DE19510343A1 - Verfahren zur sequentiellen Vorsteuerung eines Prozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sequentiellen Vorsteuern eines Prozesses. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Optimieren des aktuellen Kraftwerks­ einsatzes durch ein Kraftwerksführungssystem. Mit Kraftwerken sind hierbei alle Leistungserzeugungsein­ heiten gemeint, die sich in ihrer Leistung durch die Vorgabe eines Wirkleistungssollwertes beeinflussen las­ sen.

Der Prozeß P besteht aus n parallelen Teilprozessen P₁, P₂, . . . P_n mit Eingangsgrößen u₁, u₂, . . . u_n und Ausgangsgrößen y₁, y₂, . . . y_n, wobei für die Eingangs­ größen individuelle Beschränkungen der Form u_i,min u_i u_i,max und v_i,min v_i: = du_i/dt v_i,max bestehen, woraus sich eine summarische Reserve für die Summen Σ u_i und Σ v_i ergibt, die Ausgangsgröße y des Prozesses P in der Form y = y₁ + y₂ + . . . y_n entsteht und der Pro­ zeßbetrieb durch eine Kostenfunktion f bewertet wird, die sich aus der Summe von Teilkostenfunktionen f_i(u_i) ergibt. Zum Erreichen eines gewünschten Ausgangsgrö­ ßenverlaufs y_A(t) werden die Teilprozesse P_i mit Ein­ gangsgrößenverläufen 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, die von zwei getrennten Einrichtungen A (im folgenden Vorsteuerung genannt) und B (im folgenden Regler oder Regelung genannt) erzeugt werden. Der Regler B reagiert im wesentlichen auf Abweichungen der Ausgangsgröße y von dem gewünschten Aus­ gangsgrößenverlauf y_A(t) und auf Störungen und zur Vorsteuerung A dient ein zukünftiger Sollwertverlauf e_A(t), der den Ausgangsgrößenverlauf y_A(t) erzeugt.

Die Ziele von Kraftwerksführungssystemen, die aus­ schließlich thermische Kraftwerke führen, lassen sich folgendermaßen beschreiben: In den Netzleitsystemen von Energieversorgungsunternehmen sind zur Automatisierung des Einsatzes der Kraftwerke im eigenen Versor­ gungsgebiet Kraftwerksführungssysteme installiert. Für alle zu führenden Kraftwerke werden Leistungssollwerte erzeugt, die dann an die Kraftwerke übertragen werden.

Die Kraftwerksführungssysteme sollen unter anderem fol­ gende 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 ungewoll­ ten Leistungsflüsse zwischen den Verbundpartnern klein zu halten.

Um den Aufgaben gerecht zu werden, enthalten Kraft­ werksführungssysteme die folgenden zentralen Komponen­ ten:

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

Für den Kraftwerkseinsatz wird durch Festlegung der Be­ triebsart bestimmt, welche Kraftwerke unter Vorgabe ei­ nes Leistungssollwertes gesteuert werden. Optimie­ rungsmodul und Regelungsmodul liefern für jedes dieser Kraftwerke je einen Leistungssollwert. Die Sollwerte werden entweder einzeln oder als Summensollwerte an die Kraftwerke übertragen.

Kraftwerksführungssysteme unterliegen in ihrer Funkti­ onsweise den folgenden Restriktionen und Nebenbedin­ gungen:

• - Für alle Kraftwerke sind die Leistungssollwerte nach oben und unten begrenzt. Die Leistungsgren­ zen dürfen von den Sollwerten nicht verletzt wer­ den. Ebenso gibt es für die Gradienten der Lei­ stungssollwerte eine maximale positive und eine maximale negative Grenze (maximale Leistungsände­ rungen; Fig. 1). Diese Restriktionen sind in der Regel für jedes Kraftwerk individuell verschie­ den.
• - Das Optimierungsmodul enthält als Vorgabe einen Summensollwert. Dieser Summensollwert soll, so­ fern dem keine Restriktionen entgegenstehen und es unter Berücksichtigung der prognostizierten zeitlichen Veränderungen sinnvoll ist, von dem Optimierungsmodul vollständig auf die Kraftwerke aufgeteilt werden, so daß die Summe der einzelnen Sollwerte den Summensollwert ergibt.
• - Das Optimierungsmodul soll zusätzlich sicherstel­ len, daß eine schnelle Wiederherstellung der aus­ geglichenen Wirkleistungsbilanz durch das Rege­ lungsmodul jederzeit möglich ist. Die Stellgrö­ ßenreserven sollen symmetrisch um Null liegen, damit unabhängig vom Vorzeichen eine Störung der Wirkleistungsbilanz immer ausgeregelt werden kann (Fig. 4). Die Größe der gewünschten und automa­ tisch bereitstellbaren Reserve (ohne Berücksich­ tigung von Reserveverträgen) orientiert sich an der Größe der erwarteten Störungen (Regelerwartung)

Konventionelle Verfahren zum Optimieren des Kraftwerks­ einsatzes arbeiten auf der Basis von - im allgemeinen quadratischen - Kostenfunktionen für jedes Kraftwerk. Diese Kostenfunktionen nähern in Abhängigkeit vom Lei­ stungssollwert des Kraftwerks die Brennstoffkosten an, die im Kraftwerk für die Erzeugung der Leistung entste­ hen.

Die Leistungsgrenzen der Kraftwerke begrenzen den Such­ raum, in dem alle zulässigen Leistungssollwerte liegen; die maximal zulässigen Sollwertgradienten der Kraftwerke und die damit ausgehend vom aktuellen Lei­ stungssollwert möglichen Sollwertänderungen beschrän­ ken, wie Fig. 6 für den Fall zweier Kraftwerke exempla­ risch zeigt, den Suchraum S₁ auf den erreichbaren Suchraum S₂ ein.

Um jederzeit Stellgrößenreserven zur Regelung zu ge­ währleisten, sind für ausgewählte Kraftwerke feste Re­ gelbänder definiert (Fig. 2). Diese Regelbänder ver­ schärfen die Restriktionen für das Optimierungsmodul, indem von den Leistungsgrenzen der Kraftwerke die zuge­ hörigen festen Regelbänder abgezogen werden (Absenkung der oberen und Anhebung der unteren Leistungsgrenzen), so daß sich (vgl. Fig. 7) der Suchraum S₂ verkleinert. Dadurch ist in der Summe ein Leistungsband für die al­ leinige Nutzung durch das Regelungsmodul reserviert.

Zusätzlich werden, je nach Verfahrensvariante, die Re­ striktionen für das Optimierungsmodul noch weiter ver­ schärft, indem die maximal zulässigen Sollwertgradien­ ten der Kraftwerke, denen ein festes Regelband zugeord­ net ist, für die Optimierung auf einen festen Anteil vom zulässigen Sollwertgradienten begrenzt werden. Da­ durch ist sichergestellt, daß das Regelungsmodul, ohne die maximal zulässigen Sollwertgradienten zu verletzen, mindestens den verbleibenden Anteil des Sollwertgra­ dienten nutzen kann. In der Summe ist damit ein summa­ rischer Sollwertgradient für die alleinige Nutzung durch das Regelungsmodul reserviert. Damit ist auch ein schneller Ausgleich der Wirkleistungsbilanz durch das Regelungsmodul im Rahmen der festgelegten Reserven je­ derzeit möglich.

