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eLibrary > IEC 61362 Ed. 3.0 b:2024 Guidelines to specification of hydraulic turbine governing systems >

IEC 61362 Ed. 3.0 b:2024 Guidelines to specification of hydraulic turbine governing systems, 2024

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IEC 61362 Ed. 3.0 b:2024 Guidelines to specification of hydraulic turbine governing systems, 2024

English [Go to Page]
CONTENTS
FOREWORD
INTRODUCTION
1 Scope
2 Normative references
3 Terms and definitions [Go to Page]
3.1 General terms and definitions
3.2 Terms and definitions related to control levels, control modes and operational modes
3.3 Terms and definitions from control theory
3.4 Subscripts and prefixes
3.5 Terms and definitions related to the plant and the units
3.6 Terms and definitions related to the governing system
4 Governing system structure [Go to Page]
4.1 General
4.2 Main control functions [Go to Page]
4.2.1 General
4.2.2 Speed control
4.2.3 Power output control
4.2.4 Opening control
4.2.5 Water level control
4.2.6 Flow control
4.3 Configurations of combined controllers [Go to Page]
4.3.1 General
4.3.2 Parallel structure
4.3.3 Series structures
4.4 Special control functions [Go to Page]
4.4.1 Feed forward control
4.4.2 Surge tank level or pressure feedback
4.5 Pump-turbine control [Go to Page]
4.5.1 General
4.5.2 Conventional pump-turbine control
4.5.3 Variable speed pump-turbine control
4.6 Manual control
4.7 Linearization
4.8 Limitation functions
4.9 Bumpless control modes transition
4.10 Optimization control
5 Functional performance [Go to Page]
5.1 General
5.2 Modelling and digital simulation [Go to Page]
5.2.1 General
5.2.2 Water passages
5.2.3 Turbine, generator, electrical grid
5.2.4 Control concept
5.2.5 Hardware-in-the-loop simulation
5.2.6 Personnel training
5.2.7 Inaccuracy of plant simulators
5.3 Characteristic parameters for PID-controllers [Go to Page]
5.3.1 General
5.3.2 Permanent droop
5.3.3 Proportional action coefficient KP, integral action time TI, and derivative action time TD
5.3.4 Tuning of turbine governing systems
5.4 Other parameters of the governing systems [Go to Page]
5.4.1 Command signal adjustments for controlled variables (speed, power output, etc.) and load limiter
5.4.2 Governor insensitivity ix/2
5.4.3 Dynamic characteristics of servo-positioner
5.4.4 Parameters of servo-positioner
5.4.5 Servo-positioner non-linearity by kinematics
6 Servo positioner configurations [Go to Page]
6.1 Servo-positioners
6.2 Configurations of servo-positioners
6.3 Multiple actuator control [Go to Page]
6.3.1 General
6.3.2 Parallel structure
6.3.3 Series structure
6.3.4 Individual control
6.4 Dual regulation of turbines with controllable guide vane and runner blade angles
6.5 Dual control of turbines with needles and deflectors
6.6 Other relationships
7 Instrumentation [Go to Page]
7.1 General
7.2 Rotational speed
7.3 Power output
7.4 Water level
7.5 Actuator position (stroke)
7.6 Signal transmission from electronic transmitters
8 Safety functions and devices [Go to Page]
8.1 General
8.2 Quick shutdown and emergency shutdown [Go to Page]
8.2.1 General
8.2.2 Tripping actions
8.2.3 Servomotor shutdown initiating devices
8.2.4 Tripping criteria
8.2.5 Tripping strategies
8.3 Overspeed protection device
8.4 Interlocks
9 Provision of actuating energy [Go to Page]
9.1 General
9.2 System with an accumulator [Go to Page]
9.2.1 Pressure tank (air-oil accumulator)
9.2.2 Piston accumulators
9.2.3 Bladder accumulators
9.2.4 Other systems
9.2.5 Pumps for accumulator systems
9.2.6 Oil sump tanks
9.2.7 Auxiliary equipment
9.2.8 Provision of pressurized gas
9.3 Systems without accumulator [Go to Page]
9.3.1 Constant flow systems
9.3.2 Variable flow systems
9.4 Direct electric positioner
9.5 Recommendation for hydraulic fluid selection
10 Operational transitions [Go to Page]
10.1 Start-up and synchronization
10.2 Normal shutdown
10.3 Sudden load rejection
10.4 Other operational transitions
11 Supplementary equipment [Go to Page]
11.1 Measures to reduce pressure variations
11.2 Surge control
11.3 Equipment and measures to lower the speed rise
11.4 Joint control
11.5 Braking
11.6 Synchronous condenser mode of operation
12 Considerations for the electronic governor [Go to Page]
12.1 Equipment requirements
12.2 Power supply recommendations
