DE112021000411T5

DE112021000411T5 - Steuerparameter-optimierungsvorrichtung, anlage und steuerparameter-optimierungsverfahren

Info

Publication number: DE112021000411T5
Application number: DE112021000411.5T
Authority: DE
Inventors: Yoshito NAGAHAMA; Takaharu Hiroe; Kazunari Ide; Ryo Sase; Hiroshi Ito; Norikazu Tezuka; Yukihito Okuda; Nobuhiro Osaki; Shota MOCHIZUKI; Shoichiro Hosomi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2022-10-06
Also published as: JP2021135871A; JP7514632B2; WO2021172158A1; US20230126831A1; KR20220130746A; CN115004116A

Abstract

Eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung ist vorgesehen mit: einem Anlagenmodell, das konfiguriert ist, um einen Steuerbefehlswert durch eine Steuervorrichtung und eine Prozessgröße einer Anlage zu berechnen; einer Steuerparameter-Aktualisierungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Steuerparameter, der zum Berechnen des Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell verwendet wird, auf der Basis einer Zielfunktion zu aktualisieren, die basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell berechnet wird; und einem strukturellen Modell, das konfiguriert ist, um einen Abstand zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine auf der Basis der Prozessgröße aus dem Anlagenmodell zu berechnen. Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit ist konfiguriert, um nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs zu suchen, in dem der durch das strukturelle Modell berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung, eine Anlage und ein Steuerparameter-Optimierungsverfahren.
Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität der am 28. Februar 2020 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-033020 in Anspruch, deren Inhalt hier unter Bezugnahme enthalten ist.
HINTERGRUND
In den vergangenen Jahren hat mit der Verbreitung von erneuerbarer Energie die Anzahl eines Anfahrens und eines Abschaltens von Anlagen zugenommen. Es ist somit erforderlich, die Betriebssteuerung der Anlage in solch einem Fall zu optimieren. Die optimale Betriebssteuerung erfordert z.B. das Verkürzen der Anfahrzeit und der Abschaltzeit der Anlage und die Verringerung eines Brennstoffverbrauchs. Das Verkürzen der Anfahrzeit der Anlage ist auch dahingehend wichtig, dass es zu der Verringerung des Brennstoffverbrauchs beiträgt.
Die Patentschrift 1 offenbart eine Betriebssteuerung-Optimierungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Steuerparameter einer Steuervorrichtung zum Steuern des Betriebs einer Anlage zu optimieren. Diese Vorrichtung gibt einen Wert des Steuerparameters in ein Anlagenmodell ein, um eine Zielfunktion, wie etwa eine Anfahrzeit, einen Lebensdauerverbrauch und Brennstoffkosten zu berechnen, und optimiert den Steuerparameter durch Einstellen des Steuerparameters, so dass eine Differenz zwischen dem berechneten Wert der Zielfunktion und einem Zielwert minimiert wird.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentschrift 1: JP 2017-16353 A
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Wenn die Anfahrzeit und die Abschaltzeit der Anlage verkürzt werden, dann tritt eine plötzliche Temperaturänderung auf, so dass eine thermische Belastung in einer Vorrichtung (z.B. Dampfturbine), die die Anlage bildet, erzeugt wird. Diese thermische Belastung kann einen Faktor darstellen, der die Verkürzung der Anfahrzeit und der Abschaltzeit begrenzt. Als Reaktion darauf wird ein optimaler Steuerparameter zum Steuern des Betriebs der Anlage (insbesondere ein Parameter bezogen auf eine Anfahrkurve oder eine Abschaltkurve, die den zeitlichen Übergang der Energieerzeugungsgröße oder den zeitlichen Übergang des Öffnungsgrads eines Hauptdampfventils anzeigt) oft auf der Basis eines vorhergesagten Wertes der thermischen Belastung oder eines gemessenen Wertes der Temperatur und des Drucks eines Arbeitsfluids eingestellt, was die thermische Belastung beeinflusst.
Allerdings wird sogar bei dieser Einstellung eine thermische Verformung der rotierenden Maschine nicht berücksichtigt. Die Temperatur einer rotierenden Maschine und eines stationären Elements der rotierenden Maschine ändert sich ungleichmäßig aufgrund einer ungleichmäßigen Wärmeleitung und einer Wärmeübertragung. Falls ein Abstand zwischen dem rotierenden Element und dem stationären Element der rotierenden Maschine aufgrund einer thermischen Verformung verringert wird, die durch eine Temperaturänderung verursacht wird, können eine Beschädigung von Teilen, eine Abnutzung (Alterung) von Teilen und eine Wellenschwingung aufgrund eines Kontakts zwischen den beiden auftreten. Mit anderen Worten, das Risiko einer Beschädigung der Anlage nimmt zu.
Somit kann ein Sicherstellen eines ausreichenden Abstands zwischen dem rotierenden Element und dem stationären Element der rotierenden Maschine ein Faktor sein, der die Verkürzung der Anfahrzeit und der Abschaltzeit sowie die thermische Belastung begrenzt. In dieser Hinsicht beschreibt die Patentschrift 1 keine Konfiguration zum Suchen nach dem Steuerparameter, um einen Abstand zwischen dem stationären Element und dem rotierenden Element in der rotierenden Maschine sicherzustellen.
In Anbetracht der vorstehenden Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung oder dergleichen bereitzustellen, die nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs suchen kann, in dem der Abstand zwischen dem stationären Element und dem rotierenden Element in der rotierenden Maschine eine Zwangsbedingung erfüllt.
Lösung der Probleme
Eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Optimieren eines Steuerparameters einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Anlage, die mit einer rotierenden Maschine ausgestattet ist, aufweisend: ein Anlagenmodell, das konfiguriert ist, um einen Betrieb der gesamten Anlage einschließlich der Steuervorrichtung zu simulieren und einen Steuerbefehlswert durch die Steuervorrichtung und eine Prozessgröße der Anlage zu berechnen; eine Steuerparameter-Aktualisierungseinheit, die konfiguriert ist, um den Steuerparameter, der zum Berechnen des Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell verwendet wird, auf der Basis einer Zielfunktion zu aktualisieren, die basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell berechnet wird; und ein strukturelles Modell, das konfiguriert ist, um einen Abstand zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine auf der Basis der Prozessgröße aus dem Anlagenmodell zu berechnen. Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit ist konfiguriert, um nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs zu suchen, in dem der durch das strukturelle Modell berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.
Eine Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine rotierende Maschine; die vorstehend beschriebene Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung; und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Betrieb auf der Basis eines von der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung optimierten Steuerparameters zu steuern.
Ein Steuerparameter-Optimierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Optimieren eines Steuerparameters einer Steuervorrichtung zum Steuern einer mit einer rotierenden Maschine ausgestatteten Anlage, aufweisend: einen Schritt zum Berechnen eines Steuerbefehlswertes durch die Steuervorrichtung und einer Prozessgröße der Anlage unter Verwendung eines Anlagenmodells, das den Betrieb der gesamten Anlage einschließlich der Steuervorrichtung simuliert; einen Schritt zum Aktualisieren des Steuerparameters, der zum Berechnen des Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell verwendet wird, auf der Basis einer Zielfunktion, die basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell berechnet wird; und einen Schritt zum Berechnen eines Abstandes zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine auf der Basis der Prozessgröße aus dem Anlagenmodell. Das Verfahren umfasst eine Suche nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs, in dem der berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.
Vorteilhafte Effekte
Die vorliegende Erfindung stellt eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung oder dergleichen bereit, die nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs suchen kann, in dem der Abstand zwischen dem stationären Element und dem rotierenden Element in der rotierenden Maschine eine Zwangsbedingung erfüllt.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration einer Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch zeigt.
5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels einer Optimierung durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels zum Optimieren durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels zum Optimieren durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels zum Optimieren durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Steuerparameter-Optimierungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Komponenten, sofern sie nicht besonders spezifiziert sind, nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen.
So ist z.B. ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne bezeichnet, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand verschoben ist, wodurch es möglich ist, dieselbe Funktion zu erreichen.
So ist z.B. ein Ausdruck wie „derselbe/dieselbe/dasselbe“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so zu verstehen, dass er nur den Zustand anzeigt, in dem das Merkmal strikt gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, mit der/dem dennoch dieselbe Funktion erreicht werden kann.
