CN105700494A - 基于模型的组合循环发电厂负载控制 - Google Patents

基于模型的组合循环发电厂负载控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于模型的组合循环发电厂负载控制。控制系统使用在传统的闭环反馈控制方案内归因于燃气涡轮机需求变化的经建模的蒸汽涡轮机兆瓦(功率)变化(即，蒸汽涡轮机比燃气涡轮机的转移函数)来执行对组合循环发电厂的控制。该控制系统实现了一种形式的内模控制并为了总体上较好的鲁棒控制而提供了较好的单位兆瓦(功率)设定点跟踪和干扰变量抑制，并因此运行来以提供了时间上的成本节约的方式优化组合循环发电厂中的燃气涡轮机的运行。

Description

基于模型的组合循环发电厂负载控制
技术领域
本申请总体上涉及对发电设备的控制，并且具体来说，涉及基于模型的控制的实施方式，该基于模型的控制将用于减小具有多种类型的发电设备的工厂(例如，组合循环发电厂)的响应时间。
背景技术
多种工业应用和非工业应用使用燃料燃烧锅炉，该燃料燃烧锅炉通常运行以通过燃烧多种类型的燃料(诸如煤、燃气、油、废弃材料等等)中的一种燃料来将化学能转换成热能。燃料燃烧锅炉的示范性使用可以在热力发电机中，其中，燃料燃烧炉从通过锅炉内的多个管材和管道的水来产生蒸汽，并且所产生的蒸汽随后可用于运行一个或多个蒸汽涡轮机来产生电力。热力发电机的电气输出或电力输出可以是锅炉中所产生的热量的函数，其中，热量可以直接由例如每小时所消耗(例如，所燃烧的)的燃料的量来确定。
在发电厂中所使用的典型的蒸汽产生系统可以包括具有过热器部分(具有一个或多个子部分)的锅炉(在组合循环工厂中被称为热回收蒸汽发生器(HRSG))，在过热器部分中可以产生蒸汽并随后向第一(通常是高压强的)蒸汽涡轮机提供该蒸汽并在第一蒸汽涡轮机中使用该蒸汽。为了提高系统的效率，离开此第一蒸汽涡轮机的蒸汽随后可以在锅炉的再热器部分中进行再热，锅炉的再热器部分可以包括一个或多个子部分，并且随后可以向第二(通常是低压强的)蒸汽涡轮机提供经再热的蒸汽。然而，必须以协调的方式来控制发电系统的炉/锅炉部分以及发电系统的涡轮机部分，以产生期望的功率量。
此外，发电厂的蒸汽涡轮机通常在不同时间以不同的运行等级来运行，以基于向发电厂提供的可变能量或负载需求来产生不同的电量或功率量。例如，在许多情形下，发电厂可以连接到电力分配网络(有时被称为电力网)中，并向电力网提供指定的功率量。在这种情形下，电力网管理者或控制机构(controlauthority)通常对电力网进行管理，以使得电力网上的电压水平保持在恒定水平或接近恒定的水平(可以位于额定水平内)，并且以基于电力用户对设置于电力网上的电力(功率)的电流需求来提供持续的功率供应。当然，电网管理者通常计划在每天的某些时间期间比其它时间较多地使用并因此具有较大的功率需求，以及在一周和一年的某些天期间比其它天较多地使用并因此具有较大的功率需求，并且可以运行一个或多个优化例程来确定需要在任何特定时间由连接到电力网的各个发电厂所产生的最佳功率量和功率类型，以满足电力网上的电流需求或者期望的整体功率需求。
作为该过程的部分，电网管理者通常向提供功率给电力网的发电厂中的每个发电厂发送功率需求要求或负载需求要求(也被称为负载需求设定点)，其中，功率需求要求或负载需求设定点指定了在任何特定时间每个特定的发电厂可以被分派的以提供在电力网上的功率量。当然，为了实现对电力网的适当的控制，电网管理者可以在任何时间针对连接到电力网的不同发电厂发送新的负载需求设定点，以考虑被供应到电力网的或者从电力网消耗的功率的期望的和/或意外的变化。例如，电网管理者可以响应于需求(其通常在正常营业时间期间和工作日比在晚上和周末更高)的期望的或意外的变化来针对特定的发电厂改变负载需求设定点。同样地，电网管理者可以响应于电网上功率供应的意外的或期望的减小(诸如，由意外地发生故障或者被脱线以便进行正常维护或排定维护的特定的发电厂处的一个或多个功率单元所造成的减小)来针对特定的发电厂改变负载需求设定点。
尽管电网管理者可以在任何时间针对特定的发电厂提供或改变负载需求设定点，但基于蒸汽涡轮机的发电厂自身通常不能同时增加或减少被供应到电力网的功率量，因为蒸汽涡轮发电设备通常显示出由于这些系统的物理特性而引起的响应时间(例如，两分钟或四分钟)的显著滞后。如公知的，本文中的响应时间是蒸汽发生器达到需求的阶跃变化的大约百分之66.6所花费的时间量。例如，为了增加基于蒸汽涡轮机的发电系统的功率输出，可能需要改变系统内所花费的燃料量，以由此增加系统的锅炉内的蒸汽压强或水温，蒸汽压强和水温需要有限的而不少的时间量。因此，总的来说，基于蒸汽涡轮机的发电厂只能以特定的并且相对慢的速率来使得供应给电网的功率倾斜上升或倾斜下降，其可以基于工厂内的发电设备的特性。
试图克服或减少该问题，一些发电厂(通常被称为组合循环发电厂)执行了蒸汽涡轮发电设备和燃气涡轮发电设备两者。具体来说，由于通过燃气涡轮机的热流与在燃气涡轮机的上游即刻燃烧的燃气量相关，因此能较容易并且较快地改变燃气涡轮发电设备的发电能力。事实上，大多数燃气涡轮发电设备的响应时间为五到30秒的数量级。不管怎样，在组合循环发电厂中，运行燃气涡轮机设备，以使得工厂的负载输出以较快的方式倾斜上升(或下降)。此外，在典型的组合循环发电厂中，蒸汽涡轮机使用由燃气涡轮机的排气装置产生的蒸汽来运行，并且主要从燃气涡轮发电设备的废热产生功率。
然而，传统的组合循环公共工厂(即，发电厂)运行具有“阀敞开”的蒸汽涡轮机(ST)设备来使得通过蒸汽涡轮机控制阀的节流损失最小化。因此，这些工厂不能够对蒸汽涡轮机设备进行调制以提供兆瓦(MW)或功率调节。因而，大多数组合循环发电厂上的负载控制倾向于为开环系统，在该开环系统中，单位MW的需求的变化直接被发送到蒸汽涡轮机控制器，而不需要考虑归因于蒸汽涡轮机的潜在的兆瓦变化。随后从燃气涡轮机的需求或控制点中减去蒸汽涡轮机上最终的兆瓦(功率)变化(在与使蒸汽涡轮机设备倾斜上升或下降相关联的滞后时间之后)，以获得所需要的最终稳定状态的单位MW功率。
对于循环发电单元或渐变发电单元，由于跨越燃气涡轮机排气装置内热回收蒸汽发生器(HRSG)的长的热传递时间常数以及蒸汽涡轮机处于阀敞开模式并且不能提供负载调节的事实，因此此运行方法可能意味着燃气涡轮机超过需求或低于需求的不必要的周期。
发明内容
控制方案在传统的闭环反馈控制方案内使用了归因于燃气涡轮机需求变化的经建模的蒸汽涡轮机MW(功率)变化(即，蒸汽涡轮机比燃气涡轮机(ST/GT)的转移函数)，以便以较有效的方式来执行对组合循环发电厂的控制。此控制系统(处于内模控制(IMC)的形式的基础层级(basiclevel))被认为提供了较好的单位MW设定点跟踪和干扰变量抑制，以便对组合循环发电厂进行总体上较鲁棒的控制。此外，此控制方案优化了燃气涡轮机运行并提供了时间上的成本节约。此控制方案还可以适用于其它类型的多设备类型功率单元(包括例如具有管道燃烧器的组合循环单元)或者具有多种类型的发电设备的任何发电系统，该多种类型的发电设备具有显著不同的响应时间。此外，例如，当受控制的多个过程或工厂设备的输出受到发送至该多个设备中的一个设备的控制信号影响时，此控制方案可以适用于控制过程或工厂硬件而不是控制发电硬件的控制系统中。
