DE19510342C2

DE19510342C2 - Verfahren zum Regeln der Ausgangsgröße eines Kraftwerksparks

Info

Publication number: DE19510342C2
Application number: DE1995110342
Authority: DE
Inventors: Klaus Albers; Jens Albrecht; Harro Kiendl; Andreas Michalske; Peter Stelzner
Original assignee: VEW Energy AG
Current assignee: Amprion GmbH
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2015-03-23
Also published as: WO1996029772A1; DE19510342A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Aus gangsgröße eines Kraftwerksparks gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner ein nach dem Verfahren arbeitendes Kraftwerksführungssystem sowie ein Verfahren für die Leistungs- Frequenz-Regelung, Lastprognose-Adap tion und die Konten-Regelung eines Kraftwerksführungssy stems. Die Ausgangsgröße eines Kraftwerksparks ist im vorliegenden Zusammenhang in erster Linie dessen Lei stung. Entsprechend ist die Ausgangsgröße eines einzel nen zum Kraftwerkspark gehörigen Kraftwerks jeweils des sen Leistung bzw. dessen Leistungs-Ist-Wert. Unter dem Begriff "Kraftwerk" werden alle Leistungserzeugungsein heiten verstanden, die in ihrer Leistungserzeugung durch die Vorgabe eines Wirkleistungs-Sollwerts beeinflußbar sind.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Regeln der Leistung, also der Ausgangsgröße y, eines Kraft werksparks K aus n(=1,2 . . . ) Kraftwerken K₁, K₂, . . . K_n mit (Leistungs-)Sollwerten u₁, u₂, . . . u_n und den einzel nen Ausgangsgrößen, das sind bevorzugt Leistungs-Ist-Werte, y₁, y₂, . . . y_n. Für die Sollwerte u_i (i = 1,2 . . . n) werden 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. Die Ausgangsgröße y des Kraftwerksparks K entsteht in der Form Y = y₁ + y₂ + . . . y_n. Zum Erreichen eines vorgegebenen Ausgangsgrößenverlaufs, das ist bevorzugt ein Leistungsverlauf y_A(t), werden die Kraft werke K_i mit geeigneten Sollwertverläufen u_i(t) beauf schlagt. Diese Verläufe u_i(t) werden aus der Summe der Anteile u_i,A(t) und u_i,B(t) gebildet. Letztere Anteile werden von zwei getrennten Einrichtungen, nämlich einer Vorsteuereinrichtung A und einer Aufteilungseinrichtung B bestimmt. Diese Aufteilungseinrichtung B erzeugt aus einem Aufteilungs-Sollwert e_B eines Reglers C Sollwerte u_i,B. Der Regler C soll im wesentlichen auf Abweichungen der Ausgangsgröße y von dem vorgegebenen Ausgangsgrößen verlauf y_A(t) und auf Störungen reagieren. Für die Vor steuereinrichtung A wird ein zukünftiger Vorsteuer-Soll wert-Verlauf e_A(t) vorgegeben, der dazu geeignet ist, den Ausgangsgrößenverlauf y_A(t) zu erzeugen.

Die Ziele von Führungssystemen für thermische Kraftwerke lassen sich folgendermaßen beschreiben: In den Netzleitsystemen von Energieversorgungsunternehmen wer den zur Automatisierung des Einsatzes der Kraftwerke im eigenen Versorgungsgebiet Kraftwerksführungssysteme ein gesetzt. Für alle zu führenden Kraftwerke werden dabei Leistungssollwerte erzeugt, die dann an die Kraftwerke übertragen werden.

