DE19547487C2 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerkblocks - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines DampfkraftwerkblocksInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Lei
stung eines Dampfkraftwerkblocks unter Einsatz gespeicherter Energie gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Je nach Verfahrensvariante ist unter dem Einsatz ge
speicherter Energie die Nutzung der sogenannten Turbinenstellreserve oder zusätz
lich des Kondensatstopps zu verstehen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf
Einrichtungen zur Durchführung der unterschiedlichen Verfahrensvarianten.
Ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines
Dampfkraftwerkblocks, auch unter Einsatz von Kondensatstopp, ist aus der
DE-A-43 44 118 bekannt, von der die Erfindung ausgeht. Das bekannte Verfahren
arbeitet mit einem zum Brennstoffeinsatz gezielt gesteuerten und korrigierend nach
geregelten Einsatz der Turbinenstellreserve und des Kondensatstopps als einsetz
barer Energie zur Leistungserhöhung. Dabei wird durch Kondensatstopp nur ein un
bedingt nötiger Teil der Leistung aufgebracht, nämlich der nicht durch Auffahren der
Turbinenregelventile aufbringbare Leistungsanteil. Mit dem Verfahren wird eine ge
zielte verzögerungsfreie, prädiktive, da modellgestützte Steuerung der Leistung er
zielt, die durch ein koordiniertes, dynamisch gerechtes Verfahren der Stellgrößen
der Steuerstrecke erfolgt.
In der vorgenannten Druckschrift sind zum Stand der Technik die Patentschriften
DE 36 32 041 C2 und DE 41 24 678 C2 genannt, die sich auf Verfahren zur Sicher
stellung eines streng monotonen, zumindest monotonen Verlaufs der Blockleistung
im Fall einer plötzlichen Erhöhung des Leistungssollwertes bzw. auf ein Verfahren
zur Wiederherstellung der Turbinenstellreserve nach dem Ausregeln einer Lei
stungssollwertänderung beziehen und die auch im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens Anwendung finden.
Alle vorgenannten Verfahren und zugehörige Einrichtungen arbeiten mit einer haupt
sächlich gesteuert geänderten bzw. verstellten Blockleistung. Die koordinierte dy
namisch gerechte Ansteuerung der einzelnen Stellgrößen (B, Y, X) erfolgt durch ei
nen Prädiktor, dessen Struktur und Parameter mit denen der Strecke - bei jedem
Blockleistungsniveau - identisch sind. Die dabei zusätzlich benutzte Regelung der
Leistung, der Stellung der Turbinenregelventile und des Frischdampfdruckes sollten
nur für das optimale Störverhalten, d. h. für die Ausregelung der stets vorhandenen
Wirkung der Störgrößen ausgelegt werden. Als Störgrößen sind insbesondere
Heizstörungen anzusehen. Die Regelungen sind im Idealfall während des vorge
nannten Steuerprozesses inaktiv. Die Regelungen sollen sich im Realfall nur auf
eine kleine, korrigierende Nachregelung der vorgenannten Regelgrößen beschrän
ken, damit die Istwerte mit den Sollwerten dynamisch übereinstimmen. Der Korrek
turbedarf ist auf den objektiv entstehenden Nachbildungsfehler im Verhalten des
Prädiktors gegenüber der Leistungs-Regelstrecke zurückzuführen.
Eine solche Korrektur wird selbst dann notwendig, wenn die Prädiktor-Parameter
leistungsabhängig gesteuert adaptiert werden, insbesondere im Fall eines Kohle-be
heizten Kraftwerks bei einer stark variierenden Kohlequalität. Die dadurch bedingte
Änderung des Streckenverhaltens erfordert eine nicht unwesentliche korrigierende
Nachregelung. Dies beeinträchtigt teilweise die Vorteile eines modellgestützten
Verfahrens. Die Parameter aller Regelkreise müssen wesentlich mehr auch für das
Führungsverhalten ausgelegt werden, und nicht nur für das optimale Störverhalten.
Die oben genannte Regelung wird neben der koordinierten Steuerung durch den
Prädiktor insbesondere dann benötigt, wenn bei einem sich stärker ändernden
Streckenverhalten ein gefordertes dynamisches Leistungsverhalten des Kraftwerks
blocks mit einer relativ großen Genauigkeit erreicht oder sogar garantiert werden
muß.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
zugehörige Einrichtung anzugeben, die zu einer - bezüglich der Genauigkeit einer
gezielten Steuerung der Leistung - verbesserten Steuerung und damit zu keinem
das Steuerergebnis korrigierenden Regelungsbedarf führen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung
eines Dampfkraftwerksblocks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen
kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens,
sowie zugehörige Einrichtungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Der zur Steuerung benutzte adaptive Prädiktor hat aufgrund der zusätzlichen dyna
mischen Adaption auch eine Regelfähigkeit, so daß keine zusätzlichen Regelkreise
für die Ausregelung der Streckenstörgrößen benötigt werden. Ein erheblicher Vorteil
dieses Steuer- und Regelkonzepts besteht darin, daß eine Realisierung eines ent
sprechenden Steuer- und Regelungssystems mit Mitteln eines leittechnischen Sy
stems erfolgen kann, das nur über Standardfunktionsblöcke verfügt. Es wird mit dy
namisch transparenten Gliedern gearbeitet; es muß nicht mit Regelalgorithmen ge
arbeitet werden, die in einer höheren Programmiersprache geschrieben sind. Da
durch kann das Verfahren auch nachträglich in Kraftwerksblöcken eingesetzt wer
den, die mit einem solchen leittechnischen System ausgestattet sind. Die Regel
qualität der Blockleistung, des Frischdampfdruckes und der Frischdampftemperatu
ren wird hierbei wesentlich verbessert.
Das Verfahren zur Blockleistungsänderung kann statt in der leittechnischen Blocke
bene auch als Bestandteil einer Turbinenregelung eingesetzt werden. In diesem Fall
wird statt der Netzfrequenzdifferenz die Turbinendrehzahl als Führungsgröße her
angezogen. Anstelle der Blockleistung kann auch die innere (d. h. nicht elektrische,
sondern mechanische bzw. thermodynamische) Turbinenleistung beobachtet wer
den.
In der folgenden Beschreibung werden im wesentlichen zwei Betriebsarten unter
schieden, nämlich eine Betriebsart a1, bei der die Ausregelung von Störungen durch
Änderung der Stellgrößen Brennstoffzufuhr und Turbinenventilstellung erfolgt, und
eine Betriebsart a2, bei die Ausregelung von Störungen allein durch Änderung der
Stellgröße Brennstoffzufuhr erfolgt. Eine dritte Betriebsart a3 arbeitet mit einem re
duzierten Einsatz der Turbinenstellreserve.
Außerdem wird zwischen Verfahrensvarianten mit und ohne Einsatz des Konden
satstopps unterschieden.
Eine ausführliche Beschreibung der Verfahrensvarianten und Einrichtungen, sowie
der damit erreichten Steuer- und Regeleigenschaften erfolgt nachstehend anhand
von in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschema zu einer ersten Verfahrensvariante ohne Konden
satstopp,
Fig. 2 ein Blockschema zu einer zweiten Verfahrensvariante mit Einsatz
des Kondensatstopps,
Fig. 3a einen adaptiven Prädiktorteil zur Steuerung des Kondensatstopps,
Fig. 3b eine detaillierte Darstellung des in Fig. 2 enthaltenen
PY-Prädiktorteils,
Fig. 4 einen Prädiktorteil zur Nachbildung und Entkopplung der Regelung
des Dampfdrucks vom Steuerprozeß,
Fig. 5 und 6 das Störverhalten im Fall der ersten Verfahrensvariante bei Be
triebsart a1,
Fig. 7 und 8 wie zuvor, jedoch bei Betriebsart a2,
Fig. 9 bis 11 das Führungsverhalten im Fall der zweiten Verfahrensvariante bei
Betriebsart a1,
Fig. 12 bis 14 wie zuvor, jedoch bei Betriebsart a2,
Fig. 15 und 16 das Störverhalten im Fall der ersten Verfahrensvariante bei Be
triebsart a3,
Fig. 17 bis 19 das Führungsverhalten im Fall der ersten Verfahrensvariante bei
Betriebsart a3,
Fig. 20 eine Schaltungsänderung, die für beide Verfahrensvarianten an
wendbar ist,
Fig. 21 eine Abwandlung des im Blockschema gemäß Fig. 1 enthaltenen
adaptiven PB-Prädiktorteils, und
Fig. 22 eine alternative Beobachterstruktur.
