利用基于所估计的状态信息的间歇重新初始化的前馈控制制造技术

一种用于对装置进行控制的最优前馈控制设计基于所估计的状态信息来执行间歇的重新初始化。在前馈计算期间明确地执行基于模型的受约束的优化。在装置的操作过程期间，连续地执行状态估计。当检测到负载目标变化时，所估计的状态可以用作为新的信号基准。

【技术实现步骤摘要】
利用基于所估计的状态信息的间歇重新初始化的前馈控制
概括地说，本公开内容涉及对过程工厂和发电装置的控制，并且更具体地说，涉及实现可变速率的前馈控制电路以便与变化的负载需求设定点信号一起使用。
技术介绍
多个工业和非工业应用使用多组件发电设备。诸如发电厂之类的工业站可以包括锅炉-涡轮单元，其中燃烧燃料的锅炉生成诸如蒸汽之类的热能以操作一个或多个蒸汽涡轮，该一个或多个蒸汽涡轮转而生成电力。在这些系统中，一个控制目标是调节功率输出以满足需求，同时使蒸汽压力和温度保持在期望的范围内。发电厂中所使用的典型蒸汽发电系统包括具有过热器区段(具有一个或多个子区段)的锅炉，在过热器区段中产生蒸汽并且然后提供给第一(通常高压)蒸汽涡轮并在该第一蒸汽涡轮内使用。为了增加系统的效率，离开第一蒸汽涡轮的蒸汽随后可以在锅炉的再热器区段(其可以包括一个或多个子区段)中进行再热，并且经再热的蒸汽随后提供给第二(通常较低压)蒸汽涡轮。功率系统的熔炉/锅炉区段二者以及功率系统的涡轮区段必须以协调的方式进行控制，以产生期望的功率量。此外，发电厂的蒸汽涡轮在不同的时间通常以不同的操作水平运行，以便基于提供给发电厂的可变能量或负载需求而产生不同量的电力或功率。例如，在许多情况下，发电厂关联到电功率传输和分配网络(经常被称为电网)，并且发电厂向电网提供指定量的功率。在这种情况下，电网管理器或控制机构通常对电网进行管理，以使电网上的电压电平保持在恒定或近似恒定的电平(即，在额定的电平内)，并基于电力用户施加在电网上的电力(功率)的当前需求来提供一致的功率供应。电网管理器通常会在一天的某些时间期间计划比一天中的其它时间期间更重度的使用(以及因此更大的功率要求)，并且在一周和一年的某些天期间计划比一周和一年中的其它天期间更重度的使用(以因此更大的功率要求)，并且可以运行一个或多个优化例程，以确定连接到电网的各个发电厂在任何特定的时间为了满足对电网的当前或期望的整体功率需求而需要生成的功率的最优数量和类型。作为该过程的一部分，电网管理器通常将功率需求要求(还被称为负载需求设定点)发送给向电网供电的发电厂中的每个发电厂，其中功率需求要求或负载需求设定点指定在任何特定的时间每个特定的发电厂要在电网上提供的功率量。为了实现对电网的恰当控制，电网管理器可以发送用于在任何时间连接到电网的不同发电厂的新的负载需求设定点，以考虑供应给电网的或者从电网中消耗的功率的预期和/或意外的变化。例如，电网管理器可以响应于需求(与晚上和周末相比，需求在正常营业时间期间和在工作日通常会更高)的预期或意外的变化而修改用于特定发电厂的负载需求设定点。类似地，电网管理器可以响应于电网上的功率供应的意外或预期的减少(例如，因特定发电厂处的一个或多个功率单元意外地发生故障或者脱机以用于常规或调度的维修而引起的)而改变用于特定发电厂的负载需求设定点。在任何情况下，虽然电网管理器可以在任何时间提供或改变用于特定发电厂的负载需求设定点，但发电厂自身通常不能够瞬时地增加或减小供应给电网的功率量，这是因为发电装置通常由于这些系统的物理特征而呈现出响应时间的显著滞后。例如，为了增加基于蒸汽涡轮的发电系统的功率输出，有必要改变系统内所消耗的燃料量，从而增加系统的锅炉内的水的蒸汽压力或温度，所有这些花费有限并且非平凡(non-trivial)的时间量。因此，通常而言，发电厂仅可以以特定的速率增加或减小供应给电网的功率量，其中该特定的速率基于工厂内的发电装置的具体情况。在需要多个控制环路、标准多环路的基于涡轮的发电厂控制系统中，单输入单输出(SISO)策略包括涡轮跟随(turbine-following)和锅炉跟随(boiler-following)配置。在涡轮跟随方法中，由锅炉燃料输入来控制功率输出，并且相反地，在锅炉跟随方法中，由蒸汽节流阀位置来控制功率输出，这是因为功率输出与供应给涡轮的蒸汽量直接成比例。通常，涡轮跟随方法以蒸汽温度和压力的最小偏差的方式提供良好的控制，但涡轮跟随方法由于常规的发电厂中所实现的缓慢蒸汽生成过程而无法快速地跟踪负载需求。