Full Text

Задачей энергетики как отрасли народного хозяйства является обеспечение электрической и тепловой энергией всех ее потребителей - от промышленности до индивидуального потребителя. Одной из особенностей производства электроэнергии является невозможность выделения из всего потока электроэнергии с отклоняющимися параметрами, которая неизбежно используется потребителями. Вынужденное потребление такой электроэнергии вызывает у потребителей отказы технологического оборудования, брак продукции, нарушение режимов производства. Частота электрического тока является одним из показателей качества электрической энергии и важнейшим параметром режима энергосистемы. Согласно [1] частота должна находиться в пределах 50±0,02 Гц не менее 95 % времени суток, не выходя за предельно допустимые 50±0,04 Гц. Для обеспечения выработки электроэнергии заданного качества применяется нормированное первичное и автоматическое вторичное регулирование частоты. В работах [2, 3] установлены требования к быстродействию изменения нагрузки энергоблока, поэтому в системе управления энергоблока задача регулирования частоты сводится к задаче регулирования мощности, так как частота и нагрузка взаимосвязаны. Анализ литературных источников [4-9] показывает, что задача исследования системы автоматического регулирования мощности рассматривалась без учета реального характера возмущающих воздействий по нагрузке. Стандарт [2] устанавливает требования к динамическим характеристикам энергоблоков в условиях искусственно созданного скачкообразного изменения частоты. Для реальной работы энергосистемы скачкообразные изменения частоты не характерны. Сигналы частоты и активной мощности, получаемые системой автоматического управления мощностью (САУМ) энергоблока, являются стохастическими и содержат значительные шумовые составляющие. В современных САУМ выделяют две системы автоматического регулирования мощности, которые принято считать «традиционными» [10]: - САУМ-1, в которой давление пара поддерживается турбинным регулятором, а мощность энергоблока - котельным регулятором, воздействующим на обобщенный регулирующий орган котла. Данная система применяется преимущественно с барабанным типом котла; - САУМ-2, в которой регулятор давления воздействует на обобщенный регулирующий орган котла, а регулятор мощности - на положение клапанов турбины. При такой системе удается быстро и точно поддерживать мощность энергоблока и существенно хуже - давление пара перед турбиной. При управлении энергоблоками с прямоточными котлами в качестве схемы регулирования мощности энергоблока изменением давления пара применяется САУМ-2 с дополнительными форсирующими сигналами на котельный и турбинный регуляторы. На рис. 1 представлена схема САУМ-2 [11], на которой КРД - котельный регулятор давления, а ТРМ - турбинный регулятор мощности. Упрощенная структурная схема системы регулирования мощности энергоблока представлена на рис. 2, на которой W11(s) - передаточная функция (ПФ) по каналу «% открытия клапана на линии подачи газа - давление острого пара», W22(s) - ПФ по каналу «% открытия клапана на линии острого пара - мощность энергоблока», W12(s) - ПФ по каналу «% открытия клапана на линии подачи газа - мощность энергоблока», W21(s) - ПФ по каналу «положение ТРМ - давление острого пара». КРД Pт РК Nзд ТРМ N ТРМ F Hт Pзд Рис. 1. Структурная схема системы САУМ-2 КРД N(t) vэкв(t) m1(t) - ТРМ Nзд m2(t) - Pоп(t) W11(s) W22(s) W12(s) W21(s) Рис. 2. Упрощенная структурная схема системы регулирования мощности энергоблока Рассматривая задачу стабилизации мощности и давления, каждый контур регулирования можно представить одноконтурной информационной схемой (рис. 3), на которой РУ - регулирующий орган, ОУ - объект управления, νэкв(t) - эквивалентное возмущающее воздействие для системы стабилизации мощности турбины, учитывающее внешние воздействия со стороны энергосистемы и функционирование КРД. Воздействие νэкв(t) для системы стабилизации давления острого пара определяется возмущением от контуров стабилизации расхода топливного газа и ТРМ. РУ y(t) vэкв(t) m(t) - ОУ mзд(t) Рис. 3. Одноконтурная информационная схема Для режима нормальной эксплуатации эквивалентные возмущения могут быть получены по результатам вычислительного эксперимента с использованием базы данных АСУТП энергоблока. Структурная схема проведения эксперимента по получению эквивалентного возмущения согласно методике, описанной в [12], приведена на рис. 4, на которой µ(t), y(t) - данные тренда системы управления, Ŵµ(s) - модель объекта управления. ОУ y(t) vэкв(t) m(t) + - Рис. 4. Структурная схема проведения эксперимента по получению эквивалентного возмущения За объект управления принят энергоблок 800 МВт Пермской ГРЭС, в состав которого входят прямоточный котел типа ТПП-804 (ПП-2650-255-545/545) ТКЗ, паровая турбина К-800-240-5 ПО ЛМЗ и генератор переменного тока ТЗВ-800-2УЗ ЛЗО «Электросила». АСУТП реализовано на базе технических средств ПТК TELEPERM XP-R. Сотрудниками электростанции в 2015 г. проведены эксперименты по исследованию динамических характеристик объекта управления. Временные экспериментальные характеристики