13 How to apply the recommendations
Annex A (normative) Simplified differential equations and transfer functions of idealized PID-control functions
Annex B (informative) Grid frequency control [Go to Page]
B.1 General
B.2 Power equilibrium and grid frequency [Go to Page]
B.2.1 Power equilibrium
B.2.2 Grid frequency
B.3 Primary frequency control [Go to Page]
B.3.1 Primary frequency control performed by generating units
B.3.2 Droop of a generating unit
B.4 Secondary frequency control
Annex C (informative) Role of governing systems for stability in interconnected grid operation [Go to Page]
C.1 General
C.2 Stability of the unit with respect to the water hydraulic system
C.3 Stability of the unit with respect to the electrical power system [Go to Page]
C.3.1 General
C.3.2 Power oscillations due to the electrical power system
C.3.3 Power oscillations due to pressure fluctuations in hydraulic machines
C.3.4 Conclusion
Annex D (informative) Quick shutdown and emergency shutdown [Go to Page]
D.1 General
D.2 Alternative example I [Go to Page]
D.2.1 General
D.2.2 Quick shutdown
D.2.3 Emergency shutdown
D.2.4 Summary table and combined tripping cases
D.3 Alternative example II
Bibliography
Figures [Go to Page]
Figure 1 – Turbine control transmission ratio
Figure 2 – Controlled system self-regulation factor
Figure 3 – Controlled variable range
Figure 4 – Permanent droop
Figure 5 – Proportional action coefficient and integral action time
Figure 6 – Derivative time constant
Figure 7 – Dead band
Figure 8 – Minimum servomotor opening/closing time
Figure 9 – Time constants of the servomotor/servo-valve combination
Figure 10 – Servo-positioner inaccuracy
Figure 11 – Governing system dead time
Figure 12 – Governing system with speed and power output control functions in parallel
Figure 13 – Governing system with speed control function and water level control function in parallel
Figure 14 – Governing system with power output and speed control functions in series
Figure 15 – Schematic diagram of a turbine governing system with feed forward
Figure 16 – Schematic diagram of a turbine governing system with an additional pressure feedback compensation control function
Figure 17 – Governor function in conventional pump mode
Figure 18 – Governor function of variable speed pumped storage systems in pump mode
Figure 19 – Governor function of variable speed pumped storage systems in turbine mode with power output based control
Figure 20 – Governor function of variable speed pumped storage systems in turbine mode with rotating speed based control
Figure 21 – Servo-positioner control loop – simplified dynamic model with P-controllers
Figure 22 – Servo-positioner control loop – simplified dynamic model
Figure 23 – Time step response and frequency response of the output of the servo-positioner
Figure 24 – Servo-positioner block diagram
Figure 25 – Parallel structure with defined functional relation and an additional signal superimposition
Figure 26 – Series structure with defined functional relation and additional signal superimposition
Figure 27 – Structure with different set-points for each servo-positioner
Figure 28 – Pressure tank content and pressure ranges
Figure 29 – Open-circuit system
Figure 30 – Start-up speed curve up to synchronization
Figure 31 – Load rejection
Figure A.1 – Idealized PID in pure parallel structure
Figure A.2 – Idealized PID alternative representation
Figure B.1 – Example of principle schematic functional diagram of a unit with a turbine governing system using an idealized PID control function with a frequency-power droop
Figure B.2 – Behaviour of two units with different governor permanent droop values
Tables [Go to Page]
Table 1 – Unit and plant categories
Table D.1 – Alternative I – Summary of cases for quick shut-down and emergency shut-down
Table D.2 – Alternative II – Summary of cases for quick shut-down and emergency shut-down
Français [Go to Page]
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS
INTRODUCTION
1 Domaine d'application
2 Références normatives
3 Termes et définitions [Go to Page]
3.1 Termes et définitions généraux
3.2 Termes et définitions relatifs aux niveaux de contrôle-commande, modes de régulation et modes de fonctionnement
3.3 Termes et définitions de la théorie de la régulation
3.4 Indices et préfixes
3.5 Termes et définitions relatifs à la centrale et aux groupes
