(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl6: F01K 13/02 (54)Sposób i układ regulacji mocy czynnej ciepłowniczego bloku energetycznego z turbiną przeciwprężną (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/95 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/99 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Automatyki Systemów Energetycznych, Wrocław, PL (72) Twórcy wynalazku: Piotr Czeczennikow, Wrocław, PL Edward Mileszczuk, Wrocław, PL Jan Jędrusik, Wrocław, PL Leszek Nawrocki, Wrocław, PL Zbigniew Stawiński, Wrocław, PL Zbigniew Wierzbicki, Wrocław, PL Włodzimierz Obaleński, Wrocław, PL Krzysztof Mariański, Wrocław, PL PL B1 (57) 1. Sposób regulacji mocy czynnej ciepłowniczego bloku energetycznego z turbiną przeciwprężną, w którym moc czynną bloku reguluje się zmieniając położenia zaworów regulacyjnych turbiny regulatorem mocy, a ciśnienie pary za pomocą regulatora ciśnienia oddziaływującego na sygnał zadanego strumienia paliwa, znamienny tym, że składnik sygnału mocy zadanej zawierający sygnał sterujący z regulatora centralnego Krajowej Dyspozycji Mocy oraz sygnał proporcjonalny do odchyłki częstotliwości w systemie elektroenergetycznym, przetwarza się w równolegle połączonym bloku matematycznym liniowym (BML) i członie różniczki rzeczywistej (D), po czym przetworzone sygnały składnika mocy zadanej sumuje się i tak otrzymanym sygnałem koryguje się wartość zadaną sygnału odpowiedzialnego za natężenie przepływu wody w sieci ciepłowniczej.

2 Sposób i układ regulacji mocy czynnej ciepłowniczego bloku energetycznego z turbiną przeciwprężną Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób regulacji mocy czynnej ciepłowniczego bloku energetycznego z turbiną przeciwprężną, w którym moc czynną bloku reguluje się zmieniając położenia zaworów regulacyjnych turbiny regulatorem mocy, a ciśnienie pary za pomocą regulatora ciśnienia oddziaływującego na sygnał zadanego strumienia paliwa, znamienny tym, że składnik sygnału mocy zadanej zawierający sygnał sterujący z regulatora centralnego Krajowej Dyspozycji Mocy oraz sygnał proporcjonalny do odchyłki częstotliwości w systemie elektroenergetycznym, przetwarza się w równolegle połączonym bloku matematycznym liniowym (BML) i członie różniczki rzeczywistej (D), po czym przetworzone sygnały składnika mocy zadanej sumuje się i tak otrzymanym sygnałem koryguje się wartość zadaną sygnału odpowiedzialnego za natężenie przepływu wody w sieci ciepłowniczej. 2. Sposób regulacji według zastrz. 1, znamienny tym, że dobiera się w bloku matematycznym liniowym (BML) oraz w członie różniczki rzeczywistej (D) wartości wzmocnień tak, aby zmianom mocy czynnej bloku towarzyszyły zachodzące w tym samym kierunku zmiany przepływu wody sieciowej powodujące utrzymanie wartości temperatury wody sieciowej na wylocie z układu wymienników ciepłowniczych na zadanym poziomie, w granicach wartości dopuszczalnych. 3. Układ regulacji mocy ciepłowniczego bloku energetycznego zawierający kocioł parowy, przeciwprężną turbinę parową sprzęgniętą z generatorem synchronicznym, której wylot jest połączony z układem wymienników współpracujących z siecią ciepłowniczą o zmiennym, w wąskich granicach, natężeniu przepływu wody sieciowej, znamienny tym, że sygnał sterujący regulatora centralnego Krajowej Dyspozycji Mocy oraz sygnał proporcjonalny do odchyłki częstotliwości w systemie elektroenergetycznym są połączone poprzez układ równolegle połączonego bloku matematycznego liniowego (BML) i członu różniczki rzeczywistej (D), których wyjścia są połączone w węźle sumującym, z organem wykonawczym regulującym natężeniem przepływu wody sieciowej. 4. Układ regulacji według zastrz. 3, znamienny tym, że organem wykonawczym jest sprzęgło hydrokinetyczne pompy sieciowej o zmiennej prędkości obrotowej. 5. Układ regulacji według zastrz. 3, znamienny tym, że blok matematyczny liniowy (BML) zawiera szeregowo połączony układ limitera (L) z członem (C) o charakterystyce proporcjonalnej. 6. Układ regulacji według zastrz. 5, znamienny tym, że charakterystyka członu (C) ma nastawialne wzmocnienie. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ regulacji mocy czynnej ciepłowniczego bloku energetycznego z turbiną przeciwprężną, uczestniczącego w regulacji pierwotnej i wtórnej systemu elektroenergetycznego. Zmianom mocy czynnej bloku ciepłowniczego, wyposażonego w turbinę przeciwprężną towarzyszą zmiany temperatury wody sieciowej na wylocie z wymiennika ciepła, które nie powinny przekraczać granicznie dopuszczalnych odchyłek od wartości zadanej. Spełnienie tego wymagania ogranicza udział, a praktycznie eliminuje bloki ciepłownicze omawianego typu z uczestnictwa w regulacji pierwotnej i wtórnej mocy czynnej systemu elektroenergetycznego.

