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DE2627591A1 - Regeleinrichtung fuer turbinen mit drehzahl- und leistungsregelung - Google Patents

Regeleinrichtung fuer turbinen mit drehzahl- und leistungsregelung

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DE2627591A1
DE2627591A1 DE19762627591 DE2627591A DE2627591A1 DE 2627591 A1 DE2627591 A1 DE 2627591A1 DE 19762627591 DE19762627591 DE 19762627591 DE 2627591 A DE2627591 A DE 2627591A DE 2627591 A1 DE2627591 A1 DE 2627591A1
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DE
Germany
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power
speed
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Rainer Dipl Ing Nuernberger
Miroslav Nypl
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MAN AG
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft

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  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft
Nürnberg, 14.6.1976
Regeleinrichtung für Turbinen mit
Drehzahl- und Leistungsregelung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für Turbinen mit Drehzahl- und Leistungsregelung, wobei der Leistungsregler einen Integralteil mit oder ohne Ausgangswertbegrenzer aufweist.
Bei einer bekannten Regeleinrichtung der eingangs genannten Art ist der Drehzahlregler ein proportional wirkender Regler. Ferner ist ein die Leistungsregelung umgehender Drehzahlreglerzweig vorgesehen, wobei zur direkten Drehzahlregelung der Turbine im Falle einer Laständerung der Leistungsregler dem Drehzahlregler unterlagert ist. Der Einfluß der unterlagerten Leistungsregelung ist auf etwa 10 bis 20$, gemessen am Signalpegel der Drehzahlregelung, beschränkt. (DT-AS 1 601 8*9/)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung für Turbinen zu schaffen, mit der bei (plötzlichen) Lastabschaltungen sicher verhindert werden kann,
daß Überdrehzahlen solcher Größe auftreten, daß die Schutzeinrichtungen (Sehnellschluß) ansprechen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
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der Drehzahlregler und der Leistungsregler über den gesamten Arbeitsbereich funktionell voneinander unabhängig sind, daß auch der Drehzahlregler einen Integralteil aufweist und daß die Stellgrößen der beiden Regler einem MIN-Glied als Eingangssignale zugeführt sind, wobei die kleinere Stellgröße als Ausgangssignal des MIN-Glieds die Führung des Stellglieds des Stellgrößenregler übernimmt.
Durch die vorgenannten erfindungsgemäßen Maßnahmen werden folgende Vorteile erreicht:
la) Der Drehzahl- und der Leistungsregler lassen sich beide für ihre jeweilige Aufgabe optimieren, b) der Frequenzeinfluß kann bei der reinen Leistungsregelung abgeschaltet werden, wobei die Sicherheit der Anlage aber weiterhin durch den in "Bereitschaft" stehenden Drehzahlregler gewährleistet ist.
2a) Die Turbinendrehzahl entspricht genau dem vorgegebenen Sollwert,
b) die sich nach einer Lastabschaltung einstellende Überdrehzahl kann sehr klein gehalten werden, z.B. 1% der Betriebsdrehzahl,
c) beim Ansteigen der Netzfrequenz über einen frei wählbaren Wert erfolgt automatisch die Übernahme durch den Drehzahlregler,
3) der Integralteil des Leistungsreglers muß nicht begrenzt werden, so daß über den Leistungsregler auch bei kleinen Sollwerten volle öffnung der Regelventile möglich ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird darin gesehen, daß beide Regler je einen Ausgangswertbegrenzer zum Begrenzen des Ausgangs des einen Reglers relativ zum Ausgang des anderen Reglers aufweisen, so daß der nicht
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im Eingriff befindliche Regler dem führenden Regler über die entsprechende Begrenzerschaltung gleitend über den gesamten Arbeitsbereich nachgeführt wird. Dadurch wird ein Uberschwingen der jeweiligen Regelgröße verringert, da sie den nicht im Eingriff befindlichen Regler in "Bereitschaft" hält.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung erfolgt die Nachführung der Stellgröße des nicht im Eingriff befindlichen Reglers mit einem Abstand von 5 bis 20$ bezogen auf den Hub des Stellgliedes.
