CN105485715A

CN105485715A - 用于控制设备的至少一个操作参数的装置和方法

Info

Publication number: CN105485715A
Application number: CN201510827686.6A
Authority: CN
Inventors: X·娄; C·王; C·H·诺伊谢菲尔; A·A·勒瓦索伊尔
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: KR20160023576A; TWI671608B; EP2990617B1; US9791852B2; TW201621498A; CN105485715B; PL2990617T3; AU2015215901A1; EP2990617A1; JP2016053953A; US20160054730A1

Abstract

一种用于控制具有燃烧单元(3)的设备(1)的至少一个操作参数的方法，包括估计设备的至少一个操作变量的状态以识别用于操作变量的估计值。对于每个操作变量，用于操作变量的估计值可与操作变量的测量值比较以确定基于用于操作变量的测量值和估计值之间的差值的不确定值。控制信号可基于参考信号、测量值和偏差值生成用于发送至设备(1)的至少一个元件用于控制设备(1)的过程。

Description

用于控制设备的至少一个操作参数的装置和方法

技术领域

本公开涉及用于控制设备的至少一个元件的控制系统和操作该控制系统的方法。

背景技术

焚烧煤或其它类型燃料以产生功率的发电系统可包括至少一个锅炉或其它类型的燃烧器和涡轮。公开号为No.2014/0106284、2014/0065560、2014/0065046、2014/0026613、2014/0004028、2013/0315810、2013/0298599、2013/0291719、2013/0255272、2013/0205827、2013/0167583、2012/0052450、2012/0145052、2010/0236500和2009/0133611的美国专利申请以及No.7954458和6505567的美国专利、公开号为No.EP2497560的欧洲专利申请以及公开号为No.WO2013/144853、WO2013/057661、WO2013/027115、WO2013/024339和WO2013/024337的国际申请中公开了可用于电力生产的电力生产系统和此类系统的构件的实例。例如，公开号为No.2012/0145052的美国专利申请公开了一种氧燃烧系统，可包括空气分离单元、锅炉、空气污染控制系统和用于使二氧化碳与烟气分离的气体处理单元。来自锅炉的烟气的热可由蒸汽捕获，该蒸汽接着用于驱动蒸汽涡轮发生器以产生电力。接着，烟气可处理成去除某些污染物(例如NO_X、SO_X等)，并且处理的烟气的一部分接着可再循环至锅炉以实现燃烧。

发明内容

根据本文中示出的方面，提供一种控制具有燃烧单元的设备的至少一个操作参数的方法。该方法可包括以下步骤：(a)估计设备的至少一个操作变量的状态以识别用于操作变量的估计值，(b)对于每个操作变量，将用于操作变量的估计值与操作变量的测量值比较以确定基于用于操作变量的测量值和估计值之间的差值的不确定值，以及(c)基于参考信号、测量值和偏差值生成控制信号用于发送至设备的至少一个元件用于控制设备的过程。

根据本文中示出的其它方面，一种装置可包括至少一个控制器，其构造成连接至设备的燃烧单元。控制器可包括具有至少一个处理器、通信连接至处理器的非瞬态存储器以及至少一个通信连接至处理器的收发器单元的硬件。控制器可构造成与燃烧单元的至少一个元件通信以在连接至燃烧单元时控制燃烧单元的至少一个操作参数。控制器可构造成执行控制过程，其包括：(a)估计设备的至少一个操作变量的状态以识别用于操作变量的估计值，(b)对于每个操作变量，将用于操作变量的估计值与操作变量的测量值比较以确定基于用于操作变量的测量值和估计值之间的差值的不确定值；以及(c)基于参考信号、测量值和偏差值生成控制信号用于发送至设备的至少一个元件用于控制设备的过程。

通过下列附图和详细描述例示以上描述的特征和其它特征。

附图说明

在附图中示出装置、设备和相关联的示例性方法的示例性实施例。应当理解的是在附图中使用的相同的附图标记可标识相同的构件，其中：

图1是设备的第一示例性实施例的框图。

图2是示出设备的第一示例性实施例的示例性适应第二控制器的第一示例性架构的示意图。

图3是设备的第一示例性实施例的第二控制器的示例性实施例的框图。

图4是设备的第一示例性实施例的第一示例性控制环的框图。

图5是设备的第一示例性实施例的第二示例性控制环的框图。

本文中公开的发明的实施例的其它细节、目标和优点将从示例性实施例和相关联示例性方法的下列描述中变得显而易见。

具体实施方式

参照图1-3，设备1可构造为工业设备、发电站或发电厂。设备1可构造成包括燃烧单元3。燃烧单元可包括如熔炉或锅炉的燃烧器，其构造成燃烧矿物燃料(例如煤、天然气等)或其它类型的燃料以在期望的预先规定的温度范围内的温度下形成燃烧产物(例如蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等)。由燃烧单元放出的蒸汽可被用来发电或另外提供转换成期望的系统输出的热能。从燃烧过程中放出的烟气可发送穿过一系列其它装置，其构造成在烟气从设备放出之前处理烟气。烟气的处理可构造成帮助确保放出的烟气遵守适用的排放规则或另外满足期望的一套设计标准。

