DE19510342A1 - Verfahren zum Regeln der Leistung eines Kraftwerksparks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Leistung y eines Kraftwerksparks K aus n Kraftwerken K₁, K₂, . . . K_n mit Leistungs-Sollwerten u₁, u₂, . . . u_n und Leistungs-Istwerten y₁, y₂, . . . y_n, bei dem für die Leistungs-Sollwerte u_i individuelle Beschränkungen der Form u_i,min u_i u_i,max und Vi,min v_i : = d_ui/dt v_i,max vorgegeben sind und die Leistung y des Kraft­ werksparks K in der Form y = y₁ + y₂ + . . . y_n entsteht, wobei zum Erreichen eines gewünschten Leistungsverlaufs y_A(t) die Kraftwerke K_i mit geeigneten Soll­ wertverläufen u_i(t) beaufschlagt und diese Verläufe u_i(t) aus der Summe der Anteile u_i,A(t) und u_i,B(t) gebildet werden, die von zwei getrennten Einrichtungen A (im folgenden Vorsteuerung genannt) und B (im folgen­ den Regelleistungsaufteilung genannt) erzeugt werden, wobei die Regelleistungsaufteilung B aus der Ausgangs­ größe e_B eines Reglers C, der im wesentlichen auf Ab­ weichungen der Leistung y von dem gewünschten Lei­ stungsverlauf y_A(t) und auf Störungen reagiert, Soll­ werte u_i,B erzeugt und für die Vorsteuerung A ein zukünftiger Sollwertverlauf e_A(t) gegeben und dazu geeignet ist, den Leistungsverlauf y_A(t) zu erzeugen.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Ver­ fahrens und ein nach dem Verfahren arbeitendes Kraft­ werksführungssystem. Mit Kraftwerken sind hierbei alle Leistungserzeugungseinheiten gemeint, die in ihrer Leistungserzeugung durch die Vorgabe eines Wirklei­ stungssollwertes beeinflußbar sind.

Die Ziele von Führungssystemen für thermische Kraft­ werke lassen sich folgendermaßen beschreiben: In den Netzleitsystemen von Energieversorgungsunternehmen werden zur Automatisierung des Einsatzes der Kraftwerke im eigenen Versorgungsgebiet Kraftwerksführungssysteme eingesetzt. Für alle zu führenden Kraftwerke werden dabei Leistungssollwerte erzeugt, die dann an die Kraftwerke übertragen werden. Die Kraftwerksführungs­ systeme sollen unter anderem folgende Aufgaben erfül­ len:

• - Sicherstellung einer ausgeglichenen Wirklei­ stungsbilanz (Leistungsgleichgewicht) zwischen erzeugter und verbrauchter Leistung im eigenen Versorgungsgebiet, damit keine ungewollten Lei­ stungsflüsse zwischen den Verbundpartnern auf­ treten;
• - Koordinierung und Optimierung des Kraftwerks­ einsatzes, so daß die Kraftwerke wirtschaftlich und schonend betrieben werden;
• - Herstellung einer mittelfristig ausgeglichenen Leistungsbilanz, um den Mittelwert der unge­ wollten Leistungsflüsse zwischen den Verbund­ partnern klein zu halten.

Um dem gerecht zu werden, enthalten die Kraftwerks­ führungssysteme die folgenden zentralen Komponenten (vgl. Fig. 3 und 9):

• - Ein Modul zum Schätzen der aktuellen Last und zum Prognostizieren der Lastentwicklung;
• - ein Modul zum Regeln (Regelungsmodul) der Wirk­ leistungsbilanz im eigenen Versorgungsgebiet und
• - ein Modul zum Koordinieren und Optimieren des aktuellen Kraftwerkseinsatzes (Vorsteuerung).

Kraftwerksführungssysteme unterliegen in ihrer Funk­ tionsweise den folgenden Restriktionen und Nebenbedin­ gungen:

• - Für alle Kraftwerke sind die Leistungssollwerte nach oben und nach unten begrenzt. Diese Lei­ stungsgrenzen dürfen von den Sollwerten nicht verletzt werden. Ebenso gibt es für die Gradien­ ten der Leistungssollwerte eine maximale positi­ ve und eine maximale negative Grenze (maximale Leistungsänderungen, siehe Fig. 1). Diese Re­ striktionen sind in der Regel für jedes Kraft­ werk individuell verschieden.
• - Das Modul zum Koordinieren und Optimieren des aktuellen Kraftwerkseinsatzes teilt einen Grund­ lastensummensollwert und einen Regelleistungs­ summensollwert auf die Kraftwerke auf, so daß jedes Kraftwerk einen Leistungssollwert aus ei­ nem Grundlastanteil und einen Regellastanteil enthält, der die Restriktionen nicht verletzen darf.

