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Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Sistemi di regolazione degli impianti turbogas e ciclo combinato
2
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Evoluzione parco turbogas
• Fino a 10 anni fa i gruppi TG erano solo i cicli aperti per il funzionamento di picco (poche migliaia di MVA)
• Ad oggi esistono circa 15000 MVA di alternatori mossi da turbine a gas (in ciclo semplice, in ciclo combinato, in impianti di repowering e di cogenerazione)
3
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Presenza di unità Turbogas nella rete elettrica italiana
(in ciclo semplice, combinato, ripotenziato)
• Effetti positivi• Effetti negativi
In rete perturbataIn riaccensione di rete
4
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Temperatura allo scarico (diagramma T-s)
IGV
QaQc
Ta Tc Tf Tex
Tf
Tex
Tc
Ta
T
s
Tf ~ Ta + Hci Qc cf Qa
5
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Temperatura limite allo scarico
Tex-lim
Tex
Qa (IGV)
WgWnom
(Ta)
Tf-lim
Qc
6
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Schema semplificato impianto turbogas
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
7
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
Turbina
3
Wx
2
Tx
1
Wg
f(u)
Turbine power
f(u)
Exhaust temperature
f(u)
Exhaust flow
3
w
2
Wf
1
Ligv
15.0WW3.1W 0ffg
a0a
IGVfrx TT005.01
L1971306W1390TT
257.0IGV
a
0ax L
273T
273TW
Temperature in °C
8
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Anello di regolazione della velocità
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
Regolatore di velocità
9
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
Anello di regolazione della temperatura
Regolatore di temperatura
10
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
Anello di regolazione dell’accelerazione
Regolatore di accelerazione
11
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
Selettore di minimo
Selettore di minimo
12
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
Regolatore Inlet Guide Vanes (IGV)
Regolatore IGV
13
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
9
R_acc
8
R_tem
7
R_vel
6
Ligv
5
FSR
4
VCE
3
Wx
2
Tx
1
Wg
.01
Tr
1Variagiri
f(u)
VCE>FSR
Ligv
Wf
w
Wg
Tx
Wx
Turbina gas
-K-
Statismo
min
Selettore
Limiti comb.
Limite velocIGV
1s
1s
15Fuel override bias
_FSR_T
Fuel Tcontrol
du/dt-K-
-K-
20
1/Statismo
2
w
1
Rich
Regolatore combustibile
Regolatore di combustibile
-0.1
1.5
1
1
1.5
0.23
14
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
• Potenza disponibile nei fumi
• Caldaia in “sliding pressure mode”• Potenza alla turbina a vapore
Contributo sezione vapore impianti CC
ar
axxs TT
TTWW
hrsgsgs sT1
1WW
15
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Schema di regolazione tipico
-Wa
+Wgregolazione di velocità
-
FB
f
regolazione di potenza
IGV
WricWrip
Wb
ILF
Tex
RETE
CARICO
prefiss.Tex
prefiss
carico
Rtex
RRW VG
Texmis
M
I
N
Wmin
Wmax
Qa
Qg
TG
Pot
Vel
+Wg
-Wa
16
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Caratteristica frequenza-potenza
50
49
48
51
52
Potenza
Frequenza[Hz]
Wnom
Tex-lim
-4% +2%
Il margine di potenza (eventualmente disponibile) viene completamente eroso dalla riduzione di frequenza
Tex-picco
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Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Load rejection in rete perturbata• Possibili cause di fallimento in avviamento manovra LR
– apertura valvole ON-OFF (anticipazione del LR a f>47.5Hz)
– mancanza di fiamma o alte differenze di temperatura
– fallimento apertura serrande by-pass fumi al camino
Q nQ n2
Q a
H
H n
IGV
Valvole ON-OFF a =95%Caratteristicadi resistenza della Turbina(lineare in Qa)
prevalenza
Portata aria
Caratteristichedi prevalenza del Compressore(ampiezzequadratiche in Qa)
QaQc
STALLO PER BASSA PORTATA ARIA
Ta Tc Tf Tex
18
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Avviamento tipico TG
5 10 15 20 25 30 minuti
20
40
60
80
100
00
[%]
IGV
Velocità
Temperatura scarico
PotenzaCombustibile
19
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Impianti turbogas
• +Rapidità di risposta (fuori termoregolazione)• +Vicinanza ai centri di carico• - Limiti di termoregolazione e rampe• - Vincoli di combustione
Pc
Pg
fmax Pc
tempo costante
Pc
Pgintervento termoregolazione
f’max P’c2
pendenza costante
20
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Variazioni di frequenza gruppi TG
P 1
P 2
P max
P 0
f max
ab
bass
amen
to d
i fr
eque
nza:
f
potenza TG: P 0
Variazione di potenza P
0
intervento termo limitazione
potenza iniziale TG: P [%]
0 20 40 60 80 100 0
20
40
60
80
0
vari
azio
ni d
i po
tenz
a am
mes
se:
P [
%]
P max
P 1
P regime
IGV aperte
IGV chiuse
21
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Comportamento carichi spenti
Tempo
Durata della disalmentazione
Spunto motori
Utenze attacca-stacca
Carico finale
Pochi secondi
Alcune decine di secondi
Pot
enza
22
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Attacco carico spento su TG
f
WgWa
tempo [s]
0 1 2 3 4 5 6 7
fOO
23
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Riaccensione di rete tramite isole di caricoIsola di carico tipica
• Semi-isola con TG e carico• Semi-isola con HY e carico
• Parallelo tra semi-isole – e carichi comuni
• Parallelo con altre reti
TG
HY
24
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Wc
WgHyWgTG
Attacco carico spento su TG e HY
Wc
WgHyWgTG
Wc f
W
WHYWTG
Wa foo
25
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Attacco carico spento su TG e HY
f
WgWa
tempo [s]
WTG
WHY
f ‘
0 2 4 6 8 10 f OO
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