Darüber hinaus ist z.B. ein Ausdruck einer Form, wie etwa eine rechteckige oder eine zylindrische Form, nicht so zu verstehen, dass nur die geometrisch strenge Form gemeint ist, sondern auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs umfasst, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits sind Ausdrücke wie „aufweisen“, „umfassen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ nicht so zu verstehen, dass sie andere Komponenten ausschließen.
<Konfiguration von Anlage>
Eine Konfiguration einer Anlage 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Anlage 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Anlage 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch zeigt.
Die Anlage 400 umfasst z.B., wie in 1 gezeigt, eine rotierende Maschine 300, eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100, und eine Steuervorrichtung 200, die konfiguriert ist, um den Betrieb auf der Basis eines eingestellten Steuerparameters zu steuern. Der in der Steuervorrichtung 200 eingestellte Steuerparameter wird durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 optimiert. Die Steuervorrichtung 200 ist konfiguriert, um verschiedene Vorrichtungen (einschließlich der rotierenden Maschine 300), die die Anlage 400 bilden, zu steuern. Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 kann in der Steuervorrichtung 200 enthalten und mit der Steuervorrichtung 200 integriert sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 nicht mit der Steuervorrichtung 200 integriert sein, sondern kann einen separaten Körper darstellen. Außerdem kann sich die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 in einem Ausführungsbeispiel an einem von der Anlage 400 entfernten Ort befinden. In diesem Fall ist die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 mit der Steuervorrichtung 200 der Anlage 400 online verbunden, und eine Ausgabe der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 wird an die Steuervorrichtung 200 über ein Netzwerk übertragen.
Alternativ können die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 und die Anlage 400 in einem Ausführungsbeispiel, z.B. wie in 2 gezeigt, offline sein. In diesem Fall wird eine Ausgabe der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 in einem Speichermedium, wie etwa einem USB-Speicher gespeichert, oder als Bericht (Papiermedium) gedruckt und gesammelt, und das Speichermedium oder das Papiermedium wird der Anlage 400 übergeben. Der gepunktete Pfeil in 2 bedeutet, dass Daten durch eine Person übertragen oder manuell eingegeben werden können. Mit anderen Worten, die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 kann als eine unabhängige Vorrichtung verwendet werden, und ein Betreiber kann ein Ausgabeergebnis des optimierten Steuerparameters in der Steuervorrichtung 200 einstellen.
Die rotierende Maschine 300 ist eine durch ein Arbeitsfluid (z.B. Dampf, Brenngas) rotierende Maschine, und sie kann z.B. eine Gasturbine oder eine Dampfturbine sein. Da ein Verdichter nicht durch ein Arbeitsfluid rotiert wird, ist er als die hier bezogene rotierende Maschine 300 ausgeschlossen. Bei der Anlage 400 kann es sich um eine Gasturbinen-Kombikraftwerksanlage (GTCC: „gas turbine combined cycle power generation plant“) handeln, die mit zwei oder mehr rotierenden Maschinen 300 bereitgestellt sein kann.
(Funktionale Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung)
3 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch zeigt.
Zunächst wird die funktionale Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 mit Bezug auf 3 beschrieben. Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 umfasst eine Zielfunktion-Einstelleinheit 1, eine Steuerparameter-Optimierungseinheit 2, ein Anlagenmodell 3, eine Steuerparameter-Einstelleinheit 4, eine Physikalischer-Parameter-Einstelleinheit 5, eine Ausgestaltungsparameter-Einstelleinheit 6, ein strukturelles Modell 11, eine Struktureller-Parameter-Einstelleinheit 12 und eine Anfangszustandsgröße-Einstelleinheit 13.
Die Zielfunktion-Einstelleinheit 11 stellt eine durch einen Betreiber in die Steuerparameter-Optimierungseinheit 2 eingegebene Zielfunktion ein. Die hier bezogene Zielfunktion ist ein Verbesserungselement (Anfahrzeit, Abschaltzeit, Laständerungsrate, Vorrichtungslebensdauerverbrauch, Brennstoffkosten, Energieerzeugungseffizienz usw.) in der Betriebssteuerung der Anlage 400, und wird durch eine Funktion einer Prozessgröße der Anlage 400 definiert. Die Anzahl an in die Zielfunktion-Einstelleinheit 1 eingegebenen Zielfunktionen kann eins oder größer als eins sein. Als das Verfahren zum Eingeben der Zielfunktion in die Zielfunktion-Einstelleinheit 1 kann eine Liste von Zielfunktionen in einer Speichereinheit 120 (siehe 4) der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 im Voraus gespeichert werden, und ein Betreiber kann eine zu optimierende Zielfunktion von dieser Liste auswählen.
Die Steuerparameter-Optimierungseinheit 2 umfasst eine Steuerparameter-Auswahleinheit 7, die einen zur Optimierung verwendeten Steuerparameter basierend auf der Zielfunktion aus Steuerparametern der Anlage 400 auswählt, und eine Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8, die den Wert des durch die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 ausgewählten Steuerparameters einstellt.
Das Anlagenmodell 3 ist ein Modell, das konfiguriert ist, um den Betrieb der gesamten Anlage 400 einschließlich der Steuervorrichtung 200 zu simulieren, und einen Steuerbefehlswert durch die Steuervorrichtung 200 und eine Prozessgröße der Anlage 400 zu berechnen. Das Anlagenmodell 3 umfasst ein Steuermodell 9, das den Betrieb der Steuervorrichtung 200 simuliert, und ein physikalisches Modell 10, das den Betrieb von verschiedenen Vorrichtungen (z.B. rotierende Maschine 300) der durch die Steuervorrichtung 200 gesteuerten Anlage 400 simuliert. Jedes Modul wird nachstehend im Detail beschrieben.
Das strukturelle Modell 11 ist ein Modell zum Berechnen einer Temperaturverteilung oder einer Formverschiebungsverteilung der rotierenden Maschine 300, und es ist konfiguriert, um einen Abstand zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine 300 auf der Basis der durch das physikalische Modell 10 des Anlagenmodells 3 berechneten Prozessgröße zu berechnen. Das strukturelle Modell 11 kann konfiguriert sein, um sowohl den axialen Abstand als auch den radialen Abstand zu berechnen. Das strukturelle Modell 11 kann konfiguriert sein, um z.B. eine Prozessgröße, die den Zustand des Arbeitsfluids an dem Einlass oder dem Auslass der rotierenden Maschine 300 anzeigt, von dem Anlagenmodell 3 zu erfassen, und den Abstand unter Verwendung dieser Prozessgröße zu berechnen.
In einem Ausführungsbeispiel ist das strukturelle Modell 11 ferner konfiguriert, um den Lebensdauerverbrauch der Vorrichtung und/oder die in der Vorrichtung erzeugte thermische Belastung zu berechnen.
Das strukturelle Modell 11 kann z.B. ein Modell zur strukturellen Analyse durch das finite Elementverfahren (FEM: „finite element method“) sein. Das Anlagenmodell 3 und das strukturelle Modell 11 können durch eine Kombination einer Grundmodelldatei und Modellkonstanten definiert sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass dieselbe Architektur verwendet werden kann, wenn sich die Grundkonfiguration des Modells ändert. Es ist z.B. möglich, auf Änderungen der rotierenden Maschine 300 und der Systemkonfiguration flexibel zu antworten.
Die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 extrahiert Steuerparameter bezogen auf die Zielfunktion (nachstehend nach Bedarf als „bezogene Steuerparameter“ bezeichnet) auf der Basis von Steuerlogikinformationen, die durch einen Betreiber manuell eingegeben werden, oder die von einer externen Vorrichtung erfasst werden. Die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 kann einen Steuerparameter mit hoher Empfindlichkeit bezüglich der Zielfunktion unter den bezogenen Steuerparametern als einen zu optimierenden Steuerparameter auswählen, und ihn an die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 ausgeben. Wenn der durch das strukturelle Modell 11 berechnete Abstand keine Zwangsbedingung bei der Optimierungsberechnung erfüllt, kann die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 einen Steuerparameter auswählen, der den Abstand beeinflusst, und ihn an die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 ausgeben.
Die Empfindlichkeit der bezogenen Steuerparameter bezüglich der Zielfunktion wird durch Empfindlichkeitsanalyse unter Verwendung des Anlagenmodells 3 erhalten. Die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 wählt einen oder mehrere bezogene Steuerparameter mit hoher Empfindlichkeit bezüglich der Zielfunktion unter den extrahierten, bezogenen Steuerparametern als die zu optimierenden Steuerparameter aus. Die Empfindlichkeit der bezogenen Steuerparameter bezüglich der Zielfunktion kann durch ein Verhältnis der Änderungsgröße der Zielfunktion zu der Änderungsgröße des bezogenen Steuerparameters definiert sein, und sie kann erhalten werden, indem z.B. der Wert von jedem bezogenen Steuerparameter geändert wird und er in das Anlagenmodell 3 eingegeben wird, und das Anlagenmodell 3 die Zielfunktion berechnet.
