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Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Sistemi di regolazione degli impianti a vapore
2
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
SH
EV ECO
RH
AP MP ALT
TR.CH.
PEC PAA
LJVA
PAC
TR.CH.B P
CD
Schema di impianto
3
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Camera di combustione
sT1
sRICCALsQi
e
6
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Turbina AP, MP, BP e alternatore
sqKsqKsW
qKqK
hhqhhqWW
rbtam
rbta
crrfttme
9
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
G
RICTURB1
GY
R
RV
Regolatore di velocità
10
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Comportamento impianto non regolato
17
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Comportamento impianto non regolato
18
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Modo Caldaia Segue
21
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
Modo Turbina Segue
22
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
LQQ ue
T
S
L
Q u
12ue UULQQ T
S
1
2
VdPdHPdVdUdQ
PVUHPdVdL
Richiami di fisica tecnica
28
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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
Dipartimento diSistemi Elettricie Automazione
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