在一种情形下，一种发电系统包括多个互连的或者互相关联的发电设备，该发电系统包括燃气涡轮发电单元和蒸汽涡轮发电单元。燃气涡轮发电单元可具有燃气进口、耦合到燃气进口以产生经燃烧的燃气的燃气燃烧器、耦合到燃气燃烧器并通过燃气燃烧器中燃气的燃烧来提供动力的燃气涡轮机、以及经燃烧的燃气的排放装置。此外，蒸汽涡轮发电单元可具有蒸汽进口系统、耦合到蒸汽进口系统并且由来自蒸汽进口系统的蒸汽提供动力的蒸汽涡轮机、以及蒸汽出口。在这种情形下，燃气涡轮发电单元和蒸汽涡轮发电单元进行互连，以使得蒸汽进口系统耦合到经燃烧的燃气的排放装置，以便吸收来自经燃烧的燃气的排放装置中的经燃烧的燃气的热量，以在蒸汽进口系统中产生经加热的蒸汽。发电系统还包括电能产生单元，该电能产生单元机械地耦合到燃气涡轮机并耦合到蒸汽涡轮机，以基于燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的运动来产生电能。
此外，发电系统包括控制系统，该控制系统产生燃气涡轮机控制信号来控制燃气燃烧器内燃气的燃烧，以由此控制由电能产生单元产生的电能。控制系统可以包括控制器、过程模型、以及控制器输入信号发生单元，其中，过程模型的输入耦合到控制器的输出来产生预测的蒸汽涡轮机输出。此外，控制器输入信号发生单元可以通过将预测的蒸汽涡轮机输出、负载设定点、测量到的燃气涡轮机输出以及测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合来产生用于控制器的控制器输入信号。
如果期望的话，控制器输入信号发生单元将测量到的燃气涡轮机输出与测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合，以产生当前单元输出，并且还产生作为当前单元输出与负载设定点之间的差分的差分信号。控制器输入信号发生单元还可以通过将由过程模型产生的预测的蒸汽涡轮机输出与测量到的燃气涡轮机输出进行组合来产生预测的单元输出，并可以通过对差分信号与预测的单元输出求和来产生控制器输入信号。
发电系统的控制系统可以包括调整过程模型的模型调整单元，并且该模型调整单元可以耦合到负载设定点，并且运行以基于负载设定点的值来调整过程模型。控制系统还可以包括增益调度单元(诸如自适应增益调度单元)，该增益调度单元耦合到控制器来调整在控制器中使用的一个或多个增益值，以产生控制器的输出。增益调度单元还可以耦合到负载设定点，并且运行以基于负载设定点的值来调整由控制器使用的一个或多个增益。更进一步，控制系统可以包括误差积分器(诸如可切换的误差积分器)，该误差积分器耦合到控制器的输出并可以包括对误差积分器的输出与控制器的输出求和以产生燃气涡轮机控制信号的求和单元。再进一步，控制器输入信号发生单元可以产生作为测量到的燃气涡轮机输出和测量到的蒸汽涡轮机输出之和与负载设定点之间的差分的单位误差，并且误差积分器可以被耦合为接收该单位误差。
如果期望的话，过程模型可以响应于燃气涡轮机控制信号而基于燃气涡轮发电单元的运行来对蒸汽涡轮机的输出进行建模。此外，在某些情形下，蒸汽涡轮发电单元还可以包括另外的燃烧器系统，该另外的燃烧器系统燃烧燃料来对蒸汽进口系统内的蒸汽进一步加热。在这种情形下，控制系统还可以包括第二过程控制器以及第二过程模型，该第二过程控制器耦合到控制器输入信号发生单元来产生用于控制该另外的燃烧器系统的第二过程控制信号，该第二过程模型被耦合为接收第二过程控制器的输出，以基于另外的燃烧器系统的运行而产生另外的预测的蒸汽涡轮机输出。控制器输入信号发生单元或过程模型系统随后可以运行来将过程模型的输出与另外的预测的蒸汽涡轮机输出进行组合，以产生预测的蒸汽涡轮机输出，可以将测量到的燃气涡轮机输出与测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合以产生当前单元输出，可以产生作为当前单元输出与负载设定点之间的差分的差分信号，并可以通过将预测的蒸汽涡轮机输出与测量到的燃气涡轮机输出进行组合来产生预测的单元输出。同样地，控制器输入信号发生单元还可以通过对差分信号与预测的单元输出求和来产生初步控制器输入信号，并可以包括设定点分配器，该设定点分配器被耦合为接收初步控制器输入信号，该设定点分配器产生控制器输入信号和被提供作为向第二过程控制器的输入的第二控制器输入信号。
如果期望的话，电能产生单元可以包括第一发电机和第二发电机，该第一发电机机械地耦合到燃气涡轮机以基于燃气涡轮机的运动来产生电能，该第二发电机耦合到蒸汽涡轮机以基于蒸汽涡轮机的运动来产生电能。
在另一个示例中，产生燃气涡轮机控制信号来控制燃气燃烧器中燃气的燃烧以由此控制由电能产生单元产生的电能的控制系统可以包括控制器、过程模型系统、以及控制器输入信号发生单元，其中，过程模型系统包括蒸汽涡轮机模型和加法器，该蒸汽涡轮机模型耦合到控制器的输出以产生预测的蒸汽涡轮机输出，加法器对测量到的燃气涡轮机输出与预测的蒸汽涡轮机输出求和以产生预测的单元输出。控制器输入信号发生单元可以通过将预测的单元输出与负载设定点、测量到的燃气涡轮机输出以及测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合来产生用于控制器的控制器输入信号。
在另一个示例中，一种用于产生控制信号来控制具有第一发电单元和第二发电单元的发电机的运行的控制器，该第一发电单元和该第二发电单元被互连以使得改变对第一发电单元的控制影响第二发电单元的运行，该控制器包括处理器、以及计算机可读存储器，该计算机可读存储器储存控制器例程，以便在处理器上执行以产生用于控制第一发电单元的控制信号。控制器例程包括产生用于产生控制信号的输出信号的过程控制例程、包括用于对第二发电单元进行建模的过程模型的过程模型系统、以及过程控制输入信号发生例程。在该情形下，过程模型被耦合为接收过程控制例程的输出，以产生预测的第二发电单元输出，并且过程模型系统对测量到的第一发电单元输出与预测的第二发电单元输出求和以产生预测的单元输出。再进一步，过程控制输入信号发生例程通过将预测的单元输出与负载设定点、测量到的第一发电单元输出以及测量到的第二发电单元输出进行组合来产生用于过程控制例程的控制器输入信号。
此外，一种用于控制具有两个可控制单元的过程的方法，该两个可控制单元被互连以使得改变至第一单元的控制信号以改变该第一单元的输出还改变了第二单元的输出，其中，第一单元具有对至第一单元的控制信号的响应时间，该响应时间显著短于第二单元对至第一单元的控制信号的响应时间，该方法包括测量第一单元的输出、测量第二单元的输出、接收指示第一单元和第二单元的期望的总输出的设定点，以及响应于被提供给第一单元的控制信号来预测第一单元和第二单元的经组合的输出。此预测步骤可以包括经由处理器响应于至第一单元的控制信号而对第二单元的运行进行建模以产生预测的第二单元输出，以及使用处理器将所预测的第二单元输出与第一单元的测量到的输出相加以产生第一单元和第二单元的预测的经组合的输出。该方法还包括经由处理器基于第一单元的测量到的输出、第二单元的测量到的输出、设定点以及第一单元和第二单元的所预测的经组合的输出来产生控制例程输入信号，以及经由处理器执行控制例程，该控制例程基于控制例程输入信号来确定用于控制第一单元的运行的控制信号。
如果期望的话，响应于被传送到第一单元的控制信号来对第二单元的运行进行建模以产生预测的第二单元输出可以包括经由处理器执行过程模型，该过程模型对第二单元对于被提供给第一单元的控制信号的响应随时间的变化进行建模。同样地，产生控制例程输入信号可以包括使用处理器将第一单元和第二单元的所预测的经组合的输出与设定点、测量到的第一单元输出和测量到的第二单元输出进行组合可以包括使用处理器将测量到的第一单元输出与测量到的第二单元输出进行组合以产生组合单元输出，并且可以包括产生作为组合单元输出与设定点之间的差分的差分信号。再进一步，产生控制例程输入信号可以包括使用处理器对第一单元和第二单元的所预测的经组合的输出与差分信号求和。