Die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 kann konfiguriert sein, um den als den zu optimierenden Steuerparameter ausgewählten bezogenen Steuerparameter auf einer Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) zur Bestätigung durch einen Betreiber anzuzeigen. Außerdem kann die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 konfiguriert sein, um eine Vielzahl von bezogenen Steuerparametern auf einer Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) in absteigender Reihenfolge einer Empfindlichkeit anzuzeigen, und zuzulassen, dass ein Betreiber den zu optimierenden Steuerparameter unter ihnen auswählt.
Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 stellt den Wert des durch die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 ausgewählten Steuerparameters ein, so dass die durch die Zielfunktion-Einstelleinheit 1 eingestellte Zielfunktion optimiert wird, und gibt den eingestellten Optimierungssteuerparameter an die Steuervorrichtung 200 aus. Zu diesem Zeitpunkt kann die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 eine optimierte Zielfunktion (optimale Lösung) an die Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) ausgeben. Nachstehend wird ein Beispiel der Prozedur zum Einstellen des Wertes des Steuerparameters durch die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 beschrieben.
Zunächst stellt die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 den durch die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 ausgewählten Steuerparameter auf einen vorbestimmten Wert als einen zur Berechnung der Zielfunktion verwendeten Wert ein, und gibt ihn in das Anlagenmodell 3 ein. Das Anlagenmodell 3 berechnet die Zielfunktion auf der Basis des Wertes des von der Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 eingegebenen Steuerparameters, und gibt ein Berechnungsergebnis an die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 aus.
Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 stellt den Wert des Steuerparameters ein, so dass der berechnete Wert der von dem Anlagenmodell 3 ausgegebenen Zielfunktion verbessert wird (z.B. wenn die Zielfunktion die Anfahrzeit ist, dann wird der Wert verringert). Insbesondere aktualisiert die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 den zum Berechnen eines Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell 3 verwendeten Wert des Steuerparameters (eine Ausgabe des Steuermodells 9, was nachstehend beschrieben wird) auf der Basis der basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell 3 berechneten Zielfunktion (eine Ausgabe des physikalischen Modells 10, was nachstehend beschrieben wird). Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 gibt den aktualisierten Steuerparameterwert in das Anlagenmodell 3 erneut ein und bewirkt, dass das Anlagenmodell 3 die Zielfunktion berechnet.
Beim Aktualisieren des Steuerparameters sucht die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb des Bereichs, in dem der durch das strukturelle Modell 11 berechnete Abstand die Zwangsbedingungen erfüllt. Außerdem aktualisiert die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 den Steuerparameter innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze. Die Betriebsgrenze ist ein Grenzwert, der von einem Grenzwert einer thermischen Belastung oder eines Abstands verschieden ist; z.B. ist er ein Grenzwert (obere Grenze oder untere Grenze) einer Prozessgröße der Anlage (Lebensdauerverbrauch von Komponenten, Temperatur, Druck, Laständerungsrate usw.). Die Betriebsgrenze kann Grenzwerte umfassen, wie etwa die maximale Öffnungszunahmerate eines Ventils und die Lastzunahmerate einer Gasturbine. Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 kann konfiguriert sein, um die Betriebsgrenze auf der Basis von Anlageneigenschaftsinformationen und Anlagenausgestaltungsinformationen zu berechnen.
Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 stellt den Wert des Steuerparameters ein, indem die vorstehende Einstellungsprozedur einmal oder mehrmals wiederholt ausgeführt wird. Hier können existierende Optimierungsalgorithmen, wie etwa Mehrzweck-Evolutionsalgorithmen und ein sequenzieller quadratischer Algorithmus auf die Einstellung des Steuerparameterwertes angewendet werden.
Falls in der Steuervorrichtung 200 der Anlage 400 der Steuerparameter kein konstanter Wert ist, sondern als eine Funktion von Prozessgrößen der Anlage 400 definiert ist, kann z.B. der Wert des Steuerparameters erhalten werden, indem die vorstehende Einstellprozedur für jede von mehreren vorbestimmten Prozessgrößen durchgeführt wird, und eine Funktion, die diese Werte komplementiert, kann als der Steuerparameter verwendet werden. D.h., der zum Berechnen der Zielfunktion verwendete Steuerparameter ist nicht auf den Wert des Steuerparameters beschränkt. Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 ist nicht auf eine Konfiguration zum Einstellen und Aktualisieren des Wertes des Steuerparameters beschränkt, sondern wird als eine Konfiguration zum Einstellen oder Aktualisieren des Steuerparameters breit interpretiert.
Die Steuerparameter-Einstelleinheit 4 extrahiert einen Steuerparameter, der zum Konstruieren des Steuermodells 9 (nachstehend beschrieben) in dem Anlagenmodell 3 erforderlich ist, aus Steuerparameterinformationen der Anlage, die durch einen Betreiber manuell eingegeben werden, oder die von einem externen System automatisch eingegeben werden, und stellt ihn in dem Steuermodell 9 ein. Die hier bezogenen Steuerparameterinformationen sind Informationen über Steuerparameter, die in der Steuervorrichtung 200 gespeichert sind, wie etwa Steuereinstellwerte für gesteuerte Variablen und Elemente, Werte, eine obere Grenze oder eine untere Grenze eines Steuergewinns der Anlage 400. Als eine Modifikation können Steuerlogikinformationen der Anlage 400 in die Steuerparameter-Einstelleinheit 4 anstelle der Steuerparameterinformationen eingegeben werden. In diesem Fall muss die Steuerparameter-Einstelleinheit 4 Informationen, wie etwa Signalleitungen, Zustandssymbole und numerische Werte aus den eingegebenen Steuerlogikinformationen als ein Muster erkennen und ein Element extrahieren, dem ein numerischer Wert in der Steuerlogik gegeben ist, nämlich der Steuerparameter und der Wert davon, d.h., die Steuerparameterinformationen.
Die Physikalischer-Parameter-Einstelleinheit 5 extrahiert einen physikalischen Parameter, der zum Konstruieren des physikalischen Modells 10 (nachstehend beschrieben) in dem Anlagenmodell 3 erforderlich ist, aus Anlageneigenschaftsinformationen, die durch einen Betreiber manuell eingegeben werden, oder die von einem externen System automatisch eingegeben werden, und stellt ihn in dem physikalischen Modell 10 ein. Die hier bezogenen Anlageneigenschaftsinformationen sind Informationen über ein der Anlage 400 spezifisches thermisches Gleichgewicht, wie etwa eine Temperatur von Dampf, der gemäß einer Wärmequellenlast einer Gasturbine oder eines Dampfkessels erzeugt wird, eine Strömungsrate, ein Druck und eine thermische Belastung. Als eine Modifikation können Betriebsdaten (Messelemente und Werte davon) der Anlage 400 in die Physikalischer-Parameter-Einstelleinheit 5 anstelle der Anlageneigenschaftsinformationen eingegeben werden. In diesem Fall muss die Physikalischer-Parameter-Einstelleinheit 5 auf die eingegebenen Betriebsdaten (z.B. Temperatur, Strömungsrate, Druck von Dampf korrespondierend zu der Wärmequellenlast) Bezug nehmen und den zum Konstruieren des physikalischen Modells 10 erforderlichen Wert des physikalischen Parameters extrahieren.
Die Ausgestaltungsparameter-Einstelleinheit 6 extrahiert einen Ausgestaltungsparameter, der zum Konstruieren des physikalischen Modells 10 in dem Anlagenmodell 3 erforderlich ist, aus Anlagenausgestaltungsinformationen, die durch einen Betreiber manuell eingegeben werden, oder die von einem externen System automatisch eingegeben werden, und stellt ihn in dem physikalischen Modell 10 (nachstehend beschrieben) in dem Anlagenmodell 3 ein. Die hier bezogenen Anlagenausgestaltungsinformationen sind der Anlage 400 spezifische Ausgestaltungsinformationen, wie etwa ein Ausrüstungsvolumen, eine Rohrlänge und ein Material der Anlage 400.
