УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРУППЫ РЕГУЛИРУЕМЫХ ТЕПЛОВЫХ ТУРБИН

Полезная модель относится к специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использована для моделирования группы регулируемых тепловых турбин при исследованиях электроэнергетических систем.
Предлагаемое техническое решение представляет собой специализированное устройство вычислительной техники, содержащее элементы (блоки) и связи между ними, находящиеся в функционально-конструктивном единстве и размещенные в ограниченном пространстве с возможностью выполнения в едином корпусе.
Известны технические решения, которые могут быть использованы при моделировании сложных систем на различных этапах их функционирования.
В частности, известно устройство для управления сложными системами [RU 149601, U1, G06F 21/00, G06N 7/00, 10.01.2015], содержащее базу данных требований к типовым элементам вычислительных сетей, блок моделирования типовых элементов вычислительных сетей, первый вход которого соединен с выходом базы данных требований к типовым элементам вычислительных сетей, блок моделирования нетиповых элементов вычислительных сетей, блок моделирования воздействий на элементы вычислительных сетей, выход которого соединен с первым входом блока моделирования нетиповых элементов вычислительных сетей и со вторым входом блока моделирования типовых элементов вычислительных сетей, блок моделирования воздействий на архитектуру вычислительных сетей, блок моделирования архитектур вычислительных сетей, первый вход которого соединен с выходом блока моделирования типовых элементов вычислительных сетей, второй вход - соединен с выходом блока моделирования нетиповых элементов вычислительных сетей, а третий вход -соединен с выходом блока моделирования воздействий на архитектуру вычислительных сетей, а также блок вычисления показателей безопасности вычислительных сетей, вход которого соединен с выходом блока моделирования архитектур вычислительных сетей.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его для моделирования групп регулируемых тепловых турбин.
Известно также техническое решение [RU 141941, U1, G06Q 90/00, 20.06.2014], содержащее блок оценки вероятности и величины риска, выход которого связан с входом блока классификации риска, выход блока классификации риска связан с входом управляющего блока, выход управляющего блока связан с входом блока управления техобслуживанием и ремонтами, выход блока управления техобслуживанием и ремонтами связан с входом блока информационно-измерительных систем, выходы блока информационно-измерительных систем связаны с входами блоков хранения данных о сбоях и мониторинга основных средств, выходы блоков хранения данных о сбоях и мониторинга основных средств соединены с входом экспертного блока хранения данных, кроме того, выход блока информационно-измерительных систем связан с входом блока внешних систем управления, выход которого связан с входом управляющего блока, а также блок моделирования надежности, в котором производится подбор необходимой модели (моделей) оценки надежности программного обеспечения для конкретного состояния технических устройств из совокупности моделей, хранящихся в блоке, а его входы соединены с выходом из блока информационно-измерительных систем, управляющего блока, блока внешних систем управления и экспертного блока хранения данных, а выход блока моделирования надежности связан с входом блока оценки вероятности и величины риска.
Недостатком этого технического решения также является относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его для моделирования групп регулируемых тепловых турбин.
Кроме того, известно устройство моделирования автоматизированных систем для электроэнергетики [RU 138003, U1, G06G 7/635, 27.02.2014], содержащее систему управления, источник сигналов задания, подсоединенный своим выходом к первому входу системы управления, первый блок памяти, подсоединенный своим входом к первому выходу системы управления, второй блок памяти, подсоединенный своим входом ко второму выходу системы управления, узел формирования вычисленных результатов и блок отображения информации, подсоединенный своим первым входом к выходу узла формирования вычисленных результатов и своим вторым входом - к третьему выходу системы управления, причем, выход первого блока памяти подсоединен к первому входу узла формирования вычисленных результатов, а выход второго блока памяти подсоединен ко второму входу узла формирования вычисленных результатов.
Этому устройству также присущ недостаток, заключающийся в относительно узких функциональных возможностях, что не позволяет использовать его для моделирования регулируемых тепловых турбин.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 30208, U1, G09B 23/00, 20.06.2003], содержащее, по меньшей мере, один блок моделирования виртуального регулятора обратной связи с изменяемыми характеристиками физической динамической системы, по меньшей мере, один блок моделирования реального регулятора обратной связи физической динамической системы и блок суммирования сигналов, входной и выходной сумматоры, блок математического моделирования физической динамической системы и, по меньшей мере, один блок моделирования виртуальной обратной связи с изменяемыми характеристиками, используемой в физической динамической системе, вход, по меньшей мере, одного блока моделирования виртуального регулятора обратной связи с изменяемыми характеристиками физической динамической системы и вход, по меньшей мере, одного блока моделирования реального регулятора обратной связи физической динамической системы связаны с первым входом выходного сумматора, при этом выходы, по меньшей мере, одного блока моделирования виртуального регулятора обратной связи физической динамической системы и, по меньшей мере, одного блока моделирования реального регулятора обратной связи физической динамической системы соединены с соответствующими входами блока суммирования сигналов, соединенного выходом с первым входом входного сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока моделирования виртуальной обратной связи с изменяемыми характеристиками, используемой в физической динамической системе, выход входного сумматора через блок математического моделирования физической динамической системы связан со входом блока моделирования виртуальной обратной связи с изменяемыми характеристиками, используемой в физической динамической системе, и вторым входом выходного сумматора.