该方法还可以包括使用处理器来执行第二过程控制例程以产生第二控制信号，该第二控制信号用于经由可变控制装置来控制第二单元的运行，该可变控制装置影响第二单元的运行。在这种情形下，响应于至第一单元的控制信号来预测第一单元和第二单元的经组合的输出可以包括：经由处理器响应于第二控制信号来对第二单元的运行进行建模以产生另外的预测的第二单元输出；以及使用处理器将所预测的第二单元输出和另外的预测的第二单元输出加到测量到的第一单元的输出，以产生第一单元和第二单元的预测的经组合的输出。该方法还包括向第一单元提供控制信号以控制第一单元的运行。
附图说明
图1示出了包括蒸汽涡轮发电设备的组合循环发电厂的框图，该蒸汽涡轮发电设备被耦合为使用燃气涡轮发电设备组内产生的热量。
图2示出了用于控制过程的典型开环控制系统的框图。
图3示出了使用内模控制来控制过程的典型闭环控制系统的框图。
图4示出了图3中的闭环控制系统的另一种形式的框图。
图5示出了可用于图4中的闭环控制系统中以提供对组合循环发电厂的增强的控制的控制例程的框图。
图6示出了可以在图4中的闭环控制系统上使用以提供对具有管道燃烧器的组合循环发电厂的增强的控制的控制例程的框图。
具体实施方式
现在参考图1，其中可以使用本文中详细描述的控制例程的组合循环发电厂10包括一组蒸汽涡轮发电设备12(例如，蒸汽涡轮机系统或蒸汽涡轮发电单元)、一组燃气涡轮发电设备14(例如，燃气涡轮机系统或燃气涡轮发电单元)以及控制器16，该控制器16运行以经由燃料流量控制阀18来控制蒸汽涡轮发电设备12和燃气涡轮发电设备14两者的运行，以便基于被提供给控制器16的负载需求信号20来产生经组合的输出负载。如将理解的，蒸汽涡轮发电设备12可以包括任何数量的组的发电设备，发电设备诸如为冷凝器22、用于产生来自蒸汽的动力(旋转力)的蒸汽涡轮机24、用于从动力产生功率的发电机26、以及使冷凝器22、蒸汽涡轮机24、和热源(在该情形下以来自燃气涡轮发电设备14的废热的形式)互连的管材和管道以及其它设备28。如将理解的，本文中加热蒸汽的蒸汽涡轮机24的上游设备可以被认为是蒸汽涡轮机进口设备，并且蒸汽可以从蒸汽涡轮机24经由蒸汽出口排出到一个或多个冷凝器22。具体来说，在这种情形下，蒸汽涡轮发电设备12包括热回收蒸汽发生器(HRSG)系统29，热回收蒸汽发生器(HRSG)系统29在一个或多个阶段以热量的形式从燃气涡轮发电设备14的排气管中回收(能量)。同样地，如将理解的，蒸汽涡轮发电设备12可以包括各种阀、喷头等等，它们可以连接到控制器16并由控制器16使用来控制蒸汽涡轮机24和HRSG系统29的运行。此外，如果期望的话，蒸汽涡轮发电设备12可以包括管道燃烧器系统31，管道燃烧器系统31燃烧位于蒸汽涡轮发电设备12的液体回收系统的管道内的燃料，以向进入蒸汽涡轮机24的蒸汽提供额外热量。当然，用于这种管道燃烧器系统中的管道燃烧器的燃料流量控制器(例如，阀)还可以连接到控制器16并由控制器16进行控制，因此管道燃烧器是可变控制装置。
以类似的方式，图1中的燃气涡轮发电设备14包括耦合到燃烧室30或者设置在燃烧室30内的一组燃烧器，该一组燃烧器燃烧从燃气进口传送的燃料(例如，天然气)以产生热空气(燃气)。经加热的燃气在高压强下流动通过一个或多个燃气涡轮机32以驱动燃气涡轮机32，该燃气涡轮机32驱动连接到一个或多个燃气涡轮发电机34的动力(例如旋转轴)。燃气涡轮发电机34随后运行以产生电功率(例如，电力)。来自燃气涡轮机的经加热的排放的燃气随后流动通过包括排气管36的燃气涡轮机排放装置，通过热回收蒸汽发生器系统29以产生用于驱动蒸汽涡轮机24的蒸汽。如在图1中示出的，燃烧室30耦合到受控制器16控制的燃料流量控制阀18，以便控制燃料(天然气)流动进入燃烧室30中，以由此控制燃气涡轮机32和燃气涡轮机34的功率输出。
如将理解的，控制器16可以被实现为任何期望类型的过程控制器硬件和/或软件。具体来说，控制器16可以以任何期望的方式被配置为或者被编程为执行本文中所描述的控制例程或技术。在一种情形下，控制器16可以包括通用处理器38和存储器39，该存储器39在其中将一个或多个控制例程40储存为待由处理器38执行或实现的控制或编程模块。处理器38随后可以实现一个或多个控制或编程模块40以成为专用处理器，该专用处理器以本文中所描述的方式运行来实现对组合循环工厂10的控制。在另一种情形下，处理器38可以是以专用集成电路(ASIC)的形式，并且使用如储存在ASIC的存储器39中的程序模块40进行编程以实现本文中所描述的控制技术。
在用于组合循环发电厂的标准控制系统(例如具有在图1中示出的形式的控制系统)中，蒸汽涡轮发电设备中的蒸汽阀(例如，HRSG系统29中的阀)通常在敞开(完全打开)的情形下运行或放置，以使得蒸汽涡轮机循环中的流动损失最小化。因此，控制器16不能使用这些控制阀来控制蒸汽涡轮机24的运行，但必须替代地控制进入燃气涡轮机燃烧室30中的燃料流动，以控制或影响燃气涡轮机循环的运行。因此，对大部分组合循环(CC)发电厂的负载控制趋向于使用开环控制系统来实施，其中，单位MW(功率)需求的变化直接被发送到燃气涡轮机(GT)兆瓦控制器，而不需要考虑归因于蒸汽涡轮机的潜在的兆瓦(功率)变化。随后从燃气涡轮机需求中减去蒸汽涡轮机上最终的(或瞬时的)兆瓦(功率)变化，以获得所需要的最终稳定状态的单位兆瓦(MW)。可惜，这种类型的控制(其可以在较长的时间段上是有效的)导致了对燃气涡轮机循环内燃料流动的变化存在大的蒸汽涡轮机循环响应时间，因为燃气涡轮机循环中燃料流动的变化一定会导致燃气涡轮机排放管36中产生额外热量，该额外的热量随后在HRSG系统29中把水加热以产生额外的蒸汽压力。由于这些物理动态，蒸汽涡轮机24的入口处的蒸汽压力的变化显著滞后于至燃气涡轮机燃烧室30的燃料流量的变化，导致了蒸汽涡轮发电设备12的大的或长的响应时间(例如，为两分钟至四分钟或更多分钟的数量级)。因此，燃气涡轮机32对被发送用于控制燃气涡轮机系统14的运行的控制信号的响应时间显著短于(即，快于)蒸汽涡轮机24响应于被发送用于控制燃气涡轮机系统14的运行的控制信号的响应时间。
如将理解的，蒸汽涡轮发电设备12的慢的响应时间通常导致了对燃气涡轮发电设备14的开环控制，燃气涡轮发电设备14具有低得多的响应时间并且通常以提供了负载需求的任何所需要的短期变化的方式来控制或调制该燃气涡轮发电设备14。由于蒸汽涡轮发电设备倾斜上升以辅助于提供所期望的工厂负载输出，因此燃气涡轮发电设备被向下控制或调制以提供较少的输出功率或负载(其再次影响了蒸汽涡轮发电设备12的运行)。尽管这种类型的控制在缓慢改变负载需求的情况下或者当负载需求相对稳定时是有效的，但是当负载需求正经历许多变化或者正在循环时，这种类型的控制导致了燃气涡轮发电设备14的过度使用或使用不足。
图2-6示出了一组控制例程，所述一组控制例程可用于响应于快速变化或循环负载需求而以提供了对输出负载的较好或较多控制的方式来控制图1中的组合循环发电厂10。具体来说，本文中所描述的控制方案依赖于内模原理，该内模原理通常阐述了只有当控制系统包含了(隐含地或明确地)对待控制的过程的某种表示时才可以获得准确得控制。总的来说，本文中所描述的控制方案的目的在于在传统的闭环反馈控制系统内使用归因于燃气涡轮机的需求的变化(即，ST/GT转移函数)的经建模的蒸汽涡轮机MW(功率)变化。因此，此控制方案为内模控制(IMC)的形式，并且被期望提供用于总体上较好的鲁棒控制的较好的单位MW(功率)设定点跟踪和干扰变量抑制。此外，实现该控制方案的最终结果优化了燃气涡轮机的运行并获得了时间上的成本节约。
作为背景，图2示出了包含具有控制转移函数C(s)的控制器52，控制器52耦合到具有转移函数G(s)的过程54并控制过程54。控制器52接收控制点R(s)并驱动过程54以影响特定过程变量Y(s)(被称为受控变量)的值或者以驱动特定过程变量Y(s)。在图2中的控制系统50的情形下，如果控制器转移函数C(s)是过程转移函数G(s)的准确逆模型，则过程变量Y(s)将完美地追踪设定点R(s)。然而，在实际中，将总是会存在建模误差和干扰，并且因此，对于控制器52校正建模误差干扰需要某种形式的反馈机制。在这种类型的开环控制努力(effort)的情况下还存在可能难以克服的成本和可行性问题。