Fig. 1 zeigt ein Blockschema einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Durchführung
einer ersten Verfahrensvariante (Variante 1), die ohne Einsatz des Kondensatstopps
arbeitet. Das Blockschema weist einen Betriebsarten-Umschalter 200.7 zur Auswahl
der Betriebsarten a1 oder a2 sowie einen Größen-Umschalter 200.8 zur Wahl der
elektrischen Leistung P oder der inneren Turbinenleistung PT als beobachtete Größe
oder auch als Regelgröße auf.
In den Fig. 1 bis 4 sind zur Erleichterung der Übersicht und des Verständnisses
auch hier gültige Teile aus Zeichnungsfiguren der eingangs erwähnten
DE-A-43 44 118, sowie dort benutzte Bezugszeichen und Signalbezeichnungen
übernommen. Übernommene Zeichnungsteile sind in den Figuren mit dünnen Linien
dargestellt, neu hinzugekommene oder geänderte Teile sind mit dicken Linien ge
zeichnet. Wie in der DE-A-43 44 118 erwähnt ist, sind auch die dort benutzten Be
zeichnungen für Komponenten und Signale schon teilweise aus den früheren Druck
schriften DE 36 32 041 C2 und DE 41 24 678 C2 übernommen.
Soweit in dieser Beschreibung auf frühere Druckschriften Bezug genommen wird,
sollen solche Verweise lediglich Hinweise auf ergänzende Erläuterungen und mögli
che Ausgestaltungen geben; für das Verständnis der Erfindung erforderliche Anga
ben sind in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.
Die Fig. 1 zeigt Leistungssollwertsignale PS, Pf1, Pf2, die Eingangssignale der
Steuer- und Regeleinrichtung sind. Der Leistungssollwert PS wird an einem Lei
stungssollwertsteller 6 eingestellt. Die Leistungssollwertkomponenten Pf1 und Pf2
werden durch Filterung eines Frequenzdifferenzsignals Δf = f - fo gebildet. Die Fre
quenzabweichung Δf gibt also die Differenz zwischen tatsächlicher Netzfrequenz f
und Sollfrequenz fo an. In einer ersten Filtereinrichtung 14 wird die zweite Lei
stungssollwertkomponente Pf2 gebildet, die nur niederfrequente, durch den Damp
ferzeuger übertragbare Änderungen berücksichtigt. In einer zweiten Filtereinrichtung
15 wird die erste Leistungssollwertkomponente Pf1 gebildet, die auch höherfrequen
te, durch die Dampfturbine übertragbare Änderungen berücksichtigt. In den Fil
tereinrichtungen 14, 15 wird die Frequenzabweichung Δf in üblicher Weise mit ei
nem Verstärkungsfaktor k multipliziert.
Weiteres Eingangssignal ist ein von einem nicht dargestellten Netzfrequenzregler
als Leistungssollwert-Komponente geliefertes Signal PNR.
Ein Brennstoffsteuersignal B wird gebildet durch Addition von vier Brennstoffsteuer
signalkomponenten B1 bis B4 an Additionsstellen 86 und 204, wobei B4 die Summe
der Komponenten B2 und B3 ist.
Die erste Komponente B1 ist Ausgangssignal eines Funktionsbildners 33a, dem die
zweite Leistungssollwertkomponente Pf2 als Eingangssignal zugeführt ist. Der
Funktionsbildner 33a sorgt für einen - für die quasi sprungförmige Leistungsände
rung optimalen - Vorhalt zur beschleunigten Leistungserhöhung (PB).
Die zweite Komponente B2 ist Ausgangssignal eines Funktionsbildners 33b, dessen
Eingangssignal der Leistungssollwert PS ist, zu dem an einer Additionsstelle 132
das Signal PNR addiert wird. Der Leistungssollwert am Ausgang der Additionsstelle
132 wird im Betrieb nur quasi rampenförmig verändert, und es wird durch einen
Funktionsbildner 33b speziell für die Rampe der Vorhalt zur Beschleunigung der
Erhöhung der Leistung PB geliefert.
Die dritte Komponente B3 ist ein Ausgangssignal eines P- oder PD-Glieds 210, des
sen Eingangssignal ein Turbinenventil-Steuersignal S ist, das in einem adaptiven
PY-Prädiktorteil 200.2 gebildet ist.
Dem Kraftwerksblock 1, also der Regelstrecke, sind als Stellgrößen eine Brenn
stoff-Stellgröße BS und ein Ansteuersignal für die Ventilstellung Y zugeführt. Auf die
Regelstrecke wirkt außerdem die Störgröße ZB, die hauptsächlich durch eine unter
schiedliche Brennstoffqualität bestimmt ist.
Die Stellgrößen BS und Y werden in der Steuer- und Regeleinrichtung gebildet, die
einen aus mehreren Teilen bestehenden adaptiven dynamischen Prädiktor 200 ent
hält. In den Fig. 1 bis 4 sind die zum Prädiktor 200 gehörenden Schaltungsteile als
gerasterte Flächen dargestellt.
Das in Fig. 1 gezeigte Blockschema zeigt die für die Durchführung der ersten Ver
fahrensvariante benötigten Teile des Prädiktors 200. Es sind dies ein adaptiver
PB-Prädiktorteil 200.1, ein adaptiver PY-Prädiktorteil 200.2, ein PB-Bildner 200.3, ein
dynamisches Glied mit integralem Verhalten 200.4, ein adaptiver PBS-Teil 200.5, ein
Modell 200.6 für die Berechnung der Turbinenleistung PT, der bereits erwähnte Be
triebsarten-Umschalter 200.7, sowie der Größen-Umschalter 200.8 und ein Ventil
stellungs-Sollwertgeber 200.9.
Der adaptive PB-Prädiktorteil 200.1 enthält einen PB-Beobachter 200.10 und einen
Delta-PB-Beobachter 200.11, die die gleiche Struktur und die gleichen Parameter
haben. Die Struktur der Beobachter 200.10 und 200.11 ist identisch mit der Teil
strecke, die dem Verhalten der Leistung als Antwort auf die Änderung des Brenn
stoffmassenstromes entspricht. Die Übertragungsfunktionen sind auch identisch und
weisen einen Basis-Parametersatz auf, der identisch ist mit dem einer durchschnittli
chen Übertragungsfunktion der Strecke aus dem Regelbereich. Geeignete Beob
achterstrukturen sind beispielsweise in VGB Kraftwerkstechnik 75 (1995), Heft 7,
Seiten 570 bis 577, inbesondere in den Bildern 8 und 9 auf Seite 574 dargestellt.
Dem-PB-Beobachter 200.10 ist als Eingangssignal das Brennstoff-Steuersignal B
zugeführt. Er bildet ein PB,B-Signal, das an einer Additionsstelle 201 von einem im
PB-Bildner 200.3 gebildeten aktuellen und beobachteten PB-Signal PB,akt subtrahiert
wird, wodurch ein Schätzfehler eB des PB-Beobachters 200.10 ermittelt wird.
