CN106647325B - 用于操作发电设备的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于操作发电设备的方法，该方法包括提供功率目标设定值(200)给发电设备控制器(100)，根据所述功率目标设定值(200)确定至少一个第一发电设备操作参数的设定值，在设定功率输出下操作该发电设备，且使所述至少一个第一操作参数调整为所述操作参数的设定值，应用测量来确定至少一个第二操作参数的实际值，应用理论发电设备模型(501)以确定所述至少一个第二操作参数的期望值，其特征在于，比较所述至少一个第二操作参数的期望值与所述至少一个第二操作参数的测量值，应用校正循环于理论发电设备模型(501)。

Description

用于操作发电设备的方法
技术领域
本发明涉及如权利要求1中描述的用于操作发电设备的方法。其进一步涉及用于实施该方法的实施例。
背景技术
技术上已知的是，应用预先限定的操作原理操作发电设备。例如，已知的是，在可变入口导向导叶的给定设置或相对于负载的所谓的VIGV设置来操作燃气涡轮，或者控制燃气涡轮排气温度，所谓的TAT，或者代表涡轮点火温度的参数，所谓的TIT。此外，操作中的燃烧器或喷射用于排气排放控制的流体(例如蒸汽或水)的控制可以比对发动机负载进行控制。在某种程度上要意识到，可以考虑外界条件以用于确定负载控制参数。要认识到，也可以控制涡轮的更多操作控制，例如入口空气预加热。由本领域技术人员另外良好认识到的是，可以不直接测量要控制的一些操作参数，例如燃烧温度。按照技术，代表燃气涡轮点火温度的参数(例如，所谓的TIT)是基于值(例如但不限于压缩机压力比和排气温度)来计算的，应用所谓的TIT公式。TIT公式通常是基于发动机试运转期间的热平衡来确定的。对于联合循环发电设备，例如，燃气涡轮目标负载设定值可以由设备目标负载设置与蒸汽涡轮的功率输出的差值来确定。
在本领域已知的一些系统中，在设计和/或研制和/或试运转阶段期间一次限定发动机操作原理，并且在发电设备的操作期间保持不变，并且考虑了对部件特性的最佳可用认识和发电设备操作者需求。例如，操作原理可以调整成按功率输出的燃料消耗、相关的使用期限消耗和维护成本以及假定的燃料成本和按功率输出的收入之间的权衡。
EP 2071157教导了可供发电设备操作者使用的大量操作原理，其基于大量上述的TIT和TAT设置。这意在考虑例如可变燃料成本。例如如果，燃料成本低，则温度控制设置可以设置为较低温度，因此，牺牲了效率并且接受了按功率输出的较高燃料消耗用于较低的使用期限消耗和维护成本的利益。
从EP 2657468已知一种用于发电设备的寿命周期成本增强系统，其中，计算装置构造成监测发电设备的第一参数、接收代表发电设备的期望功率输出的目标负载、采用发电设备的第一模型来模拟发电设备的操作并且确定第一模型的输出，至少包括响应于发电设备的至少一个监测参数的发电设备的性能指标、发电设备的操作参数的初始设定值和发电设备的估计寿命周期成本，使用第一模型的输出响应于基于目标函数的寿命周期成本增加操作参数，从而求解基于目标函数的寿命周期成本用于降低的寿命周期成本，由此产生操作参数的增加的设定值，并且使用增加的设定值进一步地产生至少一个曲线，包括功率生产的成本比对发电设备的功率输出。
根据所述教导，第一模型可以包括发电设备的控制模型，其构造成基于响应于目标负载的发电设备的至少一个物理细节确定初始设定值。初始设定值可以是发电设备的燃气涡轮的点火温度。第一模型可以进一步地包括发电设备的性能模型，其构造成响应于发电设备的监测参数并且根据发电设备的至少一个物理细节确定性能指标的值。性能指标可以是发电设备的效率。第一模型可以包括发电设备的寿命周期成本模型，其构造成至少基于关于发电设备的成本信息确定发电设备的估计的寿命周期成本。成本信息可以包括维护成本信息。该计算装置可以进一步地构造成迭代应用第一模型和通过应用第一模型增加该增加的输出。
因此，应用上述提到的步骤操作发电设备的方法在EP 2657468中公开。
然而，根据EP 2657468的教导应用的用来确定性能指标的发电设备的性能模型是响应于发电设备的操作参数的变化的基于关于发电设备的假定假设的静态性能模型。它不考虑尤其是所述响应由于随着使用期限的发电设备退化的变化性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种最开始提到的类型的方法，其实现了发电设备响应于某些操作参数的变化的改进预测。本发明的一个更具体的目的是提供一种最开始提到的类型的方法，其实现了发电设备响应于某些受控操作参数的变化的改进预测。本发明的另一个目的是提供一种最开始提到的类型的方法，其考虑了所述响应归因于发电设备退化和老化的变化性。在另一方面，可以考虑制造和组装的变化性。
这通过权利要求1中描述的主题实现。
由下面提供的公开内容来看，不论是否明确提到，公开的主题的更多效果和优点将变得明显。
