund einer Überschreitung der maximalen Drehzahl zur Turbinenschnellschlussauslösung kom men . If the turbine 4 is a steam turbine, the turbine control device 5 completely closes the steam supply re regulating valves in the event of a sudden load drop. Furthermore, for example, the vacuum within the turbine 4 can be released in order to generate a braking moment with air, and / or additional flaps and bypass valves can be opened behind the reheater so that the residual energy from the reheater does not flow into the turbine 4 allow. But even with steam turbines, the turbine can trip quickly due to the maximum speed being exceeded.
Figur 3 zeigt im unteren Graph die Leistungskurve 13a der stromerzeugenden Maschine 3 bzw. ihres Generators 6 zum Zeit punkt der Umstellung vom Lastbetrieb auf Netztrennung, wobei zum Zeitpunkt to der Schalter S1 geöffnet wird. Anhand des Kurvenverlaufs ist erkennbar, dass die Leistung zum Zeitpunkt to von einem beliebigen Lastpunkt x auf den Wert Null ab fällt . FIG. 3 shows in the lower graph the power curve 13a of the power-generating machine 3 or its generator 6 at the time of the changeover from load operation to mains disconnection, the switch S1 being opened at the time to. It can be seen from the course of the curve that the power at time to drops from any load point x to the value zero.
Ferner zeigt Figur 3 im oberen Graph die zugehörige Drehzahl kurve 14a des Turbinenläufers. Anhand der Drehzahlkurve 14a ist zu erkennen, dass die Drehzahl zum Zeitpunkt to ausgehend von der Nenndrehzahl stark ansteigt, woraufhin der Drehzahl regler der Turbinenregeleinrichtung 5 die Drehzahl unter Durchführung der zuvor beschriebenen Maßnahmen abfängt, bis diese nach einer Einpendelphase wieder der Leerlauf- bzw. Nenndrehzahl entspricht. Furthermore, FIG. 3 shows the associated speed curve 14a of the turbine rotor in the upper graph. On the basis of the speed curve 14a it can be seen that the speed increases sharply from the nominal speed at the time to, whereupon the speed controller of the turbine control device 5 reduces the speed Carrying out the measures described above intercepts until after a leveling phase it again corresponds to the idling or nominal speed.
Die Figuren 4 bis 8 beziehen sich auf ein Kraftwerk 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftwerks 1 entspricht in großen Tei len dem zuvor beschriebenen Aufbau, weshalb hierauf nicht er neut eingegangen wird. Zusätzlich umfasst das erfindungsge mäße Kraftwerk 1 eine Akkumulatoreinrichtung 15. Diese Akku mulatoreinrichtung 15 ist vorliegend über eine fünfte Strom leitung 16, die mit einem Schalter S3 versehen ist, mit der dritten Stromleitung 11 in einem zum Transformator 9 führen den Bereich verbunden. Ferner ist die fünfte Stromleitung 16 vorliegend über eine sechste, mit einem vierten Schalter S4 versehene Stromleitung 17 mit der ersten Stromleitung 8 ver bunden, wobei sich die sechste Stromleitung 17 ausgehend von einem Bereich der ersten Stromleitung 8 zwischen dem Genera tor 6 und dem ersten Schalter S1 zu der fünften Stromleitung 16 in einem Bereich zwischen der Akkumulatoreinrichtung 15 und dem dritten Schalter S3 erstreckt. FIGS. 4 to 8 relate to a power plant 1 according to an embodiment of the present invention. The structure of the power plant 1 according to the invention largely corresponds to the structure described above, which is why he will not be discussed again here. In addition, the power plant 1 according to the invention comprises an accumulator device 15. This accumulator device 15 is in the present case connected via a fifth power line 16, which is provided with a switch S3, to the third power line 11 in a region leading to the transformer 9. Furthermore, the fifth power line 16 in the present case via a sixth power line 17 provided with a fourth switch S4 is connected to the first power line 8, the sixth power line 17 starting from a region of the first power line 8 between the generator 6 and the first switch S1 extends to the fifth power line 16 in a region between the battery device 15 and the third switch S3.