Der Schätzfehler eB ist innerhalb des PB-Prädiktorteils 200.1 sowohl dem PB-Be
obachter 200.10 als auch dem Delta-PB-Beobachter 200.11 zugeführt. Durch den
Schätzfehler eB wird das dynamische Verhalten des PB-Prädiktorteils 200.1 adap
tiert, so daß die benötigte Übereinstimmung mit dem Verhalten der Steuerstrecke
erzielt wird.
Der Delta-PB-Beobachter 200.11 hat nur einen aktiven Eingang, dem der Schätz
fehler eB zugeführt ist. Am Stellgrößen-Eingang ist Null aufgeschaltet. Das Aus
gangssignal ΔPB,B des Delta-PB-Beobachters 200.11 ist über das dynamische Glied
mit integralem Verhalten 200.4, das beispielsweise auch ein I-Kanal eines konven
tionellen Reglers sein kann, zu einer hinter der Anschlußstelle des PB-Beobachters
200.10 angeordneten B-Additionsstelle 202 geführt, wo es einem Brenn
stoff-Steuersignal B aufgeschaltet wird zur Bildung der Brennstoff-Stellgröße BS.
Dadurch wird auch im Beharrungszustand eine Übereinstimmung des vom PB-Beob
achter 200.10 gelieferten PB,B-Signales mit dem aktuellen PB-Signal PB,akt erzielt. Die
Brennstoff-Stellgröße ist mit BS bezeichnet, wobei s andeuten soll, daß die Stellgrö
ße BS in den meisten Anwendungsfällen gleichzeitig den Brennstoff-Sollwert eines
Brennstoffreglers darstellen wird. An einer Additionsstelle 104 ist im PB-Prädiktorteil
200.1 ein Ausgangssignal ΔPF eines später erläuterten adaptiven Dampfdruck-Prä
diktorteils 200.30, nämlich ein an einer Additionsstelle 310 eines zweiten
py-Prädiktorteils 200.303 gebildetes Signal, aufschaltbar.
Der adaptive PBS-Teil 200.5 liefert ein Ausgangssignal PBS an ein MIN-Auswahlglied
122, dem außerdem das Ausgangssignal der oben erwähnten Additionsstelle 132
zugeführt ist. Der adaptive PBS-Teil 200.5 enthält ebenso wie der adaptive PB-Prädik
torteil 200.1 einen hier mit 200.12 bezeichneten PB-Beobachter, sowie einen hier mit
200.13 bezeichneten Delta-PB-Beobachter. Die Struktur dieser Beobachter und auch
die Parametersätze stimmen mit denjenigen im adaptiven PB-Prädiktorteil 200.1
überein. An einer Additionsstelle 203 wird durch Subtraktion des ΔPB,B-Signals vom
Ausgangssignal des PB-Beobachters 200.12 das Ausgangsignal PBS gebildet. An der
Additionsstelle 203 ist das erwähnte Ausgangssignal des Dampfdruck-Prädiktorteils
200.30 (Additionsstelle 310) aufschaltbar.
Zum Eingang des PB-Beobachters 200.12 ist die an der Additionsstelle 204 gebilde
te Brennstoff-Steuersignal-Komponente B4 geführt. Das Eingangssignal des Del
ta-PB-Beobachters 200.13 ist nicht Null, sondern die dritte Signalkomponente B3. Die
Adaption des dynamischen Verhaltens der beiden Beobachter 200.12 und 200.13
erfolgt auch hier durch den im PB-Prädiktorteil 200.1 gebildeten Schätzfehler eB.
Mit Pv ist ein Leistungsvorgabesignal bezeichnet, das von der Art der Leistungssoll
wertänderung und der Höhe der geforderten Leistungsänderung abhängt. Die zur
Bildung des Leistungsvorgabesignals Pv benutzten Mittel 18, 19, 85, 87 und 88 so
wie die Bildung des Eingangssignals ΔPS∈ sind in der DE-A-43 44 118 im einzelnen
beschrieben. Das Signal ΔPS∈ gibt eine mit der jeweils gegebenen Androsselung
der Turbinenregelventile realisierbare Leistungserhöhung mit streng monotonem
Verlauf vor.
Ein zeitlicher Verlauf des Vorgabesignals Pv wird verzögerungsfrei in die Leistung
(durch den Steuer-Prädiktor) umgesetzt, so daß Pv(t) ∼ P(t) gilt. Das Vorgabesignal Pv
ist an einer Additionsstelle 20 mit dem Ausgangssignal des Betriebsarten-Umschal
ters 200.7 zu einer androsselungsbedingten Leistung PY verknüpft, die auf einen
adaptiven PY/S-Umsetzer 200.14 des adaptiven PY-Prädiktorteils 200.2 als Ein
gangssignal geführt ist.
Der adaptive PY-Prädiktorteil 200.2 hat die Funktion, den durch den zeitlichen - an
der Additionsstelle 20 ermittelten - Verlauf des PY-Signals in den identischen Lei
stungsverlauf mittels des Umsetzers 200.14 und des Signals S umzusetzen. Somit
stimmt die Summe der beiden Leistungskomponenten PB und PY - in jedem Zeitpunkt
- mit dem vorgegebenen Verlauf der Leistungsvorgabe Pv überein.
Zu diesem Zweck enthält der adaptive PY-Prädiktorteil 200.2 außer dem adaptiven
PY/S-Umsetzer 200.14 einen PY-Beobachter 200.15 und einen Delta-PY-Beobachter
200.16.
Die Struktur der Beobachter 200.15 und 200.16 ist identisch mit der Teilstrecke, die
dem Verhalten der Leistung als Antwort auf die Änderung der Turbineneinlaßventil
stellung entspricht. Die Übertragungsfunktionen sind auch identisch und weisen ei
nen Basis-Parametersatz auf, der identisch ist mit dem einer durchschnittlichen
Übertragungsfunktion der Strecke aus dem Regelbereich. Der PY-Beobachter 200.15
wird einer - intern an einer Additionsstelle 218 ermittelten - aktuellen beobachteten
Leistungskomponente PY,akt nachgeführt, die der Differenz der Blockleistung P bzw.
inneren Turbinenleistung PT - je nach Stellung des Größen-Umschalters 200.8 - und
der Leistungskomponente PB,B des PB-Beobachters 200.10 gleicht. An einer Additi
onsstelle 205 wird ein Schätzfehler eY ermittelt, der außer dem PY-Beobachter
200.15 auch dem dynamischen PY/S-Umsetzer 200.14 und dem Delta-PY-Beobach
ter 200.16 zugeführt ist. Weiterhin wird an einer Additionsstelle 206 die Differenz
zwischen dem Ausgangssignal PY,B des PY-Beobachters 200.15 und dem Aus
gangssignal ΔPY,B des Delta-Y-Beobachters 200.16 gebildet und als effektive
PY-Leistungskomponente PY,eff dem PB-Bildner 200.3 zugeführt.
Im PB-Bildner 200.3 wird an einer Additionsstelle 207 das dem adaptiven PB-Prä
diktorteil 200.1 zugeführte aktuelle, beobachtete Signal PB,akt als Differenz aus der
Leistung P (bzw. PT) und der effektiven PY-Leistungskomponente PY,eff gebildet. An
Additionsstellen 208 bzw. 209 wird die PB-Leistungskomponente für die Prädiktion
der aufzubringenden Leistungskomponente PY an der Additionsstelle 20 des
PB-Signals bei der Betriebsart a2 gebildet.
Das Ausgangssignal S des PY/S-Umsetzers 200.14 wird zur Bildung des An
steuersignals Y für die Ventilstellung an einer Additionsstelle 211 zum Ventilstel
lungs-Sollwert YS addiert. Außerdem wird das Ausgangssignal S mittels des P- bzw.
