Automatyzacja w energetyce

1. Automatyzacja w energetyce Wykład 3

2. Definicje • Wytwarzana moc musi być zawsze bilansowanaprzez aktualne zapotrzebowanie (obciążenie), gdyby tak nie było prędkość obrotowa wału turbiny i połączonego z nim generatora zmieniałaby się. Wkonsekwencji zmieniałabysię częstotliwość generowanego napięcia. • Potrzeba regulacji generowanej mocy jest związana z regulacją częstotliwości.

3. Definicje • W warunkach pracy normalnej bez zakłóceń, częstotliwość w systemie musi być utrzymywana w ścisłych granicach celem zapewnienia pełnego i szybkiego zadziałania urządzeń regulacyjnych w odpowiedzi na zakłócenie. Poza okresami korekty czasu synchronicznego, zadana wartość częstotliwości wynosi 50 Hz. • Wewnątrz danego obszaru regulacyjnego zapotrzebowanie powinno być w każdej chwili pokryte przez energię elektryczną wyprodukowaną na terenie tego obszaru oraz energię importowaną .

4. Definicje • Dla utrzymania tej równowagi cały czas powinny być dostępne rezerwowe moce wytwórcze aby pokryć odstawienia bloków wytwórczych oraz wszelkie zakłócenia dotyczące wytwarzania, zapotrzebowania i przesyłu energii elektrycznej. • Tam, gdzie pomimo dostępności rezerw mocy zapotrzebowanie w sposób ciągły przewyższa wytwarzanie należy podjąć natychmiastowe działania celem przywrócenia równowagi pomiędzy nimi (wykorzystując źródła rezerwowe, zmianę poziomu obciążenia zgodnie z wcześniej zawartą umową lub w ostateczności odłączanie części obciążeń odbiorców).

5. Definicje • W większości elektrowni napięcie elektryczne generowane jest przez generator synchroniczny (częstotliwość napięcia generowanego zależy od prędkości obrotowej-3000 obr/min, wirnika i par biegunów stojana-1 para), napędzany turbiną parową. Napięcie generowane ma wartość tysięcy volt- 22kV, które transformuje się w transformatorach blokowych do wyższych napięć-440 kV. Poprzez sieci, rozdzielnie transformatorowe jest dostarczane do odbiorców. W zależności od potrzeb wartość tego napięcia jest różna. W gospodarstwach domowych napięcie międzyfazowe 390V, fazowe 230V.

6. Definicje-słowniczek • UAR- układ automatycznej regulacji • ARCM- automatyczna regulacja częstotliwości i mocy, uwzględniająca jednoczesne kryteria dotrzymania salda wymiany mocy i utrzymania częstotliwości wg określonego algorytmu. Realizowana jest przez regulator generujący sygnały regulacji wtórnej Y1 oraz sygnały regulacji trójnej Yo • ARNE- automatyczna regulacja napięcia i mocy biernej zainstalowana dodatkowo w elektrowni w celu kompleksowej regulacji wytwarzania mocy biernej na generatorach oraz do zmiany położenia przełączników zakresów na autotransformatorach NN/110 kV zainstalowanych w rozdzielni przyelektrownianej, 

7. Definicje-słowniczek • blok- oznacza podstawową jednostkę wytwórczą składającą się z kotła, turbiny, generatora i transformatora blokowego, • energia elektryczna - oznacza energię elektryczną netto mierzoną lub wyliczoną w MWh w punkcie dostawy, • moc przyłączeniowa – moc czynna planowana do pobierania lub wprowadzania do sieci, określona w umowie o przyłączenie jako wartość maksymalna ze średnich wartości tej mocy w okresie 15 minut, służąca do zaprojektowania przyłącza, • KSE- Krajowy System Elektroenergetyczny, • KDM-Krajowa Dyspozycja Mocy

8. Definicje-słowniczek odbiorca- każdy, kto otrzymuje lub pobiera energię elektryczną na podstawie umowy z dostawcą, regulacja pierwotna - regulacja mocy jednostki wytwórczej za pomocą indywidualnego regulatora prędkości obrotowej w funkcji częstotliwości sieci i w zależności od jego nastawienia, regulacja wtórna- regulacja mocy i częstotliwości w systemie elektroenergetycznym za pomocą skoordynowanego oddziaływania na indywidualne regulatory wybranych jednostek wytwórczych przez system automatycznej regulacji mocy i częstotliwości ARCM,