3 Znany jest z publikacji pn." Metoda określania optymalnych dobowych przebiegów obciążeń elektrociepłowni komunalnych z turbinami przeciwprężnymi" oraz publikacji pn. " Uproszczona metoda określania optymalnych dobowych przebiegów obciążeń elektrociepłowni komunalnych z turbinami przeciwprężnymi" - Prace Naukowe Instytutu Energoele ktryki Politechniki Wrocławskiej nr 20, str oraz str z 1973 r., sposób regulacji mocy czynnej bloku ciepłowniczego wyposażonego w turbinę omawianego typu, polegający na dopuszczeniu do odchyleń mocy cieplnej od zadanej wartości dobowej przy założeniu, iż średnia dobowa moc cieplna równa się mocy zadanej. Istota sposobu polega na doborze odpowiednich przedziałów czasu doby, w których moc cieplna bloku ma być mniejsza lub większa od wartości zadanej. Umożliwia to uzyskanie zwiększonej mocy elektrycznej bloku w godzinach szczytowego jej zapotrzebowania. Opisanemu sposobowi uzyskiwania mocy elektrycznej w szczycie obciążenia systemu elektroenergetycznego towarzyszą duże odchyłki temperatury wody sieciowej na wylocie z wymiennika sieciowego, przy stałym natężeniu przepływu wody sieciowej. Znany jest ilościowo - jakościowy sposób regulacji mocy cieplnej bloku polegający na równoczesnej zmianie temperatury wody na wylocie z wymiennika ciepła w elektrociepłowni lub ciepłowni oraz natężenia przepływu tej wody. Celem powyższego sposobu jest uzyskanie szybszego dostosowania temperatury wody u odległego od źródła ciepła odbiorcy do zmiennych warunków atmosferycznych. W systuacjach awaryjnych bloki ciepłownicze z turbinami przeciwprężnymi uczestniczą w regulacji pierwotnej, lecz tylko w celu nie dopuszczenia do ich uszkodzeń wywołanych dużymi zmianami częstotliwości - w warunkach tych odstępuje się od wymagań jakościowych dotyczących parametrów wody sieciowej na wylocie z wymienników ciepłowniczych. Natomiast regulacja wtórna odbywa się ręcznie poprzez oddziaływanie na zawory regulacyjne turbiny i ręcznie lub automatycznie na zmiany strumienia paliwa dostarczanego do młynów węglowych w taki sposób, aby na wylocie z wymiennika ciepłowniczego uzyskać wymaganą temperaturę wody sieciowej. Znany jest sposób automatycznej regulacji temperatury wody sieciowej za wymiennikami ciepłowniczymi, polegający na tym, że oddziaływuje się regulatorem temperatury na wartość zadaną mocy czynnej bloku. Znany jest również sposób regulacji temperatury wody sieciowej na wylocie z wymienników ciepłowniczych polegający na tym, że regulatorem temperatury oddziaływuje się na wartość zadaną regulatora ciśnienia pary w wymienniku ciepłowniczym, którym to regulatorem steruje się położeniem zaworów regulacyjnych turbiny. W opisanych sytuacjach moc czynna bloku ma wartość niezależną od wymagań systemu elektroenergetycznego. Znany jest z czasopisma Energetyka nr 4 z 1989 r., str 138 sposób regulacji mocy, w którym moc bloku energetycznego reguluje się zmieniając położenia zaworów regulacyjnych turbiny regulatorem mocy, a regulatorem ciśnienia pary oddziaływuje się na sygnał zadanego strumienia paliwa, który koryguje się sygnałem współczynnika wartości opałowej węgla, tworzonym w regulatorze kaloryczności węgla. Uchyb regulatora kaloryczności jest różnicą sygnału przepływu pary do turbiny oraz iloczynu sygnału sumarycznej prędkości podajników węgla i sygnału współczynnika wartości opałowej węgla. Opisany sposób regulacji mocy czynnej dotyczy bloków z turbinami kondensacyjnymi. Celem wynalazku jest umożliwienie wykorzystania bloku