PD-Gliedes 210 als Komponente B3 an der Additionsstelle 204 zur zweiten Brenn
stoff-Steuersignalkomponente B2 addiert, wodurch erzielt wird, daß das Signal S im
Leistungs-Beharrungszustand Null wird (Wiedereinstellung der Stellreserve, wie in
DE 41 24 678 C2 beschrieben ist).
Mit dem Größen-Umschalter 200.8 ist wählbar, ob die gemessene elektrische Lei
stung P oder die berechnete innere Turbinenleistung PT beobachtet und nach den
Betriebsarten a1, a2, a3 geregelt wird. Die innere Turbinenleistung PT ist mit Hilfe
des Modells 200.6 nachgebildet, anhand von gemessenen Dampfdrücken vor und in
der Turbine, die in einem Vektor zusammengestellt werden, Temperaturen (Vektor
) und Massenströmen (Vektor). Die Nachbildung kann mittels eines mathemati
schen Modells, eines Neuronal-Netzes, oder einer Kombination von beiden erfolgen.
Der Betrieb mit der beobachteten inneren Turbinenleistung PT garantiert - gegen
über dem mit der elektrischen Blockleistung P - einen störungsfreien, sicheren
Übergang des Blockes in einen Insel-Betrieb, bei dem der Stromverbrauch nicht
vorher bekannt ist. Bei einem solchen Betrieb muß die Netzfrequenz, und nicht die
elektrische Leistung P geregelt werden.
Fig. 21 zeigt eine erste Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten adaptiven
PB-Prädiktorteils 200.1. Der abgewandelte Prädiktorteil 200.1b enthält einen Beob
achter 200.10b, der in einer Struktur mit zwei parallelen Blöcken A, B gestaltet ist,
die einen u-Teil und einen e-Teil 200.11b des Beobachters 200.10b darstellen. Der
e-Teil 200.11b des Beobachters 200.10b stellt in diesem Fall den Delta-P-Beobach
ter dar. Das Ausgangssignal des e-Teils 200.11b ist identisch mit dem in Fig. 1 ge
zeigten Ausgangssignal ΔPB,B, das in Fig. 1 zum dynamischen Glied 200.4 geführt
ist. Mit 200.101 ist eine Additionsstelle für die Ausgangssignale des u-Teils und des
e-Teils bezeichnet.
Fig. 22 zeigt ähnlich wie Fig. 21, eine Struktur eines Beobachters 400, der einen mit
Block A bezeichneten u-Teil 400.1 zur Bildung eines von einer Stellgröße u abhän
gigen Signals, sowie einen mit Block B bezeichneten e-Teil 400.2 zur Bildung eines
von einem Schätzfehler e abhängigen Signals enthält. An einer Additionsstelle 400.3
wird durch Verknüpfung der beiden Ausgangssignale ein Regelgrößenschätzwert
YBeo ermittelt. Das Ausgangssignal ΔYbeo des e-Teils 400.2 ist der Schätzwert der
Regelgrößenänderung. Ein solcher e-Teil 400.2 kann in den Blockschemata der
Fig. 1, 3a, 3b und 4 den jeweiligen Delta-P-Beobachter, also die Beobachter 200.16,
200.20, 200.308 und 200.310 jeweils ersetzen.
Fig. 2 zeigt ein Blockschema einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Durchführung
einer zweiten Verfahrensvariante (Variante 2), die einschließlich Einsatz des Kon
densatstopps arbeitet.
Wie bereits erwähnt, sind die mit dünnen Linien dargestellten Schaltungsteile ein
schließlich Bezugszeichen aus der DE-A 43 44 118 entnommen und außerdem sind
aus Fig. 1 die dort bereits beschriebenen Schaltungsteile mit den dort benutzten Be
zugszeichen übernommen. Die Beschreibung kann sich daher im wesentlichen auf
die Einbindung eines neu hinzugekommenen adaptiven PX-Prädiktorteils 200.17 be
schränken. Dieser PX-Prädiktorteil 200.17 ist in Fig. 3a detailliert dargestellt. Außer
dem ist in Fig. 3b ein bei Variante 2 benutzter PY-Prädiktorteil 200.2b dargestellt, der
sich etwas von dem PY-Prädiktorteil 200.2 der Variante 1 unterscheidet, so daß die
Fig. 2, 3a und 3b zusammen zu betrachten sind.
Fig. 3b zeigt den für die Verfahrensvariante 2 etwas abgewandelten PY-Prädiktorteil
200.2b. Während im PY-Prädiktorteil 200.2 das beobachtete Signal PY,akt = P - PB,B
ist, wird im abgewandelten PY-Prädiktorteil 200.2b das Signal PY,akt = P - PB,B - PX,B
beobachtet. Deshalb enthält der abgewandelte PY-Prädiktorteil 200.2b eine zusätzli
che Additionsstelle 219, der die Signale PB,B und PX,B zugeführt sind.
Fig. 3a zeigt, daß der PX-Prädiktorteil 200.17 in gleicher Weise wie der PY-Prädiktor
teil 200.2b aufgebaut ist, wobei hier PX,akt = P - PB,B -PY,B das beobachtete Signal ist.
Das Signal PY,B ist an einer Additionsstelle 220 gebildet. Der PX-Prädiktorteil 200.17
enthält einen adaptiven dynamischen PX/X-Umsetzer 200.18, der einen durch die
Additionsstelle 20 ermittelten und durch die Auswahl-Glieder 123 und 126 (Fig. 2)
vermittelten Kondensatstoppleistungsanteil PX in ein Ansteuersignal X für den Kon
densatstopp umsetzt, so daß Pv(t) = P(t) ist. Der PX/X-Umsetzer 200.18 wird durch
einen an einer Additionsstelle 213 gebildeten Schätzfehler eX eines PX-Beobachters
200.19 adaptiert. Der Schätzfehler eX ist auch dem aktiven Eingang eines Del
ta-PX-Beobachters 200.20 zugeführt, dessen Stellgrößen-Eingang Null aufgeschaltet
ist. Das Ausgangssignal ΔPX,B ist an einer Additionsstelle 214 mit dem Ausgangs
signal PX,B des PX-Beobachters 200.19 verknüpft zur Bildung einer effektiven
PX-Leistungskomponente PX,eff.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Ausgangssignale PX,eff und ΔPX,B des PX-Prädiktor
teils 200.17 Additionsstellen 207 bzw. 212 des PB-Bildners 200.3 zugeführt sind. An
Additionsstelle 208 und 209 werden Ausgangssignale des adaptiven PB-Prädiktor
teils 200.1 verknüpft. Ausgangssignale PY,eff bzw. ΔPY,B des PY-Prädiktorteils 200.2b
sind zu den Additionsstellen 207 bzw. 212 geführt. Je nach Betriebsart wird der
Additionsstelle 20 entweder das vom PB-Beobachter 200.1 gebildete Signal PB,B oder
das Ausgangssignal des PB-Bildners 200.3 mit negativem Vorzeichen der vorgege
benen Leistungskomponente Pv aufgeschaltet.
Eine dritte Betriebsart a3 kommt zustande, wenn anstelle des beobachteten Signals
PB,B an der Additionsstelle 20 eine effektive brennstoffabhängige Leistungskompo
nente PB,eff = PB,B - ΔPB,B zugeführt wird. Die zugehörige Schaltungsabwandlung - die
bei beiden Verfahrensvarianten 1 und 2 und entsprechend bei den Blockschemata
gemäß Fig. 1 und 2 möglich ist - ist in Fig. 20 dargestellt. Fig. 20 zeigt die Diffe
renzbildung PB,B - ΔPB,B an einer Additionsstelle 215.