3.6 Termes et définitions relatifs au système de régulation des turbines
4 Structure du système de régulation des turbines [Go to Page]
4.1 Généralités
4.2 Principales fonctions de commande [Go to Page]
4.2.1 Généralités
4.2.2 Régulation de vitesse
4.2.3 Régulation de puissance
4.2.4 Régulation d'ouverture
4.2.5 Régulation de niveau d'eau
4.2.6 Régulation de débit
4.3 Configurations de régulateurs combinés [Go to Page]
4.3.1 Généralités
4.3.2 Structure parallèle
4.3.3 Structures en séries
4.4 Fonctions de commande spéciales [Go to Page]
4.4.1 Contrôle par action anticipatrice
4.4.2 Rétroaction du niveau de la cheminée d'équilibre ou retour de pression
4.5 Commande des pompes-turbines [Go to Page]
4.5.1 Généralités
4.5.2 Commande des pompes-turbines conventionnelles
4.5.3 Commande des pompes-turbines à vitesse variable
4.6 Commande manuelle
4.7 Linéarisation
4.8 Fonctions de limitation
4.9 Transition sans à-coups des modes de régulation
4.10 Commande d'optimisation
5 Performances fonctionnelles [Go to Page]
5.1 Généralités
5.2 Modélisation et simulation numérique [Go to Page]
5.2.1 Généralités
5.2.2 Adductions hydrauliques
5.2.3 Turbine, alternateur, réseau électrique
5.2.4 Concept de régulation
5.2.5 Simulation avec matériel incorporé
5.2.6 Formation du personnel
5.2.7 Inexactitude des simulateurs de centrale
5.3 Paramètres caractéristiques des régulateurs PID [Go to Page]
5.3.1 Généralités
5.3.2 Statisme permanent
5.3.3 Coefficient d'action proportionnelle KP, temps d'action intégrale TI, et temps d'action dérivée TD
5.3.4 Réglage des systèmes de régulation des turbines
5.4 Autres paramètres des systèmes de régulation [Go to Page]
5.4.1 Ajustements du signal de consigne pour les grandeurs variables réglées (vitesse, puissance, etc.) et le limiteur de charge
5.4.2 Insensibilité du régulateur ix/2
5.4.3 Caractéristiques dynamiques du servopositionneur
5.4.4 Paramètres du servopositionneur
5.4.5 Non-linéarité du servopositionneur due à la cinématique
6 Configurations des servopositionneurs [Go to Page]
6.1 Servopositionneurs
6.2 Configurations des servopositionneurs
6.3 Commande multiple [Go to Page]
6.3.1 Généralités
6.3.2 Structure parallèle
6.3.3 Structure en série
6.3.4 Commande individuelle
6.4 Réglage double des turbines à directrices et pales de roue réglables
6.5 Réglage double des turbines à injecteurs et déflecteurs
6.6 Autres relations
7 Instrumentation [Go to Page]
7.1 Généralités
7.2 Vitesse de rotation
7.3 Puissance
7.4 Niveau d'eau
7.5 Position d'actionnement (course)
7.6 Transmission de signaux en provenance d'émetteurs électroniques
8 Fonctions et dispositifs de sécurité [Go to Page]
8.1 Généralités
8.2 Arrêt rapide et arrêt d'urgence [Go to Page]
8.2.1 Généralités
8.2.2 Actions de déclenchement
8.2.3 Dispositifs de commande d'arrêt du servomoteur
8.2.4 Critères de déclenchement
8.2.5 Stratégies de déclenchement
8.3 Dispositif de protection contre le surrégime
8.4 Verrouillages
9 Alimentation en énergie de commande [Go to Page]
9.1 Généralités
9.2 Système comportant un accumulateur [Go to Page]
9.2.1 Réservoir de pression (accumulateur air/huile)
9.2.2 Accumulateurs à piston
9.2.3 Accumulateurs à membrane
9.2.4 Autres systèmes
9.2.5 Pompes pour les systèmes à accumulateur
9.2.6 Bacs à huile
9.2.7 Équipement auxiliaire
9.2.8 Alimentation en gaz comprimé
9.3 Systèmes sans accumulateur [Go to Page]
9.3.1 Systèmes à débit constant
9.3.2 Systèmes à débit variable
9.4 Positionneur électrique direct
9.5 Recommandation pour le choix du fluide hydraulique
10 Transitions de fonctionnement [Go to Page]
10.1 Démarrage et synchronisation
10.2 Arrêt normal
10.3 Délestage de charge brusque
10.4 Autres transitions de fonctionnement
11 Équipement supplémentaire [Go to Page]
11.1 Dispositions pour la réduction des variations de pression
11.2 Contrôle des intumescences
11.3 Équipement et dispositions pour la réduction de l'élévation de la vitesse
11.4 Régulation centralisée
11.5 Freinage
11.6 Mode de fonctionnement en compensateur synchrone
12 Considérations pour le régulateur électronique [Go to Page]
12.1 Exigences en matière d'équipement
12.2 Recommandations pour l'alimentation électrique
13 Comment appliquer les recommandations
Annexe A (normative) Équations différentielles simplifiées et fonctions de transfert de régulateurs PID théoriques
