VDI VDE 3521 Blatt 4-2000 Guidelines for testing control systems of steam turbines - Dynamic behaviour of speed and load control.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKRichtlinien fr die Untersuchung der Regel- und Steuereinrichtungen von DampfturbinenDynamisches Verhalten von Drehzahl- und LeistungsregelungenGuidelines for testing control systems of steam turbinesDynamic behaviour of

2、speed and load controlVDI/VDE 3521Blatt 4 / Part 4Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss Regelung von DampfturbinenVDI/VDE-Handbuch RegelungstechnikVDI-Handbuch EnergietechnikDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbi

3、ndlich.ICS 27.040; 25.040.40Oktober 2000October 2000No guarantee can be given with respect to the Englishtranslation. The German version of this guideline shall betaken as authoritative.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Zweck und Umfang der Richtlinie . . . . . . .

4、22 Untersuchungsziel, Untersuchungsumfang, Vereinbarungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Ziel der Untersuchung . . . . . . . . . . . . 32.2 Umfang der Untersuchung . . . . . . . . . 42.3 Vereinbarungen . . . . . . . . . . . . . . . 43 Untersuchungsverfahren . . . . . . . . . . . . 83.1 Simul

5、ation und Versuche an der Anlage . . 83.2 Anlagenmodell. . . . . . . . . . . . . . . . 83.3 Wirkungsplan, Parameter . . . . . . . . . . 93.4 Einbringen von Strungen. . . . . . . . . . 104 Beurteilungskriterien fr das dynamische Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.1 Dmpfung, Stabi

6、litt. . . . . . . . . . . . . 104.2 Stellgliedaktivitt . . . . . . . . . . . . . . 114.3 Einfluss des Reglers auf Polradpendelungen 12Anhang A Erluterungen zu denUntersuchungsverfahren . . . . . . . 14Anhang B Begriffsbestimmungen . . . . . . . . 26VDI/VDE-RICHTLINIENContents PagePreliminary note .

7、. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Purpose and scope of the guideline . . . . . . 22 Purpose and scope of the testing,agreements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Purpose of the testing. . . . . . . . . . . . . 32.2 Scope of the testing. . . . . . . . . . . . . . 42.3 Agreements . . .

8、 . . . . . . . . . . . . . . . 43 Testing procedure . . . . . . . . . . . . . . . . 83.1 Simulation and experiments on the turboset . 83.2 Turboset model . . . . . . . . . . . . . . . . 83.3 Block diagram, parameters . . . . . . . . . . 93.4 Introduction of disturbances . . . . . . . . . 104 Evaluat

9、ion criteria for dynamic behaviour. . . 104.1 Damping, stability . . . . . . . . . . . . . . 104.2 Actuator activity . . . . . . . . . . . . . . . 114.3 Controller influence on phase swinging . . . 12Annex A Explanations for the testing procedure. . . . . . . . . . . . . 14Annex B Description of ter

10、ms . . . . . . . . . . . 26Zu beziehen durch/Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten/All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet/Reproduction even for internal use not permittedFrhere Au

11、sgabe: 5.97 Entwurf,deutschFormer edition: 5/97 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 2 VDI/VDE 3521 Blatt 4 / Part 4VorbemerkungDie hier vorgelegte Richtlinie wurde von den Mit-glieder

12、n des Fachausschusses Regelung von Dampf-turbinen“ der VDI/VDE-Gesellschaft fr Mess- undAutomatisierungstechnik (GMA) erarbeitet. Aufdiese Richtlinie VDI/VDE 3521 Blatt 4 wird im Ab-schnitt 5 der Richtlinie VDI/VDE 3523 Abnahme-richtlinie fr Regel- und Steuereinrichtungen vonDampfturbinen“ Bezug gen