因此，公开了一种操作发电设备的方法，该方法包括，提供功率目标设定值给发电设备控制器，并且，根据所述功率目标设定值确定至少一个第一发电设备操作参数的设定值。该至少一个第一发电设备操作参数可以包括非限制性方式的可变入口导向导叶设定值、涡轮排气温度的设置、代表涡轮点火温度的参数、燃料流率、燃烧器设置、排放控制蒸汽或水流率、压缩机入口预热设置和/或本领域技术人员熟悉的其它发电设备操作控制参数中的一个或多个。特别地，那些控制设置可以是来自发电设备操作原理的输出。该方法进一步包括在设定功率输出下操作该发电设备，且使所述至少一个第一操作参数调整为该至少一个操作参数的相应设定值。本领域技术人员将很容易认识到，如果功率目标设定值低于或等于最大发电设备功率输出，则设定功率输出将等于功率目标设定值，且如果功率目标设定值超出最大发电设备功率输出，则功率目标设定值等于最大发电设备功率输出。最大功率输出在某种程度上可以被理解为例如在最高点火温度和燃气涡轮的工作流体质量流量的情况下获得的功率输出。该方法进一步包括应用测量来确定至少一个第二操作参数的实际值。例如，如果燃气涡轮在入口导向叶片受控域中操作，也就是说，如果排气温度和点火温度均低于容许值，则第一操作参数可以是可变入口导向导叶设定值，第二操作参数可以是排气温度。如果燃气涡轮在温度受控域中操作，也就是说，排气温度和点火温度中的一个处于它们的最大容许值，则该至少一个第一操作参数可以包括所述温度值，并且，该至少一个第二值可以包括可变入口导向导叶位置。进一步地，理论发电设备模型可以被用于确定所述至少一个第二操作参数的期望值。所述至少一个第二操作参数的期望值与该至少一个第二操作参数的测量值作比较。该方法包括应用用于理论发电设备模型的校正循环，所述校正循环包括：应用比较步骤来确定该至少一个第二操作参数的期望值与该至少一个第二操作参数的测量值之间的偏差，修正理论发电设备模型以及重新计算该至少一个第二操作参数的期望值。重复该校正循环，直到达到该至少一个第二操作参数的期望值与该至少一个第二操作参数的测量值之间的最佳匹配，因此在结束该校正循环之后获得校正发电设备模型。
将认识到，最佳匹配将理论上是该至少一个第二操作参数的期望值与该至少一个第二操作参数的测量值之间的一致。例如，校正发电设备模型将理论上精确地计算在指定发电设备功率输出和排气温度设定值下的实际可变入口导向导叶位置。在这方面，本领域技术人员将认识到，入口导向叶片位置是可变入口导向导叶相对于压缩机入流方向的角位置。然而，发电设备模型可以被校正以获得多个第二操作参数的最佳匹配，例如，对于燃气涡轮的指定排气温度，可变入口导向导叶位置、排气排放、压缩机压力比等等。因此，为了各自获得实际或测量的与期望的或计算的之间的最佳匹配，大量第二操作参数的值可以需要大量优化问题的方案。最佳匹配因此可以限定为第二操作参数的测量值与期望值之间的最小总偏差。例如但不限于非线性最小二乘法、贝叶斯推理、蒙特卡洛抽样法、卡尔曼滤波器或任何其它确定性的或随机的机器学习方法可用于解决这个多维优化问题。此外，该发电设备模型可以是代表发电设备子系统的子模型的组合，例如但不限于排放模型、蒸汽涡轮模型、脉动模型、冲击模型、燃气涡轮和/或蒸汽涡轮热动力学模型等等。每个子模型可以应用例如但不限于基于物理的模型、代用模型和/或它们的复合。代用网络可以例如包括神经网络、支持向量机、树、克里格法、协克里格模型、梯度增强克里格法、响应面、多项式模型和/或高斯法。
可以通过对测量的统计分析和发电设备模型的不确定性执行对模型输出的不确定性的估计。不确定性组成部分、一组规定的不确定性水平可以另外由发动机制造商基于现有知识来提供。
校正循环的激发可以以某一频率来执行，其取决于用户需求、操作状态及所考虑的子系统。例如，排放模型的校正可以每隔数秒执行一次，此时，燃气涡轮在排放可以强烈地响应于操作状态的轻微变化的区域中操作。另一方面，在相同的操作状态下，热动力学模型的校正可以仅仅每隔数分钟执行。
该校正发电设备模型或者来自其的输出，在与制造商提供的未校正发电设备模型或者来自其的输出分别相比较时，可以提供有关发动机健康状况的信息。它也可以用来报告有关可能的错误测量信号。
该发电设备模型可以计算从测量扣除的不可测量的模型参数。例如，可以不必直接测量燃气涡轮的点火温度，但是，在应用基于排气温度、压缩机压力比及其它参数的算法时可以确定代表点火温度的参数(所谓的TIT)。在一种情况中，该校正循环可以利用与实际燃料成分有关的信息或者燃料低热值、排气温度、压缩机之后的工作流体的温度和工作流体的某些热力学特征，以便确定应用热平衡的点火温度。用于确定TIT值的算法可以改变并且因此被校正。在另一情况中，用于确定TIT的算法可以省略，有利于应用热平衡来确定点火温度。