相比之下，通过用锅炉跟随方法来控制节流阀，可以将不同的蒸汽量立即供应给涡轮，但是是以耗尽锅炉中所储存的能量为代价来提供控制的，从而导致主蒸汽压力偏差。因此，对于在基本负载下操作的常规工厂，优选涡轮跟随方法，而对于在斜变负载(ramp-road)模式下操作的常规工厂，优选锅炉跟随方法。此外，在使用锅炉来发电的发电厂中，发电厂控制器通常使用反馈控制器来改变变量(通常被称为“修剪动作”)，以便基于来自系统测量结果的信息来达到期望的结果，从而考虑未知的系统扰动和过程不确定性。发电厂控制器还可以并入前馈(或预测)控制器，该前馈控制器预见(预测)将来的变化，并响应于负载需求分布的预期变化(可以在本地或者通过远程分派(例如，通过电网管理器)来做出该预期变化)而提供快速动作以增加或减小输出功率。在当前的方法中，前馈设计基于负载需求分布并且有时与动态“踢踹(kicking)”动作组合，其中与负载需求索引的线性函数相比，动态“踢踹”动作增加了锅炉的响应速率。反馈控制经常使用比例-积分-微分(PID)控制器。由于使用了不提供保证的动态精确性的稳定状态负载需求曲线，因此出现了使用当前的前馈方法的直接缺陷。此外，当负载斜变过程中间负载目标变化时，在后续的计算中不考虑当前状态。换句话说，常规的前馈计算将新的负载斜变过程视为好像该过程总是从稳定状态条件开始，并且不考虑装置的当前操作状态，其中装置的当前操作状态可以包括当前变量以及该变量的变化速率。
技术实现思路
提供了一种用于发电厂控制系统(例如，蒸汽涡轮发电厂控制系统)中的前馈控制设计，该前馈控制设计基于估计的状态信息执行间歇的重新初始化。在该方法中，在前馈计算期间明确地执行基于模型的受约束的优化，以有助于获得更优的性能。在装置的操作过程期间，连续地执行与当前操作状况相关的状态估计。在负载斜变过程期间检测到负载目标变化时，当前估计的状态信息用于计算经更新的控制信号，以发送给控制系统。因此，经更新的控制信号更加精确并且可以用于恰当地调节对发电厂的性能和输出有影响的参数。提供了一种用于使用状态估计来计算进修改的负载斜变控制信号的方法，并且所述方法可以包括：使用计算设备，基于指示发电单元的第一期望输出的第一负载需求设定点信号，来计算用于初始负载斜变过程的初始模型。对所述初始负载斜变过程定期地执行状态估计，以获得当前状态估计。在接收到第二负载需求设定点信号(其指示所述发电单元的第二期望输出)时，所述当前状态估计用于计算用于经修改的负载斜变过程的修改的控制信号。经修改的控制信号然后用于操作所述发电单元，从而所述单元达到由所述第二负载需求设定点信号所指定的所述第二期望输出。所述状态估计可以是线性计算过程或非线性计算过程中的一个。在一些示例中，误差值可以被计算为目标设定点与所述发电单元的实际操作功率输出之间的差，并且可以用于产生使所述误差值最小化的新的经修改的控制信号，以使得后续计算的误差值在允许的阈值内。在其它实施例中，提供了一种用于控制发电单元的控制系统，并且所述控制系统包括：状态估计单元、耦合到所述状态估计单元的计算单元、以及控制信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制发电单元的方法，所述方法包括：在计算设备处接收指示所述发电单元的第一期望输出的第一负载需求设定点信号；经由所述计算设备来确定控制信号，所述控制信号用于根据所述第一负载需求设定点来驱动所述发电单元进行操作，从而进行发电；在所述发电单元斜变以达到所述第一负载需求设定点的期间，定期地执行状态估计以获得对所述发电单元的当前状态估计；在所述发电单元达到所述第一负载需求设定点之前，接收指示所述发电单元的第二期望输出的第二负载需求设定点信号；经由所述计算设备，使用所述当前状态估计来计算经修改的控制信号，以用于根据基于所述第二负载需求设定点信号的所述第二负载需求设定点来驱动所述发电单元进行操作，从而进行发电；以及使用所述经修改的控制信号来操作所述发电单元，以朝向由所述第二负载需求设定点信号所指定的所述第二期望输出来驱动所述发电单元。

【技术特征摘要】