Konventionelle Verfahren zum Regeln der Leistung eines Kraftwerkparks lassen sich wie folgt beschreiben: Aus dem Netzkennlinienverfahren ergibt sich die Regel­ größe e_C für die Leistungsfrequenz-Regelung (Sekundärregelung), die nachfolgend mit LF-Regelung abgekürzt wird. In konventionellen Modulen zur LF-Rege­ lung wird ein PI-Regler verwendet. Um eine starke Über­ reaktion der LF-Regelung sicher zu vermeiden, wird zusätzlich der Wert des Integrals durch eine Anti-Wind- Up-Maßnahme auf eine feste und geeignete obere Schranke begrenzt.

Damit auch in Situationen mit langsamen Kraftwerken und starken Sollwertbegrenzungen das Regelverhalten insge­ samt akzeptabel bleibt, wird die Zeitkonstante des Integrierers größer als im Mittel nötig gewählt. Zu­ sätzlich zu dem so modifizierten PI-Regler wird bei einigen Verfahrensvarianten ein sogenannter Nachfahr­ mechanismus verwendet. Dieser besteht aus einer Addi­ tion der Differenz zwischen der Summe y der Leistungs- Ist-Werte der Kraftwerke und der Summe der Grundlast­ sollwerte Σu_i,A zu dem bisherigen Regelleistungssoll­ wert (vgl. Fig. 4).

Die Adaption der Lastprognose wird in der Regel zy­ klisch vorgenommen, indem beim Zykluswechsel die momen­ tane oder gemittelte Differenz zwischen der bisherigen Lastprognose und der geschätzten aktuellen Last zu der Lastprognose addiert wird.

Um eine im Mittel ausgeglichene Leistungsbilanz zu erreichen, wird die Regelgröße e_C um eine konstante Leistung so verschoben, daß während der bei der Bestim­ mung der Konstanten zugrundegelegten Zeit die Austauschbilanz ausgeglichen wird, wenn innerhalb dieser Zeit keine weiteren Veränderungen der Bilanz entstehen (konstanter Kontenausgleich). Vgl. hierzu "Elektrizitätswirtschaft", Jg. 69 (1970), Heft 12, Seiten 327 bis 332; E. Handschin, "Elektrische Energie­ übertragungssysteme", Hüthig-Verlag, 1987, 2. Auflage, Seiten 205 bis 227 und 231 bis 247; "etz-a" Bd. 99 (1978), Heft 7, Seiten 416 bis 421.

Die vorgenannten konventionellen Verfahren führen strukturbedingt zu folgenden Nachteilen:

• - Die Zeitkonstante des Integrierers in dem PI- Regler entscheidet mit über das Zeitverhalten der LF-Regelung. Im Sinne einer möglichst schnellen LF-Regelung ohne Überschwingen muß der Regler an das Zeitverhalten der Kraftwerke und an die Sollwertbeschränkung angepaßt werden. Die für eine schnelle LF-Regelung einzustellende Zeitkonstante des Integrierers führt bei stärke­ ren Sollwertbegrenzungen oder langsamerem Kraft­ werksverhalten (als bei der Einstellung zugrun­ degelegt) zu einem unerwünschten Regelverhalten. Die aktuelle Konstellation der zu führenden Kraftwerke beeinflußt damit das Regelverhalten. Daher muß eine herkömmliche LF-Regelung langsa­ mer als nötig eingestellt werden, damit sie bei allen denkbaren Konstellationen sicher arbeitet.
• - Die Qualität der LF-Regelung ist nicht in allen Situationen zufriedenstellend. Ungewollte Kopplungen zwischen LF-Regelung und Prognose-Adap­ tion führen strukturbedingt zu einer Verschlech­ terung der Regelgüte. Bei zeitgleicher Adaption der Lastprognose und der Regelung der Wirklei­ stungsbilanz nach einer unerwarteten Lastent­ wicklung entsteht dadurch zwischenzeitlich ein Leistungsüberschuß.
• - In den Betriebssituationen, in denen vorüberge­ hend ein Leistungsungleichgewicht toleriert oder gewünscht ist (Kontenausgleich, Nachfahren der Kraftwerke), kann das System nicht die Anforde­ rungen einlösen (Regelgüte).
• - Eine zyklische Adaption von Fehlern der Last­ prognose führt dazu, daß sich am Anfang eines neuen Zyklus die Sollwerte stark ändern können.
• - Der Kontenausgleich reagiert nicht auf Bilanz­ änderungen während des Ausgleichsvorgangs und kann eine zufällig günstige Lastentwicklung nicht als Ersatz nutzen.