Die Arbeitsweise und Regelfähigkeit der in den Blockschemata der Zeichnungsfigu
ren 1 bis 4 und 20, 21 dargestellten Steuer- und Regeleinrichtungen läßt sich an
hand des jeweiligen Störverhaltens bzw. Führungsverhaltens erläutern.
Simulationsergebnisse zum jeweiligen Störverhalten und Führungsverhalten der
Steuer- und Regeleinrichtungen, die gemäß den Verfahrensvarianten 1 und 2 und
bei den unterschiedlichen Betriebsarten a1 bis a3 erreichbar sind, sind in den
Fig. 5 bis 19 dargestellt.
Generell ist festzustellen, daß in der Betriebsart a1, also bei Einsatz der vorhande
nen Turbinenstellreserve die Leistung P bzw. PT praktisch gleich der als Solleistung
vorgegebenen Leistung Pv ist, da vorhandene Heizstörungen ZB hierbei ausgeregelt
werden.
Dagegen wird in der Betriebsart a2, in der die Turbinenstellreserve nicht zum Ausre
geln von Heizstörungen ZB, sondern nur für den Fall eines Netzfrequenzeinbruchs
eingesetzt wird, diese Regelqualität nicht erreicht. Der hierdurch verzögerungsfrei
zur Netzfrequenzabweichung erzielten Leistungsänderung wird die variable Lei
stungsabweichung von Pv überlagert, die der Leistungsregelung durch Brennstoff
änderung entspricht.
Die mit der Verfahrensvariante 1 bei unterschiedlichen Betriebsarten erzielbaren
Regelqualitäten bei Ausregelung einer Heizstörgröße ZB, die einen sinusförmigen
Verlauf mit einer Amplitude von 3% der Nennleistung hat, ist in den Fig. 5 bis 8 dar
gestellt.
Fig. 5 zeigt für die Verfahrensvariante 1 die Regelfähigkeit des adaptiven Steuer
prädiktors anhand des Störverhaltens im Fall eines sinusförmigen Verlaufs der Stör
größe ZB. Es ist ersichtlich, daß bei konstanter vorgegebener Leistung Pv die elektri
sche Leistung P ebenfalls konstant bleibt. Den zugehörigen Verlauf der Steuersigna
le B und S sowie der Leistungskomponenten PB und PY zeigt Fig. 6.
Das entsprechende Störverhalten in der Betriebsart a2, also ohne Einsatz der Turbi
nenstellreserve ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Die elektrische Leistung P
folgt zwar nicht der vorgegebenen Leistung Pv, die Wirkung der Störgröße ZB auf die
elektrische Leistung ist jedoch - amplitudenmäßig aufgrund der hier im Vergleich zur
Betriebsart a1 etwas schwächeren Regelfähigkeit des adaptiven Steuer-Prädiktors -
immerhin auf ein Drittel reduziert. Fig. 8 zeigt, daß bei dieser Betriebsart das Steu
ersignal S Null bleibt. Das bedeutet, daß die durch Turbineneinlaßventil-Androsse
lung vorhandene Möglichkeit, die Energie aus dem Kessel auszuspeichern. nicht für
die Ausregelung der Heizstörung ZB verwendet wird, sondern zur Netzfrequenzstüt
zung zur Verfügung steht.
Das Führungsverhalten ist für die in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Verfahrensvariante
1 und Betriebsarten a1 und a2 nicht in Zeichnungsfiguren dargestellt. Eine Ände
rung des Leistungssollwertes für a1 ist (analog zu Fig. 9) dynamisch exakt realisiert
und für a2 (analog zu Fig. 12) dem durch die Störgröße ZB gegebenen aktuellen
Verlauf der Leistung überlagert.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen für die Verfahrensvariante 2 (also mit Einsatz des Konden
satstopps) das Führungsverhalten bei einer Verstellung der vorgegebenen Leistung
Pv um 5% bei gleichzeitiger sinusförmiger Änderung der Heizstörgröße ZB mit einer
Amplitude von 3% der Nennleistung. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß die elektrische
Leistung P in diesem Fall exakt der vorgegebenen Leistung Pv entspricht. Fig. 10
zeigt den Verlauf der Leistungskomponenten PB, PY und PX, die zwar nicht meßbar
sind, jedoch durch den Prädiktor (Fig. 2) geliefert werden als PB,B, PY,B, PX,B. Fig. 11
zeigt den zugehörigen Verlauf der Steuersignale B, S und X. Die Fig. 12 bis 14
zeigen die entsprechenden Verläufe für die Verfahrensvariante 2, jedoch im Fall der
Betriebsart a2. Es zeigt sich, daß durch den fehlenden Einsatz der Turbinenstellre
serve auch in diesem Fall die Störgröße ZB zwar nicht vollständig ausgeregelt wer
den kann, jedoch auf eine Netzfrequenzabweichung verzögerungsfrei mit einer Lei
stungsänderung reagiert wird.
Die Fig. 15 bis 19 zeigen Simulationsergebnisse zur Verfahrensvariante 1 in der
Betriebsart a3, wobei eine Regelfähigkeit mit Eigenschaften erzielt wird, die zwi
schen denen der Betriebsarten a1 und a2 liegen.
So zeigt Fig. 15, daß das Störverhalten ähnlich ist wie im Fall der Betriebsart a2
(vergl. Fig. 7). Fig. 16 zeigt, daß das Steuersignal S jedoch nicht Null bleibt, wie im
Fall der Betriebsart a2 (vergl. Fig. 8), aber im Vergleich zur Betriebsart a1 (vergl.
Fig. 6) sich nur mit kleiner Amplitude ändert.
Die Fig. 17 bis 19 zeigen das Führungsverhalten in der Betriebsart a3, wobei sich
zeigt, daß die Leistung P zwar gut der Änderung der vorgegebenen Leistung Pv
folgt, aber die Störung ZB nicht vollständig ausgeregelt wird (Fig. 17). Der zugehöri
ge Verlauf der Leistungskomponenten und der Steuersignale ist in den Fig. 18 und
19 dargestellt, wobei ersichtlich ist, daß das Steuersignal S sich weniger stark än
dert, als im Fall der Betriebsart a1 (Fig. 11).
Abschließend wird anhand der Fig. 4 erläutert, wie der Frischdampf(FD)-Druck dy
namisch übereinstimmend mit dem Streckenverhalten nachgebildet wird, um die
Entkoplungssignale D und Dsp, sowie auch das Signal aus 310 für 213 (Additions
stellen in Fig. 1 und 2) und 104 (Additionsstelle in Fig. 1, 2) zu erhalten.
Beide Blockregelkonzepte, d. h. die beiden Verfahrensvarianten 1 und 2 machen die
bisher üblichen Regelkreise für die Leistung, den Frischdampfdruck und die Turbi
nenregelventilstellung überflüssig, da bereits eine Regelungsfunktion vorhanden ist.
Die für die Sekundendynamik der Blockleistung benötigte Stellreserve der Turbinen
regelventile wird durch den Sollwert YS des gemeinsamen Ansteuersignals Y der
Turbinenregelventile eingestellt, das selbst ein Sollwert eines Stellungsreglers sein
kann.
Eine FD-Druckregelung wird hier nicht notwendig, da sich der Dampfdruck p durch
seine genaue Nachbildung mit Hilfe eines adaptiven p-Modells nach Fig. 4 selbst
einstellt, entsprechend der Leistung (P bzw. PT) und dem Sollwert YS. Im Prinzip wird
der Druck durch die geregelte Blockleistung mitgeregelt.
Das adaptive p-Modell ist ein Bestandteil des adaptiven Prädiktors 200 mit Regelfä
higkeit und wird deshalb hier adaptiver p-Prädiktorteil 200.30 genannt.
