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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0152750 , eingereicht am 30. November 2018.
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HINTERGRUND
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Gebiet
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Die Vorrichtungen und Verfahren, die mit den beispielhaften Ausführungsformen konsistent sind, beziehen sich auf ein System zum Regeln einer Kesselvorrichtung in einem Kraftwerk, um die Verbrennung unter optimierten Bedingungen sicherzustellen, und insbesondere auf ein System zum Regeln eines Betriebs eines Kessels auf der Grundlage optimaler Regelwerte für die Regelobjekte des Kessels, wobei die optimalen Regelwerte durch einen internen Algorithmus zum Minimieren der Emissionen berechnet werden, während der Verbrennungswirkungsgrad des Kessels verbessert wird, und auf ein Verfahren dafür.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Wärmekraftwerk weist einen Kessel darin auf, um Wasser unter Verwendung einer exothermen Reaktion, die erzeugt wird, wenn ein Brennstoff, wie z. B. Kohle oder dergleichen, verbrannt wird, zu erwärmen und dadurch Dampf zum Antreiben einer Turbine zu erzeugen. Wenn eine Verbrennung in dem Kessel stattfindet, werden Emissionen, wie z. B. Stickstoffoxide und Kohlendioxid, erzeugt. In den letzten Jahren ist die Verbrennungsumgebung geregelt worden, um weniger Emissionen zu erzeugen, weil ein Betrieb des Kraftwerks beträchtliche Kosten erfordert, um derartige Emissionen zu managen, wobei Anstrengungen unternommen werden, um den Verbrennungswirkungsgrad der Kessel zu erhöhen.
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In einem Wärmekraftwerk des Standes der Technik ist eine Kesselregelung, d. h., eine Verbrennungsregelung, durch einen Fachmann durch das Einstellen der Parameter der Verbrennungsumgebung eines Kessels bezüglich der Leistungstestdaten während eines Probelaufs und dann das Starten eines Kesselbetriebs ausgeführt worden. Nachdem der Kesselbetrieb gestartet worden ist, wird zusätzlich die Verbrennungsregelung durch die Feinabstimmung eines Versatzwertes ausgeführt. Deshalb ist gemäß dem Kesselbetriebsverfahren des Standes der Technik der Regelung einer stabilen Verbrennung für die Stabilität des Kessels mehr Priorität als seiner Optimalregelung gegeben worden, weil es nicht einfach ist, den Kessel in einem optimalen Verbrennungszustand zu regeln, wenn der Kessel arbeitet. Es hat ein Problem im Stand der Technik gegeben, dass die optimale Verbrennungsumgebung eines Kessels nicht richtig implementiert werden konnte.
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Um das Problem zu lösen, sind Untersuchungen ausgeführt worden, um die Verbrennungsregelung des Kessels durch das automatische Erfassen und Analysieren der Betriebsdaten eines Kessels in Echtzeit und das automatische Einstellen verschiedener Regelvariable des Kessels gemäß dem analysierten Ergebnis zu optimieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aspekte einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen stellen ein System und ein Verfahren zum Regeln eines Kessels in einem Kraftwerk bereit, um den Verbrennungswirkungsgrad des Kessels zu maximieren, während die Erzeugung von Emissionen einschließlich Stickstoffoxiden und Kohlendioxiden minimiert wird.
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Die Aspekte einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines Kessels in Echtzeit und insbesondere zum Regeln eines Betriebs eines Kessels in Echtzeit innerhalb der Grenzen, um den aktuellen Kesselzustand nicht übermäßig zu beeinflussen, gemäß einem durch eine Optimierungsoperation berechneten Wert bereit.
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Zusätzliche Aspekte werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch die Praxis der beispielhaften Ausführungsformen erlernt werden.
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Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Regeln eines Betriebs eines Kessels bereitgestellt, wobei das System enthält: einen Optimierer, der konfiguriert ist, eine Verbrennungsoptimierungsoperation für den Kessel unter Verwendung eines Kesselverbrennungsmodells, um einen optimalen Regelwert für wenigstens ein Regelobjekt des Kessels zu berechnen, auszuführen; und einen Ausgangs-Controller, der konfiguriert ist, den berechneten optimalen Regelwert von dem Optimierer zu empfangen und das Regelobjekt gemäß dem optimalen Regelwert zu regeln.
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Der Ausgangs-Controller kann von dem Optimierer einen aktualisierten optimalen Regelwert für einen vorgegebenen Zeitraum empfangen.
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Der Ausgangs-Controller kann das Regelobjekt mit dem optimalen Regelwert für mehrere Unterzeiträume, wobei jeder kürzer als der vorgegebene Zeitraum ist, regeln.
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Der Ausgangs-Controller kann das Regelobjekt durch eine während der Unterzeiträume erlaubte Variation für jeden Unterzeitraum regeln.
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Der vorgegebene Zeitraum kann in mehrere Unterzeiträume aufgeteilt werden und das Regelobjekt kann durch eine gleiche Variation für jeden Unterzeitraum geregelt werden.
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Das System kann ferner einen Aufgabenmanager enthalten, der konfiguriert ist, Betriebsdaten und/oder Zustandsdaten eines Kessels, der sich in Betrieb befindet, zu sammeln und basierend auf den wenigstens einen Betriebsdaten oder Zustandsdaten zu bestimmen, ob die Verbrennungsoptimierungsoperation für den Kessel auszuführen ist.
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Die Betriebsdaten können wenigstens eines von einer Leistungserzeugungsausgabe, einem Befehlswert und einem momentanen Wert enthalten, wobei die Zustandsdaten wenigstens eine von einer Fluktuation einer Kesselausgabe, einer Brennstofffluktuation und einer Temperatur oder einem Druck in jeder Komponente des Kessels enthalten.
