Analiza Si Reglarea Unui Sistem Cazan Turbina Generator Sistem Electro Energetic Radial

Cuprins:

Capitolul1: Prezentarea procesului.Tema de proiectare……………………………………………….

Capitolul 3: Reprezentarea simplificată a cazanului (generatorului) de abur…………………16

Capitolul 4: Aproximarea funcțiilor de transfer semnificative…………………………………….17

Capitolul 5: Acordarea regulatoarelor pentru principalele bucle de reglare…………………..28

A. Reglarea presiunii aburului viu………………………………………………………………….28

B. Acordarea regulatorului din bucla de reglare a debitului de abur viu………………32

C. Reglarea frecvenței și a puterii active…………………………………………………………35

D. Reglarea tensiunii și a puterii reactive………………………………………………………..44

1. Prezentarea procesului

Detalierea circuitului de reglare într-o forma simplificata este urmatoarea:

Figura 1. Sistemul electro – energetic radial(circuit de reglare)

Notatii: RN: generator de putere activa

SMH: servomotor hidraulic de actionare a ventilului de admisie partiala V a debitului de abur qab la intrarea în turbina.

C: cazanul grupului

T: turbina

G: generatorul sincron

S: sistemul energetic radial;

P/: traductoare și adaptoare de tensiune-putere;

U/f: adaptoare de frecvență-tensiune unificată;

Statism:bloc corector format dintr-un quadripol activ care asigură o dependență liniară cu o anumită pantă predeterminată pentru panta f(p);

=/~: bloc de redresare a tensiunii;

regulatorul tensiunii la bornele generatorului;

EEx: element de excitație a generatorului;

Alte notatii:

toate referintele de curent sunt notate cu i* si se refera la procese lente; 2-10; 4-20 mA cc;

toate referintele de tensiune sunt notate cu u* 1-10V sau 10V cc si se refera la procese rapide

iapv* = ref presiunii aburului-viu

iO2* = ref de O2 în gazele arse

iΔPF* = ref a depresiunii în focar

iθav* = ref de temperatura a aburului viu

ih* = ref nivelului apei din tambur

iS = ref de salinitate.

Așadar sistemul este format din 4 subsiteme:

cazanul grupului, C;

turbina, T;

generatorul sincron, G;

sistemul energetic radial, S.

In componenta sistemului exista si bucle de reglare in raport cu puterea activa (P) si in raport cu frecventa (f). De asemenea exista regulatoare pentru debitul aburului in turbina asigurat prin servomotorul hidraulic (SMH) si ventilul (V) care asigura admisia partiala a aburului in turbina. Avem si un sistem de reglare a tensiunii U la bornele generatorului la care se asociaza o corectie de curent cu efect de compensare.

Mai exista traductoare si adaptoare putere – tensiune unificata (P/Up), adaptoare de frecventa – tensiune unificata (f/U), un bloc de statism, un bloc de redresare din circuitul de reglare a tensiunii la bornele generatorului (~/=), etaje de amplificare in putere (EEx), reprezentand excitatricea generatorului si altele.

Figura 2.Schema de ansamblu a sistemului

In componența schemei intra:

Cazanul (C) pentru care numarul minim al semnalelor de intrare este 6.Sub forma simplificata se considera un singur semnal de iesire, q ab.v. , care este reglat prin strangulare cu ventilul (V) echivalent de admisie a aburului in turbina.

Turbina (T) antreneaza generatorul G. Aburul viu destins in turbina trece in condensatorul CO, rezultand datorita racirii acelasi debit masic de apa condensata, q ab.v.

Elementul de executie SMH e format dintr-o cremaliera care e antrenata printr-un sistem hidraulic de tip sertaras – piston avand in componenta sertarasul S si pistonul P. Suplimentar mai exista o reactie negative mecanica de tip pozitioner prin intermediul parghiei L1,L2. Prin aceasta reactie negativa se obtin doua avantaje:

micsorarea inertiei mecanice echivalente;

imbunatatirea componentei liniare prin micsorarea distorsiunilor neliniare de tip frecare uscata, jocuri si dereglari mecanice.

Deoarece uleiul este incompresibil se cumuleaza numeroase avantaje: inertie mecanica foarte mica, forte in regim tranzitoriu neatenuate, precizie ridicata.

Mai exista blocurile functionale: RN – regulatorul puterii active; Ap – amplificator in putere; SM – servomotor.