In der deutschen Offenlegungsschrift 41 35 803 wird ein verteiltes Rechnersystem zum Aufprä gen besonderer Operationen, insbesondere von Start-Stop-Befehlen, auf die Kraftwerksprozesse beschrieben. Die bekannte Steuereinrichtung stellt ein System für den gemeinschaftlichen Betrieb und die gemeinschaftliche Steuerung einer Kraftwerksanlage dar, die aus einer Vielzahl von einzelnen Kraftwerken besteht. Hiernach soll die Kraftwerksanlage durch einfache Start-, Stop- und Lastbetriebsbefehle, gegliedert von einer zentralen Überwachungs-Steuereinrichtung betrieben werden können. Die hierbei gemäß Ausführungsbeispiel (Fig. 4) zu berücksichtigenden Operationsbedingungen betreffen allerdings nur Betriebsbefehle an die einzelnen Kraft werke, nicht aber die erfindungsgemäße Optimierung.

Die Kraftwerksführungssysteme sollen unter anderem folgende Aufgaben erfüllen:

- Sicherstellung einer ausgeglichenen Wirklei stungsbilanz (Leistungsgleichgewicht) zwischen erzeugter und verbrauchter Leistung im eigenen Versorgungsgebiet, damit keine ungewollten Lei stungsflüsse zwischen den Verbundpartnern auftre ten;
- Koordinierung und Optimierung des Kraftwerksein satzes, so daß die Kraftwerke wirtschaftlich und schonend betrieben werden;
- Herstellung einer mittelfristig ausgeglichenen Leistungsbilanz, um den Mittelwert der ungewollten Leistungsflüsse zwischen den Verbundpartnern 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 ent hält, der die Restriktionen nicht verletzen darf.

In der deutschen Offenlegungsschrift 43 15 317 wird ein Führungsgerät zur automatischen Steuerung von Kraft werksblöcken in einem elektrischen Energieversorgungssy stem beschrieben, insbesondere durch Maßnahmen zur Lei stungserhöhung und Frequenzstützung. Durch die Steuerung sollen ein vorgegebenes Zuverlässigkeitsniveau der Ener gie- und Stromversorgung eingehalten und eine unnötig hohe Reserveleistung vermieden werden. In der Druck schrift wird also ein Führungsgerät vorgeschlagen, das eine über ein Datenübertragungselement mit jedem zu steuernden Kraftwerksblock verbundene erste Steuerein heit umfaßt, die blockspezifische Meßgrößen empfängt und blockspezifische Führungsgrößen abgibt. Zu den blockspe zifischen Meßgrößen Mn gehören Ist-Werte der Blocklei stung und des Frischdampfdrucks sowie Ventilstellungen und in oder an einem Turbinengehäuse gemessenen Tempera turen. In den blockspezifischen Meßgrößen Mn werden kon stante blockspezifische Größen und Vorgaben berücksich tigt.

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 (Sekundär regelung), die nachfolgend mit LF-Regelung abgekürzt wird. In konventionellen Modulen zur LF-Regelung wird ein PI-Regler verwendet. Um eine starke Überreaktion 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 Inte grierers größer als im Mittel nötig gewählt. Zusätzlich zu dem so modifizierten PI-Regler wird bei einigen Ver fahrensvarianten ein sogenannter Nachfahrmechanismus verwendet. Dieser besteht aus einer Addition der Diffe renz zwischen der Summe y der Ausgangsgrößen bzw. Lei stungs-Ist-Werte der Kraftwerke und der Summe der Grund lastsollwerte Σu_i,A (= Sollwertanteile aus einer Vor steuereinrichtung A) zu dem bisherigen Regelleistungs sollwert (vgl. Fig. 4).