在本文公开的方法的某些实施例中，它可以包括从发电设备操作原理获取至少一个第一操作参数、应用校正发电设备模型预测发电设备操作状态对该至少一个第一操作参数的变化的响应、确定该至少一个第一操作参数的大量的优化设定值，提供发电设备操作者目标比对发电设备操作原理的相应的大量输入值的匹配，其中，这些输入值代表大量的发电设备操作状态，并且修正发电设备操作原理，其中，发电设备操作状态下的该至少一个第一操作参数的控制输出值对应于大量发电设备操作状态的优化设定值。所述发电设备操作原理可以存储在该发电设备控制器中。该发电设备操作状态可以包括发电设备功率输出并且该操作原理可以包括该至少一个第一操作参数比对该发电设备功率输出的设定。本领域技术人员将很容易认识到且公知的是，所述操作原理可以取决于某些外界条件和/或发电设备功率输出。特别地，燃气涡轮功率输出可以标准化成基准外界条件，并且，操作原理包括至少一个第一操作参数比对因此的标准化功率输出的设定。
在某些实施例中，该方法进一步包括应用校正发电设备模型以预测至少一个第二操作参数，其用于大量的至少一个第一操作参数的值并且至少用于设定功率输出，在应用校正发电设备模型期间，预测发电设备操作状态对至少一个第一操作参数的变化的响应，改变该至少一个第一操作参数的设定值以调整发电设备操作状态来匹配发电设备操作者操作目标，以及以设定功率输出操作该发电设备，使该至少一个第一操作参数适于该至少一个第一操作参数的调整的设定值。
操作者操作目标可以包括来自售出的功率输出的最大收入比对操作成本、发电设备的可靠操作或出售的功率输出的可靠提供、降低的环境影响及其他目标中的一个或多个，或它们的均衡组合。此外，可以在定义操作者操作目标时考虑接受的风险水平和预想时间范围。
在这点上，该发电设备操作状态可以包括其中至少一项：
按功率输出的操作成本；
环境影响；
发电设备可靠性；
发电设备功率储备；
发电设备频率响应能力。
要理解的是″按功率输出″在这方面意味着每单位功率输出，其可以规定为例如兆瓦或兆瓦时。操作成本因此可以规定为货币单位并且与时间单位内产生的累积能量有关，例如测量为兆瓦时，或者，规定为每时间单位的货币单位并且与兆瓦功率输出有关。
环境影响可特别地包括二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳和/或未燃碳氢化合物的排放，但是也可以考虑耗水量，尤其是在干燥的环境中，或者热负载，例如在用于设备冷却的河流上。
此外，明显的是，发电设备操作状态(例如，发动机操作的温度水平)对发电设备或其部件的可靠性和使用期限消耗有影响。此外，发电设备操作的各个参数可以影响发电设备功率储备、更多功率可以提供给电网的时间和发电设备频率响应能力。
按功率输出的操作成本可以包括其中至少一项：
按功率输出的燃料消耗；
燃料成本，即，每单位消耗的燃料的成本；
维护成本；
按功率输出的使用期限消耗；
按功率输出的耗水量；
水成本，即，每单位消耗的水的成本；
按功率输出的资本成本；
按功率输出的排放税收。
按功率输出的操作成本还可以包括例如成本参数，其考虑了设备的可用性，意味着改变发电设备的操作状态可以影响设备的主要部件的使用期限和退化，可以增加或减少磨损并随后是定期大修之间的时间间隔和大修成本，其包括备件的成本、维护人员的成本、替换能量的成本和设备停工期间的固定成本。适当的成本参数要考虑的操作成本的另一方面是计划外维护的风险，其也是金钱风险。如果关键部件出现了意外磨损、退化或故障，就进行计划外维护。在这点上，可以假设，总体上，计划外的设备停工期的风险高于定期设备停工期的成本。所述成本因素可以考虑为维护和/或使用期限消耗相关成本的一部分。
在公开的方法的另一方面，可构想的是，如果某些操作参数或操作参数的组合大于结构参数的某一阈值，就提出维护请求或警告。这可以提供对磨损、损坏等的指示。
该按功率输出的操作成本可以由操作成本模型考虑。操作成本模型可以是企业模型的一部分。
按功率输出的燃料消耗可以表示为每兆瓦输出的燃料质量流量或消耗的每兆瓦时的燃料质量。按功率输出的耗水量可以表示为每兆瓦输出的水质量流量或每兆瓦时消耗的水质量。维护成本可以根据操作状态而变化。例如，可以假设，作为一般经验，在较高温度水平下操作，按功率输出的维护成本将增加，并且，可用性可能趋于随着较高温度水平而减小。按功率输出的使用期限消耗可以表示为每兆瓦时输出消耗的使用期限；在这种程度上明显的是，货币值也需要被分配给消耗的使用期限。资本成本可以被假设为在任何时间单位上是恒定的，假定利率，并且，按功率输出的资本成本与兆瓦功率输出成反比。当考虑停工期成本时，资本成本尤其是要考虑的因素。基本上，与资本成本相同的可以用于例如操作人员的薪水成本。该按功率输出的排放税收可以表示为每兆瓦时功率输出的货币单位，或是每时间单位和兆瓦功率输出的的货币单位。
至于操作成本，可以说，某些影响因素可具有相反的影响。例如，根据一般经验，可以假设，随着温度水平越高，发电设备效率升高，并且因此，按功率输出的燃料消耗减小。另一方面，可以合理的假设，按功率输出的使用期限消耗和按功率输出的维护成本随着温度水平升高而增加。
调整发电设备操作状态为发电设备操作者目标可以包括考虑其中至少一项：
功率传输的实际市场价格，
功率传输的预测市场价格演变，
功率储备供给的实际市场价格，
功率储备供给的预测市场价格，