Generatorul (G) antrenat coaxial de turbina T livreaza in sistemul energetic in regim trifazat RST, atat putere activa proportionala cu puterea mecanica preluata de la turbina, cat si putere reactiva necesara magnetizarii circuitelor de forta (transformatoare si regulatoare electrice).

Rotorul generatorului este alimentat in tensiune continua de excitatie, furnizata de excitatricea Ex avand puterea activa cel mult 1% din puterea generatorului. Excitatia excitatricei este alimentata iin tensiune continua la curentul Iexc rezultat la bornele de iesire ale puntii redresoare comandate formata din 6 tiristoare.

Reglarea curentului mediu redresat se asigura in forma clasica, respectiv prin impulsuri de comanda pe grila cu faza variabila (α). Modificarea lui α se face teoretic intre 00 si 1800, practic intre 50 si 1750.

Reglarea puterii active se face printr-o schema dubla in paralel in raport cu puterea activa P si in raport cu frecventa f. Caracteristica liniara descrescatoare f(P) asigura prin panta –ks statismul reglarii puterii active. Mai exista 2 traductoare putere-tensiune unificata si frecventa-tensiune unificata.

Reglarea tensiunii si a puterii reactive se asigura printr-o tripla cascada avand in componenta RUG (regulatorul tensiunii la bornele generatorului), RIE (regulatorul curentului de excitatie), RUE (regulatorul tensiunii de excitatie), care comanda blocul CCG (complexul de comanda pe grila). La iesirea CCG se obtin defazajele α variabile in limite largi pentru comanda pe grila a celor 6 tiristoare. Aceasta bucla echivalenta in tripla cascada poseda o reactie pozitiva de curent cu o pondere mult mai mica, de cateva procente (reactie de compundare).

Cele 6 bucle de reglare (intr-o forma destul de generala) pentru un cazan de abur se prezintă în figura de mai jos:

Figura 3. Bucle de reglare (forma generala) pentru un cazan de abur

Detalii functionale

qabv – debitul aburului viu comandat printr-un circuit clasic de reglare a puterii active prin compararea unei puteri de referinta impuse Up* proportionala cu puterea activa reala debitata de grup in sistem

RN – regulatorul puterii active care prin servmotorul hidraulic SMH comanda ventilul V de admisie partiala a aburului viu in turbina

Generatorul G este prevazut cu reactii de reglare a puterii reactive, a tensiunii la borne UG prin regulatorul RUG si elementul de excitatie Eex, iar UG* este tensiunea de referinta pentru generator.

Se prevede o reactie de comparare in raport cu curentul i0. Se mai asigura o reactie de statism in raport cu frecventa f prin compararea unei referinte de frecventa (de obicei 50 Hz) cu tensiunea Uf proportionala cu frecventa reala. Abaterea Uf*-Uf se prelucreaza printr-un efect proportional in elementul de statism asigurand o componenta suplimentara ΔUp a puterii active.

Reglarea presiunii aburului viu se asigura printr-o schema in cascada avand 2 regulatoare PI. Pe circuitul principal de reactie avem un convertor presiune-curent unificat, iar pe circuitul interior de reactie avem un convertor presiune diferentiala-curent unificat, urmat de un extractor de radical. In general pe bucla de reactie a debitului este necesar un traductor cu diafragma calibrata, presiunea diferentiala Δp fiind proportionala cu patratul debitului. Curentul unificat i care rezulta din convertor este de asemenea proportional cu patratul debitului. Se impune deci utilizarea unui extractor de radical, curentul unificat fiind astfel proportional cu debitul. Bucla externa de reactie asigura reactia in raport cu presiunea aburului viu, iar bucla interna asigura reactia in raport cu debitul de combustibil qc.

A doua bucla de reglare asigura combustia corecta prin mentinerea concentratiei de oxigen rezultat din gazele arse in limitele acceptabile. Bucla poseda tot o reglare in cascada, in raport cu oxigenul pentru bucla externa, respectiv cu aerul de combustie qaer pentru bucla interna.

A treia bucla de reglare este pentru depresiunea din focar ΔpF. Se impune mentinerea unei depresiuni de -2mmH2O (milimetri coloana de apa) in interiorul focarului. Pe buclele de reactie exista traductoare presiune diferentiala-curent unificat.

Reglarea debitului apei de alimentare se asigura printr-o reglare convergenta avand urmatoarele reactii:

in raport cu debitul de alimentare: qapa

in raport cu nivelul apei din tambur: h

in raport cu presiunea aburului viu: pabv

in raport cu debitul aburului viu: qabv

Tipul traductoarelor si convertoarelor in semnal unificat este acelasi ca in schemele anterioare.

