VANNKRAFTLABORATORIET

Transkript

1 VANNKRAFLABORAORIE INRODUKSJON Preentajon av PhD tuentene arbei SYSEMDYNAMIKK I VANNKRAFVERK 1

2 PhD Oppgaver Einar: rykkvibrajoner i Franciturbiner Jørgen: Virkninggramålinger lave fall Pål-ore: ap i ikke-tajonær trømning Håkon: Demping av trykkpulajoner i ugerør Hari: Sanerojon i omreininghulrommet Wei Zhao: Labyrinttetninger, foku på måturbiner 2

3 Sytemynamikk i Vannkraftverk Generelt om tabilitet og trykkvingninger ranienter Reguleringtabilitet Sekunærregulering, konekven ve effektkjøring Speielt om reverible pumpeturbiner Karakteritikker til forkjell fra Franci 3

4 rykkøkning ve turbinavlag rykk [mv i [ek]

5 orbjørn K. Nielen Vannkraftlaboratoriet, NNU Allievi ligninger Bevegeleligningen "F m a" Ag H x Q + + kq Q t 0 QcA pa l pa pa + l l Kontinuitetligningen: mae inn - mae ut akkumulert mae H t + 2 a Ag Q x 0 Hook lov: Lyhatighet: ΔL L a Δp K { } K ρ

6 rykktøt a ΔH Joukowky: aδv ΔH g L [ mv ] 2L a når ventilen lukketi: 2L L a t [ek] ΔH aδv g 2L a L 2 L ga Q L når L > 2L a

7 Uelatik H 1 H 2 L A Q 0 Newton 2. Lov gir: ρga H H 1 2 ρ AL Q ΔQ 0 Q0 Q0 og t 1 A Q t L ΔH L ga ΔQ L når L >> 2L a

8 Vannkraftytemet Svingejakt urtall Referaner Regulator Parametere Ventil Servo

9 i Dynamike fenomener Preure in front of the turbine ime [ec] rykk foran turbinen Sjaktvingninger Bølger i åpen kanal Reguleringtabilitet Store latenringer Stajonær rift

10 Blokk iagram P el Ref.turtall _ Δ n Regulator å _ P urbin og h Δ P vannvei Svingmae i ti urtall a ien et tar å akelerere generator fra null til nominell turtall me full lat moment e tørre a e bere w ien et tar å akelerere vannmaene fra 0 til nominell vannføring e minre w e bere

11 ikontanten a: ω M I t a I ω o P max ωo I a M Moment I Polare treghetmoment 2 GD I mr GD ω0 a 4 P max 2 illøptien for vannmaene: w Q gh o o L A Sum Lenge/Areal fra nærmete frie vannpeil opptrøm til nærmete frie vannpeil netrøm turbinen

12 A F/L max 6 B Stabilitetkriterier Faemargin: > ca 30 o Forterkningmargin: < -3 B N max -3B urtall-latforholet normalt < - 2 B og i alle fall ikke over 0 B U-rørtoppen ikke høyere enn hovetoppen i turtall-lat-forholet, og ikke mer enn 6 B over grunnkurven. Slik er vannkraftverkene opprinnelig imenjonert, gjeler et fortatt?

13 Frekven og latregulering Primærregulering hole frekvenen tabil ve kort ti fortyrreler Sekunærregulering regulere effekten over lengre ti på 50±0.1 Hz

14 Vannkraftverkene er opprinnelig bygget for optimal energiproukjon Primekanimer og etterpørel etter effekt enret ratik kjøremønteret Økt behov for ytemtjeneter, roterene reerve, frekven- og penningregulering Frekvenregulering i NORDEL kjer i hoveak vha nork vannkraft

15 NORDEL krav min 6000 MW/Hz til regulertyrke Hz 50.1 Hz 50.0 Hz 49.9 Hz 600 MW P MW Frekvenen må ikke uner 49.9 Hz

16 Sekunærregulering Hz 50.1 Hz 50.0 Hz 49.9 Hz Øke effekt Enre tatikk 600 MW P MW

17 Slik gjøre et vel fortatt... Effekt 1 time ± 15 min 7h 8h ime

18 Prognoer for tørre latenringer Opplating er nå opp mot 50 MW/ min Hvi regulertyrken er 6000 MW/Hz ve 50 Hz å er tien man har til råighet før man kommer til 49,9 Hz: 6000MW/Hz * 0.1 Hz / 50 MW/min 12 min Fremtiig prognoe: 200 MW/min Sytemet er i perioer marginalt! En løning latfølge, eikere noen tore kraftverk til å følge opplatingrampen

19 Hvoran virker reguleringytemet på ramper? -P G n ref * n 1 b t 1+ 1 W W a 1 n * n

20 Reorganiering: 1 2 * P H b b n n G w a t t + + W a t t H b b n n * -P G eller:

21 * 0 * lim lim lim Δ + + P H b b n n t n t n G w a t t t Step-repon tranfer funkjonion: Step-repon gir intet tajonært frekvenavvik

22 Simulert tep repon Frequency eviation Hz ime Sec

23 Primær regulering Frequency eviation meaure in the Norel gri when Formark 3 trip from 500 MW ref, Ritva Hirvonen, IVS

24 Rampe Effekt ΔP G -ny ΔP G i

25 Rampen tranfere funkjon 2 P P G G Δ P b P H b b n n t n t n G t G w a t t t Δ Δ * 0 * lim lim lim Rampe repon Frekvenavvik Gir tajonært frekvenavvik uner opplating

26 Frekvenen uner en opplating ramping 0.05 Frequency eviation from 50 Hz b t ΔP G Grenen på ±0.1 Hz ime ec

27 Konklujon Latfølge kan være en måte å møte høyere opplaninghatigeter på Men Ramping gir frekvenavvik uner opplatningen Me effekter MW om eltar i frekvenreguleringen, vil normale regulatorparametere klare MW/min uten å gå uner frekvengrenen på ± 0.1 Hz Ytterligere forbering Nye, forberee regulator algoritmer Nok effekt på nettet 27000MW gir 810 MW/min Reverible pumpeturbiner RP

28 Pumpeturbiner v Franciturbiner Høytrykk Franci fallene karakteritikker poitivt for reguleringen Pumpeturbiner for bratte karakteritikker gir tor vannføringenring ve turtalløkning Høye trykktranienter ve avlag tor vannføringenring om følge av turtallenring Momentkurvene ve tomgang blir nærmet ammenfallene ingen reguleringevne ve tomgang problemer ve innfaing

29 Virkningiagram for høytrykk Franci Reuert imenjonlø vannføring η κ η Reuert imenjonløt turtall

30 Reveribel pumpeturbin Karakteritikker Moment RP Vannføring 0.5 Eta0 Moment urtall urtall

31 Innfaing urbinrift amme proeyre Pumpeopptart Synkron motor Arrangement for opptart Back-to-back Vannet blåe ut minker tartmoment Frekventyring