Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Sistemi di regolazione degli impianti a vapore

2

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

SH

EV ECO

RH

AP MP ALT

TR.CH.

PEC PAA

LJVA

PAC

TR.CH.B P

CD

Schema di impianto

3

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Pr

Pc

Ts

Te

Tc

sQc

Pe

Pe

Tr

T

A.L

EV SH RH ECO

Tn

Tf

temperaturafumi

temperaturaacqua

ECO

EV

SH RH

CD

Ciclo termico dell’acqua

4

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Evaporatore

dt

dP

dP

dHM

dt

PdHM

dt

H~

dM e

sat

ww

eww

ew 0qq

dt

dMvw

w bilancio di massa nullo

elevato scambio acqua-metallo

dt

H~

dM

dt

dMH~

dt

H~

Md ew

we

ew

dt

dTcM

dt

H~

MdHqhqQ m

mmew

vvwwe bilancio di energia

dt

dP

dP

dTcM

dt

PdTcM

dt

dTcM e

satmm

eemm

mmm em dTdT

sqsQsK

1sPssPKsqsQ

dt

dPK

dt

dP

dP

dTcM

dP

dHMhHqQ

vee

eeeve

ee

e

satmm

sat

wwwvve

5

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Camera di combustione

sT1

sRICCALsQi

e

6

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Surriscaldatore e valvole turbina AP

t

tvv

t

t

vt

tt2t

2v

tte2t

2s

RT

PYA

RT

P

R

1q

PqR

PPqR

RT

P

Av(Yv)

Yv

1° 2° 3° 4°

1

1

0

2tse

2t

t

2s

et qK-PqR

-PP

ipotesi gas perfetto

caduta di pressione sottocritica surriscaldatore

caduta di pressione sopracritica valvola(relazione quasi lineare: Stodola)

bilancio di massa nullo e dinamica della temperatura trascurata

7

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

C

PPPA

VT

sT1

1sqsq

dt

dq

PA

Vqq

dt

dT

TV

dt

dP

PV

dt

dV

dt

dMqq

PAq

TTr

rr

rtr

r

Tr

rrt

r

Pr

r

Tr

rr

rrt

rrr

Risurriscaldatore e valvole turbina MP

lente variazionidi temperatura

si trascura il bilancio di energia e quindi l’andamento della temperatura

bilancio di massa

ammettenza valvole turbina MP

costante di tempo RHdipendente da Ar

per un gas perfetto

8

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Turbina AP, MP, BP e alternatore

sqKsqKsW

qKqK

hhqhhqWW

rbtam

rbta

crrfttme

9

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

G

RICTURB1

GY

R

RV

Regolatore di velocità

10

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

1

1+sT RS

1

1+sT IS

1

sK E

K B

K A

K S

G

RICCAL

Yv Qe

qt Pt Pe dQ Wm

Turbina AP

Risurriscaldatore

Turbine MP e BP

Evaporatore

Trasmissione calore Regolatore velocità

+

_

+

_ +

+

+

_

surriscaldatore

1

G

RICTURB

+ 1

Av

ripartizione del calore

Hv-hw qv

Qv

qr

Caduta

Modello caldaia turbina alternatore

11

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

1

1+sT RS

1

1+sT IS

1

sK E

K B

K A

K S

G

RICCAL

Yv Qe

qt Pt Pe dQ Wm

Turbina AP

Risurriscaldatore

Turbine MP e BP

Evaporatore

Trasmissione calore Regolatore velocità

+

_

+

_ +

+

+

_

surriscaldatore

1

G

RICTURB

+ 1

Av

qv

Qv

qr

Caduta

Modello caldaia turbina alternatore in p.u.

12

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

rif -1/Sg G

m YvN.L. X

Pt qt

X qr

hr-hc

X

ht-hfWm

1+Tr.s

1

regolatore valvole turbina AP

CALDAIA E CICLO

+

+

rif

Wo

carico

generatore

-

NL

At

di velocitàattuatoredi potenza di turbina turbina MP e BP

MIN

LIM

limitatoredi apertura

f

0

WmWel

t1 2 5 10 20s

Wel

f

a

Regolatore di velocità della turbina

13

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

r - qt

1+T s Kb

N.L.

1/S

1/T s + + -

Wm

regolatore velocità equiv.

valvole e turbina AP e BP equiv.

rete e carico equiv.

qr

a

c r

(1+T s) 1

p n G Ka

Regolazione della frequenza di rete

ac

c

r

ran

p TsS1

S

sT1

TsK1

sT1

1GsF

14

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

ac

c

r

ran

p TsS1

S

sT1

TsK1

sT1

1GsF

1 Tr

1 Ta

1 KaTr

1 Tp 0.01 0.1 1 10

10

1

0.1

0.01

G

1 Tr

1 Ta

1 KaTr

1 Tp 0.01 0.1 1 10

-/2

-

-3

1/(1+sTp) Sc/(1+sScTa)

(1+sKaTrSc/(1+sTr)

F(s)

15

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0.45

0.5

0.55

0.6

0.8

1

p.u.

Gradino richiesta caldaia

0 20 40 60 80 100 120 140 160secondi

0.45

0.5

0.55

0.6

p.u.

p.u.

1.2

PtPe

RICCAL

Qe

qtWm

Comportamento impianto non regolato

16

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0.45

0.5

0.55

0.6

0.8

1

p.u.

Gradino richiesta turbina

0 20 40 60 80 100 120 140 160secondi

0.45

0.5

0.55

0.6

p.u.

p.u.

