CN111148887A - 蒸汽涡轮机控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行蒸汽涡轮机(1)的方法，其中蒸汽涡轮机(1)具有至少两个子涡轮机(2a、2b、2c、5)，其中蒸汽涡轮机(1)配有蒸汽涡轮机控制器(3)，该蒸汽涡轮机控制器对于每个子涡轮机(2a、2b、2c)分别具有一个子涡轮机控制器(3a、3b、3c)，并且其中每个子涡轮机控制器(3a、3b、3c)在运行中将相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)的相应目标值与相应实际值进行比较，以便为相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)确定相应的控制偏差。

Description

蒸汽涡轮机控制

技术领域

本发明涉及一种用于运行蒸汽涡轮机的方法、一种具有蒸汽涡轮机控制器的蒸汽涡轮机以及一种蒸汽涡轮机控制器。

背景技术

国家的电力市场需求会随着时间而变化。此外，各省、电厂运营商和网络运营商的要求也有所不同。例如，与馈入大型电厂网络的电厂相比，与小型网络和周期性用户连接的电厂自然会更重视精确的频率控制。这同样适用于所需的启动时间、负载变化、停机时间等。这些运行模式差异导致了对蒸汽涡轮机运行方式的不同要求。变化的或特定于省的运行方式又需要蒸汽涡轮机控制结构的适配。然而，固定预设的结构使得仅在花费很大工作量的情况下才能灵活地响应于所需的运行方式和物理边界条件。

要求蒸汽涡轮机控制器具有更大灵活性的示例：

–如果为了保持更大的控制储备而利用中压和低压涡轮控制功率或频率，并且高压涡轮打滑或控制高压系统中的压力，则为此需要结构的适配。

–在一些运行方式中，一个涡轮级有针对性地调节热应力并且第二涡轮级调节总功率，这些运行方式在没有控制器结构变化的情况下无法实现。

–为了实现最佳的经济性和控制质量，过载放电需要设定不同的目标值。

–如果在加载过程中耗尽了涡轮级的最大热应力，则应仅更缓慢地加载该涡轮级。相反，如果尚未达到涡轮级在允许应力下的功率，则应相应地更快地增大功率，从而保持模块瞬态。

蒸汽涡轮机控制器的固定预设结构降低了蒸汽涡轮机运行的灵活性，或者说当改变蒸汽涡轮机运行构想时会导致相当大的工作量。

例如由DE 60 121 679 T2已知多级蒸汽涡轮机。

发明内容

因此，需要指明使蒸汽涡轮机可以更灵活地运行的方式。

根据本发明，在具有至少两个子涡轮机的蒸汽涡轮机中使用一个蒸汽涡轮机控制器，该蒸汽涡轮机控制器对于每个子涡轮机分别具有一个子涡轮机控制器，其中每个子涡轮机控制器在运行中将相应的子涡轮机的相应目标值与相应实际值进行比较，以便为相应的子涡轮机确定相应的控制偏差。

因此，对于每个子涡轮机，针对多个过程变量使用单个涡轮机控制器，并且必要时所存在的物理耦合仅通过各个子涡轮机控制器的目标值进行映射。通过该变化，子涡轮机能够仅根据其自身的规格和物理边界条件来调节其功率、压力甚至热应力。由此显著降低了控制器结构的复杂性，并且在一定程度上提高了灵活性。因此，这可以使得蒸汽轮机控制器的结构更简单，基于相应目标值的运行方式更加灵活，对运行边界条件的考虑更加灵活，并且在考虑经济性和控制质量的情况下实现最佳运行。

子涡轮机控制器可以根据不同的运行模式来运行相应的子涡轮机。运行模式可以例如是功率控制、频率控制、转速控制、新鲜蒸汽或预压力控制或者背压控制等运行模式。在功率控制中，受控变量为应输送到公共联合电网的电功率。当主电网开关被断开时，在孤岛运行的运行方式中选择频率控制，因为这时发电机必须为孤岛电网供电。这在联合电网出现故障时是必需的。在此，受控变量为电压频率或间接地为蒸汽涡轮机转速。相反，在怠速时选择转速控制。转速将受到控制。例如在启动时就是这种情况，其中必须遵守特定的转速轨迹。在新鲜蒸汽或预压力控制中，受控变量为新鲜蒸汽压力，新鲜蒸汽压力会由于其他用电器而变化。通过蒸汽涡轮机比通过燃烧器的间接控制的速度更快，即动态性更好，这是因为在对比载体中产生蒸汽的动态性较差。当低压涡轮级通向蒸汽导轨时，可以使用背压控制。

