CN101424918B - 基于设定点变化速率的可变速率前馈控制 - Google Patents

基于设定点变化速率的可变速率前馈控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于设定点变化速率的可变速率前馈控制。控制发电单元或具有慢反应时间的其它过程设备的方法包括基于负荷需求设定点在特定先前时段的平均变化速率产生选择性地包括快或慢响应速率分量的前馈控制信号，然后使用产生的信号控制相应设备。控制方法基于负荷需求设定点在过去特定时段的变化(如负荷需求设定点信号的平均变化速率)大于还是小于预定阈值，在向前馈控制信号引入快或慢响应分量间切换。即使期望负荷需求设定点在小范围内变化，也能提供相对快的控制作用，且无需在其斜升至最终目标值的时段知道目标负荷需求设定点，且不依赖倾斜大小，即负荷需求设定点变化开始时的负荷需求设定点与其目标值的最后差，比现有系统更通用。

Description

基于设定点变化速率的可变速率前馈控制
技术领域
本专利总的来说涉及过程控制和发电设备的控制，具体来说，涉及用于缩短发电设备/过程或具有类似响应特性的其它工厂设备的控制响应时间的可变速率前馈控制电路的实现。
背景技术
多种工业及非工业应用使用燃烧燃料的锅炉，燃烧燃料的锅炉通常用于通过燃烧诸如煤、燃气、油及废料等等之类的各种类型燃料中的一种来将化学能转换成热能。燃烧燃料的锅炉的一种示例性应用是火力发电机，其中燃烧燃料的炉膛从通过锅炉内的若干管道和管路行进的水中生成蒸汽，所生成的蒸汽接着用于使一个或多个蒸汽涡轮机运转发电。火力发电机的电力或功率输出为锅炉中所生成的热量的函数，其中，例如，热量由每小时消耗的(例如，燃烧的)燃料量来直接确定。
发电厂中使用的典型蒸汽发生系统包括具有过热部分(具有一个或多个子部分)的锅炉，在过热部分中产生蒸汽，并且蒸汽接着被提供给通常为高压蒸汽涡轮机的第一蒸汽涡轮机并且在该第一蒸汽涡轮机中被使用。为了提高系统的效率，从第一蒸汽涡轮机排出的蒸汽可以接着在锅炉的再热器部分中进行再热，再热器部分可以包括一个或多个子部分，并且再热后的蒸汽接着被提供给通常为低压蒸汽涡轮机的第二蒸汽涡轮机。然而，已经知道的是，必须以协调方式控制电力系统的炉膛/锅炉部分以及电力系统的涡轮机部分，以产生期望的功率量。
此外，已经知道的是，根据为发电厂规定的可变能量或负荷需求，发电厂的蒸汽涡轮机通常在不同的时刻以不同的操作水平运行以生成不同的电量或功率量。例如，在许多情况下，发电厂连接至有时称为电网的电力分配网络，并且向电网提供特定的功率量。在这种情况下，电网管理者或控制机构通常对电网进行管理以将电网上的电压电平保持在常量或接近常量的电平(也就是，在额定电平内)，并且根据用电者对置于电网上的电力(功率)的当前需求来提供可靠的电力供应。当然，在日常的某些时间比其它时间、以及在一周和一年的某些天比其它天通常具有更繁忙使用和更大量的电力需求，电网管理者通常要为这些时间和这些天的更繁忙使用和由此的更大量的电力需求作计划，并且可以运行一个或多个优化例程来确定电力的最优量和类型，所述优化例程需要由与电网连接的各种发电厂在任何特定的时间生成，以满足对电网的当前的或期望的总电力需求。
作为该过程的一部分，电网管理者通常为向电网供电的各发电厂发送电力需求量(也称为负荷需求设定点)，其中电力需求量或负荷需求设定点指定每个特定发电厂在任何特定时刻待向电网提供的功率量。当然，为了实现对电网的恰当控制，电网管理者可以在任何时刻向连接到电网的不同发电厂发送新的负荷需求设定点，以说明供应给电网或从电网消耗的电力的预期或意外变化。例如，电网管理者响应于需求的预期或意外变化(通常在正常营业时间和工作日要比晚上和周末需求更高)，可以改变特定发电厂的负荷需求设定点。同样，电网管理者可以响应于电网上电力供应的预期或意外减少，例如由特定发电厂中的一个或多个电力单元意外地出现故障或因为正常或定期维修而被下线(off-line)引起的电网上电力供应的预期或意外减少，而改变特定发电厂的负荷需求设定点。
无论如何，尽管电网管理者可以在任何时刻提供或改变特定发电厂的负荷需求设定点，发电厂自己一般不能立即增加或减少供给电网的功率量，这是因为发电设备通常由于这些系统的物理特性而在响应时间上呈现显著的滞后。例如，为了增加基于蒸汽涡轮机的发电系统的电力输出，需要改变系统内消耗的燃料量，以便因此提高该系统的锅炉内水的蒸汽压力或温度，所有这些将耗费有限而不少的时间。因此，一般而言，基于工厂内发电设备的特性，发电厂能够仅仅以特定速率斜升(ramp up)或斜降(ramp down)供给电网的功率量。因此，当电网管理者改变任何特定发电厂的负荷需求设定点时，电网管理者通常提供新的目标负荷需求(待在将来某些特定时刻达到)以及指定负荷需求设定点在当前时刻和未来特定时刻之间的时间内变化所用的方式的斜率。一般而言，斜率表示发电厂的负荷需求设定点在当前负荷需求设定点和目标负荷需求设定点之间的时间内斜升或斜降(变化)所采用的方式。
在使用锅炉发电的发电厂中，发电厂控制器通常响应于负荷需求的变化，使用前馈控制器来增加或减少输出电力，这可以在本地进行，也可以通过远程调度(例如，通过电网管理器)来进行。为了改变工厂的输出电力，负荷需求设定点(其可以由电力需求，例如兆瓦或最大生产量的百分比来表示)通常被转换为充当每个发电单元的锅炉和涡轮机的主前馈需求信号的单元负荷指数。锅炉主需求信号接着变成产生用于控制提供给锅炉炉膛的燃料(例如，煤)和空气流的主燃料控制信号和主空气控制信号的基础。
然而，由于锅炉响应缓慢的特性，通常利用微分分量(从频域传递函数观点看，即“超前(lead)”分量)或者提高锅炉的响应速率的所谓“促进器(kicker)”计算锅炉主(或者燃料主)需求，而不是使用负荷需求指数的简单线性函数(直线)作为前馈控制信号。当计算前馈控制信号时，使用微分作用为基础来添加超前分量或“促进器”的直接缺陷是，当负荷需求设定点的变化较大和/或负荷需求设定点在较长的时段内倾斜或变动时，这个微分分量存在使单元负荷和蒸汽锅炉的蒸汽温度产生较大的超调和摆动的风险。这个问题对于响应相对较快的锅炉(例如，气旋锅炉)特别突出。
为了解决超调和摆动的问题，已知的是，基于当前负荷需求设定点和最终目标负荷需求设定点之间的差得出包括微分“促进”作用的基于单元负荷指数的前馈控制信号，这样使得微分促进作用在负荷需求倾斜开始时(在当前负荷需求设定点和目标负荷需求设定点之间的差超出预置的阈值时)更强或更突出，并且微分作用在接近倾斜的结尾时(即，在当前负荷需求设定点和目标负荷需求设定点之间的差小于预置的阈值时)显著变弱(或者被完全中止)。然而，这种策略具有显著的缺点，在于：(1)这项技术在负荷需求倾斜范围相对较小时(即，在当前负荷需求设定点和最终目标负荷需求设定点之间的差从最初很小，难以开始)失去微分“促进”作用以及(2)这项技术必须依赖于知道最终目标负荷需求设定点以确定何时去除或减少前馈控制信号内的微分“促进”作用。