在一些实施例中，设备1可构造为氧燃烧设备，其构造成通过焚烧矿物燃料发电。例如，设备的一些实施例可构造为氧燃烧粉煤设备。作为另一个实例，设备1的其它实施例可构造为氧燃烧天然气设备。

图1的实施例可构造成包括空气分离单元(ASU)2，其构造成使氧与其它空气组分(例如氮、二氧化碳等)分离，并且将与空气分离的大致氧气流经由连接在ASU2和燃烧单元3之间的第一氧化剂供给导管供给至燃烧单元3作为第一氧化剂气流。第一氧化剂气流可为大致由氧(例如大于80摩尔百分比氧、90-99摩尔百分比氧、95-98摩尔百分比氧、大于80重量百分比氧，或90-99重量百分比氧、90-95重量百分比氧)组成的流体。

燃料源6可连接至燃烧单元3用于将燃料供给至燃烧单元。燃料源6可为例如将煤粉碎用于提供煤给燃烧单元3的磨煤机或可为另一种类型的燃料源。燃烧单元3可构造为锅炉，如氧燃烧锅炉，或者可构造为熔炉或其它类型的燃烧器。

第二氧化剂流可供给至燃烧单元3。该第二氧化剂流可包括燃料、再循环回燃烧单元3的烟气和来自ASU2的氧的混合物。混合有烟气和燃料的来自ASU的氧气流可为大致是氧的流体流(例如，为大于80摩尔百分比氧、90-99摩尔百分比氧、95-98摩尔百分比氧、大于80重量百分比氧，或90-99重量百分比氧、90-95重量百分比氧的流体流)。先前由燃烧单元3放出的烟气的一部分可再循环回燃料源6用于与燃料混合。来自ASU的氧可在供给至燃料源6之前供给至烟气的该部分。来自ASU2的大致纯氧流、烟气的再循环部分和来自燃料源6的燃料的混合物可经由连接在燃料源6和燃烧单元3之间的燃料供给导管供给至燃烧单元。混合有燃料且随后供给至燃烧单元的流体的氧含量可构造成不超过23.5摩尔百分比氧。在一些实施例中，用于燃料和流体的混合物的氧浓度可控制至在16-24或18-22摩尔百分比氧之间。

流体的第三氧化剂流也可供给至燃烧单元3用于燃烧供给至燃烧单元3的燃料。例如，先前通过燃烧单元输出的烟气的一部分可再循环回燃烧单元以用于燃料的燃烧。再循环烟气的一部分也可混合有来自ASU2的大致纯氧流(例如，为大于80摩尔百分比氧、90-99摩尔百分比氧、95-98摩尔百分比氧、大于80重量百分比氧，或90-99重量百分比氧、90-95重量百分比氧的流体流)，在流体的该混合物供给至燃烧单元3之前。循环烟气和包含来自ASU的显著量的氧的流体流的该混合物可混合成使得23.5％或更少的氧含量的氧在第三氧化剂流内。在一些实施例中，再循环烟气和随后供给至燃烧单元作为第三氧化剂流的氧的混合物的氧含量可构造成在16-24或18-22摩尔百分比氧之间。

燃烧单元3可构造成在氧化剂流供给至燃烧单元3时燃烧来自燃料源6的燃料以产生蒸汽和烟气。蒸汽可经由连接在燃烧单元3和发电单元8之间的蒸汽输送导管供给至如发电机的至少一个涡轮的发电单元8。在燃烧单元3中形成的烟气可与蒸汽分离并且随后发送向一定数量的烟气处理装置，用于在使烟气在设备1内再循环之前处理烟气和/或放出烟气的一部分至设备1外部的大气。

在一些实施例中，燃烧单元3还可构造成经由空气燃烧来自燃料源的燃料，该空气经由空气供给装置4供给至燃烧单元，如图1中的虚线所示。空气供给装置4可包括至少一个泵或风扇，其构造成将来自大气的空气驱动到燃烧单元3中以用于燃烧来自燃料源6的燃料。空气供给导管可连接在空气供给装置4和燃烧单元3之间用于将空气供给至燃烧单元。当燃烧单元3将经由使用来自空气供给装置4的空气燃烧燃料时，隔离阻尼器或其它阻尼元件可致动用于关闭在设备内的来自烟气处理装置的烟气再循环和来自ASU2的氧化剂流供给，以使燃烧单元3仅利用空气用于燃料燃烧。在一些实施例中，设备1可构造成使得燃烧单元3能够从空气点燃模式切换成氧化剂流点燃模式，在该空气点燃模式中，阻尼元件移动成关闭氧化剂流和烟气再循环，在该氧化剂流点燃模式中，来自空气供给装置4的空气不再供给至燃烧单元，并且阻尼元件移动成开启氧化剂流和用于供给至燃烧单元3的烟气再循环流。

