Блочный координатор - Институт Энергетических Систем

Блочный координатор
автоматизированная система верхнего уровня
для удовлетворения требований по динамике
при участии энергоблоков ТЭС в НПРЧ
Лазарев Вячеслав Олегович
ведущий инженер ЗАО «ИЭС»
Москва, 2015
Требования к динамике регулирования и
трудности их выполнения
Стандарт 2005
2
Требования к динамике регулирования и
трудности их выполнения
Стандарт 2013
3
Внедрения блочного координатора
Модернизация АСУТП блочного уровня с
применением алгоритмов блочного
координатора была проведена на нескольких
крупнейших электростанциях России:
• Ставропольская ГРЭС (эб №1,3)
• Кармановская ГРЭС (эб №1-6)
Внедрение БК проводилось совместно
компанией Emerson и ЗАО «ИЭС»
4
Принципиальная тепловая схема блочной
ТЭС
5
Основные регуляторы
РК ПТ
ТУРБИНА
ДС
ух.газы
Промперегрев
Основной
конденсат
КОТЁЛ
впрыски
ДВ
газ
воздух
РГК
РПК
РП ПТН
Система
регенерации,
пит.вода
6
Почему требования не выполняются?
•
•
•
Режим работы САР турбины: регулирование давления пара
«до себя»
Режим работы САУ котла: регулирование нагрузки (50-100%
нагрузки)
В динамичных режимах необходимо скоординированное
упреждающее воздействие на котел для того, чтобы
выдержать технологические параметры на котле в допустимых
пределах
7
Цель внедрения блочного координатора
Основная цель модернизации САУМ энергоблока,
предназначенного для участия в РСУ:
достижение высокого уровня маневренности во всём его
регулировочном диапазоне.
Достигается это за счёт скоординированного управления котлом и
турбиной и использованием модели котла и усовершенствованных
(по сравнению с классическим ПИД-регулятором) алгоритмов
управления.
8
Блочный координатор (БК)
БК
Прогнозирующая модель
скоординированного управления
Управление Турбиной
Регулятор
мощности
Частотный
корректор
Регулятор
давления
Регулятор
скорости
Управление Котлом
Отношение
Вода/топливо
ПТН
РПК
Отношение воздух/топливо
Динамический предел
ДВ
Топливо Впрыски
ДС
9
Координатор блока (БК)
•
•
Координатор блока - сложная структура логических и аналоговых
алгоритмов. Безударное переключение режимов управления.
Две фундаментальные модели управления энергоблоком:
–
–
•
•
РК турбины поддерживают давление острого пара - турбина отслеживает нагрузку
котла (расход производимого котлом пара)
котел контролирует давление острого пара - котел следует за турбиной,
адаптирует производство пара к уровню его потребления турбиной. РК турбины
поддерживают активную мощность энергоблока. Этот режим основной для
энергоблоков, участвующих в рынке системных услуг.
БРОУ в режиме слежения готовое к поддержанию давления
острого пара в случае если котел и турбина перестанут
регулировать давление. Используется на пуске блока, а также в
ходе оперативных или предупредительных снижений мощности.
Переключение между режимами производится при помощи
полностью автоматической логики "однокнопочного нажатия".
После переключения режима БК вычисляет новые значения
заданий для воздуха, топлива и связанных с ними контуров
регулирования и начинает контролировать их с момента
10
переключения.