Reglarea temperaturii aburului viu este o reglare convergenta in raport cu 2 reactii: temperatura aburului viu θabv, respectiv temperatura aburului viu dintr-un supraincalzitor intermediar θab si. Pe circuitele de reactie exista convertor temperatura-tensiune/curent unificat.

Reglarea salinitatii S a apei condensate din palnia rece a cazanului. Bucla principala este asigurata de salinitate, existand si o bucla suplimentara de corectie, dependenta liniar de debitul aburului viu. Exista un traductor salinitate-tensiune, apoi tensiune-curent. Mai exista de asemenea bucle suplimentare cu efect de corectie

Notații:

Există două circuite de reglare distincte:

1).în raport cu puterea activă pentru reglarea frecvenței;

2).în raport cu tensiunea la bornele G pentru stabilizarea tensiunii și reglarea puterii reactive.

În schema de reglare a cazanului exista urmatoarele circuite de reglare:

sarcina cazanului, regulatorul de sarcina, functia de presiune actionînd asupra combustibilului si aerului de combustie;

regl de combustie urmarind calitatea arderii, respectiv regl de urmarire în proportie stoichiometrica a aerului de combustie în raport cu combustibilul;

depresiunea în focar;

alimentarea cu apa, functie de nivelul apei din tambur, debitul de abur; o corectie în raport cu presiunea aburului din tambur;

temperatura aburului de iesire cu o corectie în raport cu temperatura aburului înainte de injectie;

purja continua, functie de debitul aburului si salinitatea apei din tambur

3. Identificarea sub forma simplificata a

cazanului cu abur

Cazanul se considera ca avand 6 semnale de intrare si 9 semnale de iesire. Teoretic exista functiile de transfer de la fiecare intrare la fiecare iesire. Practic majoritatea acestor functii de transfer au ponderi neglijabile, rezultand 19 functii de transfer mai importante, dintre care unele au valori foarte mari fata de altele.

Se opereaza cu grafic pentru a stabili actiunea unor semnale asupra altor semnale.

Figura 4. Reprezentarea legăturilor între funcțiile principale

Se va parcurge citirea raspunsurilor indiciale semnificative intre aceste semnale pentru a aproxima functiile de transfer. Nu toate aceste functii de transfer au interpretarea fenomenologica sau au o pondere suficienta pentru a putea fi luate in considerare.

Se iau numai cele cu modul suficient de mare.

4. Aproximari ale functiilor de transfer

semnificative

Avand in vedere caracterul de filtru trece jos cu intarziere de faza a majoritatii subproceselor incluse in functiile de transfer, aproximarile se pot face prin identificare pe baza unor raspunsuri indiciale. Cu toate ca aproximarea functiilor de transfer prin forme proportionale de ordinul I si cu timp mort pare a fi grosiera, in general se utilizeaza in proiectare si relativ rar se utilizeaza functii de transfer de ordinul II.

Se intalnesc 2 cazuri:

a)

In acest caz functia de transfer se poate aproxima astfel:

b)

In acest caz functia de transfer va fi de forma:

In ambele cazuri

T – constanta de timp a subprocesului

Tm – constanta de timp mort

Calculul functiilor de transfer prinficienta pentru a putea fi luate in considerare.

Se iau numai cele cu modul suficient de mare.

4. Aproximari ale functiilor de transfer

semnificative

Avand in vedere caracterul de filtru trece jos cu intarziere de faza a majoritatii subproceselor incluse in functiile de transfer, aproximarile se pot face prin identificare pe baza unor raspunsuri indiciale. Cu toate ca aproximarea functiilor de transfer prin forme proportionale de ordinul I si cu timp mort pare a fi grosiera, in general se utilizeaza in proiectare si relativ rar se utilizeaza functii de transfer de ordinul II.