频率响应能力供给的实际市场价格，
频率响应能力供给的预测市场价格。
上述因素表示收入并且可以考虑到收入模型中。收入模型可以是企业模型的一部分。
功率传输的市场价格越高，高功率输出下的操作将越良好。另一方面，可以被功率储备供给或频率响应能力供给的市场价格抵消，这可以使得发电设备的低于其额定最大功率输出的操作良好。这些预测可以有助于研制在给定时间帧里的功率输出进度。在某种程度上，成本模型也可以考虑所述给定时间帧里对燃料价格的预测。这些预测也可以包括外界条件的预测，例如环境温度，以预测某一兆瓦功率输出下的操作状态。例如，当操作燃气涡轮时，对于给定兆瓦功率输出，在高的环境温度下的燃气涡轮的标准化功率输出或负载将高于低的环境温度下的，引起不同。
在应用如上面标明的应用成本模型和收入模型时，该方法可以包括计算多个负载设定值下的每时间单位的实际操作成本、计算多个负载设定值下的每时间单位的实际收入、确定每时间单位的最大利润的负载设定值并且提供最大利润的所述负载设定值作为功率目标设定值给发电设备控制器。也就是说，确定每时间单位的最大剩余收入的负载设定值比对每时间单位的操作成本，并且以最大剩余的所述负载设定值操作发电设备。
该方法可以进一步包括，对于给定时间间隔和大量负载设定值以及在时间间隔期间在大量情况下确定每时间单位的操作成本的预测，对于给定时间间隔和大量负载设定值以及在时间间隔期间在大量情况下确定，每时间单位的收入的预测，以及在时间间隔期间确定产生最大利润的正向功率供应曲线。在这种情况下，该方法可以进一步地包括将所述正向功率供应曲线输送至功率分派控制器，并且在时间间隔期间在任何情况下根据所述正向功率供应曲线提供功率目标设定值给发电设备控制器。
该方法可以包括应用企业模型，其包括发电设备操作的商业分析的所有相关信息。燃料成本、用于电力销售的收入，并且如果可应用，蒸汽的销售或使用和/或来自功率储备的收入和/或频率响应能力供给可以是企业模型的一部分并且被考虑。其它影响因素例如但不限于维护成本、偿还资金、投入资本的利息、水费、容许的风险水平、与不同操作状态下的使用期限消耗有关的信息和/或发电设备操作者的企业水平可以是企业模型的一部分并且可以被考虑。企业模型的优化可以以短期、中期或长期的基础来限定。企业模型输入的预测分布可以用来执行发电设备操作状态的优化以匹配发电设备操作者操作目标和需求。如果校正发电设备模型的输出的不确定性可用，则可以执行风险水平优化。此外，企业模型可以使用与可靠性有关的信息和发电设备的使用期限来计算维护成本，包括可能的故障时间。所述可靠性预测和与用于计划内和意料外停电的替换功率供给的成本有关的信息和/或停电成本可以用于计算操作风险和操作风险的成本和/或可以增加到维护成本。它们由企业模型产生并且可以应用以优化发电设备操作。
发电设备使用期限模型可以被应用以提供输入给企业模型。该使用期限模型可以基于发电设备的操作分布计算某些发电设备部件的使用期限消耗，例如但不限于叶片、导叶、燃烧器、热屏蔽和/或转子。它可以是统计或确定性模型。例如，该使用期限消耗计算可以基于由发动机制造商执行的电力系统部件磨损和/或退化的统计分析。这可能包括用户发动机部件的历史数据，但来自其他发电设备。部件磨损可以与操作曲线有关联，例如压力、温度、可变入口导向导叶位置等等。它还可以考虑例如负载变化的梯度。对于类似发动机的整体集群，相应的数据可以由制造商与所有已检修了的部件、报废部件和已检查了的部件的状态一起存储在数据库中，因此，得到可靠数据库的提供。因此，能够基于操作历史提供发电设备的部件的明确的使用期限预测，并且可以确定取决于发电设备操作状态的使用期限消耗。使用期限模型可以与操作小时的目前工艺水平和基于负载循环的使用期限计数器相互作用，替代它或被它替代。给使用期限模型的输入由校正发电设备模型提供。来自使用期限模型的输出被传送给企业模型。
此外，可以应用可靠性模型以提供输入给企业模型。该可靠性模型可以结合与在某一运转状态下的部份失效或发电设备停歇的可能性有关的所有可用的统计信息。该可靠性模型使用由该校正发电设备提供的数据作为输入。来自该可靠性模型的输出可以被该企业模型应用来确定操作风险。
该方法可以进一步地应用预测模型。在该预测模型中，与预期外界条件有关的信息，例如温度预测、市场状态例如实际和期望或预测电力需量和功率传输的收入可以被储存，并且可以定义负载进度。该预测模型还可以结合机器学习算法以提供对企业模型的不可用输入参数的最佳评估。例如，该预测模型可以使用该电网形态的历史来预测将来的可能形态。例如，这可以用来修正操作设定值，其方式是，电网频率的某一变化率能够随着需用功率的增减来实现。例如，如果系统预测到有某一可能性，在某一时间帧内，电网频率可以下降最大1Hz，最大电网频率梯度为0.1Hz/s，这可以用作企业模型的输入，并且，企业模型可以交付使用操作状态或操作设定值，从而提供需用功率储备以补偿预测频率下降梯度下的最大频率下降。另一方面，可以计算某些设定值下不实现电网需求的可能性。取决于企业模型考虑的风险水平，操作设置可以被选择，使得考虑不实现电网需求的某一风险，以利于以更高效率操作发电设备，且收入利润代替提供功率储备。