ciepłowniczego z turbiną przeciwprężną, do regulacji pierwotnej i wtórnej mocy czynnej, przy równoczesnym utrzymywaniu odchyłek temperatury wody sieciowej w granicznie dopuszczalnym przedziale wartości. Sposób regulacji mocy czynnej bloku ciepłowniczego z turbiną przeciwprężną według wynalazku, w którym moc czynną bloku reguluje się zmieniając położenia zaworów regulacyjnych turbiny regulatorem mocy, a ciśnienie pary za pomocą regulatora ciśnienia oddziaływującego na sygnał zadanego strumienia paliwa, charakteryzuje się tym, że składnik sygnału mocy zadanej zawierający sygnał sterujący z regulatora centralnego Krajowej Dyspozycji Mocy oraz sygnał proporcjonalny do odchyłki częstotliwości w systemie

4 elektroenergetycznym, przetwarza się w układzie równolegle połączonego matematycznego bloku liniowego i członu różniczki rzeczywistej, przy czym przetworzone sygnały składnika mocy zadanej sumuje się i tak otrzymanym sygnałem koryguje się wartość zadaną sygnału odpowiedzialnego za natężenie przepływu wody w sieci ciepłowniczej. Przypadki jakie mogą zaistnieć w wyniku działania powyższego sygnału sprowadzają się do tego, że zmianom mocy bloku towarzyszą zmiany temperatury wody sieciowej w tym samym, w przeciwnym kierunku lub nie zachodzą wcale. Pożądane jest, aby zmianom mocy czynnej bloku towarzyszyły zachodzące w tym samym kierunku zmiany przepływu wody sieciowej powodujące utrzymanie wartości temperatury wody sieciowej na wylocie z układu wymienników ciepłowniczych na zadanym poziomie, w granicach wartości dopuszczalnych. Takie postępowanie powoduje korzystny ze względów regulacyjnych podział energii dostarczonej w paliwie na energię elektryczną i energię przekazaną do sieci cieplnej. Proponowany sposób regulacji jest dopuszczalny, gdyż zmiany zapotrzebowania energii elektrycznej i cieplnej przebiegają losowo i są od siebie niezależne, a prędkości zmian zapotrzebowania energii elektrycznej są znacznie większe od prędkości zmian zapotrzebowania energii cieplnej. Ponadto wykorzystywany sygnał sterujący regulatora centralnego oraz sygnał proporcjonalny do odchyłki częstotliwości w systemie elektroenergetycznym mają charakter bipolarny, a ich wartości średnie w czasie zbliżone są do zera. Sposób regulacji według wynalazku umożliwia blokowi ciepłowniczemu uczestniczenie w regulacji pierwotnej i wtórnej systemu elektroenergetycznego. Układ regulacji mocy czynnej ciepłowniczego bloku energetycznego według wynalazku, zawierający kocioł parowy, przeciwprężną turbinę parową sprzęgniętą z generatorem synchronicznym, której wylot jest połączony z układem wymienników współpracujących z siecią ciepłowniczą o zmiennym, w wąskich granicach, natężeniu przepływu wody sieciowej, charakteryzuje się tym, że sygnał sterujący regulatora centralnego oraz sygnał proporcjonalny do odchyłki częstotliwości w systemie elektroenergetycznym są połączone poprzez układy równoległy bloku matematycznego liniowego i członu różniczki rzeczywistej, których wyjścia są połączone w sumatorze, z organem wykonawczym regulującym natężenie przepływu wody w sieci ciepłowniczej. W szczególnym przypadku organem wykonawczym regulującym natężenie przepływu wody sieciowej jest sprzęgło hydrokinetyczne pompy sieciowej o zmiennej prędkości obrotowej. Blok magnetyczny liniowy zawiera szeregowo połączony układ limitera z członem o charakterystyce proporcjonalnej. Układ regulacji według wynalazku umożliwia regulację pierwotną i wtórną mocy czynnej bloku ciepłowniczego z turbiną