Ausgangspunkt für die Optimierung ist die aktuelle Lei­ stungsaufteilung. Die Optimierung bestimmt im erreich­ baren Teil des Suchraums auf derjenigen Ebene, auf der alle den vorgegebenen Summensollwert erfüllenden Punkte liegen, denjenigen Punkt, der zu den geringsten Ge­ samtkosten führt. Dieser Punkt ist Ausgangspunkt für die nächste optimale Leistungsaufteilung.

Zur Lösung dieser Optimierungsaufgabe werden unter­ schiedliche Optimierungsalgorithmen eingesetzt, vorran­ gig der Step-by-Step-Algorithmus (ein vereinfachtes schrittweises Gradientenverfahren), oder das sogenannte Euler-Lagrange-Verfahren (globales Optimierungsverfah­ ren); vgl. hierzu "Elektrizitätswirtschaft", 1970, 327 bis 332; "etz-a", 1978, 416 bis 421.

Nach einer der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis besitzen die konventionellen Optimierungsverfahren strukturbedingt den Nachteil, daß die Optimierungser­ gebnisse momentan und im zeitlichen Mittel aus den nachfolgenden Gründen nicht optimal sind:

• - Die durch die oben beschriebene Gradientenbe­ schränkung hervorgerufene Verschärfung der Re­ striktionen erzwingt, daß die gewünschten Gra­ dientenreserven für das Regelungsmodul immer re­ serviert werden, und zwar auch dann, wenn statt dessen eigentlich das Optimierungsmodul diese Reserven zur Erfüllung der Summenforderung bräuchte.
• - Die Freiheitsgrade der Optimierung werden durch diese Verschärfung der Restriktionen auch dann eingeschränkt, wenn die für die Regelung freige­ haltene Gesamtreserve von der Regelung momentan nicht benötigt wird.
• - Die tatsächlich vorhandene und damit im Prinzip nutzbare Stellgrößenreserve hängt stark von der Leistungsaufteilung durch das Optimierungsmodul ab und kann infolge der Verschärfung der Restrik­ tionen größer sein als gefordert. Wenn das Rege­ lungsmodul auf die Nutzung der geforderten Reser­ ven beschränkt ist, dann ist eine solche Überer­ füllung der Reserveforderungen ohne Vorteil.
• - Das Bereithalten von Leistungsreserven in den Kraftwerken erfolgt durch Auswählen derjenigen Kraftwerke, denen ein festes Regelband zugeordnet ist, und wird nicht automatisch an die jeweils aktuelle Leistungsaufteilung angepaßt. Insbeson­ dere ist nicht gewährleistet, daß die Stellgrö­ ßenreserve momentan nach Kostengesichtspunkten im Sinne der Optimierung bereitgehalten wird.
• - Die Bereitstellung von Stellgrößenreserven verur­ sacht in der Regel zusätzliche Kosten, so daß die kostenoptimale Leistungsaufteilung ohne ver­ schärfte Restriktionen billiger ist. Bei den kon­ ventionellen Verfahren ist es nicht direkt mög­ lich, die Reserven dynamisch so an die aktuelle Versorgungssituation anzupassen, daß die zusätz­ lichen Kosten durch das Bereitstellen von Reser­ ven nur im Bedarfsfall tatsächlich entstehen (wenn die Reserve also tatsächlich benötigt wird).
• - Die momentane Optimierung des aktuellen Kraft­ werkseinsatzes für den nächsten Zeitschritt (Momentanoptimierung) führt nicht zwingend zu ei­ nem auf längere Sicht optimalen Kraftwerksein­ satz, weil die prognostizierte Lastentwicklung keinen Einfluß auf die Momentanoptimierung hat. Dies kann wegen der begrenzten Sollwertgradienten dazu führen, daß die später erforderlichen Sum­ mensollwerte nicht erreicht werden, oder daß die späteren Leistungsaufteilungen nicht kostenopti­ mal sind.
• - Zusätzliche Informationen über im voraus bekannte Änderungen von Fahrplänen, Sollwerten, Istwerten, Leistungsgrenzen oder Betriebsarten einzelner Kraftwerke werden nicht genutzt.

Diese Mängel lassen sich mit den konventionellen Opti­ mierungsverfahren nicht beheben, weil die Stellgrößen­ reserven nach einer vorherigen Auswahl einzelnen Kraft­ werken fest zugeordnet werden und eine Komponente zur Berücksichtigung prognostizierter zukünftiger Änderun­ gen fehlt.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Op­ timierungsverfahren zum optimalen Aufteilen eines Lei­ stungssollwertes zu schaffen, insbesondere für einen Kraftwerkspark Sollwerte für die einzelnen Kraftwerke, unter Beachtung von Restriktionen bezüglich der einzel­ nen Sollwerte und von Nebenbedingungen sowie Zielvor­ stellungen (z. B. bezüglich der Kraftwerksführung insge­ samt) zu ermitteln; das Ziel der Optimierung ist es, die Leistungsaufteilung zu finden, bei der sowohl alle Nebenbedingungen und Restriktionen erfüllt sind und der Summenwert aller Kostenfunktionen minimal wird als auch die Optimierungsergebnisse momentan sowie im zeitlichen Mittel optimal sind.

Die Lösung dieses Problems besteht darin, daß bei dem eingangs genannten Verfahren zum sequentiellen Vorsteu­ ern eines Prozesses erfindungsgemäß für den Fall, daß sich der nächste Sollwert e_A für die Vorsteuerung A nicht vollständig auf die Eingangsgrößen u_i,A aufteilen läßt, ohne daß in Summe mit den aktuellen Eingangsgrö­ ßen u_i,B ausgehend von vorgegebenen Eingangsgrößen u′_i die nächsten Eingangsgrößen u_i die individuellen Be­ schränkungen verletzen, die maximal möglichen Eingangs­ größen u_i,A gewählt werden, und daß für den anderen Fall, für den sich der Sollwert e_A der Vorsteuerung A auf eine oder mehrere Arten vollständig auf die Ein­ gangsgrößen u_i,A aufteilen läßt, diejenige Aufteilung gewählt wird, für die eine summarische Reserveforderung für die Regelung B zumindest so weit wie möglich er­ füllt ist, die so geartet ist, daß innerhalb eines ge­ forderten Wertebereichs [u_B,min; u_B,max] für die Summe der Eingangsgrößen u_i,B, ausgehend von der aktuellen Summe Σ u_i,B, bei gleichbleibenden Eingangsgrößen u_i,A die Summe der Eingangsgrößen u_i,B mit der geforderten minimalen Änderungsgeschwindigkeit v_B,min den Wert u_B,min und mit einer geforderten maximalen Änderungsge­ schwindigkeit v_B,max den Wert u_B,max erreicht, ohne daß die individuellen Beschränkungen der Eingangsgrößen u_i verletzt werden und zusätzlich die Kostenfunktion f für die Eingangsgrößenaufteilung u_i,A minimal ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zur Lösung des folgenden verallgemeinerten Problems einsetzen:
Gegeben ist ein Prozeß P, der aus n parallelen Teil­ prozessen P_i mit Eingangsgrößen u₁, u₂, . . . u_n und Aus­ gangsgrößen y₁ y₂, . . . y_n besteht. Für die Eingangsgrö­ ßen u_i sind individuelle Beschränkungen der Form

vorgegeben. Die Eingangsgrößen setzen sich aus zwei An­ teilen u_i,A und u_i,B zusammen, die in Summe die Ein­ gangsgrößen u_i ergeben. Die Ausgangsgröße y des Prozes­ ses P entsteht aus der Summe der Ausgangsgrößen y_i aller Teilprozesse P_i; vgl. Fig. 15.

