用于蒸汽發(fā)電廠的蒸汽產(chǎn)生器的狀態(tài)觀察器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于蒸汽發(fā)電廠的蒸汽產(chǎn)生器的狀態(tài)觀察器。
【背景技術(shù)】
[0002] 蒸汽發(fā)電廠例如從 http: //de. wikipedia. org/wiki/Dampfkraftwerk (在 2014 年 3月21日獲得的）廣泛公知。
[0003] 蒸汽發(fā)電廠是一種從化石燃料產(chǎn)生電流的電廠，其中水蒸氣的熱能在通常多部分 的蒸汽渦輪機(jī)中被轉(zhuǎn)換為動能并且進(jìn)一步在發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)換為電能。
[0004] 在這樣的蒸汽發(fā)電廠中，在燃燒室中燃燒燃料，例如煤，由此釋放熱。
[0005] 由此釋放的熱被蒸汽產(chǎn)生器，即，在由蒸發(fā)器（部分），簡稱為蒸發(fā)器，和（必要時(shí) 多級的）過熱器（部分），簡稱為過熱器組成的發(fā)電廠鍋爐中，被吸收。
[0006] 在蒸發(fā)器中，饋入到那里的事先清潔的和處理的（給）水被轉(zhuǎn)換為水蒸氣/高壓 蒸汽。
[0007] 通過水蒸氣/高壓蒸氣在過熱器中的進(jìn)一步加熱，蒸汽被帶入到對于"消耗器"所 需的溫度，其中蒸汽的溫度和特定體積上升。蒸汽的過熱通過如下進(jìn)行，即，蒸汽在多個(gè)級 中通過加熱的集束管引導(dǎo)，即所謂的過熱級。
[0008] 這樣產(chǎn)生的高壓（新）蒸汽進(jìn)一步進(jìn)入到蒸汽發(fā)電廠中的通常多部分的蒸汽渦輪 機(jī)并且在那里在減壓和冷卻的條件下做機(jī)械功。
[0009] 公知的是，為了調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)電廠，即，為了調(diào)節(jié)給水或（新）蒸汽的那里的（物理 的）狀態(tài)參量，諸如溫度或壓力，對于每個(gè)調(diào)節(jié)任務(wù)，原則上設(shè)置單個(gè)和唯一對應(yīng)的調(diào)節(jié)器 (單參量狀態(tài)調(diào)節(jié)器/調(diào)節(jié)；單輸入-單輸出-調(diào)節(jié)器/調(diào)節(jié)回路（SISO))。
[0010] 在蒸汽發(fā)電廠中蒸汽溫度（調(diào)節(jié)參量）的這樣的（單參量狀態(tài)）調(diào)節(jié)例如通過將 水（調(diào)整參量）經(jīng)過噴射冷卻器的相應(yīng)的噴射閥噴射到在蒸汽產(chǎn)生器之前的或在蒸發(fā)器和 過熱器級之前的蒸汽管道中來進(jìn)行。在蒸汽發(fā)電廠中蒸汽壓力（調(diào)節(jié)參量）的（另）一個(gè) (單參量狀態(tài)）調(diào)節(jié)例如通過將燃料/質(zhì)量流（調(diào)整參量）輸送到蒸汽產(chǎn)生器的燃燒室中 進(jìn)行。
[0011] 從EP 2 244 Oil Al公知一種蒸汽發(fā)電廠中蒸汽溫度（以噴射質(zhì)量流作為調(diào)整參 量）的這樣的（單參量）狀態(tài)調(diào)節(jié)。
[0012] 在EP 2 244 Oil Al中該（單參量）狀態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)置線性二次型調(diào)節(jié)器（LQR)。
[0013] LQR是狀態(tài)調(diào)節(jié)器，這樣確定其參數(shù)，使得對于調(diào)節(jié)質(zhì)量的品質(zhì)因數(shù)被優(yōu)化。
[0014] 對于線性二次型調(diào)節(jié)的品質(zhì)因數(shù)在此也關(guān)注參量，即調(diào)整參量U和調(diào)節(jié)參量y，的 關(guān)系。在此，通過Qy和R矩陣確定優(yōu)先性。品質(zhì)值J按照如下確定：
[0015]
[0016] 對于通過線性二次型調(diào)節(jié)解決的靜態(tài)優(yōu)化問題為：
[0017]
[0018] (其中K作為調(diào)節(jié)矩陣并且Xtl作為初始狀態(tài)）。此外公知，在（單參量）狀態(tài)調(diào) 節(jié)情況下使用的、但是不可測量的狀態(tài)參量，諸如過熱器中蒸汽狀態(tài)/溫度，借助觀察器電 路或借助觀察器（狀態(tài)觀察器）來估計(jì)。
[0019] 作為觀察器，（對于蒸汽發(fā)電廠的過熱器中的這些不可測量的蒸汽狀態(tài)/溫度）， 在EP 2 244 Oil Al中使用卡爾曼濾波器，其同樣按照LQR原理設(shè)計(jì)。LQR與卡爾曼濾波器 的共同作用被稱為LQG(線性二次型高斯）算法。
[0020] 但是，按照EP 2 244 011 Al采用的，LQG方法涉及線性調(diào)節(jié)問題，而噴射質(zhì)量流 作為（單參量）狀態(tài)調(diào)節(jié)的調(diào)整參量以非線性方式作用于調(diào)節(jié)參量溫度。