Die Struktureller-Parameter-Einstelleinheit 12 extrahiert einen strukturellen Parameter, der zum Berechnen des Abstands in dem strukturellen Modell 11 erforderlich ist, aus Vorrichtungsausgestaltungsinformationen, die durch einen Betreiber manuell eingegeben werden, oder die von einem externen System automatisch eingegeben werden, und stellt ihn in dem strukturellen Modell 11 ein. Die hier bezogenen Vorrichtungsausgestaltungsinformationen sind der rotierenden Maschine 300 spezifische Ausgestaltungsinformationen, wie etwa eine thermische Ausdehnungsrate, eine Wärmeübertragungsrate und eine Abmessung des rotierenden Elements und des stationären Elements der rotierenden Maschine 300. Der strukturelle Parameter stellt Bedingungsinformationen darüber dar, wie die Wärmeübertragungsrate oder der Wärmeübertragungskoeffizient für Prozessgrößen, wie etwa Druck und Temperatur, eingestellt wird. Diese Wärmeübertragungsrate stellt die Wärmeübertragungsrate bei einem Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid und dem stationären Element oder dem rotierenden Element, nicht allerdings die Wärmeübertragungsrate zwischen den Elementen dar. Wenn das strukturelle Modell 11 in einem vervollständigten Zustand ausgelesen wird, dann kann die Struktureller-Parameter-Einstelleinheit 12 in der Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 ausgelassen werden.
Wenn hier der Name von jedem durch die Steuerparameter-Einstelleinheit 4, die Physikalischer-Parameter-Einstelleinheit 5, die Ausgestaltungsparameter-Einstelleinheit 6 oder die Struktureller-Parameter-Einstelleinheit 12 extrahierten Modellparameter nicht mit dem Namen von jedem in dem Anlagenmodell 3 oder dem strukturellen Modell 11 registrierten Modellparameter übereinstimmt, kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 derart konfiguriert sein, dass Modellparameter mit ähnlichen Namen auf der Anzeigevorrichtung in Verknüpfung zueinander angezeigt werden, um zuzulassen, dass ein Betreiber die Eignung der Korrespondenz bestätigt. Der hier bezogene Modellparameter ist ein allgemeiner Begriff für durch die Steuerparameter-Einstelleinheit 4, die Physikalischer-Parameter-Einstelleinheit 5, die Ausgestaltungsparameter-Einstelleinheit 6 und die Struktureller-Parameter-Einstelleinheit 12 eingestellten Parameter.
Das Steuermodell 9 ist durch eine Tabellenfunktion konstruiert, die eine Prozessgröße der Anlage 400 in einen Steuerbefehlswert, eine Funktion, die ein Impulssignal gemäß der Größenbeziehung zwischen einer Prozessgröße und einem voreingestellten Schwellenwert erzeugt, oder eine Kombination davon umwandelt, und den Steuerbefehlswert auf der Basis eines berechneten Wertes der von dem physikalischen Modell 10 eingegebenen Prozessgröße der Anlage 400 berechnet, und an das physikalische Modell 10 ausgibt. Außerdem berechnet das Steuermodell 9 die Zielfunktion auf der Basis der von dem physikalischen Modell 10 eingegebenen Prozessgröße der Anlage 400, und gibt sie an die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 und die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 aus.
Hier kann das Anlagenmodell 3 eine Vielzahl von Steuermodellen 9 korrespondierend zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Steuerverfahren als eine Steuermodellbibliothek umfassen, und kann das Steuermodell 9 gemäß dem Steuerverfahren der zu steuernden Anlage 400 auswählen. Dies ermöglicht, dass die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 auf die Anlage 400 mit einem unterschiedlichen Steuerverfahren angewendet wird.
Das physikalische Modell 10 berechnet eine Prozessgröße der Anlage 400 auf der Basis des von dem Steuermodell 9 eingegebenen Steuerbefehlswertes, und gibt sie an das Steuermodell 9 aus. Insbesondere werden die Strömungsraten von Brennstoff und Dampf und die Ventilöffnung korrespondierend zu jeder Strömungsrate aus dem eingegebenen Steuerbefehlswert bestimmt, und die jeweilige Temperatur, der Druck und die Strömungsrate werden aus dem Massenausgleich und dem Wärmeausgleich von Gas und Dampf unter jeder Strömungsrate berechnet.
Hier kann das Anlagenmodell 3 eine Vielzahl von physikalischen Modellen 10 korrespondierend zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Vorrichtungskonfigurationen oder einer Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Anlagen 400 als eine physikalische Modellbibliothek umfassen, und kann das physikalische Modell 10 gemäß der Vorrichtungskonfiguration oder dem Typ der zu steuernden Anlage 400 auswählen. Dies ermöglicht, die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 auf die Anlage 400 mit einer unterschiedlichen Vorrichtungskonfiguration oder -typ anzuwenden.
Die Anfangszustandsgröße-Einstelleinheit 13 extrahiert eine Anfangszustandsgröße des Modellparameters aus Anfangszustandsinformationen, die durch einen Betreiber manuell eingegeben werden, oder die von einem externen System automatisch eingegeben werden (z.B. Steuervorrichtung 200), und stellt sie in dem physikalischen Modell 10 und dem strukturellen Modell 11 ein. Die Anfangszustandsinformationen sind Informationen über die Anfangstemperatur von jedem Teil der rotierenden Maschine 300 oder der abgelaufenen Zeit, nachdem der Betrieb gestoppt worden ist. Die Anfangszustandsgröße des Modellparameters ist ein gemessener Wert oder ein berechneter Wert (geschätzter Wert) des Modellparameters beim Start der Optimierungsberechnung. Die Anfangszustandsgröße-Einstelleinheit 13 kann konfiguriert sein, um eine Anlagenabschaltsimulation gemäß einer Anweisung und einer Bedingung, die von einem Betreiber oder einer externen Vorrichtung eingegeben sind, auszuführen, und das Simulationsergebnis zum Berechnen der Anfangszustandsgröße zu verwenden.
Die funktionale Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 ist mit Bezug auf 3 beschrieben worden. Obwohl in 3 nicht gezeigt, kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 mit einer Konfiguration bereitgestellt werden, die die Einstellung von Berechnungsbedingungen als Informationen akzeptiert, die von einem Betreiber manuell eingegeben sind, oder die von einer externen Vorrichtung (z.B. Steuervorrichtung 200) eingegeben sind.
Die Berechnungsbedingungsinformationen werden beim Ausführen der Optimierungsberechnung verwendet. Die Berechnungsbedingungsinformationen umfassen z.B. die Umgebungstemperatur, die Form der Anfahrkurve (die Anzahl an Wendepunkten), die Einstellung, ob Modellparameter, die die Anfahrkurve bilden, bei der Optimierungsberechnung fest oder variabel sind, die Steuerbetriebsgrenze, die Beendigungsbedingung zum Anfahren oder Stoppen der rotierenden Maschine 300, und die Kennzeichnung des zu verwendenden Steuermodells 9, des physikalischen Modells 10 oder des strukturellen Modells 11. Falls die Modellparameter bei der Berechnung fest sind, beträgt die Anzahl an Wendepunkten eins. Die Berechnungsbedingungsinformationen können außerdem Informationen umfassen, die das Ergebnis der Abschaltsimulation spezifizieren, die zum Berechnen der Anfangszustandsgröße verwendet werden. Die Berechnungsbedingungsinformationen können mehrere Muster an Informationen umfassen, und die Optimierungsberechnung kann für jedes Muster ausgeführt werden, um das optimale Ergebnis daraus auszuwählen.
(Hardwarekonfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung)
Die Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 wird mit Bezug auf 4 beschrieben. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 eine Kommunikationseinheit 110, die konfiguriert ist, um mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren, eine Speichereinheit 120, die konfiguriert ist, um verschiedene Daten zu speichern, eine Eingabeeinheit 130, die konfiguriert ist, um eine Eingabe von einem Betreiber zu empfangen, eine Ausgabeeinheit 140, die konfiguriert ist, um Informationen auszugeben, und eine Steuereinheit 150, die konfiguriert ist, um die gesamte Vorrichtung zu steuern. Diese Komponenten sind durch eine Busleitung 160 miteinander verbunden.
Die Kommunikationseinheit 110 ist eine Kommunikationsschnittstelle mit einer Netzwerkschnittstellenkartensteuerung (NIC: „network interface card controller“) für eine drahtgebundene Kommunikation oder eine drahtlose Kommunikation. Die Kommunikationseinheit 110 kommuniziert mit einer anderen Vorrichtung (z.B. Servervorrichtung der Steuervorrichtung 200) über das Netzwerk.