9. Definicje-słowniczek regulacja trójna- automatyczne lub ręczne przesuwanie punktu pracy jednostki wytwórczej elektrowni w celu zmiany jej wirującej mocy bazowej, wokół której działa regulacja wtórna, sieć przesyłowa- sieć służąca do przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej o napięciu wyższym niż 110 kV. sieć rozdzielcza- sieć służąca do przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej o napięciu nie wyższym niż 110 kV,

10. Definicje-słowniczek układ pomiarowo- rozliczeniowy -oznacza liczniki i inne urządzenia pomiarowe lub rozliczeniowo-pomiarowe, a także układy połączeń między nimi służące bezpośrednio lub pośrednio do pomiaru i rozliczeń, usługi systemowe- usługi, niezbędne do prawidłowego funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, zapewniające zachowanie określonych wartości parametrów niezawodnościowych i jakościowych dostaw energii elektrycznej, świadczone przedsiębiorstwu zajmującemu się przesyłaniem i dystrybucją energii elektrycznej przez inne podmioty, rezerwa mocy- nie wykorzystana w danym okresie, zdolność jednostek wytwórczych do podjęcia wytwarzania i dostarczania energii elektrycznej do sieci

12. Blok energetyczny jako wielowymiarowy obiekt regulacji.

14. REGULACJE SYSTEMOWE    Wprowadzenie. Utrzymywanie równowagi pomiędzy zapotrzebowaniem mocy a jej wytwarzaniem, przy zadanej częstotliwości, odbywa się w normalnych warunkach eksploatacyjnych systemu elektroenergetycznego drogą regulacji mocy źródeł wytwórczych. W elektrowni rozróżnia się dwa współdziałające ze sobą, stopnie regulacji mocy, określone jako: ·      regulacja pierwotna; ·      regulacja wtórna.

15. Regulacja pierwotna mocy jest to regulacja autonomiczna, realizowana przez właściwy dla każdego bloku układ regulacji, regulujący na zmiany częstotliwości. Dla bloku zsynchronizowanego z systemem polega ona na dostosowaniu jego mocy do aktualnej częstotliwości systemu zgodnie ze statyzmem (charakterystyką statyczną) regulacji tego bloku. Regulacja wtórna, zwana powszechnie automatyczną regulacją częstotliwości i mocy (ARCM) jest nadrzędną regulacją systemową. Regulator systemowy zlokalizowany w KDM, wytwarza sygnał regulacyjny porównując zapotrzebowanie na energię do produkcji i przesyła je za pośrednictwem łącz telemechaniki do lokalnych układów regulacji. Regulacja wtórna w Elektrowni realizowana jest w regulacji grupowej w oparciu o Ekonomiczny Rozdział Obciążeń (ERO).

19. Dla stanu ustalonego wejścia członów zawierających całkowanie muszą być równe zeru: więc: E2=K2+DN/No+Df/fo=0 E1=DNz/No+K1*Df/fo – DN/No=0 Stąd dla K1=1( sieć wyspowa) oraz dla założonego statyzmu: -K2/(1+K1*K2) = (Df/fo)/DNz/No)= - 0.04 wyliczona wartość: K2=1/24

20. W regulacji wtórnej rozróżniamy: ·regulację wtórną wolną w oparciu o sygnał Y0 ·regulację wtórną szybką w oparciu o sygnał Y1 Minimalny, stosowany czas zmiany sygnału Y w pełnym zakresie jest następujący: ·10 minut dla zmiany Y1 od wartości -31 do +31 ·30 minut dla zmiany Y0 od wartości 0 do +31

21. Sygnał od częstotliwości. Sygnał ten jest sygnałem szybkozmiennym o zmiennej prędkości i pochodzi od pomiaru częstotliwości w sieci. Regulacja mocy następuje od zmiany częstotliwości w przedziale 150mHz od wprowadzonej bazy ustawionej na wartościach 49,95Hz; 50,00Hz; 50,05Hz. Jak z powyższego wynika zakres regulacji pokrywa pasmo zmian częstotliwości w przedziale 49,8 - 50,2Hz.