Figur 4 zeigt das erfindungsgemäß Kraftwerk 1 im Lastbetrieb analog zu Figur 1, wobei die Schalter S1 und S2 geschlossen und die Schalter S3 und S4 geöffnet sind. Entsprechend werden auch hier das externe Versorgungsnetz 2 und das interne Ver sorgungsnetz 7 über die stromerzeugende Maschine 3 bzw. deren Generator 6 mit elektrischer Energie versorgt. Figure 4 shows the power plant 1 according to the invention in load operation analogous to Figure 1, with the switches S1 and S2 closed and the switches S3 and S4 open. Accordingly, the external supply network 2 and the internal supply network 7 are also supplied with electrical energy via the power-generating machine 3 or its generator 6.
Figur 5 zeigt die in Figur 4 dargestellte Anordnung analog zu Figur 2 im Zustand der Netztrennung . In diesem Zustand befin det sich der erste Schalter S1 im geöffneten Zustand, der zweite Schalter S2 im geschlossenen Zustand, der dritte Figure 5 shows the arrangement shown in Figure 4 analogous to Figure 2 in the state of network separation. In this state, the first switch S1 is in the open state, the second switch S2 in the closed state and the third
Schalter S3 im geöffneten Zustand und der vierte Schalter S4 im geschlossenen Zustand. Entsprechend wird die Akkumulator einrichtung 15 mit einem vorbestimmten Ladestrom von der stromerzeugenden Maschine 3 geladen und bildet eine an der stromerzeugenden Maschine 3 anliegende Last. Sobald zum Zeitpunkt to eine Netztrennung detektiert wird, die an der veränderten Stellung des Schalters S1 und daran erkennbar ist, dass von der stromerzeugenden Maschine 3 keine Leistung mehr abgegeben wird, werden unmittelbar nach Netz trennung von der Turbinenregeleinrichtung die zuvor unter Be zugnahme auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Maßnahmen zum Abfangen der stromerzeugenden Maschine eingeleitet, um kon trolliert einen zu hohen Drehzahlanstieg der Turbine 4 zu verhindern und die stromerzeugende Maschine 3 in einen siche ren stationären Betrieb zu überführen. Darüber hinaus wird der Schalter S4 geschlossen, um die stromerzeugende Maschine 3 mit der Akkumulatoreinrichtung 15 zu verbinden. Switch S3 in the open state and the fourth switch S4 in the closed state. Accordingly, the accumulator device 15 is charged with a predetermined charging current from the power-generating machine 3 and forms a load applied to the power-generating machine 3. As soon as a grid separation is detected at the time to, which can be recognized from the changed position of the switch S1 and from the fact that no more power is being output by the power-generating machine 3, the turbine control device immediately after disconnection from the network will refer to the figures above Measures 1 to 3 described for intercepting the power-generating machine are introduced in order to prevent the excessive increase in speed of the turbine 4 and to convert the power-generating machine 3 into a safe steady-state operation. In addition, the switch S4 is closed in order to connect the power-generating machine 3 to the accumulator device 15.
Figur 6 zeigt analog zu Figur 3 im unteren Graph die Leis tungskurve 13b, die sich beim Übergang vom Lastbetrieb zur Netztrennung ergibt. Anhand der Leistungskurve 13b ist zu er kennen, dass die Leistung zum Zeitpunkt to von einer Leistung x senkrecht auf einen Leistung Xi abfällt, die einen Wert größer Null aufweist. Der Wert von Xi entspricht dabei der vorbestimmten Ladeleistung, mit der die Akkumulatoreinrich tung 15 von dem Generator 6 aufgeladen wird. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer At, die bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 20 liegt, wird die Ladeleistung der Akkumulator einrichtung 15 graduell auf den Wert Null reduziert, so dass auch die Leistung entsprechend auf den Wert Null abfällt. Die Ladeleistungskurve 18 der Akkumulatoreinrichtung 15 ist in Figur 6 als gestrichelte Linie dargestellt. FIG. 6 shows, analogously to FIG. 3, the power curve 13b in the lower graph, which results during the transition from load operation to grid separation. It can be seen from the power curve 13b that the power at the time to falls from a power x perpendicular to a power Xi that has a value greater than zero. The value of Xi corresponds to the predetermined charging power with which the battery device 15 is charged by the generator 6. After a predetermined period of time At, which is preferably in the range from 0.2 to 20, the charging power of the accumulator device 15 is gradually reduced to the value zero, so that the power also drops accordingly to the value zero. The charging power curve 18 of the accumulator device 15 is shown in FIG. 6 as a dashed line.