该方法可以进一步地包括云数据库，在其中可以存储过程状态信号的原始和处理后的数值、发电设备健康以及在线和离线优化步骤的模型设置。可以提供的是，上述数据被传送给服务提供商的支持中心，受用户存取权的控制。
该方法的额外特征可以是服务提供商的模型调整和管理。特别地，发电设备模型、校正算法、使用期限和可靠性模型以及一个优化器或多个优化器可以由服务提供商调整，从而相应地改善可用性的可靠性的发电设备预测，或者停歇的可能性或产生功率的欠缺和使用期限消耗，取决于操作工况。
该方法的更多特征是，校正过程可以回顾并且受到操作者的影响。
该方法可以进一步地包括自动映射过程。自动映射过程可以以某一频率进行，有或没有来自操作者的请求。可以修正变量，例如但不限于点火温度、可变入口导向导叶位置、冷却剂流量、相继燃烧器之间的燃料分摊、燃料向燃烧器内的各个燃烧器或向各个燃烧器的不同燃料排出口的分配、蒸汽压力和/或蒸汽温度。
该方法可以在稳态操作状态或负载梯度下应用。该方法可以在燃气、燃料油或它们的组合的操作下应用。特别地，该方法可以确定使用哪些类型的燃料，取决于该燃料成本比对其它操作成本，它们受到燃料选择的影响。通过本文所述方法对发电设备操作的优化可以包括附加的发电设备子系统的启用，例如但不限于浓雾蒸发冷却器、防冰、燃气涡轮入口空气预热、燃料预热、抽汽等等。
这些可以被优化且由此可以被控制系统修正的设置，也就是该至少一个第一操作参数可以包括但不限于可变入口导向导叶位置、点火和/或排气温度的设置、燃料向各个燃烧器的总供给或向指定燃烧器内的不同燃料排出口的燃料分配、催化剂操作、冷却空气温度设置、冷却空气控制阀设置、入口冷却或入口加热(外部有空气预加热器或通过来自燃气涡轮的防冰空气)、轴转速(当关于变速发电机操作时)和蒸汽或水喷射流速、蒸汽压力和水/蒸汽循环内的温度。
进一步公开的是用于发电设备的控制系统，其适于且构造成使发电设备按照本文描述的方法操作。因此，公开的是包括所述控制系统的发电设备。
在本发明的另一方面中，公开了一种计算机程序产品，其适于且构造成实施上述方法的步骤。
在本发明的又另一方面中，公开了一种发电设备，其根据上述方法操作。
在另一方面，可以提供的可能性是操作发电设备或其部件和/或子系统，要么按照本文所公开方法确定的设定值，要么按照静态操作原理。后者可以是原始制造商提供的操作原理或者上述迭代优化步骤提供的最新的操作原理。同时，可以提供一种应变的选项，其中，发电设备或其部件和/或子系统以静态操作原理操作，特别是按照原制造商提供的操作原理或重新设计的操作原理。这可以充当保险的备用原理，如果，例如本文所述方法没能提供收敛的方案或提供不一致的方案。这可以是例如归因于故障或某些测量或者归因于过多的部件或子系统磨损或退化的情况。在另一情况中，本文描述的方法可以是背景技术中的操作，没有实际地且积极地修改操作状态或以其它方式干扰发电设备控制。可能的性能利润、收入利润、成本效益或其它效益能够显示给操作者，如果按照计算的改善设置操作发电设备将获得它们。可以提供的是，操作者有选择权来改变发电设备、其部件或子系统以改善操作状态，其中，发电设备或其某些部件或子系统按照所述方法计算的操作参数进行操作。
要理解的是，上面公开的特征和实施例可以彼此组合。将进一步意识到的是，在本发明和要求保护的主题的范围内能构想出更多实施例，它们对本领域技术人员来说是明显和显而易见的。
附图说明
现在借助于附图中示出的所选示例性实施例更详细地解释本公开内容的主题。附图示出
图1为一种联合循环发电设备的简化示例性实施例；
图2为能够实施本文所述方法的控制系统的示例性实施例的框图。
要理解的是，附图是高度示意性的，且为了理解和叙述的简便，可能省略了不是指示目的所需的细节。进一步要理解的是，这些附图仅仅示出所选择的示范性的实施例，没有示出的实施例可仍然充分在本文所公开和/或权利要求所要求保护的主题的范围内。
具体实施方式
图1以非常简化的实施例描绘了联合循环发电设备1，其包括驱动燃气涡轮发电机20的燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发电机20产生电功率输出PGT。燃气涡轮发动机包括压缩机11、燃烧器12和膨胀涡轮13。此外，燃气涡轮发动机10进一步配备有可变入口导向导叶14。可变入口导向导叶的各个导叶可枢转地配置在压缩机11的入口处。在将入口导向叶片枢转到不同位置或枢转角时，可以改变到压缩机的入口质量流。压缩机11压缩入口空气16，该压缩空气在燃烧器12中被加热。来自燃烧器的加热的压缩流体或燃烧气体在膨胀涡轮13中膨胀。膨胀涡轮13驱动压缩机11和燃气涡轮发电机20。来自膨胀涡轮13的排气流过余热回收蒸汽发生器15并且在作为排气17排出之前在蒸发器/过热器31中蒸发由给水泵34供应的给水。蒸发器/过热器31产生的蒸汽被提供给蒸汽涡轮30，其在该处膨胀，驱动蒸汽涡轮30并且继而驱动蒸汽涡轮发电机40。