VANNKRAFLABORAORIE INRODUKSJON Preentajon av PhD tuentene arbei SYSEMDYNAMIKK I VANNKRAFVERK 1
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
Sytemynamikk i Vannkraftverk Generelt om tabilitet og trykkvingninger ranienter Reguleringtabilitet Sekunærregulering, konekven ve effektkjøring Speielt om reverible pumpeturbiner Karakteritikker til forkjell fra Franci 3
rykkøkning ve turbinavlag rykk [mv 95 90 85 80 75 70 0 50 100 150 200 250 300 i [ek]
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
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
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
Vannkraftytemet Svingejakt urtall Referaner Regulator Parametere Ventil Servo
180 170 160 150 140 130 0 500 1000 1500 i 100 50 Dynamike fenomener Preure in front of the turbine 90 80 70 60 0 50 150 200 ime [ec] rykk foran turbinen Sjaktvingninger Bølger i åpen kanal Reguleringtabilitet Store latenringer Stajonær rift
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
ikontanten a: ω M I t a I ω o P max ωo I a M Moment I Polare treghetmoment 2 GD I mr 4 2 2 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
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?
Frekven og latregulering Primærregulering hole frekvenen tabil ve kort ti fortyrreler Sekunærregulering regulere effekten over lengre ti på 50±0.1 Hz
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
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
Sekunærregulering Hz 50.1 Hz 50.0 Hz 49.9 Hz Øke effekt Enre tatikk 600 MW P MW
Slik gjøre et vel fortatt... Effekt 1 time ± 15 min 7h 8h ime
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
Hvoran virker reguleringytemet på ramper? -P G n ref * n 1 b t 1+ 1 W 1+ 0.5 W a 1 n * n
Reorganiering: 1 2 * P H b b n n G w a t t + + W a t t H b b 1 2 + + n n * -P G eller:
0 1 2 0 * 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
Simulert tep repon 0.1 0.05 Frequency eviation Hz 0-0.05-0.1-0.15-0.2-0.25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 ime Sec
Primær regulering Frequency eviation meaure in the Norel gri when Formark 3 trip from 500 MW ref, Ritva Hirvonen, IVS
Rampe Effekt ΔP G -ny ΔP G i
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 + + 1 2 2 0 * 0 * lim lim lim Rampe repon Frekvenavvik Gir tajonært frekvenavvik uner opplating
Frekvenen uner en opplating ramping 0.05 Frequency eviation from 50 Hz 0-0.05-0.1 b t ΔP G Grenen på ±0.1 Hz -0.15 0 50 100 150 200 ime ec
Konklujon Latfølge kan være en måte å møte høyere opplaninghatigeter på Men Ramping gir frekvenavvik uner opplatningen Me effekter 5000-10000 MW om eltar i frekvenreguleringen, vil normale regulatorparametere klare 150-300 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
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
Virkningiagram for høytrykk Franci Reuert imenjonlø vannføring 2 1.5 1 0.5 0 0.6 0.7 η0.5 0.8 κ1.6 1.3 0.9 1.0 0.7 0.3 η0 0 0.5 1 1.5 2 Reuert imenjonløt turtall
Reveribel pumpeturbin Karakteritikker Moment 1.5 3 RP 2.5 1 2 Vannføring 0.5 Eta0 Moment 1.5 1 0 0.5-0.5 0.5 1 0 0 0.5 1 1.5 2 urtall urtall
Innfaing urbinrift amme proeyre Pumpeopptart Synkron motor Arrangement for opptart Back-to-back Vannet blåe ut minker tartmoment Frekventyring