13、ommen.1 Zweck und Umfang der RichtlinieDas vorliegende Blatt 4 Dynamisches Verhaltenvon Drehzahl- und Leistungsregelungen“ derVDI/VDE 3521 Richtlinien fr die Untersuchungder Regel- und Steuereinrichtungen von Dampfturbi-nen“ enthlt eine Zusammenstellung von Empfehlun-gen zu Vereinbarungen und Unters

14、uchungsmethodensowie Erluterungen und Begriffsbestimmungen, wiesie bei der Untersuchung des regeldynamischen Ver-haltens von Dampfturbinen unter Primrregelungund zu dessen Beurteilung bentigt werden.Die Angaben in diesem Blatt 4 beziehen sich vor-nehmlich auf Kraftwerks-Dampfturbinen, bei denenDrehz

15、ahl oder Leistung die mageblichen Regelgr-en sind. Sie lassen sich teilweise und sinngem aufeinfach druckgeregelte Turbinen ausdehnen.Auf dieses Richtlinienblatt wird in Blatt 1 derVDI/VDE 3521 mehrfach hingewiesen. Den dortigendetaillierten Angaben zur Durchfhrung regelstati-scher Versuche liegt be

16、reits ein allgemeines Einver-nehmen ber Art, Umfang und Ziel der Untersuchungzugrunde. Dagegen knnen in diesem Blatt 4 auf-grund der vielfltigen und komplexen dynamischenWechselwirkungen zwischen Turbosatz und Netzund wegen der hieraus resultierenden unterschiedli-chen Anforderungen an die Regeleinr

17、ichtung nur ge-nerelle Hinweise und Untersuchungsmethoden zurFeststellung des Systemverhaltens angegeben wer-den, die Bestandteil von Vereinbarungen zwischenden Vertragspartnern werden knnen. Die regelstati-schen und -dynamischen Eigenschaften der verwen-deten Regler selbst knnen vorab nach Blatt 1

18、dieserRichtlinie ermittelt werden.Sollen Untersuchungen auf der Grundlage diesesRichtlinienblattes durchgefhrt werden, so sind siezum Bestandteil der Lieferspezifikation zu machen.Die Anforderungen an die Eigenschaften der Turbi-nenregelung und an deren Nachweis sind dann be-reits bei der Erstellung

19、 des Pflichtenheftes unterBercksichtigung der knftigen Netzeinbindung derAnlage sowie der fr die Untersuchung relevantenbetrieblichen Aspekte in den vereinbarten Leis-tungsumfang aufzunehmen.Preliminary noteThe hereby submitted guideline has been created bythe members of the technical committee ”Con

20、trol ofSteam Turbines“ within the VDI/VDE Society forMeasurement and Automatic Control (GMA). Thisguideline VDI/VDE 3521 Part 4 was already men-tioned in the guideline VDI/VDE 3523 ”AcceptanceTest Guideline for Steam Turbine Control Systems“.1 Purpose and scope of the guidelineThis section, entitled

21、 ”Dynamic behaviour of speedand load control“, Part 4 of VDI/VDE 3521 ”Guide-lines for testing control systems of steam turbines“,contains a list of recommendations for agreementsand testing methods as well as explanations and termdefinitions, as they are required for testing and evalu-ating the con

22、trol dynamic behaviour of steam tur-bines under primary control.The information in this Section, Part 4, principally re-lates to power station steam turbines for which thespeed or load is the definitive controlled variable. Itcan be extended in part and by analogy to single pres-sure controlled turb

23、ines.Part 1 of VDI/VDE 3521 makes several references tothis Part 4 of the guideline. The information it con-tains on carrying out static control experiments is al-ready based on a general agreement on the type,scope and purpose of testing. In contrast, because ofthe diverse and complex dynamic inter

24、actions be-tween turbo-generator and network and the resultingdifferent requirements of the controller, only generalinformation and testing methods for determining thesystem behaviour can be indicated in this Part 4,which may form an essential part of agreements be-tween the parties. The static and

25、dynamic propertiesof the controller itself can initially be determined ac-cording to Part 1 of this guideline.If testing is to be carried out based on this part of theguideline, then it should be made an integral part ofthe delivery specification. The demands made on theturbine control properties an