Ein gegebener Regler B, der im wesentlichen auf Abwei­ chungen der Ausgangsgröße y von einem gewünschten Aus­ gangsgrößenverlauf y_A(t) und auf Störungen reagiert, erzeugt die Eingangsgrößen u_i,B.

Eine Vorsteuerung A soll die Eingangsgrößen u_i,A für die Teilprozesse P_i so erzeugen, daß erstens die Aus­ gangsgröße des Prozesses dem Ausgangsgrößenverlauf y_A(t) folgt und zweitens eine Kostenfunktion f, die den Betrieb des Prozesses bewertet, minimal wird, und drit­ tens für die Eingangsgrößen u_i,B aus der Regelung eine Reserve vorgehalten wird, damit die Regelung im Fall einer Abweichung oder Störung schnell eingreifen kann, ohne die individuellen Beschränkungen zu verletzen.

Eine Hauptanwendung des erfindungsgemäßen Optimierungs­ verfahrens besteht darin, in einem Kraftwerksführungs­ system den aktuellen Kraftwerkseinsatz zu optimieren. Dabei läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zy­ klisch, azyklisch oder zyklisch mit azyklischen Bear­ beitungsanforderungen anwenden. Bestimmt wird die unter den beschriebenen Restriktionen und Nebenbedingungen optimale Leistungsaufteilung, die nach dem Zyklus oder dem Ablauf des Optimierungsverfahrens hergestellt wer­ den soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist speziell bei Ver­ wendung zur Kraftwerkseinsatzoptimierung die Besonder­ heit auf, daß Leistungsreserveanforderungen wirtschaft­ lich optimal erfüllt und prognostizierbare zeitliche Veränderungen von Eingangsgrößen bei der Optimierung vorausschauend berücksichtigt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung für den Fall einer Optimie­ rung des aktuellen Kraftwerkseinsatzes des näheren er­ läutert. In der Zeichnung zeigen:

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

Fig. 2 die Sollwertgrenzen der Optimierung nach Fig. 1 bei reserviertem Regelband RB_i;

Fig. 3 die Sollwertgrenzen der Optimierung nach Fig. 1 bei zulässigen Regelbandbereichen;

Fig. 4 das summarische Regelband eines Kraftwerks­ parks;

Fig. 5 erweiterte Reservebedingungen zu Fig. 4;

Fig. 6 einen auf den erreichbaren Suchraum S₂ einge­ schränkten Suchraum S₁ bei zwei Kraftwerken;

Fig. 7 Suchräume S₁, S₂ bei festen Regelbändern für beide Kraftwerke;

Fig. 8 eine vorausschauende Einschränkung des er­ reichbaren Suchraums S₂ auf S₃;

Fig. 9 die Summe einer aktuellen Leistungsaufteilung P₀ und prognostizierte Summensollwerte E₁, E₂, E₃;

Fig. 10 eine Bahn P₀ - P₁ - P₂ - P₃ im Suchraum S₁ bei optimierten Leistungsaufteilungen P₁, P₂ und P₃;

Fig. 11 die Bahn P₀ - P₁ - P₂ - P₃ im Suchraum S₁ bei ausgelassenem Summensollwert E₂;

Fig. 12 die Bahn P₀ - P₁ - P₂ - P₃ im Suchraum S₁ bei ausgelassenem Summensollwert E₁;

Fig. 13 die Bahn P₀ - P₁ - P₂ - P₃ im Suchraum S₁ bei ausgelassenen Summensollwerten E₁ und E₂;

Fig. 14 eine Wegoptimierung von A nach C₁ oder C₂ über B bei t_AB < t_BC und

Fig. 15 einen Prozeß P mit Vorsteuerung A und Regelung B.

Anhand der Fig. 1 bis 3 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 Leistungssollwert u_i(O).

Bei einem einzelnen Kraftwerk ist nach Fig. 2 an der oberen und der unteren Leistungsgrenze zusätzlich ein Regelband RB_i reserviert, um jederzeit Stellgrößenre­ serven zum Regeln zu gewährleisten. Diese Regelbänder verschärfen die Restriktionen für die Optimierung, indem die untere und obere Leistungsgrenze für die Optimierung u_i,A,min und u_i,A,max eingeschränkt werden.

In Fig. 3 ist die Grenze des reservierten Regelbandes gestrichelt gezeichnet, weil ein Merkmal der Erfindung darin besteht, daß die eingeschränkten Leistungsgrenzen für die Optimierung innerhalb eines für die geregelten Kraftwerke eines Kraftwerksparks insgesamt geltenden Regelbandes für das einzelne Kraftwerk durchlässig sind.

Die Fig. 4 und 5 beziehen sich auf die Darstellung eines summarischen Regelbandes, wobei in der Ordinate die Summenleistung und in der Abzisse wiederum die Zeit t abgetragen sind. Die Regelbänder der Gesamtheit des Kraftwerksparks stehen für die Regelung, ausgehend von einer aktuellen Summenregelleistung, voll zur Ver­ fügung. Innerhalb des Regelbandes wird, wie in Fig. 5 dargestellt, erfindungsgemäß jeweils eine Mindest-Re­ gelleistungsänderung aufwärts und eine Mindest-Regel­ leistungsänderung abwärts gefordert. Die Leistungsän­ derung soll ihre minimale Größe bis zum Erreichen der oberen bzw. der unteren Regelbandgrenze haben.

Fig. 6 zeigt den Suchraum S₁ für den Fall zweier Kraft­ werke. Auf der Abzisse ist die Leistung 1 des einen Kraftwerks, auf der Ordinate ist die Leistung 2 des an­ deren Kraftwerks abgetragen. Eingezeichnet ist der Suchraum S₁, in dem gültige Sollwerte für beide Kraft­ werke liegen, die die Leistungsgrenzen nicht verletzen. Ausgehend von der aktuellen Leistungsaufteilung P₀ der Summenleistung E₀ auf die beiden Kraftwerke ist der innerhalb von S₁ erreichbare Suchraum S₂ eingezeichnet, in dem gültige Sollwerte nach der Optimierung für beide Kraftwerke liegen, die zusätzlich die maximalen Lei­ stungsänderungen nicht verletzen. Ausgehend von der aktuellen Leistungsaufteilung P₀ sind Ebenen konstanter Summenleistung E₀, E₁ und E₂ schematisch dargestellt.