Die Speichereinheit 120 umfasst z.B. einen Schreib-Lesespeicher (RAM: „random access memory“) und einen Nur-Lesespeicher (ROM: „read only memory“). Die Speichereinheit 120 speichert ein Programm (z.B. Anlagenmodell 3, strukturelles Modell 11, und ein Programm zum Ausführen einer Optimierungsberechnung) zum Ausführen verschiedener Steuerverarbeitungen und verschiedener Daten (z.B. Eingabeinformationen, Einstellinformationen, Berechnungsergebnis). Die Speichereinheit 120 kann aus einer einzelnen Speichervorrichtung bestehen, oder sie kann aus einer Vielzahl von Speichervorrichtungen bestehen.
Die Eingabeeinheit 130 umfasst z.B. eine Eingabevorrichtung, wie etwa eine Betriebstaste, eine Tastatur, eine Zeigervorrichtung und ein Mikrofon. Die Eingabeeinheit 130 ist eine Eingabeschnittstelle, die für einen Betreiber verwendet wird, um Anweisungen oder Informationen einzugeben.
Die Ausgabeeinheit 140 umfasst z.B. eine Ausgabevorrichtung, wie etwa eine Flüssigkristallanzeige (LCD: „liquid crystal display“), eine Elektrolumineszenz-(EL: „electroluminescence“) Anzeige und einen Lautsprecher. Die Ausgabeeinheit 140 ist eine Ausgabeschnittstelle zum Bereitstellen von Informationen an einen Betreiber.
Die Steuereinheit 150 umfasst z.B. einen Prozessor, wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU: „central processing unit“) und eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU: „graphics processing unit“). Die Steuereinheit 150 steuert den Betrieb der gesamten Vorrichtung durch Ausführen eines in der Speichereinheit 120 gespeicherten Programms. Die Steuereinheit 150 realisiert z.B. den Berechnungsprozess für die Steuerparameter-Optimierungseinheit 2 und das strukturelle Modell 11.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 kann konfiguriert sein, um Informationen bezogen auf die Modellparameter der Anlage 400 (z.B. Anlageneigenschaftsinformationen, Anlagenausgestaltungsinformationen, Vorrichtungsausgestaltungsinformationen, Steuerparameterinformationen) von einer Servervorrichtung (nicht gezeigt) zu erfassen, um Informationen über die Anlage 400 durch die Kommunikationseinheit 110 zu teilen. Außerdem kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 konfiguriert sein, um solche Informationen von einem Betreiber durch die Eingabeeinheit 130 zu erfassen.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 kann die Berechnungsbedingungsinformationen durch die Kommunikationseinheit 110 oder die Eingabeeinheit 130 erfassen. Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 kann konfiguriert sein, um das Optimierungsberechnungsergebnis auf der Anzeigevorrichtung durch die Ausgabeeinheit 140 anzuzeigen, oder sie kann konfiguriert sein, um Informationen über den optimierten Steuerparameter (Optimierungssteuerparameter) an die Steuervorrichtung 200 durch die Kommunikationseinheit 110 auszugeben (einzustellen).
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 kann konfiguriert sein, um eine Datenbank zu verwenden, die verschiedene ID-zugewiesene Informationen speichert, die für die Optimierungsberechnung erforderlich sind. Solch eine Datenbank wird in z.B. einer Servervorrichtung (nicht gezeigt), die mit der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 kommuniziert, oder der Speichereinheit 120 der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 gespeichert.
Beispielsweise wird in der Datenbank eine Betriebsdaten-ID zugewiesen, indem Informationen, die das Datum und die Zeit anzeigen, Informationen, die Operationen, wie etwa ein Anfahren und ein Abschalten, anzeigen, ein Einheitsname und Betriebsdaten verknüpft werden. Eine Abschaltsimulations-ID wird zugewiesen, indem ein Einheitsname, eine verwendete Anlagenmodell-ID, eine strukturelle Modell-ID, eine Steuerparameter-ID und ein Abschaltsimulationsergebnis verknüpft werden. Die Steuerparameter-ID wird zugewiesen, indem ein Einheitsname, Informationen, die anzeigen, ob er in der gegenwärtigen Maschine eingestellt worden ist, und Informationen, die den Steuerparameter-Einstellwert anzeigen, verknüpft werden. Die Informationen, die den Steuerparameter-Einstellwert anzeigen, sind Informationen, die eine Kombination des Parameters korrespondierend zu dem Anfangszustand der Anlage (z.B. Metalltemperatur) und des Steuerparameters anzeigen.
Außerdem wird in der Datenbank die Anlagenmodell-ID zugewiesen, indem ein Einheitsname, eine Anlagengrundmodelldatei-ID, Informationen, die anzeigen, ob die Parametereinstellung durchgeführt worden ist, eine für die Parametereinstellung verwendete Betriebsdaten-ID, ein Modellparameter (einstellbarer Parameter) des Anlagenmodells 3, ein Modellparameter (nicht-einstellbarer Parameter) des Anlagenmodells 3 und Informationen über einen Fehler verknüpft werden. Die Anlagengrundmodelldatei-ID wird zugewiesen, indem ein Einheitstyp (Informationen, die anzeigen, ob die Anlage ein GTCC oder eine Dampfturbine ist), ein Einheitsmodell und eine Anlagenmodelldatei verknüpft werden. Eine Optimierungsberechnungsergebnis-ID wird zugewiesen, indem ein Einheitsname, eine verwendete Anlagenmodell-ID, eine verwendete strukturelle Modell-ID, eine abgelaufene Zeit nach dem Abschalten, eine Zwangsbedingung, ein Steuerparameter, ein Simulationsergebnis und ein Berechnungsergebnis der Zielfunktion verknüpft werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das strukturelle Modell für jede Einheit erzeugt, und das strukturelle Modell wird nur mit dem Einheitsnamen verknüpft.
Die strukturelle Modell-ID wird zugewiesen, indem ein Einheitsname, eine Strukturgrundmodelldatei-ID, Informationen, die anzeigen, ob die Parametereinstellung durchgeführt worden ist, eine für die Parametereinstellung verwendete Betriebsdaten-ID, ein Modellparameter (einstellbarer Parameter) des Anlagenmodells 3, ein Modellparameter (nicht-einstellbarer Parameter) des Anlagenmodells 3 und Informationen über einen Fehler verknüpft werden. Die Strukturgrundmodelldatei-ID wird zugewiesen, indem ein Einheitsname und eine Anlagenmodelldatei verknüpft werden.
Somit kann, indem jede ID und bezogene Informationen in Verknüpfung miteinander in der Datenbank gespeichert werden, die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 Informationen, die für die Optimierungsberechnung erforderlich sind, unter Verwendung jeder ID als Suchschlüssel leicht erfassen. Da außerdem Informationen, die für die Optimierungsberechnung für verschiedene Anwendungsziele erforderlich sind, in der Datenbank gespeichert werden, und Informationen, die für das gegenwärtige Anwendungsziel erforderlich sind, aus der Datenbank extrahiert werden, kann die Vielseitigkeit der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 für das Anwendungsziel verbessert werden.
Ein Beispiel der Konfiguration der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 ist mit Bezug auf 4 beschrieben worden. Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 ist nicht auf das vorstehend beschriebene Konfigurationsbeispiel beschränkt. Ein Teil der Konfiguration kann ausgelassen werden, oder eine andere Konfiguration kann hinzugefügt werden.
Außerdem ist die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt, und verschiedene Modifikationen können durchgeführt werden.
Beispielsweise kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 konfiguriert sein, um Informationen zu speichern, die in die Steuerparameter-Auswahleinheit 7, das Steuermodell 9 und das physikalische Modell 10 in der Speichereinheit 120 eingegeben werden, und wenn die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 auf eine andere Anlage 400 desselben Typs und derselben Größe angewendet wird, falls ein Teil von Informationen, die in die Steuerparameter-Auswahleinheit 7, das Steuermodell 9 oder das physikalische Modell 10 eingegeben werden, fehlt, die fehlenden Daten aus den in der Speichereinheit 120 gespeicherten früheren Eingabeinformationen ergänzt werden.
(Darstellendes Beispiel der Optimierung)
Wenn eine Zielfunktion angestrebt wird, dann wird ein Steuerparameter bezogen auf die Zielfunktion ausgewählt, und die beste Lösung des ausgewählten Steuerparameters wird gesucht und optimiert. Wenn dagegen mehrere Zielfunktionen mit einer Trade-off-Beziehung angestrebt werden, dann kann das Mehrzieloptimierungsverfahren verwendet werden, um den optimalen Steuerparameter zu suchen und zu optimieren.
