Effizienz für die Stromerzeugung

SteamTMax Zustandsregler mit Beobachter Hochgenaue Regelung der HD und ZÜ Dampftemperaturen

Der SteamTMax Zustandsregler erhöht den Anlagenwirkungsgrad sowie die Lebensdauer von dickwandigen Bauteilen.

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1 HD und ZÜ Dampftemperaturregelungen | 2 Vergleich der Regelgüte der Temperaturregelung zwischen klassischer Regelstrategie und der Lösung mit Zustandsregler

SteamTMax verbessert die Qualität der Regelung der Dampftemperaturen. Auf diese Weise ist ein höherer Sollwert für die Dampftemperaturen möglich, ohne die materialbasierten Grenzwerte zu verletzen. Eine Erhöhung der Dampftemperatur bewirkt eine direkte Erhöhung des Anlagenwirkungsgrads. Weiterhin verringert die genauere Temperaturregelung die Wärmespannungen innerhalb der dickwandigen Bauteile. Herausforderung Die HD und ZÜ Dampftemperaturen sind wesentliche Regelgrößen innerhalb der Dampferzeugerregelung. Eine genaue Regelung dieser Prozessgrößen reduziert unnötigen (thermischen) Materialstress in dickwandigen Bauteilen, insbesondere im Dampferzeuger und in der Dampfturbine. Traditionell werden die beiden Dampftemperaturen mit einer PI-PI-Kaskade oder einer ähnlichen einfachen Struktur geregelt. Der Einsatz eines Zustandsreglers ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Regelgüte. Jedoch war die dazu notwendige Einstellung der vielen Parameter des Zustandsreglers lange Zeit sehr aufwändig und nur von Regelungstechnikspezialisten durchführbar.

Lösung Wegen erhöhter Anforderungen an den Anlagenwirkungsgrad und an die Regelgüten ist SteamTMax heute die Standardlösung zur Regelung der HD und ZÜ Dampftemperaturen. SteamTMax enthält ein Parametrierungsmodul, welches alle Konfigurationsparameter für den Zustandsregler kontinuierlich bestimmt. Das im SteamTMax integrierte Parametrierungsmodul ergibt die folgenden Vorteile: – Die geführte Inbetriebnahme ist sehr effizient und führt zu einer sicheren Konfiguration des Zustandsreglers. Daraus resultiert eine kosteneffiziente Inbetriebnahme des SteamTMax. – Der Regler und das Parametrierungsmodul bilden eine Einheit und sind auf diesen Anwendungsfall optimiert. Die Parametrierung der Einheit mit minimaler Anzahl an Parametern ist dadurch effizient und transparent. – Klare und direkt vorhandene Dokumentation der Regelung durch minimale Anzahl an Konfigurationsparametern (Zeit konstante und Dämpfung). – Anpassungen sind durch den Inbetrienehmer auch ohne Spezialwissen über eine intuitive Parameteranpassung möglich.

Serviceleistungen ABB übernimmt die Verantwortung gesamthaft für Planung, Installation, Schulung, Inbetriebnahme und Support. Planung der Regelung Der SteamTMax enthält ein Modell der Regelstrecke. Der Zustandsbeobachter berechnet den vollständigen Zustand der Regelstrecke inkl. der nicht gemessenen Temperaturen in den Überhitzern. Die Zustandsregelung arbeitet auf Basis des ermittelten Systemzustands. Der SteamTMax berücksichtigt das nichtlineare lastabhängige Verhalten der Anlage. Die K und R Vektoren (siehe Abbildung) werden online berechnet, um optimale Regelgüte an allen Lastpunkten zu gewährleisten. Die Regelung durch den SteamTMax ist vorausschauend und hat einen hohen Integralanteil. Dadurch wird eine Verbesserung der Regelgüte erreicht, ohne die Robustheit der Regelung zu beeinträchtigen.

Identifikation der Regelstrecke Das Identifikationswerkzeug für Überhitzer wurde entwickelt, um den Identifikationsprozess zu vereinfachen und um optimale Anlagenparameter zu erhalten. Die genaue Identifikation der Regelstrecke ist eine wesentliche Voraussetzung für eine optimale Performance der Regelung. Implementierung Der SteamTMax wird üblicherweise parallel zu einer anderen einfacheren Regelung implementiert. Z.B. bei der Optimierung eines bestehenden Systems wird SteamTMax parallel zur bestehenden Regelstruktur eingebaut. In Neuanlagen oder vollständigen Leittechnikerneuerungen wird immer auch eine PI-Kaskade mitgeliefert. Die PI-Kaskade ist aktiv, so lang keine Identifikationsversuche unter normalen Prozessbedingungen möglich sind bzw. der Zustandsregler nicht parametriert werden kann. Das BackupSystem vereinfacht auf diese Weise die Inbetriebnahme und unterbindet in der Zwischenzeit Störungen des Prozesses. Der Abgleich erfolgt dank der vorhandenen Abgleichlogik stoßfrei. Die Zustandsregelung ist robust gegenüber Änderung der Dynamik der Überhitzerregelstrecke. Aufgrund der Integration der Parametrierung in das Zustandsreglermodul ist die Inbetriebnahme sehr einfach möglich. Die Optimierung der Regelung kann ähnlich wie beim Tuning eines PI-Reglers direkt am Prozess, d.h. durch experimentelles und intuitives Feintuning erfolgen.

Vorteile durch SteamTMax – Verlängerung der Lebensdauer dickwandiger Bauteile (vor allem im Dampferzeuger und in der Turbine). – Die Geschwindigkeit bei Lastwechseln kann ohne Risiko von Temperaturgrenzwertverletzungen erhöht werden. Dadurch kann die Anlage schneller auf Lastwechselanforderungen reagieren. – Die verbesserte Regelgüte (kein Überschwingen, schnelleres Erreichen des Sollwerts) bei der Korrektur von Temperatur abweichungen minimiert die Stellarbeit und minimiert das Auftreten von Oszillationen durch Rückkopplung von anderen Regelkreisen im System. – Wirksam bei allen Arten von Überhitzern. SteamTMax bietet besonders große Vorteile für Überhitzer mit großer Aufwärm spanne (z.B. > 70 K für Kohle-gefeuerte Anlagen, > 100 K für Gas/Öl-gefeuerte Anlagen) und/oder Überhitzer mit nennens werter Totzeit oder sehr langsamer Dynamik. – In bisherigen Projekten wurden typischerweise Verringerungen der maximalen Temperaturabweichung der Dampftempera turen von 30 – 40 % erreicht (abhängig von der Aufwärm spanne). – Eine Erhöhung des Sollwerts der HD Frischdampftemperatur um 5 K verbessert den Anlagenwirkungsgrad um ca. 0,1 % absolut. – Eine Erhöhung des Sollwerts der ZÜ Dampftemperatur um 5 K verbessert den Anlagenwirkungsgrad um ca. 0.09 %, absolut.

Ausgewählte Referenzen Heyden Block 4, Deutschland Kohlekraftwerk, 920 MWel Frischdampftemperaturabweichung bei Volllast