Die vorgenannten Mängel lassen sich mit den konventio­ nellen Regelverfahren nicht beheben, weil eine Berück­ sichtigung der aktuellen individuellen Sollwertbegren­ zungen der Kraftwerke und eine Entkopplung von LF-Rege­ lung und Lastprognose-Adaption fehlt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren für die Leistungs-Frequenz-Regelung - LF-Regelung - (Sekundärregelung), die Lastprognose-Adaption und die Konten-Regelung für ein Kraftwerksführungssystem zu schaffen, das folgende Pflichten erfüllt:

• - Die Regelgüte wird nach dem Netzkennlinienver­ fahren aus dem ungewollten Leistungsfluß zwi­ schen den Verbundnetzen und der Frequenzabwei­ chung vom Sollwert gebildet. Die LF-Regelung soll einen Regelleistungssollwert erzeugen, der unter Beachtung der oben angegebenen Restriktio­ nen und Nebenbedingungen auf die Kraftwerke auf­ geteilt wird. Die LF-Regelung soll dafür sorgen, daß Leistungsstörungen, das heißt Ungleichge­ wichte zwischen erzeugter und verbrauchter Lei­ stung im eigenen Versorgungsgebiet, ausgeregelt werden. Beim Ausregeln sollen möglichst wenig Regelbewegungen entstehen. Die LF-Regelung soll so konzipiert werden, daß ein möglichst kleines Überschwingen der Regelleistung beim Ausregeln einer sprungförmigen Störung auftritt und insbe­ sondere die Regelleistung nicht schwingt (Regelgüte). Die LF-Regelung soll so schnell wie möglich eine Regelabweichung beseitigen; statio­ när darf keine bleibende Regelabweichung entste­ hen.
• - Laständerungen, die nicht von der bereits vor­ handenen Lastprognose abgedeckt sind, sollen verzögert zu einer Adaption der Prognose führen. Die Adaption soll dann stationär die ganze Re­ gelleistung übernehmen, so daß (bei einer mit­ telwertfreien Regelleistung) die LF-Regelung vollständig entlastet wird.
• - Die Konten-Regelung soll die Kraftwerke so ein­ setzen, daß im zeitlichen Mittel die Wirklei­ stungsbilanz im eigenen Versorgungsgebiet ausge­ glichen wird und so die Austausch-Konten entla­ stet werden. Die Konten-Regelung soll so ausge­ legt werden, daß innerhalb eines Abrechnungs­ zeitraums möglichst wenige entgegengesetzte Aus­ gleichsmaßnahmen wirken. Wenn ein Kontenaus­ gleich nicht mehr möglich ist oder nur mit gro­ ßen Sollwertänderungen erreicht werden kann, weil z. B. die verbleibende Restzeit im Abrech­ nungszyklus zu gering ist, soll ein vollständi­ ger Kontenausgleich zur Beruhigung der Sollwerte und zur Vermeidung großer Sollwertänderungen am Anfang des folgenden Abrechnungszeitraums ent­ fallen. Es soll außerdem möglich sein, mehrere Konten-Regler mit unterschiedlich langen Ab­ rechnungszyklen gleichzeitig einzusetzen. Wenn ein kurzfristiger Kontenausgleich angestrebt wird (z. B. kurz vor Ende des Abrechnungszy­ klus), dann soll die LF-Regelung am Ausgleich beteiligt werden. Bei einem längerfristigen Ausgleich soll der Kontenausgleich aber durch eine geänderte Grundlast erfolgen.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Regeln der Leistung y eines Kraftwerksparks K, der aus n Kraftwerken K₁, K₂ . . . K_n mit Leistungs-Sollwerten u₁, u₂, . . . u_n und Leistung-Istwerten y₁, y₂ . . . y_n be­ steht, bei dem für die Leistungs-Sollwerte u_i individu­ elle Beschränkungen der Form u_i,min u_i u_i,max und v_i,min v_i : = du_i/dt v_i,max vorgegeben sind und die Leistung y des Kraftwerksparks K in der Form y = y₁ + y₂ + . . . y_n entsteht, wobei zum Erreichen eines ge­ wünschten Leistungsverlaufs y_A(t) die Kraftwerke K_i mit geeigneten Sollwertverläufen u_i(t) beaufschlagt und diese Verläufe u_i(t) aus der Summe der Anteile u_i,A(t) und u_i,B(t) gebildet werden, die von zwei getrennten Einrichtungen A (im folgenden Vorsteuerung genannt) und B (im folgenden Regelleistungsaufteilung genannt) erzeugt werden, wobei die Regelleistungsaufteilung B aus der Ausgangsgröße e_B eines Reglers C, der im we­ sentlichen auf Abweichungen der Leistung y von dem gewünschten Leistungsverlauf y_A(t) und auf Störungen reagiert, Sollwerte u_i,B erzeugt und für die Vorsteue­ rung A ein zukünftiger Sollwertverlauf e_A(t) gegeben und dazu geeignet ist, den Leistungsverlauf y_A(t) zu erzeugen.