来自燃烧单元3的烟气可输送至洗涤器5，其可使烟气暴露于吸附剂用于从烟气中除去硫氧化物(例如SO₃)或其它成分。烟气可经由连接在燃烧单元3和洗涤器5之间的洗涤器供给导管供给至洗涤器5。烟气可从洗涤器5放出并且供给至预热器7用于供给再循环回燃烧单元3的烟气的一部分和/或来自ASU2的任何包含氧的流体，其可在再循环烟气穿过预热器7之前混合有该烟气。在放出烟气穿过洗涤器5之后的来自放出烟气的热可被利用以在再循环烟气供给至燃烧单元3之前将来自该烟气的热传递至烟气的再循环部分。

在烟气穿过预热器7之后，烟气可经由连接在预热器7和颗粒收集器装置9之间的颗粒收集器供给导管送至颗粒收集器装置9。颗粒收集器装置9可构造为灰尘消除器、静电除尘器、颗粒过滤器或其它类型的颗粒去除装置。颗粒收集器装置9可构造成使飞尘和其它颗粒与从燃烧单元9接收的烟气分离。

在烟气由颗粒收集器装置9处理之后，处理的烟气可送至脱硫单元11，其构造成将硫氧化物从烟气中去除。脱硫单元11可构造为例如干烟气脱硫系统或湿烟气脱硫系统。脱硫单元11可经由连接在脱硫单元11和颗粒收集器装置9之间的脱硫单元供给导管接收来自颗粒收集器装置9的烟气。

在烟气由脱硫单元11处理之后，其可经由连接在脱硫单元11和GPU13之间的GPU供给导管供给至气体处理单元(GPU)13。在供给至GPU13之前，烟气可分成第一部分、第二部分和第三部分。烟气的第一部分可再循环至燃烧单元3用于与来自ASU2的包含氧的流体混合以形成第三氧化剂流用于经由连接在燃烧单元3和脱硫单元11之间的第一再循环导管供给至燃烧单元3。烟气的第二部分可经由GPU供给导管输送至GPU17。烟气的第三部分可经由连接在脱硫单元11和烟囱15之间的烟囱供给导管供给至烟囱15用于放出至大气。在一些实施例中，烟囱15可构造为热回收蒸汽发生器(“HRSG”)，其构造成利用来自烟气的第三部分的热来加热水或其它流体以用于其它设备过程。

GPU13可构造成从烟气去除二氧化碳的显著部分以捕获该二氧化碳并且输出大致由二氧化碳组成的流体用于储存、进一步净化或其它分配。GPU13可构造成将由GPU13处理成具有大致较低部分的二氧化碳的烟气的第一部分供给至储存装置17用于进一步处理或用于在GPU13处理该烟气之后储存流体流。例如，储存装置17可为隔离储存装置用于经由连接在储存装置17和GPU13之间的出口导管接收处理过的烟气的第一部分。由GPU17处理的烟气的第二部分可分配至燃料源6用于在操作中用于在将燃料供给至燃烧单元3之前处理燃料。燃料源导管可连接在GPU13和燃料源6之间用于在该气体由GPU13处理以从烟气中去除二氧化碳之后使烟气的该部分再循环。从GPU13供给至燃料源6的烟气的一部分可经由包括在连接在GPU13和燃料源6之间的燃料源导管内的预热导管穿过预热器7。来自ASU2的包含氧的流体可与由GPU13处理之后再循环至燃料源的烟气的一部分混合，在该混合物供给至燃料源6之前，或者在两种流体供给至燃料源6之后。

通过由GPU13执行的烟气处理产生的大致由二氧化碳组成的流体可经由连接在GPU13和储存装置17之间的二氧化碳流体输出导管输出至储存装置17或其它类型的处理装置。对于设备的一些实施例，包含大致纯的二氧化碳的流体可由80-100摩尔百分比二氧化碳或大于70摩尔百分比二氧化碳组成。例如，设备的一些实施例可构造成使得由GPU13输出的包含大致纯的二氧化碳的流体可在92-98摩尔百分比的二氧化碳之间。