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Das System kann ferner einen Modellierer enthalten, der konfiguriert ist, ein Kesselverbrennungsmodell zu erzeugen, das für eine Operation in dem Optimierer zu verwenden ist.
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Das System kann ferner einen Vorprozessor enthalten, der konfiguriert ist, die für den Modellierer erforderlichen Daten zu filtern, um ein beliebiges Kesselverbrennungsmodell zu erzeugen.
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Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines Kessels bereitgestellt, wobei das Verfahren enthält: Ausführen durch einen Optimierer einer Verbrennungsoptimierungsoperation für den Kessel unter Verwendung eines Kesselverbrennungsmodells, um einen optimalen Regelwert für wenigstens ein Regelobjekt des Kessels zu berechnen; und Regeln durch einen Ausgangs-Controller des Regelobjekts gemäß dem optimalen Regelwert.
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Das Berechnen des optimalen Regelwerts kann für einen vorgegebenen Zeitraum ausgeführt werden.
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Beim Regeln des Regelobjekts kann das Regelobjekt mit dem optimalen Regelwert für mehrere Unterzeiträume, wobei jeder kürzer als der vorgegebene Zeitraum ist, geregelt werden.
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Beim Regeln des Regelobjekts kann das Regelobjekt durch eine während des Unterzeitraums erlaubte Variation geregelt werden.
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Beim Regeln des Regelobjekts kann der vorgegebene Zeitraum in mehrere Unterzeiträume aufgeteilt werden und kann das Regelobjekt durch eine gleiche Variation für jeden Unterzeitraum geregelt werden.
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Das Verfahren kann ferner enthalten: Sammeln durch einen Aufgabenmanager der Betriebsdaten und/oder der Zustandsdaten eines Kessels, der sich in Betrieb befindet, und Bestimmen basierend auf den wenigstens einen Betriebsdaten oder Zustandsdaten durch den Aufgabenmanager, ob die Verbrennungsoptimierungsoperation für den Kessel auszuführen ist.
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Die Betriebsdaten können wenigstens eines von einer Leistungserzeugungsausgabe, einem Befehlswert und einem momentanen Wert enthalten, wobei die Zustandsdaten wenigstens eine von einer Fluktuation einer Kesselausgabe, einer Brennstofffluktuation und einer Temperatur oder einem Druck in jeder Komponente des Kessels enthalten können.
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Das Verfahren kann ferner das Erzeugen durch einen Modellierer eines Kesselverbrennungsmodells, das bei der Verbrennungsoptimierungsoperation für den Kessel zu verwenden ist, enthalten, wobei das Kesselverbrennungsmodell unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes erzeugt wird.
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Das Verfahren kann ferner das Filtern durch einen Vorprozessor der Daten, die beim Erzeugen des Kesselverbrennungsmodells erforderlich sind, enthalten.
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Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein nicht transitorisches computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, das Anweisungen zum Ausführen eines Verfahrens zum Regeln eines Betriebs eines Kessels speichert, wobei das Verfahren enthält: Ausführen einer Verbrennungsoptimierungsoperation für den Kessel unter Verwendung eines Kesselverbrennungsmodells, um einen optimalen Regelwert für wenigstens ein Regelobjekt des Kessels zu berechnen; und Regeln des Regel Objekts gemäß dem optimalen Regelwert.
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Gemäß einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen kann der Verbrennungswirkungsgrad des Kessels in einem Kraftwerk verbessert werden und können die Emissionen, die eine Umweltverschmutzung verursachen, außerdem minimiert werden, wodurch die Kosten zum Behandeln der Emissionen signifikant verringert werden können und dadurch die Betriebskosten des Kraftwerks signifikant verringert werden.
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Ferner können die Regelobjekte allmählich bis zu einem Sollwert geregelt werden, der durch die Optimierungsoperation innerhalb der Grenzen berechnet wird, um den aktuellen Betriebszustand des Kessels beim Regeln des Betriebs des Kessels in Echtzeit nicht übermäßig zu beeinflussen, wobei dadurch das Auftreten von Problemen verhindert wird, die durch eine plötzliche Änderung des Betriebszustands verursacht werden.
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Figurenliste
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Die obigen und anderen Aspekte werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen bezüglich der beigefügten Zeichnungen offensichtlicher; es zeigen:
- 1 eine schematische graphische Darstellung, die eine allgemeine Konfiguration eines Wärmekraftwerks veranschaulicht;
- 2 einen Blockschaltplan, der die Konfiguration eines Kesselregelsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
- 3 eine Funktion des Ausgangs-Controllers in dem Kesselregelsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 4 eine graphische Darstellung, die ein Verfahren zum Regeln eines Kesselbetriebs durch den Ausgangs-Controller, bezogen auf einen optimierten Sollwert, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht; und
- 5 und 6 einen Zustand, in dem der Ausgangs-Controller einen Regelbefehl an irgendeinen Dämpfer in dem Kessel sendet, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
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An den Ausführungsformen der Offenbarung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, wobei es verschiedene Typen von Ausführungsformen geben kann. Folglich sind in den Zeichnungen spezifische Ausführungsformen veranschaulicht, wobei die Ausführungsformen in der Beschreibung ausführlich beschrieben werden. Es sollte jedoch angegeben werden, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht zum Einschränken der Schutzumfangs der Offenbarung auf eine spezifische Ausführungsform sind, sondern dass sie interpretiert werden sollten, so dass sie alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen der Ausführungsformen enthalten, die in den hier offenbarten Ideen und technischen Schutzumfängen enthalten sind. Unterdessen wird in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass beim Beschreiben der Ausführungsformen die ausführliche Erklärung in Beziehung stehender bekannter Techniken den Hauptpunkt der Offenbarung unnötig undeutlich machen kann, die ausführliche Erklärung weggelassen.
