VDI VDE 3508-2003 Unit control of thermal power stations.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKBlockregelung von WrmekraftwerkenUnit control of thermal power stationsVDI/VDE 3508Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch RegelungstechnikVDI-Handbuch EnergietechnikVDI/VDE-RICHTLINIENZu beziehen durc

2、h / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 25.040.40; 27.140 September 2003Die deutsc

3、he Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Frhere Ausgaben: 07.84; 04.01 Entwurf,deutschFormer editions: 07/84; 04/01 draft, in German onlyInhalt SeiteVorbeme

4、rkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Zweck und Geltungsbereich . . . . . . . . . . . . 31 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . 42.1 Definition und Abgrenzung . . . . . . . . . 42.2 Eigenschaften und Kenngren der Netze . 82.2.1 El

5、ektrisches Netz . . . . . . . . . . . 82.2.2 Prozessdampfnetz . . . . . . . . . . 92.2.3 Fernwrmenetz . . . . . . . . . . . . 103 Anforderungen der Netze. . . . . . . . . . . . 113.1 Elektrisches Netz . . . . . . . . . . . . . . 113.2 Prozessdampfnetz . . . . . . . . . . . . . . 123.3 Fernwrmenetz .

6、 . . . . . . . . . . . . . . 124 Dynamische Merkmale des Kraftwerk-blockes und seiner Komponenten . . . . . . . 134.1 Dampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . 154.1.1 Fossil beheizte Dampferzeuger . . . 154.1.2 Nuklear beheizte Dampferzeuger . . 174.2 Turbosatz . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、 174.3 Weitere Komponenten. . . . . . . . . . . . 184.4 Kombianlagen mit Gasturbinen (GuD-Kraftwerke) . . . . . . . . . . . . . 195 Strukturen der Blockregelung . . . . . . . . . 205.1 Konventionelle Kraftwerke zur Strom-erzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.1.1 Betriebsart: Turbine fhrt

8、Dampferzeuger folgt) . . . . . . . . 235.1.2 Betriebsart: Dampferzeuger fhrt (Turbine folgt) . . . . . . . . . . . . 265.1.3 Frequenzregelung (Primrregelung) mittels Kondensatanstauverfahren . . 29Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Objective and scope . . . . . . . .

9、 . . . . . . . . 31 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 General principles . . . . . . . . . . . . . . . 42.1 Definition. . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Characteristics and characteristic quantities of the networks . . . . . . . . . 82.2.1 Electrical power network . . . . . .

10、 82.2.2 Process steam network . . . . . . . 92.2.3 District heat network . . . . . . . . 103 Requirements on the part of the networks . . 113.1 Electrical power network. . . . . . . . . . 113.2 Process steam network . . . . . . . . . . . 123.3 District heat network . . . . . . . . . . . . 124 Dynami

11、c characteristics of the power stationunit and its components. . . . . . . . . . . . 134.1 Steam generator . . . . . . . . . . . . . . 154.1.1 Fossil fired steam generators . . . . 154.1.2 Nuclear steam generators . . . . . . 174.2 Turbogenerator set . . . . . . . . . . . . . 174.3 Other components

12、 . . . . . . . . . . . . 184.4 Combined plants with gas turbines(gas and steam power stations). . . . . . . 195 Structures of unit control . . . . . . . . . . . 205.1 Fossil fired electrical power stations . . . . 215.1.1 Operating mode: Turbine in control(steam generator following) . . . . . 235.1

13、2 Operating mode: Steam generatorin control (turbine following) . . . . 265.1.3 Frequency control (primary control)by means of condensate retention . . 29VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss Leittechnik in konventionellen DampfkraftwerkenB55EB1B3E14C22109E918E8E

14、A43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 2 VDI/VDE 3508Seite5.2 Konventionelle Kraftwerke zur Prozess-dampferzeugung (Industriekraftwerke). . . 325.3 Konventionelle Kraftwerke zur Fernwrme-erzeugung (Heizkraftwerke) . . . . . . . . 3

15、45.4 Entnahme-Kondensationskraftwerke . . . . 375.5 Kombianlagen mit Gasturbinen . . . . . . 405.5.1 Kombiniertes Gas- und Dampf-turbinen-Kraftwerk (GuD-Kraftwerk)415.5.2 Kombiniertes Gas- und Dampf-turbinen-Kraftwerk mit Zusatz-feuerung . . . . . . . . . . . . . . . 415.6 Kernkraftwerke . . . . . .