在一些实施例中，储存在储存装置17中的包含大致纯的二氧化碳的流体还可随后进一步处理用于形成产品以分配至需要此类化合物的供应商。在其它实施例中，该流体可储存达相对长的时间段用于封存二氧化碳。

至少一个第一控制器21可通信连接至ASU2、燃料源6、燃烧单元3、发电单元8、洗涤器5、预热器7、颗粒收集器装置9、脱硫单元11、GPU13、烟囱15和储存装置17，如图1中的虚线箭头指示的。第一控制器21还可通信连接至连接在此类装置之间的导管元件、阀、比例_-积分-微分控制器，以及诸如连接至导管的部分或GPU13、储存装置17、烟囱15、燃烧单元3、ASU2、燃料源6、洗涤器5、发电单元8、颗粒收集器单元9和脱硫单元11的部分的流量传感器、温度传感器和压力传感器的测量传感器，如图1中的虚线箭头指示的，使得第一控制器21可接收关于设备1的操作和/或燃烧单元3、ASU2、GPU13和/或其它设备元件的操作的一个或更多个参数的信息。此外，第一控制器21可通信连接至一个或更多个适应的第二控制器30，其可连接至燃烧单元3、发电单元8、脱硫单元11和/或设备的其它元件。

第一控制器21可为电子装置，如计算机、工作站、计算装置或其它类型的包括硬件的电子装置控制器。例如，第一控制器21可包括硬件，其包含至少一个非暂时性存储器、至少一个收发器单元，其可包括构造用于与第一控制器21通信连接至其的其它装置通信的至少一个接收器和至少一个发送器，以及连接至存储器和收发器单元的至少一个处理器。收发器单元还可构造成容许控制器21经由如互联网或内联网的网络连接与远程装置通信。处理器可为中央处理单元、微处理器或其它类型的硬件处理器元件，其构造成运行一个或更多个储存在存储器上的应用，使得控制器21能够执行由储存在存储器中的这些一个或更多个应用的代码或其它指令限定的方法。例如，控制器21可具有储存在控制器21的存储器中的模型预测控制程序，其可通过处理器运行以控制燃烧单元3和/或设备1的操作。在一些实施例中，第一控制器可构造为用于设备的分配控制系统或用于设备的此类分配控制系统的构件。在其它实施例中，第一控制器21可与另一个计算机装置23通信，另一个计算机装置23构造为分配控制系统，如图1中的虚线所示。

第二控制器30可连接至燃烧单元3以及设备的其它元件用于控制燃烧单元3、发电单元8、脱硫单元11或其它设备元件的不同的操作参数。如可从图3认识到的，每个第二控制器30可构造为电子装置，其包括如非暂时性存储器30a，至少一个收发器单元30b和至少一个处理器30c的硬件。例如，每个第二控制器30可构造为适应控制器。非暂时性存储器30a可为硬盘驱动器、闪存或其它类型的能够储存能够由处理器30c存取并且由处理器30c执行的计算机可读介质(例如应用或程序)的非暂时性储存装置。处理器30c可为微处理器、互相连接的微处理器、中央处理单元、特定类型的硬件回路，其构造成处理基于该回路结构发出信号，或其它类型的硬件处理器元件。在一些实施例中，处理器30c构造成与存储器通信以执行储存在存储器中的代码。收发器单元30b可包括用于实现在第二控制器30和第二控制器连接至其的一个或更多个传感器或检测器、至少一个其它第二控制器30和/或第一控制器21之间的通信的至少一个无线收发器和/或至少一个有线收发器。收发器单元30b可包括多个接收器和多个不同的发送器用于便于在第二控制器30和元件之间的通信，第二控制器30经由有线和/或无线通信路径通信连接至该元件。

每个第二控制器30可具有如下架构，其包括控制律构件31、状态预测器构件35和适应律构件37。架构还可包括至少一个过滤器39。控制律构件31可构造成生成基于基准信号r(t)、从控制律构件31连接于其的设备1的一个或更多个元件33(例如温度传感器、压力传感器、流率传感器等)接收的可测量状态x(t)，以及从适应律构件37的输出的控制信号。状态预测器构件35可构造成在待基于由控制律构件生成的控制信号由第二控制器30控制的过程中执行每个可测量状态的估计。适应律构件37构造成基于测量的状态和估计的状态之间的偏差来估计测量的状态x(t)和估计的状态之间的不确定度过滤器39可构造成基于预先选择的一组标准来过滤适应律构件的不确定度输出