不幸的是，由例如电网管理者对负荷需求设定点做出的许多改变实际上相对较小并且，在许多情况下，当负荷需求的改变最初是由电网管理者做出时(这时是微分“促进”作用是最有益的时候)，这种改变可能并没有大到足以发起任何微分“促进”作用。另外，在许多情况下，实际的最终或目标负荷需求设定点值对发电的加工厂的控制系统来说是未知的，这是因为远程调度中心或电网管理者仅向增加负荷需求设定点的本地工厂发送增量脉冲信号，而不向该工厂通知该工厂正在移向的最终目标负荷需求。在这种情况下，难以或者不可能以任何确定性或效率来应用微分“促进”作用的增加，这是因为该工厂必须估计目标或最终负荷需求设定点(这可能导致过积极控制)或者必须假设目标负荷需求设定点仅仅是调度员发送的下一个值(这通常导致欠积极控制)。
发明内容
一种控制发电单元或控制具有慢反应特性设备的其它类型的过程的方法产生一种基于在特定先前时段的负荷需求设定点的变化量(即平均变化速率)来选择性地包括“超前”或“滞后”分量(高速率响应分量或低速率响应分量)的前馈控制信号，并且接着利用所形成的前馈控制信号来控制发电设备或其它慢反应设备。更具体地，这里公开的控制方法基于在过去特定时段的负荷需求设定点的变化量(即负荷需求设定点的变化速率的平均值)否大于还是小于预定的阈值，在将较快响应速率特性或者较慢响应速率特性引入用于控制设备运行的前馈控制信号之间进行切换。
该技术的简单例子通过计算当前负荷需求设定点和过去特定时刻(例如，10分钟前)出现的负荷需求设定点之间的差来计算在过去(例如，10分钟之前)特定时段的负荷需求设定点的平均变化速率，并且将该差除以时长。接着将计算出的负荷需求设定点的平均变化速率与预置的阈值相比较，并且当计算出的负荷需求设定点的平均变化速率小于预置的阈值时，快或超前响应特性或“促进”作用被应用于前馈控制信号。另一方面，当计算出的负荷需求设定点的平均变化速率大于预置的阈值时，慢或滞后响应特性被应用于前馈控制信号。一般来说，该技术基于如下理论进行工作，即负荷需求设定点已经倾斜通过变化的时段越长和/或负荷需求设定点在过去特定的时段变化的越多(即，该设定点的幅度的变化越大)，在前馈控制信号内对高响应速率或超前响应作用的需要就越少。
有利地，在负荷需求设定点斜升至最终目标值的时段内，该控制技术的实现不要求知道最终或目标负荷需求设定点。而且，该技术的实现不依赖于倾斜大小，即负荷需求设定点变化的开始的负荷需求设定点与最终或目标负荷需求设定点之间的最后的差。结果，即使是响应于小的负荷需求设定点变化且响应于递增地或逐渐地提供的负荷需求设定点变化，该技术也可以用于在前馈控制信号中产生更高速率的促进作用，而无需知道最后所要达到的最终或目标负荷需求设定点。
在一个实施例中，非线性函数，例如模糊逻辑函数或技术，可以用于实现“快”和“慢”或超前和滞后前馈控制信号速率之间的切换，从而通过在阈值处实现这种快响应速率和慢响应速率之间的切换作用来平滑引入最终前馈控制信号中的非线性效应。
附图说明
图1示出与多个发电厂相连接的电网的框图；
图2示出用于在具有锅炉系统和涡轮机系统的发电厂中提供前馈控制和反馈控制的控制电路的示意性框图；
图3示出用作图2的前馈控制电路的一部分的示例性控制例程的框图，该前馈控制电路的一部分在产生前馈控制信号时在将快速率响应速率引入前馈控制信号或者将慢速率响应速率引入前馈控制信号之间进行切换；
图4示出用作前馈控制电路的一部分的另一示例控制例程的框图，该前馈控制电路的一部分使用模糊逻辑模块来在利用快响应特性生成的前馈控制信号和利用慢响应特征生成的前馈控制信号之间进行切换，从而控制发电单元；
图5示出用作前馈控制电路的一部分的又一示例控制程序的框图，该前馈控制电路的一部分使用模糊逻辑模块来在产生前馈控制信号所用的快速率和慢速率之间进行切换，从而用于控制发电单元；和
图6示出与图5的控制例程的使用相关联的仿真信号图，示出在图5的电路的仿真运行期间与图5的电路相关联的各种信号变化所采用的方式。
具体实施方式
现在参见图1，电网10电连接且以可通信的方式连接至若干个发电厂12、14和16中的每一个发电厂，以及图1中未示出的其它发电厂，其中发电厂12、14和16用于向电网10提供电力。正如将被理解的，电网10上的电力连接至电网10的用户或其它用电者(图1未示出)使用或消耗。一般而言，电网管理者，在图1中用系统操作员(SO)20来表示，与电网10相连接，并通过确定针对每个发电厂12、14和16的不同负荷需求设定点信号并接着发送不同负荷需求设定点信号至每个工厂12、14和16来管理电网10上的电力。这些负荷需求设定点信号可以由系统操作员20以任何已知的或期望的方式生成并且可以，例如，利用优化技术来生成。一般而言，这些负荷需求设定点信号表示待由每个发电厂12、14和16在任何特定的时刻向电网10提供的功率量(一般以兆瓦为单位)。更具体地说，系统操作员20通过生成和发送负荷需求设定点信号给每个工厂12、14和16来将电网10上的电压电平维持在额定电平，并确保足够的功率(有功和无功)被提供给电网10，以满足在任何特定的时刻电网10上的当前需求和/或预计未来需求。
不幸的是，正如一般所知，发电厂12、14和16不能立刻改变提供给电网10的功率量，特别是，如果发电厂12、14和16使用慢反应类型的发电设备，例如燃烧粉煤的发电单元。因此，在向每个发电厂12、14和16提供负荷需求设定点信号时，系统操作员20一般通过提供待在将来某点达到的新目标负荷需求设定点以及发电厂斜升至该目标负荷需求设定点所采用的速率来向每个发电厂12、14和16提供负荷需求设定点信号(从而指定了一组待在当前时刻和达到目标负荷需求设定点的时刻之间使用的负荷需求设定点信号)。因此，系统操作员20可以向发电厂，例如，发电厂14，提供待在将来的特定时刻达到的新目标负荷需求设定点和由发电厂14输出的功率在当前时刻与达到目标负荷需求设定点的时刻之间的时间内变化的斜率。一般而言，由系统操作员提供给任何特定发电厂12、14和16的斜率基于(即等于或小于)这些工厂改变它们的电力输出可采用的最大允许的或指定的速率，当工厂12、14和16联机或被委托或签约进行调节控制时，这些速率由工厂12、14和16提供给系统操作员20。然而，在其它环境中，系统操作员20可以在许多周期性时刻(诸如每分钟一次，每十分钟一次等等)向每个发电厂12、14和16提供新的负荷需求设定点，每次被计算出的新负荷需求都在每个发电厂的指定或允许斜率内。
