用于蒸汽發(fā)電廠的蒸汽產生器的狀態(tài)觀察器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于蒸汽發(fā)電廠的蒸汽產生器的狀態(tài)觀察器。
【背景技術】
[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 的蒸汽渦輪機中被轉換為動能并且進一步在發(fā)電機中轉換為電能。
[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生器，即，在由蒸發(fā)器（部分），簡稱為蒸發(fā)器，和（必要時 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行，即，蒸汽在多個級 中通過加熱的集束管引導，即所謂的過熱級。
[0008] 這樣產生的高壓（新）蒸汽進一步進入到蒸汽發(fā)電廠中的通常多部分的蒸汽渦輪 機并且在那里在減壓和冷卻的條件下做機械功。
[0009] 公知的是，為了調節(jié)蒸汽發(fā)電廠，即，為了調節(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，對于每個調節(jié)任務，原則上設置單個和唯一對應的調節(jié)器 (單參量狀態(tài)調節(jié)器/調節(jié)；單輸入-單輸出-調節(jié)器/調節(jié)回路（SISO))。
[0010] 在蒸汽發(fā)電廠中蒸汽溫度（調節(jié)參量）的這樣的（單參量狀態(tài)）調節(jié)例如通過將 水（調整參量）經過噴射冷卻器的相應的噴射閥噴射到在蒸汽產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行。在蒸汽發(fā)電廠中蒸汽壓力（調節(jié)參量）的（另）一個 (單參量狀態(tài)）調節(jié)例如通過將燃料/質量流（調整參量）輸送到蒸汽產生器的燃燒室中 進行。
[0011] 從EP 2 244 Oil Al公知一種蒸汽發(fā)電廠中蒸汽溫度（以噴射質量流作為調整參 量）的這樣的（單參量）狀態(tài)調節(jié)。
[0012] 在EP 2 244 Oil Al中該（單參量）狀態(tài)調節(jié)設置線性二次型調節(jié)器（LQR)。
[0013] LQR是狀態(tài)調節(jié)器，這樣確定其參數(shù)，使得對于調節(jié)質量的品質因數(shù)被優(yōu)化。
[0014] 對于線性二次型調節(jié)的品質因數(shù)在此也關注參量，即調整參量U和調節(jié)參量y，的 關系。在此，通過Qy和R矩陣確定優(yōu)先性。品質值J按照如下確定：
[0015]
[0016] 對于通過線性二次型調節(jié)解決的靜態(tài)優(yōu)化問題為：
[0017]
[0018] (其中K作為調節(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 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。
[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原理設計。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方法涉及線性調節(jié)問題，而噴射質量流 作為（單參量）狀態(tài)調節(jié)的調整參量以非線性方式作用于調節(jié)參量溫度。
[0021] 通過，按照EP 2 244 Oil Al進一步還設置的、所有溫度測量和額定值到焓的前后 一致的換算，實現(xiàn)調節(jié)問題的線性化，因為在噴射質量流和蒸汽焓之間存在線性關系。
[0022] 從溫度到焓的換算在此借助相應的水/蒸汽-表-關系，在使用測量的蒸汽壓力 的條件下進行。
[0023] 在EP 2 244 Oil Al中始終在線地在使用分別當前的測量值的條件下進行在狀態(tài) 調節(jié)器中反饋矩陣（調節(jié)矩陣）的計算，以及在相應地按照狀態(tài)調節(jié)器的LQR原理構建的、 最終通過其示出調節(jié)器的觀察器中的相應的反饋矩陣（觀察器矩陣）的計算。
[0024] 在EP 2 244 Oil Al中，調節(jié)器由此始終與蒸汽發(fā)電廠的實際的運行條件匹配。例 如動態(tài)的過熱器特性的取決于負荷的變化由此被自動考慮。
[0025] 通過反饋矩陣的該在線計算，在EP 2 244 Oil Al中實現(xiàn)了調節(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：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中在此設置，不僅沿著過熱器的狀態(tài)或溫度被估計（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（干 擾參量觀察器）。
[0028] 由此對于相應的干擾可以非?？?、精確但是同時魯棒地反應。
[0029] 基于按照EP 2 244 Oil Al的該調節(jié)算法通過描述的措施（線性化、在線計算、干 擾參量估計）而是非常魯棒的這一事實，在蒸汽發(fā)電廠啟動時僅必須調整非常少的參量。 啟動時間和開銷由此被明顯降低。