控制律构件31、状态预测器构件35和适应律构件37可构造成被同时处理，以使每个构件将通过控制器同时解决来用于生成控制信号。例如，状态预测器构件35可构造成基于算式：估计设备1的至少一个操作变量的状态以识别用于操作变量的估计值，其中：

t是采样时间(T)内的时间，

u(t)是控制信号值，

是在时间(t)处的用于操作变量的估计值，

A_m是状态预测器的第一模型参数，

B_m是状态预测器的第二模型参数，

并且等于t∈(iT，i+1)T)，其中i是在整数的预先规定范围内的整数，并且其中：

等于-Φ^-1(T)μ(iT)，

Φ(T)等于

μ(iT)等于并且

是在用于操作变量的估计值和用于操作参数的测量值之间的差值。

适应律构件37可构造成将用于至少一个操作变量的估计值与操作变量的测量值比较，以基于算式来确定基于用于操作变量的测量值和估计值之间的差值的不确定值，其中x(t)是在时间(t)处的用于操作参数的测量值。

控制律构件31可构造成基于算式生成控制信号，其中：

u(s)是u(t)的拉普拉斯变换，

kg是内部模型的DC增量，

r(s)是参考信号r(t)的拉普拉斯变换，并且

C(s)是过滤器的拉普拉斯变换。

第二控制器30可构造成使得

\hat{x} (t) = A_{m} \hat{x} (t) + B_{m} u (t) + \hat{o} (t),

和

u (s) = k_{g} r (s) + C (s) {B_{m}}^{- 1} \hat{o} (s)

被同时计算。过滤器39可构造成基于预先选择的一组标准来过滤适应律构件37的输出用以改善(refine)通过适应律构件作出的不确定估计如何被控制律构件利用以生成控制信号u(t)。由第二控制器30生成的控制信号u(t)可发送至适应第二控制器30连接于其的一个或更多个元件以控制这些元件的操作，以使设备1或设备1的构件的操作调节成使至少一个操作参数(例如燃烧单元3的蒸汽温度、燃烧单元3的压力、用于从燃烧单元3放出的烟气的烟气流率等)保持在用于该操作参数的期望值的公差范围内。参数A_m和B_m和过滤器39的带宽可调整至期望程度，以使适应控制器30可实现期望控制性能。

第二控制器30的实施例可利用在控制环中用于不同的设备元件(例如燃烧单元3等)。例如，第二控制器30的实施例可利用在控制环中，该控制环构造用于实施发生在燃烧单元3中的燃烧的燃烧控制。燃烧控制环可构造成协调燃料和氧化剂流，保持发生在燃烧单元中的燃烧的稳定性，并且当燃烧单元从空气点燃燃烧模式切换至氧点燃燃烧模式时监督可发生的燃烧模式转换。第二控制器还可包括在构造成提供化学计量控制的控制环中，该控制环可构造成保持燃烧稳定性和效率，同时还经由燃烧单元中的燃料的燃烧的分级使烟气内的一氧化二氮成分的生产最小化。第二控制器的实施例还可利用在水/蒸汽控制环中，该水/蒸汽控制环可构造成协调供给水流给燃烧单元3的锅炉，控制过热蒸汽和再加热蒸汽的温度，并且使过热蒸汽喷雾阀保持在不同操作范围中。

例如，图4示出了设备1的示例性控制环，其可包括多个第二控制器30以用于设备1的控制操作中，以保持待发送至发电单元8的高压涡轮的燃烧单元3的主蒸汽的温度。蒸汽流可在穿过第一过热降温器装置45之前穿过过热面板41，第一过热降温器装置45接收水用于喷雾在该蒸汽流上，水经由包括第一控制阀43的水供给导管穿过第一过热降温器装置45，第一控制阀43能够调节成控制供给至第一过热降温器装置45的水的流率。在蒸汽穿过第一过热降温器装置45之后，流体可在穿过第二过热降温器装置49之前穿过过热蒸汽压板装置47，过热蒸汽压板装置47从第二控制阀48接收水用于第二过热降温器装置49的喷雾器，第二控制阀48经由第二水供给导管连接至水源。该水源可为经由第一控制阀43连接至第一过热降温器装置45的相同或不同的水源。流体可从第二过热降温器装置49输出至热交换器51，其可构造为最终过热器。在穿过热交换器51之后，蒸汽可随后供给至发电单元8的高压涡轮。多个第二控制器30可连接至主蒸汽回路的不同部分以帮助控制待输出至高压涡轮的蒸汽的温度。例如，第一蒸汽温度控制器81可通信连接至第一控制阀43以控制待供给至第一过热降温器装置的喷雾器的水的流率。第一蒸汽温度控制器81可从连接至第一过热降温器装置45和/或该装置的输出导管的测量装置接收数据，并且从第二蒸汽温度控制器82接收另外的数据。从第二蒸汽温度控制器82接收的数据可为发送至第一蒸汽温度控制器81的信号，第二蒸汽温度控制器82基于从测量装置接收的数据生成该信号，该测量装置识别第二过热降温器装置49的入口和出口处的蒸汽温度以识别供给至第二过热降温器装置49的蒸汽的温度和从第二过热降温器装置输出的蒸汽的温度之间的不同。第二蒸汽温度控制器82发送至第一蒸汽温度控制器81的数据还可基于设定点值，第二蒸汽温度控制器82可从分配控制系统23和/或第一控制器21接收该设定点值。可选地，该设定点值可另外在第二蒸汽温度控制器82的存储器中限定。在一些实施例中，接收用于输入至第二过热降温器装置49和从其输出的蒸汽的温度数据的差异检测器装置Δ可发送信号至第二温度控制器82以识别供给至第二过热降温器装置49的蒸汽的温度和从第二过热降温器装置49输出的蒸汽的温度之间的差异。