在一个例子中，系统操作员20以例如10分钟的增量进行操作，系统操作员20由此在下一个10分钟目标周期结束时向每个发电厂12、14和16提供每个发电厂应该置于或提供到电网10的功率量(负荷需求设定点)，并且可以提供发电厂在当前时刻与下一个10分钟间隔结束时刻的时间内斜升至该功率所应该采用的斜率。在该例子中，工厂可以例如表示它能够提供每分钟10兆瓦的追加功率并且因此在10分钟的周期内能够斜升至提供100兆瓦的追加功率，而第二工厂可以例如仅能提供每分钟1兆瓦的追加功率，并且因此在任何特定的10分钟周期内仅能够斜升至提供10兆瓦的追加功率。
无论如何，再参考图1，系统操作员20周期性地或在非固定的时刻向发电厂10、12、14中的每一个发电厂提供新负荷需求设定点信号，并且这些负荷需求设定点信号包括被提供给位于发电厂12、14、16中的每一个发电厂内的负荷需求计算机(LDC)22的负荷需求设定点。发电厂12、14、16内的LDC22使用负荷需求设定点作为用于控制工厂内单独发电单元的主要控制信号。如针对发电厂14所示出的，在这种情况下，发电厂14为运行锅炉的蒸汽涡轮机发电厂，LCD22使用所接收的负荷需求设定点信号来产生负荷需求指数，该负荷需求指数然后被提供给工厂14内的涡轮机主控制单元24以及锅炉主控制单元26。如图1所示，涡轮机主控制单元24使用LDC指数来控制涡轮机阀28和旁路阀30，以及另外或其它用于基于工厂的锅炉系统产生的蒸汽来发电的涡轮机设备。采用类似的方式，锅炉主控制单元26使用LDC22提供的LDC指数来计算在锅炉系统内使用的燃料流量、空气流量以及水流量需求信号，以控制鼓风机34、磨粉机36、泵38、阀门40以及锅炉系统内的其它设备，从而操作锅炉来产生在特定发电容量下驱动涡轮机所需要的蒸汽压力量。
图2示出与控制系统相关联的更详细的流程图，该控制系统可以在工厂12、14、16的一个或多个工厂中使用，作为涡轮机主控制单元24和锅炉主控制单元26的一部分。如图2所示，由LDC22产生的LDC指数用在两个独立的控制路径42和44中，第一控制路径42负责产生图1的涡轮机主控制单元24内的控制信号，第二控制路径44负责产生图1的锅炉主控制单元26内的锅炉主控制信号。
如图2所示，LDC指数被提供给涡轮机控制路径42中的前馈控制器50和反馈控制器52，在这种情况下，前馈控制器50和反馈控制器52以锅炉跟踪(following)模式连接，虽然也可以使用公知的涡轮机跟踪控制模式作为替代。在这种情况下，反馈控制器52被表示为比例、积分、微分(PID)控制器，虽然也可以使用其它类型的控制器作为替代。一般而言，反馈控制器52比较当前产生的实际负荷(例如，以兆瓦为单位或作为最大生产量的百分比)与LDC指数(也可以以兆瓦为单位或作为最大生产量的百分比)来产生误差信号(未示出)。PID控制器52利用该误差信号来产生第一涡轮机控制信号，第一涡轮机控制信号被提供给示为加法器54的信号合并器。前馈控制器50对LDC指数进行操作并产生前馈控制信号，该前馈控制信号也提供给加法器54。反馈控制信号(来自PID控制器52)和前馈控制信号(来自控制器50)在加法器54中被合并以产生涡轮机主控制信号56。在一个例子中，加法器54可以用于对反馈控制信号与前馈控制信号合计，并且如果有必要的话缩放合计后的信号来为涡轮机系统产生合适的主控制信号。
用类似的方式，LDC指数被提供给与锅炉控制路径44相关联的前馈控制器60，而路径44中的反馈控制器62(示为PID控制器)接收压力设定点和锅炉内实际测得压力的指示。PID控制器62比较，例如锅炉内的实际测得压力与压力设定点，并利用任何已知的PID控制技术产生反馈控制信号。反馈控制信号被提供给图2中示为加法器64的信号合并器。同样，前馈控制器60使用LDC指数来产生同样提供给加法器64的前馈控制信号。加法器64用于合并由PID控制器62产生的反馈控制信号和由控制器60产生的前馈控制信号，以形成锅炉主控制信号66。当然，加法器64可以对所接收的两个控制信号进行平均或加权平均，并且可以进行缩放或某种另外的合并程序，以产生锅炉主控制信号66。
一般而言，前馈控制器50和60之一或两者可以用于产生前馈控制信号，前馈控制信号基于先前时段内负荷需求设定点的变化速率，在某些时刻包括快响应速率分量或高的“促进器”，而在其它时刻包括慢响应速率分量或低的“促进器”(或者甚至是“滞后促进器”)。具体而言，前馈控制器60可以产生前馈控制信号，该前馈控制信号在LDC指数的变化速率(这里也称为负荷需求设定点)在过去的特定时段内低于预置的阈值时，在发电厂设备中发起更快的响应，这通常发生在负荷需求设定点被稳定一会儿后最初变化时，或者在负荷需求设定点缓慢变化并且因此没有在特定的或固定的时段内通过大幅度的变化而倾斜时。可替代地，当负荷需求设定点的平均变化速率在过去的特定时段内高于预置的阈值时，前馈控制器60可以在发电厂设备内发起较慢的响应，这通常发生在当负荷需求设定点已经变化了相当长的时段或者已经在特定的时段内经过了大幅度的变化时。作为一个例子，前馈控制器50和60之一或两者可以产生前馈控制信号，以在负荷需求设定点的变化速率的移动平均值低于特定的或预置的阈值时包括快“促进”分量(例如超前分量)，并且在负荷需求设定点变化速率的移动平均值高于特定的或预置的阈值时包括“慢”促进分量(或者非“促进”分量，或者甚至是“滞后”分量)。
为了实现这个程序，前馈控制器60例如可以计算当前时刻的负荷需求设定点和先前时刻(如先于当前时刻固定量的时刻)的负荷需求设定点之间的差，以确定使用什么类型的前馈控制信号，即具有快分量的前馈控制信号还是具有慢分量的前馈控制信号。在一个例子中，当前负荷需求设定点和(相对于当前时刻而言为过去的预定时刻的)先前负荷需求设定点之间的差被计算以确定在预定时段内负荷需求设定点变化的平均速率。该平均负荷需求设定点变化速率然后可以与预定的阈值比较。如果平均负荷需求设定点变化速率小于预定的阈值，那么快或高响应前馈分量被并入前馈控制信号或用于产生前馈控制信号。另一方面，如果平均负荷需求设定点变化速率大于预定的阈值，那么慢或低响应前馈分量被并入前馈控制信号或用于产生前馈控制信号，以减少或防止系统响应中的超调或摆动。
利用该技术，当负荷需求设定点正在变化时(即当前时刻的负荷需求设定点不等于最终或目标负荷需求时)，并且当负荷需求设定点在过去的(具有固定长度的)移动时间窗内的变化小于阈值(但是大于零)时，发电厂控制系统一般在很长的时段内不斜升工厂的输出。在这种情况下，期望通过产生具有快“促进器”分量的前馈控制信号来加速发电厂响应新负荷需求设定点所采用的方式。相反，当负荷需求设定点正在变化(即当前时刻的负荷需求设定点不等于目标负荷需求)，并且当负荷需求设定点在过去的固定长度的移动时窗内的变化大于阈值时，系统一般(可能使用具有快“促进器”分量的前馈控制信号)在相当长的时段内响应设定点的变化，并且因此可能接近达到目标负荷需求设定点。在这种情况下，期望使用具有慢(例如，滞后或非)“促进器”分量的前馈控制信号，以防止工厂的输出在达到目标输出功率时呈现超调或摆动。