Die Lösung besteht darin, daß bei dem vorerwähnten Verfahren erfindungsgemäß mit Hilfe eines als PI-Regler ausgebildeten Reglers C über die Differenz zwischen der Eingangsgröße e_C des Reglers C und einer zweiten Ein­ gangsgröße e_F integriert wird und daß dabei ein als zur Regelung "nicht sinnvoll" angesehener Anteil e_F der Ausgangsgröße e_B des Reglers C von einem Funktions­ block F bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht

• - das Ausregeln ungewollter Leistungsflüsse nach dem Netzkennlinienverfahren;
• - die automatische Adaption von Abweichungen zwi­ schen der tatsächlichen und der prognostizierten Grundlast;
• - eine im zeitlichen Mittel ausgeglichene Wirk­ leistungsbilanz.

Anhand der beiliegenden Zeichnung werden Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur zentralen Regelung eines Kraftwerksparks im folgenden erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Sollwertgrenzen u_i,min und u_i,max eines Kraftwerks und mögliche Sollwertänderungen;

Fig. 2 das summarische Regelband eines Kraftwerks­ parks;

Fig. 3 die Struktur eines Kraftwerksführungssystems S;

Fig. 4 die Struktur einer LF-Regelung C ohne und einer LF-Regelung C mit Nachfahrmechanismus;

Fig. 5 die Struktur einer LF-Regelung C mit Regelent­ lastung und Regelverzögerung;

Fig. 6 die Struktur einer LF-Regelung C mit Konten- Regelung;

Fig. 7 einen PI-Regler R und einen PI-Regler R mit Berücksichtigung eines "nicht sinnvollen" Soll­ wertanteils;

Fig. 8 einen LF-Regler C, eine Regelleistungsauftei­ lung B und ein Modul F zur Bestimmung des "nicht sinnvollen" Sollwertanteils und

Fig. 9 das Prinzip eines Kraftwerksparks K mit Vor­ steuerung A, Regelleistungsaufteilung B und LF-Regler C.

Anhand von Fig. 1 werden die Sollwertgrenzen (Leistungssollwert) eines einzelnen Kraftwerks in Ab­ hängigkeit von der Zeit t definiert. Dargestellt sind die obere und die untere Leistungsgrenze u_i,max und u_i,min sowie die maximale positive Leistungsänderung (maximaler positiver Gradient) und die maximale nega­ tive Leistungsänderung (maximaler negativer Gradient), jeweils ausgehend von einem aktuellen Leistungssoll­ wert.

Fig. 2 stellt ein summarisches Regelband dar, wobei in der Ordinate die Summenleistung eines Kraftwerksparks und in der Abszisse wiederum die Zeit t abgetragen sind. Die Regelbänder der Gesamtheit des Kraftwerksparks stehen für die Regelung ausgehend von einer aktuellen Summenregelleistung, voll zur Verfügung.

In Fig. 3 ist die Struktur eines Kraftwerksführungssy­ stems S dargestellt. Das Kraftwerksführungssystem bein­ haltet die wesentlichen Komponenten Grundlast-Optimie­ rung A, Regelleistungsaufteilung B, LF-Regelung C und Lastprognose-Adaption D. Eingangsgrößen des Kraftwerks­ führungssystems sind die Leistungsabweichung e_C und die Lastprognose y_A, Ausgangsgrößen sind die Leistungssoll­ wertanteile u_i,A und u_i,B (bzw. deren Summe u_i) für alle Kraftwerke des Kraftwerksparks K. Das Kraftwerksfüh­ rungssystem beinhaltet zusätzliche Komponenten G und F zur Entkopplung und Koordinierung, auf die noch einge­ gangen wird.

Fig. 4 zeigt die Struktur einer LF-Regelung C, die nur aus einem Regler R (a) oder aus einem Regler R und dem sogenannten Nachfahrmechanismus (b) besteht.

In Fig. 5 ist die Struktur einer LF-Regelung C, beste­ hend aus einem Regler R, einem Modul zur Regelentla­ stung und einem Modul zur Regelverzögerung dargestellt. Ein Modul G erzeugt die Eingangsgröße e_G für die Regel- Verzögerung.