5 bis 8 stellen jeweils ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels einer Optimierung durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Darstellende Beispiele der Optimierung werden mit Bezug auf diese Figuren beschrieben.
Zunächst wird ein Beispiel einer Anwendung der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 auf die Suche nach der optimalen Anfahrkurve (Anfahrplan) zu dem Zeitpunkt eines Startens eines Kraftwerks beschrieben. In 5 werden die Anfahrzeit und der Lebensdauerverbrauch als die Zielfunktionen eingestellt, und mehrere Anfahrkurven korrespondierend zu der optimalen Lösung werden jeweils durch „◯“ angezeigt (d.h., für mehrere Anfahrkurven werden die Anfahrzeit und der Lebensdauerverbrauch beim Start des Kraftwerks entlang jeder Anfahrkurve durch das Anlagenmodell (Steuermodell, physikalisches Modell) berechnet, und alle der mehreren Anfahrkurven werden auf einem Diagramm geplottet, wobei die horizontale Achse die Anfahrzeit darstellt und die vertikale Achse den Lebensdauerverbrauch darstellt). In der Anlage 400 befinden sich die Anfahrzeit und der Lebensdauerverbrauch im Allgemeinen in einer Trade-off-Beziehung. Deshalb können mehr als eine Anfahrkurve korrespondierend zu der optimalen Lösung (nachstehend als die optimale Lösung bezeichnet) vorliegen. Wenn z.B. ein bekannter Evolutionsalgorithmus als das Mehrzieloptimierungsverfahren in der Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 angewendet wird, dann werden Anfahrkurven T1 bis T7 als die optimale Lösung bezüglich der Anfahrkurve T0 vor der Optimierung berechnet. Wie in 5 gezeigt, kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 konfiguriert sein, um die Anfahrkurve T0 vor der Optimierung zusammen mit den optimalen Lösungen T1 bis T7 auf der Anzeigevorrichtung anzuzeigen. In diesem Fall kann der Betreiber den Verbesserungseffekt bezüglich der objektiven Funktionen (Anfahrzeit und Lebensdauerverbrauch) durch die Optimierung bestätigen.
6 zeigt ein Anzeigebeispiel der optimalen Lösungen, wenn die Anfahrzeit, der Lebensdauerverbrauch und die Brennstoffkosten als die Zielfunktionen eingestellt sind. Falls vier oder mehr Zielfunktionen eingestellt sind, können sie für jede von drei oder weniger Zielfunktionen separat angezeigt werden. Falls z.B. vier Zielfunktionen eingestellt sind, können sie in drei Zielfunktionen und eine übrig gebliebene Zielfunktion, oder in zwei Zielfunktionen und zwei übrig gebliebene Zielfunktionen aufgeteilt werden.
Wie in 5 gezeigt, kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 konfiguriert sein, um, wenn die optimalen Lösungen T1 bis T7 als ein Ergebnis der Optimierung der Anfahrkurve berechnet werden, zuzulassen, dass eine mehrere Anfahrpläne korrespondierend zu den optimalen Lösungen auf dem Bildschirm der Anzeigevorrichtung überprüft. Die Steuerparameter-Einstelleinheit 4 kann konfiguriert sein, um in der Steuervorrichtung 200 einen optimierten Steuerparameter korrespondierend zu einer optimalen Lösung, die durch den Betreiber, der die Anzeigevorrichtung sieht, ausgewählt wird, unter den Optimierungsergebnissen (optimale Lösungen und korrespondierende optimale Steuerparameter), die von der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 ausgegeben werden, einzustellen. Falls andererseits keine der optimalen Lösungen durch den Betreiber ausgewählt wird, kann keiner der Optimierungssteuerparameter in der Steuervorrichtung 200 eingestellt werden. Somit ist es möglich, eine optimale Lösung, die die gewünschte Betriebsleistung realisieren kann, der durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 bei der gegenwärtigen Steuerung der Anlage 400 berechneten optimalen Lösungen wiederzugeben.
7 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Betriebsgrenze L und mehreren optimalen Lösungen T1 bis T7, wenn die Anfahrzeit und der Lebensdauerverbrauch als die Zielfunktionen eingestellt werden, und die obere Grenze des Lebensdauerverbrauchs als die Betriebsgrenze eingestellt wird. In dem in 7 gezeigten Beispiel wählt die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 eine der optimalen Lösungen T3 bis T7, die die Betriebsgrenze L erfüllt, unter den optimalen Lösungen T1 bis T7 aus, und sie gibt den optimierten Steuerparameter korrespondierend zu der ausgewählten optimalen Lösung an die Steuervorrichtung 200 aus. Unter den optimalen Lösungen T3 bis T7, die die Betriebsgrenze L erfüllen, wird z.B. die der Betriebsgrenze L am Nächsten liegende optimale Lösung T3 ausgewählt. Das Verfahren zum Auswählen der optimalen Lösung ist nicht auf solch ein Auswahlverfahren beschränkt, und verschiedene Auswahlverfahren können berücksichtigt werden. Unter den optimalen Lösungen T3 bis T7, die die Betriebsgrenze L erfüllen, kann z.B. eine optimale Lösung ausgewählt werden, die den gewichteten Mittelwert der Anfahrzeit und des Lebensdauerverbrauchs minimiert.
8 plottet die für verschiedene Anfahrkurven (Anfahrzeit und Lebensdauerverbrauch beim Start entlang jeder Anfahrkurve) erhaltenen Berechnungsergebnisse auf einem Diagramm, wobei die horizontale Achse die Anfahrzeit darstellt und die vertikale Achse den Lebensdauerverbrauch darstellt. Damit solche Berechnungsergebnisse erhalten werden, werden zunächst Kandidaten einer Kombination von Anfahrparameterwerten, wie etwa eine Änderungsrate, ein Retentionswert und eine Retentionszeit, die die Anfahrkurve (Plan von Energieerzeugungszunahme) definieren, zufällig ausgewählt. Dann wird für jeden der ausgewählten Kombinationskandidaten von Anfahrparametern die Anfahrzeit und der Lebensdauerverbrauch beim Start der rotierenden Maschine 300 entlang der durch die Kombination von Anfahrparameterwerten definierten Anfahrkurve für alle der ausgewählten Kombinationskandidaten der Anfahrparameter berechnet. Demzufolge werden die Berechnungsergebnisse erhalten.
Beim Anfahren der rotierenden Maschine 300 nimmt z.B. der Lebensdauerverbrauch zu, falls ein Versuch unternommen wird, die Anfahrzeit zu verkürzen, d.h., unterschiedliche Zwecke können nicht zum selben Zeitpunkt verbessert werden. Deshalb besteht eine Trade-off-Beziehung zwischen den beiden Zwecken.
Jeder der Plots P zeigt die Anfahrkurve an. Die Kurve R stellt einen Satz von Lösungen dar, der die beste Trade-off-Beziehung ausbildet. Mehrere Plots P über der Kurve R und in der Nähe der Kurve R werden ausgewählt, und Kombinationen von Anfahrparameterwerten, die die Anfahrkurve korrespondierend zu jedem Plot P ausbilden, werden als die Kandidatengruppe des optimierten Steuerparameters verwendet.
Die vorstehend beschriebenen darstellenden Beispiele der Optimierung stellen Beispiele dar, bei denen die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 auf die Betriebssteuerung der Anlage 400 beim Anfahren angewendet wird, d.h., wenn der Steuerparameter optimiert wird, während die Anlage 400 gestoppt ist (vor einem Anfahren). Allerdings ist die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 nicht darauf beschränkt und kann konfiguriert sein, um den Steuerparameter während des Betriebs der Anlage 400 z.B. sequenziell zu optimieren. Außerdem kann die Optimierung durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 auf die Betriebssteuerung beim Abschalten anstelle der Betriebssteuerung beim Anfahren angewendet werden.
(Steuerparameter-Optimierungsverfahren)
Darstellende Beispiele des Steuerparameter-Optimierungsverfahrens werden im Folgenden beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm, das Schritte des Steuerparameter-Optimierungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt. Hier wird die Prozedur des Steuerparameter-Optimierungsverfahrens als der durch die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 ausgeführte Steuerprozess beschrieben. Allerdings kann ein Teil oder das Ganze der nachstehend beschriebenen Prozedur durch einen Betreiber manuell durchgeführt werden. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Modellparameter bereits eingestellt worden sind.
