Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Sistemi di regolazione degli impianti a
vapore
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Schema di impianto
SH
RH
EV
ECO
AP
MP
B P
TR.CH.
ALT
LJ
VA
CD
PAC
TR.CH.
PEC
PAA
2
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Ciclo termico dell’acqua
Tn
T
Pe
Ts
Tr
SH
temperatura
fumi
Pr
RH
Te
EV
ECO
Tf
temperatura
acqua
A.L
Pc
Pe
CD
Tc
Qc
s
EV
SH
RH
ECO
3
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione


~
d M w He
dTm bilancio di energia
Qe  q w h w  q v H v 
 M mcm
dt
dt
~
~
d M w He
dH e
~ dM w
 He
 Mw
Evaporatore
dt
dt
dt
~
bilancio
di
massa
nullo
dH e
dH w Pe 
dH w dPe
dM w
Mw
 Mw
 Mw
 qw  qv  0
dt
dt
dt
dP sat dt
dTe Pe 
dTm
dT dPe
dTm  dTe
M mcm
 M mcm
 M mcm
elevato scambio acqua-metallo
dt
dt
dP sat dt

dH w
dPe
dT  dPe

Q e  q v H v  h w    M w
 M mcm
 Ke
dP sat
dP sat  dt
dt



Q e s   q v s   K esPe s   Pe s  
1
Qe s   q v s 
sK e
4
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Camera di combustione

Q e s   RICCAL s 
1  Ti s
5
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Surriscaldatore e valvole turbina AP
bilancio di massa nullo e dinamica della temperatura trascurata
R s2 q 2t  Pe  Pt  t
caduta di pressione sottocritica surriscaldatore
R s2 2
Pt  Pe q t  Pe - Ksq 2t
t
Av(Yv)
ipotesi gas perfetto
R q  Pt  t
2
v
2
t
1
P

RT
caduta di pressione sopracritica valvola
(relazione quasi lineare: Stodola)
1
qt 
Rv
Pt
Pt
 A v Yv 
RTt
RTt
1°
0
2°
3°
4°
1
Yv
6
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Risurriscaldatore e valvole turbina MP
si trascura il bilancio di energia e quindi l’andamento della temperatura
q r  A r Pr
ammettenza valvole turbina MP
dM r
d r
 dPr
 dTr
qt  qr 
 Vr
 Vr
 Vr
dt
P T dt
T P dt
bilancio di massa dt
lente variazioni
di temperatura
Vr  dq r
1
qt  qr 
 q r s   q t s 
A r P T dt
1  Tr s
costante di tempo RH
dipendente da Ar
Tr 
Vr 
A r P T


 C
P T P
per un gas perfetto
7
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Turbina AP, MP, BP e alternatore
We  Wm  q t h t  h f   q r h r  h c  
K a q t  K bq r
Wm s   K a q t s   K bq r s 
8
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Regolatore di velocità
YV  G R  
RICTURB
R  1 
G
9
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Modello caldaia turbina alternatore
qv
Hv-hw
Caduta
surriscaldatore
Qv
_

KS
Evaporatore
dQ
1 Pe
sKE
+
Turbina AP
+
KA
_
Pt
qt

+
Av
Wm
+
Risurriscaldatore
Qe
1
1+sTRS
Yv
qr
KB
Turbine MP e BP
1
1+sTIS
G
Trasmissione calore
1

Regolatore velocità

+
_
ripartizione del calore
+
1
G
RICCAL
RICTURB
10
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Modello caldaia turbina alternatore in p.u.
qv
Caduta
surriscaldatore
Qv
_

KS
Evaporatore _
dQ
1 Pe
sKE
+
Pt
qt

+
Turbina AP
+
KA
Av
Wm
+
Risurriscaldatore
Qe
1
1+sTRS
Yv
qr
KB
Turbine MP e BP
1
1+sTIS
G
Trasmissione calore
1
Regolatore velocità

+
_
+
1
G
RICCAL
RICTURB
11
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Regolatore di velocità della turbina
rif
generatore

 Wm
Wel
f
carico
0 1 2
5
t
20s
10
f

rif -
Wo Wel
LIM
CALDAIA E CICLO
m
1/Sg
MIN
-
Ga
At
Yv
N.L.
limitatore
di apertura
attuatore
di potenza
X
qt
ht-hf
X
1
qr
1+Tr.s
NL
regolatore
di velocità
Pt
valvole
di turbina
hr-hc
+ Wm
+
X
turbina AP
turbina MP e BP
12
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Regolazione della frequenza di rete
r
-