Annexe B (informative) Réglage de fréquence du réseau [Go to Page]
B.1 Généralités
B.2 Équilibre de puissance et fréquence du réseau [Go to Page]
B.2.1 Équilibre de puissance
B.2.2 Fréquence du réseau
B.3 Réglage primaire de fréquence [Go to Page]
B.3.1 Réglage primaire de fréquence assuré par les groupes de production
B.3.2 Statisme d'un groupe de production
B.4 Réglage secondaire de fréquence
Annexe C (informative) Rôle des systèmes de régulation pour la stabilité du fonctionnement en réseau interconnecté [Go to Page]
C.1 Généralités
C.2 Stabilité du groupe par rapport au circuit hydraulique
C.3 Stabilité du groupe par rapport au réseau électrique [Go to Page]
C.3.1 Généralités
C.3.2 Oscillations de puissance dues au réseau électrique
C.3.3 Oscillations de puissance dues aux fluctuations de pression dans les machines hydrauliques
C.3.4 Conclusion
Annexe D (informative) Arrêt rapide et arrêt d'urgence [Go to Page]
D.1 Généralités
D.2 Exemple: alternative I [Go to Page]
D.2.1 Généralités
D.2.2 Arrêt rapide
D.2.3 Arrêt d'urgence
D.2.4 Tableau récapitulatif et cas de déclenchements combinés
D.3 Exemple: alternative II
Bibliographie
Figures [Go to Page]
Figure 1 – Rapport de transmission en couple de la turbine
Figure 2 – Coefficient d'autoréglage du système réglé
Figure 3 – Plage de la grandeur variable réglée
Figure 4 – Statisme permanent
Figure 5 – Coefficient d'action proportionnelle et temps d'action intégrale
Figure 6 – Constante de temps de dérivation
Figure 7 – Zone morte
Figure 8 – Temps minimal d'ouverture/fermeture du servomoteur
Figure 9 – Constantes de temps de la combinaison servomoteur/servovalve pilote
Figure 10 – Inexactitude du servopositionneur
Figure 11 – Temps mort du système de régulation
Figure 12 – Système de régulation avec régulateurs de vitesse et de puissance en parallèle
Figure 13 – Système de régulation avec régulateurs de vitesse et de niveau d'eau en parallèle
Figure 14 – Système de régulation avec régulateurs de puissance et de vitesse en série
Figure 15 – Schéma d'un système de régulation des turbines avec fonction à action anticipatrice
Figure 16 – Schéma de principe d'un système de régulation des turbines avec une fonction supplémentaire de commande de compensation du retour de pression
Figure 17 – Fonction de régulation en mode pompe conventionnel
Figure 18 – Fonction de régulation des systèmes à pompe d'accumulation à vitesse variable en mode pompe
Figure 19 – Fonction de régulation des systèmes à pompe d'accumulation à vitesse variable en mode turbine avec commande de puissance
Figure 20 – Fonction de régulation des systèmes à pompe d'accumulation à vitesse variable en mode turbine avec régulation de la vitesse de rotation
Figure 21 – Boucle d'asservissement du servopositionneur – modèle dynamique simplifié avec régulateurs P
Figure 22 – Boucle d'asservissement du servopositionneur – modèle dynamique simplifié
Figure 23 – Réponse temporelle à échelon et réponse en fréquence de la sortie du servopositionneur
Figure 24 – Schéma fonctionnel du servopositionneur
Figure 25 – Structure parallèle avec une relation fonctionnelle définieet superposition d'un signal supplémentaire
Figure 26 – Structure en série avec une relation fonctionnelle définieet superposition d'un signal supplémentaire
Figure 27 – Structure avec des consignes différentes pour chaque servopositionneur
Figure 28 – Contenance du réservoir de pression et plages de pressions
Figure 29 – Système à circuit ouvert
Figure 30 – Courbe de la vitesse au démarrage jusqu'à la synchronisation
Figure 31 – Délestage de charge
Figure A.1 – Régulateur PID théorique avec structure parallèle pure
Figure A.2 – Représentation alternative de PID théorique
Figure B.1 – Exemple de schéma de principe fonctionnel d'un groupe de production avec un système de régulation des turbines utilisant un régulateur PID théoriqueavec un statisme fréquence-puissance
Figure B.2 – Comportement de deux groupes de production avec des valeurs différentes de statisme permanent de leur régulateur
Tableaux [Go to Page]
Tableau 1 – Catégories de groupes et de centrales
Tableau D.1 – Alternative I – Récapitulatif des cas d'arrêt rapide et d'arrêt d'urgence
Tableau D.2 – Alternative II – Récapitulatif des cas d'arrêt rapide et d'arrêt d'urgence [Go to Page]

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