如图3所示出的闭环控制系统60示出了内模控制策略的通用形式。具体来说，图3中的控制系统60包括产生控制信号U(s)的控制器62(其可以是图2中的控制器52)，控制器62运行以控制过程64(其可以与图1中的过程54相同)。具体来说，控制信号U(s)控制过程64内的某个设备或某些设备，以影响并由此控制过程变量Y(s)。在这种情形下，具有过程64的模型的模型单元66(在图3中被标记为具有转移函数的模型)接收控制信号U(s)并产生受控制的过程变量Y(s)的预测值求和单元68确定实际过程变量Y(s)与如由模型单元66输出的预测的过程变量之间的误差D(s)。误差D(s)(其是过程64中的干扰以及模型66中的建模误差的函数并表示了过程64中的干扰以及模型66中的建模误差)随后在加法器70中与设定点信号R(s)求和。加法器70的输出反馈到控制器62，以作为控制器输入。此外，为了示出的目的，图6示出了对干扰值D(s)与过程64的输出求和以表示包含过程变量Y(s)中未建模的干扰。
如果模型单元66的模型是对过程转移函数G(s)的完美表示，并且如果不存在干扰D(s)，则加法器68的输出D(s)将等于零，并且图3中的控制循环简单地减少到理想的开环控制系统。然而，由于这种情况是罕见的情形，因此控制器62可以以已知的方式进行调整，以满足对设定点跟踪和干扰抑制的应用需求。
图4示出了仅仅是图3中的控制系统60在传统的反馈控制器框架中的再布置形式的控制系统80。因此，图4中的附图标记示出了与图3中的附图标记相同或相似的元素。图3和图4中的图示之间的基本差别在于至加法器68和70的输入已经改变，从而差分单元68计算设定点R(s)与过程变量Y(s)之间的差分以产生误差信号，随后将该误差信号加到如由模型单元66输出的预测的过程变量以产生向控制器62的输入。然而，加法器70的最终输出在图3和图4中是相同的。此外，图4中的虚线框82示出了由IMC控制器所执行的功能，该IMC控制器可用于实现本文中所描述的组合循环负载控制方案。
图5示出了新的组合循环工厂负载控制方案100的框图，该新的组合循环工厂负载控制方案可以被实现为图4中的IMC控制器82。在图5中的控制方案中，由工厂或过程64输出的单位MW(功率)是图4中的过程变量Y(s)(也就是说，控制方案中的受控变量)，燃气涡轮机(GT)需求(控制信号)102是图4中的控制器输出U(s)，并且单位功率(MW)设定点104是图4中的设定点R(s)。如将理解的，燃气涡轮机(GT)需求信号102是待由燃气涡轮机(例如，图1中的燃气涡轮机32)产生的总的MW(功率)。对于具有多个燃气涡轮机的单元，可以以任何已知的或期望的方式来针对经组合的燃气涡轮机MW(功率)分配这种需求。此外，如在图5中示出的，控制方案100使用一个或多个燃气涡轮机106的(例如测量到的)瞬时MW(功率)输出以及一个或多个蒸汽涡轮机108的(例如测量到的)瞬时MW(功率)输出作为输入。此外，图5中的控制方案100包括具有控制器112的控制系统以及具有模型单元116的模型系统，控制器112可以是任何期望类型的通用控制器或补偿器(诸如超前/滞后补偿器)，模型单元116实现蒸汽涡轮机循环的预测的模型。如被认为是最佳匹配，可以基于在模型单元116中使用的模型来选择控制器112内的控制器算法。如将理解的，模型单元116响应于燃气涡轮机需求(控制)信号的变化来对蒸汽涡轮发电系统(例如，图1中的蒸汽涡轮发电系统)的运行进行建模。因此，模型系统以及具体来说模型单元116运行以响应于燃气涡轮机控制信号或者GT需求信号102的变化来预测蒸汽涡轮机系统的输出功率。在模型单元116中使用的模型算法可以基于使用自回归或其它期望的技术的动态预测并且可以使用实证检验来执行建模。由于产生燃气涡轮机功率的时间常数(例如，五到三十秒)显著短于产生蒸汽涡轮机功率的时间常数(例如，两到四分钟)，因此不需要对燃气涡轮机的运行进行建模。然而，如果期望的话，可以将燃气涡轮机的运行并入到模型单元116中，或者可以由不同的建模单元来提供燃气涡轮机的运行。
在运行期间，加法器120对瞬时的燃气涡轮机MW(功率)输出信号106与瞬时的蒸汽涡轮机MW(功率)输出信号108求和，以产生对总的工厂输出或单位MW(功率)输出121的测量。信号121表示图4中的过程变量Y(s)。提供加法器120的输出作为向加法器122的输入，加法器122还接收单位MW(功率)设定点信号104作为输入。加法器122(其本质上为图4中的加法器68)计算单位MW输出121与单位MW设定点104(其可以响应于变化的负载需求而变化)之间的差分。因此，加法器122的输出是表示单位MW误差124的差分信号。
模型单元116接收或被耦合为接收由控制器112输出的控制信号(如由加法器140处理的)并产生模型输出130，该模型输出130表示被提供给加法器132的所预测的蒸汽涡轮机功率输出(对于当前时间)。加法器132对模型116的输出130(其为预测的蒸汽涡轮机功率输出信号)与瞬时的(测量到的)燃气涡轮机功率输出信号106求和，以产生表示工厂的预测的功率输出的预测的单位MW(预测的工厂输出)信号134(即，图4中的过程64)。
如在图5中示出的，将预测的单位MW(预测的工厂输出)信号134提供给加法器136，加法器136对预测的单位MW(预测的工厂输出)信号134与单位MW误差信号124进行求和以产生向控制器112输入的反馈信号138。(加法器136实质上是图4中的加法器70，而模型单元116和加法器132表示图4中的模型66)。如将理解的，图5中除了控制器112和模型116以外的各个部件(例如包括加法器120、122、136，以及在某些情形下加法器132)可以被称为控制器输入信号发生单元，因为这些部件根据测量到的燃气涡轮机输出106、测量到的蒸汽涡轮机输出108、负载或单位设定点104以及预测的蒸汽涡轮机输出信号和/或预测的单元输出信号134产生了控制器输入信号138。不管怎样，控制器112使用输入信号138来产生初始的燃气涡轮机负载控制信号，该燃气涡轮机负载控制信号被提供给加法器140，加法器140的输出被提供给模型116。(在这种情形下，最终的或者经补偿的控制输出可以被认为是加法器140的输出，加法器140可以是控制器112中的部分)。然而，如果期望的话，由控制器112输出的初始的燃气涡轮机负载控制信号可以被用作为至一个或多个燃气涡轮机的控制信号，例如，作为至一个或多个燃气涡轮机的燃气流量控制信号。
如将理解的，图5中的控制方案100使用发电厂的内部模型，该内部模型对组合循环发电厂的仅仅一个循环(例如，蒸汽涡轮机循环)的输出进行建模或预测，并且其使用例如发电厂的另一个循环(例如，燃气涡轮机循环)的测量到的输出来产生发电厂的预测的功率输出(即，图4中预测的过程变量)。相比于尝试对燃气涡轮机循环和蒸汽涡轮机循环共同进行建模的模型，更简单地创建和实现此模型。然而，由于两个循环显著不同的响应时间(例如，近似地或者大于一个数量级)，因此使用这种类型的简化模型是可接受的。