第三蒸汽温度控制器83可连接至第二控制阀48以控制供给至第二过热降温器装置49的喷雾器的水的流率。由第三蒸汽温度控制器83生成的控制信号可基于从测量装置接收的从第二过热降温器装置49输出的蒸汽温度以及从第四蒸汽温度控制器84接收的数据。第四蒸汽温度控制器84可生成发送至第三蒸汽温度控制器83的、基于设定点值和从热交换器51输出用于输出至高压涡轮的蒸汽的温度的数据。由第四蒸汽温度控制器84接收的温度数据可来自连接至输出蒸汽流过其的导管的测量装置，并且设定点值可从第一控制器21或分配控制系统23接收。可选地，该设定点值可限定在第四蒸汽温度控制器84的存储器中。

图5示出用于可发送至发电单元8的中压和/或低压涡轮的再加热蒸汽的另一个示例性控制环，其中第二适应控制器30的实施例可利用在设备的实施例中。再加热蒸汽控制环可包括第一低温再加热器装置61，其可构造成再加热流体用于生成再加热蒸汽用于随后供给至中压涡轮和/或低压涡轮。在再加热器装置61中被再加热之后，加热蒸汽可经由连接至第一再加热蒸汽过热降温器装置63的第一再加热蒸汽供给导管穿过第一再加热蒸汽过热降温器装置63。从第一再加热蒸汽过热降温器装置63输出的蒸汽可经由再加热蒸汽过热降温器输出导管供给至第二再加热器装置67。第二再加热器装置67可将蒸汽加热到预先选择的温度范围内的温度用于发送至中压涡轮和/或低压涡轮。待经由第一再加热蒸汽过热降温器装置63的喷雾器喷雾到蒸汽中的水可经由可调的第三控制阀65从水源被接收，以调节待供给至喷雾器的水的流率。第一再加热蒸汽控制器91可通信连接至第三控制阀65以发送信号给第三控制阀用于控制该阀和待供给至第一再加热蒸汽过热降温器装置63的喷雾器的水的流率。第一再加热蒸汽控制器91可从测量装置接收数据，该测量装置将基于由第一再加热蒸汽过热降温器装置63输出的蒸汽的温度的数据发送至第一再加热蒸汽控制器91。第一再加热蒸汽控制器91还可从第二再加热蒸汽控制器92接收数据。经由第一再加热蒸汽控制器91发送至第三控制阀63的控制信号可基于关于由第一再加热蒸汽过热降温器装置63输出的蒸汽的温度的数据(第一再加热蒸汽控制器91从测量传感器或检测器装置接收该数据)，以及从第二再加热蒸汽控制器92接收的数据由第一再加热蒸汽控制器91生成。

第二再加热蒸汽控制器92可基于设定点值和关于从第二再加热器装置67输出的再加热蒸汽的温度的数据来发送数据给第一再加热蒸汽控制器91，该温度可为待输出至发电单元8的低压和/或中压涡轮的再加热蒸汽的温度。关于从第二再加热器装置67输出的再加热蒸汽的温度的数据可为来自测量装置的数据，该测量装置识别再热蒸汽的温度或者提供基于此类检测温度的信号给第二再加热蒸汽控制器92。由第二再加热蒸汽控制器92利用的用于再加热蒸汽温度的设定点值可基于数据或可为如下值，第二再加热蒸汽控制器92从第一控制器21或分配控制系统23接收该数据，该值以另外的方式限定在第二再加热蒸汽控制器92的存储器中。