обработаны методом Симою для котельного агрегата и методом наименьших квадратов для турбоагрегата [13-15], что позволило получить передаточные функции по каналам воздействий следующего вида, МПа/%: (1) (2) (3) (4) где - передаточная функция канала «расход топливного газа (% открытия клапана по газу) - давление острого пара»; - передаточная функция канала «расход топливного газа (% открытия клапана по газу) - мощность энергоблока»; - передаточная функция канала «расход острого пара (% открытия клапана) - мощность энергоблока с учетом проседания мощности турбины, вызванной небалансом вырабатываемого острого пара и необходимого расхода острого пара для обеспечения заданной мощности»; - передаточная функция канала «расход острого пара (% открытия клапана) - мощность энергоблока без учета проседания мощности, вызванной небалансом вырабатываемого острого пара». Тренды технологических параметров энергоблока в режиме нормальной эксплуатации приведены на рис. 5. Время, с 762,50 762,00 761,50 761,00 760,50 760,00 759,50 759,00 758,50 758,00 а Время, с 79,55 79,50 79,45 79,40 79,35 79,30 79,25 79,20 79,15 б Время, с 56,00 55,80 55,60 55,40 55,20 55,00 54,80 54,60 54,50 в Рис. 5. Фрагменты трендов сигналов технологических параметров в режиме нормальной эксплуатации энергоблока: а - мощность энергоблока; б - положение клапана турбинного регулятора мощности; в - расход газа В приложении Simulink математического пакета MatLab [16] построены модели получения эквивалентного возмущения по давлению острого пара для котельного агрегата и по мощности для турбоагрегата. Структурная схема получения эквивалентного возмущения системы стабилизации давления острого пара представлена на рис. 6. Рис. 6. Структурная схема получения эквивалентного возмущения системы стабилизации давления острого пара В [17, 18] рассмотрены результаты оценки трендов технологических параметров системы управления мощностью энергоблока 800 МВт Пермской ГРЭС, работающего в режиме нормальной эксплуатации. Значения математического ожидания и среднеквадратичного отклонения, автокорреляционные и спектральные функции центрированных реализаций эквивалентных возмущений контуров стабилизации давления острого пара и нагрузки турбоагрегата приведены на рис. 7. Модели автокорреляционных функций эквивалентных возмущений согласно [19, 20] рассматриваются в виде выражения . Полученные оценки эквивалентных возмущений свидетельствуют, что адекватной моделью объекта управления для турбинного регулятора мощности в режиме нормальной эксплуатации является передаточная функция (4). В этой модели не учитывается эффект «проседания мощности энергоблока», вызванный небалансом острого пара. Небаланс острого пара при исследовании контура регулирования мощности блока следует рассматривать как ограничение на управляющее воздействие. Рис. 7. Вероятностные оценки эквивалентного возмущения для котельного агрегата и турбоагрегата в режиме нормальной эксплуатации Сравнительный анализ области наиболее интенсивных частот эквивалентных возмущающих воздействий показал, что диапазон интенсивных частот спектра эквивалентных возмущений для турбинного регулятора мощности лежит в диапазоне от 0 до 0,05 Гц, а для котельного регулятора давления - в диапазоне от 0 до 0,1 Гц. Решение задачи параметрического синтеза ПИ-алгоритма ТРМ и КРД выполнялось с использованием моделей динамики вход-выход (3) и (4) по методике [12] для степени затухания 0,9 и ограничении на частотный показатель колебаний. Значения параметров ПИ-алгоритма следующие: - для КРД: Кр = 3,2 [%/МПа], Ти = 82 с, fрез =0,0014 Гц; - для ТРМ: Кр = 0,14 [%/МПа], Ти =3 с, fрез = 0,08 Гц. Сравнение диапазона интенсивных частот спектра эквивалентных возмущений и резонансных частот (fрез = 0,0014 Гц , ∆f 0-0,1 Гц для КРД; fрез = 0,08 Гц, ∆f 0-0,05 Гц для ТРМ) показывает, что в режиме нормальной эксплуатации эффективное управление мощностью энергоблока можно обеспечить лишь системой вторичного регулирования частоты ТРМ. Особенностью модели динамики объекта управления для КРД является значительное запаздывание по каналу управления. Резервом повышения эффективности системы автоматического управления мощности энергоблока является применение алгоритмов улучшенного управления (упредитель Смита, управление с применением внутренней модели). Выводы. Выполненное исследование позволило получить оценки стохастических свойств эквивалентных возмущений системы управления мощностью энергоблока. Анализ спектральных характеристик эквивалентных возмущений и частотных свойств замкнутых контуров котельного регулятора давления и турбинного регулятора мощности показывает, что резервом повышения эффективности системы управления мощностью энергоблока является применение алгоритмов улучшенного управления.

About the authors

N. I Pigasova

Perm National Research Polytechnic University

A. G Shumikhin

Perm National Research Polytechnic University

B. G Stafeychuk

Perm National Research Polytechnic University

O. A Smirnov

AO Inter RAO-Elektrogeneratsiia

References

Statistics

Views

Abstract - 28

PDF (Russian) - 18

Refbacks

• There are currently no refbacks.