如果期望的话，图5所示出的控制方案100可以包括可切换的稳定状态误差积分器142，该可切换的稳定状态误差积分器142被配置为对单位MW误差信号124进行积分以产生被输入到加法器140的补偿信号，其中，将补偿信号与来自控制器112的初始控制信号输出进行组合(例如，相加)，以产生经补偿的控制输出来提高控制方案110的性能。具体来说，稳定状态误差积分器142响应于单位MW误差信号124而运行，以产生尝试将稳定状态控制器误差减小到零的补偿信号。总的来说，使该误差为零需要设置在闭环转移函数内的纯积分器，其中，误差积分器是模型和控制器增益的函数。尽管这些增益可以被确定为使误差偏移接近于零，具有大于过程变量的时间常数若干数量级的时间常数的误差积分器有助于确保控制器误差将随着时间而归零。然而，由于误差积分器142被设计为在稳定状态情形期间使控制器误差归零，所以误差积分器142在负载渐变期间通常是关闭的，并且因此是响应于负载需求设定点的变化而可切换的。
再进一步，如图5中示出的，自动增益调度单元144可用于改变控制器112的运行，以便与模型单元116中使用的非线性过程模型保持最佳匹配。图5中的增益调度器144响应于单位MW设定点信号104并可以基于例如单位MW(负载需求)设定点104的值或范围来实现任何公知的或期望的增益调度例程。总的来说，增益调度器144可以基于发电厂的工作点(例如，期望的负载输出)而在不同的时间使用不同的控制器增益来调节控制器112。由于自动增益调度器是公知的，因此将不再详细描述增益调度器144。
此外，图5中示出的控制方案100可以包括模型调整单元146，为了较好的性能，模型调整单元146运行以调整由模型单元116使用的模型。具体来说，模型调整单元146有助于当跨越具有不同的组合循环配置(例如，1x1、2x1、3x1等等)的宽的负载范围运行时考虑非线性。这种机制可以基于模糊逻辑技术或使用任何其它公知的模型调整技术。
总的来说，图5中的控制方案100实现了对组合循环发电厂的较好的控制，尤其是响应于变化的负载需求。总的来说，控制方案100使用对组合循环中一个循环(例如，蒸汽涡轮机循环)的预测的模型来实现内模控制器技术，而不使用对另一个循环(例如，蒸汽涡轮机循环)的预测的模型。由于燃气涡轮机循环和蒸汽涡轮机循环(其具有比燃气涡轮机的响应时间显著更长的响应时间)的响应时间的显著差分，因此，控制方案100能够使用此配置。此外，图5中的控制方案100使用循环中的一个循环(即，蒸汽涡轮机循环)的预测值以及循环中的另一个循环的测量到的或者瞬时的输出值(实际的燃气涡轮机MW输出)来产生预测的输出(例如，预测的单元MW输出)。
图6详细描述了负载控制方案200，其是图5中对于具有作为蒸汽涡轮机循环的部分的管道燃烧器的单元的负载控制方案100的延伸。具体来说，图6中的控制方案或技术200具有以与图5中的元件相同的方式来运行的元素，并且相似的元素具有相同的附图标记。然而，图6中的控制方案200还产生了管道燃烧器需求或控制信号202，该管道燃烧器需求或控制信号202用于操控或控制蒸汽涡轮机循环中的管道燃烧器的运行(例如，至管道燃烧器的燃料流量)。
如将看到的，图6中的控制系统200包括设定点分配器单元204、另外的控制器212、另外的模型单元216、补偿分配器218、以及另外的加法器219。控制器212(其产生管道燃烧器需求信号202)可以是任何期望类型的通用处理器或补偿器(诸如，超前/滞后补偿器)。管道燃烧器需求信号202表示或控制待将由管道燃烧器产生的总的MW(功率)。对于具有多个HRSG的单元，对于经组合的管道燃烧器MW(功率)必要时分配这种需求。此外，将理解的是，可以对管道燃烧器的需求进行操作或进一步操作来产生燃气(或其它燃料)流量需求信号。
在这种情形下，模型单元216包括预测的模型，该预测的模型对蒸汽涡轮机循环中的管道燃烧器的功率输出操作进行建模或模拟，并且具体来说，对燃料流量的变化或其它管道燃烧器需求控制信号202的变化对由蒸汽涡轮机产生的输出功率的影响进行建模。具体来说，模型单元216对由蒸汽涡轮机响应于管道燃烧器的运行变化而产生的输出功率的变化或者由蒸汽涡轮机产生的由管道燃烧器的运行变化而造成的输出功率的变化进行建模，并产生预测的功率输出218，该预测的功率输出218表示由于管道燃烧器的运行而产生的蒸汽涡轮机功率。
再进一步，图6中控制方案200的设定点分配器204响应于由加法器136输出的反馈信号138，并运行以基于例如经济和/或其它因素来向燃气涡轮机和管道燃烧器分配单位MW设定点。也就是说，设定点分配器204响应于两个控制信号102和202中的每个控制信号来确定所需要产生的功率的比率(即，燃气涡轮机燃料流量和管道燃烧器燃料流量)，并基于该比率来产生用于控制器112和212中的每个控制器的单独的设定点或输入信号。设定点分配器在本领域中是公知的，并且，任何期望类型的设定点分配器可以用作单元204。同样地，补偿分配器218(其连接到加法器140和219)向燃气燃烧器需求(控制信号)102和管道燃烧器需求(控制信号)202两者分配误差积分器框142的补偿输出。这种特征是有益的，因为在对管道燃烧器点火的情况下，燃气涡轮机通常受约束于负载的降低以确保用于管道燃烧器的充足气流，这可能意味着需要由管道燃烧器控制系统而不是燃气涡轮机控制系统来注意到误差补偿中的某些误差补偿或全部误差补偿。
再进一步地，图6中的控制方案200包括另一个加法器220，该另一个加法器220对模型116和216的输出130和218进行求和，以产生总的预测的蒸汽涡轮机MW输出信号，该总的预测的蒸汽涡轮机MW输出信号然后被提供给加法器220。当然，加法器220和132可以被组合成单个求和单元。
总的来说，当产生估计的蒸汽涡轮机输出功率时，图6中的控制方案运行以基于燃气涡轮机需求信号102的变化和管道燃烧器需求信号202的变化来确定蒸汽涡轮机的经建模的或者预测的输出。尽管模型116和216可以被组合成单个的、多输入的预测的模型，但图6中的双模型方法基于蒸汽涡轮机循环内的多个受控的输入而实现了对蒸汽涡轮机功率输出的较简单的和潜在地较为准确的建模。图6中的控制方案200的形式可以类似地以相同的方式来增加，以包括对发电厂(应当存在的任何)的其它控制输入的影响进行控制和建模的其它控制器和模型。
再进一步，尽管图6中未示出，但是可以全部都以如针对图5中的控制方案所讨论的类似的方式来进行以下操作：可以针对控制器216执行自动增益调度，可切换的误差积分器可用于调节管道燃烧器需求信号202，并且模型调整单元可用于模型216上以例如基于负载需求来调整模型216。
当然，图5和图6中的控制方案可用于其它类型的组合循环工厂或双设备工厂(例如，使用除了燃气涡轮机和/或蒸汽涡轮机循环以外的循环)。此外，尽管已经在控制发电厂(并且具体来说，具有运行蒸汽涡轮机和燃气涡轮机的发电设备的组合循环发电厂)的背景下描述了对工厂的组合循环控制的前述描述，但这些基于模型的控制技术可以用在其它过程控制系统中，诸如在用于控制工业过程或制造过程的工业过程控制系统中。更具体来说，这种控制方法可以有效地用于同时控制具有不同响应时间的过程或设备的任何过程工厂或控制系统中。
尽管前面的文字阐述了对本发明的许多不同实施例的具体实施方式，但应当理解，本发明的范围可以由在本专利的开始处阐述的权利要求书的文字和它们的等同形式来限定。具体实施方式将仅被解释为是示范性的，并且并未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将是不实际的(如果不是不可能)。可以使用现有技术或在本专利申请日以后开发的技术来实现许多替代的实施例，这些替代的实施例将仍然落入限定本发明的权利要求书的范围内。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在本文中所描述的和示出的技术和结构中进行许多修改和变形。因此，应当理解，本文中所描述的方法和装置仅仅是示例性的，而并不是对本发明的范围的限制。

Claims (61)

1.一种发电系统，包括：
燃气涡轮发电单元，所述燃气涡轮发电单元具有燃气进口、耦合到所述燃气进口以产生经燃烧的燃气的燃气燃烧器，耦合到所述燃气燃烧器并通过所述燃气燃烧器中燃气的燃烧来提供动力的燃气涡轮机，以及经燃烧的燃气的排放装置；