蒸汽涡轮发电机40产生电功率输出PST。来自蒸汽涡轮30的膨胀蒸汽被供给到冷凝器33。来自冷凝器33的冷凝物通过给水泵34泵送到蒸发器/过热器31中，如上面标明的那样。冷凝器可以例如使用来自河流50的冷却水。控制系统60接收信号，其代表电功率输出PGT和PST、外界条件(例如环境压力Pa和环境温度Ta)、膨胀涡轮13之后的温度TAT以及压缩机11之后的压力Pc。控制系统60可接收大量的其它信号，例如但不限于代表可变入口导向导叶的位置VIGV、燃料质量流量mF、排气成分等等。控制系统可以提供大量的控制信号，以便例如但不限于控制可变入口导向导叶的位置、燃料控制阀18或蒸汽控制阀32。来自燃气涡轮发电机20和蒸汽涡轮发电机40的组合的电功率输出导致联合发电设备输出。设备是本领域中已知的，其中，蒸汽涡轮和燃气涡轮驱动普通的发电机。设备是已知的，其中，大量的两个或更多燃气涡轮将它们的排气供给到普通的余热回收蒸汽发生器中。燃气涡轮发动机10可以包括多个燃烧器，其中，中间涡轮设在两个燃烧器之间。通常，联合循环发电设备可以比这个简化表示复杂得多。例如，大量的燃料和/或水或蒸汽控制阀可以设在燃气涡轮中。蒸汽涡轮可以包括在不同的压力水平下操作的大量的蒸汽涡轮单元。用于把热从排气传递给水/蒸汽循环的各个额外的过热器、节约器和热交换设备可以设在余热回收蒸汽发生器15中。本领域技术人员熟悉各种可能的可想象到的联合循环发电设备布置。
控制系统60包括和/或结合热经济优化模块400。要理解的是，热经济优化模块的部件可以或可以不集成在控制系统60中，而其它部件可以在外部提供并且通过适当的通信信道与控制系统60通信。优化模块400的示例性实施例在图2中示出。功率分派控制器1000提供功率目标设定值200给发电设备控制器100。发电设备控制器100储存用于功率目标设定值的一个或多个发电设备第一操作参数设定值并且提供相应的发电设备控制信号210给发电设备。它还接收来自发电设备的测量和反馈信号211。可以通过控制信号210以开环或闭环控制来控制大量的发电设备系统。发电设备操作数据提供为用于发电设备模型501的输入22。发电设备模型501计算大量的发电设备操作参数。这些可以包括可测量的过程参数，例如温度、压力、流率、成分和排气。发电设备模型501还计算所关注的不可测量的操作参数，例如代表燃气涡轮点火温度的参数。它可以是代表发电设备子系统的子模型的组合，如上面标明的那样。测量和计算的参数值213被传送给校正模块502。校正模块502比较某些参数的测量值与计算值。基于测量值与计算值的偏差，校正模块502提供校正因子214给发电设备模型501。响应于校正因子214，修正发电设备模型501中应用的算法。此外，发电设备模型501计算一组发电设备操作参数并且把测量和计算的数据传送给校正模块502。重复这个校正循环，直到获得测量值与计算值之间的最佳匹配。如上面标明的那样，最佳匹配需要认为解决了多维的优化问题。因此，最佳匹配考虑可能需要应用一些数学算法，以便确定所有考虑中的参数的测量值与计算值之间的最小偏差，因为不可能同时获得所有考虑中的参数的零偏差。因此，获得校正发电设备模型。来自校正发电设备模型的输出被提供给企业模型505。企业模型505储存大量的商业上相关的形式。这可以包括燃料成本和电价、用于可应用的传输蒸汽的价格、维护成本、资本成本、功率储备价格、水费、容忍的风险水平以及任何其它操作成本或收入。企业模型例如还可以包括与发电设备操作者可接受的风险水平相关的信息。此外，基于来自校正发电设备模型的输出，企业模型可以接收来自使用期限模型503和可靠性模型504的输入。企业模型505可以进一步接收来自预测模块101的输入，其意在尽可能可靠地预测外界条件、市场情况等等。在这点上，企业模型可以包括提供预测的时间范围。企业模型505计算操作成本和收入以及例如维护成本、使用期限成本、资本成本等等，并且可以通过使用来自预测模块101的输入提供用于当前情况的各个数据以及某一时间范围内的预测，例如未来的几个小时。在线优化器506使用来自企业模型505的输入以确定冲突需求(例如维护成本)以及发动机性能和效率之间的最优权衡，根据设备操作者操作目标。在线优化器506将优化解决方案218反馈回到发电设备模型。发电设备模型重新计算最优方案下的发电设备参数，并且再次传送得到的输出给企业模型505。一旦这个优化循环得到了收敛的方案，那么所得到的优化操作设置220就被传送给发电设备控制器100。于是，发电设备控制器100调整控制信号210，使发电设备以优化设定值操作。从此可以再次开始在线优化过程。发电设备模型501、校正模块502、企业模型505、使用期限模型503、可靠性模型504和优化器506可以说成形成在线优化模块500。另外，可以提供离线优化模块550。离线优化模块550可以包括预测模块556。预测模块556可以通过通信端口225与在线模块500通信，从而调整在线和离线模块的信息。离线优化模块550可以使用来自预测模块101的信息以及来自在线模块500的信息，以便产生正向功率供应曲线。所述正向功率供应曲线通过通信信道230提供给功率分派控制器1000。通过利用给企业模型的这些输入的信息的不确定性，例如与可靠性模型和使用期限模型的统计特性以及预测数据(例如预测环境条件和预测市场情况)的可靠性相关，带有某些置信水平的大量的正向功率供应曲线可以被提供给分派控制器1000。分派控制器1000可以继而提供功率目标设定值信号200给发电设备控制器100。