Der adaptive p-Prädiktorteil 200.30 ist als eine Weiterentwicklung des p-Teiles des
in DE 44 18 298 A1 beschriebenen und dort in Fig. 2 dargestellten Universal-Prädik
tors 100 aufzufassen.
Um die Korrespondenz zu diesem Universal-Prädiktor deutlich zu machen, wurden
in Fig. 4 bekannte Schaltungsteile mit dünnen Linien dargestellt.
Der adaptive p-Prädiktorteil 200.30 enthält einen adaptiven PB-Prädiktorteil 200.301,
einen ersten pY-Prädiktorteil 200.302, einen zweiten pY-Prädiktorteil 200.303 und
einen pB-Bildner 200.304.
Der adaptive pB-Prädiktorteil 200.301 enthält einen pB-Beobachter 200.305 und eine
Additionsstelle 302, an der ein Schätzfehler eP,B des pB-Beobachters 200.305 ermit
telt wird, wobei die beobachtete Größe pB,akt durch den pB-Bildner 200.304 gebildet
und beobachtet wird.
Der erste adaptive pY-Prädiktorteil 200.302 enthält einen adaptiven dynamischen
pY/S-Umsetzer 200.306, der ein Ausgangssignal Sp als Komponente zur Bildung des
Turbinenventil-Steuersignals S liefert. Außerdem enthält der erste pY-Prädiktorteil
einen pY-Beobachter 200.307 und einen Delta-pY-Beobachter 200.308. An einer
Additionsstelle 309 wird ein Schätzfehler epY des Beobachters 200.307 gebildet. Be
obachtet wird die Größe pY,akt = p - pY,eff, die an einer Additionsstelle 222 gebildet
wird. Der Schätzfehler wird nicht nur zur Adaption der Teile des ersten Prädiktorteils
200.302 verwendet, sondern auch zur Adaption eines pY-Beobachters 200.309 und
eines Delta-pY-Beobachters 200.310 im zweiten pY-Prädiktorteil 200.303.
Fig. 4 ist zu entnehmen, daß unter anderem auch ein Entkopplungssignal D gebildet
wird, das als Drucksollwertsignal verwendbar ist, falls doch ein einem Leistungsreg
ler unterlagerter Druckregler verwendet werden soll. Während des Steuerprozesses
bleibt dann dieser Regler inaktiv, und zwar nicht nur im idealen Fall, wie bei der An
ordnung gemäß DE 44 18 298 A1. Handelt es sich um einen Regler, der auf den
Brennstoff wirkt, wird allerdings keine Verbesserung der Regelqualität erzielt, da die
Störung im Fall der Betriebsart a2 bereits gleich schnell mit dem adaptiven Steuer
prädiktor mit Regelfähigkeit 200 ausgeregelt wird. Auch mit einem Vordruckregler
kann im Fall der Betriebsart a1 aus dem gleichen Grund keine weitere Verbesserung
erzielt werden.
Der adaptive p-Prädiktorteil 200.30 wird immer dann verwendet, wenn der Blockbe
trieb nicht entweder im Gleitdruck oder im Festdruck erfolgt. Der häufigere Fall ist,
daß der Leistungsregelbereich beide Betriebsarten enthält. Beim Übergang von ei
nem Bereich zum anderen ändert sich das Streckenverhalten wesentlich.
Darüber hinaus kann die Turbinenstellreserve, die durch den Sollwert YS (< Ymax) im
Gleitdruck eingestellt ist, beim Festdruckbetrieb nicht bewahrt werden. Das Steuer
signal S kann nicht im Beharrungszustand Null werden. Das Signal S setzt sich da
her aus zwei Komponenten zusammen, nämlich aus dem Ausgangssignal SY des
adaptiven PY-Prädiktorteils und dem Ausgangssignal Sp des adaptiven pY-Prädiktor
teils. Während die Komponente SY auch weiterhin dynamisch exakt zu Null gebracht
wird (vergl. DE 41 24 678 C2), gilt dies nicht für die Komponente Sp. Je tiefer der
Betrieb im oberen Festdruckbereich des Leistungsregelbereiches erfolgt, desto po
sitiv größer ist Sp. Bei der Blocknennleistung ist Sp gleich (Ymax - YS).
Der erste adaptive pY-Prädiktorteil 200.302 (exakt der pY/S-Umsetzer 200.306) liefert
das Signal Sp (beim Gleitdruck ist Sp = 0) der Additionsstelle 314. Der zweite adapti
ve pY-Prädiktorteil liefert ein Signal der Additionsstelle 104 im adaptiven PB-Prädik
torteil 200.1 und der Additionsstelle 203 im adaptiven PBS-Teil 200.5. Hierdurch wird
das unterschiedliche Verhalten der Leistung als Antwort auf die veränderten Signale
B und B4 beim Gleit- und Festdruck berücksichtigt.
1
Kraftwerksblock
6
Leistungs-Sollwertsteller
9
Additionsstelle
14
erste Filtereinrichtung
15
zweite Filtereinrichtung
18
Additionsstelle
19
Funktionsbildner
20
Additionsstelle
33
aFunktionsbildner
33
bFunktionsbildner
63
Regler
85
P∈-Begrenzer
86
Additionsstelle
87
Additionsstelle
88
Additionsstelle
102
PX
-Begrenzer
104
Additionsstelle
105
Additionsstelle
106
Additionsstelle
107
B3
-Begrenzer
108
Additionsstelle
114
Additionsstelle
115
Additionsstelle
122
MIN-Auswahlglied
123
MIN-Auswahlglied
126
MAX-Auswahlglied
127
Begrenzungseinrichtung
130
BL
-Signal-Bildner
132
Additionsstelle
133
Additionsstelle
134
MIN-Auswahlglied
200
adaptiver Prädiktor
200.1
adaptiver PB
-Prädiktorteil
200.1
babgewandelter PB
-Prädiktorteil
200.2
adaptiver PY
-Prädiktorteil
200.3
PB
-Bildner
200.4
dynamisches Glied mit integralem Verhalten
200.5
adaptiver PBS
-Teil
200.6
Modell für die Berechnung der Turbinenleistung PT
200.7
Betriebsarten-Umschalter
200.8
Größen-Umschalter
200.9
Ventilstellungs-Sollwertgeber
200.10
PB
-Beobachter des PB
-Prädiktors
200.10
bBeobachter im abgewandelten PB
-Prädiktorteil
200.1
b
200.11
Delta-PB
-Beobachter des PB
-Prädikators
200.11
be-Teil im Beobachter
200.10
b
200.12
PB
-Beobachter des PBS
-Teils
200.13
Delta-PB
-Beobachter des PBS
-Teils
200.14
adaptiver dynamischer PY
/S-Umsetzer
200.15
PY
-Beobachter
200.16
Delta-PY
-Beobachter
200.17
adaptives PX
-Prädiktorteil
200.18
adaptiver PX
/X-Umsetzer
200.19
PX
-Beobachter
200.20
Delta-PX
-Beobachter
200.30
adaptiver p-Prädiktorteil
200.301
adaptiver pB
-Prädiktorteil
200.302
erster pY
-Prädiktorteil
200.303
zweiter pY
-Prädiktorteil
200.304
pB
-Bildner
200.305
pB
-Beobachter
200.306
adaptiver pY
/S-Umsetzer
200.307
pY
-Beobachter des ersten pY
-Prädiktorteils
200.308
Delta-pY
-Beobachter des ersten pY
-Prädiktorteils
200.309
pY
-Beobachter des zweiten pY
-Prädiktorteils
200.310
Delta-pY
-Beobachter des zweiten pY
-Prädiktorteils
200.101
Additionsstelle im abgewandelten PB
-Prädiktorteil
200.1
b
201
Additionsstelle im Prädiktorteil
200.1
202
Additionsstelle
203
Additionsstelle im PBS
-Teil
205
204
Additionsstelle für B2
- und B3
-Signale
205
Additionsstelle zur Bildung von eY
206
Additionsstelle zur Bildung von Py,eff
207
Additionsstelle zur Bildung von PB,akt
208
Additionsstelle
209
Additionsstelle
210
P- oder PD-Glied
211
Additionsstelle
212
Additionsstelle
213
Additionsstelle
214
Additionsstelle
215
Additionsstelle (
Fig.