蒸汽涡轮发电单元，所述蒸汽涡轮发电单元具有蒸汽进口系统、耦合到所述蒸汽进口系统并且由来自所述蒸汽进口系统的蒸汽提供动力的蒸汽涡轮机、以及蒸汽出口，其中，所述蒸汽进口系统耦合到所述经燃烧的燃气的排放装置，以便吸收来自所述经燃烧的燃气的排放装置中的经燃烧的燃气的热量来在所述蒸汽进口系统内产生经加热的蒸汽；
电能产生单元，所述电能产生单元机械地耦合到所述燃气涡轮机并耦合到所述蒸汽涡轮机，以基于所述燃气涡轮机和所述蒸汽涡轮机的运动来产生电能；以及
控制系统，所述控制系统产生燃气涡轮机控制信号来控制所述燃气燃烧器内所述燃气的燃烧，以由此控制由所述电能产生单元产生的所述电能，其中，所述控制系统包括控制器、过程模型、以及控制器输入信号发生单元，其中，所述过程模型的输入耦合到所述控制器的输出来产生预测的蒸汽涡轮机输出，并且所述控制器输入信号发生单元通过将所述预测的蒸汽涡轮机输出、负载设定点、测量到的燃气涡轮机输出以及测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合来产生用于所述控制器的控制器输入信号。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元将所述测量到的燃气涡轮机输出与所述测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合，以产生当前单元输出，并且还产生作为所述当前单元输出与所述负载设定点之间的差分的差分信号。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元还通过将由所述过程模型产生的所述预测的蒸汽涡轮机输出与所述测量到的燃气涡轮机输出进行组合来产生预测的单元输出。
4.根据权利要求3所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元还通过对所述差分信号与所述预测的单元输出求和来产生所述控制器输入信号。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其中，所述控制器是超前/滞后补偿器类型的控制器。
6.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述控制系统还包括调整所述过程模型的模型调整单元。
7.根据权利要求6所述的发电系统，其中，所述模型调整单元耦合到所述负载设定点，并基于所述负载设定点的值来调整所述过程模型。
8.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述控制系统还包括增益调度单元，所述增益调度单元耦合到所述控制器来调整在所述控制器中使用的一个或多个增益值，以产生所述控制器的所述输出。
9.根据权利要求8所述的发电系统，其中，所述增益调度单元耦合到所述负载设定点，并基于所述负载设定点的所述值来调整由所述控制器使用的所述一个或多个增益。
10.根据权利要求1所述的发电系统，还包括误差积分器，所述误差积分器耦合到所述控制器。
11.根据权利要求10所述的发电系统，其中，所述控制系统包括求和单元，所述求和单元对所述误差积分器的输出与所述控制器的初始输出求和，以产生经补偿的燃气涡轮机控制信号。
12.根据权利要求11所述的发电系统，其中，所述误差积分器是可切换的误差积分器。
13.根据权利要求11所述的发电系统，其中，控制器输入信号发生单元产生作为所述测量到的燃气涡轮机输出和所述测量到的蒸汽涡轮机输出之和与所述负载设定点之间的差分的单位误差，并且其中，所述误差积分器被耦合为接收所述单位误差。
14.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述过程模型响应于所述燃气涡轮机控制信号而基于所述燃气涡轮发电单元的运行来对所述蒸汽涡轮机的所述输出进行建模。
15.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述蒸汽涡轮发电单元还包括另外的燃烧器系统，所述另外的燃烧器系统燃烧燃料来对所述蒸汽进口系统内的蒸汽进行进一步加热，并且其中，所述控制系统还包括第二过程控制器以及第二过程模型，所述第二过程控制器耦合到所述控制器输入信号发生单元来产生用于控制所述另外的燃烧器系统的第二过程控制信号，所述第二过程模型被耦合为接收所述第二过程控制器的输出，以基于所述另外的燃烧器系统的运行来产生另外的预测的蒸汽涡轮机输出。
16.根据权利要求15所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元将所述过程模型的输出与所述另外的预测的蒸汽涡轮机输出进行组合，以产生所述预测的蒸汽涡轮机输出。
17.根据权利要求16所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元将所述测量到的燃气涡轮机输出与所述测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合以产生当前单元输出，并且还产生作为所述当前单元输出与所述负载设定点之间的所述差分的差分信号，并且还通过将所述预测的蒸汽涡轮机输出与所述测量到的燃气涡轮机输出进行组合来产生预测的单元输出。
18.根据权利要求17所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元还通过对所述差分信号与所述预测的单元输出求和来产生初步控制器输入信号。
19.根据权利要求18所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元包括设定点分配器，所述设定点分配器被耦合为接收所述初步控制器输入信号，以产生所述控制器输入信号和被提供作为向所述第二过程控制器的输入的第二控制器输入信号。
20.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述电能产生单元包括第一发电机和第二发电机，所述第一发电机机械地耦合到所述燃气涡轮机以基于所述燃气涡轮机的运动来产生电能，所述第二发电机耦合到所述蒸汽涡轮机以基于所述蒸汽涡轮机的运动来产生电能。
21.一种发电系统，包括：
燃气涡轮发电单元，所述燃气涡轮发电单元具有燃气进口、耦合到所述燃气进口以产生经燃烧的燃气的燃气燃烧器，耦合到所述燃气燃烧器并通过所述燃气燃烧器中燃气的燃烧来提供动力的燃气涡轮机，以及经燃烧的燃气的排放装置；
蒸汽涡轮发电单元，所述蒸汽涡轮发电单元具有蒸汽进口系统、耦合到所述蒸汽进口系统并且由来自所述蒸汽进口系统的蒸汽提供动力的蒸汽涡轮机、以及蒸汽出口，其中，所述蒸汽进口系统耦合到所述经燃烧的燃气的排放装置，以便吸收来自所述经燃烧的燃气的排放装置中的经燃烧的燃气的热量来在所述蒸汽进口系统中产生经加热的蒸汽；
电能产生单元，所述电能产生单元机械地耦合到所述燃气涡轮机并耦合到所述蒸汽涡轮机，以基于所述燃气涡轮机和所述蒸汽涡轮机的运动来产生电能；以及
控制系统，所述控制系统产生燃气涡轮机控制信号来控制所述燃气燃烧器内所述燃气的燃烧，以由此控制由所述电能产生单元产生的所述电能，其中，所述控制系统包括控制器、过程模型系统、以及控制器输入信号发生单元，其中，所述过程模型系统包括蒸汽涡轮机模型和加法器，所述蒸汽涡轮机模型耦合到所述控制器的输出来产生预测的蒸汽涡轮机输出，并且所述加法器对测量到的燃气涡轮机输出与所述预测的蒸汽涡轮机输出求和以产生预测的单元输出，并且其中，所述控制器输入信号发生单元通过将所述预测的单元输出与负载设定点、所述测量到的燃气涡轮机输出以及测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合来产生用于所述控制器的控制器输入信号。