[0021] 通過，按照EP 2 244 Oil Al進(jìn)一步還設(shè)置的、所有溫度測量和額定值到焓的前后 一致的換算，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)問題的線性化，因?yàn)樵趪娚滟|(zhì)量流和蒸汽焓之間存在線性關(guān)系。
[0022] 從溫度到焓的換算在此借助相應(yīng)的水/蒸汽-表-關(guān)系，在使用測量的蒸汽壓力 的條件下進(jìn)行。
[0023] 在EP 2 244 Oil Al中始終在線地在使用分別當(dāng)前的測量值的條件下進(jìn)行在狀態(tài) 調(diào)節(jié)器中反饋矩陣（調(diào)節(jié)矩陣）的計(jì)算，以及在相應(yīng)地按照狀態(tài)調(diào)節(jié)器的LQR原理構(gòu)建的、 最終通過其示出調(diào)節(jié)器的觀察器中的相應(yīng)的反饋矩陣（觀察器矩陣）的計(jì)算。
[0024] 在EP 2 244 Oil Al中，調(diào)節(jié)器由此始終與蒸汽發(fā)電廠的實(shí)際的運(yùn)行條件匹配。例 如動態(tài)的過熱器特性的取決于負(fù)荷的變化由此被自動考慮。
[0025] 通過反饋矩陣的該在線計(jì)算，在EP 2 244 Oil Al中實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)算法的魯棒性的 提尚。
[0026] 直接作用于過熱器的干擾，通過如下來表達(dá)：逐漸加熱全長（AufwiiiTnspanne ), 艮P，在過熱器出口和入口之間焓的比，發(fā)生改變。
[0027] 在此EP 2 244 Oil Al中在此設(shè)置，不僅沿著過熱器的狀態(tài)或溫度被估計(jì)（狀態(tài) 觀察器），而且附加地將干擾或干擾參量作為其他狀態(tài)來定義并且借助觀察器來估計(jì)（干 擾參量觀察器）。
[0028] 由此對于相應(yīng)的干擾可以非?？臁⒕_但是同時(shí)魯棒地反應(yīng)。
[0029] 基于按照EP 2 244 Oil Al的該調(diào)節(jié)算法通過描述的措施（線性化、在線計(jì)算、干 擾參量估計(jì)）而是非常魯棒的這一事實(shí)，在蒸汽發(fā)電廠啟動時(shí)僅必須調(diào)整非常少的參量。 啟動時(shí)間和開銷由此被明顯降低。
[0030] 但是因?yàn)楦鱾€(gè)（單參量）狀態(tài)調(diào)節(jié)的多個(gè)，但是單個(gè)的調(diào)節(jié)回路（例如在蒸汽發(fā) 電廠中）經(jīng)過共同的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如蒸汽產(chǎn)生器，互相耦合，所以必定發(fā)生各個(gè)調(diào)節(jié)器的互相 影響。
[0031] 例如在蒸汽發(fā)電廠的燃燒室中的壓力經(jīng)過抽風(fēng)機(jī)（Saugzug)的調(diào)節(jié)，受到經(jīng)過蒸 汽發(fā)電廠的新空氣通風(fēng)裝置進(jìn)行的新空氣輸送的調(diào)節(jié)的強(qiáng)烈影響。在蒸汽發(fā)電廠中提高的 燃料質(zhì)量流不僅導(dǎo)致提高的蒸汽生產(chǎn)，而且其還影響在蒸汽發(fā)電廠中的蒸汽溫度，其應(yīng)當(dāng) 借助噴射保持恒定。給水質(zhì)量流借助給水泵的調(diào)節(jié)和給水壓力借助給水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)也互 相依賴。
[0032] 用于考慮在各個(gè)調(diào)節(jié)之間的這些出現(xiàn)的橫向影響的方案在于有針對地考慮耦合 和其有針對的施加。
[0033] 這在調(diào)節(jié)技術(shù)上通過使用具有在調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中或在調(diào)節(jié)回路之間的退耦分支的所 謂的退耦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。
[0034] 退耦支路的設(shè)計(jì)，即，參數(shù)化，取決于所考察的系統(tǒng)的實(shí)際上動態(tài)的處理特性并且 在（發(fā)電廠）調(diào)節(jié)的啟動時(shí)必須被考慮。
[0035] 在參數(shù)化中進(jìn)行設(shè)備試驗(yàn)并且（在此）確定設(shè)備處的測量值。試驗(yàn)結(jié)果或測量值 的評估然后提供關(guān)于如下的知識，哪些參數(shù)要被改變到什么程度。參數(shù)然后被一直手動調(diào) 整，直到調(diào)節(jié)達(dá)到了盡可能好的退耦。
[0036] 用于考慮在各個(gè)調(diào)節(jié)器/調(diào)節(jié)之間出現(xiàn)的橫向影響的另一個(gè)方案在于使用多參 量調(diào)節(jié)器，其中多個(gè)狀態(tài)參量同時(shí)被調(diào)節(jié)（多輸入多輸出調(diào)節(jié)器/調(diào)節(jié)回路（ΜΙΜΟ))。