20)
216
,
217
Additionsstelle (
Fig.
3a)
218
,
219
Additionsstelle (
Fig.
3b)
220
,
221
Additionsstelle (
Fig.
2)
222
Additionsstelle
301
Druck-Sollwertsteller
302
Additionsstelle
304
Additionsstelle
305
MAX-Auswahlglied (in DE 44 18 298 A1: 105)
306
Additionsstelle (in DE 44 18 298 A1: 106)
307
Additionsstelle (in DE 44 18 298 A1: 107)
308
Additionsstelle
309
Additionsstelle
310
Additionsstelle
312
Additionsstelle
314
Additionsstelle (in DE 44 18 298 A1: 114)
315
Schalter (in DE 44 28 298 A1: 115)
400
Beobachter
400.1
u-Teil
400.2
e-Teil
400.3
Additionsstelle
a1erste Betriebsart (BS
a1erste Betriebsart (BS
+ Y)
a2zweite Betriebsart (nur BS
a2zweite Betriebsart (nur BS
-Einsatz)
a3dritte Betriebsart (BS
a3dritte Betriebsart (BS
und teilweise Y)
b1Regelgröße ist Turbinenleistung PT
b1Regelgröße ist Turbinenleistung PT
b2Regelgröße ist die elektrische Blockleistung P
BBrennstoff-Steuersignal
B1
BBrennstoff-Steuersignal
B1
erste Brennstoff-Steuersignalkomponente
B2
B2
zweite Brennstoff-Steuersignalkomponente
B3
B3
dritte Brennstoff-Steuersignalkomponente
B4
B4
vierte Brennstoff-Steuersignalkomponente (B2
+ B3
)
BL
BL
Speisewasserniveau-abhängige Brennstoff-Steuersignalkomponente
BS
BS
Brennstoff-Stellgröße
DDrucksollwertsignal
eB
DDrucksollwertsignal
eB
Schätzfehler des PB
-Prädiktorteils
200.1
eL
Regelabweichung des Wasserstands L
ep,B
ep,B
;Schätzfehler des pB
-Beobachters
200.305
ep,Y
;Schätzfehler des pY
-Beobachters
200.307
eX
;Schätzfehler des PX
-Beobachters
200.19
eY
Schätzfehler des PY
-Beobachters
200.15
fgemessene Netzfrequenz
fo
fo
Sollwert der Netzfrequenz
Δfo
Δfo
Netzfrequenzabweichung
ΔmKG
ΔmKG
Ausgangssignal eines Grenzreglers für Nichtüberschreitung eines ma
ximalen Kondensatmassenstromes
FFestdruck
GGleitdruck
PBlockleistung (abgegebene elektrische Leistung)
PB
FFestdruck
GGleitdruck
PBlockleistung (abgegebene elektrische Leistung)
PB
brennstoffabhängige Leistung
PB,akt
PB,akt
aktuelles PB
-Signal
PB,eff
PB,eff
effektive brennstoffabhängige Leistung
PB,B
PB,B
vom Beobachter gebildetes PB
-Signal
ΔPB,B
ΔPB,B
Ausgangssignal des Delta-PB
-Beobachters
PBS
PBS
brennstoffabhängige Leistungskomponente
Pf1
Pf1
erste Leistungs-Sollwertkomponente
Pf2
Pf2
zweite Leistungs-Sollwertkomponente
PNR
PNR
von einem Netzfrequenzregler als Leistungssollwert-Komponente gelie
fertes Signal
PS
PS
Leistungs-Sollwert
ΔPs∈
ΔPs∈
mit vorhandener Androsselung realisierbare
Leistungserhöhung mit streng monotonem Verlauf
PT
PT
(innere) Turbinenleistung
Pv
Pv
vorgegebene Leistungskomponente
(Leistungs-Vorgabesignal)
Pvxo
Pvxo
zum Zeitpunkt to
vorbestimmte Amplitude des
Kondensatstopp-Leistungsanteils
PX
PX
Kondensatstopp-Leistungsanteil
PX,akt
PX,akt
aktueller Kondensatstopp-Leistungsanteil
PX,B
PX,B
Ausgangssignal des PX
-Beobachters
ΔPX
ΔPX
Änderung des Kondensatstopp-Leistungsanteils
ΔPX,B
ΔPX,B
Ausgangssignal des Delta-PX
-Beobachters
PX,eff
PX,eff
effektive PX
-Leistungskomponente
PY
PY
androsselungsabhängige Leistungskomponente
PY,akt
PY,akt
aktuelle androsselungsabhängige Leistungskomponente
PY,B
PY,B
Ausgangssignal des PY
-Beobachters
PY,eff
PY,eff
effektive PY
-Leistungskomponente
ΔPY
ΔPY
Änderung der PY
-Leistungskomponente
ΔPY,B
ΔPY,B
Ausgangssignal des Delta-PY
-Beobachters
pFrischdampfdruck
pS,N
pFrischdampfdruck
pS,N
PB,akt
Ausgangssignal des pB
-Bildners
200.304
pB,B
Ausgangssignal des Beobachters
200.305
pY,B
Ausgangssignal des Beobachters
200.307
bzw.
200.309
ΔpY,B
Ausgangssignal des Beobachters
200.308
bzw.