使用期限模型意在基于发电设备的操作曲线计算发电设备主要部件的使用期限消耗。它可以是统计或确定性模型，或它们的组合。并且，可靠性模型504是一种预测模型，合并了与某些操作条件下的故障可能性有关的统计信息。设备制造商可以收集来自废弃部件或已检修部件的历史的信息并且可以执行离线的使用期限分析，如302所表示的那样。该数据可以收集在云数据库300中。此外，来自在线优化模块500和550的信息240可以收集在云数据库300中。来自云数据库的信息250可以用作给优化模块的输入，并且特别地给使用期限模块和可靠性模块。
参照图1的实施例，该系统可以决定以最高效率操作发电设备，如果对于操作参数的任何变化，按功率输出的增加燃料成本超过与较低效率下操作相关的维护和使用期限成本所节约的，其中，该效率可以与操作温度相关联。在另一情况下，该系统可以决定以稍降级的设置操作燃气涡轮，如果燃料成本低的话。在这点上，本发明的教导可以与EP 2071157的教导相结合。同时，该系统可以决定稍微关闭图1的蒸汽控制阀32并且降级蒸汽涡轮功率输出和效率以提供频率响应能力，如果提供频率响应能力的市场定价足够高以补偿来自售卖能量的收入的欠缺和与降低的设备效率有关的增量成本。该系统还可以决定以降低的排气温度操作燃气涡轮并且降低蒸汽涡轮功率输出，以用于增加的燃气涡轮效率的利益，例如，如果在干燥气候时期河流50中的冷却水位低。借助于这个描述，作用于发电设备操作上的其它模式是很好接受的，并且是明显的。在另一情况下，可以有两个或更多燃气涡轮输送热气体给一个普通的余热回收蒸汽发生器。该方法可以应用于单独地控制每个燃气涡轮，以使其在燃气涡轮功率输出及其它操作参数下操作，这最好地匹配最好的可实现的整体发电设备操作状态，例如，高效率、维护成本、磨损、使用期限消耗和环境影响之间的最好权衡。因此，由不同的磨损、组装公差等等所引起的燃气涡轮的不同的性能特征可以被考虑，同时，为发电设备操作者获得最好的总利益。
虽然本发明的主题已经通过示例性实施例进行了解释，但是，要理解的是，这些决不意在限制所要求保护的发明的范围。将意识到，权利要求覆盖了本文没有明确示出或公开的实施例，且脱离实施本公开内容的教导的示例性模式中所公开的那些的实施例将仍然被权利要求所覆盖。
参考标号列表
1 发电设备
10 燃气涡轮发动机
11 压缩机
12 燃烧器
13 膨胀涡轮
14 可变入口导向导叶
15 余热回收蒸汽发生器
16 入口空气
17 排气
18 燃料控制阀
20 燃气涡轮发电机
30 蒸汽涡轮
31 蒸发器/过热器
32 蒸汽控制阀
33 冷凝器
34 给水泵
40 蒸汽涡轮发电机
50 河流
60 控制系统
100 发电设备控制器
101 预测模块
200 功率目标设定值
210 发电设备控制信号，控制输出
211 发电设备测量和反馈信号
212 用于发电设备模型的输入
213 来自发电设备模型的参数值输出
214 校正因子
218 优化方案
220 优化操作设定值
225 通信端口
230 通信信道
240 从优化模块到云数据库的信息
250 从云数据库到优化模块的信息
300 云数据库
302 离线使用期限分析
400 优化模块
500 在线优化模块
501 发电设备模型
502 校正模块
503 使用期限模型
504 可靠性模型
505 企业模型
506 在线优化器
550 离线优化模块
556 预测模块
1000 功率分派控制器
mF 燃料质量流量
Pa 环境压力
Pc 压缩机之后的压力
PGT 燃气涡轮电功率输出
PST 燃气涡轮电功率输出
Ta 环境温度
TAT 膨胀涡轮之后的环境温度
VIGV 可变入口导向导叶的位置。

Claims (14)

1.一种用于操作发电设备(1)的方法，所述方法包括
提供功率目标设定值(200)给发电设备控制器(100)，
根据所述功率目标设定值(200)，确定至少一个第一发电设备操作参数的设定值，
在设定功率输出(PGT，PST)下操作所述发电设备，且使所述至少一个第一操作参数调整为所述操作参数的设定值，
应用测量来确定至少一个第二操作参数的实际值，
应用理论发电设备模型(501)以确定所述至少一个第二操作参数的期望值，
其特征在于，比较所述至少一个第二操作参数的期望值与所述至少一个第二操作参数的测量值，
应用校正循环于所述理论发电设备模型(501)，所述校正循环包括：
应用比较步骤来确定所述至少一个第二操作参数的期望值与所述至少一个第二操作参数的测量值之间的偏差，