子涡轮机控制器优选地驱动相应的子涡轮机所配有的相应的涡轮机阀。各个涡轮机阀使蒸汽涡轮机可以自由地彼此独立地控制各个过程变量，即相应子涡轮机的压力、子涡轮机的功率、子涡轮机的温度应力或温度下降。涡轮机阀可以是新鲜蒸汽阀，其例如被设计为传统的节流阀或喷嘴组。

根据本发明，在一个运行模式中利用子涡轮机控制器中的一个子涡轮机控制器来设置相应的功率值。因此，过程变量中的子涡轮机功率可以独立于其他值被控制。

在一个运行模式中，优选地利用子涡轮机控制器中的一个子涡轮机控制器来设置相应的压力值。因此，可以独立于其他值来控制过程变量中的相应子涡轮机压力。热边界条件也仅影响相关的子涡轮机。

在一个运行模式中，优选地利用子涡轮机控制器中的一个子涡轮机控制器来设置相应的温度值。因此，可以独立于其他值来控制过程变量中的子涡轮机温度应力。

优选使用PID控制器作为相应的子涡轮机控制器。PID控制器(比例-积分-微分控制器)由P环节、I环节和D环节组成。PID控制器可以由并联结构或串联结构来定义。PID控制器的适配性很强，在目标值恒定的情况下可以在参考变量和干扰变量跳变时防止永久的控制偏差，并且可以补偿例如由受控系统的PT1环节引起的延迟，从而可简化受控系统。

此外，本发明还包括一种具有蒸汽涡轮机控制器的蒸汽涡轮机和一种蒸汽涡轮机控制器。

附图说明

下面将参考示意性附图说明根据本发明的方法的优选实施方式。其中：

图1示出了具有对应的蒸汽涡轮机控制器的蒸汽涡轮机的示意图。

具体实施方式

所示的蒸汽涡轮机1具有分配给蒸汽涡轮机1的蒸汽涡轮机控制器3。

蒸汽涡轮机1可以是发电厂中所使用的涡轮机组的一部分。

在本实施例中，蒸汽涡轮机1被设计为双流式。蒸汽涡轮机也可以不同于本实施例而被设计为单流式。

在本实施例中，蒸汽涡轮机1被设计为具有三个子涡轮机。其中，第一子涡轮机为具有第一级组2b和第二级组2c的高压涡轮机，第二子涡轮机为中压涡轮机2a，并且第三子涡轮机为低压涡轮机5。

在本实施例中，三个子涡轮机中的两个容纳在共同的壳体中，而第三子涡轮机，即低压涡轮机5位于单个壳体中。也可以不同于本实施例而将每个子涡轮机分别容纳在单个壳体中。

在本实施例中，蒸汽涡轮机控制器3具有三个子涡轮机控制器3a、3b、3c。在本实施例中，第一子涡轮机控制器3a对应于低压涡轮机，第二子涡轮机控制器3b对应于中压涡轮机，并且第三子涡轮机控制器3c对应于高压涡轮机。

在本实施例中，子涡轮机控制器3a、3b、3c分别为PID控制器。在不同于本实施例的情况下，也可以使用其他类型的控制器。子涡轮机控制器3a、3b、3c可以被设计为模拟或数字控制器。为此，蒸汽涡轮机控制器3可以具有硬件和/或软件组件。

子涡轮机控制器3a、3b、3c被设计为控制相应的子涡轮机的相应涡轮机阀。在本实施例中，涡轮机阀为中压阀4a、新鲜蒸汽阀4b和附加的新鲜蒸汽阀4c，其例如可以分别实施为传统的节流阀或喷嘴组。

子涡轮机控制器3a、3b、3c根据不同的运行模式来运行相应的子涡轮机。运行模式例如可以是功率控制、频率控制、转速控制、新鲜蒸汽或预压力控制或者背压控制等运行模式。

例如，在功率控制的运行模式下对输送到公共联合电网中的电功率进行控制。仅当主电网开关闭合并且由此由蒸汽涡轮机1驱动的发电机与电网稳固地连接时，该运行模式才是可行的。

例如，在启动时以及在发电机和涡轮机的特殊运行和故障情况下将控制转速。然而，为了驱动其他工作机器，此模式为标准情况。转速控制的运行模式类似于频率控制的运行模式，不同之处在于发电机不产生任何功率，即不向蒸汽涡轮机加载。唯一的功率损失由轴承摩擦引起，并且可能由直接被驱动的工作机器(例如油泵)引起。

如果将蒸汽涡轮机1用作低压导轨中蒸汽压力的执行器，则运行模式为背压控制。通过操纵新鲜蒸汽阀，确保了低压耗能器排出的蒸汽量与流入低压导轨的蒸汽量相平衡并且保持压力。在打开时背压升高，反之亦然。在此，输送到联合电网的电功率同样为副产品并且会发生波动。

