Welche Arten von Lastkontrollen gibt es bei Kraftwerksanlagen, und welche Eigenschaften haben sie jeweils?

Dieser Beitrag wurde zuletzt von zgj2405 am 3.7.2011 um 13:32 bearbeitet. Die Hauptfunktion des Hauptsteuerers der Anlage besteht darin, je nach den Betriebsbedingungen und -anforderungen die geeignete Methode zur Laststeuerung auszuwählen. Er nimmt die tatsächlichen Lastanweisungen N0, die vom Laststeuerungssystem ausgegeben werden, sowie die tatsächliche Leistung der Anlage NE, den Druck des Hauptdampfs PT sowie dessen Sollwert P0 entgegen. Anhand bestimmter Rechenschaltungen werden anschließend die Hauptsteueranweisungen MB und MT für den Kessel und die Dampfturbine berechnet. Dadurch wird die jeweilige Methode zur Laststeuerung umgesetzt und somit die Aufgabe der Laststeuerung erfüllt. Bitte sehen Sie sich Abbildung 10-1 an. Der Hauptsteuerer des Kessels setzt sich aus zwei Teilen zusammen. (1) Hauptsteuergerät des Kessels: Rechenschaltkreis zur Berechnung der Hauptsteueranweisung MB des Kessels. (2) Hauptsteuerung der Dampfturbine: Rechenschaltung zur Berechnung des Hauptsteuerbefehls MT der Dampfturbine. I. Laststeuerungsverfahren Die Laststeuerungsverfahren lassen sich in zwei Kategorien einteilen: getrennte Steuerung von Maschine und Kessel sowie koordinierte Steuerung von Maschine und Kessel. 1. Getrennte Steuerung von Maschine und Kessel: Unter getrennter Steuerung versteht man, dass eine zu regelnde Größe nur durch eine einzige Regelgröße gesteuert wird. Es gibt zwei Arten der getrennten Steuerung: die Laststeuerung, bei der der Kessel folgt (kurz: Kesselfolgesteuerung), sowie die Laststeuerung, bei der die Dampfturbine folgt (kurz: Turbinenfolgesteuerung). Das sind die beiden grundlegenden Steuerungsarten. Im Folgenden werden jeweils ihr Funktionsprinzip und die wichtigsten Eigenschaften erläutert: (1) BOILER FOLLOW – Das grundlegende Funktionsprinzip des BOILER FOLLOW-Verfahrens ist folgendes: Die Dampfturbine regelt die Ausgangsleistung der Anlage, während der Kessel den Dampfdruck reguliert. Abbildung 10-6 zeigt die Funktionsweise des Kessels. Auf der Grundlage von Abbildung 10-6 kann das Blockdiagramm 10-7 erstellt werden. Abbildung 10-6: Schema der Boiler-Folgemethode. Abbildung 10-7: Blockdiagramm der Boiler-Folgemethode. N0 – Anforderung an die Leistung des Kraftwerks; diese wird von der Einheit zur Verarbeitung der Lastanforderungen erzeugt. Regelobjekt – bezeichnet das umfassende Regelobjekt, einschließlich der Steuerungssysteme für Maschinen und Öfen. Wenn sich die Lastanweisung (Leistungsangabe) N0 ändert, gibt der Hauptsteuerer der Dampfturbine zunächst den Befehl MT zur Änderung der Öffnungsgrad der Ventile aus. Dadurch ändert sich die Menge an Dampf, der in die Turbine gelangt, wodurch die von der Anlage erzeugte elektrische Leistung NE schnell mit N0 übereinstimmt. Nach einer Änderung der Drehzahl des Reglers ändert sich sofort der Dampfdruck PT. In diesem Fall gibt der Hauptsteuerer des Kessels aufgrund der Abweichung vom gewünschten Dampfdruck die Steuerbefehle MB aus, um die Verbrennungsrate des Kessels (und damit auch die Menge des zugeführten Wassers) zu verändern. Dadurch wird PT wieder auf den gewünschten Wert P0 gebracht. Im Gleichgewichtszustand gilt schließlich NE = N0 und PT = P0. Wenn es zu Störungen in der Verbrennungsrate kommt (innere Störungen), ändert sich der Dampfdruck und es entstehen Abweichungen. Auch der Dampffluss ändert sich. Auf