Наиболее близкое техническое решение также обладает относительно узкими функциональными возможностями, поскольку, хотя оно и позволяет использовать его как устройство для исследования динамической компенсации воздействия на системы, но не позволяет обеспечить его работу для моделирования регулируемых тепловых турбин. Это сужает функциональные возможности известного устройства.
Задачей, которая решается в предложенной полезной модели, является расширение функциональных возможностей.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих моделирование процесса функционирования группы регулируемых тепловых турбин
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее первый, второй и третий алгебраические сумматоры, согласно полезной модели, введены последовательно соединенные ограничитель изменения сигнала частоты на зоне нечувствительности регулятора частоты вращения и умножитель на коэффициент передачи маятников регуляторов частоты, выход которого соединен с вычитающим входом третьего алгебраического сумматора, последовательно соединенные ограничитель изменения сигнала частоты на зоне нечувствительности корректора и умножитель на коэффициент передачи по каналам коррекции, выход которого соединен с первым вычитающим входом первого алгебраического сумматора, последовательно соединенные ограничитель сигнала изменения задания мощности по величине резервов вторичного регулирования на загрузку и на разгрузку и ограничитель максимально допустимой скорости вторичного регулирования турбины, выход которого соединен со вторым вычитающим входом первого алгебраического сумматора, суммирующий вход которого является входом сигнала изменения плановой мощности, умножитель на коэффициент форсировки изменения мощности турбины, вход которого соединен с выходом первого алгебраического сумматора и со входом второго алгебраического сумматора, а выход соединен с первым суммирующим входом третьего алгебраического сумматора, регулятор мощности с пропорционально-интегральным законом регулирования, вход которого соединен с выходом второго алгебраического сумматора, а выход соединен со вторым суммирующим входом третьего алгебраического сумматора, а также последовательно соединенные ограничитель по величине резерва мощности на загрузку и разгрузку, вход которого соединен с выходом третьего алгебраического сумматора, и функциональный преобразователь с передатоной функцией тепловой турбины, выход которого соединен с вычитающим входом второго алгебраического сумматора.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для моделирования группы регулируемых тепловых турбин.
Устройства для моделирования группы регулируемых тепловых турбин содержит первый 1, второй 2 и третий 3 алгебраические сумматоры.
Устройство содержит также последовательно соединенные ограничитель 4 изменения сигнала частоты на зоне нечувствительности регулятора частоты вращения и умножитель 5 на коэффициент передачи маятников регуляторов частоты, выход которого соединен с вычитающим входом третьего алгебраического сумматора 3, и последовательно соединенные ограничитель 6 изменения сигнала частоты на зоне нечувствительности корректора и умножитель 7 на коэффициент передачи по каналам коррекции, выход которого соединен с первым вычитающим входом первого алгебраического сумматора 1.
Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные ограничитель 8 сигнала изменения задания мощности по величине резервов вторичного регулирования на загрузку и на разгрузку и ограничитель 9 максимально допустимой скорости вторичного регулирования турбины, выход которого соединен со вторым вычитающим входом первого алгебраического сумматора 1, суммирующий вход которого является входом сигнала изменения плановой мощности.
Дополнительно к указанному выше, устройство содержит умножитель 10 на коэффициент форсировки изменения мощности турбины, вход которого соединен с выходом первого алгебраического сумматора 1 и со входом второго алгебраического сумматора 2, а выход - соединен с первым суммирующим входом третьего алгебраического сумматора 3.
Помимо этого, устройство содержит регулятор 11 мощности с пропорционально-интегральным законом регулирования, вход которого соединен с выходом второго алгебраического сумматора 2, а выход соединен со вторым суммирующим входом третьего алгебраического сумматора 3, а также последовательно соединенные ограничитель 12 по величине резерва мощности на загрузку и разгрузку, вход которого соединен с выходом третьего алгебраического сумматора 3, и функциональный преобразователь 13 с передаточной функцией тепловой турбины, выход которого соединен с вычитающим входом второго алгебраического сумматора 2.
Устройство содержит элементы, охарактеризованные на функциональном уровне, и описываемая форма их реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому ниже, при описании работы устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данного устройства функции, достаточных для их технической реализации, а также, при необходимости, соответствующие математические соотношения.