16、 . . . . . . . . . 465.6.1 Kernkraftwerk mit Druckwasser-reaktor . . . . . . . . . . . . . . . . 465.6.2 Kernkraftwerk mit Siedewasser-reaktor . . . . . . . . . . . . . . . . 505.7 Modellgesttzte Blockregelung . . . . . . 505.7.1 Blocksteuerung . . . . . . . . . . . 535.7.2 Modellgesttzte Sollwertfh

17、rung . . 565.7.3 Betriebsartenabhngige Blockregelung 575.7.4 Wirksamkeit des modellgesttzten Blockfhrungs- und Regelkonzeptes 585.8 bergeordnete Block-Sollwertfhrung. . . 596 Eignung und Anwendbarkeit der Block-regelungsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . 626.1 Bestimmende Gren und Einflsse . . .

18、 . 626.2 Eignung der Regelungsstrukturen . . . . . 636.2.1 Eignung der BetriebsartTurbine fhrt“. . . . . . . . . . . . 656.2.2 Eignung der Betriebsart Dampferzeuger fhrt“ . . . . . . . 666.2.3 Eignung der Betriebsart Dampf-erzeuger fhrt“ mit modellgesttzterBlockregelung und Kondensat-anstau-Verfahre

19、n . . . . . . . . . . . 677 Regelgte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707.1 Begriff der Regelgte . . . . . . . . . . . . 707.2 Ermittlung der Regelgte . . . . . . . . . . 717.3 Prfanregungen . . . . . . . . . . . . . . . 727.4 Bercksichtigung von Streinflssen bei Prfungen . . . . . . . . . .

20、 . . . . . . . 787.5 Ergnzende Hinweise. . . . . . . . . . . . 798 Formelzeichen und Benennungen. . . . . . . 808.1 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . 808.2 Abkrzungen, Indizes . . . . . . . . . . . 81Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Anhang Ergnzende Erluterung zu Fer

21、n-wrmenetzen und ihren Regelungen . . 83Page5.2 Fossil fired power stations for processsteam generator (industrial power stations) 325.3 Fossil fired power stations for district heatgeneration (combined heating and powerstations, CHPs) . . . . . . . . . . . . . . . 345.4 Extraction condensing power

22、stations . . . 375.5 Combined plants with gas turbines. . . . . 405.5.1 Combined gas and steam turbine power station (gas-and-steam power station) . . . . . . . . . . . . 415.5.2 Combined gas and steam turbine power station with additional furnace. . . . . . . . . . . . . . . . 415.6 Nuclear power s

23、tations . . . . . . . . . . . 465.6.1 Nuclear power station withpressurized water reactor . . . . . . 465.6.2 Nuclear power station with boiling water reactor. . . . . . . . . 505.7 Model-based unit control. . . . . . . . . . 505.7.1 Unit feedforward control . . . . . . 535.7.2 Model-based setpoint

24、control . . . . 565.7.3 Unit control dependent on operating mode . . . . . . . . . . . 575.7.4 Efficacy of the model-based unitfeedforward and feedback controlconcept . . . . . . . . . . . . . . . 585.8 Superordinate determination of setpoints(target output limiting) . . . . . . . . . . . 596 Suitab

25、ility and applicability of the unit control structures . . . . . . . . . . . . . . . 626.1 Determining variables and influences . . . 626.2 Suitability of the control structures . . . . 636.2.1 Suitability of the operating mode”turbine in control“ . . . . . . . . . 656.2.2 Suitability of the operati

26、ng mode”steam generator in control“ . . . . 666.2.3 Suitability of the operating mode ”steam generator in control“ with model-based unit control and use ofthe condensate retention method . . 677 Control performance . . . . . . . . . . . . . . 707.1 The notion of control performance. . . . . 707.2 De

27、termination of control performance . . . 717.3 Test stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . 727.4 Consideration of disturbing influencesin tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787.5 Supplementary information . . . . . . . . 798 Symbols and terms . . . . . . . . . . . . . . 808.1 Symbols . .