Um die Leerlaufstabilität der Turbine zu verbessern, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Drehzahlregler ein proportional-integral wirkender Regler mit Differential-Einfluß oder Vorhalt (PID-Regler). Außerdem läßt der D-Teil (Differential-Einfluß oder Vorhalt) den Drehzahlregler bei einer Lastabschaltung schneller eingreifen, da der Reglerausgang sofort beim Auftreten einer Beschleunigung reduziert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Leistungsregler als proportional-integral wirkender Regler (PI-Regler) ausgebildet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 den erfindungsgemäßen Frequenz- und Leistungsregelkreis einer Turbine im Verbundbetrieb,
Fig. 2 eine vorteilhafte Ausbildung des In Fig. I enthaltenen Drehzahlreglers und
Fig. 3 eine vorteilhafte Ausbildung des in Fig. i enthaltenen Leistungsreglers.
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In einer Summierstelle I wird die Differenz zwischen dem eingestellten Frequenz-Sollwert f und dem Frequenz-Istwert f. des Netzes N, die den Soll- und Ist-Umdrehungsfrequenzen (Drehzahlen) η und n. entsprechen, gebildet.
Diese Differenz Af ( ^f = f - ^) wird in Form eines vorzugsweise elektrischen Signals einer Summierstelle 2 zugeführt, der außerdem ein weiteres elektrisches Signal, das einer vorgebbaren, veränderbaren Frequenz f zugeordnet ist, zugeführt wird. (f~~ wird in Form eines negativen Wertes zugeführt, da Δ f ebenfalls negativ ist.) Am Ausgang des Summiergliedes 2 liegt dann ein elektrisches Signal an, das der Summß Δι der beiden Frequenzen äf und f~~ entspricht. Dieses Frequenzdifferenzsignal tif wird auf den Eingang des Drehzahlreglers, der hier als proportional-integral wirkender Regler mit Differential-Einfluß oder Vorhalt, also als sogenannter PID-Regler, ausgebildet ist, gegeben. (Der Aufbau eines PID-Reglers ist hinreichend bekannt, so daß hier darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.) Das Ausgangssignal (Stellgrößen-Signal) hf des Drehzahlreglers j5 wird unverzögert auf den Eingang eines Blockes 4, der als sog. elektrisches MIN-Glied bekannter Art ausgebildet ist, weitergegeben. Der Block 4 weist noch einen zweiten Eingang auf, auf den das Stellgrößensignal h eines Leistungsreglers 5 gegeben wird. Dem Eingang des Leistungsreglers 5» als proportional-wirkender Regler (PI-Regler) ausgeführt ist, wird ein Leistungsdifferenzsignal ΔΡ zugeführt. Das Signal ΔΡ wird in einer Summierstelle 6 als Differenz des Leistungssollwertes PQ und des Leistungsistwertes P. gebildet. Das Leistungsistwertsignal P. wird vom Ausgang der Turbine 7 der Summierstelle 6 zugeführt. Das Leistungssollwertsignal P wird in einer Summierstelle 8 als Summe eines vorgegebenen, einstellbaren Leistungsgrundwertes P00* der wesentlich geringer als der Leistungssollwert PQ ist,
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und einem modifizierten Umdrehungsfrequenzfehlersignal 4P gebildet. Das Signal ΔΡ wird der Summierstelle 8 vom Ausgang eines Blockes 9, der als proportionaler Regler (P-Regler) ausgebildet ist, unverzögert zugeleitet. In dem Block 9 wird das Eingangssignal Af mit einem Faktor k bewertet, so daß am Ausgang des Blockes 9 das Signal
£Pf = k vf vorhanden ist. Das Eingangssignal Af ist das in der Summierstelle 1 gebildete Frequenzdifferenzsignal, das von der Verzweigungsstelle 10 des Drehzahlregelkreises dem Block 9 zugeführt wird.
Der als elektrisches MIN-Glied bekannter Art ausgebildete Block 4 wirkt so, daß jeweils nur das kleinere der Stellgrößensignale - hf oder h - der beiden Regler 3, 5 am Ausgang des MIN-Gliedes zur Verfügung steht. Die entsprechende Stellgröße (h oder h~) wird in der bekannten Weise einem Stellgrößenregler Il zugeführt. Dabei wird die Stellgröße laufend in einer Summierstelle 12 mit dem Ventilstellungswert y verglichen und das Ventil so lange verstellt, bis die Differenz hf (bzw. hp) - y zu Null wird, und der gewünschte Wert der Ventilstellung erreicht ist.
