Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Sistemi di regolazione degli impianti a vapore.

Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione

Sistemi di regolazione degli impianti a vapore

2


SH

EV ECO

RH

AP MP ALT

TR.CH.

PEC PAA

LJVA

PAC

TR.CH.B P

CD

Schema di impianto

3


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


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


Camera di combustione

sT1

sRICCALsQi

e

6


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


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


Turbina AP, MP, BP e alternatore

sqKsqKsW

qKqK

hhqhhqWW

rbtam

rbta

crrfttme

9


G

RICTURB1

GY

R

RV

Regolatore di velocità

10


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


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


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


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


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


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


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


17


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


18


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


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


Modo Caldaia Segue

21


Modo Turbina Segue

22


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


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


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


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


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


LQQ ue

T

S

L

Q u

12ue UULQQ T

S

1

2

VdPdHPdVdUdQ

PVUHPdVdL

Richiami di fisica tecnica

28


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


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


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

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