Fig. 7 zeigt den Suchraum S₁ und den erreichbaren Such­ raum S₂ bei festen Regelbändern RB₁, RB₂ für beide Kraftwerke, wobei ebenso wie in Fig. 6 auf der Abzisse die Leistung des Kraftwerks 1 und auf der Ordinate die Leistung des Kraftwerks 2 dargestellt ist. In ähnlicher Weise ist in Fig. 8 die vorausschauende Einschränkung des erreichbaren Suchraums S₂ auf S₃ für den Fall schematisiert dargestellt, daß die Sollwertveränderung der beteiligten Kraftwerke, die entgegen der Tendenz des Summensollwertes gerichtet ist, in Abhängigkeit von der Größe der Summensollwertänderung verboten wird. Fig. 9 zeigt exemplarisch Summensollwerte auf der Ordi­ nate in Abhängigkeit von der Zeit (Abzisse)
Fig. 9 basiert darauf, daß ausgehend von der Summe der aktuellen Leistungsaufteilung P₀ Summensollwerte E₁, E₂ und E₃, z. B. für die nächsten Minuten, prognostiziert werden. Wenn in der Leistungsdarstellung von Fig. 8 von einer Leistungsaufteilung zum nächsten Prognosewert nach einem Zeitintervall die nächste jeweils optimale Leistungsaufteilung bestimmt wird, ergibt sich nach Fig. 10 im Suchraum die dargestellte Bahn P₀, P₁, P₂, P₃, bei optimierten Leistungsaufteilungen auf den Ebenen konstanter Summenleistung E₀ bis E₃.

Nach Fig. 11 bis 13 läßt sich eine endliche Anzahl von Bahnen als Kombination erzeugen, wenn für zwischenzeit­ liche Prognosewerte die Leistungsaufteilungen nicht wie bisher optimiert werden. In Fig. 11 sind der Summen­ sollwert E₂, in Fig. 12 der Summensollwert E₁ und in Fig. 13 die Summensollwerte E₁ und E₂ ausgelassen. Die Ebenen konstanter Summenleistung sind gestrichelt ge­ zeichnet. Hierzu wird weiter unten im einzelnen Stel­ lung genommen.

Ersatz-Leistungsaufteilungen, die nicht wie bisher optimiert wurden, können mit dem Summensollwert so gewählt werden, daß die Bahnlänge von der vorherigen zur nächsten über diese Ersatz-Leistungsaufteilung minimal ist.

Für den Fall, daß zwischen der vorherigen, der aktuel­ len und der nächsten Leistungsaufteilung unterschied­ lich große Zeiten liegen, wird die Länge der Bahnen durch die Summe der Produkte der einzelnen Längen der Wegstücke mit dem Kehrwert der zugehörigen Zeitdiffe­ renzen nach Fig. 14 bestimmt. Aus der Zeichnung ergibt sich die Wegoptimierung von A nach C₁ oder C₂ über B für den Fall, daß t_AB < t_BC ist.

Fig. 15 betrifft den Prozeß P mit einer Vorsteuerung A und einer Regelung bzw. einem Regler B. Der Prozeß P besteht aus Teilprozessen P₁, P₂, . . . P_n. Die Vorsteue­ rung A mit dem Sollwert e_A liefert Eingangsgrößen u_i,A als Teil der Eingangsgrößen u_i für die Teilprozesse P_i (i = 1,2 . . . n). Der Regler B, dem der Sollwert e_B zuge­ ordnet ist, liefert Eingangsgrößen u_i,B als Teil der genannten Eingangsgrößen u₁. Die Ausgangsgrößen y_i der Teilprozesse P_i werden zu dem Ausgangsgrößenverlauf y(t) zusammengefaßt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen folgende Strategieelemente benutzt werden:

A. Ausgangspunkt der Leistungsaufteilung

Als Ausgangspunkt für die Bestimmung der optimalen Lei­ stungsaufteilung für den jeweils nächsten Zeitschritt dient erfindungsgemäß wahlweise die aktuelle Sollwertaufteilung, die aktuelle Aufteilung der vorhan­ denen Ist-Leistungen oder eine Kombination aus beiden Aufteilungen.

B. Erweiterte summarische Reservebedingungen

Zusätzlich zu einem summarischen Regelband (Leistungsreserve) zum Ausgleichen der Wirkleistungs­ bilanz durch die Regelung dient erfindungsgemäß eine weitere summarische Reservebedingung:

Innerhalb des summarischen Regelbandes soll für die Re­ gelung eine minimale Regelgeschwindigkeit für diejenige Zeit garantiert sein, die zum Erreichen der Regel­ bandgrenzen mit dieser minimalen Regelgeschwindigkeit, ausgehend von der aktuellen Position im Regelband, be­ nötigt wird (geforderte mögliche Regelleistungsänderung innerhalb der Regelzeit). Vor Erreichen der Regel­ bandgrenzen soll diese minimale Regelgeschwindigkeit im Mittel nicht unterschritten werden (Fig. 5). Die zu­ sätzliche summarische Reservebedingung ist gleicherma­ ßen für die Regelung aufwärts und abwärts gültig. Die Regelzeiten sind damit abhängig von der aktuellen Re­ servenutzung durch das Regelungsmodul. Dieses Strate­ gieelement bedeutet einen Verzicht auf individuelle Gradientenreserven für die Regelung durch die einzelnen Kraftwerke. Dies führt dazu, daß der Regelung erfindungsgemäß eine dynamische Stellgrößenreserve zur Verfügung steht.

C. Erweiterte Regelbänder

Gegebenenfalls kann erfindungsgemäß jedem Kraftwerk an­ stelle eines festen Regelbandes ein maximal zulässiger Leistungsanteil für die Regelung zugeordnet sein. Damit ist keine feste Zuordnung von Regelbändern vorgegeben; für jedes Kraftwerk gibt es statt dessen einen zulässi­ gen Regelbandbereich (Fig. 3). Kraftwerken, die nicht an der Regelung beteiligt werden sollen, wird kein zu­ lässiger Leistungsanteil für die Regelung zugeordnet. Diese zusätzliche Flexibilität kann erfindungsgemäß durch die Optimierung genutzt werden: In Abhängigkeit von dem aktuellen Summensollwert und der zugehörigen kostenoptimalen Leistungsaufteilung auf die Kraftwerke stehen die geforderten Reserven optimal aufgeteilt zur Verfügung.

D. Summarische Reserveschätzung

Um zu bestimmen, welche summarische Reserve bei einer gegebenen Leistungsaufteilung tatsächlich vorhanden ist, werden erfindungsgemäß zunächst die in den erwei­ terten Kraftwerksregelbändern pro Kraftwerk in beide Richtungen möglichen Sollwertänderungen abgeschätzt. Das sind die Sollwertänderungen, die innerhalb der Re­ gelzeiten, ausgehend vom aktuellen Leistungssollwert, möglich sind. Mit Schätzmodellen lassen sich zusätzlich die bei diesen Sollwertänderungen innerhalb der Regel­ zeiten erwarteten Leistungsänderungen der Kraftwerke abschätzen.