[0037] 在此這樣的多參量狀態(tài)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，即參數(shù)化，也取決于所觀察的系統(tǒng)的實(shí)際 的動態(tài)的處理特性。
[0038] 于是在此進(jìn)行設(shè)備試驗(yàn)/測試并且（在此）確定設(shè)備的測量值，借助其確定在多 參量狀態(tài)調(diào)節(jié)器情況下在（多個(gè)）輸入?yún)⒘亢投鄠€(gè)輸出參量以及必要時(shí)（多個(gè)）干擾參量 之間的傳輸函數(shù)。
[0039] 不取決于，人們現(xiàn)在對于這樣的系統(tǒng)/設(shè)備的調(diào)節(jié)任務(wù)采用的單調(diào)節(jié)是否退耦或 設(shè)計(jì)多參量狀態(tài)調(diào)節(jié)器，需要設(shè)備試驗(yàn)/測試和設(shè)備的由此確定的測量值，以調(diào)整調(diào)節(jié)器。
[0040] 但是如果這樣的（現(xiàn)實(shí)的）設(shè)備測量值的測量精度低（或只能困難地或根本不能 測量），調(diào)節(jié)品質(zhì)也取決于測量值的品質(zhì)（或其可用性）。
[0041] 測量數(shù)據(jù)的與此相關(guān)的驗(yàn)證由此對于用于設(shè)備/過程的調(diào)節(jié)，諸如蒸汽發(fā)電廠或 蒸汽發(fā)電廠中的蒸汽產(chǎn)生器的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，是有幫助的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0042] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，實(shí)現(xiàn)對特別是為了用于調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)電廠或蒸汽發(fā)電 廠的蒸汽產(chǎn)生器的調(diào)節(jié)器調(diào)整而使用的測量數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
[0043] 該技術(shù)問題通過按照本發(fā)明的用于蒸汽發(fā)電廠、特別是用于蒸汽發(fā)電廠的蒸汽產(chǎn) 生器的狀態(tài)觀察器解決。本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展從實(shí)施例中得到。
[0044] 本發(fā)明和描述的擴(kuò)展既可以按照軟件也可以按照硬件，例如在使用特殊電路或 (計(jì)算）部件的條件下實(shí)現(xiàn)。
[0045] 此外本發(fā)明或描述的擴(kuò)展可以通過基于計(jì)算機(jī)的存儲介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，在其上存儲了執(zhí) 行本發(fā)明或擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)程序。
[0046] 本發(fā)明和/或每個(gè)描述的擴(kuò)展也可以通過計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，其具有存儲介 質(zhì)，在其上存儲了執(zhí)行本發(fā)明和/或擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)程序。
[0047] 按照本發(fā)明設(shè)置，狀態(tài)觀察器是多參量狀態(tài)觀察器，其具有根據(jù)線性二次型狀態(tài) 反饋設(shè)計(jì)的卡爾曼濾波器（LQG多參量狀態(tài)觀察器）。
[0048] 作為多參量狀態(tài)觀察器，可以理解為這樣的狀態(tài)觀察器，在所述狀態(tài)觀察器中，基 于多個(gè)輸入?yún)⒘?，多個(gè)狀態(tài)參量同時(shí)被觀察或估計(jì)，其中取消多個(gè)輸入?yún)⒘颗c（多個(gè)）狀態(tài) 參量的清晰對應(yīng)。全部的輸入和狀態(tài)參量（在多參量狀態(tài)觀察器中）互相相關(guān)聯(lián)，由此在 單個(gè)參量之間的物理的耦合被考慮。
[0049] 概念"估計(jì)"、"計(jì)算"和"確定"在以下關(guān)于觀察器作為同義詞使用。
[0050] 多參量狀態(tài)觀察器基于卡爾曼濾波器。該卡爾曼濾波器根據(jù)線性二次型狀態(tài)反饋 設(shè)計(jì)。線性二次型狀態(tài)反饋與卡爾曼濾波器的共同作用被稱為LQG(線性二次型高斯）算 法。
[0051] 換言之，在"LQG多參量狀態(tài)觀察器"中卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)可以通過雙系統(tǒng)的概 念援用"線性二次型調(diào)節(jié)器（LQR) "的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)基于矩陣-里卡蒂-差分方程的解。
[0052] 即，LQR是（狀態(tài)）調(diào)節(jié)器，其參數(shù)可以這樣被確定，即，對于