Регулирование давления турбиной
•
N
F
V%2
V%1
•
F
•
Возмущение на котле даёт отклонения
на расход пара и изменение мощности,
давление поддерживается постоянным
за счет изменения положения РК ТГ
Изменения происходят со скоростью
реакции РК турбины
Блок стабилизируется
NK2
NK1
P=0
P – давление перед турбиной,
P
F – расход пара
Nк – нагрузка котла
V% - положение РК ТГ
ПТН
T
N – изменение мощности
K
11
Регулирование мощности турбиной
•
•
NK2
F
NK1
•
V%1
V%2
N=0
•
•
P
Возмущение на котле (газ калорийней)
РК ТГ поддерживая МВт прикрываются –
происходит увеличение давления ОП
Увеличение давления ОП вызывает
дальнейшее прикрытие РК ТГ
Если не уменьшить расход газа – давление
ОП будет расти без стабилизации блока
Стабилизация энергоблока произойдет при
больших отклонениях давления ОП
P – давление перед турбиной
P
F – расход пара
Nк – нагрузка котла
V% - положение РК ТГ
ПТН
T
N – изменение мощности
K
12
Расчёты давления
Р2
РПТН
РВЗ
ПТН
РТУР
Р1
ВЗ
F  k * P1
FN
k1  N 2 / P1
2
k1  NСРД
/ Р1_ СРД
P1  N 2 / k1
2
P1_ ЗАД  N ЗАД
/ k1
PВЗ _ ЗАД  РТУР  P1_ ЗАД ( N ЗАД )
T
K
PПТН _ ЗАД  РТУР _ ЗАД  Р2 _ ЗАД ( N ЗАД , t )
13
Регулирование с моделью
Задание мощности
Мощность
Выход котла
Избыток энергии
+
МВт
Топливо с моделью
-
Топливо с классического ПИД
Дефицит энергии
t[сек]
Предсказанное изменение энергии в котле
MПa/0С
t[сек]
0
60
120
180
240
300
14
Структура регулятора АРЧМ
Задание МВт
(с коррекцией по частоте)
Р, T
Расчётное
топливо
МВт
Расчётная
турбина
Модель
энергии
Регулятор
мощности
Регулятор
P, T
Х
Котёл
Х
Вода, Воздух
Температура
Турбина
15
Прогнозирующая модель управления
•
•
•
•
Динамическая модель используется для предсказания
процесса
PID алгоритм используется только как корректор
Оптимизация упреждающего воздействия
Управление с упреждением повышает маневренность и
точность поддержания технологических параметров
16
APC управление по характеристикам
Задание O2
O2
P
+/-
Задание МВт
Статическая характеристика
Расх.возд. от МВт
C
-/+
D
d
K dt 
f(x)
C
+/-
P
+/-
X
Задание расх.возд.
17
APC управление по характеристикам
Задан.расх.возд.
Расх.возд.
P
+/-
Статическая характеристика
УП от расх.возд.
C
-/+
D
d
K dt 
f(x)
C
+/-
НА ДВ – направл.аппарат ДВ
УП – указатель положения
P
+/-
Sum
Задание полож. НА ДВ
18
Модель форсирования
Задание
Процесс
Форсирование
Модель
Sum
P
+/-
C
-/+
D
d
K dt
C
+/-
f(x)

P
+/-
Sum
19
Frequency corrector sensitivity test
20
Модель
топлива
Давление
ОП
Мощность
блока
21
Основные регуляторы (теплофикация)
РК ПТ
ТУРБИНА
ДС
ух.газы
ПД
Промперегрев
Основной
конденсат
КОТЁЛ
впрыски
ДВ
газ
воздух
РГК
Теплофикация
РПК
РП ПТН
Система
регенерации,
пит.вода
22
Особенности блочного координатора
•
•
•
Использование УП (сигналов указателей положения) основных
регулирующих клапанов приводит к повышенным требованиям
по надежности этих измерений
В случае отказов УП схема автоматически и безударно
переключается на регулирование давления пара перед
турбиной
В целом использование полностью автоматического режима
регулирования активной мощности ведет к повышенным
требованиям к культуре эксплуатации и квалификации
обслуживающего персонала
23
Выводы:
•
•
Принципы регулирования, реализованные в БК,
зарекомендовали себя как надежное решение в области
маневренного регулирования при участии в НПРЧ (станции
использующие алгоритмы БК участвуют в НПРЧ с момента
запуска РСУ)
Использование Блочного Координатора позволяет при
минимальном объёме автоматизации удовлетворить жёсткие
требования Стандарта по динамике регулирования при
участии в НПРЧ
24
Спасибо за внимание!
Лазарев Вячеслав
lazarev@enersys.ru +7(926)2047463
ЗАО «Институт Энергетических Систем»
www.enersys.ru +7(499)678-0-234