因此，与现有的控制系统相反的是，这里描述的前馈控制系统基于负荷需求设定点在过去的变化速率并且，具体而言，基于在过去某一特定时刻，例如10分钟前存在的负荷需求设定点与当前负荷需求设定点之间的差，在产生具有相对快响应的前馈控制信号和具有相对慢响应的前馈控制信号之间进行切换。该控制系统由此产生前馈控制信号，该前馈控制信号在某一点包括高促进器分量而不会造成显著的超调或摆动，并且与发电厂待在将来的某一点达到的目标或最终负荷需求设定点无关(该目标负荷需求设定点可以为发电厂控制系统所知，也可以不为发电厂控制系统所知)。
图3-5示出若干种不同的控制电路或控制技术，这些控制电路或控制技术可以用于实现上面总体描述的前馈控制例程，以便通过采用使工厂的输出(例如，功率、蒸汽压力等等)中的超调和/或摆动最小的方式，使发电厂发电单元对负荷需求设定点变化进行较快的初始响应，来为例如发电厂中的慢反应设备提供增强的或更好的控制。
特别地，图3示出前馈控制电路100，该前馈控制电路100可以用在诸如图2中的控制器50或60(并且特别是60)之类的前馈控制器中，以实现上述控制概念，即基于负荷需求设定点在某个先前的时段内的变化速率的平均或移动平均值将快或慢响应特性并入前馈控制信号的控制概念。如图3所示，表示当前负荷需求设定点(即当前时刻的负荷需求设定点)的负荷需求信号LDC_OUT被提供给前馈控制电路100的输入端102。可以由图1的LDC22产生的作为LDC指数的负荷需求信号LDC_OUT可以被表示为例如待由工厂输出的实际功率量(例如，兆瓦)，表示工厂的全部可能输出的百分数(例如，百分数最大生产量)的指数或者任何其它期望类型的单位。负荷需求信号LDC_OUT通过输入端102提供给加法器104和延迟电路106。延迟电路106将负荷需求信号LDC_OUT延迟预定的时间量，例如10分钟，以便延迟电路106的输出表示在(先于当前时刻的)过去的预定时刻的负荷需求信号LDC_OUT。延迟电路106的输出被提供给加法器104，在加法器104中，从负荷需求信号LDC_OUT的当前值中减去延迟后的负荷需求信号以产生设定点信号的变化ΔSP。本质上，设定点信号的变化ΔSP是在当前时刻的负荷需求设定点与在过去的预定时刻的负荷需求设定点之间的差，并且表示负荷需求设定点在预定时段(该预定时段可以被认为是单位长度的时间)内的平均变化率。
加法器104的输出，即在固定时段内设定点信号的变化ΔSP，被提供给传递模块108的第一输入端和增益模块110。增益模块110简单地对设定点信号的变化ΔSP的符号进行反转(例如，将设定点信号的变化ΔSP乘以-1)以产生设定点信号的负变化-ΔSP，设定点信号的负变化-ΔSP被提供给传递模块108的第二输入端。将理解到，根据负荷需求设定点信号(即LDC_OUT信号)当前正在增加还是正在减少并且因此大于还是小于在过去预定时刻的负荷需求设定点信号(由延迟电路106输出)，加法器104可以产生要么具有正号要么具有负号的设定点信号的变化ΔSP。一般而言，传递模块108作为切换装置进行工作以通过传递模块130向切换模块120要么提供由加法器104产生的设定点信号的变化ΔSP要么提供由增益模块110产生的该信号的反转符号版本-ΔSP。更具体地，传递模块108被控制为总是在传递模块108的输出端提供正信号并且因此通常用于向传递模块130提供由加法器104产生的设定点信号的变化ΔSP的绝对值。
图3示出的比较器模块121用于控制传递模块108和传递模块130。具体而言，比较器模块121将在比较器模块121的第一输入端处提供的负荷需求设定点信号的目标值(即在将来某一已知时刻的负荷需求设定点的目标值)与提供给比较器模块121的第二输入端的当前负荷需求设定点信号(LDC_OUT信号)进行比较。比较器模块121基于这两个输入产生三个输出信号，表示为Out(输出)、OutG(输出G)和OutL(输出L)。当负荷需求设定点信号的目标值和当前负荷需求设定点信号彼此相等时，Out信号等于逻辑1或被设置为高，并且所有其它时间Out信号将为0或低。因此，由比较器模块121产生的Out信号表示负荷需求设定点是否已经达到它的(至少在当前已知的)最终或目标值。当负荷需求设定点信号的目标值大于当前负荷需求设定点信号时，OutG信号等于逻辑1或者被设置为高，并且所有其它时间OutG信号将为逻辑0或被设置为低。另一方面，当负荷需求设定点信号的目标值小于当前负荷需求设定点信号时，OutL信号等于逻辑1或者被设置为高，并且所有其它时间OutL信号将为逻辑0或被设置为低。
如图3所示，由比较器模块121产生的OutG信号被用作传递模块108的控制信号，以便当OutG信号为逻辑1时(意味着目标负荷需求设定点大于当前负荷需求设定点)，传递模块108将简单地向传递模块130的输入端提供设定点信号的变化ΔSP，因为该信号将已经是正值(由于负荷需求设定点正朝目标负荷需求设定点增加的事实)。另一方面，如果OutG信号不是逻辑1，则传递模块108将向传递模块130的输入端来自提供增益模块110的输出，从而向模块130提供设定点信号的变化的反转符号版本-ΔSP。然而，这个信号将具有正号，因为负荷需求设定点信号正朝目标负荷需求设定点减小，意味着当前负荷需求设定点应该大于在过去预定时刻的目标负荷需求设定点。
如上所指出的，传递模块108的输出被提供给传递模块130并且接着提供给切换模块120，在这种情况下，切换模块120提供从当前负荷需求设定点信号产生的两个不同前馈控制信号中的一个作为输出。具体而言，快作用前馈传递函数模块122从当前负荷需求设定点信号(LDC_OUT)中形成具有高“促进”作用或相对快或快速响应特性(例如超前响应作用)的前馈控制信号，而慢作用前馈传递函数模块124从当前负荷需求设定点信号(LDC_OUT)形成具有低或非“促进”作用(即相对低或慢响应特性，例如滞后响应特性)的前馈控制信号。由模块122和124产生的前馈控制信号被提供给切换模块120，切换模块120基于由传递模块130提供给切换模块120的负荷需求设定点的变化ΔSP的幅度或绝对值来输出这些信号中的一个。将被理解的是，模块122和124被示出为使用离散时间传递函数(ARX)，在这种情况下，离散时间传递函数表示使用采用外源(eXogeneous)输入的自回归模型。然而，如果需要，其它传递函数模块也可以用于产生具有快或慢响应速率特性的前馈控制信号。