28、 . . . . . . . . . . . . . . . . 808.2 Abbreviations/subscripts . . . . . . . . . . 81Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Annex Supplementary information on districtheat networks and their controls . . . . . 83B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All

29、e Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 VDI/VDE 3508 3 VorbemerkungDie Neuausgaben der Richtlinien VDI/VDE 3501 bis3508 Dampferzeuger-Regelung“ werden nach Vor-liegen der gesamten Reihe die bisherigen Ausgabenaus den Jahren 1962 bis 1984 ersetzen. Sie wurden imFachausschuss

30、Leittechnik in konventionellenDampfkraftwerken“ der VDI/VDE-GesellschaftMess- und Automatisierungstechnik (GMA) weitge-hend berarbeitet und dabei erweitert und ergnzt.Diesem Fachausschuss gehren Fachleute von Be-treibern und Planern konventioneller Kraftwerke,Fachleute von Herstellern von Dampferzeu

31、gern, Tur-bostzen, Leittechniksystemen und -anlagen sowieVertreter der Wissenschaft an.Zweck und GeltungsbereichIm Richtlinienwerk VDI/VDE 3501 bisVDI/VDE 3506 werden Hinweise fr die zweck-mige Auslegung von Regelkreisen von Dampf-erzeugern konventioneller Kraftwerke gegeben.VDI/VDE 3500, VDI/VDE 35

32、07 und VDI/VDE 3508beziehen sich auf das gesamte Kraftwerk. Bei beidenGruppen handelt es sich jeweils um selbstndigeRichtlinien, die jedoch in ihrem Inhalt weitgehendaufeinander abgestimmt sind. Whrend die Richt-linien VDI/VDE 3501 bis VDI/VDE 3506 einheitlichgegliedert werden konnten, mussten bei d

33、en Richt-linien VDI/VDE 3500, VDI/VDE 3507 undVDI/VDE 3508 die Gliederungen den unterschied-lich gearteten Inhalten angepasst werden.Die in den Richtlinien enthaltenen Erkenntnisse undErfahrungen sind zwar weitgehend bekannt und aner-kannt, sind aber bisher noch nicht in dieser Weise zu-sammengestel

34、lt worden.Die verwendeten Begriffe und Darstellungen entspre-chen den Begriffsbestimmungen und Symbolen derNormen DIN 19 226-2 Regelungstechnik und Steu-erungstechnik Begriffe zum Verhalten dynamischerSysteme“, DIN 19 227-2 Leittechnik; GraphischeSymbole und Kennbuchstaben fr die Prozessleit-technik

35、 DIN 2481 Wrmekraftanlagen“ undISO 3511-3 Messen, Steuern, Regeln in der Verfah-renstechnik Zeichen fr die funktionelle Darstel-lung Teil 3: Symbole fr die Anschluplne der Ge-rte“.Die vorliegende VDI/VDE-Richtlinie behandelt dengeregelten Kraftwerksblock mit seinen Hauptkompo-nenten Dampferzeuger

36、und Turbosatz einschlielichder Schnittstellen zu den angeschlossenen Netzenund den Wirkungen von und zu diesen Netzen.Die weiter zumehmende wirtschaftliche Bedeutungder Gasturbinen und ihrer Kombinationen mitPreliminary noteThe revisions of guidelines VDI/VDE 3501 through3508 ”Steam generator contro

37、l“ will supersede theprevious editions issued in the years 1962 to 1984 assoon as the entire new series is available. They havebeen extensively revised and, in the process, ex-panded and supplemented by the Technical Commit-tee ”Instrumentation in conventional steam powerstations“ of the VDI/VDE Soc