Die Adaption der Lastprognose wird in der Regel zyklisch vorgenommen, indem beim Zykluswechsel die momentane 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 (Regelabweichung) e_C um eine konstante Leistung so verschoben, daß während der bei der Bestim mung der Konstanten zugrundegelegten Zeit die Aus tauschbilanz 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 Kopp lungen 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 der eingangs erläuterten Art zum Regeln der Ausgangsgröße bzw. Lei stung y eines Kraftwerksparks K, bei dem zum Erreichen eines gewünschten Ausgangsgrößenverlaufs y_A(t) die Kraftwerke K_i mit geeigneten Sollwertverläufen u_i(t) beaufschlagt und diese Verläufe u_i(t) aus der Summe der Sollwertanteile u_i,A, u_i,B gebildet werden, die von einer Vorsteuereinrichtung A und einer Aufteilungsein richtung B bestimmt werden, wobei die Aufteilungsein richtung B aus einem Aufteilungssollwert e_B eines Reg lers C, der auf eine Regelabweichung e_C aufgrund von Störungen und Abweichungen der Ausgangsgröße y von dem vorgegebenen Ausgangsgrößenverlauf y_A(t) reagiert, Soll wertanteile u_i,B erzeugt und für die Vorsteuereinrich tung A eine Vorsteuersollwertverlauf e_A(t) gegeben ist, der dem aktuellen Zeitpunkt und zukünftigen Zeitpunkten einen Vorsteuersollwert e_A zuordnet.

Die erfindungsgemäße Lösung wird im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Verbesserungen und weitere Ausge staltungen werden in den übrigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung kann demgemäß beschrieben werden als Ver fahren, bei dem mit Hilfe eines als PI-Regler ausgebil deten Reglers C über die Differenz zwischen der Regelab weichung bzw. Eingangsgröße e_C des Reglers C und einer zweiten Eingangsgröße, der Verminderungsgröße e_F, inte griert wird, wobei also ein als zur Regelung "nicht sinnvoll" angesehener Anteil - nämlich die Verminde rungsgröße e_F - des Aufteilungssollwerts (Ausgangsgröße) e_B des Reglers C von einem Funktionsmodul 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 Wirklei stungsbilanz.

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 Kraftwerksparks;

Fig. 3 die Struktur eines Kraftwerksführungssystems S;

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

Fig. 5 die Struktur einer LF-Regelung mit Regelentla stung und Regelverzögerung;

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

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 Aufteilungseinrichtung B und ein Modul F zur Bestimmung des "nicht sinn vollen" Sollwertanteils und

Fig. 9 das Prinzip eines Kraftwerksparks K mit Vor steuereinrichtung A, Aufteilungseinrichtung 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 v_i,max (maximaler positiver Gradient) und die maximale negative Leistungsänderung (maximaler negativer Gra dient) v_i,min, jeweils ausgehend von einem aktuellen Leistungssollwert.

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

In Fig. 3 ist die Struktur eines Kraftwerksführungssy stems S dargestellt. Das Kraftwerksführungssystem bein haltet die wesentlichen Komponenten Vorsteuereinrichtung bzw. Grundlast-Optimierung A, Aufteilungseinrichtung B, LF-Regler C und Korrektureinrichtungen bzw. Lastpro gnose-Adaption D. Eingangsgrößen des Kraftwerksfüh rungssystems sind die Regelabweichung e_C und die gewünschte Ausgangsgröße bzw. Lastprognose y_A, Ausgangs größen sind die (Leistungs-)Sollwertanteile u_i,A und u_i,B (bzw. deren Summe u_i) für alle Kraftwerke des Kraft werksparks K. Das Kraftwerksführungssystem beinhaltet zusätzliche Komponenten (Module) G und F zur Entkopplung und Koordinierung, auf die noch eingegangen wird.

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

In Fig. 5 ist die Struktur eines LF-Reglers C, bestehend aus einem Regler R, einem Modul zur Regelentlastung und einem Modul zur Regelverzögerung dargestellt. Ein Modul G erzeugt bzw. ermittelt die Eingangsgröße e_G von C für die Regelverzögerung.

Fig. 6 zeigt die Struktur eines LF-Reglers C, der aus einem Regler R und aus einem vorgeschalteten Kontenregler besteht, der sich aus einem Integrierer und einem Modul H zusammensetzt.

In Fig. 7 (a,b) ist die Struktur des PI-Reglers R mit Integrations- und Proportionalzweig (a) und des PI-Reg lers R mit zusätzlicher ausschließlicher Integration über "sinnvolle" Sollwertanteile (mit Hilfe des Funkti onsmoduls F - vgl. (b) - ermittelte Verminderungsgröße e_F), dargestellt.