Fig. 6 zeigt die Struktur einer LF-Regelung C, die aus einem Regler R und aus einem vorgeschalteten Kontenreg­ ler besteht, der sich aus einem Integrierer und einem Modul H zusammensetzt.

In Fig. 7 ist die Struktur des PI-Reglers R mit Inte­ grations- und Proportionalzweig (a) und des PI-Reglers R mit zusätzlicher ausschließlicher Integration über "sinnvolle" Sollwertanteile, die von dem Modul F er­ zeugt werden (b), dargestellt.

Fig. 8 zeigt die Struktur einer LF-Regelung C und eines Moduls F in Verbindung mit einer Regelleistungsauftei­ lung B, wenn zur LF-Regelung ein PI-Regler mit aus­ schließlicher Integration über "sinnvolle" Sollwertan­ teile verwendet wird und in dem Modul F zur Bestimmung des "nicht sinnvollen" Sollwertanteils e_F die Differenz zwischen e_B und der Summe der Sollwertanteile u_i,B gebildet wird.

Fig. 9 symbolisiert einen Kraftwerkspark K mit Vor­ steuerung A, Regelleistungs-Aufteilung B und Regler C. Zum Kraftwerkspark K gehören Kraftwerke K₁, K₂, . . . K_n′ jeweils mit Leistungs-Sollwerten u₁, u₂, . . . u_n und Leistungs-Istwerten y₁, y₂, . . . y_n. Zum Erreichen eines gewünschten Leistungsverlaufs y_A(t) sollen die Kraft­ werke K_i mit geeigneten Sollwertverläufen u_i(t) beauf­ schlagt und diese aus der Summe der Anteile u_i,A(t) und u_i,B(t) gebildet werden, die von der Vorsteuerung A und der Regelleistungsaufteilung B erzeugt werden. Der Regelleistungsaufteilung B wird ein Regler C mit den Eingangsgrößen e_C, e_D, e_F, e_G, y und Σu_i,A vorgeschal­ tet. Die Ausgangsgröße e_B des Reglers C wird zur Regel­ leistungsaufteilung B weitergeleitet. Für die Vor­ steuerung A ist ein zukünftiger Sollwertverlauf e_A(t) gegeben, der dazu geeignet ist, den Leistungsverlauf y_A(t) am Ausgang des Kraftwerksparks K zu erzeugen.

Wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die dynamische Entkopplung der vorgenannten Teil­ aufgaben und die Verbesserung des Systemverhaltens bei einer automatischen Anpassung an unterschiedliche Rah­ menbedingungen für die Kraftwerksführung. Demgemäß löst das erfindungsgemäße Verfahren das angegebene Problem ohne die aufgeführten Nachteile konventioneller Verfah­ ren; es verwendet die folgenden neuen Strategieele­ mente:

a) PI-Regler mit Berücksichtigung der individuellen Sollwertbegrenzungen

Der von den Sollwertbegrenzungen summarisch ab­ geschnittene Anteil des Sollwertes der Regelung ist der "nicht sinnvolle" Sollwertanteil, da er momentan keine Änderung der Sollwerte bewirkt. Dieser Stellgrößenüberschuß verschlechtert das Regelverhalten aber deutlich, wenn trotzdem über die Regelabweichung unverändert integriert wird, weil die Integration den Stellgrößenüberschuß weiter vergrößert.

Der Integrierer in dem PI-Regler ist erfindungs­ gemäß so modifiziert, daß unter Berücksichtigung der individuellen Sollwertbegrenzungen der Kraftwerke integriert wird. Dazu wird statt über die Regelabweichung bevorzugt über die Differenz zwischen Regelabweichung und Stellgrößenüber­ schuß integriert (vgl. Fig. 8) . Der Zustand des Integrierers kann zusätzlich durch eine Anti- Wind-Up-Maßnahme auf einen festen Maximalwert begrenzt werden.

b) Regelverzögerung

Zur Vermeidung schneller Reaktionen der Regelung in Situationen, in denen zunächst keine Regelung gewollt ist, wird eine Komponente zur wahlweisen vorübergehenden Verzögerung oder Unterdrückung des Regelsollwertes bzw. eines Anteils des Re­ gelsollwertes eingesetzt. Ein oder mehrere zu­ sätzliche Module geben der Regelverzögerung bei Bedarf an, wieviel Regelleistung für wie lange verzögert oder unterdrückt werden soll.