因此，例如各个过程变量，即，相应子涡轮机的压力、子涡轮机的功率以及子涡轮机的温度应力或温度下降可以彼此独立地被控制。

此外，相应的子涡轮机控制器3a、3b、3c被设计为控制功率或频率或者使其运行在滑动运行中。为此，相应的子涡轮机控制器3a、3b、3c被设计为具有相应的涡轮机阀，即在本实施例中具有中压阀4a、新鲜蒸汽阀4b和附加的新鲜蒸汽阀4c，以用于设置相应的压力值、相应的功率值或相应的温度值。

在运行中，为用于相应子涡轮机的相应子涡轮机控制器3a、3b、3c设定相应的目标值，将相应目标值与相应子涡轮机的相应实际值进行比较，以便为相应的子涡轮机确定相应的控制偏差。

然后，基于控制偏差，相应的子涡轮机控制器3a、3b、3c例如通过使用PID算法确定相应的操纵变量。

因此，例如通过利用高压涡轮的第一级组2b和第二级组2c控制功率或频率，同时例如中压涡轮2a滑动，可以保持较大的控制储备。

此外，例如对于第一子涡轮机(即对于高压涡轮机的第一级组2b和第二级组2c)有针对性地调节热应力，并且对于第二子涡轮机(即对于中压涡轮机2a)控制总功率，而无需改变结构。

此外，可以预设不同的目标值，从而可以引入过载，其应在经济性和控制质量最佳的情况下被使用。

另外，各个子涡轮机可以被施加不同的动态负载，以保持机组瞬态。

因此，最终显著降低了控制器结构的复杂性，并且在一定程度上提高了灵活性。由此，这可以使得蒸汽轮机控制器3的结构更简单，运行方式仅通过相应目标值就更加灵活，对运行边界条件的考虑更加灵活，并且在考虑经济性和控制质量的情况下实现最佳运行。

尽管已通过优选实施例对本发明进行了详细说明和描述，但是本发明并不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可从中得出其他变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种用于运行蒸汽涡轮机(1)的方法，其中所述蒸汽涡轮机(1)具有至少两个子涡轮机(2a、2b、2c、5)，其中所述蒸汽涡轮机(1)配有一个蒸汽涡轮机控制器(3)，所述蒸汽涡轮机控制器对于所述子涡轮机(2a、2b、2c、5)中的每个子涡轮机分别具有一个子涡轮机控制器(3a、3b、3c)，并且其中每个子涡轮机控制器(3a、3b、3c)在运行中将相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)的相应目标值与相应实际值进行比较，以便为相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)确定相应的控制偏差，其中在多个运行模式中的一个运行模式中，利用所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)中的一个子涡轮机控制器来设置相应的功率值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)驱动相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)所配有的相应的涡轮机阀(4a、4b、4c)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)根据不同的运行模式运行相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述多个运行模式中的一个运行模式中，利用所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)中的一个子涡轮机控制器来设置相应的压力值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述多个运行模式中的一个运行模式中，利用所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)中的一个子涡轮机控制器来设置相应的温度值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用PID控制器作为相应的子涡轮机控制器(3a、3b、3c)。

7.一种具有至少两个子涡轮机(2a、2b、2c、5)的蒸汽涡轮机(1)，其中所述蒸汽涡轮机(1)配有一个蒸汽涡轮机控制器(3)，所述蒸汽涡轮机控制器对于所述子涡轮机(2a、2b、2c、5)中的每个子涡轮机分别具有一个子涡轮机控制器(3a、3b、3c)，并且其中每个子涡轮机控制器(3a、3b、3c)被设计为在运行中将相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)的相应目标值与相应实际值进行比较，以便为相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)确定相应的控制偏差，其中所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)中的一个子涡轮机控制器被设计为在多个运行模式中的一个运行模式中设置相应的功率值。

8.根据权利要求7所述的蒸汽涡轮机(1)，其中所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)被设计为驱动相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)所配有的相应的涡轮机阀(4a、4b、4c)。

9.根据权利要求7或8所述的蒸汽涡轮机(1)，其中所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)被设计为根据不同的运行模式运行相应的子涡轮机(2a、2b、2c、5)。

10.根据权利要求9所述的蒸汽涡轮机(1)，其中所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)中的一个子涡轮机控制器被设计为在所述多个运行模式中的一个运行模式中设置相应的压力值。

11.根据权利要求7、8、9或10所述的蒸汽涡轮机(1)，其中所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)中的一个子涡轮机控制器被设计为在所述多个运行模式中的一个运行模式中设置相应的温度值。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的蒸汽涡轮机(1)，其中相应的所述子涡轮机控制器(3a、3b、3c)为PID控制器。

13.一种用于根据权利要求7至12中任一项所述的蒸汽涡轮机(1)的蒸汽涡轮机控制器(3)。

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