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung gemäß Fig. I für die Drehzahl- und Leistungsregelung wirkt wie folgt:
I. Leerlauf
Die Turbine dreht unbelastet im Dreheinrichtungsbetrieb ("Turnbetrieb") mit einer Umdrehungsfrequenz (Drehzahl) von 50 bis 60 l/min und wird anschließend hochgefahren bis zu einer Umdrehungsfrequenz von 3000 l/min.
Im Leerlauf ist P1 gleich Null. Da der Leistungsgrundwert P als konstanter Wert vorgegeben ist, z.B. IO# von P., ist das Leistungsdifferenzwertsignal ΔΡ in der Summierstelle 6 konstant. Das Signal ΔP wird dem
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Leistungsregler 5 zugeführt, wo entsprechend dem Leistungsgang im PI-Regler eine Stellgröße bzw. ein Stellgrößensignal h am Eingang des MIN-Gliedes anliegt, die bzw. das höher ist als die Stellgröße bzw. daß Stellgrößensignal hf vom Drehzahlregler 3·
Da im MIN-Glied nur das kleinere Signal durchkommt, also hf, wird das Hochlaufen der Turbine dadurch erzielt, daß die Frequenz T~ automatisch nach einem vorgegebenen Programm oder von einem Bedienungsmann erhöht wird. Wird F" erhöht, dann werden die Ventile mehr geöffnet und die Umdrehungsfrequenz (Drehzahl) des Turbinenläufers wird erhöht. Die Frequenz f~~ wird so lange erhöht, bis die Umdrehungsfrequenz (Drehzahl) des Turbinenläufers der Netzfrequenz von 50 Hz entspricht.
2. Der Turbosatz ist mit dem Netz synchronisiert und wird belastet.
Die Frequenzen f , da vorgegeben, f. und Äf sind konstant. Die Frequenz f^ wird weiter erhöht; demzufolge steigen at und hf. Die Stellgröße hf ist aber immer noch kleiner als h . Die Ventile öffnen daher weiter als es dem Leerlaufpunkt entspricht und es wird elektrische Leistung abgegeben. Während P. ansteigt, wird der Wert ΔΡ geringer und schließlich negativ. Sobald aber
δ P negativ wird, übernimmt die Stellgröße h des Leistungsreglers 5 die Führung des Stellgliedes des Stellgrößenreglers 11.
3. Plötzliche Lastabschaltung, z.B. beim Übergang vom Verbundbetrieb zum Inselbetrieb.
Die elektrische Leistung ist Null. Da die volle mechanische Leistung an der Turbine aber weiterhin vorhanden ist, muß dafür gesorgt werden, daß die bei plötzlicher Entlastung auftretende überdrehzahl möglichst klein,
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mindestens aber kleiner als die Schnellschlußdrehzahl, ist.
Da die elektrische Leistung gleich Null ist, sind und h groß. Das Stellgrößensignal h ist dann au den Fall größer als das Stellgrößensignal h-.
Wenn die Belastung der Turbine durch den Generator wegfällt, würde sich - wenn man keine entsprechende Maßnahme trifft - die Umdrehungsfrequenz der Turbine erhöhen. Mit der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung wird über den D-Anteil des Drehzahlreglers 3 der Ausgang des Drehzahlreglers sofort nach unten steuern und die Turbine bei einer durch f~ festgelegten Umdrehungsfrequenz einregeln, d.h. die infolge des Lastabwurfs gesteigene Umdrehungsfrequenz sofort wieder verringern.