Работает устройство для моделирования группы регулируемых тепловых турбин следующим образом.
В устройстве моделируется процесс функционирования группы тепловых турбин, привлекаемые к нормированному первичному и автоматическому вторичному регулированию, которым соответствуют энергоблокам тепловых электростанций с мощностью более 100 МВт.
Как правило, тепловые турбины с установленной мощностью более 100 МВт имеют промежуточный перегрев пара. Основным отличием тепловых турбин с промежуточным перегревом пара, влияющим на переходные процессы при изменении частоты и мощности, является большая аккумулирующая емкость вторичного (промежуточного) пароперегревателя, включенного в паровой тракт тепловой турбины. Наличие емкости приводит к тому, что при ступенчатом изменении положения регулирующих клапанов тепловой турбины, точнее части высокого давления, лишь часть C изменения мощности на валу турбины появляется мгновенно, точнее, с небольшой инерционностью, определяемой паровыми объемами за клапанами аналогично тепловым турбинам без промежуточного перегрева. Эта часть соответствует мощности, развиваемой ступенями турбины между клапанами и промежуточным пароперегревателем (т.е. части высокого давления). Другая часть мощности (1-C), развиваемая остальными ступенями (т.е. частями среднего и низкого давления), изменяется с дополнительной инерционностью, определяемой емкостью промежуточного пароперегревателя.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для моделирования группы регулируемых тепловых турбин для случая, когда тепловые турбины находятся под воздействием сигналов изменения частоты Δf(p), которые в представленном устройстве в виде соответствующих сигналов подаются на входы ограничителей 4 и 6.
Кроме того, в устройство подаются сигналы изменения задания вторичной мощности от системы  на вход ограничителя 8 и изменения плановой мощности  на суммирующий вход первого алгебраического сумматора 1. Из входных сигналов Δf(p) и  формируются сигналы по изменению заданий первичной и вторичной мощности тепловой турбины:
а) сигнал изменения задания первичной мощности от регулятора частоты вращения  формируется сначала путем ограничения сигнала изменения частоты Δf(p) на зоне нечувствительности регулятора частоты вращения с уставками нечувствительности  в ограничителе 4 и преобразования его потом в сигнал по мощности путем умножения на коэффициент передачи маятников регуляторов частоты вращения  (величина обратная статизму) умножителе 5;
б) сигнал изменения задания первичной мощности от корректора частоты  формируется сначала путем ограничения сигнала изменения частоты Δf(p) на зоне нечувствительности корректора частоты с уставками нечувствительности  в ограничителе 6 и преобразования его потом в сигнал по мощности путем умножения на коэффициент передачи по каналу коррекции по отклонению частоты  (величина обратная статизму) в умножителе 7;
в) сигнал изменения задания вторичной мощности турбины  формируется путем ограничения сигнала изменения задания мощности  по величине резервов вторичного регулирования на загрузку  и на разгрузку  в ограничителе 8 и по максимально допустимой скорости вторичного регулирования турбины  в ограничителе 9.
р.т.
р.т.
Разность сигналов изменения задания плановой мощности тепловой турбины и суммы изменения задания первичной мощности от корректора частоты и задания вторичной мощности и мощности турбины λ(p) с выхода второго алгебраического сумматора 2 подается на регулятор 11 мощности с пропорционально-интегральным законом регулирования и соответствующей передаточной функцией . При этом для форсировки изменения мощности турбины, параллельно регулятору мощности вводится звено форсировки с коэффициентом , которое выполнено в виде умножителя 10, на которое подается разность изменения задания плановой мощности турбины и суммы изменения заданий первичной мощности от корректора частоты и вторичной мощности турбины φ(p) с выхода первого алгебраического сумматора 1.
р.т.
р.т
р.т.
р.т.
Сигнал β(p) разности суммы полученных сигналов на выходе регулятора 11 мощности ψ (p) и выходе умножителя 10 χ(p) и изменения задания первичной мощности от регулятора частоты вращения  ограничивается по величине резервов мощности на загрузку  и разгрузку  в ограничителе 12, а полученный ограниченный сигнал  подается в функциональный преобразователь 13 с передаточной функцией W(p), имеющей вид, пределямый типом тепловой турбины, например:
п.п
где T - постоянная времени парового объема промежуточного перегревателя, которая определяется изменением термодинамического состояния пара в промежуточном перегревателе, связанного политропической зависимостью с отклонением давления.
р.т.
Сигнала на выходе функционального преобразователя 13, который соответствует моделируемому сигналу на выходе тепловой турбины, соответствует изменению мощности тепловой турбины ΔP(p).
Таким образом, благодаря введению в устройство дополнительного арсенала технических средств, указанных выше, обеспечивается расширение его функциональных возможностей, поскольку обеспечивается моделирование процесса функционирования группы регулируемых тепловых турбин.