Die summarische Reserve ergibt sich nach Vorstehendem aus der Summe der möglichen Sollwertänderungen (Stellgrößenreserve) oder der erwarteten Leistungsände­ rungen (Leistungsreserve) aller Kraftwerke. Damit läßt sich abgeschätzen, wie groß bei einer bestimmten Lei­ stungsaufteilung die zugehörige Stellgrößen- oder Lei­ stungsreserve im zeitlichen Mittel ist.

E. Erweiterte Kostenfunktion

Oszillierende oder stark schwankende Sollwertverläufe für einzelne Kraftwerke sind unerwünscht, weil sie eine starke Materialbeanspruchung verursachen. Um dies zu berücksichtigen, werden erfindungsgemäß die Kostenfunk­ tionen um Terme zur Bestrafung von Sollwertänderungen und (insbesondere unstetigen) Gradientenänderungen er­ weitert. Außerdem wird zusätzlich zu den einzelnen Kostenfunktionen der Kraftwerke eine Kostenfunktion für den ungewollten Leistungsaustausch zwischen den Ver­ bundpartnern, ausgelöst durch eine fehlende Summenlei­ stung im eigenen Versorgungsgebiet, ergänzt.

F. Bestrafungsfunktion für die Nichterfüllung der Summen- und Reserveforderung

Abweichungen vom gewünschten Summensollwert und Abwei­ chungen von der Reserveforderung bei einer Leistungs­ aufteilung werden erfindungsgemäß mit einer Bestra­ fungsfunktion bewertet, die nur Null (bei Erfüllung) oder positive Funktionswerte (bei Nichterfüllung) an­ nehmen kann. Zusammen mit einer Kostenfunktion, die einer Leistungsaufteilung in Abhängigkeit von der ge­ wünschten Summenleistung Kosten zuordnet, ergibt sich daraus eine neue Kostenfunktion f für den ganzen zuläs­ sigen Stellgrößenbereich. Damit läßt sich der Suchraum für die Optimierung auf den ganzen zulässigen Stell­ größenbereich erweitern; er ist nicht auf diejenige Ebene konstanter Leistung beschränkt, auf welcher der vorgegebene Summensollwert erfüllt ist.

G. Prognose der nächsten Optimierungs-Summensollwerte

Zusätzlich zum aktuellen Summensollwert werden erfin­ dungsgemäß in Form von Zeitverläufen oder von einzelnen Werten für bestimmte Zeitpunkte prognostizierte Summen­ sollwerte für die nächsten Minuten verwendet, um vor­ ausschauend auf Änderungen zu reagieren. Für die Än­ derung des Leistungsverbrauchs liegt eine eigene Pro­ gnose vor (Lastprognose). Unbeeinflußbare Leistungs­ einspeisungen, die nicht von den zu führenden Kraftwer­ ken kommen, lassen sich ebenfalls prognostizieren.

Durch die Zusammenfassung ergeben sich daraus progno­ stizierte Summensollwerte für die Kraftwerkseinsatzop­ timierung (Fig. 9).

H. Prognose der zukünftigen Leistungsgrenzen

Kraftwerkssollwerte, die bereits vor der Optimierung feststehen, können erfindungsgemäß erzwungen werden, indem die zulässigen Leistungsgrenzen dieser Kraftwerke auf diese Sollwerte gesetzt werden. Unbeeinflußbare Leistungserzeugungen von Kraftwerken, die sich z. B. in der Anfahrt oder Abfahrt befinden, werden für die näch­ sten Minuten abgeschätzt und als Leistungssollwerte interpretiert. Die Leistungssollwerte und damit auch die Leistungsgrenzen der Kraftwerke, die an der Kraft­ werkseinsatzoptimierung nicht beteiligt werden, sind damit im voraus bekannt. Die zukünftigen Leistungsgren­ zen der anderen Kraftwerke lassen sich erfindungsgemäß abschätzen, oder sie sind durch Informationen von den Kraftwerken bekannt, oder sie ändern sich nicht. Damit gibt es Prognosen für die zukünftigen Leistungsgrenzen aller Kraftwerke, die dann zusammen mit den prognosti­ zierten Summensollwerten bei der Vorschau verwendet werden können.

K. Vorausschauende Einschränkungen des Suchraums

Es wird vorausgesetzt, daß prognostizierte Summensoll­ werte für die nächsten Minuten (Fig. 9) gegeben sind. Um zu verhindern, daß durch die Optimierung des jeweils aktuellen Summensollwertes die für später prognosti­ zierten Summensollwerte nicht mehr oder nicht optimal erreicht werden, wird der Suchraum der Optimierung für den aktuellen Summensollwert erfindungsgemäß ausgehend vom bisher zulässigen und erreichbaren Suchraum voraus­ schauend eingeschränkt.

Eine harte Suchraumeinschränkung ist gegebenenfalls das Verbot von kleineren Sollwerten der Kraftwerke, wenn der prognostizierte Summensollwert in einer bestimmten Zeit größer als der aktuelle ist, bzw. das Verbot von größeren Sollwerten der Kraftwerke, wenn der prognosti­ zierte Summensollwert in einer bestimmten Zeit kleiner als der aktuelle ist. Eine weiche Suchraumeinschränkung liegt vor, wenn die Sollwertänderungen der Kraftwerke, die entgegen der Tendenz des Summensollwerts gerichtet sind, in Abhängigkeit von der Größe der Summensollwert­ veränderung verboten werden. Fig. 8 zeigt exemplarisch die dadurch entstehende Einschränkung des Suchraums S₂ auf den Suchraum S₃.

L. Konstruktion einer Schar von Bahnen im Suchraum

Gegeben sind prognostizierte Summensollwerte für die nächsten Minuten (Fig. 9). Wenn ausgehend von P₀ je­ weils von einem zum nächsten Prognosewert P₁, P₂, P₃ innerhalb eines Zeitintervalls die nächste jeweils optimale Leistungsaufteilung bestimmt wird, ergibt sich im Suchraum eine Bahn (Fig. 10). Werden auf dieser Bahn ein oder mehrere der Prognosewerte P₁, P₂, P₃ zwischen­ durch ausgelassen und wird für ausgelassene Prognose­ werte die Ersatz-Leistungsaufteilung bestimmt, für die die Weglänge im Suchraum von der vorherigen zur näch­ sten Leistungsaufteilung minimal (kürzester Weg), gleichzeitig aber auf diesem Weg der aktuelle Prognose­ wert erfüllt ist (kürzester Umweg), dann entstehen un­ terschiedliche Bahnen im Suchraum. Für den Fall, daß zwischen der vorherigen, der aktuellen und der nächsten Leistungsaufteilung unterschiedlich große Zeiten lie­ gen, wird die Länge der Bahnen durch die Summe der Pro­ dukte der einzelnen Längen der Wegstücke ebenfalls er­ findungsgemäß mit dem Kehrwert der zugehörigen Zeit­ differenz bestimmt (Fig. 14).