26、d on their verificationshould then be included in the agreed scope of per-formance when drawing up the specification takinginto consideration the future network integration ofthe turbine and the testing of relevant operational as-pects.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 201

27、2-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI/VDE 3521 Blatt 4 / Part 4 3 2 Untersuchungsziel, Untersuchungsumfang, VereinbarungenDas regeldynamische Verhalten von Dampfturbinen-anlagen wird in entscheidendem Mae von der Struk-tur und den Eigenschaften des elektrischen

28、Netzes, indas der von der Turbine angetriebene Generatorspeist, mitbestimmt. Die Vielzahl der in diesem Zu-sammenhang zu bercksichtigenden Regelstrecken-typen und unterschiedlicher Betriebsflle erfordertvon den Vertragspartnern, fallweise den Umfang derUntersuchung und die anzuwendenden Methoden zuv

29、ereinbaren. Darber hinaus sind Vereinbarungenund Festlegungen darber zu treffen, fr welche Be-triebszustnde und unter Einhaltung welcher anla-gen- und netzseitigen Voraussetzungen die jeweiligeUntersuchung durchzufhren ist.Die in diesem Richtlinienblatt angesprochenen Me-thoden zum Nachweis des dyna

30、mischen Verhaltensder Drehzahl- und Leistungsregelungen basieren aufVerfahren, durch die sich Versuche an der Turbine aufdas Notwendigste beschrnken, indem die hiermitgewonnenen Basisinformationen fr eine weiterge-hende simulative bzw. analytische Untersuchung derregeldynamischen Eigenschaften zur V

31、erfgung ge-stellt werden. Dabei ist zu beachten, dass bei der An-wendung simulativer und analytischer Methoden aufanlagenbeanspruchende oder -gefhrdende Versucheweitgehendst verzichtet werden kann. Grundstzlichist zu vereinbaren, welche der dynamischen Eigen-schaften durch Versuche am Turbosatz und

32、welchesimulatorisch/rechnerisch nachzuweisen sind. Hierzusind die Untersuchungen am realen Turbosatz stets sozu planen und durchzufhren, dass die dabei gewon-nenen Messergebnisse zur Ermittlung von Strukturund Parametern des mathematischen Anlagen-modells verwendet werden knnen.2.1 Ziel der Untersuc

33、hungAus Grnden der Anlagensicherheit und der elemen-taren Wirkungsdynamik des Erzeuger/Verbraucher-Systems steht das Drehzahlverhalten der Turbine ge-nerell im Vordergrund des regeldynamischen Interes-ses. Es beeinflusst wesentlich die Betriebssicherheitund -zuverlssigkeit von Anlagen und Netzen und

34、 da-mit deren wirtschaftliche Verfgbarkeit und Einsatz-mglichkeiten.Die vorherige versuchstechnische Ermittlung undVerifizierung der statischen Kennwerte nach Blatt 1dieser Richtlinie ist Voraussetzung fr die regeldyna-mischen Untersuchungen. Bei der Planung undDurchfhrung der Untersuchungen mssen e

35、twaigeRckwirkungen von Reglereingriffen, beispielsweiseauf druckfhrende Bereiche (Anzapfungen, Entnah-men) bekannt sein; ebenso muss die Einhaltung zu-2 Purpose and scope of the testing, agreementsThe control dynamic behaviour of steam turbines isconsiderably influenced by the structure and proper-t

36、ies of the electrical network into which the turbine-driven generator feeds. The variety of controlled sys-tems which must be taken into consideration in thiscontext and the different cases of operation requirefrom the contract parties to agree about the scope oftesting and the methods to be used on

37、 a case to casebasis. Furthermore, the operating states and the tur-bine and network conditions that are to apply for test-ing in each case are to be established and agreed.The methods described in this part of the guidelinefor proof of the dynamic behaviour of speed and loadcontrol are based on pro

