RU2013130996A - Оптимизированное интегрированное управление для электростанции, работающей на сжигании кислородного топлива - Google Patents

Abstract

1. Система управления для оптимизации электростанции, работающей на кислородном топливе, содержащая:оптимизатор, взаимодействующий с электростанцией, работающей на кислородном топливе; при этом электростанция, работающая на кислородном топливе, выполнена с возможностью возвращать углекислый газ из потока отработанного газа в котел;платформу управления, выполненную с возможностью управления электростанцией, работающей на кислородном топливе; имоделирующее устройство выполненное с возможностью моделирования работы электростанции, работающей на кислородном топливе.2. Система управления по п.1, в которой оптимизатор дополнительно оптимизирует алгоритм расчета доходов; причем алгоритм расчета доходов обеспечивает входные данные о доходах оптимизатору на основании множества входных параметров электростанции, работающей на кислородном топливе; и алгоритм расчета затрат, который обеспечивает входные данные о затратах оптимизатору на основании множества выходных параметров электростанции, работающей на кислородном топливе, при этом оптимизатор определяет оптимизированное решение рабочих параметров на основании по меньшей мере одних входных данных о доходах и одних входных данных о расходах и передает оптимизированное решение рабочих параметров на электростанцию, работающую на кислородном топливе.3. Система управления по п.2, в которой множество входных параметров содержит по меньшей мере один из: расхода топлива, расхода сорбента, расхода воздуха, расхода воды, расхода известняка и скорости циркуляции твердых веществ, и множество выходных параметров содержит по меньшей мере один из: скорости выраб

Claims (30)

1. Система управления для оптимизации электростанции, работающей на кислородном топливе, содержащая:

оптимизатор, взаимодействующий с электростанцией, работающей на кислородном топливе; при этом электростанция, работающая на кислородном топливе, выполнена с возможностью возвращать углекислый газ из потока отработанного газа в котел;

платформу управления, выполненную с возможностью управления электростанцией, работающей на кислородном топливе; и

моделирующее устройство выполненное с возможностью моделирования работы электростанции, работающей на кислородном топливе.

2. Система управления по п.1, в которой оптимизатор дополнительно оптимизирует алгоритм расчета доходов; причем алгоритм расчета доходов обеспечивает входные данные о доходах оптимизатору на основании множества входных параметров электростанции, работающей на кислородном топливе; и алгоритм расчета затрат, который обеспечивает входные данные о затратах оптимизатору на основании множества выходных параметров электростанции, работающей на кислородном топливе, при этом оптимизатор определяет оптимизированное решение рабочих параметров на основании по меньшей мере одних входных данных о доходах и одних входных данных о расходах и передает оптимизированное решение рабочих параметров на электростанцию, работающую на кислородном топливе.

3. Система управления по п.2, в которой множество входных параметров содержит по меньшей мере один из: расхода топлива, расхода сорбента, расхода воздуха, расхода воды, расхода известняка и скорости циркуляции твердых веществ, и множество выходных параметров содержит по меньшей мере один из: скорости вырабатывания электричества, утилизации углекислого газа, улавливания углекислого газа, хранения углекислого газа, расхода отработанного газа, температур сгорания, масс на выходе оксидов азота, диоксидов серы и углекислого газа.

4. Система управления по п.2, в которой алгоритм расчета доходов обеспечивает оптимизатору входные данные о доходе, дополнительно основанные на по меньшей мере одном из: кредита за снижение выбросов и кредита за продление срока службы.

5. Система управления по п.2, в которой алгоритм расчета затрат обеспечивает оптимизатору входные данные по затратам, дополнительно основанные на по меньшей мере одном из: затраты на дополнительную энергию, затраты на известняк и затраты на топливо.

6. Система управления по п.1, в которой оптимизатор представляет собой многопараметрический оптимизатор, осуществляющий экономическую оптимизацию электростанции, работающей на кислородном топливе.

7. Система управления по п.1, в которой платформа управления содержит множество контроллеров и в которой моделирующее устройство содержит множество моделирующих устройств.