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Wenn es nicht anderweitig definiert ist, weisen die Begriffe, einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe, die hier verwendet werden, die gleiche Bedeutung auf, wie sie im Allgemeinen durch die Fachleute auf dem relevanten Gebiet verstanden würden. Diese Begriffe können jedoch in Abhängigkeit von den Absichten des Fachmanns auf dem Gebiet, der rechtlichen oder technischen Interpretation und der Entstehung neuer Techniken variieren. Zusätzlich sind einige Begriffe beliebig durch den Anmelder ausgewählt. Diese Begriffe können durch die Bedeutung, die hier definiert und beschrieben ist, ausgelegt werden, wobei sie, wenn es nicht anderweitig spezifiziert ist, auf der Grundlage der gesamten Inhalte dieser Beschreibung und der üblichen technischen Kenntnis auf dem Gebiet ausgelegt werden können.
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Die Funktionsblöcke, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind und im Folgenden beschrieben werden, sind lediglich Beispiele der möglichen Implementierungen. In anderen Implementierungen können andere Funktionsblöcke verwendet werden, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der ausführlichen Beschreibung abzuweichen. Während ein oder mehrere Funktionsblöcke der vorliegenden Offenbarung durch getrennte Blöcke dargestellt sind, können einer oder mehrere der Funktionsblöcke eine Kombination der verschiedenen Hardware- und Software-Konfigurationen, die die gleiche Funktion ausführen, sein.
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Außerdem führt ein „Modul“ oder ein „Teil“ in der Offenbarung wenigstens eine Funktion oder Operation aus, wobei diese Elemente als Hardware oder Software oder als eine Kombination aus Hardware und Software implementiert sein können. Ferner können mehrere „Module“ oder „Teile“ in wenigstens ein Modul integriert sein und als wenigstens ein Prozessor implementiert sein, mit Ausnahme der „Module“ oder „Teile“, die als spezifische Hardware implementiert sein müssen.
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Die hier verwendete Terminologie ist nur zum Zweck des Beschreibens spezieller Ausführungsformen und ist nicht vorgesehen, den Schutzumfang der Offenbarung einzuschränken. Die Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“, wie sie hier verwendet werden, sind vorgesehen, ebenso die Mehrzahlformen zu enthalten, wenn es nicht der Kontext deutlich anders angibt. Ferner sollten die Begriffe „umfasst“, „enthält“ oder „weisen/weist auf“ als bezeichnend ausgelegt werden, dass es derartige Merkmale, Bereiche, ganze Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder eine Kombination daraus in der Beschreibung gibt, und das Vorhandensein oder die Möglichkeit des Hinzufügens eines oder mehrerer anderer Merkmale, Bereiche, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Kombinationen daraus nicht ausschließen.
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Zusätzlich beziehen sich die Begriffe bezüglich Befestigungen, der Kopplung und dergleichen, wie z. B. „verbunden“ und „gekoppelt“, auf eine Beziehung, in der die Strukturen entweder direkt oder indirekt durch dazwischenliegende Strukturen aneinander befestigt oder angebracht sind.
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Ferner können Begriffe, wie z. B. „erster“, „zweiter“ usw., verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, wobei aber die Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollten. Die Begriffe werden einfach verwendet, um ein Element von anderen Elementen zu unterscheiden. Die Verwendung derartiger Ordnungszahlen sollte nicht als die Bedeutung des Begriffs einschränkend ausgelegt werden. Die Komponenten, die einer derartigen Ordnungszahl zugeordnet sind, sollten z. B. nicht in der Reihenfolge der Verwendung, der Anordnungsreihenfolge oder dergleichen eingeschränkt werden. Gegebenenfalls kann jede Ordnungszahl synonym verwendet werden.
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Die Ausdrücke, wie z. B. „wenigstens einer von“, wenn sie einer Liste von Elementen vorangehen, modifizieren die gesamte Liste der Elemente und modifizieren nicht die einzelnen Elemente der Liste. Der Ausdruck „wenigstens eines von a, b und c“ sollte z. B. so verstanden werden, dass er nur a, nur b, nur c, sowohl a als auch b, sowohl a als auch c, sowohl b als auch c, alle von a, b und c oder irgendwelche Variationen der obenerwähnten Beispiele enthält.
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Im Folgenden werden die beispielhaften Ausführungsformen bezüglich der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Um die Offenbarung in den Zeichnungen deutlich zu veranschaulichen, können einige der Elemente, die für das vollständige Verständnis der Offenbarung nicht wesentlich sind, weggelassen werden, wobei sich gleiche Bezugszeichen überall in der Beschreibung auf gleiche Elemente beziehen.
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1 veranschaulicht eine allgemeine Konfiguration eines Wärmekraftwerks, insbesondere zum Veranschaulichen einer Position und einer Funktion eines zu regelnden Kessels. Wärmekraftwerke erzeugen Dampf aus der Leistung aus verbrannter Kohle oder verbranntem Erdöl, um Dampfturbinen zu drehen und elektrische Energie zu erzeugen. Ein Kessel in einem Wärmekraftwerk dient dazu, durch das Verbrennen von Brennstoff Wasser zum Sieden zu bringen, um den Dampfturbinen Hochtemperatur- und Hochdruckdampf zuzuführen. Der Kessel kann einen Kesselkörper, der Wasser und Dampf enthält, eine Brennkammer zum Verbrennen eines Brennstoffs, und eine Feuerung enthalten. Die Brennkammer, die Feuerung und dergleichen sind durch ein Regelsystem geregelt, um die Temperatur, den Druck und dergleichen zu regeln.