In Fig. 2 ist der Drehzahlregler 3 vergrößert dargestellt. Der Drehzahlregler 3 weist ein proportional wirkendes Glied 3a, ein integral wirkendes Glied 3b, ein Differential-Glied (D-Glied) 3c und zwei Summierstellen 13, 14 auf. In der Summierstelle 14 findet eine Differenzbildung zwischen der Summe des P- und I-Teils Ja., 3b und dem D-Teil 30 statt. Das Umdrehungsfrequenzdifferenzsignal 4f wird dem Eingang des P-Teils 3a zugeführt; das Umdrehungsfrequenzsignal f. wird dem Eingang des D-Teils 3c zugeführt. In der Summierstelle I3 wird die Differenz zwischen Δι und dem Ausgangswert des Blockes I5 gebildet. Der Block 15 entspricht dem Block 19 der Fig. 3· Dem Eingang des Blockes 15 wird ein Signal zugeführt, das gebildet wird in der Summierstelle 16 aus der Differenz der Signale der Stellgröße h- des Drehzahlreglers und der Summe der Ventilstellung y und einem konstanten vorgegebenen Wert a.
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In Pig. J5 ist der Leistungsregler 5 vergrößert dargestellt. Der Leistungsregler 5 weist einen proportional wirkenden Teil 5a und einen integral wirkenden Teil 5b, sowie zwei Summierstellen 17, 18 auf. Die Summierstelle 17 ist elektrisch mit dem Ausgang eines Blockes 19 verbunden, dessen Eingangssignal in einer Summierstelle 2o gebildet wird. In der Summierstelle 20 wird von der Stellgröße h des Leistungsreglers die Summe aus der Ventilstellung y und einer konstanten, vorgegebenen Größe a abgezogen. Der Block 19 ist ein bekanntes elektrisches Gerät, an dessen Ausgang nur dann ein Signal entsteht, wenn das Signal am Eingang positiv ist. In der Summierstelle 17 wird die Differenz zwischen dem Leistungsdifferenzsignal Δ P und dem Ausgangssignal des Blockes 19 gebildet. In der Summierstelle l8 werden die Ausgangssignale des P- und I-Teils summiert.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise der Drehzahlregler auch als proportional-integral wirkender Regler (PI-Regler) ausgebildet sein. Die Regler 3, 5 können analoge, digitale oder analog/digitale Turbinenregler sein. Als Regler kommen sowohl elektrisch arbeitende als auch hydraulisch oder pneumatisch arbeitende in Frage.
Der Block 9 kann auch entfallen, wird aber üblicherweise in Blockkraftwerken eingesetzt; entfällt der Blook 9, dann entfallen auch F~ und die Summierstellen 2 und 8.
An Stelle eines elektrischen MIN-Gliedes kann auch ein mechanisches MIN-Glied bekannter Art verwendet werden.
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Claims (5)

  1. sk/kr
    Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
    Aktiengesellschaft
    Nürnberg, 14.6.1976
    Patentansprüc he
    \.j Regeleinrichtung für Turbinen mit Drehzahl- und Leistungsregelung, wobei der Leistungsregler einen Integralteil mit oder ohne Ausgangswertbegrenzer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (3) und der Leistungsregler (5) über den gesamten Arbeitsbereich funktionell voneinander unabhängig sind, daß auch der Drehzahlregler (3) einen Integralteil (3b) aufweist, und daß die Stellgrößen der beiden Regler (3, 5) einem MIN-Glied (4) als Eingangssignale zugeführt sind, wobei die kleinere Stellgröße als Ausgangssignal des MIN-Gliedes die Führung des Stellgliedes des Stellgrößenreglers übernimmt.
  2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Regler (3, 5) je einen Ausgangswertbegrenzer zum Begrenzen des Ausgangs des einen Reglers relativ zum Ausgang des anderen Reglers aufweisen, so daß der nicht im Eingriff befindliche Regler dem führenden Regler über die entsprechende Begrenzerschaltung (15 bzw. 19) gleitend über den gesamten Arbeitsbereich nachgefUhrt wird.
  3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführung der Stellgröße des nicht im Eingriff befindlichen Reglers mit einem Abstand von 5 bis 20# bezogen auf den Hub des Stellgliedes erfolgt.
    709852/0291
    Ο3.8481 ·/·
  4. 4. Regeleinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler O) ein proportional-integral wirkender Regler mit Differential-Einfluß oder Vorhalt (PID-Regler) ist.
  5. 5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsregler (5) als proportional-integral wirkender Regler (PI-Regler) ausgebildet ist.
    709852/0291
DE2627591A 1976-06-19 1976-06-19 Regeleinrichtung für Turbinen mit Drehzahl- und Leistungsregelung Ceased DE2627591B2 (de)

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