具体而言，切换模块120基于负荷需求设定点信号的变化△SP的绝对值与预定或预置阈值的比较来选择模块120的输出或模块124的输出，并且基于该比较(即根据设定点信号的变化的幅度)向切换模块120的输出端提供所选择的信号。例如，如果由传递模块108(通过传递模块130)提供的负荷需求设定点信号的变化小于特定的阈值，则切换模块120提供传递函数模块122的(包括高或相对较快作用的响应特性的)输出作为这里称为可变需求控制信号的前馈控制输出。然而，如果由传递模块108(通过传递模块130)提供的负荷需求设定点信号的变化大于特定的阈值，则切换模块120提供传递函数模块124的(包括低或相对较慢作用的响应特性的)输出作为这里称为可变需求控制信号的控制输出。将理解到，负荷需求设定点信号的变化ΔSP的幅度或绝对值表示特定时段内负荷需求设定点信号的变化速率(例如，平均速率)。
无论如何，为了确保切换模块120的正确工作，传递模块108的输出被提供给传递模块130，传递模块130用于要么提供传递模块108的输出作为新的输出，要么保持模块130的先前输出值作为切换模块120的输入。具体而言，传递模块130基于由比较器121产生的Out信号的值进行工作，并且当Out信号为逻辑1时(即在当前负荷需求设定点信号等于目标负荷需求设定点时)提供模块的输出信号作为新的输出。相反，当由比较器121产生的Out信号不是逻辑1时，传递模块130提供传递模块108的输出作为新的输出信号。
基本上，一旦负荷需求设定点处于稳定状态值(即没有向新的设定点值斜升或斜降)，则传递模块130即确保由切换模块120产生的(即具有快或慢特性的)前馈控制信号的速度不变化。这个特征很重要，因为，否则，由于在负荷需求设定点达到目标值并停留在该目标值后，在特定的过去时间间隔内负荷需求信号的平均变化速率开始减小的事实，(由模块120输出的)前馈控制信号将从开始的快响应切换至接近结束的慢响应，并且接着逐渐再次切换回快响应。换句话说，在当前负荷需求设定点信号停止移动(即已经达到目标值时)时，传递模块130防止两个不同前馈信号(由模块122产生的高响应速率前馈信号和由模块124产生的低响应速率前馈信号)之间的切换。因此，如果由比较器模块121产生的Out信号为逻辑1，意味着当前负荷需求设定点信号与最终或目标负荷需求信号相等，则传递模块130只是保持到模块120的输入(即模块130的输出)与先前时刻相同。然而，如果当前负荷需求设定点信号小于或大于最终或目标负荷需求设定点信号，意味着LDC指数还没有达到已知目标值，则传递模块130允许由切换模块120产生的前馈控制信号基于传递模块108的当前输出并且被提供为用于下游控制的可变需求控制信号。
图4示出另一前馈控制电路200，该前馈控制电路200可以用于实现上述基于负荷需求设定点的先前变化速率在不同前馈控制信号之间进行切换的控制技术。图4的电路200与图3的电路100非常类似，并且相似的元件用相同的附图标记来表示。更具体地，除了切换模块120被模糊逻辑模块220替换外，电路200与图3的电路100相似。模糊逻辑模块220作为更复杂的(在这种情况下，非线性的)切换装置，当负荷需求设定点信号的变化Δ`SP跨越预定阈值(即从低于预定阈值移动到高于预定阈值或从高于预定阈值移动到低于预定阈值)时平滑由于由模块122和124产生的快前馈控制信号和慢前馈控制信号之间的突然变化而造成的引入前馈控制信号(可变需求控制信号)中的非线性。
如将要理解的，模糊逻辑模块220可以包括多个模糊成员函数，一个与远低于用于选择由模块122产生的快控制作用的预定阈值的负荷需求设定点信号的变化ΔSP相关联，一个与远高于提供由模块124产生的慢前馈控制信号的预定阈值的负荷需求设定点信号的变化ΔSP相关联。然而，接近或处于预定阈值时，基于例如负荷需求设定点信号的变化ΔSP与预定阈值的相对接近度以及负荷需求设定点信号的变化ΔSP高于还是低于预定阈值，模块122和124的输出的某种组合可以用作输出前馈控制信号。因此，模糊逻辑模块220可以用于当负荷需求设定点信号的变化ΔSP的幅度远低于预定阈值时，产生可变需求控制信号作为模块122的输出，当负荷需求设定点信号的变化ΔSP的幅度远高于预定阈值时，产生可变需求控制信号作为产生124的输出，以及当负荷需求设定点信号的变化ΔSP的幅度接近(稍稍高于、等于或稍稍低于)预定阈值时，产生模块122和124的输出的某种加权组合。将要理解，模糊逻辑模块220因此在由模块220产生的前馈控制信号被从模块122的输出切换至模块124的输出或相反的时间内平滑该信号的值，从而平滑由于这种变化而引起的前馈控制信号中的任何突然增加。
图5示出用于实现上述控制技术的前馈控制电路的又一实施例。图5的电路300非常类似于图4的电路200，并且相似的元件由相同的附图标记来表示。更具体地，除了模糊逻辑模块320接收两个前馈响应速率而不是利用不同的速率产生的实际前馈控制信号之外，电路300与图4的电路200一样。另外，传递模块130被移到模糊切换模块320之后。具体而言，模糊逻辑模块320接收用于在前馈控制信号内产生快响应特性或高数量的“促进”作用(例如超前响应)的固定快响应速率，并且接收用于在前馈控制信号内产生慢响应特性或较少数量的“促进”作用(例如滞后响应)的固定慢响应速率。在这个例子中，模糊逻辑模块320的输出指示或提供待用于产生前馈控制信号的响应速率，而不是实际前馈控制信号本身。因此，模糊逻辑模块320的输出为用于产生可变需求控制信号的可变速率。这些前馈速率的特征可以要么被描述为静态斜率要么被描述为由频域传递函数产生的衰减速率。
在工作期间，模糊逻辑模块320可以依赖于为模糊逻辑模块320定义的特定成员函数和从传递模块108接收的负荷需求设定点信号的变化ΔSP的幅度值以及正在被使用的阈值，通过组合快速率和慢速率来组合或产生混合或加权的响应速率。无论如何，传递模块130基于由比较器121产生的Out信号的值，传递由模糊逻辑模块320产生的新的可变响应速率或者先前使用的响应速率。
在图5中将看到，由传递模块130传递的可变响应速率接着被提供给LDC速率-LDC需求信号转换器模块，LDC速率-LDC需求信号转换器模块基于提供给该模块的输入端的响应速率以及当前负荷需求设定点信号(LDC_OUT)产生可变需求控制信号。将响应速率转换为需求控制信号为公知的现有技术，因此这里将不再详细描述。然而，如果由传递模块130传递的可变速率与快作用响应相关联，则将利用快响应特性来生成该可变需求控制信号。可替代地，如果由传递模块130传递的可变速率与慢作用响应相关联，则将利用相对较低的响应特性来生成该可变需求控制信号。当然，如果由模块130传递的可变速率是快速率和慢速率的某种组合，则将利用与提供给模糊逻辑模块320的快速率和慢速率相关联的快响应特性和慢响应特性之间的某种程度的响应特性来生成该可变需求控制信号。