200.310
pY,eff
Ausgangssignal des Prädiktorteils
200.302
STurbinenventil-Steuersignal
Sp
Sp
Ausgangssignal des adaptiven pY
-Prädiktorteils
200.306
SRRückführungssignal
SY
SY
Ausgangssignal des adaptiven PY
-Prädiktorteils
to
to
Zeitpunkt der sprunghaften Leistungserhöhung
XAnsteuersignal für den Kondensatstopp
YAnsteuersignal für die Ventilstellung
YS
XAnsteuersignal für den Kondensatstopp
YAnsteuersignal für die Ventilstellung
YS
Ventilstellungs-Sollwert
ZB
ZB
Störgröße
Dampfdrücke-Vektor
Temperaturen-Vektor
Massenströme-Vektor
Dampfdrücke-Vektor
Temperaturen-Vektor
Massenströme-Vektor
Claims (11)
1. Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung (P, PT) eines Dampf
kraftwerkblocks unter Einsatz gespeicherter Energie durch vorübergehende Ände
rung der Turbineneinlaßventil-Stellung, wobei
- 1. wenigstens eine der Stellgrößen Brennstoffzufuhr (BS) und Turbineneinlaß ventil-Stellung (Y, S) unter Verwendung von Teil-Prozeßmodellen koordiniert zur Brennstoffzufuhr (BS) dynamisch richtig gesteuert verstellt wird, und
- 2. eine Regelfunktion zum Ausregeln von Störungen (ZB) vorhanden ist,
- a) die Leistung (P, PT) durch zwei Beobachter (200.10, 200.15) beobachtet wird, wobei eine von der Brennstoffzufuhr abhängige Leistungskomponente (PB,B) und eine vom Einsatz der Turbinenstellreserve abhängige Leistungs komponente (PY,B) ermittelt werden,
- b) entsprechende, beobachtete aktuelle Leistungskomponenten (PB,akt, PY,akt) gebildet und Schätzfehler der Beobachtung (eB = PB,akt - PB,B, eY = PY,akt - PY,B) ermittelt werden,
- c) die Schätzfehler (eB, eY) zur Adaption des dynamischen Verhaltens eines adaptiven PB-Prädiktorteils (200.1) und eines adaptiven PY-Prädiktorteils (200.2) verwendet werden, und
- d) durch die dynamische Adaption des dynamischen Verhaltens des Prädiktors (200) - ohne zusätzlichen Einsatz eines Reglers - die Regelfunktion zum Ausregelung von Störungen (ZB) gegeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer er
sten Verfahrensvariante (Variante 1) und einer ersten Betriebsart (a1) die Ausrege
lung von Störungen (ZB) sowohl durch Änderung der Stellgröße Brennstoffzufuhr
(BS), als auch der Stellgröße Turbineneinlaßventil-Stellung (S) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer er
sten Verfahrensvariante (Variante 1) und einer zweiten Betriebsart (a2) die Ausrege
lung von Störungen (ZB) allein durch Änderung der Stellgröße Brennstoffzufuhr (BS)
erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer
zweiten Verfahrensvariante (Variante 2) zusätzlich zu den Stellgrößen Brennstoffzu
fuhr (ZB) und Turbineneinlaßventil-Stellung (Y) eine Stellgröße (X) für den Einsatz
von Kondensatstopp gebildet wird, wobei die Stellgröße (X) für den Kondensatstopp
nach dem selben Prinzip wie die Stellgröße (Y) für die Turbineneinlaßventil-Stellung
gesteuert wird, nämlich durch Ermittlung der vom Kondensatstopp abhängigen Lei
stungskomponente (PX,B), Bildung einer entsprechenden beobachteten aktuellen
Leistungskomponente (PX,akt), Ermittlung eines Schätzfehlers (eX) und dynamische
Adaption eines PX-Prädiktorteils (200.17).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz
des Kondensatstopps (X) nur bei einer Betriebsart (a2) zur Leistungsänderung an
hand der Netzfrequenzänderung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die gemessene elektrische Leistung (P) beobachtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Turbinenleistung (PT) beobachtet wird, die anhand von gemessenen Tempe
ratur-, Druck- und Massenstrom-Werten nachgebildet wird.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehen
den Ansprüche, wobei Steuersignale (BS, Y, X) für einen steuernden Eingriff durch
Änderung des Brennstoffeinsatzes (BS), der Turbinenstellreserve (Y) und gegebe
nenfalls durch Einsatz des Kondensatstopps (X) gebildet werden, und wobei je nach
Verfahrensvariante (1, 2) und Betriebsart (a1 bis a3) nur ein Teil der Steuersignale
(BS, Y, X) gebildet und verändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein adapti
ver Prädiktor (200) vorhanden ist, der
- a) Mittel (200.3, 200.2) enthält zur Bildung der zu beobachtenden Leistungs komponenten (PB,akt, PY,akt) mit Hilfe der gewählten zugeführten Leistung (elektrische Leistung P oder Turbinenleistung PT),
- b) einen adaptiven PB-Prädiktorteil (200.1) enthält, mit einem PB-Beobachter (200.10), der die gebildete brennstoffabhängige Leistung (PB,akt) beobachtet und die beobachtete brennstoffabhängige Leistungskomponente (PB,B) lie fert, und mit einem Delta-PB-Beobachter (200.11), der nur durch den bei der Beobachtung entstehenden Schätzfehler (eB) die Leistungsänderung (ΔPB,B) für eine additive (202) Änderung des Brennstoff-Steuersignals (B) mittels ei nes Gliedes (200.4) mit integralem Verhalten liefert, wobei durch den Schätzfehler (eB) das dynamische Verhalten der beiden Beobachter (200.10, 200.11) verwendet ist, sowie auch der beiden Beobachter (200.12, 200.13) in einem adaptiven PBS-Teil (200.5) adaptiert wird und dadurch die Überein stimmung des dynamischen Verhaltens des PB-Prädiktorteils (200.1) und des PBS-Teils (200.5) mit der Strecke (1,200.6) erzielt wird,
- c) einen adaptiven PY-Prädiktorteil (200.2) enthält, mit
- d) einem adaptiven PY/S-Umsetzer (200.14) zur Umsetzung einer durch Einsatz der Turbinenstellreserve aufzubringenden Leistungskomponen te (PY) in ein Steuersignal (S) zur Ansteuerung der Turbineneinlaß ventile,
- e) einem PY-Beobachter (200.15) zur Beobachtung der ermittelten androsselungsabhängigen Leistungskomponente (PY,akt) und
- f) einem Delta-PY-Beobachter (200.16) zur Beobachtung der Leistungs komponenten-Änderung (ΔPY,B), die aufgrund des sich ändernden dy namischen Verhaltens der Strecke (1, 200.6) mit der Hilfe des Schätz fehlers (eY) entsteht, und wobei
- g) der Schätzfehler (eY) der PY-Beobachtung zur Adaption des dynami schen Verhaltens aller Teile (200.14, 200.15 und 200.16) des PY-Prädiktorteils (200.2) verwendet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein
adaptiver PX-Prädiktorteil (200.17) vorhanden ist, der
- a) einen adaptiven PX/X-Umsetzer (200.18) zur Umsetzung eines durch Kon densatstopp aufzubringenden Leistungsanteils PX in ein Ansteuersignal X für die Einrichtungen des Kondensatstopps,
- b) einen PX-Beobachter (200.19) zur Beobachtung einer mit Hilfe der gewähl ten Leistung (P oder PT) ermittelten Leistungskomponente (PX,skt), und
- c) einen Delta-PX-Beobachter (200.20) zur Bestimmung der Leistungskompo nenten-Änderung (ΔPX,B), die aufgrund des sich ändernden dynamischen Verhaltens der Strecke (1, 200.6) mit Hilfe des Schätzfehlers (eX) entsteht, und wobei
- d) der Schätzfehler (eX) der PX-Beobachtung zur Adaption des dynamischen Verhaltens aller Teile (200.18, 200.19 und 200.20) des PX-Prädiktorteils (200.17) verwendet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß der adaptive Prädiktor (200) außerdem einen adaptiven p-Prädiktor
(2 00.30) enthält (p = Frischdampfdruck), der aus einem adaptiven pB-Prädiktorteil
(200.301) für die Gewinnung eines Signals pB,B, aus einem ersten pY-Prädiktorteil
(200.302) für die Gewinnung eines Signals pY,eff, und aus einem zweiten
pY-Prädiktorteil (200.303) für die Korrektur des dynamischen Verhaltens des
PB-Beobachters (200.10) beim Festdruck-Betrieb mittels eines Signals ΔPF besteht,
wobei alle Ausgangssignale (pB,B, pY,eff und ΔPF) nach dem selben Prinzip, wie in den
Ansprüchen 8 und 9 angegeben, gebildet sind, und die p-Prädiktorteile (200.301,
200.302, 200.303) an das Druckverhalten der Strecke (1) adaptiert sind und Ent
kopplungssignale (D, DSP) für das Inaktivhalten einer zusätzlichen Regelung gebildet
sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeich
net, daß die verwendeten Delta-P-Beobachter (200.11, 200.13, 200.16, 200.20,
200.303, 200.310) jeweils als e-Teil (B) zur Bildung einer Beobachteranordnung
(400) ausgeführt sind, die einen u-Teil (A) zur Bildung eines von der Stellgröße u
abhängigen Signals und einen e-Teil (B) zur Bildung eines vom Schätzfehler e ab
hängigen Signals enthält, sowie eine Additionsstelle (400.3) zur Verknüpfung der
beiden Signale zu einer vom Beobachter gebildeten Regelgröße (YBeo).
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1995
- 1995-12-19 DE DE1995147487 patent/DE19547487C2/de not_active Expired - Fee Related
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