22.根据权利要求21所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元将所述测量到的燃气涡轮机输出与所述测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合，以产生当前单元输出，并且还产生作为所述当前单元输出与所述负载设定点之间的差分的差分信号。
23.根据权利要求22所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元还包括将所述预测的单元输出与所述差分信号进行组合的加法器。
24.根据权利要求21所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元包括求和系统，所述求和系统将所述测量到的燃气涡轮机输出、所述测量到的蒸汽涡轮机输出、所述负载设定点、以及所述预测的单元输出进行组合以产生供所述控制器使用的所述控制器输入信号。
25.根据权利要求24所述的发电系统，其中，所述控制器是超前/滞后补偿器类型的控制器。
26.根据权利要求24所述的发电系统，其中，所述控制系统还包括模型调整单元，所述模型调整单元耦合到所述负载设定点以基于所述负载设定点的值来调整所述过程模型。
27.根据权利要求24所述的发电系统，其中，所述控制系统还包括增益调度单元，所述增益调度单元耦合到所述控制器来调整在所述控制器中使用的一个或多个增益值，以产生所述控制器的所述输出。
28.根据权利要求24所述的发电系统，还包括误差积分器，所述误差积分器耦合到所述控制器的所述输出，所述发电系统还包括求和单元，所述求和单元对所述误差积分器的输出与所述控制器的初始输出求和，以产生经补偿的燃气涡轮机控制信号。
29.根据权利要求28所述的发电系统，其中，控制器输入信号发生单元产生作为所述测量到的燃气涡轮机输出和所述测量到的蒸汽涡轮机输出之和与所述负载设定点之间的差分的单位误差，并且其中，所述误差积分器被耦合为接收所述单位误差。
30.根据权利要求24所述的发电系统，其中，所述过程模型响应于所述燃气涡轮机控制信号而基于所述燃气涡轮发电单元的运行来对所述蒸汽涡轮机的所述输出进行建模。
31.根据权利要求24所述的发电系统，其中，所述蒸汽涡轮发电单元还包括另外的燃烧器系统，所述另外的燃烧器系统燃烧燃料来对所述蒸汽进口系统内的蒸汽进行进一步加热，并且其中，所述控制系统还包括第二过程控制器以及第二过程模型，所述第二过程控制器耦合到所述控制器输入信号发生单元来产生用于控制所述另外的燃烧器系统内燃料的燃烧的第二过程控制信号，所述第二过程模型被耦合为接收所述第二过程控制器的输出以基于所述另外的燃烧器系统的运行而产生另外的预测的蒸汽涡轮机输出。
32.根据权利要求31所述的发电系统，其中，所述过程模型系统将所述过程模型的输出与所述另外的预测的蒸汽涡轮机输出进行组合，以产生所述预测的蒸汽涡轮机输出。
33.根据权利要求32所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元将所述测量到的燃气涡轮机输出与所述测量到的蒸汽涡轮机输出进行组合，以产生当前单元输出，并且还产生作为所述当前单元输出与所述负载设定点之间的所述差分的差分信号，并且还通过将所述差分信号与所述预测的单元输出求和来产生初步控制器输入信号。
34.根据权利要求33所述的发电系统，其中，所述控制器输入信号发生单元包括设定点分配器，所述设定点分配器被耦合为接收所述初步控制器输入信号，以产生所述控制器输入信号和被提供作为向所述第二过程控制器的输入的第二控制器输入信号。
35.一种用于产生控制信号来控制具有第一发电单元和第二发电单元的发电机的运行的控制器，所述第一发电单元和所述第二发电单元被互连以使得改变对所述第一发电单元的控制影响所述第二发电单元的运行，包括：
处理器；以及
计算机可读存储器，所述计算机可读存储器储存控制器例程，以便在所述处理器上执行以产生用于控制所述第一发电单元的所述控制信号，所述控制器例程包括：
过程控制例程，所述过程控制例程产生用于产生所述控制信号的输出信号；
过程模型系统，所述过程模型系统包括用于对所述第二发电单元进行建模的过程模型，以及
过程控制输入信号发生例程，
其中，所述过程模型被耦合为接收所述过程控制例程的输出，以产生预测的第二发电单元输出，并且所述过程模型系统对测量到的第一发电单元输出与所述预测的第二发电单元输出求和以产生预测的单元输出，以及
其中，所述过程控制输入信号发生例程通过将所述预测的单元输出与负载设定点、所述测量到的第一发电单元输出以及测量到的第二发电单元输出进行组合来产生用于所述过程控制例程的控制器输入信号。
36.根据权利要求35所述的控制器，其中，所述过程控制输入信号发生例程将所述测量到的第一发电单元输出与所述测量到的第二发电单元输出进行组合，以产生当前单元输出，并且还产生作为所述当前单元输出与所述负载设定点之间的差分的差分信号。
37.根据权利要求36所述的控制器，其中，所述过程控制输入信号发生例程还包括将所述预测的单元输出与所述差分信号进行组合的加法器。
38.根据权利要求35所述的控制器，其中，所述过程控制输入信号发生例程将所述测量到的第一发电单元输出、所述测量到的第二发电单元输出、所述负载设定点、以及所述预测的单元输出进行组合以产生供所述过程控制例程使用的所述控制器输入信号。
39.根据权利要求35所述的控制器，其中，所述过程模型响应于所述控制信号而基于所述第一发电单元的运行来对所述第二发电单元的所述输出进行建模。
40.根据权利要求35所述的控制器，其中，所述第二发电单元包括可变控制装置，所述可变控制装置在不影响所述第一发电单元的所述运行的情况下影响所第二发电单元的所述运行，并且其中，所述控制器例程还包括第二过程控制例程，所述第二过程控制例程被耦合为接收所述过程控制输入信号发生例程的所述输出以产生用于控制所述第二发电单元的所述可变控制装置的第二过程控制信号，并且所述控制器例程包括第二过程模型，所述第二过程模型被耦合为接收所述第二过程控制例程的输出以基于所述可变控制装置的运行来产生另外的预测的第二发电单元输出。
41.根据权利要求40所述的控制器，其中，所述过程模型系统将所述过程模型的输出与所述另外的预测的第二发电单元输出进行组合，以产生所述预测的第二发电单元输出。
42.根据权利要求41所述的控制器，其中，所述过程控制输入信号发生例程将所述测量到的第一发电单元输出与所述测量到的第二发电单元输出进行组合以产生当前单元输出，并且还产生作为所述当前单元输出与所述负载设定点之间的所述差分的差分信号，并且还通过对所述差分信号与所述预测的单元输出求和来产生初步控制器输入信号。
43.根据权利要求42所述的控制器，其中，所述控制器输入信号发生例程包括设定点分配器，所述设定点分配器被耦合为接收所述初步控制器输入信号，以产生所述控制器输入信号和被提供作为向所述第二过程控制例程的输入的第二控制器输入信号。
44.一种用于控制具有两个可控制单元的过程的方法，所述两个可控制单元被互连以使得改变至第一单元的控制信号来改变所述第一单元的输出还改变了第二单元的输出，其中，所述第一单元具有对至所述第一单元的所述控制信号的响应时间，所述响应时间显著短于所述第二单元对至所述第一单元的所述控制信号的响应时间，所述方法包括：
测量所述第一单元的输出；
测量所述第二单元的输出；
接收指示所述第一单元和所述第二单元的期望的总输出的设定点；