Um eine endliche Anzahl von Bahnen zu erzeugen, wird erfindungsgemäß nacheinander jede mögliche Kombination von zwischenzeitlichen Prognosewerten ausgelassen. Da­ mit entsteht im Suchraum eine Schar von Bahnen, in der sowohl die schrittweise optimierte Bahn als auch die kürzeste Bahn unter Beachtung der zwischenzeitlichen Summensollwerte E₀, E₁, E₂, E₃ enthalten ist (Fig. 10 bis 13). Falls ein zwischenzeitlicher Summensollwert E_i auf einer schrittweise optimierten Bahn nicht er­ reichbar ist, gibt es erfindungsgemäß alternative Bah­ nen, die diesem Summensollwert so nahe wie möglich kom­ men.

Als Alternativen zu den so konstruierten Bahnen dienen erfindungsgemäß solche Bahnen, bei denen für die ausge­ lassenen Zwischenpunkte ein Kompromiß zwischen optima­ ler Leistungsaufteilung, Leistungsaufteilung auf dem kürzesten Umweg und vollständiger ersatzloser Auslas­ sung des Prognosewertes (E₄) gewählt wird. Damit kann die Optimierung diesen Umstand bei der Bestimmung der nächsten Leistungsaufteilung erfindungsgemäß bereits im voraus berücksichtigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Optimieren des Kraftwerkseinsatzes arbeitet nach Vorstehendem gewis­ sermaßen auf der Basis einer Bewertungsfunktion, die für alle zulässigen Leistungsaufteilungen in Abhängig­ keit von den vorherigen Leistungsaufteilungen einen Funktionswert liefert. Diese Bewertungsfunktion setzt sich aus der Summe der erweiterten Kostenfunktionen al­ ler Kraftwerke zusammen. Zusätzlich wird erfindungsge­ mäß eine Bestrafungsfunktion für die Nichterfüllung der Summen und Reserveforderung verwendet. Eine geplante vorübergehende Nichterfüllung dieser Forderungen kann z. B. dann von Vorteil sein, wenn dadurch zukünftig diese Forderungen besser erfüllt sind.

Die zulässigen Leistungsgrenzen und Sollwertgradienten der Kraftwerke begrenzen erfindungsgemäß den Suchraum, in dem alle zulässigen Leistungssollwerte ausgehend von einer gegebenen Leistungsaufteilung liegen.

Das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren bestimmt un­ ter Berücksichtigung der prognostizierten Summensoll­ werte ausgehend von einer gegebenen Leistungsaufteilung eine zukünftige optimale Bahn der Summensollwerte in­ nerhalb des Suchraums für ein bestimmtes Zeitintervall durch eine Bahnoptimierung. Wenn nur ein Summensollwert ohne weitere prognostizierte Summensollwerte in der Optimierung benutzt wird, bestimmt die erfindungsgemäße Optimierung nur die nächste optimale Leistungs­ aufteilung.

Wird eine Bahnoptimierung durchgeführt, dann arbeitet das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren wie folgt: Ausgehend von der gegebenen Leistungsaufteilung wird (wie oben beschrieben) für das bestimmte Zeitintervall eine Schar von möglichen Bahnen in dem Suchraum er­ zeugt. Zur Bestimmung der Stützpunkte dieser Bahnen werden die optimalen Leistungsaufteilungen, ausgehend von einer vorherigen Leistungsaufteilung, und Ersatz-Leistungsaufteilungen bestimmt.

Für die Optimierung einer Leistungsaufteilung, ausge­ hend von einer vorherigen Leistungsaufteilung, gibt es erfindungsgemäß zwei Varianten:

• a) Zunächst bestimmt die Optimierung auf der Ebene konstanter Leistung innerhalb des Suchraums, auf der der vorgegebene Summensollwert erfüllt ist, die Leistungsaufteilung mit dem kleinsten Wert der Be­ wertungsfunktion. Ausgehend von dem so gefundenen Punkt P₀ bestimmt die Optimierung dann auf der Ebene konstanter Leistung innerhalb des Suchraums den Punkt P₁, der bei einer möglichst geringen Ver­ schlechterung der Bewertungsfunktion gegenüber dem Ausgangspunkt den kleinsten Bestrafungsfunktions­ wert besitzt (schrittweise Vergrößerung der Stell­ größenreserve unter Beachtung der Summenforderung)
• b) Die Optimierung bestimmt innerhalb des Suchraums den Punkt P, für den die Summe als Bewertungsfunk­ tion und Bestrafungsfunktion minimal ist, ohne daß als erstes versucht wird, nur den vorgegebenen Sum­ mensollwert zu erfüllen.

Zur Berechnung der Ersatz-Leistungsaufteilungen für ausgelassene Summensollwerte auf den kürzesten Umweg dient erfindungsgemäß ein iteratives Nährungsverfahren. Bei einem Kompromiß zwischen einer optimalen Leistungs­ aufteilung, einer Leistungsaufteilung auf dem kürzesten Umweg und einer vollständigen Auslassung des Prognose­ wertes ohne Ersatz werden die optimale und die Ersatz-Leistungsaufteilung für den kürzesten Umweg berechnet. Von diesen Bahnen wird diejenige als optimale Bahn ausgewählt, die im zeitlich gewichteten Mittel die kleinsten Bewertungs- und Bestrafungsfunktionswerte besitzt. Der erste Punkt dieser Bahn ist die gesuchte nächste optimale Leistungsaufteilung. Zur Optimierung einer Leistungsaufteilung eignen sich erfindungsgemäß lokale, globale und heuristische Optimierungsverfahren, insbesondere auch ein modifizierter Step-by-Step-Algo­ rithmus (ein spezielles schrittweises Gradientenverfah­ ren).

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich bei der Anwendung zum Optimieren des aktuellen Kraftwerksein­ satzes gegenüber konventionellen Verfahren unter ande­ rem durch folgende Vorteile aus:

• - Die Stellgrößenreserve wird erfindungsgemäß im Gegensatz zu konventionellen Verfahren kostenop­ timal bereitgehalten. Insbesondere läßt sich eine größere Stellgrößenreserve als bei einer Zu­ ordnung von festen Regelbändern auf ausgewählte Kraftwerke nutzen; dadurch werden Kosten gespart. Die Kraftwerksführung wird damit zugleich wirt­ schaftlicher. Die Einschränkungen des Suchraums für die Optimierung sind weniger restriktiv, so daß die Optimierung für die Aufteilung der Sum­ menleistung zusätzliche und günstigere Lei­ stungsaufteilungen ermitteln kann.
• - Die Regelgüte der Leistungs-Frequenz-Regelung verbessert sich erfindungsgemäß durch eine zeitunabhängige und gleichmäßige Stellgrößenre­ serve. Zusätzlich zeichnet sich das erfindungs­ gemäße Verfahren durch eine höhere Flexibilität bei sich ändernden Regelerwartungen aus, weil sich die Reserveforderungen kontinuierlich an die erwarteten Leistungsschwankungen im Versorgungs­ gebiet angepassen lassen.
• - Die vorausschauende, erfindungsgemäße Einschrän­ kung des Suchraums der Optimierung oder die er­ findungsgemäße Planung einer optimalen Bahn der Sollwerte im Suchraum der Optimierung vermeidet unerwünschte Umklappeffekte (gegenläufige Soll­ werttendenzen einzelner Kraftwerke). Zusätzlich wird erfindungsgemäß im voraus dafür gesorgt, daß die Reserveforderungen und die prognostizierten Summensollwerte in den nächsten Minuten ganz oder im zeitlichen Mittel am besten erfüllt sind. Falls prognostizierte Summensollwerte nicht er­ reichbar sind, werden im voraus Summensollwerte bewußt über- oder untererfüllt.
• - Die Sollwertverläufe der einzelnen Kraftwerke werden erfindungsgemäß durch die Bestrafung von Gradienten und Gradientenänderungen beruhigt, so daß sich ein schonenderer Kraftwerksbetrieb er­ gibt.

Das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren eignet sich insbesondere zusammen mit einem Verfahren zur zentralen Regelung eines Kraftwerksparks, das in der gleichzeitig hinterlegten deutschen Patentanmeldung "Verfahren zum Regeln der Leistung eines Kraftwerksparks" derselben Anmelderin (Akten-Nr. 40 713 K) beschrieben ist. Die Freiheitsgrade, Parameter und Vorgaben des Verfahrens können von externen Modulen zur Überwachung, Qualitäts­ bewertung oder Vorschau genutzt werden, z. B. für eine Änderung der Reserveforderungen in Abhängigkeit von der erwarteten Größe der Leistungsschwankungen und der er­ zielten Regelgüte für eine Anpassung der erweiterten Kostenfunktionen zur Bestrafung von Änderungen bei zu unruhigen Sollwertverläufen einzelner Kraftwerke oder für eine automatische Änderung von erlaubten Leistungs­ grenzen und Gradienten einzelner Kraftwerke.

Für zusätzliche übergeordnete Einrichtungen zur Überwa­ chung, Qualitätsbewertung oder Vorausschau bieten sich Verfahren zur Mustererkennung, Ereigniserkennung, Clusteranalyse, Neutronale Netze, Fuzzy-Systeme, Simul­ tationssysteme oder Expertensysteme an, insbesondere ein an den Prozeß angekoppeltes Fuzzy-Gütemaß, das den Prozeß on-line bewertet und vom Prozeßbediener oder ei­ ner direkten Rückkopplung zum Eingriff in den Prozeß genutzt wird.

Besondere Vorteile ergeben sich für die Erfindung bei der Verwendung von positiven und negativen Fuzzy-Regeln und bei der Verwendung eines parametrisierten Fuzzy-In­ terfrequenzfilters, bei dem der Parameter angibt, ob die Regeln härter oder weicher interpretiert werden sollen, auf der übergeordneten Ebene zur Überwachung und Bewertung (vgl. hierzu die deutschen Patent­ schriften 43 08 083 und 44 16 465).

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Kraftwerkseinsatzoptimierung, vorzugsweise mit ei­ nem digitalen Rechnersystem, einem Automatisierungssy­ stem oder einem Simulationssystem, wobei Teile des Verfahrens auch mit unterschiedlichen Systemen reali­ sierbar sind.

Claims (22)

1. Verfahren zum sequentiellen Vorsteuern eines Pro­ zesses P, der aus n parallelen Teilprozessen P₁, P₂, . . . P_n mit Eingangsgrößen u₁, u₂, . . . u_n und Ausgangsgrößen y₁, y₂, . . . y_n besteht, wobei für die Eingangsgrößen individuelle Beschränkungen der Form u_i,min u_i u_i,max und v_i,min v_i: = v_i,max bestehen, woraus sich eine summarische Re­ serve für die Summen Σ u_i und Σ v_i ergibt, die Aus­ gangsgröße y des Prozesses P in der Form y = y₁ + y₂ + . . . y_n entsteht und der Prozeßbetrieb durch ei­ ne Kostenfunktion f bewertet wird, die sich aus der Summe von Teilkostenfunktionen f _i (u _i ) ergibt, wobei zum Erreichen eines gewünschten Ausgangsgrö­ ßenverlaufs y_A(t) die Teilprozesse P_i mit Ein­ gangsgrößenverläufen u_i(t) beaufschlagt werden 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 Vorsteue­ rung genannt) und B (im folgenden Regler oder Re­ gelung genannt) erzeugt werden, wobei der Regler B im wesentlichen auf Abweichungen der Ausgangsgröße y von dem gewünschten Ausgangsgrößenverlauf y_A(t) und auf Störungen reagiert und zur Vorsteuerung A ein zukünftiger Sollwertverlauf e_A(t) dient, der den Ausgangsgrößenverlauf y_A(t) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß sich der nächste Sollwert e_A für die Vorsteuerung A nicht vollständig auf die Eingangsgröße u_i,A aufteilen läßt, ohne daß in Summe mit den aktuellen Ein­ gangsgrößen u_i,B, ausgehend von vorgegebenen Ein­ gangsgrößen u′_i, die nächsten Eingangsgrößen u_i die individuellen Beschränkungen verletzen, die maximal möglichen Eingangsgrößen u_i,A gewählt werden, und daß für den anderen Fall, für den sich der Sollwert e_A der Vorsteuerung A auf eine oder mehrere Arten vollständig auf die Eingangsgrößen u_i,A aufteilen läßt, diejenige Aufteilung gewählt wird, für die eine summarische Reserveforderung für die Regelung B zumindest so weit wie möglich erfüllt ist, die so geartet ist, daß innerhalb eines geforderten Wertebereichs [u_B,min; u_B,max] für die Summe der Eingangsgrößen u_i,B, ausgehend von der aktuellen Summe Σ u_i,B, bei gleichbleibenden Eingangsgrößen u_i,A die Summe der Eingangsgrößen u_i,B mit der geforderten minimalen Änderungsgeschwindigkeit v_B,min den Wert u_B,min und mit einer geforderten maximalen Änderungsgeschwindigkeit v_B,max den Wert u_B,max erreicht, ohne daß die individuellen Be­ schränkungen der Eingangsgrößen u_i verletzt werden und zusätzlich die Kostenfunktion f für die Auf­ teilung u_i,A minimal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ausgewählte Eingangsgrößen u_i,B für einen Beitrag zu der summarischen Reserve für die Rege­ lung B herangezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beiträge der Eingangsgrößen u_i,B, die zu der summarischen Reserve für die Regelung B einen Beitrag liefern, auf individuelle maximale Werte u_i,B,min, u_i,B,max, v_i,B,min und v_i,B,max be­ grenzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teilkostenfunktionen f_i(u_i) die Betriebskosten der Prozesse P_i umfassen oder annä­ hern.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Teilkostenfunktionen f_i auch aktuelle oder vorherige Eingangsgrößen u_i, ak­ tuelle oder vorherige Ausgangsgrößen y_i und/oder verfügbare aktuelle oder vorherige Zustände der Prozesse P_i integriert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Wert einer Bestra­ fungsfunktion k, die der Differenz zwischen der Summe aller Eingangsgrößen u_i,A und dem Sollwert e_A einen eindeutigen Funktionswert zuordnet, als auch die Summe der Teilkostenfunktionen f_i minimiert werden, indem diejenige Aufteilung des Sollwertes e_A auf die Eingangsgrößen u_i,A gewählt wird, für die eine neue Funktion f, die eine Linearkombina­ tion der Funktionen f_i und k ist, minimal wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Wert einer Be­ strafungsfunktion h, die der Differenz zwischen ei­ nem Maß für die vorhandene summarische Reserve und einem Maß für die geforderte summarische Reserve einen eindeutigen Funktionswert zuordnet minimiert wird, indem diejenige Aufteilung des Sollwertes e_A auf die Eingangsgrößen u_i,A gewählt wird, für die eine neue Funktion f, die eine Linearkombination der Funktionen f_i und h bzw. f_i, k und h ist, mini­ mal wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem ge­ wünschten zukünftigen Sollwert e_A(t + T) für die Vorsteuerung A nach einer festgelegten Zeit T aus den möglichen nächsten Aufteilungen u_i,A, bei denen eine Änderung des Sollwertes e_A innerhalb der Zeit T keine dieser Änderung entgegengesetzte Änderung der Eingangsgrößen u_i,A, ausgehend von u′_i,A, auf­ treten, diejenige mit minimalem Funktionswert ge­ wählt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert e_A der Vorsteue­ rung A bei einer festen Anzahl von gewünschten zu­ künftigen Sollwerten für einen festgelegten Zeitbe­ reich T unter Beachtung von zukünftigen individu­ ellen Beschränkungen für die Eingangsgrößen u_i derart auf die Eingangsgrößen u_i,A aufgeteilt wird, daß im zeitlichen Mittel über den Zeitbereich T die Funktion f minimal wird, indem eine Schar von Fol­ gen von Eingangsgrößen u _A = (u_1,A, u_2A, . . . u_n,A) konstruiert wird, die durch alle möglichen Kombina­ tionen entweder durch schrittweises Vorgehen zum Bestimmen der nächsten Aufteilung u _A oder aus der Bestimmung der nächsten Aufteilung u _A durch Mini­ mierung der Weglänge zwischen der vorherigen Auf­ teilung u _A und der nachfolgenden Aufteilung u _A un­ ter zwischenzeitlicher vollständiger Aufteilung des Sollwertes e_A und Beachtung der individuellen Beschränkungen oder bei vollständiger Ignorierung des Sollwertes e_A aus der Bestimmung der Aufteilung u _A auf der direkten Verbindung zwischen der vorhe­ rigen Aufteilung u _A und der nachfolgenden Auftei­ lung u _A oder aus einem Kompromiß dieser drei Mög­ lichkeiten entstehen, woraus die erste Aufteilung u _A der Folge von Aufteilungen u _A ausgewählt wird, die im zeitlich gewichteten Mittel den kleinsten Funktionswert aller konstruierten Aufteilungen be­ sitzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung u _A zyklisch, azyklisch oder zyklisch mit azyklischen Bearbei­ tungsanforderungen bestimmt wird, wenn die Auftei­ lung u′ _A das Ergebnis des vorherigen Zyklus oder Verfahrenslaufs ist.