Ferner zeigt Figur 6 im oberen Graph die zugehörige Drehzahl kurve 14 des Turbinenläufers. Anhand eines Vergleiches der Drehzahlkurve 14b mit der Drehzahlkurve 14a in Figur 3, die in Figur 6 nochmals gepunktet dargestellt ist, ist zu erken nen, dass die Drehzahl zum Zeitpunkt to ausgehend von der Nenndrehzahl weniger stark als in Figur 3 ansteigt, was dazu führt, dass die maximale Drehzahl der Turbine 4 seltener überschritten und die Anzahl von Turbinenschnellschlussaus lösungen deutlich reduziert wird. Auch die Zeitdauer, die zum Auspendeln auf die Nenndrehzahl benötigt wird, ist deutlich kürzer. Dieser positive Drehzahlverlauf ist auf die zusätzli che Last zurückzuführen, die an der stromerzeugenden Maschine 3 in Form der Akkumulatoreinrichtung 15 anliegt. Furthermore, FIG. 6 shows the associated speed curve 14 of the turbine rotor in the upper graph. On the basis of a comparison of the speed curve 14b with the speed curve 14a in FIG. 3, which is shown again with dots in FIG. 6, it can be seen that the speed increases less strongly than in FIG. 3 starting from the nominal speed, which leads to that the maximum speed of the turbine 4 is exceeded less frequently and the number of turbine quick-action trips is significantly reduced. Also the length of time that the Swinging to the nominal speed required is significantly shorter. This positive speed curve is attributable to the additional load that is applied to the power-generating machine 3 in the form of the accumulator device 15.
Figur 7 zeigt das erfindungsgemäße Kraftwerk 1 beispielhaft im Kraftwerksinselbetrieb, bei dem die Schalter Sl, S3 und S4 geschlossen und der Schalter S2 geöffnet ist. Entsprechend wird nur das interne Versorgungsnetz 7 von der stromerzeugen den Maschine 3 mit elektrischer Energie gespeist und die Ak kumulatoreinrichtung 15 von der elektrischen Maschine 3 ge laden . FIG. 7 shows the power plant 1 according to the invention by way of example in power plant island operation, in which the switches S1, S3 and S4 are closed and the switch S2 is open. Accordingly, only the internal supply network 7 from the electricity-generating machine 3 is fed with electrical energy and the accumulator device 15 from the electrical machine 3 is loaded.
Sobald ausgehend vom in Figur 4 dargestellten Lastbetrieb zum Zeitpunkt to ein Kraftwerksinselbetrieb detektiert wird, der an der veränderten Stellung des Schalters S2 und daran er kennbar ist, dass von der stromerzeugenden Maschine 3 nur noch Leistung in der Größenordnung des Eigenbedarfs des As soon as, starting from the load operation shown in FIG. 4, a power plant island operation is detected, which is recognizable by the changed position of the switch S2 and by it that the power-generating machine 3 only has power in the order of magnitude of its own needs
Kraftwerks abgegeben wird, werden unmittelbar nach Netztren nung von der Turbinenregeleinrichtung die zuvor unter Bezug nahme auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Maßnahmen zum Ab fangen der stromerzeugenden Maschine 3 eingeleitet, um kon trolliert einen zu hohen Drehzahlanstieg der Turbine 4 zu verhindern und die stromerzeugende Maschine 3 in einen siche ren stationären Betrieb zu überführen. Darüber hinaus wird der Schalter S4 geschlossen, um die stromerzeugende Maschine 3 mit der Akkumulatoreinrichtung 15 zu verbinden. Power plant is delivered, immediately after Netztren voltage from the turbine control device, the measures described above with reference to Figures 1 to 3 to intercept the power-generating machine 3 initiated in order to prevent excessive speed increase of the turbine 4 and controls the power-generating machine 3 to be transferred to a safe stationary operation. In addition, the switch S4 is closed in order to connect the power-generating machine 3 to the accumulator device 15.