G
1
(1+Tp s)n
N.L.
qt
Ka
Kb
1+Tr s
regolatore
velocità equiv.
Wm
+
+
valvole e turbina
AP e BP equiv.
qr
1/Ta s

1/S c
rete e carico equiv.
1
1  sK a Tr
Sc
Fs   G 


n
1  sTp  1  sTr 1  sScTa
13
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
G
10
0.01
1
Tr
1
0.1 Ta
1
KaTr
1
1
Tp
10
1
(1+sKaTrSc/(1+sTr)
0.1
1/(1+sTp)
Sc/(1+sScTa)
0.01
0.01
F(s)
1
Tr
1
0.1 Ta
1
KaTr
1
1
Tp
10
Fs   G 
-/2
1
1  sK a Tr
Sc


1  sTp n 1  sTr 1  sScTa
-
-3
14
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Comportamento impianto non regolato
Gradino richiesta caldaia
1.2
Pe
p.u.
1
0.8
Pt
0
20
40
60
80
100
120
140
160
60
80
100
120
140
160
80
100
secondi
120
140
160
0.6
p.u.
0.55
RICCAL
Qe
0.5
0.45
0
20
40
0.6
p.u.
0.55
qt
Wm
0.5
0.45
0
20
40
60
15
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Comportamento impianto non regolato
Gradino richiesta turbina
1.2
p.u.
1
0.8
Pe
Pt
0
20
40
60
80
100
120
140
160
40
60
80
100
120
140
160
40
60
80
100
secondi
120
140
160
0.6
p.u.
0.55
RICTURB
0.5
0.45
0
20
0.6
p.u.
0.55
qt
Wm
0.5
0.45
0
20
16
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Comportamento impianto non regolato
Gradino coordinato richiesta turbina e caldaia
1.2
p.u.
1
Pe
Pt
0.8
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.6
p.u.
0.55
RICTURB = RICCAL = Av
Qe
0.5
0.45
0
20
40
60
80
100
120
140
160
40
60
80
100
secondi
120
140
160
0.6
p.u.
0.55
qt
Wm
0.5
0.45
0
20
17
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Comportamento regolazione di velocità
Gradino riferimento velocità
1.2
p.u.
1
0.8
Pt
0
10
20
30
40
50
60
70
80
30
40
50
60
70
80
30
40
50
secondi
60
70
80
0.6
p.u.
0.55
Av
qt
Wm
0.5
0.45
0
10
20
1.004

p.u.
1.002
1.00
0.998
0
10
20
18
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Comportamento regolazione di velocità
Gradino di carico
1.2
p.u.
1
Pt
0.8
0
30
20
10
40
50
60
70
80
1.01
0.6
p.u.
0.5
p.u.

1.00
Av
0.4
Av
0.99
0.3
0.98

0
10
20
30
40
50
60
70
80
20
30
50
40
secondi
60
70
80
0.5
p.u.
0.45
Wm
0.4
qt
0.35
0
10
19
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Modo Caldaia Segue
MODO CALDAIA SEGUE
wr RICTURB (rif vel.)
-
w
Yv
1/Sg
qt RICCAL
qt
TURBINA
RICH.PORT.ACQUA
+
RICH.PORT.COMB.
RPc
eP
+
RT
RICH.PORT. ARIA
+
eT RO2
eO2
20
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Modo Turbina Segue
MODO TURBINA SEGUE
RICTURB (rif vel.)
Pr +
P
eP
RPt
wr - w
1/Sg
Yv
qt
TURBINA
RICH.PORT.ACQUA
RICH.PORT.COMB.
RICH.PORT. ARIA
21
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Schema regolatori e rete di non interazione
Pric
-
REG.P
CORRP
MAT.A
Wd
-
REG.W
CORRW
Pt
RIC.CAL
N.I.
MAT.M
CALD
RICTURB TURB We
ALT

22
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Imposizione non interazione
Pe  Pt
Ts
Pt
Pt
Pt
1
Pt s  
Q e s  
A v s   m11 s Q e s   m12 s A v s 
Pe
P
q
A
v
1  Ts t
1  e Ts
Pt
Pt
1
qt s  
1
Ts
Q e s  
Pt A v s   m 21 s Q e s   m 22 s A v s 
Pe
Pe
1  Ts
1  Ts
Pt
Pt
Pt
Pd
- RP
CP
a11
RIC.CAL
1+s.Ti
Qe
a12
Wd
Wt
a22
CW
a 21 s 