Se intalnesc 2 cazuri:

a)

In acest caz functia de transfer se poate aproxima astfel:

b)

In acest caz functia de transfer va fi de forma:

In ambele cazuri

T – constanta de timp a subprocesului

Tm – constanta de timp mort

Calculul functiilor de transfer principale:

1) Functia de transfer a presiunii aburului viu in cazan in raport cu debitul de combustibil

Tm11 = 10[min]=600 [sec];

T11 = 100[min]=6000[sec];

Deci:

2) Functia de transfer a continutului de O2 in gazele arse in raport cu debitul de combustibil

Tm12 = 10[ sec];

T12 =60 [sec];

Deci:

3) Functia de transfer a presiunii aburului viu in tambur in raport cu debitul de combustibil

Tm15 =9[min] = 540[sec];

T15 = 90[min] = 5400[sec];

Deci:

4) Functia de transfer a debitului de abur viu in raport cu debitul de combustibil

Tm16=12[ min] = 720[sec];

T16 = 120[min] = 7200[sec];

Deci:

5) Functia de transfer a temperaturii aburului viu in supraincalzitorul intermediar in raport cu debitul de combustibil

Tm17=10[min]=600[sec];

T17=100[min]=6000[sec];

Deci:

6) Functia de transfer a temperaturii aburului viu in raport cu debitul de combustibil

Tm18=12[min]=720[sec];

T18=120[min]=7200[sec];

Deci:

7) Functia de transfer a presiunii aburului viu din cazan in raport cu debitul de aer de combustie

Tm21=10[min] = 600[sec];

T21=100[min] = 6000[sec];

Deci:

8) Functia de transfer a continutului de oxigen in gazele arse in raport cu debitul de aer de combustie

Tm22=10[sec];

T22= 60[sec];

Deci :

9) Reglarea depresiunii din focar prin controlul debitului de aer de combustie

Tm23 =10[sec];

T23 =5[sec];

Deci:

10) Functia de transfer a presiunii aburului din tambur in raport cu debitul de aer de combustie

Tm25 = 9[min]=540[sec];

T25 =90[min]=5400[sec];

Deci:

11) Reglarea debitului de abur viu prin controlul debitului de aer de combustie

Tm26 = 12[min] = 720[sec];

T26 = 120[min] =7200[sec];

Deci:

12) Functia de transfer a temperaturii aburului viu in supraincalzitorul intermediar in raport cu debitul de aer de combustie

Tm27 = 10[min]=600[sec];

T27 = 100[min]=6000[sec];

Deci:

13) Reglarea temperaturii aburului viu prin controlul debitului de aer de combustie

Tm28 = 12[min]=720[sec];

T28 = 120[min]=7200[sec];

Deci:

14) Functia de transfer a depresiunii in focar in raport cu debitul de gaze arse

Tm33 = 5[sec];

T33 = 10[sec];

Deci:

15) Functia de transfer a nivelului apei din tambur in raport cu debitul apei de alimentare

Tm44 = 20[sec];

T44 = 20[sec];

hnom=100[mm]=0.1[m]

Deci:

16) Functia de transfer a debitului aburului viu in raport cu debitul de apa

Tm46 =12[min]=720[sec];

T46 = 120[min]=7200[sec];

Deci:

17) Functia de transfer a salinitatii in raport cu debitul de apa

Tm49 =60[min]=3600[sec];

T49 =600[min]=36000[sec];

Deci:

18) Functia de transfer a temperaturii aburului viu in supraincalzitorul intermediar in raport cu debitul de injectie (apa sau abur)

Tm57 =10[sec];

T46 = 10[sec];

Deci:

19) Functia de transfer a salinitatii debitului de purja

Tm69 =60[sec];

T46 =60[sec];

Deci:

Rezulta matricea de transfer a cazanului avand dimensiunea (6×9) cu 6 intrari si 9 iesiri si avand un numar de 19 elemente nenule si restul de 35 elemente nule sau neglijabile.

Acest proces este un exemplu tipic de proces mare, avand urmatoarele caracteristici importante: de la un semnal de intrare semnificativ (qc) si celalalt semnal de iesire semnificativ (qabv) teoretic exista relatii complicate, dar care prin interpretarea unor raspunsuri tipice se pot aproxima prin funnctii de transfer care cumuleaza doar cativa poli dominanti si un numar foarte mare de poli reziduali care se neglijeaza; in acest caz cu 1 pana la 2 poli dominanti si cel putin 6 pana la 10 poli reziduali se justifica aceste aproximari simple ale functiilor de transfer.