38、iety for Measurementand Automatic Control (VDI/VDE-GMA).This committee comprises experts on the part of op-erators and planners of fossil fired power stations, ofmanufacturers of steam generators, turbogeneratorsets and I Terms and defini-tions; Dynamic systems behaviour“, DIN 19 227-2”Control techn

39、ology; Graphical symbols and identi-fying letters for process control engineering“,DIN 2481 ”Thermal power stations“, and ISO 3511-3”Process measurement control functions and instru-mentation Symbolic representation Part 3: De-tailed symbols for instrument interconnection dia-grams“.This VDI/VDE gui

40、deline deals with the controlledpower station unit the main components of which arethe steam generator and the turbogenerator set, in-cluding interfaces to connected networks, and the in-teractions with these networks.Considering the growing economic importance of gasturbines, and of their combinati

41、ons with steam gener-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 4 VDI/VDE 3508Dampferzeugern und Dampfturbinen macht es sinn-voll, diese Systeme mit ihren dynamischen Merkma-len, den sich daraus ergebenden zustz

42、lich mglichenRegelungsstrukturen und ihre Eignung und Anwend-barkeit weiter zu beschreiben, als dies in der vorlie-genden Richtlinie mglich ist, ohne deren Rahmen zusprengen. Dies wird aber Gegenstand eines ergnzen-den Blattes zu dieser Richtlinie werden.1 EinleitungDie Blockregelung ist die bergeor

43、dnete Regelungeiner Kraftwerkseinheit, die Energie fr ein odermehrere Netze erzeugt. Solche Netze verbinden dieErzeuger und Verbraucher der jeweils gleichen Ener-gie miteinander. Eine Kraftwerkseinheit ist eine An-lage, bei der der Dampferzeuger, die Turbine und derGenerator und alle zugehrigen Hilf

44、seinrichtungeneine Einheit bilden. Sie wird im Sprachgebrauch derelektrischen Energieerzeugung, der Fernwrme- undProzessdampferzeugung Block genannt.Im Rahmen dieser Richtlinie werden Blockregelun-gen von Kraftwerks- bzw. Heizkraftwerksblckenzur Erzeugung vonelektrischer Energie,Prozessdampf undFern

45、wrmebehandelt, die aus Brennstoff Wrme gewinnen undals Energietrger Heigas, Wasser und Wasserdampfverwenden. Der im Block erzeugte Energiestromwird Blockleistung genannt. Ein Block kann zur Er-zeugung einer oder auch mehrerer Energiearten aus-gelegt sein.Hauptregelgren der Blockregelung sind die ele

46、ktri-sche Blockleistung (Generatorleistung), die Prozess-dampfleistung und/oder die Fernwrmeleistung.2 Allgemeine Grundlagen2.1 Definition und AbgrenzungDie Blockregelung hat die Aufgabe, die Blockleis-tung zu jedem Zeitpunkt an die geforderte Soll-Leis-tung anzupassen.Im Bild 1 sind die Abgrenzunge

47、n der Bereiche beider Blockregelung dargestellt, und zwar fr die Netz-arten elektrisches Netz, Prozessdampfnetz und Fern-wrmenetz.Fr jede dieser Netzarten gibt es eine kennzeich-nende Zustandsgre, die Aussagen ber das Gleich-gewicht zwischen erzeugter und verbrauchter Leis-tung im jeweiligen Netz zu

48、lsst. Diese istators and steam turbines, it is useful to describe thesesystems, with their dynamic characteristics and theresulting additional potential for control structures,and their suitability and application in more detailthan will be possible in this guideline. This will be thesubject of a fu

49、rther part of this guideline.1 IntroductionThe unit control system is the superordinate controlsystem of a power station unit generating energy forone or several networks. Such networks connect gen-erators and consumers of energy of the same type.A power station unit is a plant in which steam gener-ator, turbine, generator, and all associated auxiliariesform one unit. In the terminology of electrical energygeneration, of district heat and process