[0030] 但是因為各個（單參量）狀態(tài)調節(jié)的多個，但是單個的調節(jié)回路（例如在蒸汽發(fā) 電廠中）經過共同的調節(jié)系統(tǒng)，如蒸汽產生器，互相耦合，所以必定發(fā)生各個調節(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過抽風機（Saugzug)的調節(jié)，受到經過蒸 汽發(fā)電廠的新空氣通風裝置進行的新空氣輸送的調節(jié)的強烈影響。在蒸汽發(fā)電廠中提高的 燃料質量流不僅導致提高的蒸汽生產，而且其還影響在蒸汽發(fā)電廠中的蒸汽溫度，其應當 借助噴射保持恒定。給水質量流借助給水泵的調節(jié)和給水壓力借助給水調節(jié)閥的調節(jié)也互 相依賴。
[0032] 用于考慮在各個調節(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] 這在調節(jié)技術上通過使用具有在調節(jié)結構中或在調節(jié)回路之間的退耦分支的所 謂的退耦網絡進行。
[0034] 退耦支路的設計，即，參數(shù)化，取決于所考察的系統(tǒng)的實際上動態(tài)的處理特性并且 在（發(fā)電廠）調節(jié)的啟動時必須被考慮。
[0035] 在參數(shù)化中進行設備試驗并且（在此）確定設備處的測量值。試驗結果或測量值 的評估然后提供關于如下的知識，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 整，直到調節(jié)達到了盡可能好的退耦。
[0036] 用于考慮在各個調節(jié)器/調節(jié)之間出現(xiàn)的橫向影響的另一個方案在于使用多參 量調節(jié)器，其中多個狀態(tài)參量同時被調節(jié)（多輸入多輸出調節(jié)器/調節(jié)回路（ΜΙΜΟ))。
[0037] 在此這樣的多參量狀態(tài)調節(jié)器的設計，即參數(shù)化，也取決于所觀察的系統(tǒng)的實際 的動態(tài)的處理特性。
[0038] 于是在此進行設備試驗/測試并且（在此）確定設備的測量值，借助其確定在多 參量狀態(tài)調節(jié)器情況下在（多個）輸入參量和多個輸出參量以及必要時（多個）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)/設備的調節(jié)任務采用的單調節(jié)是否退耦或 設計多參量狀態(tài)調節(jié)器，需要設備試驗/測試和設備的由此確定的測量值，以調整調節(jié)器。
[0040] 但是如果這樣的（現(xiàn)實的）設備測量值的測量精度低（或只能困難地或根本不能 測量），調節(jié)品質也取決于測量值的品質（或其可用性）。
[0041] 測量數(shù)據(jù)的與此相關的驗證由此對于用于設備/過程的調節(jié)，諸如蒸汽發(fā)電廠或 蒸汽發(fā)電廠中的蒸汽產生器的調節(jié)的調節(jié)器設計，是有幫助的。

【發(fā)明內容】

[0042] 本發(fā)明要解決的技術問題是，實現(xiàn)對特別是為了用于調節(jié)蒸汽發(fā)電廠或蒸汽發(fā)電 廠的蒸汽產生器的調節(jié)器調整而使用的測量數(shù)據(jù)的驗證。
[0043] 該技術問題通過按照本發(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 生器的狀態(tài)觀察器解決。本發(fā)明的優(yōu)選的擴展從實施例中得到。
[0044] 本發(fā)明和描述的擴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 (計算）部件的條件下實現(xiàn)。
[0045] 此外本發(fā)明或描述的擴展可以通過基于計算機的存儲介質實現(xiàn)，在其上存儲了執(zhí) 行本發(fā)明或擴展的計算機程序。
[0046] 本發(fā)明和/或每個描述的擴展也可以通過計算機程序產品實現(xiàn)，其具有存儲介 質，在其上存儲了執(zhí)行本發(fā)明和/或擴展的計算機程序。
[0047] 按照本發(fā)明設置，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) 反饋設計的卡爾曼濾波器（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 于多個輸入參量，多個狀態(tài)參量同時被觀察或估計，其中取消多個輸入參量與（多個）狀態(tài) 參量的清晰對應。全部的輸入和狀態(tài)參量（在多參量狀態(tài)觀察器中）互相相關聯(lián)，由此在 單個參量之間的物理的耦合被考慮。
[0049] 概念"估計"、"計算"和"確定"在以下關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 設計。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計可以通過雙系統(tǒng)的概 念援用"線性二次型調節(jié)器（LQR) "的設計。該設計基于矩陣-里卡蒂-差分方程的解。
[0052] 即，LQR是（狀態(tài)）調節(jié)器，其參數(shù)可以這樣被確定，即，對于