31.6 : Sterowanie regulatorem turbiny

Sterowanie regulatorem turbiny jest kluczowe dla utrzymania stabilności systemu energetycznego poprzez zrównoważenie mocy mechanicznej turbiny z zapotrzebowaniem na energię elektryczną. Mechanizm ten zapewnia, że ​​częstotliwość generatora i prędkość wirnika mieszczą się w dopuszczalnych granicach podczas zmian obciążenia. Jednostki turbinowo-generatorowe magazynują energię kinetyczną dzięki obracającym się masom; energia ta jest uwalniana w celu spełnienia wymagań obciążenia, gdy ono wzrasta. Moment obrotowy turbiny wzrasta, aby sprostać zapotrzebowaniu, podczas gdy moment obrotowy mechaniczny pozostaje początkowo stały, powodując zwalnianie turbiny-generatora, spadek prędkości wirnika i odpowiadający temu spadek częstotliwości elektrycznej.

Częstotliwość generatora służy jako sygnał sterujący dla mocy mechanicznej turbiny. Ustalona relacja częstotliwość-moc pokazuje, że zmiany mocy mechanicznej turbiny są proporcjonalne do odchylenia częstotliwości i zmian w ustawieniach mocy odniesienia. Stała regulacji to nachylenie relacji między odchyleniem częstotliwości a zmianą mocy mechanicznej, zwykle wyrażane w Hz/MW, ze standardową wartością 0,05 na jednostkę.

Schemat blokowy regulatora turbiny obejmuje blok stałej regulacji, który zamienia odchylenie częstotliwości na zmianę mocy wyjściowej, blok opóźnienia czasowego modelujący opóźnienia związane z regulatorem oraz ograniczniki mocy wejściowej i wyjściowej odniesienia prędkości.

W przypadku turbin wiatrowych moc wyjściowa jest kontrolowana poprzez zmianę kąta nachylenia łopatek. Gdy moc wiatru przekracza moc znamionową, łopatki są ustawiane w taki sposób, aby ograniczyć moc mechaniczną. W przypadku turbin wiatrowych typu 3 i typu 4 sterowanie nachyleniem obejmuje pomiar prędkości turbiny, łączenie sygnałów dla żądanej prędkości, mocy elektrycznej i mocy zadanej oraz regulację kąta nachylenia łopatek w celu utrzymania żądanej mocy wyjściowej.

Efektywne sterowanie regulatorem turbiny zapewnia stabilną pracę systemu energetycznego poprzez zrównoważenie mocy mechanicznej z obciążeniem elektrycznym, utrzymanie prędkości wirnika i częstotliwości generatora oraz zapewnienie szybkich reakcji na zmiany obciążenia, aby zapobiec niestabilności.