Aceasta observatie este valabila mai ales la procese puternic inertiale, la care primele 2 derivate sunt semnificative, iar celelalte derivate sunt puternic atenuate, deci se justifica neglijarea acestora.

q – debit – temperatura

h – nivel PF – depresiune

O2 – concentratie P – presiune

H26 – functia de transfer a cazanului considerand ca intrare qaer si ca iesire qabv

5. Acordarea regulatoarelor pentru

principalele bucle de reglare

A. Reglarea presiunii aburului viu

Bucla de reglare este un sistem de urmarire in raport cu referinta de comanda, avand o comportare rapida pentru ca servomotorul pneumatic plus robinet SPR poseda inertie redusa

Cip12 – convertor curent unificat-presiune diferentiala

SPR – servomotor pneumatic cu robinet

Cpi12 – convertor presiune-curent unificat

Er12 – extractor de radical

-curent unificat de referință destinat stabilizării presiunii aburului viu

Se stabilesc functiile de transfer componente ale schemei de sus

a) Convertorul curent-presiune Cip12

se considera neinertial, cu factorul de proportionalitate care rezulta din caracteristica statica a generatorului

b) Servomotorul pneumatic SPR

se considera ca are o caracteristica liniara, dar inertia evidentiata prin constanta de timp de 1 sec nu se poate neglija

c) Circuitul intern de reactie

cuprinde traductorul de debit-presiune diferentiala, convertorul de presiune diferentiala-curent, extractorul de radical al carui efect compenseaza efectul patratic al traductorului; toate aceste elemente se considera in ansamblu neinertiale

coeficientul de proportionalitate rezulta din figura de mai jos:

Bucla de reglare echivalenta prezinta structura:

Acest sistem fiind de inertie mica si de stabilizare, se va acorda regulatorul R12 dupa criteriul modulului, constanta de timp mort fiind neglijata.

unde

d) Circuitul extern de reactie

Spre deosebire de bucla interna, in aceasta bucla exista o constanta de timp relativ mare: T11=100 min. Ca urmare acordarea regulatorului R11 se face analog proceselor lente dupa criteriul Ziegler-Nichols in varianta de stabilizare, avand functia de transfer exterioara.

Constanta de proportionalitate KCpi11 rezulta din caracteristica statica din figura:

Se face modelarea pentru convertor:

Folosind criteriul Ziegler-Nichols se obtine:

B. Acordarea regulatorului

din bucla de reglare a debitului de abur viu (în tambur)

curentul unificat de referință a nivelului apei în tambur (h).

a) Convertorul curentpresiune Cip43

se considera neinertial, cu factorul de proportionalitate ce rezulta din caracteristica din figura de mai jos:

b) Servomotorul pneumatic cu ventil de reglare SPR

se considera ca are o caracteristica liniara, avand coeficientul de proportionalitate rezultand din figura:

c) Circuitul intern de reactie

cuprinde traductorul de debit-presiune diferentiala, convertorul de presiune diferentiala-curent, extractorul de radical al carui efect compenseaza efectul patratic al traductorului; toate aceste elemente se considera neinertiale, avand coeficientul de proportionalitate:

coeficientul a rezultat din figura de mai jos:

d) Circuitul extern de reactie

contine aceleasi elemente ca si bucla interna, avand:

Partea fixata este:

Procesul este lent, cu o constanta de timp T46=7200 [sec] =2 [h] si are un timp mort considerabil Tm46=720 [sec] =12 [min]. Din cauza intarzierii mari introduse de proces, regulatorul va actiona prin bucla de reactie interna asupra debitului de apa, la acordarea lui putandu-se neglija efectul buclei de reactie externe.

Bucla interioara fiind fara timp mort, regulatorul se poate acorda dupa criteriul modulului astfel:

La aceasta se adauga o constanta de timp TΣ43=0.01 [sec], considerata ca fiind suma constantelor de timp principial necompensabile.

Se obtine asadar un regulator PI cu

Reglarea frecventei si a puterii active

Figura: Sistemul de reglare

Exista 2 bucle principale de reglare:

reglarea in raport cu puterea activa

reglarea care asigura corectia de statism

Notatii:

RP – regulatorul puterii active

SMH – servomotor hidraulic

V – ventilul de admisie partiala a aburului in turbina

T – turbina

G – generatorul sincron cu o pereche de poli in regim trifazat

U/f – convertor frecventa-tensiune

Uf – tensiune unificata (0÷10V) proportionala cu frecventa

Uf* – tensiunea de referinta a frecventei

KS – element de statism

Deoarece acest sistem de reglare intra in categoria proceselor rapide, semnalele unificate in curent se inlocuiesc cu semnale unificate in tensiune.Curentul unificat se utilizeaza la procese lente pentru care distantele sunt mari si implicit pretabile la inductii parazite.