尽管图3-5的电路100、200和300各自将负荷需求设定点信号的变化ΔSP的计算显示或示出为当前负荷需求设定点和先前负荷需求设定点之间的简单的差，但是其它类型的计算也能够被用于产生该差的移动平均值，或者负荷需求设定点的变化的平均速率或平均速率的移动平均值，包括：例如负荷需求设定点信号在特定时段例如与延迟电路106相关联的时段内的多个点处的三个或多个实例的平均；负荷需求设定点信号在特定时段内的多个点处的加权平均，其中不同的权重可以与每个点相关联，等等。同样，如果需要的话，除了使用简单的基于阈值的切换或者模糊逻辑切换外，任何其它类型的切换响应特性也能够用于电路100、200或300中的任一电路来实现前馈控制信号或(用于产生前馈控制信号的)前馈控制速率之间的切换。同样，根据与先前时段内负荷需求设定点的变化速率的移动平均值相关联的多个阈值，切换模块120、220和320能够在两个以上前馈控制信号或速率之间切换，如果需要的话。
针对图5的系统实现了使用上述控制技术的控制例程的仿真，并且该仿真的结果在图6中作为显示该仿真运行期间图5的电路300内各种信号的值的信号图被示出。如将看到的，线402表示在任何特定时刻的当前负荷需求设定点以及响应于例如由图1的系统操作员20所做出的改变而变化。如将看到的，在总的运行时间期间(大约上午2:31:10到上午4:04:30)，该设定点在仿真中经历了多次变化。具体而言，该设定点在点SP1和SP2之间保持不变，在时点SP2和SP3之间斜降，在SP3和SP4之间往回斜升，在SP4和SP5之间斜降，在SP5和SP6之间保持不变，斜升至SP7，稳定至SP8，斜升至SP9，稳定至SP10并且斜降至SP11，随后它稳定下来并且保持不变。
在这种情况下，通过观察用于响应于负荷需求设定点信号402的变化而生成可变需求控制信号(由线406示出)的模糊可变速率(由线404示出)来查看控制电路的运行是有用的。模糊可变速率404实际上是图5的传递模块130的输出，并且因此取决于模糊逻辑模块130的运行以及当前负荷需求设定点是否已经达到稳定状态或最终值。
无论如何，在图6中可以看出，当负荷需求设定点信号402开始在SP2和SP3之间斜降时，用于产生可变需求控制信号406的模糊可变速率404在点FR1即刻从慢速率增加至快速率，并保持在该水平，直到负荷请求信号的平均变化速率接近预先建立的阈值(发生在点FR2)，在该点处由模块320输出的模糊可变速率由于快速率和慢速率的混合而开始斜降。然而，在点FR3处，因为负荷需求设定点信号402已经达到目标值，模糊可变速率稳定了少量的时间。然而，在FR1和FR2之间的时间期间，实际可变需求控制信号406以快于负荷需求设定点信号402的变化速率(斜率)的速率倾斜，表示在前馈控制信号中存在快响应特性，其增加系统在点SP2处响应于负荷需求设定点的变化的初始响应时间。
图6的图中的另一示例部分从负荷需求设定点曲线402上的点SP6开始，其中在一度(在SP5和SP6之间)保持不变之后，负荷需求设定点曲线402这时斜升至较高的目标值，在SP7稳定。响应于在SP6开始发生的负荷需求设定点的平均变化速率的变化，(由于负荷需求设定点已经达到先前的目标值的事实而已经不变的)模糊可变速率在点FR4处瞬间增加至快或高速率并且保持在这个速率一段时间(直到FR5)。然而，在点FR5处，在过去的预定时段内负荷需求设定点的平均变化速率接近预定阈值，因此由模糊逻辑模块320输出的模糊可变速率开始斜降至较慢速率直到在点FR6处达到慢速率。具体而言，在FR5到FR6之间的时段，由模糊逻辑模块320输出的可变速率为快速率和慢速率的某种组合并且在这段时间，负荷需求设定点信号的平均变化速率跨越预定阈值，从而引起从快速率向慢速率的过渡。作为这种变化的结果，利用模糊可变速率404产生的可变需求控制信号406的斜率的幅度开始从大于负荷需求设定点信号402的斜率的幅度向小于负荷需求设定点信号402的斜率的幅度减少(可变需求控制信号406的斜率的这种变化是由从快速率向慢速率的切换造成的)。然而，可变需求控制信号406的斜率的变化并不是急剧的，相反由于模糊逻辑模块320的运行而在时间上是平滑的(如这条线上的曲线所表示的)。无论如何，在这个例子中可以看出，与模糊逻辑模块相关联的快速率导致产生了具有由比相同时段中负荷需求设定点信号的固定变化速率更大的斜率(变化速率)定义的响应特性的可变需求控制信号(即前馈控制信号)，并且与模糊逻辑模块相关联的慢速率导致产生了具有由比相同时段中负荷需求设定点信号的固定变化速率更小的斜率(变化速率)定义的响应特性的可变需求控制信号。
在SP10和SP11之间能够观察到类似的情况，在这段时间，负荷需求设定点信号402以不变的或固定的速率斜降。然而，在图6中可以看出，模糊可变速率响应于负荷需求设定点在SP10处的初始变化，在FR7处瞬间增加至快速率并且一度保持在该高速率(直到FR8)。在点FR8处，在先前时段负荷需求设定点的变化速率的平均幅度接近(并且最终超过)预定阈值，从而使模糊可变速率向下移至慢速率，在FR9处达到该慢速率。在这段时间，正如线406上这一部分曲线(即点FR8和FR9之间)所表示的那样，可变需求控制信号406从(与高速率相关联的)较高幅度的斜率改变至(与低速率相关联的)较低幅度的斜率。在这种情况下，可变需求控制信号实际上在比负荷需求设定点信号稍后的时刻达到了目标设定点值，但是这样做是为了防止(诸如蒸汽压力以及输出功率之类的)工厂输出参数的超调和摆动。
因此，一般从图6中可以看出，控制电路300的运行产生具有较高或较快响应特性的前馈控制信号406，用于在负荷需求设定点信号402发生变化后，甚至当负荷需求设定点信号402的幅度变化小的时候，即时控制加工厂设备。结果，电路300响应于任何负荷需求设定点变化来提供即时的“促进”作用，这不同于先前的在确定是否在前馈信号内使用快响应特性还是慢响应特性或速率时，依靠当前负荷需求设定点和将要达到的负荷需求设定点的最终或目标值之间的差的技术。然而，从图6中还可以看出，当负荷需求设定点信号402已经以不变的速率变化了一会儿时，控制系统从在前馈控制信号中使用高响应速率或特性退回，以防止或减少在系统的输出中摆动或超调的发生。因此，例如，在曲线402的SP6和SP7之间以及SP10和SP11之间，负荷需求设定点402以不变的变化速率倾斜了较长的时段，系统最初产生了具有快响应特性的前馈控制信号，但是，随着时间的过去，预料到负荷需求设定点信号将停止变化，撤回以产生具有慢响应特性的前馈控制信号，并且因此减少了当负荷需求设定点信号达到目标值时摆动和超调的发生。实际上，负荷需求设定点信号变化的时间越长，并且因此具有快响应特性的前馈控制信号被使用的时间越长，当负荷需求设定点稳定时摆动和超调可能越突出，这是由于这样的事实，即系统已经经历了一段时间的受控变化并且因此响应于先前的控制信号已经建立起更多的“惯性”，并且在系统“惯性”存在时，系统将难于慢下来并停止。