Eine derartige Situation ist beispielsweise das (kurzzeitige) Nichtbefolgen eines Sollwertes durch ein Kraftwerk, auf das statt durch die Re­ gelung mit einer Umverteilung der fehlenden Lei­ stung auf die anderen Kraftwerke reagiert wird, indem ein Beobachter des Kraftwerksparks diesen Anteil des Regelsollwertes liefert.

c) Regelentlastung

Zum Entkoppeln von Regelung und Optimierung wird die LF-Regelung bei Adaptions- und Umverteilungsvorgängen entlastet, indem die von der Lastprognose-Adaption in die Optimierung zusätz­ lich übernommene Leistung gefiltert von der Re­ gelleistung abgezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet vorzugsweise wie folgt: Aus dem Netzkennlinienverfahren ergibt sich die Regelgröße e_C für die LF-Regelung. Der PI-Regler berücksichtigt die aktuellen individuellen Sollwertbe­ grenzungen der Kraftwerke, die momentan zur LF-Regelung verwendet werden. Je stärker die Sollwertbegrenzungen bei der Ausregelung eingreifen, desto weniger inte­ griert der PI-Regler.

Die Zeitkonstante des PI-Reglers mit Berücksichtigung der individuellen Sollwertbegrenzungen läßt sich so an das Zeitverhalten der Kraftwerke anpassen, daß die Regelung die gewünschten Eigenschaften besitzt. Diese bleiben dann auch bei Kraftwerken mit anderen Sollwert­ begrenzungen erhalten.

Änderungen der Leistungsaufnahme aller nicht von der Lastprognose erfaßten Verbraucher, werden durch eine Lastprognose-Adaption zur schnelleren Reaktion und zur Vermeidung von sprunghaften Änderungen kontinuierlich gefiltert bzw. verzögert zur Lastprognose addiert.

Anstelle des Nachfahrmechanismus wird die beschriebene Regelverzögerung verwendet, um in den entsprechenden Situationen vorübergehend keine oder kleinere Regel­ größen zu erzeugen.

Die Regelentlastung dient zum Entkoppeln von LF-Rege­ lung und Lastprognose-Adaption, um nach der Lastpro­ gnose-Adaption einen zwischenzeitlichen Leistungsüber­ schuß zu verhindern (Fig. 5).

Eine Konten-Regelung (Fig. 6) bewirkt einen automa­ tischen Ausgleich der Bilanz der ungewollten Leistungs­ flüsse, indem die jeweils aktuelle Bilanz aufgeteilt auf eine zum Ausgleich verbleibende Zeitspanne oder einen festen Zeitbereich als zusätzlichen Anteil zur Regelgröße e_C für die LF-Regelung addiert wird. Eine zur Lastprognose-Adaption parallele Adaption dieses zusätzlichen Anteils sorgt für eine verzögerte Über­ nahme in die Grundlastoptimierung.

Zum Bestimmen des "nicht sinnvollen" Sollwertanteils der erfindungsgemäßen Regelung, über den nicht inte­ griert wird, kann allgemein ein Funktionsblock F dienen (vgl. Fig. 7). Dieser Funktionsblock F kann ein Fuzzy- Regler sein.

Die Regelverzögerung und weitere Freiheitsgrade, Para­ meter und Vorgaben des erfindungsgemäßen Verfahrens können von externen Modulen zur Überwachung, Qualitäts­ bewertung oder Vorausschau genutzt werden. Für die zusätzlichen Module zur Regelverzögerung und Nutzung der Freiheitsgrade, Parameter und Vorgaben des Verfah­ rens können Verfahren der Mustererkennung, Ereignis­ erkennung, Clusteranalyse, Neuronale Netze, Fuzzy-Sy­ steme, Simulations-Systeme oder Experten-Systeme ver­ wendet werden. Insbesondere bietet sich ein an den Prozeß angekoppeltes Fuzzy-Gütemaß an, das den Prozeß on-line bewertet und vom Prozeßbediener oder durch eine direkte Rückkopplung zum Eingriff in den Prozeß genutzt wird.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Fuzzy- Reglern mit positiven und negativen Regeln und eines parametrisierten Fuzzy-Interferenzfilters, bei dem der Parameter angibt, ob die Regeln härter oder weicher interpretiert werden sollen, zur erfindungsgemäßen Bestimmung des nicht sinnvollen Sollwertanteils und auf der übergeordneten Ebene zur Überwachung und Bewertung (vgl. hierzu deutsche Patentschriften 43 08 083 und 44 16 465).