22. Sygnał Y0. Sygnał Y0 jest sygnałem wolnozmiennym o stałej prędkości zmian. Jest to sygnał cyfrowy o zakresie zmian od 0 do plus 31. Prędkość zmian wynosi jeden stopień na minutę. Częstość zmian zależy od uchybu regulacji oraz sygnału Y1. W elektrowni „sygnałami znaczącymi” (sygnał na który następuje odpowiedź mocą) są sygnały nieparzyste w zakresie 1-15 i parzyste w zakresie 16-31. Wprowadzenie sygnałów znaczących pozwala na wyeliminowanie zakłóceń transmisji oraz pojawienia się przypadkowych sygnałów .

23. Sygnał Y1. Sygnał Y1 jest sygnałem szybkozmiennym o zmiennej prędkości zależnej od uchybu regulacji. Jest to sygnał cyfrowy o zakresie zmian od -31 do +31. Ograniczenie najczęstszej zmiany wynosi obecnie 10s .

24. Sygnał Y0i. Sygnał Y0i (interwencja realizowana na sygnale Y0) wprowadzany jest przez dyspozytora KDM w przypadku konieczności gwałtownego zwiększenia lub zmniejszenia sumarycznej mocy generowanej w czasie rzędu pojedynczych minut. Interwencja polega na skokowej zmianie wartości sygnału Y0. Maksymalna wartość skoku wynosi 11stopni. Wielkość skoku może być dowolnie określona przez dyspozytora w zakresie 4 do 11 stopni

25. Sygnały ARCM przekazywane są z Regulatora Centralnego ARCM zainstalowanego w KDM poprzez Obszarowe Dyspozycje Mocy do Regulatora Elektrownianego za pośrednictwem telemechaniki UTRT (Urządzenie Transmisji Sygnałów Regulacyjnych i Telepoleceń). Odbiorniki retransmisyjne DRTN-1 systemu UTRT zainstalowane w ODM-mie oraz odbiornik obiektowy DRTO zainstalowane w pomieszczeniu DIRE oraz Regulator Elektrowniany umożliwiają wizualizację i rejestrację sygnałów regulacyjnych ARCM

26. Wymuszenie od zmian częstotliwości.  Zmiany zachodzące w ruchu normalnym mają charakter płynnych, czasami dość znacznych odchyleń. Prędkość zmian częstotliwości w ruchu normalnym systemu utrzymuje się w granicach 4mHz/s -statyzm 4%. Przebieg odpowiedzi a wartość zadaną przedstawia poniższy rysunek

27. Wymuszenie od zmiany sygnału Y0. Żądaną przez KDM odpowiedź mocy bloku na sygnał Y0 przedstawia poniższy rysunek. Jak widać z rysunku na skokową wartość zadaną od sygnału Y0 blok energetyczny musi odpowiedzieć 80% zmiany mocy w ciągu 4min, a pozostałe 20% zmiany mocy w ciągu 1min.

28. Dwa tryby z prowadzącym kotłem: • układ PK1- klasyczne sprzężenia UAR z prowadzącym kotłem: odchyłka ciśnienia działa na zawory turbiny a odchyłka mocy działa na strumień paliwa - bez dynamicznej korekty ciśnienia – używany bywa głównie w czasie rozruchu kotła.

29. układ PK2- klasyczne sprzężenia UAR z prowadzącym kotłem jak w PK1:: ciśnienie działa na zawory turbiny , moc na strumień paliwa ale w celu wykorzystania akumulacji pary w kotle występuje przejściowa dynamiczna korekta w dół( z TAM) ciśnienia zadanego przed turbiną (z narzuconymi progami zmian ciśnienia) i przejściowe forsowanie strumienia paliwa do kotła od wzrostu sygnału mocy zadanej.

32. Dwa tryby z prowadzącą turbiną • : • układ PT1- klasyczne sprzężenia UAR z prowadzącą turbiną- jednak zbliżony jest strukturalnie do PK2: występuje w nim dynamiczna korekta ciśnienia zadanego przed turbiną od mocy zadanej z dodanym tzw. precyzerem typu PI korygującym dodatkowo od rzeczywistej odchyłki mocy i predyktorem PD korygującym sygnał strumienia paliwa.

33. układ PT2 - klasyczne sprzężenia UAR z prowadzącą turbiną: moc utrzymywana jest zaworami turbiny, a ciśnienie przez oddziaływanie na paliwo (z narzuconymi progami zmian ciśnienia).