der Seite der Dampfturbinen müssen die Regelventile in Aktion treten, um die abgegebene Leistung aufrechtzuerhalten. Dadurch verschärft sich die Veränderung des Dampfdrucks weiter, was zu größeren Abweichungen und damit zu starken Schwankungen des Dampfdrucks führt. Die Besonderheit des Dampfkessel-Follow-Modus besteht darin, dass bei einer Änderung von N0 aufgrund der Speicherkapazität des Kessels eine gute Anpassung an die Lastbedingungen möglich ist. Dies ist vorteilhaft für die Regulierung der Leistung des Kraftwerks. Allerdings sind die Druckschwankungen recht groß ； Bei inneren Störungen (Störungen der Verbrennungsrate) sind die Dampfdruckschwankungen groß. Bei großen Kraftwerksanlagen ist die Wärmespeicherkapazität des Kessels relativ gering. Wenn sich die Lastanforderungen nur in geringem Maße ändern, ist es möglich, den Wärmespeicher des Kessels innerhalb der zulässigen Schwankungsbreite des Dampfdrucks voll auszunutzen, um schnell auf Änderungen der Last zu reagieren. Dies ist auch vorteilhaft für die Regulierung der Netzfrequenz. Wenn sich die Lastanforderung N0 stark ändert, sind die Dampfdruckschwankungen sehr groß, was den normalen Betrieb des Kessels beeinträchtigt. Insbesondere bei Gleichstromkesseln ist die Wärmespeicherkapazität deutlich geringer als bei Dampfkessel. Mit dem Ansatz, dass der Kessel den Laständerungen folgt, ist es in der Praxis nicht möglich, größeren Laständerungen gerecht zu werden. Wenn die Kesselanlage in der Anlageneinheit ordnungsgemäß funktioniert, aber die Ausgangsleistung der Anlage aufgrund von Störungen in den Turbinenanlagen eingeschränkt ist, kann der „Kesselfolgemodus“ angewandt werden. (2) Turbinenfolgebetrieb (TURBINE FOLLOW, abgekürzt TF): Das grundlegende Arbeitsprinzip des Turbinenfolgebetriebs ist folgendes: Der Dampfkessel regelt die Ausgangsleistung der Anlage, während die Turbine den Dampfdruck reguliert. Abbildung 10-8 zeigt die Funktionsweise der Dampfturbine. Auf der Grundlage von Abbildung 10-8 kann das Blockdiagramm 10-9 erstellt werden. Abbildung 10-8: Schema der Steuerungsmethode der Dampfturbinen. Abbildung 10-9: Blockdiagramm der Steuerungsmethode der Dampfturbinen. Wenn sich der Lastbefehl N0 ändert, gibt der Hauptsteuerer des Kessels zunächst den Befehl MB aus, um die Verbrennungsrate des Kessels – sowie damit zusammenhängend auch den Wasserdurchfluss – zu ändern. Nach einer Änderung des Vorspannungswertes PT im Ruhezustand gibt der Hauptsteuerer der Dampfturbine den Befehl MT zur Änderung der Öffnungsgrad der Regelventile aus. Dadurch ändert sich die Menge an Dampf, die in die Dampfturbine strömt. Folglich ändert sich auch die von der Anlage erzeugte elektrische Leistung NE, bis sie mit dem Lastbefehl N0 übereinstimmt. Im endgültigen Gleichgewicht gilt NE = N0 und PT = P0. Wenn die Verbrennungsrate gestört wird, ändert sich der Dampfdruck und es entstehen Abweichungen. Auch der Dampffluss ändert sich, wodurch sich die von der Anlage erzeugte elektrische Leistung verändert. Um den Dampfdruck aufrechtzuerhalten, muss der Hauptsteuerer der Dampfturbinen die Ventile regulieren. Dadurch wird die Schwankung des Dampfflusses weiter verstärkt, was wiederum zu größeren Schwankungen in der von der Anlage erzeugten elektrischen Leistung führt – und somit zu größeren Abweichungen. Dies verursacht erhebliche Schwankungen der Ausgangsleistungsstärke. Die Besonderheit des Dampfturbinen-Antriebs ist: Die Dampfdruck Schwankungen