przeciwprężną przy równoczesnej kompensacji zakłóceń pracy sieci ciepłowniczej. Wynalazek jest przybliżony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy połączenia układu ciepłowniczego bloku energetycznego, posiadającego układ automatycznej regulacji typowy dla prowadzącej turbiny, z systemem regulacji mocy pierwotnej i wtórnej systemu elektroenergetycznego. Wyjście regulatora centralnego RC Krajowej Dyspozycji Mocy, na którym pojawia się sygnał sterujący szybkozmienny Y1 jest połączone z pierwszym sumatorem S1, na którego inne wejście jest podawany sygnał proporcjonalny do odchyłki częstotliwości k F w systemie elektroenergetycznym. Wyjście pierwszego sumatora S1, na którym pojawia się składnik sygnału mocy zadanej Nz1 jest połączone z drugim sumatorem S2, na którego inne wejście jest podawany sygnał mocy bazowej NB oraz z wejściem równolegle połączonego bloku matematycznego liniowego BML i członu różniczki rzeczywistej D, których wyjścia są połączone w trzecim sumatorze S3. Wyjście tego sumatora jest połączone z wejściem czwartego sumatora S4, na którego inne wejście jest podawana wartość zadana obrotów nz regulatora obrotów Rn. Wyjście drugiego sumatora S2 jest połączone sygnałem mocy zadanej NZ z wejściem regulatora mocy RN, na którego inne wejście jest podaany z wyjścia generatora synchronicznego G sygnał mocy rzeczywistej Nrz. Zmiany mocy czynnej spowodowane działaniem regulacji pierwotnej i wtórnej następują wokół mocy bazowej NB zadawanej ręcznie lub automatycznie, przy czym wartość czynnej mocy bazowej jest uza-

5 leżniona od wymaganej temperatury wody sieciowej T na wylocie z układu wymienników ciepłowniczych WC. Wyjście regulatora mocy RN steruje natężeniem przepływu pary świeżej przed turbiną przeciwprężną TP, poprzez działanie na stopień otwarcia zaworów, które z kolei są połączone z kotłem K. Mierzone na jego wyjściu ciśnienie rzeczywiste pary Prz jest podawane do regulatora ciśnienia RB, na którego inne wejście jest podawany sygnał ciśnienia zadanego Pz. Wyjście regulatora ciśnienia RB oddziaływuje na strumień paliwa podawanego do kotła, poprzez zmianę prędkości obrotowej podajników węgla. Układ ciepłowniczy bloku współpracuje z siecią ciepłowniczą SC, w której natężeniem przepływu wody steruje zespół pomp sieciowych P. Wyjście zespołu jest połączone z układem wymienników ciepłowniczych WC, który jest połączony ponadto z wylotem turbiny przeciwprężnej TP. Wyjście czwartego sumatora S4, na którym pojawia się wartość zadana obrotów nz, jest połączone z wejściem regulatora obrotów Rn o charakterystyce proporcjonalno-całkującej P1, na którego inne wejście jest podawany sygnał obrotów rzeczywistych nrz zespołu pomp sieciowych P. Regulator obrotów Rn steruje poprzez sprzęgło hydrokinetyczne zmienną prędkością obrotową zespołu pomp sieciowych P. Sumę sygnału sterującego szybkozmiennego Y1 z regulator centralnego RC oraz sygnału proporcjonalnego do odchyłki częstotliwości k F w systemie elektroenergetycznym przetwarza się w równolegle połączonym bloku matematycznym liniowym BML i członie różniczki rzeczywistej D, po czym przetworzone sygnały składnika mocy zadanej sumuje się i tak otrzymanym sygnałem koryguje się wartość zadaną nz, regulatora obrotów Rn, odpowiedzialnego za natężenie przepływu wody w sieci ciepłowniczej SC, utrzymując zmiany jej temperatury T, za układem wymienników ciepłowniczych WC w zadanych granicach wartości dopuszczalnych.

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.