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Die Kesselregelung ist eine entscheidende Regeloperation in dem Kraftwerk. In der Vergangenheit ist ein Fachmann für den Normalbetrieb erforderlich, weil die Regelungsoperation des Kessels ein sehr komplizierter Prozess gewesen ist. In letzter Zeit ist durch das Anwenden eines automatisierten Regelverfahrens beim Betreiben des Kessels ein System für die Kesselregelung ohne manuelle Beeinflussung implementiert. Dieses automatisierte Regelverfahren ermöglicht die Echtzeitregelung des Kessels. Um den Verbrennungswirkungsgrad des Kessels zu erhöhen, kann ferner eine Regelung, die sich durch das Regeln des Kessels, so dass ein aktueller Zustand des Kessels in jedem kurzen Zeitraum überprüft wird, allmählich nah bei der Echtzeit befindet, implementiert werden, wobei die jeweiligen Regelungsoperationen an den Regelzielen gemäß dem aktuellen Zustand ausgeführt werden können.
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Die beispielhafte Ausführungsform stellt ein System und ein Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines Kessels bereit, die durch das Hinzufügen zu einem gegenwärtig verfügbaren Kesselregelsystem und -verfahren (i) der Erzeugung und Aktualisierung eines Kesselverbrennungsmodells unter Verwendung künstlicher Intelligenz und (ii) einer Optimierungsoperation zum Finden eines optimalen Sollwerts für jedes Regelziel bezüglich des Zustands eines Kessels in Betrieb den Verbrennungswirkungsgrad verbessern und die Emission verringern können. Ferner stellt die beispielhafte Ausführungsform ein Verfahren zum effektiven Regeln eines Betriebs eines Kessels in Echtzeit durch Techniken der dynamischen Verfolgung systematischer Fehler bereit.
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2 veranschaulicht einen Blockschaltplan eines Kesselregelsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In 2 enthält das Kesselregelsystem einen Aufgabenmanager 10, einen Vorprozessor 20, einen Optimierer 30, einen Modellierer 40 und einen Ausgangs-Controller 50. Obwohl das Kesselregelsystem nach 2 Konfigurationsblöcke enthält, die durch die auszuführenden Funktionen oder Schritte bezeichnet sind, wird erkannt, dass das Kesselregelsystem als eine Vorrichtung, einschließlich einer CPU für den Betrieb und eines Speichers, der ein Programm und Daten für den Betrieb speichern kann, implementiert sein kann und dass die obigen Konfigurationen des Kesselregelsystems in einem Programm implementiert sein können, das in einer computerlesbaren Sprache entworfen ist und durch die CPU ausgeführt wird. Ferner kann das Kesselregelsystem durch Hardware oder Firmware, Software oder eine Kombination daraus implementiert sein. Wenn das Kesselregelsystem unter Verwendung von Hardware implementiert ist, kann es eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine digitale Signalverarbeitungsvorrichtung (DSPD), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD), eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA) und dergleichen enthalten. Wenn das Kesselregelsystem unter Verwendung von Firmware oder Software implementiert ist, kann es ein Modul, eine Prozedur oder eine Funktion enthalten, das bzw. die die obigen Funktionen oder Operationen ausführt.
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Der Aufgabenmanager 10 ist konfiguriert, einen aktuellen Betriebszustand des Kessels zu überprüfen und zu bestimmen, ob eine Kesselverbrennungsoptimierung auszuführen ist. Der Aufgabenmanager 10 kann z. B. Betriebsdaten und Zustandsdaten (z. B. einen binären Zustandswert) des Kessels, der sich in Betrieb befindet, sammeln und darauf basierend basierend auf den gesammelten Daten bestimmen, ob die Kesselverbrennungsoptimierung möglich ist (d. h., ob die Kesselverbrennungsoptimierung auszuführen ist). Die Betriebsdaten des Kessels enthalten die von verschiedenen Sensoren, die in dem gegenwärtig arbeitenden Kessel installiert sind, empfangenen Messwerte oder die Regelwerte, die durch das Kesselregelsystem überwacht werden können. Die Beispiele der Betriebsdaten können die Leistungsausgabe (MW), die Befehle und dergleichen enthalten. Die Zustandsdaten enthalten die Werte, die die Fluktuationen der Kesselausgabe, die Brennstofffluktuationen, die Temperatur und den Druck in jeder Komponente usw. angeben.
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Der Aufgabenmanager 10 bestimmt basierend auf den gesammelten Betriebsdaten und Zustandsdaten, ob die Verbrennungsoptimierung notwendig oder möglich ist. In diesen Bestimmungsprozess werden die Integrität des Kesselsystems (z. B. der Betriebszustand der Hardware, der Zustand der Systembetriebsmittel, die Kommunikationsumgebung usw.) und die Integrität der jeweiligen Module in dem Kesselsystem (z. B. der Betriebszustand der Software, das Vorhandensein des Kesselverbrennungsmodells usw.) berücksichtigt. Der Aufgabenmanager 10 kann z. B. bestimmen, dass das Kraftwerk in einem Abschnitt, in dem sich die Leistungsausgabe drastisch ändert, nicht stabilisiert ist. Wenn sich z. B. die Leistungsausgabe (z. B. 50 MW) während 30 Minuten mehrere zehn Megawatt (z. B. 50 MW) über einem Bezugswert ändert, kann der Aufgabenmanager 10 bestimmen, dass es ein instabiler Zustand ist, wobei er nicht mit der Verbrennungsoptimierung fortfahren kann.