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei der Kraft­ werkseinsatz-Optimierung mit einem digitalen Rechner­ system, einem Automatisierungssystem oder einem Simula­ tionssystem realisieren, wobei Teile des Verfahrens auch mit unterschiedlichen Systemen zu realisieren sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Verfahren durch die folgenden Vorteile aus:

• - Mit dem erfindungsgemäßen PI-Regler mit Berück­ sichtigung der individuellen Sollwertbegrenzun­ gen der Kraftwerke wird vermieden, über Regelab­ weichungen zu integrieren, die aufgrund der nachgeschalteten Begrenzungen der Sollwerte kei­ nen Einfluß auf die Leistungserzeugung durch die Kraftwerke und damit auch keinen unmittelbaren Einfluß auf das Regelverhalten haben. Wenn die Regelabweichung insoweit beseitigt ist, kann bei einem PI-Regler ohne diese Berücksichtigung ein großer Wert in dem Integral, der während der Ausregelung überwiegend durch die individuellen Sollwertbegrenzungen verursacht wurde, einen starken Einfluß auf das spätere Regelverhalten ausüben.
  Ohne individuelle Sollwertbegrenzungen verhält sich der PI-Regler mit Berücksichtigung der in­ dividuellen Sollwertbegrenzungen wie ein reiner PI-Regler. Mit Sollwertbegrenzung wird durch die beschriebene Modifikation der Maximalwert des Integrals in Abhängigkeit von der Stärke der Sollwertbegrenzungen beschränkt.
• - Die Regelgüte der LF-Regelung ist im Vergleich zu konventionellen Verfahren deutlich besser; die Regelung ist schneller und ohne nennenswer­ tes Überschwingen der Regelleistung.
  Diese charakteristischen Eigenschaften der LF- Regelung sind bis auf eine zeitliche Dehnung un­ abhängig von den Sollwertbegrenzungen der Kraft­ werke. Die Regeleigenschaften sind damit unab­ hängig von der jeweiligen Konstellation der Kraftwerke.
• - Infolge der erfindungsgemäßen Entkopplung der Teilsysteme LF-Regelung und Lastprognose-Adapti­ on ist diese Funktion und damit auch die Funkti­ onsweise des Gesamtsystems besser. Zeitgleiche LF-Regelung und Lastprognose-Adaption führen nicht zu einer zwischenzeitlichen Übererfüllung des Leistungsbedarfs. Bei einer Entflechtung können die Teilsysteme unabhängig voneinander entworfen werden; die Parametereinstellungen lassen sich dann einzeln optimieren.

Die Hauptanwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die LF-Regelung, die Lastprognose-Adaption und die Konten-Regelung in einem Kraftwerksführungssystem. Das Verfahren läßt sich mit Vorteil zusammen mit dem in der gleichzeitig hinterlegten Patentanmeldung derselben Anmelderin (Akten-Nr. 40 712 K) beschriebenen Verfahren zur sequentiellen Vorsteuerung eines Prozesses einset­ zen.

Claims (19)