1.2

Pt

Pe

RICTURB

qt

Wm

Comportamento impianto non regolato

17

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0.45

0.5

0.55

0.6

0.8

1

p.u.

Gradino coordinato richiesta turbina e caldaia

0 20 40 60 80 100 120 140 160secondi

0.45

0.5

0.55

0.6

p.u.

p.u.

1.2

Pt

Pe

RICTURB = RICCAL = Av

qt

Wm

Qe

Comportamento impianto non regolato

18

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0.45

0.5

0.55

0.6

0.8

1

p.u.

Gradino riferimento velocità

secondi

0.998

1.00

1.002

1.004

p.u.

p.u.

1.2

Pt

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Wm

Av

qt

Comportamento regolazione di velocità

19

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

0.3

0.4

0.5

0.6

0.8

1

p.u.

Gradino di carico

secondi

0.4

0.45

0.5

0.35

p.u.

p.u.

1.2

Pt

qt

Wm

0.98

0.99

1.00

1.01

Av

Av

p.u.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Comportamento regolazione di velocità

20

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Modo Caldaia Segue

21

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Modo Turbina Segue

22

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

REG.P

REG.W

Pt

We

CALD TURB ALT

N.I.Wd

Pric

-

-

MAT.A

CORRP

CORRW

RIC.CAL

RICTURB

MAT.M

Schema regolatori e rete di non interazione

23

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

1+s.Ti

G

w -G

m11Qe Pt

Av Wt

m22

m12

m21

RICTURB

RIC.CAL

Wt

a11CP

CW

a22

a12

a21

Wd

Pd-

-

RP

RW

Pt

1/G 1+Tr.s1+KaTr.s

qtYvwd

NL

sAsmsQsmsAPTs

PP

1

TssQ

TsPP

1

1sqt

sAsmsQsmsAA

P

TsPP

1

TsP

PP1

sQq

P

TsPP

1

1sPt

v22e21vt

t

ee

t

e

v12e11vv

t

t

e

t

te

et

t

t

e

Ts

PPP

1

1

q

A

NL

1

sT1sm

sm

NL

1

sT1sa

sa

Ts

1

P

1

NL

1

sT1sm

sm

NL

1

sT1sa

sa

t

tet

v

i12

11

i12

22

ti22

21

i11

21

Imposizione non interazione

24

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Modo coordinato

PROGR.CARICO

1/Sg

DISP.

(w)

+

+

+

RICTURB

F.B.

RIC.CAL

LIM

eT

Rt

RICH.PORT.ACQUA

RICH.PORT.COMB.

eO2

RO2

RICH.PORT. ARIA+

+

+

+

eW

-

eP

RPC

RW

RPT

f

-WeWd

25

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Modo coordinato in isola

PROGR.CARICO

ef

RPT

+

+

eP

eP

RICTURB

1/Ts

isola

isola

++

1/Sg

+

RPC

-

RIC.CALD

RW

+

+

LIM

+

eT

RT +

eO2

RO2

RICH.PORT.ACQUA

RICH.PORT.COMB.

RICH.PORT.ARIA

-WeWd

26

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

1

1+sT RS

1

1+sT IS

1

sK E

K B

K A

K S

G

RICCAL

OMEGA

YV

QE

QT PT PE DQ WM

Turbina AP

Risurriscaldatore

Turbine MP e BP

Evaporatore

Trasmissione calore

Regolatore velocità

+

_

+

_ +

+

+

_

Caduta surriscaldatore

1

G RICTURB

+ 1

1

1

1+sT A

1

1

sT T

G P

G P

K s

IW K PW +

+

_

G FB

1

s

0 GRAD

WD

WE

_

+

+

+

+

+

+

_

isolata

rete interconnessa

rete

+

+ Dispacciatore WPRO

FRIF F

+ _

FB +

+

WPRO1

PD

PT

AV

CORRW

CORRP

QT

Schema completo

27

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

LQQ ue

T

S

L

Q u

12ue UULQQ T

S

1

2

VdPdHPdVdUdQ

PVUHPdVdL

Richiami di fisica tecnica

28

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

h~

MddMh~

h~

Mdqdtzzqdt2g

wwdtqhqhdL-Qdt

ostazionari non motodM dtqq

ostazionari motoqdt zzqdt2g

wwqdthhdL-Qdt

12

21

22

2211

21

12

21

22

12

P1

P2

1 1'

22'

S1

S2

z1

z2

QAL

w1w2

M

Richiami di fisica tecnica

29

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

2u

22

2u

2u

222

111

u

22

11

2t

2

2t

2t

22

12t2

2

12t

P

P

12

21

22

A

q

S

S

2g

wP

0F 2g

wPv

ugelli caso

A

q

2gS

Sw

D

LPPF

2g

w

D

LPPvF

o turbolentmoto

tubazionicaso

FqdtqdtvdPqdtzzqdt2g

ww 2

1

Richiami di fisica tecnicamoto stazionario

adiabatica

30

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Le variabili fisiche di riferimento, alla potenza nominale (CNC), utilizzando la simbologia definita nel modello, sono:

qw = qv = qt = 1040.t/h Wm = Wt = 320.Mw = 50.HzPt = 170.Ata Pe = 200.Ata hw = 250.Kcal/kg Hv = 400.Kcal/Kg

I parametri principali del modello, in p.u. con riferito al CNC, sono:

Ke = 300.s Ka = .3Ti = 20.s Kb = .7Tr = 10.s Ks = .15= 1 NL = 1 G = 20

Parametri modello