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Es gibt drei Analyseverfahren, um zu bestimmen, ob die Verbrennungsoptimierung notwendig oder möglich ist. Die Analyseverfahren enthalten ein Analyseverfahren basierend auf den Kesselbetriebsdaten, ein Analyseverfahren basierend auf einem binären Zustandswert und ein Analyseverfahren basierend auf der vorher aufgezeichneten und gespeicherten Kenntnis und Erfahrung eines Experten. Diese Analyseverfahren können einheitlich oder in Kombination durch den Aufgabenmanager 10 verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Verbrennungsoptimierung auszuführen ist. Das Analyseverfahren, das auf der Kenntnis und Erfahrung eines Experten, die im Voraus aufgezeichnet und gespeichert werden, basiert, ist so konfiguriert, dass die Analyse basierend auf den vorher gespeicherten Daten einschließlich der Betriebszustände eines Kessels und der entsprechenden Beeinflussungen durch einen Experten, der den Kessel betreibt, ausgeführt wird. Die Beeinflussung des Experten, wie z. B. eine Zufuhr B von Brennstoff zu einer Brennkammer eines Kessels, falls die Temperatur in der Brennkammer A ist, und die Beeinflussung des Experten, wie z. B. eine Einstellung eines Dämpferwinkels auf D, falls die Temperatur in der Brennkammer C ist, können z. B. gespeichert werden, wobei später auf sie für die Analyse Bezug genommen wird.
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Der Vorprozessor 20 ist konfiguriert, nur die Daten, die für die Modellierung geeignet sind, d. h., die Daten, die für das Lernen durch den Modellierer 40 geeignet sind, vorzufiltern. Während eine Menge der Eingangsdaten, die von dem Kessel gesammelt werden können, und der Ausgangsdaten gemäß den Eingangsdaten viel größer ist, enthalten einige Daten einige Fehlerwerte, die nicht angepasst oder wenig korreliert sind, was die Genauigkeit der Modellierung verringert. Der Vorprozessor 20 kann eine Konfiguration aufweisen, die erforderlich ist, um die Genauigkeit durch die Filterung derartiger unnötiger Daten im Voraus weiter zu verbessern, wenn in dem Modellierer 40 ein Modell erzeugt wird.
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Der Vorprozessor 20 führt die Funktionen der Signalwiederherstellung, Filterung und Ausreißerbearbeitung aus. Die Signalwiederherstellungsfunktion ist konfiguriert, die von dem Kessel gesammelten Signale wiederherzustellen, wenn es etwas Verlust in den Signalen gibt, oder das entsprechende Signal wiederherzustellen, wenn der Kessel eine Anomalie oder eine Störung aufweist. Die Filterungsfunktion ist konfiguriert, unter den wiederhergestellten Signalen die Daten außerhalb eines normalen Datenbereichs herauszufiltern oder das Signalrauschen zu entfernen und ferner nur die Daten, die für die Modellierung, die Optimierungsoperation und die Ausgangsregelung verwendet werden, unter Verwendung einer bekannten wissensbasierten Logik zu extrahieren. Die Ausreißerbearbeitungsfunktion ist konfiguriert, die Daten außerhalb des Trends unter Verwendung einer datenbasierten Logik zu verarbeiten.
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Der Vorprozessor 20 kann implementiert sein, ferner eine Kennzeichen-Clusterbildungs-Funktion und eine Datenabtastfunktion gemäß der Absicht eines Entwicklers oder einem Bedarf eines Anwenders auszuführen. Hier dient die Kennzeichen-Clusterbildungs-Funktion dazu, eine Datengruppe durch das Löschen unnötiger Kennzeichen-Informationen und das Extrahieren nur der relevanten Kennzeichen-Informationen unter den Kennzeichen, die den jeweiligen Regelzielen eines Kessels entsprechen, zu konstruieren. Die Datenabtastfunktion dient dazu, auf Datenmuster zu wirken und Daten gemäß einem Abtastalgorithmus abzutasten, um die für die Modellierung erforderlichen Lerndaten auszugeben.
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Wie oben beschrieben worden ist, dient der Vorprozessor 20 dazu, die dem Betrieb des Kessels zugeordneten Daten zu sammeln und die Daten in eine für die künftige Modellierung geeignete Form zu verarbeiten.
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Der Optimierer 30 ist eine Konfiguration, die eine Eingabe zum Erzeugen eines optimalen Verbrennungszustands unter Verwendung eines Kesselverbrennungsmodells, das durch den Modellierer 40 zu erzeugen ist, berechnet. Der Optimierer 30 führt eine Funktion des Empfangens einer Optimierungszweckauswahl von einem Anwender, eine Funktion des Empfangens eines Kesselverbrennungsmodells von dem Modellierer 40 und eine Funktion des Ausführens einer Kesselverbrennungsoptimierung unter Verwendung des Kesselverbrennungsmodells aus.
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Die Funktion des Empfangens der Optimierungszweckauswahl von dem Anwender, d. h., einer Bedienungsperson des Kesselregelsystems, kann zuerst einen Zweck, um die Verbrennungsoptimierung auszuführen, vor dem Ausführen der Verbrennungsoptimierung auswählen. Der Optimierer 30 kann die Auswahl des Anwenders durch das Bereitstellen einer Schnittstelle, um mehrere Zwecke auszuwählen, empfangen. Die mehreren Zwecke können z. B. eine Kostenoptimierung, die die Kosten als eine obere Priorität betrachtet, eine Emissionsoptimierung, die eine Emissionsverweigerung als eine obere Priorität betrachtet, und eine Vorrichtungsschutzoptimierung, die einen Vorrichtungsschutz als eine obere Priorität betrachtet, enthalten. Es wird erkannt, dass dies lediglich ein Beispiel ist und dass andere Zwecke zur Optimierung enthalten sein können. Der Optimierer 30 führt eine Optimierungsoperation durch das Anwenden verschiedener Logiken gemäß der von dem Anwender empfangenen Auswahl des Anwenders der Zwecke aus.