1. Verfahren zum Regeln der Leistung y eines Kraft­ werksparks K aus n Kraftwerken K₁, K₂, . . . K_n mit Leistungs-Sollwerten u₁, u₂, . . . u_n und Leistungs- Istwerten y₁, y₂, . . . y_n, bei dem für die Lei­ stungs-Sollwerte u_i individuelle Beschränkungen der Form u_i,min u_i u_i,max und v_i,min v_i : = d_ui/dt V_i,max vorgegeben sind und die Leistung y des Kraftwerksparks K in der Form y = y₁ + y₂ + y_n entsteht, wobei zum Erreichen eines gewünschten Leistungsverlaufs y_A(t) die Kraftwerke K_i mit geeigneten Sollwertverläufen u_i(t) beaufschlagt und diese Verläufe u_i(t) aus der Summe der Anteile u_i,A(t) und u_i,B(t) gebildet werden, die von zwei getrennten Einrichtungen A (im folgenden Vorsteuerung genannt) und B (im folgenden Regellei­ stungsaufteilung genannt) erzeugt werden, wobei die Regelleistungsaufteilung B aus der Ausgangsgröße e_B eines Reglers C, der im wesentlichen auf Abweichungen der Leistung y von dem gewünschten Leistungsverlauf y_A(t) und auf Störungen reagiert, Sollwerte u_i,B erzeugt und für die Vorsteuerung A ein zukünftiger Sollwertverlauf e_A(t) gegeben und dazu geeignet ist, den Leistungsverlauf y_A(t) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe ei­ nes als PI-Regler ausgebildeten Reglers C über die Differenz zwischen der Eingangsgröße e_C des Reglers C und einer zweiten Eingangsgröße e_F integriert wird und dabei ein als zur Regelung "nicht sinnvoller" Anteil e_F der Ausgangsgröße e_B des Reglers C von einem Funktionsblock F bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Anteil der Ausgangsgröße e_B des PI- Reglers als "nicht sinnvoll" bestimmt wird, der durch die individuellen Beschränkungen der Lei­ stungssollwerte summarisch durch die Regellei­ stungsaufteilung B nicht auf die Sollwerte u_i,B aufteilbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Anteil der Ausgangsgröße e_B des PI- Reglers als "nicht sinnvoll" bestimmt wird, der von einem Fuzzy-Regler F unter Verwendung von positiven und negativen Regeln oder eines parametrisierten Interferenzfilters ausgewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Ausgangs­ größe e_B bei Vorgabe eines Anteils von e_B durch ei­ nen weiteren Funktionsblock G dieser Anteil vor­ übergehend verzögert oder unterdrückt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß derjenige Anteil der Aus­ gangsgröße e_B des PI-Reglers vorübergehend verzö­ gert oder unterdrückt wird, der von einem Fuzzy- Regler G unter Verwendung von positiven und negati­ ven Regeln oder eines parametrisierten Interferenz­ filters ausgewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Anteil der Ausgangs­ größe e_B des PI-Reglers vorübergehend verzögert oder unterdrückt wird, der von einem Beobachter G für den Kraftwerkspark K ausgewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine gewünschte mo­ mentane Abweichung Δy von dem gewünschten Lei­ stungsverlauf y(t) gefiltert zu e_A addiert wird und die so entstandene Abweichung zwischen e_A und dem für die Vorsteuerung A gegebenen Sollwertverlauf e_A(t) verzögert von dem Sollwert e_B subtrahiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die aktuelle Bilanz ∫e_Cdt, mit e_C = Eingangsgröße des Reglers C, durch einen Funktionsblock oder Fuzzy-Regler H aufgeteilt auf eine zum Herstellen einer ausgeglichenen Bilanz verbleibende Zeit T als zusätzliche Eingangsgröße in dem Regler C verwendet wird.

9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche übergeordnete Einrichtungen zur Überwachung, Qua­ litätsbewertung oder Vorausschau die Freiheitsgra­ de, Parameter, Vorgaben oder Strategien der Verfah­ ren nutzen oder verändern.

10. Kraftwerksführungssystem, nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß es mit analogen Komponenten, einem Digi­ talrechnersystem, einem Automatisierungs- oder Si­ mulationssystem realisiert ist.

11. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Verfahrens mit unter­ schiedlichen oder parallelen Systemen ausgestattet sind.

12. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 9 und 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzli­ chen übergeordneten Einrichtungen Verfahren der Mu­ stererkennung, Ereigniserkennung, Clusteranalyse, Neuronale Netze, Fuzzy-Systeme, Simulationssysteme oder Expertensysteme einschließen.

13. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 9 und 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzli­ chen übergeordneten Einrichtungen positive oder ne­ gative Fuzzy-Regeln oder parametrisierte Interfe­ renzfilter enthalten.

14. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für die Leistungs-Frequenz-Regelung - im folgenden LF-Regelung - (Sekundärregelung), Last­ prognose-Adaption und Konten-Regelung eines Kraft­ werksführungssystems, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilaufgaben LF-Regelung C und Lastprognose-Ad­ aption D für die Regelleistungsaufteilung B einer­ seits und die Grundlastoptimierung A andererseits dynamisch entkoppelt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem im Integrierer modifizierten PI-Regler unter Berücksichtigung der individuellen Soll­ wertbegrenzung der Kraftwerke integriert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß über die Differenz zwischen der Regelgröße e_C und dem Stellgrößenüberschuß e_F integriert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß zur vorübergehenden Ver­ meidung schneller Reaktionen der Regelung eine Kom­ ponente zur wahlweisen Verzögerung (Regelverzögerung) oder Unterdrückung des Regel­ sollwertes bzw. eines Anteils des Regelsollwertes eingesetzt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung von Rege­ lung und Optimierung die LF-Regelung bei Adaptions- und Umverteilungsvorgängen entlastet wird, indem die von der Lastprognose-Adaption in die Opti­ mierung zusätzlich übernommene Leistung von der Re­ gelleistung abgezogen wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß aus dem Netzkennlinien­ verfahren die Regelgröße e_C für die LF-Regelung C ermittelt wird, daß mit dem PI-Regler die aktuellen individuellen, momentan zur LF-Regelung verwendeten Sollwertbegrenzungen der Kraftwerke berücksichtigt werden und daß ein modifizierter PI-Regler verwen­ det wird, der umso weniger integriert, je stärker die Sollwertbegrenzungen bei der Ausregelung ein­ greifen.