Fig. 8 zeigt die Struktur eines LF-Reglers C und eines Moduls F in Verbindung mit einer Aufteilungseinrichtung B, wenn zur LF-Regelung ein PI-Regler mit ausschließli cher Integration über "sinnvolle" Sollwertanteile ver wendet wird und in dem Modul F zur Bestimmung des "nicht sinnvollen" Sollwertanteils e_F - also der Verminderungs größe e_F - die Differenz zwischen e_B und der Summe der Sollwertanteile u_i,B gebildet wird.

Fig. 9 symbolisiert einen Kraftwerkspark K mit Vorsteu ereinrichtung A, Aufteilungseinrichtung B und Regler C. Zum Kraftwerkspark K gehören Kraftwerke K₁, K₂, . . . K_n, jeweils mit Leistungs-Sollwerten u₁, u₂, . . . u_n und Aus gangsgrößen bzw. Leistungs-Istwerten y₁, y₂, . . . y_n. Zum Erreichen eines gewünschten Ausgangsgrößenverlaufs y_A(t) sollen die Kraftwerke K_i mit geeigneten Sollwertverläu fen u_i(t) beaufschlagt und diese aus der Summe der Anteile u_i,A(t) und u_i,B(t) gebildet werden, die von der Vorsteuereinrichtung A und der Aufteilungseinrichtung B erzeugt werden. Der Aufteilungseinrichtung B wird ein Regler C mit den Eingangsgrößen e_C, e_D, e_F, e_G, y und Σ u_i,A vorgeschaltet. Die Ausgangsgröße (Aufteilungssoll wert) e_B des Reglers C wird zur Aufteilungseinrichtung B weitergeleitet. Für die Vorsteuereinrichtung A ist ein (zukünftiger) Vorsteuersollwertverlauf e_A(t) gegeben, der dazu geeignet ist, den gewünschten Ausgangsgrößen verlauf 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 Umvertei lungsvorgängen 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 Funktionsmodul F dienen (vgl. Fig. 7). Dieser Funktionsmodul 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 (DE 195 10 343.2-13) beschriebenen Verfahren zur sequentiellen Vorsteuerung eines Prozesses einset zen.