sind gering. Da jedoch die Wärmespeicherkapazität des Kessels nicht genutzt wird und die Ausgangsleistung der Anlage nur dann ändert, wenn sich die Verbrennungsrate des Kessels ändert und dadurch der Hauptdampfdruck verändert, kommt es zu erheblichen Verzögerungen. Dadurch ist die Fähigkeit, sich an ändernde Lasten anzupassen, schlecht – was es erschwert, mit schwankenden Lasten umzugehen und am Netzregelbetrieb teilzunehmen. Diese Steuerungsart eignet sich für Anlageneinheiten mit Grundlast oder wenn die Anlage gerade in Betrieb genommen wird. Mit dieser Steuerungsart kann ein relativ stabiler Dampfdruck bei der Anlage aufrechterhalten werden, was die Bedingungen für einen stabilen Betrieb der Anlage schafft. Wenn die Turbinenanlage in der Einheitenanlage ordnungsgemäß funktioniert, aber die Ausgangsleistung der Anlage aufgrund von Störungen in den Anlagen des Kesselbereichs eingeschränkt ist, kann der Turbinenfolgemodus verwendet werden. 2. Die Steuerungsarten mit koordinierter Steuerung von Kessel und Dampfturbine – also die Steuerung, bei der der Kessel sowie die Dampfturbine der Last folgen – sind zwei eher extreme Steuerungsweisen. Bei wechselnden Lastbedingungen führen diese Methoden dazu, dass bei der Steuerung der erzeugten Leistung sowie des Dampfdrucks eines Aspekte zugunsten des anderen vernachlässigt wird. Daher sollten bei der Anwendung von Steuerstrategien die inhärenten Zusammenhänge des Systems sowie die Unterschiede in den dynamischen Eigenschaften der Maschinen berücksichtigt werden, wobei ein koordiniertes Steuerungsverfahren für Maschinen und Anlagen angewandt werden sollte. Die Steuerstrategie des koordinierten Steuerungsverfahrens besteht darin, gewisse Schwankungen des Dampfdrucks zuzulassen, damit die Wärmespeicherkapazität des Kessels voll ausgenutzt werden kann und das Kraftwerk sich schneller an die Lastanforderungen des Stromnetzes anpassen kann. Allerdings ist die Nutzung der Wärmespeicherkapazität des Kessels hier begrenzt; es muss sichergestellt werden, dass die Abweichung des Drucks vor der Maschine vom vorgegebenen Wert nicht über den zulässigen Wert hinausgeht. Daher ermöglicht die koordinierte Steuerung es dem Kraftwerk, sich schnell an die Lastanforderungen des Stromnetzes anzupassen, und sorgt gleichzeitig dafür, dass die Schwankungen des Dampfdrucks im zulässigen Bereich bleiben. Es gibt drei gängige Methoden zur koordinierten Steuerung von Maschine und Kessel: die auf dem Nachfolgen des Kessels basierende Koordinationssteuerung, die auf dem Nachfolgen der Dampfturbine basierende Koordinationssteuerung sowie die integrierte Koordinationssteuerung. (1) Die auf dem Prinzip des Kesselfolgens beruhende koordinierte Steuerung wurde bereits erläutert. Die Besonderheit der Laststeuerung nach diesem Prinzip ist, dass bei Änderungen der Lastanforderungen eine schnelle Reaktion möglich ist – doch die Druck Schwankungen vor dem Motor sind groß. Daher wird für das Signal zur Regulierung der Drehzahl der Dampfturbine – also für die Ausgabe des Hauptreglers der Dampfturbine, PIT – eine Begrenzungsstufe eingeführt, wie in Abbildung 10-10 dargestellt. http://rgtjjpkc.njit.edu.cn/admins/attachment/article/attachment/Mon_1003/581595_7776c189ed6.jpg (a) (b) Abbildung 10-10: (a) Koordinierte Steuerung auf der Grundlage der Nachfolge des Kessels ； (b) Die Eigenschaften der nichtlinearen Elemente im Totzonenbereich können anhand von Abbildung 10-10 in Form eines