Deoarece generatoarele de curent unificat poseda rezistente de iesire mari la care se asociaza reactii negative cu curent puternice , exista o desensibilizare aproape totala la inductii parazite si la modificarea rezistentelor de sarcina echivalente.

Prezenta unui nul fals desensibilizeaza si mai mult influenta parazita.

Tensiunea unificata se preteaza pentru procese rapide pentru care lungimea circuitelor este scurta. Se preteaza alimentarea cu generatoare de tensiune constanta avand rezistenta de iesire cat mai mica deoarece sunt mai ieftine si mai avantajoase.

Uf*,Up* – tensiuni de referinta pentru frecventa, putere activa

Uf – reactia in tensiune proportionala cu frecventa

Us – tensiunea de iesire din elementul de statism Ks

a – abaterea de reglare dintre Up* si Up care este tensiune proportionala cu puterea activa

Cqabv – comanda debitului de abur viu

mqabv – semnalul de executie a debitului de abur viu: reprezinta deplasarea unghiulara pe care o dezvolta axul cu came actionat hidraulic si care prin rotire deschide progresiv cele n supape de admisie partiala a aburului.

Abaterea dintre Up si Up* este considerata semnal de intrare pentru regulatorul RP, rezultand astfel comanda Cq abv pentru servomotorul hidraulic SMH, care prin intermediul ventilului actioneaza asupra turbinei T si generatorului G.

Abaterea dintre Up si Up* reprezinta abaterea de la reglare fara corectia de statism. Este bucla principala fata de care ponderea corectiei de statism este mult mai mica (circa 10%) asigurand incarcarea grupului cu putere activa, proportionala cu puterea nominala a grupului, in ipoteza aparitiei unei abateri in regim de avarie a frecventei de 50Hz. Corectia de statism se realizeaza prin intermediul abaterii dintre Uf si Uf* si a elementului de statism KS.

Ne intereseaza stabilirea si interpretarea functiilor de transfer ale elementelor componente.

a) Servomotorul hidraulic SMH

Schema SMH se prezinta in figura de mai jos:

Sertarasul S alimentat la presiunea Pal (intre 6÷100 atm) etansarea completa spre cele 2 admisii, spre pistonul P, numai daca sertarasul S se afla intr-o pozitie mediana. Ca urmare pistonul P este nemiscat iar semnalul de iesire (deplasarea axiala ‘u’) este nula.

Resortul antagonist R este calibrat in functie de pozitia unui surub de tensionare. Se asigura o pozitie axiala a elementului hidraulic de reactie format din carcasa C si pistonul interior F. Nu exista legatura axiala directa intre punctele O3 si O, decat prin actiunea intermediara, prin variatia presiunii de ulei deasupra di dedesubtul pistonului P.

Prin SC se asigura o ocolire calibrata (bypass) intre admisia si refularea presiunii de ulei. Se poate asigura astfel un coeficient de atenuare reglabil in limite largi.

Semnalul de intrare este abaterea ‘a’, iar semnalul de iesire este comanda ‘u’ ce actioneaza direct asupra ventilului. Daca abaterea ‘a’ creste, parghia L1L2 se roteste in jurul lui O3, asigurand deplasarea in sus ‘b↑’ si implicit admisia uleiului prin sertarasul S in partea de sus a pistonului P, care este antrenat in jos (scade ‘u’). Apare o reactie prin L3L4 care se roteste in jurul lui O si asigura deplasarea in jos a acestuia, rezultand deplasarea in jos a lui ‘v’. Astfel coboara si carcasa C, rezultand o usoara suprapresiune in partea de sus a pistonului F cu efect de antrenare in jos a axei si implicit prin ‘w↓’ se deplaseaza O3 in momentele urmatoare. Astfel coboara si O2 rezultand ‘r↓’.

Deoarece ‘b↑’ si ‘r↓’ sunt antagoniste rezulta o reactie negativa hidraulica, care cumuleaza anumite avantaje:

micsoreaza inertia echivalenta mecanica

imbunatateste liniarizarea, cu efect de atenuare a unor dereglari mecanice

mareste rezerva de stabilitate, cu efect de atenuare a unor tendinte de autooscilatii

Deoarece uleiul este incompresibil, asociat cu avantajele reactiei negative hidraulice, rezulta ca sistemul sertaras-piston este foarte putin inertial, asigura forte si cupluri foarte mari, ceea ce la motoarele electrice ar prezenta solutii prea complicate si ineficiente.