Wie in 9 gezeigt, erfasst die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 Berechnungsbedingungsinformationen (Schritt S1). Insbesondere erfasst die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 Informationen, wie etwa die vorstehend beschriebenen Anfangszustandsinformationen, eine Berechnungsbedingung und eine Zielfunktion als die Berechnungsbedingungsinformationen durch die Kommunikationseinheit 110 oder die Eingabeeinheit 130. Wenn die Berechnungsbedingungsinformationen in der Speichereinheit 120 gespeichert werden, dann kann die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 die Berechnungsbedingungsinformationen erfassen, indem auf die Speichereinheit 120 Bezug genommen wird. Die erfassten Berechnungsbedingungsinformationen werden für die Berechnung in den nachfolgenden Schritten S2 bis S5 verwendet.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 stellt einen für die Optimierungsberechnung verwendeten Steuerparameter ein (Schritt S2). Die Steuerparameter-Auswahleinheit 7 wählt z.B. einen Steuerparameter aus, und die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 stellt einen für die Optimierungsberechnung verwendeten Steuerparameterwert ein. Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 kann einen vorbestimmten Wert als den Wert des Steuerparameters beim Start der Berechnung einstellen.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 berechnet einen Steuerbefehlswert und eine Prozessgröße (Schritt S3). Insbesondere gibt die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 den Steuerparameter in das Anlagenmodell 3 ein. Das Steuermodell 9 und das physikalische Modell 10 des Anlagenmodells 3 berechnen den Steuerbefehlswert und die Prozessgröße auf der Basis des eingegebenen Steuerparameters. Zu diesem Zeitpunkt wird das Berechnungsergebnis der Prozessgröße von dem physikalischen Modell 10 an das strukturelle Modell 11 ausgegeben.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 berechnet eine Zielfunktion (Schritt S4). Insbesondere berechnet das Anlagenmodell 3 die Zielfunktion auf der Basis des Steuerbefehlswertes und der Prozessgröße, die in Schritt S3 berechnet sind. Das Berechnungsergebnis der Zielfunktion wird an die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 ausgegeben.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 berechnet einen Abstand zwischen einem rotierenden Element und einem stationären Element der rotierenden Maschine 300 (Schritt S5). Insbesondere berechnet das strukturelle Modell 11 den Abstand auf der Basis des Berechnungsergebnisses der Prozessgröße, und gibt ihn an die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 aus. Die Reihenfolge der Schritte S4 und S5 kann umgekehrt sein.
Hier bestimmt die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100, ob die Optimierung beendet ist (Schritt S6). Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 bestimmt z.B., dass die Optimierung beendet ist, wenn die berechnete Zielfunktion minimiert oder maximiert ist, und der berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.
Die Optimierungsbeendigungsbedingung ist nicht auf solch eine Bedingung beschränkt. Ob die Optimierung beendet ist, wird dadurch bestimmt, ob eine voreingestellte Beendigungsbedingung erfüllt ist.
In einem Ausführungsbeispiel wendet die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 einen Evolutionsalgorithmus auf eine Suche nach dem optimalen Steuerparameter an, der die optimale Anfahrkurve (optimale Lösung) definiert. Insbesondere werden Kandidaten für eine Kombination von Anfahrparameterwerten, wie etwa eine Änderungsrate, ein Retentionswert und eine Retentionszeit zufällig ausgewählt und als die erste Elterngeneration verwendet. Die Zielfunktionen (z.B. Anfahrzeit und thermische Belastung) und Abstände beim Start der rotierenden Maschine 300 entlang der Anfahrkurve korrespondierend zu jedem der Kandidaten werden für alle der ausgewählten Kombinationskandidaten von Anfahrparameterwerten berechnet. (Schritt 1) Jeder Kandidat wird basierend auf dem Berechnungsergebnis eingestuft (bewertet), und exzellente Kandidaten werden aus den Kombinationskandidaten extrahiert. (Schritt 2) Dann wird die Verarbeitung bezogen auf eine Kreuzung und eine Mutation durchgeführt, und verbesserte Kandidaten (Kandidat 1', Kandidat 2', Kandidat 3', ...) werden als die nachkommende Generation erzeugt, so dass die Anzahl an Erzeugungen um eins erhöht wird. (Schritt 3) Unter Verwendung der erzeugten verbesserten Kandidaten als die Elterngeneration werden Schritte 1 bis 3 wiederholt, und es wird bestimmt, dass die Optimierung beendet ist, wenn die Anzahl an Wiederholungen (Anzahl an Erzeugungen) eine voreingestellte Anzahl an Häufigkeiten (Anzahl an Erzeugungen) erreicht. Mehrere Kandidaten (Kombination von Anfahrparameterwerten), die aktiv sind, wenn die Optimierung beendet ist, werden als die optimierten Parameter verwendet. Außerdem stellt die Anfahrkurve korrespondierend zu jedem der optimierten Parameter die optimale Lösung dar.
Falls bestimmt wird, dass die Optimierung nicht beendet ist (Schritt S6; Nein), kehrt die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 zu Schritt S2 zurück und führt die Prozesse der Schritte S2 bis S5 erneut durch. In Schritt S2 in diesem Fall aktualisiert die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 den Steuerparameter und stellt den aktualisierten Steuerparameter als den für die Berechnung verwendeten Steuerparameter ein.
Falls umgekehrt bestimmt wird, dass die Optimierung beendet ist (Schritt S6; Ja), stellt die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 den optimierten Steuerparameter ein (Schritt S7). Insbesondere gibt die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit 8 den optimierten Steuerparameter aus, und die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung 100 stellt ihn in der Steuervorrichtung 200 ein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst Modifikationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, und Ausführungsbeispiele, die aus Kombinationen dieser Ausführungsbeispiele bestehen.
(Fazit)
Die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Inhalte würden z.B. wie folgt verstanden werden.
(1) Eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung (100) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Optimieren eines Steuerparameters einer Steuervorrichtung (200) zum Steuern einer Anlage (400), die mit einer rotierenden Maschine (300) ausgestattet ist, aufweisend: ein Anlagenmodell (3), das konfiguriert ist, um den Betrieb der gesamten Anlage (400) einschließlich der Steuervorrichtung (200) zu simulieren und einen Steuerbefehlswert durch die Steuervorrichtung (200) und eine Prozessgröße der Anlage (400) zu berechnen; eine Steuerparameter-Aktualisierungseinheit (8), die konfiguriert ist, um den Steuerparameter, der zum Berechnen des Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell (3) verwendet wird, auf der Basis einer Zielfunktion zu aktualisieren, die basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell (3) berechnet wird; und ein strukturelles Modell (11), das konfiguriert ist, um einen Abstand zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine (300) auf der Basis der Prozessgröße aus dem Anlagenmodell (3) zu berechnen. Die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit (8) ist konfiguriert, um nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs zu suchen, in dem der durch das strukturelle Modell (11) berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (1) ist es möglich, nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs zu suchen, in dem der Abstand zwischen dem stationären Element und dem rotierenden Element in der rotierenden Maschine (300) eine Zwangsbedingung erfüllt. Außerdem ist es durch Einstellen des gesuchten Steuerparameters in der Steuervorrichtung (200) der Anlage (400) möglich, das Risiko einer Beschädigung der Anlage (400) zu verringern.
(2) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (1) ist das strukturelle Modell (11) konfiguriert, um die Prozessgröße, die den Zustand eines Arbeitsfluids an einem Einlass oder einem Auslass der rotierenden Maschine (300) anzeigt, von dem Anlagenmodell (3) zu erfassen und die Prozessgröße zur Berechnung des Abstands zu verwenden.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (2) kann, da die Prozessgröße, die den Zustand des Arbeitsfluids an dem Einlass oder dem Auslass der rotierenden Maschine (300) anzeigt, verwendet wird, der Abstand genauer berechnet werden.
(3) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (1) oder (2) ist das strukturelle Modell (11) ein Modell zum Berechnen einer Temperaturverteilung oder einer Formverschiebungsverteilung der rotierenden Maschine (300).
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (3) berechnet das strukturelle Modell (11) eine Temperaturverteilung oder eine Formverschiebungsverteilung der rotierenden Maschine (300). Somit kann die Abstandsverteilung geschätzt werden, und der optimale Steuerparameter kann innerhalb des Bereichs gesucht werden, in dem die Abstandsverteilung die Zwangsbedingung erfüllt. Demzufolge ist es möglich, das Risiko einer Beschädigung der Anlage (400) weiter zu verringern.