Figur 8 zeigt im unteren Graph die Leistungskurve 13c, die sich beim Übergang vom Lastbetrieb zum Kraftwerksinselbetrieb ergibt. Anhand der Leistungskurve 13c ist zu erkennen, dass die Leistung zum Zeitpunkt to von einer Leistung x senkrecht auf einen Leistung X2 abfällt, die um den Wert des Leistungs eigenbedarfs PEB des Kraftwerks 1 größer als der Wert Xi gemäß Figur 6 ist. Ausgehend von dem Zeitpunkt to verläuft die Leistungskurve 13c dann parallel zur in Figur 6 dargestellten Leistungskurve 13b, die in Figur 8 nochmals gepunktet darge stellt ist. Im oberen Graph zeigt Figur 8 die zugehörige Drehzahlkurve 14b, die ebenfalls die unter Bezugnahme auf Figur 6 erläuter ten Vorteile gegenüber der in Figur 3 dargestellten Drehzahl- kurve 14a aufweist, die in Figur 8 nochmals gepunktet darge stellt ist. FIG. 8 shows the power curve 13c in the lower graph, which results from the transition from load operation to power plant island operation. It can be seen from the power curve 13c that the power at the time to falls from a power x perpendicular to a power X2 which is greater than the value Xi according to FIG. 6 by the value of the power requirement P E B of the power plant 1. Starting from the point in time to, the power curve 13c then runs parallel to the power curve 13b shown in FIG. 6, which is shown by dots in FIG. 8. In the upper graph, FIG. 8 shows the associated speed curve 14b, which likewise has the advantages explained with reference to FIG. 6 compared to the speed curve 14a shown in FIG. 3, which is shown in FIG. 8 again with dots.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiment, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Abbau einer Restenergie einer stromerzeu genden Maschine (3) eines Kraftwerks (1) im Falle eines plötzlichen Lastabfalls, 1. A method for reducing residual energy of a power-generating machine (3) of a power plant (1) in the event of a sudden drop in load,
wobei die Maschine (3) zumindest eine Turbine (4) mit einer Turbinenregeleinrichtung (5) und einen mit der Turbine (4) gekoppelten Generator (6) aufweist, der mit einem externen Versorgungsnetz (2) und/oder mit einem internen Versor gungsnetz (7) zur Deckung des Eigenbedarfs des Kraftwerks (1) verbindbar ist, um elektrische Energie in das externe Versorgungsnetz (2) und/oder in das interne Versorgungsnetz (7) einzuspeisen, umfassend die Schritte:  The machine (3) has at least one turbine (4) with a turbine control device (5) and a generator (6) coupled to the turbine (4), which is connected to an external supply network (2) and / or an internal supply network ( 7) can be connected to cover the internal needs of the power plant (1) in order to feed electrical energy into the external supply network (2) and / or into the internal supply network (7), comprising the steps:
Überwachen der aktuell am Generator (6) anliegenden Last und Regeln der Energiezufuhr zur Turbine (4) unter Einsatz der Turbinenregeleinrichtung (5) als Reaktion auf die De tektion eines plötzlichen Lastabfalls,  Monitoring the load currently applied to the generator (6) and regulating the energy supply to the turbine (4) using the turbine regulating device (5) in response to the detection of a sudden load drop,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass als weitere Reaktion auf die Detektion eines plötzli chen Lastabfalls der Generator (6) mit einer Akkumulator einrichtung (15) derart verbunden wird, dass der Generator (6) elektrische Energie in die Akkumulatoreinrichtung (15) mit einer vorbestimmten Ladeleistung einspeist.  that, as a further reaction to the detection of a sudden load drop, the generator (6) is connected to an accumulator device (15) in such a way that the generator (6) feeds electrical energy into the accumulator device (15) with a predetermined charging power.