Se pot scrie urmatoarele ecuatii:

Ecuatia (3) reprezinta viteza de deplasare a pistonului P, proportionala cu suprafata de admisie a sertarasului S si cu presiunea de alimentare Pal.

Ecuatia (5) reprezinta echilibrul intre forta dezvoltata de amortizorul hidraulic F si forta antagonista dezvoltata de resortul R.

Aplicand transformata Laplace cu conditii initiale nule asupra sistemului de ecuatii (1)÷(6), rezulta:

Eliminand variabilele intermediare L{b}, L{c}, L{u}, L{w}, L{r} obtinem forma functiei de transfer a sistemului sertaras-piston:

F – coeficientul de vascozitate al amortizorului hidraulic

Deoarece K – foarte mare, constanta T are valori uzuale mult sub 1 sec, deci se poate neglija. Vom obtine asadar cu comportare PI, fara inertie proprie

unde mq abv nom – deplasarea tijei SMH la extreme

b) Ventilul V

c) Turbina+generatorul T+G

d) Bucla de reactie de putere activa si corectie de statism

Pentru traductorul de putere activa-tensiune

Coeficientul de transfer pe circuitul de corectie al statismului

Coeficientul reactiei de statism KS

Coeficientul Ks rezulta din comportarea dorita in regim stationar.

In general se considera f(P) liniarizata. Se urmareste ca pentru o descrestere accidentala a frecventei sistemului energetic cu (–Δf) sa rezulte o anumita contributie crescatoare a puterii active (+ΔP), proportionala cu puterea nominala a grupului, rezultand astfel un efect de readucere partiala a frecventei spre valoarea nominala.

Statismul S este definit ca:

Fie PS puterea activa consumata in sistem. Daca de exemplu apare descresterea accidentala (–Δf) rezulta incarcarea automata prin bucla de corectie de statism a grupului de la PS0 la PS cu efect de readucere a frecventei la frecventa nominala, dupa cum se observa in figura de mai jos:

Se pot scrie relatiile:

unde KSP – puterea corectiei de statism

Deci pentru o descrestere (–Δf) corespunde din partea grupului o contributie de putere ΔP = μΔf

Se impune acest statism sub forma:

unde:

0.4 reprezinta abaterea de frecventa admisa in jurul frecventei nominale

S reprezinta raportul intre variatia frecventei sistemului energetic la variatia puterii grupului de la “0” la Pnom

Sistemul echivalent de reglare al frecventei si al puterii active

Uf*

SMH V T+G

US

UP* PG + f0 f

– af Cqabv mqabv qabv

Up

Daca puterea livrata de grup este nula (PG = 0), frecventa sistemului electroenergetic este f0. In aceleasi conditii de consum, prin cresterea progresiva a PG, rezulta o crestere aproximativ liniara a frecventei. Daca grupul este incarcat la o putere PG, dar sarcina prezinta fluctuatii, datorita statismului, grupul se va autoincarca / descarca dupa cum frecventa descreste respectiv creste.

Ca urmare, o putere livrata in sistem PG = 1 [MW] va atrage o crestere a frecventei sistemului cu

Acordarea reguatorului puterii active RP se face dupa criteriul modulului, sistemul echivalent fiind cel mai apropiat de un sistem rapid, fiind impusa o comportare de stabilizare a frecventei.

Circuitul pe calea directa are functia de transfer fara regulator HEx1. Intreaga bucla impreuna cu convertorul de putere activa-tensiune va avea functia de transfer:

unde TΣ = 0.0l [sec] si reprezinta suma constantelor de timp principal necompensabile

Modelarea analogica a regulatorului

Functia de transfer a regulatorului RP se poate modela analogic prin 2 amplificatoare operationale legate in serie ca in figura de mai jos:

Un amplificator operational are urmatoarele proprietati:

in circuit deschis amplificarea este foarte mare (cel putin 104)

impedanta de intrare foarte mare (cel putin 1 MΩ)

impedanta de iesire foarte mica (1÷10Ω) – generator ideal la iesire

constanta de timp echivalenta neglijabila (cel mult 10-4)

R se calibreaza astfel incat puntea rezistiva echivalenta sa fie echilibrata in regim stationar.