(4) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (3) ist das strukturelle Modell (11) ferner konfiguriert, um einen Lebensdauerverbrauch und/oder eine thermische Belastung zu berechnen.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (4) ist es möglich, da das strukturelle Modell (11) einen Lebensdauerverbrauch und/oder eine thermische Belastung berechnet, das Risiko einer Beschädigung der Anlage (400) direkter zu verringern.
(5) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (4) ist die Zielfunktion eine Funktion, die einen Index von einem oder mehreren von Brennstoffverbrauch, Anfahrzeit, Abschaltzeit oder Lebensdauerverbrauch anzeigt.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (5) kann der Steuerparameter mit einer Funktion als die Zielfunktion optimiert werden, die einen Index anzeigt, der minimiert oder maximiert werden soll.
(6) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (5) weist die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung (100) eine Kommunikationseinheit (110) auf, und ist konfiguriert, um Informationen, die sich auf einen Modellparameter der Anlage (400) beziehen, von einer Servervorrichtung zum Austausch von Informationen über die Anlage (400) über die Kommunikationseinheit (110) zu erfassen.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (6) ist es möglich, durch Austausch von Informationen (z.B. Anlageneigenschaftsinformationen, Anlagenausgestaltungsinformationen, Vorrichtungsausgestaltungsinformationen, Steuerparameterinformationen), die sich auf den Modellparameter der Anlage (400) beziehen, dessen Betrieb zu optimieren ist, oder einer Anlage (400) ähnlich zu dieser Anlage (400) mit der Servervorrichtung und unter Verwendung dieser, die Genauigkeit und die Vielseitigkeit der Modelle (z.B. Anlagenmodell (3), strukturelles Modell (11)) der Anlage (400) zu verbessern.
(7) Eine Anlage (400) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist auf: eine rotierende Maschine (300); und eine Steuervorrichtung (200) zum Steuern der rotierenden Maschine (300). Die Steuervorrichtung (200) ist konfiguriert, um den Betrieb auf der Basis eines Steuerparameters zu steuern, der von der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden (1) bis (6) optimiert wurde.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (7) ist es möglich, das Risiko einer Beschädigung der Anlage (400) zu verringern.
(8) Eine Anlage (400) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist auf: eine rotierende Maschine (300); die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden (1) bis (6); und eine Steuervorrichtung (200), die konfiguriert ist, um einen Betrieb auf der Basis eines von der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung (100) optimierten Steuerparameters zu steuern.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration (8) ist es möglich, das Risiko einer Beschädigung der Anlage (400) zu verringern.
(9) Ein Steuerparameter-Optimierungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Optimieren eines Steuerparameters einer Steuervorrichtung (200) zum Steuern einer mit einer rotierenden Maschine (300) ausgestatteten Anlage (400), aufweisend: einen Schritt zum Berechnen eines Steuerbefehlswertes durch die Steuervorrichtung (200) und einer Prozessgröße der Anlage (400) unter Verwendung eines Anlagenmodells (3), das den Betrieb der gesamten Anlage (400) einschließlich der Steuervorrichtung (200) simuliert; einen Schritt zum Aktualisieren des Steuerparameters, der zum Berechnen des Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell (3) verwendet wird, auf der Basis einer Zielfunktion, die basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell (3) berechnet wird; und einen Schritt zum Berechnen eines Abstands zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine (300) auf der Basis der Prozessgröße aus dem Anlagenmodell (3). Das Verfahren umfasst eine Suche nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs, in dem der berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.
Gemäß dem vorstehenden Verfahren (9) ist es möglich, nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs zu suchen, in dem der Abstand zwischen dem stationären Element und dem rotierenden Element in der rotierenden Maschine (300) eine Zwangsbedingung erfüllt. In diesem Fall ist es möglich, durch Einstellen des gesuchten Steuerparameters in der Steuervorrichtung (200) der Anlage (400), das Risiko einer Beschädigung der Anlage (400) zu verringern.
Bezugszeichenliste

1: Zielfunktion-Einstelleinheit
2: Steuerparameter-Optimierungseinheit
3: Anlagenmodell
4: Steuerparameter-Einstelleinheit
5: Physikalischer-Parameter-Einstelleinheit
6: Ausgestaltungsparameter-Einstelleinheit
7: Steuerparameter-Auswahleinheit
8: Steuerparameter-Aktualisierungseinheit
9: Steuermodell
10: Physikalisches Modell
11: Strukturelles Modell
12: Struktureller-Parameter-Einstelleinheit
13: Anfangszustandsgrößen-Einstelleinheit
100: Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung
110: Kommunikationseinheit
120: Speichereinheit
130: Eingabeeinheit
140: Ausgabeeinheit
150: Steuereinheit
160: Busleitung
200: Steuervorrichtung
300: Rotierende Maschine
400: Anlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2020033020 [0002]
JP 2017016353 A [0005]

Claims

Eine Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung zum Optimieren eines Steuerparameters einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Anlage, die mit einer rotierenden Maschine ausgestattet ist, aufweisend: ein Anlagenmodell, das konfiguriert ist, um einen Betrieb der gesamten Anlage einschließlich der Steuervorrichtung zu simulieren und einen Steuerbefehlswert durch die Steuervorrichtung und eine Prozessgröße der Anlage zu berechnen; eine Steuerparameter-Aktualisierungseinheit, die konfiguriert ist, um den Steuerparameter, der zum Berechnen des Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell verwendet wird, auf der Basis einer Zielfunktion zu aktualisieren, die basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell berechnet wird; und ein strukturelles Modell, das konfiguriert ist, um einen Abstand zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine auf der Basis der Prozessgröße aus dem Anlagenmodell zu berechnen, wobei die Steuerparameter-Aktualisierungseinheit konfiguriert ist, um nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs zu suchen, in dem der durch das strukturelle Modell berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das strukturelle Modell konfiguriert ist, um die Prozessgröße, die einen Zustand eines Arbeitsfluids an einem Einlass oder einem Auslass der rotierenden Maschine anzeigt, von dem Anlagenmodell zu erfassen und die Prozessgröße zur Berechnung des Abstands zu verwenden.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das strukturelle Modell ein Modell zum Berechnen einer Temperaturverteilung oder einer Formverschiebungsverteilung der rotierenden Maschine ist.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das strukturelle Modell ferner konfiguriert ist, um einen Lebensdauerverbrauch und/oder eine thermische Belastung zu berechnen.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zielfunktion eine Funktion ist, die einen Index von einem oder mehreren von Brennstoffverbrauch, Anfahrzeit, Abschaltzeit oder Lebensdauerverbrauch anzeigt.
Die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Kommunikationseinheit, wobei die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung konfiguriert ist, um Informationen, die sich auf einen Modellparameter der Anlage beziehen, von einer Servervorrichtung zum Austausch von Informationen über die Anlage über die Kommunikationseinheit zu erfassen.
Eine Anlage, aufweisend: eine rotierende Maschine; und eine Steuervorrichtung zum Steuern der rotierenden Maschine, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um einen Betrieb auf der Basis eines Steuerparameters zu steuern, der von der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 optimiert wurde.
Eine Anlage, aufweisend: eine rotierende Maschine; die Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Betrieb auf der Basis eines von der Steuerparameter-Optimierungsvorrichtung optimierten Steuerparameters zu steuern.
Ein Steuerparameter-Optimierungsverfahren zum Optimieren eines Steuerparameters einer Steuervorrichtung zum Steuern einer mit einer rotierenden Maschine ausgestatteten Anlage, aufweisend: einen Schritt zum Berechnen eines Steuerbefehlswertes durch die Steuervorrichtung und einer Prozessgröße der Anlage unter Verwendung eines Anlagenmodells, das einen Betrieb der gesamten Anlage einschließlich der Steuervorrichtung simuliert; einen Schritt zum Aktualisieren des Steuerparameters, der zum Berechnen des Steuerbefehlswertes in dem Anlagenmodell verwendet wird, auf der Basis einer Zielfunktion, die basierend auf einem Berechnungsergebnis der Prozessgröße in dem Anlagenmodell berechnet wird; und einen Schritt zum Berechnen eines Abstands zwischen einem stationären Element und einem rotierenden Element in der rotierenden Maschine auf der Basis der Prozessgröße aus dem Anlagenmodell, wobei das Verfahren eine Suche nach einem optimalen Steuerparameter innerhalb eines Bereichs umfasst, in dem der berechnete Abstand eine Zwangsbedingung erfüllt.