11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Optimierung des Kraftwerkseinsatzes durch ein Kraftwerksführungssystem, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer momentanen Kraftwerksein­ satzoptimierung die Funktion e_A(t) der Lastprognose entspricht, die Teilprozesse P_i Kraftwerke sind und die Einrichtung B die Regelleistungsaufteilung des Sollwertes aus der Leistungs-Frequenz-Regelung ist.

12. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich übergeordnete Ein­ richtungen zur Überwachung, Qualitätsbewertung oder Vorausschau die Freiheitsgrade, Parameter, Vorgaben oder Strategien des Optimierungsverfahrens genutzt oder verändert werden.

13. Kraftwerksführungssystem, das nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 optimiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Digital­ rechnersystem, einem Automatisierungssystem und/oder einem Simulationssystem ausgestattet ist.

14. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Verfahrens mit unter­ schiedlichen oder parallelen Systemen ausgestattet sind.

15. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche überge­ ordnete Einrichtungen Verfahren der Mustererken­ nung, Ereigniserkennung, Clusteranalyse, Neuronale Netze, Fuzzy-Systeme, Simulationssysteme oder Ex­ pertensysteme dienen.

16. Kraftwerksführungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen übergeordneten Einrichtungen Fuzzy-Regler mit positiven und nega­ tiven Regeln oder parametrisierte Interferenzfilter enthalten.

17. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zur Optimierung des aktuellen Kraftwerks­ einsatzes durch ein Kraftwerksführungssystem mit einem für die geführten Kraftwerke insgesamt gel­ tenden summarischen Regelband, das die Regellei­ stungssumme nach oben und unten begrenzt, und mit für jedes geführte Kraftwerk individuellen Gra­ dientenreserven für die positiven und die negativen Gradienten der Leistungssollwerte, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Ausgangspunkt für die Bestimmung der optimalen Leistungsaufteilung für den jeweils nächsten Zeitschritt die aktuelle Aufteilung der Sollwerte und/oder der Istleistungen dient, daß in­ nerhalb des summarischen Regelbandes unabhängig von den individuellen Gradientenreserven des einzelnen Kraftwerks eine minimale Regelgeschwindigkeit für die Zeit jeweils bis zum Erreichen der Regelband­ grenze eingestellt wird, daß jedem an der Regelung beteiligten Kraftwerk ein maximal zulässiger Lei­ stungsanteil für die Regelung zugeordnet wird, und daß die Summensollwertverläufe der Leistungen sowie die zugehörigen Summensollwertgradienten für die einzelnen Kraftwerke beschränkt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß vorausschauend auf Änderungen der Summen der Sollwertänderungen (Summensollwert) in Form von Zeitverläufen oder von einzelnen Werten für be­ stimmte Zeitpunkte prognostizierte Summensollwerte - etwa für die nächsten Minuten - reagiert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bereits vor der Optimierung festste­ hende Kraftwerkssollwerte dadurch erzwungen werden, daß die zulässigen Leistungsgrenzen auf diese Sollwerte gesetzt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bereich (Suchraum) der Optimierung für den jeweils aktuellen Summen­ sollwert, ausgehend vom bisher zulässigen und er­ reichbaren Suchraum, vorausschauend eingeschränkt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß größere Sollwerte der Kraftwerke verboten wer­ den, wenn der prognostizierte Summensollwert in ei­ ner bestimmten Zeit kleiner als der aktuelle ist.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertänderungen der Kraftwerke, die ent­ gegen der Tendenz des Summensollwerts gerichtet sind, in Abhängigkeit von der Größe der Summensoll­ wertveränderung verboten werden.