2 Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der plötzliche Lastabfall anhand von Stellungen von Schaltern (Sl, S2, S3, S4) , die zwischen dem Generator (6), dem externen Versorgungsnetz (2) und dem internen Versor gungsnetz (7) vorgesehen sind, und/oder anhand steiler Lasttransienten und/oder anhand einer Differenz zwischen der an dem Generator (6) unmittelbar vor und nach dem plötzlichen Lastabfall anliegenden Last detektiert wird. that the sudden load drop based on positions of switches (Sl, S2, S3, S4), which are provided between the generator (6), the external supply network (2) and the internal supply network (7), and / or based on steep load transients and / or on the basis of a difference between the load applied to the generator (6) immediately before and after the sudden load drop.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
dass die vorbestimmte Ladeleistung der Akkumulatoreinrich tung (15) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer (At) graduell auf den Wert Null reduziert wird.  that the predetermined charging power of the accumulator device (15) is gradually reduced to the value zero after a predetermined time period (At).
4. Verfahren nach Anspruch 3, 4. The method according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die vorbestimmte Zeitdauer (At) im Bereich von 0,2 bis 20 Sekunden liegt.  that the predetermined time period (At) is in the range of 0.2 to 20 seconds.
5. Kraftwerk ( 1 ) , 5. power plant (1),
das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 4 ausgelegt ist. which is designed to carry out a method according to one of claims 1 to 4.
6. Kraftwerk (1) nach Anspruch 5 zum Speisen eines externen Versorgungsnetzes (2) mit elektrischer Energie, 6. Power plant (1) according to claim 5 for feeding an external supply network (2) with electrical energy,
umfassend eine stromerzeugende Maschine (3) , die zumindest eine Turbine (4) mit einer Turbinenregeleinrichtung (5) und einen mit der Turbine (4) gekoppelten Generator (6) auf weist, und ein internes Versorgungsnetz (7) zur Deckung des Eigenbedarfs des Kraftwerks (1),  Comprising a power-generating machine (3) which has at least one turbine (4) with a turbine control device (5) and a generator (6) coupled to the turbine (4), and an internal supply network (7) to cover the power plant's own requirements (1),
wobei der Generator (6) über mit Schaltern (S1,S2) ver sehene Stromleitungen (8,10,11,12) an das externe Versor gungsnetz (2) und an das interne Versorgungsnetz (7) derart angebunden ist, dass er durch entsprechendes Schalten der Schalter (S1,S2) wahlweise mit dem externen Versorgungsnetz (2) und/oder dem internen Versorgungsnetz verbunden (7) werden kann, um in diese elektrische Energie einzuspeisen, dadurch gekennzeichnet,  wherein the generator (6) via switches (S1, S2) provided power lines (8, 10, 11, 12) is connected to the external supply network (2) and to the internal supply network (7) in such a way that it is activated by a corresponding Switching the switches (S1, S2) can optionally be connected to the external supply network (2) and / or the internal supply network (7) in order to feed electrical energy into them, characterized in that
dass eine Akkumulatoreinrichtung (15) vorgesehen ist, die über eine mit einem Schalter (S4) versehene Stromleitung (17) wahlweise zumindest mit dem Generator (6) verbindbar ist, und  that an accumulator device (15) is provided, which can optionally be connected at least to the generator (6) via a power line (17) provided with a switch (S4), and
dass die Turbinenregeleinrichtung (5) derart eingerichtet ist, dass als Reaktion auf eine Detektion eines plötzlichen Lastabfalls der Generator (6) mit der Akkumulatoreinrich tung (15) derart verbunden wird, dass der Generator (6) elektrische Energie in die Akkumulatoreinrichtung (15) mit einer vorbestimmten Ladeleistung einspeist.  that the turbine control device (5) is set up in such a way that, in response to a detection of a sudden load drop, the generator (6) is connected to the accumulator device (15) in such a way that the generator (6) carries electrical energy into the accumulator device (15) a predetermined charging power feeds.
7. Kraftwerk nach Anspruch 6, 7. Power plant according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Akkumulatoreinrichtung (15) über eine mit einem Schalter (S3) versehene Stromleitung (16) wahlweise mit dem externen Versorgungsnetz (2) und/oder mit dem internen Ver sorgungsnetz (7) verbindbar ist.  that the accumulator device (15) via a switch (S3) provided with a power line (16) can optionally be connected to the external supply network (2) and / or to the internal supply network (7).
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