8. Система управления по п.7, в которой по меньшей мере один контроллер из множества контроллеров представляет собой контроллер, прогнозирующий модель.

9. Система управления по п.8, в которой контроллер, прогнозирующий модель, представляет собой контроллер, прогнозирующий нелинейную модель.

10. Система управления по п.9, в которой контроллер, прогнозирующий нелинейную модель, содержит часть модели; часть моделирующего устройства, соединенную с частью модели, и часть оптимизатора, оперативно соединенную с частью модели.

11. Система управления по п.9, в которой контроллер, прогнозирующий нелинейную модель, содержит устройство оценки состояния, такое как расширенный фильтр Калмана или ненасыщенный фильтр Калмана.

12. Система управления по п.10, в которой часть модели содержит по меньшей мере одну из: модели стационарного режима, динамической модели, адаптивной модели, нечеткой модели и нейронно-сетевой модели, часть моделирующего устройства содержит моделирующее устройство пониженного порядка моделирования, при этом часть оптимизатора содержит по меньшей мере один из: многопараметрического оптимизатора, оптимизатора на основе градиента или стохастическего оптимизатора, такого как оптимизатор генетического алгоритма или оптимизатор вложенного разбиения.

13. Система управления по п.2, в которой оптимизатор определяет оптимизированное решение о параметрах работы на основании по меньшей мере одного из входных данных о доходах и входных данных о затратах и подает оптимизированное решение рабочих параметров на платформу управления электростанцией, работающей на кислородном топливе.

14. Система управления по п.1, в которой оптимизатор рассчитывает целевые значения и подает эти целевые значения на платформу управления для исполнения в реальном времени.

15. Система управления по п.1, в которой оптимизатор станции получает данные в режиме реального времени с платформы управления и обрабатывает их для использования при прогнозировании в модели процесса.

16. Система управления по п.1, в которой оптимизатор выполняет функцию оптимизации задачи оптимизации, выражаемой Уравнением (1)

$$J={\displaystyle \sum _{k=1}^{N_p-1}{({\stackrel{⌢}{y}}_k-y_{s\text{'}k})}^{T}Q({\stackrel{⌢}{y}}_k-y_{s\text{'}k})+{\displaystyle \sum _{k=0}^{Nc-1}{u}_k^{T}R{u}_k+\Delta u_k{}^{T}S\Delta u_k]}}$$

$$\begin{array}{cccc}& & & \end{array}$$

(1)

при соблюдении ряда математических условий, представленных Уравнениями (2), (3) и (4)

$$u_{\min }\le u_k\le u_{\max }$$

, $$\begin{array}{cc}& \end{array}$$

(2)

$$\Delta u_{\min }\le \Delta u_k=u_k-u_{k-1}\le \Delta u_{\max }$$

,(3)

$$y_{\min }\le y_k\le y_{\max }$$

, (4)

где $$\stackrel{⌢}{y}$$

представляет собой прогнозируемый выходной вектор, y_s представляет собой выходной вектор стационарного состояния, u является входным вектором, Δu является вектором управления перемещением, Np и Nc (при этом Nc<Np) представляют собой прогнозируемый и контрольный горизонты соответственно и Q(>0), R(≥0) и S(≥0) являются симметричными весовыми матрицами, J является целевой функцией затрат для оптимизации.

17. Система управления по п.1, в которой оптимизатор содержит множество оптимизаторов.

18. Система управления по п.1, в которой оптимизатор содержит первый оптимизатор для осушителя отработанного газа, второй оптимизатор для электростатического осадителя и третий оптимизатор для конденсатора отработанного газа.

19. Система управления по п.1, в которой платформа управления содержит множество контроллеров.

20. Система управления по п.1, в которой платформа управления управляет воздухоразделительным блоком, котлом, осушителем отработанного газа, электростатическим осадителем и конденсатором отработанного газа, и турбогенератором.

21. Система управления по п.1, в которой моделирующее устройство содержит моделирующее устройство для воздухоразделительного блока и моделирующее устройство для котла.