Primul amplificator introduce un pol si un zero, iar al doilea este un amplificator inversor. Prin identificare ( HRP(s) = HAO ech(s) ) se obtine:

Pentru AO1:

Valoarea condensatorului C se alege din catalog :

Rezistenta R1 se poate obtine prin inserierea a doua rezistente de cate 10 kΩ sau dintr-o rezistenta de 10 kΩ si un potentiometru de 1 – 100 kΩ.

Pentru AO2:

Valorile rezistentelor R3 si R4 se aleg din catalog:

Calculul buclei corectoare de statism

Coeficientul KS se calculeaza din conditia ca plaja de frecventa ±0.2Hz, adica Δf=0.4Hz, in jurul frecventei nominale de 50Hz, sa poata fi asigurata de puterea nominala a grupului.

Creșterea puterii nominale are ca efect scăderea frecvenței f, după cum se observă în figura de mai jos:

f[Hz]

50,2

50

49,8

0 PG[MW]

1/2PG PGnom

Traductorul de putere are coeficientul 0.2[V/Hz].

În regim staționar rezultă:

=>

D.Reglarea puterii reactive și a tensiunii

Se adopta o reglare in cascada tripla in raport cu tensiunea de la bornele generatorului , curentul de excitatie si tensiunea de excitatie.

In figura de mai sus s-au folosit următoarele notații:

a)Elementele componente principale:

1).Generatorul sincron

Puterea nominala aparenta SGnom=410/0.825=496,97 [MWA];

Factorul de putere cos=0,825

Tensiunea la bornele generatorului :

UGnom=30[KV]

2.Excitatricea EE

Date: PEnom=0.0025*PGnom=0.0025*410=1,025 [MW]

UEnom=600 V

IEnom=PEnom/UEnom = 1,025*106/600=1708,33 [A]

3.Puntea comandată PC

Alimentează înfășurarea de excitație a excitatricei cu tensiunea UPC

Curentul iPC și puterea PPC:

PPCnom = 1% * PEnom = 0.01*1,025*106=10,25 [kW]

Date: UPcnom = 410 [V]

IPcnom = PPcnom / UPcnom = 10,25*103/410 =25 [A]

Se consideră că:

Astfel am obținut prin aproximare o dependență liniară între UPC și . Unghiul se încadrează prin intermediul unui adaptor între 0° și 90°.

4.Complexul de comanda pe grila

Se va neglija TmCCG (timpul mort al complexului de comanda pe grila) = 0 =>

Se definește factorul de conversie tensiune-faza:

=>

Acest raport corespunde unei variatii maxime a defazajului impulsurilor de comanda pe grila ale curentului care pentru o variatie de 8V a tensiunii de comanda la intrarea in CCG realizeaza prin proiectare un defazaj maxim de 900.

Pentru

Schema de reglare automata va fi de forma:

b)Calculul funcțiilor de transfer ale elementelor componente

1)Functia de transfer a excitatiei excitatricei EE

Ea rezulta din sisteme de ecuatii:

Rezulta o comportare proportionala de ordinul I pentru care:

Din tabel: TEE = =0,1 [sec].

2.Functia de transfer a excitatiei generatorului:

TE = 0,75 sec. (din tabel)

3.Functia de transfer a generatorului:

4.Funcția de transfer a reacției de compundare

KUG-se alege în ipoteză iG=0 pentru care:

UGR= KUG*UG;

U*G=10[V];

KUG=UGrnom/UGnom = 10V/30KV = 0.5*10-3

KiG – se alege în ipoteză:

KIE – se alege în ipoteză

UIEr = 10[V] la IE nominal

KUE se alege in ipoteza UIEr = 10V la UEnom

Schema de reglare tensiune curent la bornele generatorului prezinta forma:

Bucla internă A

un regulator PI avand:

Bucla internă B

Funcția de transfer a buclei interne este:

ceea ce reprezintă un regulator PID cu următorii parametri:

c)Bucla internă C

Funcția de transfer a buclei interne H2(s) din schema bloc simplificată din figură este:

Modelarea regulatorului RUG

prin identificare=>

Alegem condensatorii dupa datele de catalog condensatori de tip E6, cu 6 tipuri cuprinse intre 1 si 10 si care au valori standardizate, multiple de 1,2.2,3.3,4.7,6.8,10/

Astfel alegem , dar in catalog nu avem o rezistenta de acea valoare si inseriem o rezistenta cu o rezistenta variabila , alegem si o obtinem astfel inseriata cu o rezistenta variabila , alegem si o obtinem astfel inseriata cu rezistenta variabila .

pe care o obtinem din inseriata cu rezistenta variabila .

Deci,