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Ausgangsgröße y eines Kraftwerksparks K aus n Kraftwerken K₁, K₂, . . . K_n jeweils mit (Leistungs-)Sollwerten u₁, u₂, . . . u_n und Ausgangsgrößen y₁, y₂, . . . y_n, bei dem für die 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 Ausgangsgröße y des Kraftwerksparks K in der Form y = y₁ + y₂ + . . . y_n entsteht, wobei zum Erreichen eines vorgegebenen Ausgangsgrößenverlaufs y_A(t) die Kraftwerke K_i mit geeigneten Sollwertverläufen u_i(t) beaufschlagt und diese Verläufe u_i(t) aus der Summe der Sollwertan teile u_i,A, u_i,B gebildet werden, die von einer Vor steuereinrichtung A und einer Aufteilungseinrichtung B bestimmt werden, wobei die Aufteilungseinrichtung B aus einem Aufteilungssollwert e_B eines Reglers C, der auf eine Regelabweichung e_C aufgrund von Störun gen und Abweichungen der Ausgangsgröße y von dem vorgegebenen Ausgangsgrößenverlauf y_A(t) reagiert, Sollwertanteile u_i,B erzeugt und für die Vorsteuer einrichtung A ein Vorsteuersollwertverlauf e_A(t) gegeben ist, der dem aktuellen Zeitpunkt und zukünf tigen Zeitpunkten einen Vorsteuersollwert e_A zuord net, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines als PI-Regler ausgebildeten Reglers C über die Differenz zwischen der Regelabweichung e_C und einer Verminderungsgröße e_F integriert wird, wobei die Verminderungsgröße e_F als Differenz des Aufteilungs sollwertes e_B des Reglers C und der Summe der Soll wertanteile u_i,B von einem Funktionsblock F bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderungsgröße e_F von einem als Fuzzy-Regler ausgeprägten Funktionsmodul F unter Verwen dung von positiven und negativen Regeln oder eines parametrisierten Interferenzfilters ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Veränderung des Aufteilungssoll wertes e_B bei Vorgabe eines Anteils von e_B durch einen weiteren Funktionsmodul G dieser Anteil vor übergehend verzögert oder unterdrückt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Anteil des Auf teilungssollwertes e_B des PI-Reglers vorübergehend verzögert oder unterdrückt wird, der von einem als Fuzzy-Regler ausgeprägten Funktionsmodul G unter Verwendung von positiven und negativen Regeln oder eines parametrisierten Interferenzfilters ausgewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebener Anteil des Auf teilungssollwertes e_B des PI-Reglers vorübergehend verzögert oder unterdrückt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine momentane Abwei chung Δ y der Ausgangsgröße y von einer vorgegebenen Ausgangsgröße y gefiltert zum Vorsteuersollwert e_A addiert wird und die so entstandene Abweichung zwi schen e_A und dem für die Vorsteuereinrichtung A gegebenen Vorsteuersollwertverlauf e_A(t) verzögert von dem Aufteilungssollwert e_B subtrahiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die aktuelle Bilanz ∫ e_Cdt, mit e_C = Regelabweichung als Eingangsgröße des Reglers C, durch ein (bevorzugt als Fuzzy-Regler ausgeprägtes) Funktionsmodul H aufgeteilt auf eine zum Herstellen einer ausgeglichenen Bilanz verblei bende Zeit T als zusätzliche Eingangsgröße in dem Regler C verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche übergeordnete Ein richtungen zur Überwachung, Qualitätsbewertung oder Vorausschau vorgesehen werden, die die Freiheitsgra de, Parameter, Vorgaben oder Strategien der Verfah ren nutzen oder verändern.

9. Kraftwerksführungssystem, nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es mit analogen Komponenten, einem Digi talrechnersystem, einem Automatisierungs- oder Si mulationssystem realisiert ist und daß Teile des Verfahrens mit unterschiedlichen oder parallelen Systemen ausgestattet sind.

10. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen übergeordneten Einrichtungen Verfahren der Mustererkennung, Ereig niserkennung, Clusteranalyse, Neuronale Netze, Fuzzy-Systeme, Simulationssysteme oder Expertensy steme einschließen.

11. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen überge ordneten Einrichtungen positive oder negative Fuzzy-Regeln oder parametrisierte Interferenzfilter ent halten.

12. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für die Leistungs-Frequenz-Regelung - im fol genden LF-Regelung - (Sekundärregelung), Lastpro gnose-Adaption und Konten-Regelung eines Kraft werksführungssystems, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilaufgaben LF-Regelung und Lastprognose-Adap tion für die Aufteilungseinrichtung B einerseits und die Vorsteuereinrichtung bzw. Grundlastoptimierung A andererseits dynamisch entkoppelt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem im Integrierer modifizierten PI-Regler unter Berücksichtigung der individuellen Soll wertbegrenzung der Kraftwerke integriert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß über die Differenz zwischen der Regelabweichung e_C und der Verminderungsgröße e_F integriert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß zur vorübergehenden Ver meidung schneller Reaktionen der Regelung eine Kom ponente zur wahlweisen Verzögerung (Regelverzöge rung) oder Unterdrückung des Regelsollwertes bzw. eines Anteils des Regelsollwertes eingesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, 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 Optimierung zusätzlich übernommene Leistung von der Regellei stung abgezogen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, da durch gekennzeichnet, daß aus dem Netzkennlinien verfahren die Regelabweichung e_C für die LF-Regelung 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 verwendet wird, der umso weniger integriert, je stärker die Sollwertbegrenzungen bei der Ausregelung eingreifen.