修正所述理论发电设备模型，
重新计算所述至少一个第二操作参数的期望值，
重复所述校正循环，直到达到所述至少一个第二操作参数的期望值与所述至少一个第二操作参数的测量值之间的最佳匹配，
因此在结束所述校正循环之后获得校正的发电设备模型(501，502)，
应用所述校正的发电设备模型(501，502)来对于所述至少一个第一操作参数的大量值且至少对于所述设定功率输出(PGT，PST)预测所述至少一个第二操作参数，
在应用所述校正的发电设备模型(501，502)期间，预测发电设备操作状态关于所述至少一个第一操作参数的变化的响应，
改变所述至少一个第一操作参数的设定值以调整所述发电设备操作状态来匹配发电设备操作者操作目标，以及
在所述至少一个第一操作参数适于所述至少一个第一操作参数的调整的设定值的情况下在所述设定功率输出(PGT，PST)下操作所述发电设备。
2.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述发电设备操作状态包括其中至少一项：
按功率输出的操作成本；
环境影响；
发电设备可靠性；
发电设备功率储备；
发电设备频率响应能力。
3.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述按功率输出的操作成本包括其中至少一项：
按功率输出的燃料消耗；
燃料成本；
维护成本；
按功率输出的使用期限消耗；
按功率输出的耗水量；
水费；
按功率输出的资本成本；
排放税收。
4.根据权利要求2或权利要求3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述环境影响包括其中至少一项：
按功率输出的氮氧化物排放，
按功率输出的二氧化碳排放，
按功率输出的一氧化碳排放，
按功率输出的未燃碳氢化合物，
按功率输出的耗水量。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的方法，其特征在于，调整所述发电设备操作状态到所述发电设备操作者目标包括考虑其中至少一项：
功率传输的实际市场价格，
功率传输的预测市场价格演变，
功率储备供给的实际市场价格，
功率储备供给的预测市场价格，
频率响应能力供给的实际市场价格，
频率响应能力供给的预测市场价格。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
计算多个负载设定值下的每时间单位的实际操作成本；
计算多个负载设定值下的每时间单位的实际收入，
确定每时间单位的最大盈余的负载设定值，
以及提供最大盈余的所述负载设定值作为功率目标设定值(200)给所述发电设备控制器(100)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
确定对于给定时间间隔和对于大量负载设定值以及在所述时间间隔期间在大量情况下每时间单位的操作成本的预测，
确定对于给定时间间隔和对于大量负载设定值以及在所述时间间隔期间在大量情况下每时间单位的收入的预测，
确定在所述时间间隔期间产生最大盈余的正向功率供应曲线。
8.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述正向功率供应曲线输送至功率分派控制器(1000)，并且根据所述正向功率供应曲线在所述时间间隔期间在任何情况下提供功率目标设定值(200)给所述发电设备控制器(100)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，从发电设备操作原理获得所述至少一个第一操作参数，
在应用校正的发电设备模型(501，502)期间，预测所述发电设备操作状态关于所述至少一个第一操作参数的变化的响应，
确定所述至少一个第一操作参数的大量的优化设定值，提供所述发电设备操作者目标比对所述发电设备操作原理的相应的大量输入值的匹配，其中，所述输入值代表大量的发电设备操作状态，并且修正所述发电设备操作原理，其中发电设备操作状态下的所述至少一个第一操作参数的控制输出值(210)对应于大量发电设备操作状态的优化设定值。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述发电设备操作状态包括发电设备功率输出(PGT，PST)，并且所述操作原理包括所述至少一个第一操作参数的设置比对所述发电设备功率输出。
11.一种用于发电设备(1)的控制系统(60，400)，所述控制系统适于且构造成根据如前述权利要求中的任一项所述的方法操作所述发电设备。
12.一种发电设备(1)，包括根据前述权利要求所述的控制系统(60，400)。
13.一种计算机程序产品，其适于且构造成实施如前述方法权利要求中的任一项所述的步骤。
14.一种发电设备(1)，其根据前述方法权利要求中的任一项操作。
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