1 m 21 s 

1 1 1


a11 s 
1  Ti s  NL m 22 s 
1  Ti s  NL Pt Ts
Pt
m12
a21
RW
m11
1/G G
RICTURB
wd
-G
NL
Yv Av
w
m21
m22
1+KaTr.s
1+Tr.s
qt
Wt
a 22 s 

1 m11 s 

1 Av
1


a12 s  1  Ti s  NL m12 s  1  Ti s  NL q t 1  Pe  Pt Ts
Pt
23
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Modo coordinato
f (w)
F.B.
Wd
1/Sg
-We
eW
RW
PROGR.
CARICO
+
LIM
RICTURB
+
-
+
DISP.
+
RIC.CAL
+
RPT
RPC
eP
RICH.PORT.ACQUA
RICH.PORT.COMB.
+
Rt
RICH.PORT. ARIA
+
eT RO2
eO2
24
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Modo coordinato in isola
eP
ef
isola
1/Sg
PROGR.
CARICO
+
1/Ts
+
Wd
isola
-We +
+
RW RPT
LIM
+
RICTURB
-
RIC.CALD
+
RICH.PORT.ACQUA
+
RICH.PORT.COMB.
RPC +
eP
RT
eT
RICH.PORT.ARIA
+
RO2
eO2
25
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Schema completo
QT
Caduta surriscaldatore

KS
_
Evaporatore _
DQ
1
PE
sKE
+
Turbina AP
PT
QT

+
KA
AV
WM
+
Risurriscaldatore
1
1+sTRS
YV
KB
Turbine MP e BP
QE
1
1+sTIS
+
G
Regolatore velocità
Trasmissione calore
1
+
OMEGA
_
+
1
G
RICCAL
RICTURB
WE
_
PT
+
1
+
KPW +
+
+
1
KIW
s
CORRW
1
_
+
rete
interconnessa
1
CORRP
GP
_
sTT
+
1+sTA
+
rete
isolata
GP
PD
WD
+
FB
WPRO
+
+ Dispacciatore
+
WPRO1
1
s
G FB
FRIF
F
+
_
0
GRAD
26
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Richiami di fisica tecnica
T
Qe  Q u  L
L
Qu
S
Qe  Qu  L  U2  U1
dL  PdV H  U  PV
dQ  dU  PdV  dH  VdP
T
2
1
S
27
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Richiami di fisica tecnica
1 1'
AL
Q
P1
2
M
S1
2'
P2
w1
w2
z1
z2
S2
w 22  w12
Qdt - dL  h 2  h1 qdt 
qdt  z 2  z1 qdt moto stazionari o
2g
q1  q 2 dt  dM
moto non stazionari o
 
w 22  w12
~ ~
~
Qdt - dL  h1q1  h 2q 2 dt 
qdt  z 2  z1 qdt  d Mh  hdM  Mdh
2g
28
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Richiami di fisica tecnica
moto stazionario


w w

qdt  z 2  z1 qdt   vdP qdt  Fqdt
P

2g
 1

2
2
2
1
P2

L w2
Ft  vP2  P1   

caso tubazioni 
D 2g

L w 2  2S2t
q2
moto turbolent o  2
 Ft   P2  P1   
 2
2

D 2gS t
At

caso ugelli

w 22
Fu  0
 v1P1 
2g

2
2
2
S
w
q
 1P1  12 2 u  2

2g S2u A 2u

adiabatica
29
Dipartimento di
Sistemi Elettrici
e Automazione
Parametri modello
Le variabili fisiche di riferimento, alla potenza nominale (CNC), utilizzando
la simbologia definita nel modello, sono:
qw = qv = qt = 1040.t/h
Pt = 170.Ata
hw = 250.Kcal/kg
Wm = Wt = 320.Mw
Pe = 200.Ata
Hv = 400.Kcal/Kg
 = 50.Hz
I parametri principali del modello, in p.u. con riferito al CNC, sono:
Ke = 300.s
Ti = 20.s
Tr = 10.s
= 1
G = 20
Ka = .3
Kb = .7
Ks = .15
NL = 1
30