由测量供给到第一再加热蒸汽过热降温器装置63中并且从第一再加热蒸汽过热降温器装置63输出的蒸汽的温度的测量装置生成的数据还可发送至另一个装置和/或第三再加热蒸汽控制器93以用于生成用于其它设备元件的控制信号。例如，由测量供给进出第一再加热蒸汽过热降温器装置63的蒸汽的温度的测量装置生成的数据可供给至差异检测器装置Δ，其可基于第一再加热蒸汽过热降温器装置63的输入和输出蒸汽温度的差值生成信号或另外的发送数据。该数据可发送至回路或其它类型的电子装置69用于在发送该数据给第三再加热蒸汽控制器93之前的随后处理。第三再加热蒸汽控制器93可基于此类数据以及关于待输出至中压涡轮和/或低压涡轮的再加热蒸汽温度的数据(第三再加热蒸汽控制器93可从监控待输出至低压和/或中压涡轮的再加热蒸汽的温度的测量装置接收该数据)来生成控制信号用于调节燃烧单元的焚烧器的倾斜(tilting)。

第四再加热蒸汽控制器94还可用于影响关于蒸汽温度的过程参数。例如，第四再加热蒸汽控制器94还可接收关于待输出至中压/或低压涡轮的再加热蒸汽的温度的数据以用于生成控制信号，该控制信号发送至第五再加热蒸汽控制器95用于生成用于发送至风扇71的控制信号，风扇71可构造成驱动一定流率的烟气再循环至燃烧单元3。第五再加热蒸汽控制器95可构造成基于其从第四再加热蒸汽控制器94接收的数据和从脱硫单元11再循环至燃烧单元3的烟气的流率生成用于风扇71的控制信号。第五再加热蒸汽控制器95可从测量装置接收数据(该测量装置监控从脱硫单元11再循环至燃烧单元3的烟气的流率)，以用于生成用于风扇71的控制信号。在一些实施例中，该流率数据可为基于测量流率或者与测量流率相关或以另外的方式基于该测量流率生成的信号的数据。

基于模拟和其它测试，确定的是，相比于常规的PID控制器，适应第二控制器30的实施例可提供更好的瞬态性能，并且还可减少由变化的发电单元8的功率输出和/或燃烧单元3或设备1的热负载的干扰引起的过程瞬态。确定的是，第二控制器30的实施例可利用成使得设备1的实施例可具有对某些条件的瞬态响应的相对快适应，该某些条件可在设备1的操作期间出现。例如，适应第二控制器的架构的状态预测器构件35可提供设备的动态的模型估计，而适应律构件37处理失配或不精确，模型可具有设备的实际性能以纠正可存在于被适应第二控制器30利用的模型中的错误。此外，适应第二控制器30的实施例不需要设备的模型，以使适应第二控制器30的设计可相比于可利用在工业设备中的常规控制器，如比例-积分-微分(PLD)控制器被简化。此外，当常规控制器可在设备的动态改变的情况下失效时，适应第二控制器30的实施例可构造成在此类条件下提供良好的控制性能。例如，确定的是，第二控制器30的利用可构造成通过具有蒸汽温度偏差的25％的下降并且还确定成提供再加热蒸汽温度偏差的47％的下降而将待输出至高压涡轮的蒸汽温度控制成更统一。适应第二控制器30的使用还确定成减小期望设定点值和最大温度之间的偏差，同时还减小期望设定点值和最小温度值之间的偏差。

应当认识到的是，设备(如本文中清楚地论述的任何特定实施例中的工业设备或发电厂)的以上提到的特征中的任一个可与其它实施例的其它特征或元件组合，除非此类组合将互相排斥或以另外的方式不相容，如可由本领域技术人员认识到的。还应当理解的是，由至少一个测量装置发送至第二控制器30的测量数据可包括信号或其它类型的数据，其基于由测量装置感测或检测的测量的温度、压力、流率或其它参数来由该装置生成。还应当认识到的是，可对上述实施例作出不同变化以满足特定的一组设计标准。例如，燃烧单元可构造成包括至少一个燃烧器，如锅炉单元的熔炉，其构造成在多个燃烧区中燃烧燃料。此类锅炉单元的熔炉可仅包括一个焚烧器或者可包括多个间隔开的焚烧器。在又一个实例中，热交换器、泵、风扇、阀、测量传感器、测量检测器和其它类型的测量装置、导管元件(例如管、管子、管道、导管等)和其它元件还可添加于系统的实施例，以便于流体移动或帮助控制系统操作中的改变。作为又一个实例，ASU可具有多个储存罐，如多个氧保持容器，用于保存氧气或储存此类气体直到气体需要供给至燃烧单元。

尽管已经参照各种示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，可作出各种改变，并且等同方案可替换其元件，而不脱离本发明的范围。此外，可使许多改型适合本发明的教导的特定情形或材料，而不脱离其基本范围。因此，意图是，本发明不限于公开为构想用于执行本发明的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims

1.一种控制具有燃烧单元的设备的至少一个操作参数的方法，包括：

(a)估计所述设备的至少一个操作变量的状态以识别用于所述操作变量的估计值；

(b)对于每个操作变量，将用于所述操作变量的所述估计值与所述操作变量的测量值比较以确定基于用于所述操作变量的所述测量值和所述估计值之间的差值的不确定值；以及

(c)基于参考信号、所述测量值和偏差值生成控制信号，用于发送至所述设备的至少一个元件用于控制所述设备的过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧单元是锅炉。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设备的所述操作参数是所述锅炉中的蒸汽温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，估计所述设备的所述至少一个操作变量的所述状态以识别用于所述操作变量的所述估计值基于算式：

\hat{x} (t) = A_{m} \hat{x} (t) + B_{m} u (t) + \hat{o} (t)

执行，其中：

t是采样时间(T)内的时间，

u(t)是控制信号值，

是在时间(t)处的用于所述操作变量的估计值，

A_m是状态预测器的第一模型参数，

B_m是所述状态预测器的第二模型参数，

并且等于t∈(iT，i+1)T)，其中i是整数的预先规定范围内的整数，并且其中：

等于-Φ^-1(T)μ(iT)，

Φ(T)等于

μ(iT)等于并且

是用于所述操作变量的所述估计值和用于所述操作参数的所述测量值之间的差值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将用于所述操作变量的所述估计值与所述操作变量的测量值比较以确定基于用于所述操作变量的所述测量值和所述估计值之间的差值的不确定值基于算式：

\hat{x} = x (t) - \hat{x} (t),

其中：

x(t)是在时间(t)处的用于所述操作参数的所述测量值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制信号的生成基于算式：

u (s) = k_{g} r (s) + C (s) {B_{m}}^{- 1} \hat{o} (s),

其中：

u(s)是u(t)的拉普拉斯变换，

kg是内部模型的DC增量，

r(s)是参考信号的拉普拉斯变换，并且

C(s)是过滤器的拉普拉斯变换。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

u (s) = k_{g} r (s) + C (s) {B_{m}}^{- 1} \hat{o} (s), \hat{x} (t) = A_{m} \hat{x} (t) + B_{m} u (t) + \hat{o} (t)

和通过控制器同时计算用于所述控制信号的生成，所述控制器包括硬件，所述控制器的所述硬件包括处理器、通信连接至所述处理器的非瞬态存储器和至少一个通信连接至所述处理器的收发器单元。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括调整所述过滤器的带宽、所述状态预测器的所述第一模型参数和所述状态预测器的所述第二模型参数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述过滤器的所述带宽、所述状态预测器的所述第一模型参数和所述状态预测器的所述第二模型参数的调整在步骤(a)-(c)之前发生。

10.一种装置，包括：

至少一个控制器，其构造成连接至设备的燃烧单元，所述控制器包括具有至少一个处理器、通信连接至所述处理器的非瞬态存储器和至少一个通信连接至所述处理器的收发器单元的硬件；

所述控制器构造成与所述燃烧单元的至少一个元件通信以在连接至所述燃烧单元时控制所述燃烧单元的至少一个操作参数，所述控制器构造成执行控制过程，其包括：

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，估计所述设备的所述至少一个操作变量的所述状态以识别用于所述操作变量的所述估计值基于算式：

\hat{x} (t) = A_{m} \hat{x} (t) + B_{m} u (t) + \hat{o} (t)

执行，其中：

t是采样时间(T)内的时间，

u(t)是控制信号值，

是在时间(t)处的用于所述操作变量的估计值，

A_m是状态预测器的第一模型参数，

B_m是所述状态预测器的第二模型参数，

等于-Φ^-1(T)μ(iT)，

Φ(T)等于

μ(iT)等于并且

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，将用于所述操作变量的所述估计值与所述操作变量的测量值比较以确定基于用于所述操作变量的所述测量值和所述估计值之间的差值的不确定值基于算式：

\hat{x} = x (t) - \hat{x} (t),

其中：

x(t)是在时间(t)处的用于所述操作参数的所述测量值。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制信号的生成基于算式：

u (s) = k_{g} r (s) + C (s) {B_{m}}^{- 1} \hat{o} (s),

其中：

u(s)是u(t)的拉普拉斯变换，

kg是内部模型的DC增量，

r(s)是参考信号的拉普拉斯变换，并且

C(s)是过滤器的拉普拉斯变换。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，

u (s) = k_{g} r (s) + C (s) {B_{m}}^{- 1} \hat{o} (s), \hat{x} (t) = A_{m} \hat{x} (t) + B_{m} u (t) + \hat{o} (t)

和

u (s) = k_{g} r (s) + C (s) {B_{m}}^{- 1} \hat{o} (s)

将同时计算。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述设备的所述燃烧单元是锅炉，并且所述操作参数是待从所述锅炉输出至至少一个涡轮的蒸汽的蒸汽温度。