从图6可以看出，由图5的电路产生的可变需求控制信号406能够在负荷需求设定点信号402达到目标值之前或之后停止增加(即稳定在目标值)。这种现象的原因在于在决定何时稳定时可变需求控制信号406并不是通过参考基线(固定速率)负荷需求设定点信号402来确定的。相反，可变需求控制信号406仅仅依赖于(来自传递模块130的)可变速率和最终负荷需求设定点目标。一旦可变需求控制信号406达到了局部目标并且该目标不再移动，那么可变需求控制信号406将停止移动(即，将稳定在目标水平)。该动作由图5的LDC速率-需求信号转换模块330来执行，这是标准的实践。然而，对于图3和4的电路，情形就不同了，在图3和4中，可变需求控制信号总是在基线或固定速率负荷需求设定点信号达到最终(局部)目标设定点后才安定下来。
通常，图6的例子中使用的快速率为9兆瓦/分钟而慢速率为1兆瓦/分钟，基线或固定LDC需求(曲线402)变化速率为7兆瓦/分钟。切换或阈值被设定为在10分钟又30秒的时间间隔内测量的设定点变化的40兆瓦差额。结果，图6中用于切换的负荷需求设定点变化的平均速率大约为4兆瓦/分钟。然而，这些只是范例值，并且根据被控制系统的具体细节，也可以使用设定点变化阈值、负荷需求设定点变化速率(线402)、快速率和慢速率等等的其它值。
一般而言，根据锅炉处理响应速度来确定用于产生可变需求控制信号(前馈控制信号)的快和慢(或者超前和滞后)响应速率，快或超前速率快于锅炉处理响应速度，慢或滞后响应速率慢于锅炉处理响应速度。在许多情况下，负荷需求设定点的变化速率，这里也称为系统操作员所使用的负荷需求设定点的固定变化速率，与锅炉处理响应速度相同或紧密相关，在这种情况下，前馈控制信号的快和慢响应速率或特性可能与负荷需求设定点的固定变化速率有关系。而且，在一个实施例中，阈值可以与负荷需求设定点信号变化或被期待变化的平均速率相关。因此，如果需要的话，阈值可以被设定为等于或小于期待的负荷需求设定点信号的最大可达平均变化速率，以使系统能够在合适的时刻切换至慢速率。
尽管已经在控制发电厂并且特别是运行锅炉和涡轮机的发电厂的背景下描述了前馈控制电路的前述描述，但是这种控制方法可以用在其它过程控制系统中，例如用于控制工业过程或制造过程的工业过程控制系统中。更具体地，该控制方法可以用在任何接收许多设定点变化并且控制慢反应设备的加工厂或控制系统中，并且另外可以用于在这些或其它环境下产生前馈控制信号或其它类型的控制信号。
虽然前文阐述了对许多不同实施例的详细描述，应该理解的是，本发明的范围是由本专利结尾阐述的权利要求的词句定义的。详细的描述被解释为仅仅是示例性的并且没有描述本发明的每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使是可能的也是不切实际的。利用现有技术或利用本专利申请日之后开发的技术，能够实现许多替代实施例，这也将落入用于限定本发明的权利要求的范围。
因此，可以对这里描述的或示出的技术或结构进行许多改进和变形而不偏离本发明的精神和范围。因此，应该理解的是，这里描述的方法和装置仅仅是示例性的，而非限制本发明的范围。

Claims (24)

1.一种利用从指示发电单元的期望输出的负荷需求设定点信号中获得的前馈控制信号来控制所述发电单元的方法，包括：
确定负荷需求设定点信号在先于当前时刻的特定时段的变化速率的幅度；
将所确定的负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度与阈值进行比较；
当所确定的负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度低于所述阈值时，产生具有快响应速率特性的前馈控制信号，并且在所确定的负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度高于所述阈值时，产生具有慢响应速率特性的前馈控制信号；和
利用所述前馈控制信号来控制所述发电单元。
2.根据权利要求1所述的控制发电单元的方法，其中负荷需求设定点信号以固定速率在两个值之间倾斜，并且其中所述快响应速率特性形成以大于所述固定速率的速率变化的前馈控制信号，并且其中所述慢响应速率特性形成以小于所述固定速率的速率变化的前馈控制信号。
3.根据权利要求1所述的控制发电单元的方法，其中确定负荷需求设定点信号在先于当前时刻的特定时段的变化速率的幅度包括：确定负荷需求设定点信号的当前值与负荷需求设定点信号在该特定时段开始时的值之间的差。
4.根据权利要求1所述的控制发电单元的方法，其中确定负荷需求设定点信号在先于当前时刻的特定时段的变化速率的幅度包括：确定负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的移动平均值。
5.根据权利要求1所述的控制发电单元的方法，其中确定负荷需求设定点信号在先于当前时刻的特定时段的变化速率的幅度包括：利用与不同的时刻相关联的不同权重来确定负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的加权平均值。
6.根据权利要求1所述的控制发电单元的方法，其中产生前馈控制信号包括：当所确定的负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度远低于所述阈值时，产生具有所述快响应速率特性的前馈控制信号，并且当所确定的负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度远高于所述阈值时，产生具有所述慢响应速率特性的前馈控制信号，并且当所确定的负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度接近或处于所述阈值时，产生作为快响应速率和慢响应速率的加权组合的前馈控制信号。
7.根据权利要求6所述的控制发电单元的方法，其中产生前馈控制信号包括：利用模糊逻辑技术来产生作为所述快响应速率和所述慢响应速率的加权组合的前馈控制信号。
8.根据权利要求7所述的控制发电单元的方法，其中利用模糊逻辑技术包括：基于负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度值来对第一控制响应速率和第二控制响应速率进行组合。
9.根据权利要求7所述的控制发电单元的方法，其中利用模糊逻辑技术包括：基于负荷需求设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度值来对利用第一响应速率计算出的第一前馈控制信号和利用第二响应速率计算出的第二前馈控制信号进行组合。
10.根据权利要求1所述的控制发电单元的方法，其中产生前馈控制信号进一步包括：当负荷需求设定点信号等于负荷需求设定点信号的目标值时，使用针对先前时段计算出的前馈控制速率。