Blockdiagramms dargestellt werden – siehe Abbildung 10-11. Abbildung 10-11: Blockdiagramm des koordinierten Steuerungsverfahrens, das auf der Steuerung der Dampfkessel beruht. Im dynamischen Prozess hat eine Abweichung des Dampfdrucks innerhalb des unempfindlichen Bereichs der nichtlinearen Komponente keine Auswirkungen auf den MT. Wenn die Abweichung jedoch außerhalb dieses Bereichs liegt, wird der MT durch die nichtlineare Komponente eingeschränkt. Dadurch wird verhindert, dass sich die Öffnungsgrad der Turbinentüren weiter ändert – mit dem Ziel, die Abweichung des Dampfdrucks zu begrenzen. Die Größe des Unempfindlichkeitsbereichs gibt eine grobe Vorstellung davon, welchen Spielraum die Abweichung des Hauptdampfdrucks während des Betriebs der Anlage aufweisen darf. Diese Steuerungsart wurde auf der Basis des Kessel-Folgemodus verbessert. Da Maschinen und Kessel bei der gemeinsamen Aufrechterhaltung des Dampfdrucks koordinierte Steuerungsmaßnahmen ergreifen, wird diese Art der Steuerung als koordinierte Steuerung auf Basis der Nachfolge des Kessels bezeichnet. Aus der einschränkenden Wirkung der Dampfdruckabweichungen auf die Steuerventile der Dampfturbinen geht hervor, dass zwar dadurch die Schwankungen des Dampfdrucks innerhalb des zulässigen Bereichs gehalten werden können, doch gleichzeitig auch die Reaktionsgeschwindigkeit der erzeugten elektrischen Leistung verringert wird. Im Grunde wird also die Verbesserung der Qualität der Dampfdrucksteuerung durch eine Verringerung der Reaktionsfähigkeit der erzeugten elektrischen Leistung erkauft. In diesem Sinne ist das Ergebnis der koordinierten Steuerung eine Steuerungsqualität, die sowohl die elektrische Leistung als auch den Dampfdruck berücksichtigt. (2) Koordinierte Steuerungsmethode auf der Grundlage des Turbinenfolgens. Wie bereits erwähnt, weist die Laststeuerungsmethode mit Turbinenfolgen folgende Eigenschaften auf: Bei Änderungen der Lastanforderungen ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Last gering, doch die Schwankungen des Hauptdampfdrucks sind klein. Um die Reaktionsgeschwindigkeit des Lastverhaltens dieses Steuerungssystems zu erhöhen, muss man versuchen, die Wärmespeicherkapazität des Kessels zu nutzen. Zu diesem Zweck wird auf der Grundlage des Turbinenfolgeprinzips es ermöglicht, dass der Hauptdampfdruck innerhalb eines bestimmten Bereichs variiert. Dadurch entsteht ein koordiniertes Steuerungssystem, das auf dem Turbinenfolgeprinzip beruht – wie in den Abbildungen 10-12 dargestellt. Abbildung 10-12: (a) Koordinierte Steuerung auf der Grundlage der Nachfolge des Dampfturbsins; (b) Eigenschaften der begrenzenden, nichtlinearen Komponenten. Aus Abbildung 10-12 kann das Blockdiagramm 10-13 erstellt werden. Abbildung 10-13: Blockdiagramm des koordinierten Steuerungsverfahrens auf der Grundlage der Anpassung der Dampfturbinen. Während das Signal zur Messung der Leistungsabweichung an den Regler der Dampfkessel, PIB, weitergeleitet wird, wird es gleichzeitig über einen nichtlinearen Schaltkreis auch an den Regler der Dampfturbinen, PIT, weitergeleitet. Im dynamischen Prozess kann das Signal als Teil des vorgegebenen Werts für den Hauptdampfdruck angesehen werden. Wenn >0 ist (es wird eine Erhöhung der Leistung der Anlage gefordert), sinkt der vorgegebene Druck des Hauptdampfs. Der Hauptregler der Dampfturbine, PIT, gibt den Befehl, die Regulierungsventile zu öffnen, um die Leistung der Anlage zu erhöhen ； Wenn