38、cedures in which experi-ments on the turbine are limited to that which is abso-lutely necessary, and the fundamental data that thisprovides is used for comprehensive testing of the con-trol dynamic properties through simulation or analy-sis. By applying simulative or analytical methods, itis ensured

39、 that experiments that use turbines or putthem at risk are avoided as far as possible. Basicagreement should be made on which dynamic prop-erties are to be tested through experiments on theturbo-generator and which are to be done by compu-ter simulation. Thus, testing on the actual turbo-gen-erator

40、should always be planned and carried out sothat the resulting measurements can be applied insuch a way as to provide data for the structure and pa-rameters of the mathematical turbine model.2.1 Purpose of the testingFor reasons of plant safety and the elementary effec-tive dynamics of the producer/c

41、onsumer system, thespeed behaviour of the turbine is generally of most in-terest as regards control dynamic behaviour. It funda-mentally affects the operational safety and reliabilityof the turbines and networks and therefore their eco-nomic availability and application possibilities.Before control

42、dynamic testing can be carried out, thestatic characteristic values must already have beendetermined and verified through experiments in ac-cordance with Part 1 of this guideline. When plan-ning and carrying out testing, possible repercussionsof control interventions, for example in pressure-bearing

43、 areas (extraction lines), must be known; op-erating value tolerances in the case of plant, con-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 4 VDI/VDE 3521 Blatt 4 / Part 4lssiger Abweichungen der Betriebsgren bei

44、 anla-gen-, verbraucher- und netzseitigen Streinwirkun-gen gewhrleistet sein. Das Ziel dieser Untersuchungen besteht in der Ermitt-lung des Anlagenverhaltens im regulren Lastbetriebwie auch in Umschalt- und Strsituationen. Die Beur-teilung des dynamischen Verhaltens der Turbinenan-lage und ihrer Reg

45、eleinrichtungen erfolgt dabei imVergleich zu den zugesicherten Eigenschaften.2.2 Umfang der UntersuchungDie Untersuchung der Turbinenanlage und ihrer Re-geleinrichtungen kann die Ermittlung folgender re-gel- und systemdynamischer Eigenschaften umfas-sen:Dmpfungscharakteristik und Stellgliedaktivittd

46、er Drehzahl- und LeistungsregelungBeeinflussung der Dmpfung von Polradpende-lungen aufgrund der Wirkung des Reglers frDrehzahl und LeistungVerhalten der Drehzahl- und Leistungsregelungbei netzseitigen Strungen des Leistungsgleichge-wichts, bei Netzfehlern und bei nderungen derNetzstrukturRegelverhal

47、ten bei anlagenseitigen, insbesonderedampfseitigen StrungenRegeldynamisches Verhalten bei der Aktivierungvon Momentanreserve aufgrund pltzlicher Last-nderungen, die in Koordination mit frequenzab-hngigen Lastabschaltungen und anderen dieLeistungsbilanz beeinflussenden Eingriffen (z.B.Kondensatstop,

48、Vorwrmerumfahrung oder Span-nungsabsenkung) ein definiertes Reagieren derTurbinenregeleinrichtung erfordernIm Rahmen der hier angesprochenen Untersuchun-gen zum Kurz- und Mittelzeitverhalten der Dampf-turbine und ihrer Primrregelung kann der Dampfer-zeuger als praktisch unbegrenzter Energiespeicherb

49、etrachtet werden, der einen konstanten Frisch-dampfdruck zur Verfgung stellt. In besonderen Fl-len gengt es, ihn samt seiner Regelung pauschal alsein Speicherglied niedriger Ordnung nachzubilden.2.3 Vereinbarungen2.3.1 Voraussetzungenber die folgenden allgemeinen und technischenVoraussetzungen ist bereits bei der Vorplanung derregeldynamischen Untersuchung Einvernehmen her-beizufhren:Abgrenzung des zu untersuchenden Objekts sowieVorabfeststellung seiner funktionellen u