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Hinsichtlich der Funktion des Empfangens des Kesselverbrennungsmodells von dem Modellierer 40 erfordert der Optimierer 30 ein Kesselverbrennungsmodell, um die Optimierungsoperation auszuführen, wobei das Kesselverbrennungsmodell aus einer Kombination aus mathematischen Modellen, die ein künstliches neuronales Netz enthalten, bestehen kann, die durch das wiederholte Lernen durch den Modellierer 40 erzeugt werden können.
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Hinsichtlich der Funktion des Ausführens der Kesselverbrennungsoptimierungsoperation berechnet der Optimierer 30 einen optimalen Eingangswert als einen endgültigen Ausgangswert durch das Ausführen einer Simulation mit der Anwendung der Zweckauswahl des Anwenders und des Kesselverbrennungsmodells. Die in diesem Fall verwendeten Algorithmen oder Controller können Proportional-Integral-Differential-Algorithmen (PID-Algorithmen), Freiheitsgradalgorithmen (DOF-Algorithmen), modellprädiktive Regelalgorithmen (MPC-Algorithmen), adaptive Algorithmen, Fuzzy-Algorithmen, H-unendlich-Algorithmen, modellbasierte lineare Parametervariierungsalgorithmen (LPV-Algorithmen), Teilchenschwarmoptimierungsalgorithmen, genetische Algorithmen (GA) usw. enthalten.
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Der Optimierer 30 führt eine Optimierungsoperation gemäß der Zweckauswahl des Anwenders und dem von dem Modellierer 40 empfangenen Kesselverbrennungsmodell aus, um den für die Kesselverbrennungsregelung erforderlichen optimalen Eingangswert zu berechnen.
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Der Modellierer 40 erzeugt ein Kesselverbrennungsmodell, das in dem Optimierer 30 verwendet werden kann. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist er dadurch gekennzeichnet, dass der Modellierer 40 das Kesselverbrennungsmodell unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes erzeugt.
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Das künstliche neuronale Netz ist eine Datenverarbeitungsmethodologie, die eine induktive Lernfähigkeit durch das mathematische Modellieren einer Informationsverarbeitungsstruktur eines aus Neuronen bestehenden Gehirns simuliert. Diese Datenverarbeitungsmethodologie weist einen Hauptzweck der Musterungskorrelation zwischen den Eingangs- und Ausgangswerten und des Vorhersagens eines Ausgangswertes von einem neuen Eingangswert basierend auf dem abgeleiteten Muster auf. Das künstliche neuronale Netz besteht aus parallelen Verbindungstrukturen (Schichten) von Knoten, die die Rolle der Neuronen spielen. Im Allgemeinen weist das neuronale Netz eine serielle Verbindung Eingangsschicht-verborgene Schicht-Ausgangschicht auf. Alternativ kann das neuronale Netz implementiert sein, so dass es mehrere verborgene Schichten aufweist, um die komplizierte Korrelation zwischen den Eingangs- und Ausgangswerten zu verarbeiten. Wenn das künstliche neuronale Netz verwendet wird, ist es möglich, das Erlernen der Korrelation nur mit den Eingangs- und Ausgangswerten, der Vorhersage mehrerer Ausgaben und dem Ableiten der Korrelation zwischen den Eingangs- und Ausgangswerten ohne eine lineare Extrapolation für ein nichtlineares Verhalten zu erhalten, selbst wenn die physikalischen Eigenschaften oder die Korrelation nicht deutlich bekannt sind.
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Der Modellierer 40 gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann einen Eingangswert und einen Ausgangswert bezogen auf die Kesselverbrennung von dem Vorprozessor 20 empfangen. Die Beispiele der Eingangsdaten können die Dämpferwinkel einer Primärluft und einer Sekundärluft, einen Dämpferwinkel einer Verbrennungsluftdüse (OFA), eine Menge der von einer Kohlezuführvorrichtung zugeführten Kohle, eine Umgebungstemperatur usw. enthalten. Die Beispiele der Ausgangsdaten können eine Kesselausgabe, eine Temperatur und einen Druck eines Verbrennungsgases in dem Kessel, eine Menge der Stickstoffoxide, des Kohlenmonoxids und des Sauerstoffs in dem Verbrennungsgas, eine Sprühdurchflussmenge eines Wiedererhitzers und dergleichen enthalten.
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Der Modellierer 40 erzeugt ein Kesselverbrennungsmodell ähnlich zu dem tatsächlichen Betriebszustand des Kessels unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes, wobei das erzeugte Kesselverbrennungsmodell dem Optimierer 30 bereitgestellt wird.
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Der Ausgangs-Controller 50 ist konfiguriert, die Verbrennungsregelung des Kessels auszuführen. Der Ausgangs-Controller 50 enthält eine Funktion des Überprüfens eines aktuellen Betriebszustands des Kessels vor dem Regeln des Kessels und eine Funktion des Widerspiegelns des durch den Optimierer 30 berechneten optimalen Regelwerts durch das Anwenden des optimalen Regelwerts auf die vorhandene Kesselregellogik.
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Hinsichtlich der Funktion des Überprüfens des Betriebszustands des Kessels muss der Ausgangs-Controller 50 den aktuellen Betriebszustand des Kessels vor dem tatsächlichen Regeln des Kessels überprüfen. Dies ist so, weil, selbst wenn der durch den Optimierer 30 berechnete optimale Regelwert sofort in dem Kesselbetriebszustand widergespiegelt wird, sich der Kessel in einem instabilen Zustand befinden kann oder ein Fehler auftreten kann, so dass der optimale Regelwert gemäß dem aktuellen Betriebszustand des Kessels geeignet aufgeteilt und widergespiegelt werden sollte.