2015.09.29 US 14/868,6501.一种控制发电单元的方法，所述方法包括：在计算设备处接收指示所述发电单元的第一期望输出的第一负载需求设定点信号；经由所述计算设备来确定控制信号，所述控制信号用于根据所述第一负载需求设定点来驱动所述发电单元进行操作，从而进行发电；在所述发电单元斜变以达到所述第一负载需求设定点的期间，定期地执行状态估计以获得对所述发电单元的当前状态估计；在所述发电单元达到所述第一负载需求设定点之前，接收指示所述发电单元的第二期望输出的第二负载需求设定点信号；经由所述计算设备，使用所述当前状态估计来计算经修改的控制信号，以用于根据基于所述第二负载需求设定点信号的所述第二负载需求设定点来驱动所述发电单元进行操作，从而进行发电；以及使用所述经修改的控制信号来操作所述发电单元，以朝向由所述第二负载需求设定点信号所指定的所述第二期望输出来驱动所述发电单元。2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述状态估计包括执行线性状态估计过程。3.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述状态估计包括执行非线性状态估计过程。4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用经修改的控制信号来操作所述发电单元包括：根据优化方程来计算最优前馈轨迹。5.根据权利要求4所述的方法，其中，使用所述经修改的控制信号来操作所述发电单元包括：使用所述经修改的控制信号来生成预测的过程输出。6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用所述经修改的控制信号来操作所述发电单元还包括：将所预测的过程输出与测量的过程值进行组合以生成组合的过程输出，并将所组合的过程输出发送给反馈控制器以产生控制信号，从而操作所述发电单元。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用所述经修改的控制信号来计算在所述第二负载需求设定点与所述发电单元的实际操作功率输出之间的误差值，并产生使所述误差值最小化的新的经修改的模型。8.一种用于控制发电单元的控制系统，包括：计算单元，所述计算单元适于接收指定第一负载需求设定点的至少第一负载需求设定点信号，并在所述发电单元斜变以达到所述第一负载需求设定点信号的期间接收第二负载需求设定点信号，所述第二负载需求设定点信号指定第二负载需求设定点；状态估计单元，所述状态估计单元耦合到所述计算单元，所述状态估计单元适于在所述发电单元斜变以达到所述第一负载需求设定点的期间测量与所述发电单元的当前操作状态相关联的至少一个特征，所述状态估计单元还适于基于所述至少一个特征来生成当前状态计算结果；其中，所述计算单元适于基于所述第一负载需求设定点来计算第一组操作参数，所述计算单元还适于基于所述第二负载需求设定点和所述当前状态计算结果来计算第二组操作参数；以及控制信号发生器，所述控制信号发生器适于基于所述第一组操作参数来生成控制信号，以朝向所述第一期望输出来驱动所述发电单元，所述控制信号发生器还适于基于所述第二组操作参数来生成经修改的控制信号，以朝向所述第二期望输出来驱动所述发电单元。9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述计算单元还适于：根据优化方程来计算最优前馈轨迹。10.根据权利要求9所述的控制系统，其中，所述控制信号发生器还适于：使用所述经修改的控制信号来生成预测的过程输出。11.根据权利要求10所述的控制系统，其中，所述控制信号发生器还适于将所预测的过程输出与测量的过程值进行组合，以生成组合的过程输出，并将所组合的过程输出发送给反馈控制器以产生控制信号，从而操作所述发电单元。12.根据权利要求8所述的控制系统，其中，与所述当前操作状态相关联的所述至少一个特征包括以下各项中的至少一项：所述发电单元的操作压力和所述发电单元的操作发电量。13.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述计算单元适于计算表示在给定时间处的实际操作参数与在给定时间处的所述第二组操作参数之间的差的误差值，其中，在所述差超过阈值时，所述状态估计单元适于测量至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·程，R·W·克法尔特，S·J·席林，
申请(专利权)人：爱默生过程管理电力和水解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国,US