22. Система управления по п.1, в которой оптимизатор определяет оптимизированное решение рабочих параметрах на основании по меньшей мере одних из входных данных о доходах и входных данных о расходах и передает оптимизированное решение рабочих параметров на платформу управления электростанции, работающей на кислородном топливе.

23. Система управления по п.1, в которой оптимизатор вычисляет целевые значения и подает целевые значения на платформу управления для исполнения в реальном времени.

24. Система управления по п.1, в которой оптимизатор станции получает данные с платформы управления в режиме реального времени и обрабатывает их для использования при прогнозировании в модели процесса.

25. Система управления по п.2, в которой оптимизатор выполнен для оптимизации целевой функции затрат при помощи линейных уравнений или формы, отличной от квадратичной формы уравнения.

26. Способ, содержащий этапы, на которых:

моделируют работу воздухоразделительного блока, котла, осушителя отработанного газа, электростатического осадителя и/или конденсатора отработанного газа на электростанции, работающей на кислородном топливе;

формируют модель работы воздухоразделительного блока, котла, осушителя отработанного газа, электростатического осадителя и/или конденсатора отработанного газа на основании смоделированной работы;

измеряют выходные данные воздухоразделительного блока, котла, осушителя отработанного газа, электростатического осадителя и/или конденсатора отработанного газа; и

оптимизируют работу воздухоразделительного блока, котла, осушителя отработанного газа, электростатического осадителя и/или конденсатора отработанного газа и турбогенератора, посредством сравнения моделированной работы с фактической работой.

27. Способ по п.26, при котором оптимизация содержит вычисление оптимальных целевых значений и подачу этих оптимальных целевых значений на платформу управления для исполнения в режиме реального времени.

28. Способ по п.26, при котором оптимизация содержит определение оптимизированного решения рабочих параметров на основании по меньшей мере одних из входных данных о доходах и входных данных о затратах.

29. Способ по п.26, в котором оптимизация содержит оптимизацию целевой функции затрат в соответствии с Уравнением (1)

$$J={\displaystyle \sum _{k=1}^{N_p-1}{({\stackrel{⌢}{y}}_k-y_{s\text{'}k})}^{T}Q({\stackrel{⌢}{y}}_k-y_{s\text{'}k})+{\displaystyle \sum _{k=0}^{Nc-1}{u}_k^{T}R{u}_k+\Delta u_k{}^{T}S\Delta u_k]}}$$

$$\begin{array}{cccc}& & & \end{array}$$

(1)

при соблюдении ряда математических условий, представленных Уравнениями (2), (3) и (4)

$$u_{\min }\le u_k\le u_{\max }$$

, $$\begin{array}{cccc}\begin{array}{cccc}\begin{array}{cccc}\begin{array}{cccc}& & & \end{array}& & & \end{array}& & & \end{array}& & & \end{array}$$

$$\begin{array}{cc}& \end{array}$$

(2)

$$\Delta u_{\min }\le \Delta u_k=u_k-u_{k-1}\le \Delta u_{\max }$$

, $$\begin{array}{cccc}\begin{array}{cccc}\begin{array}{cccc}& & & \end{array}& & & \end{array}& & & \end{array}$$

(3)

$$y_{\min }\le y_k\le y_{\max }$$

, $$\begin{array}{cc}& \end{array}$$

(4)

где $$\stackrel{⌢}{y}$$

представляет собой прогнозируемый выходной вектор, y_s представляет собой выходной вектор стационарного состояния, u является входным вектором, Δu является вектором управления перемещением, Np и Nc (при этом Nc<Np) представляют собой прогнозируемый и контрольный горизонты соответственно и Q(>0), R(≥0) и S(≥0) являются симметричными весовыми матрицами, J является целевой функцией затрат для оптимизации.

30. Способ по п.29, при котором оптимизация содержит оптимизацию целевой функции затрат при помощи линейных уравнений или форм, отличных от квадратичной формы уравнения.