响应于被提供给所述第一单元的所述控制信号来预测所述第一单元和所述第二单元的经组合的输出，包括：经由处理器响应于至所述第一单元的所述控制信号而对所述第二单元的运行进行建模以产生预测的第二单元输出；以及使用所述处理器将所述预测的第二单元输出与所测量到的所述第一单元的输出相加以产生所述第一单元和所述第二单元的预测的经组合的输出；
经由处理器基于所述第一单元的所述测量到的输出、所述第二单元的所述测量到的输出、所述设定点以及所述第一单元和所述第二单元的所述预测的经组合的输出来产生控制例程输入信号；以及
经由所述处理器执行控制例程，所述控制例程基于所述控制例程输入信号来确定用于控制所述第一单元的运行的所述控制信号。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，经由所述处理器响应于被传送到所述第一单元的所述控制信号来对所述第二单元的运行进行建模以产生预测的第二单元输出包括经由所述处理器来执行过程模型，所述过程模型对所述第二单元对于被提供给所述第一单元的所述控制信号的响应随时间的变化进行建模。
46.根据权利要求44所述的方法，其中，产生所述控制例程输入信号包括：使用所述处理器将所述第一单元和所述第二单元的所述预测的经组合的输出与所述设定点、所述测量到的第一单元输出和所述测量到的第二单元输出进行组合。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，产生所述控制例程输入信号包括：使用所述处理器将所述测量到的第一单元输出与所述测量到的第二单元输出进行组合以产生经组合的单元输出，并且还产生作为所述经组合的单元输出与所述设定点之间的差分的差分信号。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，产生所述控制例程输入信号包括：使用所述处理器来对所述第一单元和所述第二单元的所述预测的经组合的输出与所述差分信号求和。
49.根据权利要求44所述的方法，还包括：使用处理器执行第二过程控制例程以产生第二控制信号，所述第二控制信号用于经由可变控制装置来控制所述第二单元的运行，所述可变控制装置影响所述第二单元的所述运行，并且其中，响应于至所述第一单元的所述控制信号来预测所述第一单元和所述第二单元的经组合的输出包括：经由所述处理器响应于所述第二控制信号来对所述第二单元的运行进行建模以产生另外的预测的第二单元输出；以及使用所述处理器将所述预测的第二单元输出和所述另外的预测的第二单元输出加到所述第一单元的所述测量到的输出，以产生所述第一单元和所述第二单元的所述预测的经组合的输出。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，产生所述控制例程输入信号包括使用所述处理器将所述测量到的第一单元输出与所述测量到的第二单元输出进行组合以产生当前单元输出，并且还包括使用所述处理器产生作为所述当前单元输出与所述设定点之间的差分的差分信号，并且还包括使用所述处理器通过对所述差分信号与所述第一单元和所述第二单元的所述预测的经组合的输出求和来产生初步控制器输入信号。
51.根据权利要求50所述的方法，还包括：使用所述处理器根据所述初步控制器输入信号来确定所述控制例程输入信号和第二控制例程输入信号，提供所述第二控制例程输入信号作为向所述第二过程控制例程的输入。
52.根据权利要求51所述的方法，还包括：在所述处理器上执行设定点分配例程，以确定所述控制例程输入信号和所述第二控制例程输入信号。
53.根据权利要求44所述的方法，还包括：向所述第一单元提供所述控制信号来控制所述第一单元的所述运行。
54.一种使用被提供为控制第一发电单元的运行的控制信号来控制具有互连的第一发电单元和第二发电单元的发电过程的方法，包括：
测量所述第一发电单元的输出；
测量所述第二发电单元的输出；
接收指示所述第一发电单元和所述第二发电单元的期望的总输出的设定点；
响应于被提供给所述第一发电单元的所述控制信号来预测所述第一发电单元和所述第二发电单元的经组合的输出，包括：经由处理器响应于被传送到所述第一发电单元的所述控制信号而对所述第二发电单元的运行进行建模，以产生预测的第二发电单元输出；以及使用所述处理器将所述预测的第二发电单元输出与所述第一发电单元的所测量到的输出相加，以产生所述第一发电单元和所述第二发电单元的预测的经组合的输出；
经由处理器基于所述第一发电单元的所述测量到的输出、所述第二发电单元的所测量到的输出、所述设定点以及所述第一发电单元和所述第二发电单元的所述预测的经组合的输出来产生控制例程输入信号；以及
经由所述处理器来执行控制例程，所述控制例程基于所述控制例程输入信号来确定用于控制所述第一发电单元的所述运行的所述控制信号。
55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述第一发电单元是燃气涡轮发电单元，并且所述第二发电单元是蒸汽涡轮发电单元。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，经由所述处理器响应于被传送到所述第一发电单元的所述控制信号来对所述第二发电单元的运行进行建模以产生所述预测的第二发电单元输出包括：经由所述处理器执行过程模型，所述过程模型对所述第二发电单元对于被提供给所述第一发电单元的所述控制信号的响应随时间的变化进行建模。
57.根据权利要求55所述的方法，其中，产生所述控制例程输入信号包括：使用所述处理器将所述第一发电单元和所述第二发电单元的所述预测的经组合的输出与所述设定点、所述测量到的第一发电单元输出和所述测量到的第二发电单元输出进行组合。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，产生所述控制例程输入信号包括使用所述处理器将所述测量到的第一发电单元输出与所述测量到的第二发电单元输出进行组合以产生经组合的发电单元输出，并且还产生作为所述经组合的发电单元输出与所述设定点之间的差分的差分信号，并且还包括使用所述处理器对所述第一发电单元和所述第二发电单元的所述预测的经组合的输出与所述差分信号求和。
59.根据权利要求54所述的方法，还包括：使用处理器执行第二过程控制例程以产生第二控制信号，所述第二控制信号用于经由可变控制装置来控制所述第二单元的运行，所述可变控制装置影响所述第二发电单元的所述运行，并且其中，响应于被提供给所述第一发电单元的所述控制信号来预测所述第一发电单元和所述第二发电单元的所述经组合的输出还包括经由所述处理器响应于所述第二控制信号来对所述第二发电单元的运行进行建模以产生另外的预测的第二发电单元输出，以及使用所述处理器将所述预测的第二发电单元输出和所述另外的预测的第二发电单元输出加到所述第一发电单元的所述测量到的输出，以产生所述第一发电单元和所述第二发电单元的所述预测的经组合的输出。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，产生所述控制例程输入信号包括使用所述处理器将所述测量到的第一发电单元输出与所述测量到的第二发电单元输出进行组合以产生经组合的发电单元输出，并且还包括使用所述处理器产生作为所述经组合的发电单元输出与所述设定点之间的所述差分的差分信号，并且还包括使用所述处理器通过对所述差分信号与所述第一发电单元和所述第二发电单元的所述预测的经组合的输出求和来产生初步控制器输入信号。
61.根据权利要求60所述的方法，还包括：通过在所述处理器上执行设定点分配例程以确定所述控制例程输入信号和所述第二控制例程输入信号、使用所述处理器根据所述初步控制器输入信号来确定所述控制例程输入信号和第二控制例程输入信号，提供所述第二控制例程输入信号作为向所述第二过程控制例程的输入。
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