11.一种发电厂控制器，包括：
输入端，接收针对一系列时刻中的每个时刻指定负荷需求设定点的负荷需求设定点信号；
计算单元，确定与先于当前时刻的特定时段相关联的负荷需求设定点的变化速率的幅度；
比较单元，将所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度与阈值进行比较；和
控制信号发生器，当所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度低于所述阈值时，生成具有快响应速率的控制信号，并且当所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度高于所述阈值时，产生具有慢响应速率的控制信号。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中所述输入端接收指定在未来特定时刻的目标负荷需求的负荷需求设定点信号以及用于确定负荷需求设定点在当前时刻和该未来特定时刻之间各个时刻的斜率。
13.根据权利要求11所述的控制器，其中负荷需求设定点信号以固定速率在两个值之间倾斜，并且其中所述控制信号发生器通过产生以大于所述固定速率的速率变化的前馈控制信号来生成具有所述快响应速率的控制信号，并且其中所述控制信号发生器通过产生以小于所述固定速率的速率变化的前馈控制信号来生成具有所述慢响应的控制信号。
14.根据权利要求11所述的控制器，其中所述计算单元通过确定负荷需求设定点在当前时刻的值与负荷需求设定点在从当前时刻偏移该特定时段的过去时刻的值之间的差，来确定与先于当前时刻的该特定时段相关联的负荷需求设定点的变化速率的幅度。
15.根据权利要求11所述的控制器，其中所述计算单元通过确定负荷需求设定点在特定时段的平均变化速率，来确定与先于当前时刻的该特定时段相关联的负荷需求设定点的变化速率的幅度。
16.根据权利要求11所述的控制器，其中所述控制信号发生器在所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度远低于所述阈值时，生成具有快响应速率的控制信号，在所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度远高于所述阈值时，生成具有慢响应速率的控制信号，以及在所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度接近或处于所述阈值时，生成作为所述快响应速率和所述慢响应速率的加权组合的控制信号。
17.根据权利要求11所述的控制器，其中所述比较单元包括模糊逻辑模块。
18.根据权利要求17所述的控制器，其中所述模糊逻辑模块基于负荷需求设定点在特定时段的变化速率的幅度值与所述阈值之间的差，在利用所述快响应速率计算出的第一前馈控制信号和利用所述慢响应速率计算出的第二前馈控制信号之间进行切换，或对利用所述快响应速率计算出的第一前馈控制信号和利用所述慢响应速率计算出的第二前馈控制信号进行组合。
19.一种产生用于控制工厂中的设备的控制信号的方法，包括：
针对指定所述设备在特定时段的期望运行的设定点信号，获取一组设定点信号值；
基于该组设定点信号值来确定设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度；
将所确定的设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度与阈值进行比较；
基于所确定的设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度与所述阈值之间的比较，产生用于控制所述设备的控制信号，其中当所确定的设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度低于所述阈值时，所产生的控制信号具有第一响应特性，并且当所确定的设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度高于所述阈值时，所产生的控制信号具有第二响应特性。
20.根据权利要求19所述的产生控制信号的方法，其中确定设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度包括：确定设定点信号的当前值与设定点信号在该特定时段开始时的值之间的差。
21.根据权利要求19所述的产生控制信号的方法，其中确定设定点信号在该特定时段的变化速率的幅度包括：确定设定点信号在该特定时段的平均变化速率。
22.一种运行锅炉的发电厂，包括：
涡轮机；
连接至所述涡轮机的锅炉，用于产生蒸汽以驱动所述涡轮机；
以可通信的方式连接至所述锅炉以控制所述锅炉的运行的控制单元，所述控制单元包括：
产生反馈控制信号的反馈控制器；
产生前馈控制信号的前馈控制器，所述前馈控制器包括：
接收负荷需求设定点信号的输入端，所述负荷需求设定点信号指定所述发电厂运行的一系列时刻中每个时刻的负荷需求设定点；
计算单元，确定负荷需求设定点在先于当前时刻的特定时段的变化速率的幅度；
比较单元，将所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度与阈值进行比较；以及
前馈控制信号发生器，当所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度低于所述阈值时，所述前馈控制信号发生器生成所述前馈控制信号作为包括第一响应特性的第一前馈控制信号，并且当所确定的负荷需求设定点在该特定时段的变化速率的幅度高于所述阈值时，所述前馈控制信号发生器生成所述前馈控制信号作为具有第二响应特性且为不同响应特性的第二前馈控制信号；以及
控制信号组合器，将所述前馈控制信号与所述反馈控制信号进行组合以产生用于控制所述锅炉的主控制信号。
23.根据权利要求22所述的运行锅炉的发电厂，其中所述比较单元或所述前馈控制信号发生器包括模糊逻辑模块，所述模糊逻辑模块在具有所述第一响应特性的第一前馈控制信号和具有所述第二响应特性的第二前馈控制信号之间进行切换，或者在第一响应速率和第二响应速率之间进行切换，其中所述第一响应速率用于产生具有所述第一响应特性的第一前馈控制信号，所述第二响应速率用于产生具有所述第二响应特性的第二前馈控制信号。
24.根据权利要求22所述的运行的锅炉发电厂，其中所述计算单元通过确定当前负荷需求设定点与在从所述当前时刻偏移特定时段的过去特定时刻的负荷需求设定点之间的差，来确定负荷需求设定点在先于所述当前时刻的该特定时段的变化速率的幅度。
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