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Der Ausgangs-Controller 50 kann den tatsächlichen Verbrennungswirkungsgrad des Kessels durch das Eingeben des vorher durch den Optimierer 30 berechneten optimalen Regelwerts in den Kessel, der sich in Betrieb befindet, maximieren. Hier führt der Ausgangs-Controller 50 die dynamische Verfolgung systematischer Fehler an dem berechneten optimalen Regelwert aus, wobei dadurch der optimale Regelwert der vorhandenen Verbrennungslogik des Kessels in Echtzeit widergespiegelt wird. Unter der Annahme, dass z. B. der optimale Regelwert ein Temperaturwert T100 in einer Brennkammer des Kessels ist, sollte der Ausgangs-Controller 50 eine Regeloperation ausführen, um die Temperatur von T1 auf T100 zu erhöhen, falls die aktuelle Temperatur in der Brennkammer T1 ist. Hier kann eine plötzliche Änderung der Temperatur Probleme verursachen, so dass die Temperatur in Stufen geregelt werden sollte. In diesem Fall kann der Ausgangs-Controller 50 die Temperatur in Stufen ändern, während er einen zu ändernden Temperaturbereich (bis T100) in mehrere kontinuierliche Stufenunterbereiche aufteilt. Der Ausgangs-Controller 50 kann z. B. die Temperatur regeln, um sie in einem Zeitraum einer ersten Stufe von T1 bis T20, in einem Zeitraum einer zweiten Stufe von T20 bis T40, in einem Zeitraum einer dritten Stufe von T40 bis T60, in einem Zeitraum einer vierten Stufe von T60 bis T80 und in einem letzten Zeitraum einer fünften Stufe von T80 bis T100 allmählich zu erhöhen. Dieser Zeitraum ist kürzer als ein Zeitraum, in dem der optimale Regelwert durch den Optimierer 30 berechnet wird. Unter der Annahme, dass z. B. der Optimierer 30 den optimalen Regelwert aller 5 Minuten berechnet, kann der Ausgangs-Controller 50 eine Betriebsregelung des Kessels alle 10 Sekunden ausführen. Das heißt, das Ausführen der Betriebsregelung des Kessels in allen kurzen Zeiträumen ist als die dynamische Verfolgung systematischer Fehler definiert, die zum Überprüfen des Betriebszustands des Kessels in Echtzeit und zum gleichzeitigen stabilen Widerspiegeln des optimalen Regelwerts ohne eine plötzliche Änderung des Betriebs des Kessels bereitgestellt wird. Eine Beschreibung der ausführlichen Konfigurationen der Ausgangsregeleinheit 50 und des Prozesses zum Regeln des Kesselbetriebs durch die Ausgangsregeleinheit 50 wird bezüglich der 3 bis 5 beschrieben, die später beschrieben werden.
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3 veranschaulicht eine Funktion des Ausgangs-Controllers 50 in dem Kesselregelsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In 3 kann der Ausgangs-Controller 50 einen Regelbestimmungsabschnitt 501, einen Betriebsregelabschnitt 503 und einen Betriebszustands-Überprüfungsabschnitt 505 enthalten.
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Der Regelbestimmungsabschnitt 501 ist konfiguriert, zu bestimmen, ob der Betrieb des Kessels zu regeln ist. Die Bestimmung kann das Bestimmungsergebnis durch den Aufgabenmanager 10 oder ein durch den Betriebszustands-Überprüfungsabschnitt 505 gesammelter aktueller Betriebszustand des Kessels sein. Das heißt, der Betriebszustands-Überprüfungsabschnitt 505 kann vor dem Anwenden einer Änderung auf den aktuellen Kesselbetriebszustand unter Bezugnahme auf die gesammelten Informationen oder das Bestimmungsergebnis von anderen Komponenten bestimmen, ob die Regelung des Kesselbetriebs fortzusetzen ist.
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Der Betriebsregelabschnitt 503 ist konfiguriert, die Objekte des Kessels, die gegenwärtig arbeiten, zu regeln, falls der Regelbestimmungsabschnitt 501 bestimmt, den Kesselbetrieb zu regeln. Der Betriebsregelabschnitt 503 regelt die jeweiligen Regelobjekte des Kessels durch das Senden eines Regelbefehls an die Regelobjekte. Hier bezieht sich der Betriebsregelabschnitt 503 auf einen durch den Optimierer 30 berechneten optimalen Regelwert, d. h., einen optimalen Sollwert, so dass jedes Regelobjekt des Kessels gemäß dem Sollwert geregelt wird.
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Der Optimierer 30 kann in jedem vorgegebenen Zeitraum einen optimierten Regelwert, d. h., einen optimierten Sollwert, berechnen. Der Optimierer 30 kann z. B. die Operation alle einige Minuten bis mehrere zehn Minuten wiederholen. Der berechnete Sollwert kann in jedem Zeitraum dem Betriebsregelabschnitt 503 bereitgestellt werden. Falls der Betriebsregelabschnitt 503 den Sollwert empfängt, regelt er den Kesselbetrieb gemäß dem Zeitraum. Hier regelt der Betriebsregelabschnitt 503 die Regelobjekte durch die dynamische Verfolgung systematischer Fehler.
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4 ist eine graphische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Betriebsregelabschnitt 503 ein beliebiges Regelobjekt des Kessels regelt. Falls z. B. das Regelobjekt in dem gegenwärtig arbeitenden Kessel einen Sollwert S1 aufweist, regelt der Betriebsregelabschnitt 503 das Regelobjekt, so dass es einen durch den Optimierer 30 berechneten neuen Sollwert S2 aufweist. Gemäß diesem beeinflusst der Betriebsregelabschnitt 503 das Regelobjekt, um während eines vorgegebenen Zeitraums T von dem Sollwert S1 den Sollwert S2 zu erreichen. In diesem Fall regelt der Betriebsregelabschnitt 503 das Regelobjekt allmählich durch das Aufteilen des Zeitraums T in mehrere Unterzeiträume und das Senden eines Regelbefehls für jeden Unterzeitraum. Der Unterzeitraum t kann von einigen Sekunden bis mehrere zehn Sekunden reichen, wobei der Unterzeitraum t kürzer als der Zeitraum T sein sollte. Zusätzlich wird die Regelung von S1 bis S2 nicht notwendigerweise während des Zeitraums T ausgeführt, wobei die Regelung bei Bedarf innerhalb eines kürzeren Zeitraums als T beendet werden kann.
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Die 5 und 6 veranschaulichen einen Prozess, in dem der Betriebsregelabschnitt 503 einen Dämpfer in dem Kessel regelt. Unter der Annahme, dass z. B. ein Öffnungswinkel des Dämpfers in dem gegenwärtig arbeitenden Kessel (d. h., der aktuelle Dämpferwinkel) 2 Grad beträgt und dass der durch den Optimierer 30 berechnete Sollwert (d. h., der optimale Dämpferwinkel) 14 Grad beträgt, muss der Betriebsregelabschnitt 503 den Dämpfer von 2 Grad bis 14 Grad führen. Falls in diesem Fall eine derartige plötzliche Änderung des Dämpferwinkels auftritt, ändert sich eine Einströmung der Luft schnell, was Probleme beim Betrieb des Kessels verursachen kann. Entsprechend muss der Betriebsregelabschnitt 503 den Dämpfer allmählich regeln.
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Unter der Annahme, dass andererseits der Betriebsregelabschnitt 503 alle 5 Minuten einen neuen Sollwert von dem Optimierer 30 empfängt, führt der Betriebsregelabschnitt 503 den Dämpfer innerhalb 5 Minuten allmählich, um die Kesselbetriebsumgebungen gemäß dem Sollwert zu implementieren.
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5 veranschaulicht eine erste beispielhafte Ausführungsform, in der der Betriebsregelabschnitt 503 den Dämpfer regelt. Der Betriebsregelabschnitt 503 kann einen Zeitraum in Unterzeiträume von 10 Sekunden aufteilen und den zu öffnenden Dämpfer bis zu dem Maximalwert regeln, der in 10 Sekunden variiert werden kann. Unter der Annahme, dass z. B. der zulässige Fluktuationswinkel des Dämpfers 6 Grad pro Minute ist, ist es bei der Berechnung erlaubt, dass der Winkel des Dämpfers um 1 Grad pro 10 Sekunden variiert. Der Betriebsregelabschnitt 503 als solcher kann den Winkel bis zum endgültigen Sollwert, d. h., 14 Grad, durch das Einstellen des Winkels des Dämpfers um 1 Grad pro 10 Sekunden regeln. Hier kann leicht erkannt werden, dass eine Gesamtmenge von 120 Sekunden, d. h., 12 Unterzeiträumen, erforderlich ist, um den Winkel des Dämpfers von 2 bis 14 Grad zu regeln. Das heißt, 5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform, in der es insgesamt 2 Minuten (120 Sekunden) dauert, um den Dämpfer zu regeln, was kürzer als 5 Minuten ist, was ein Zeitraum ist, in dem der Sollwert von dem Optimierer 30 berechnet wird.
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6 veranschaulicht eine zweite beispielhafte Ausführungsform, in der der Betriebsregelabschnitt 503 den Dämpfer regelt. Der Betriebsregelabschnitt 503 kann außerdem eine allmähliche Regeloperation durch das Aufteilen von 5 Minuten in Unterzeiträume von 10 Sekunden und das Verteilen eines Unterschieds zwischen einem Ziel-Sollwert und einem aktuellen Sollwert für 30 Unterzeiträume ausführen. Das heißt, um den Dämpferwinkel von 2 Grad bis 14 Grad zu regeln, ist eine Änderung von 12 Grad des Winkels während 5 Minuten erforderlich, wobei der Betriebsregelabschnitt 503 den Dämpfer durch das Öffnen des Dämpfers um 0,4 Grad, der ein Wert ist, der durch das Teilen der 12 Grad durch 30 erhalten wird, alle 10 Sekunden regeln kann, so dass er den Sollwert aufweist.
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Das Verfahren zum Regeln des Regelobjekts des Kessels durch die dynamische Verfolgung systematischer Fehler ist durch die 5 und 6 beschrieben worden.
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Abermals in 3 enthält der Ausgangs-Controller 50 den Betriebszustands-Überprüfungsabschnitt 505, der konfiguriert ist, die Informationen über den aktuellen Betriebszustand des Kessels zu sammeln. Der Betriebszustands-Überprüfungsabschnitt 505 kann die Informationen über den Betriebszustand sammeln, während der Betriebsregelabschnitt 503 den Betrieb des Kessels regelt, wobei auf die gesammelten Informationen durch den Regelbestimmungsabschnitt 501 Bezug genommen werden kann, wenn bestimmt wird, ob die Betriebsregelung des Kessels fortzusetzen oder zu stoppen ist.
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Während beispielhafte Ausführungsformen bezüglich der beigefügten Zeichnungen beschrieben worden sind, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet erkannt, dass verschiedene Modifikationen der Form und der Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Deshalb sollte die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen in einem beschreibenden Sinn ausgelegt werden und nicht ausgelegt werden, um den Schutzumfang der Ansprüche einzuschränken, wobei viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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