DE19547487C2 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerkblocks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Lei­ stung eines Dampfkraftwerkblocks unter Einsatz gespeicherter Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Je nach Verfahrensvariante ist unter dem Einsatz ge­ speicherter Energie die Nutzung der sogenannten Turbinenstellreserve oder zusätz­ lich des Kondensatstopps zu verstehen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Einrichtungen zur Durchführung der unterschiedlichen Verfahrensvarianten.

Ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerkblocks, auch unter Einsatz von Kondensatstopp, ist aus der DE-A-43 44 118 bekannt, von der die Erfindung ausgeht. Das bekannte Verfahren arbeitet mit einem zum Brennstoffeinsatz gezielt gesteuerten und korrigierend nach­ geregelten Einsatz der Turbinenstellreserve und des Kondensatstopps als einsetz­ barer Energie zur Leistungserhöhung. Dabei wird durch Kondensatstopp nur ein un­ bedingt nötiger Teil der Leistung aufgebracht, nämlich der nicht durch Auffahren der Turbinenregelventile aufbringbare Leistungsanteil. Mit dem Verfahren wird eine ge­ zielte verzögerungsfreie, prädiktive, da modellgestützte Steuerung der Leistung er­ zielt, die durch ein koordiniertes, dynamisch gerechtes Verfahren der Stellgrößen der Steuerstrecke erfolgt.

In der vorgenannten Druckschrift sind zum Stand der Technik die Patentschriften DE 36 32 041 C2 und DE 41 24 678 C2 genannt, die sich auf Verfahren zur Sicher­ stellung eines streng monotonen, zumindest monotonen Verlaufs der Blockleistung im Fall einer plötzlichen Erhöhung des Leistungssollwertes bzw. auf ein Verfahren zur Wiederherstellung der Turbinenstellreserve nach dem Ausregeln einer Lei­ stungssollwertänderung beziehen und die auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung finden.

Alle vorgenannten Verfahren und zugehörige Einrichtungen arbeiten mit einer haupt­ sächlich gesteuert geänderten bzw. verstellten Blockleistung. Die koordinierte dy­ namisch gerechte Ansteuerung der einzelnen Stellgrößen (B, Y, X) erfolgt durch ei­ nen Prädiktor, dessen Struktur und Parameter mit denen der Strecke - bei jedem Blockleistungsniveau - identisch sind. Die dabei zusätzlich benutzte Regelung der Leistung, der Stellung der Turbinenregelventile und des Frischdampfdruckes sollten nur für das optimale Störverhalten, d. h. für die Ausregelung der stets vorhandenen Wirkung der Störgrößen ausgelegt werden. Als Störgrößen sind insbesondere Heizstörungen anzusehen. Die Regelungen sind im Idealfall während des vorge­ nannten Steuerprozesses inaktiv. Die Regelungen sollen sich im Realfall nur auf eine kleine, korrigierende Nachregelung der vorgenannten Regelgrößen beschrän­ ken, damit die Istwerte mit den Sollwerten dynamisch übereinstimmen. Der Korrek­ turbedarf ist auf den objektiv entstehenden Nachbildungsfehler im Verhalten des Prädiktors gegenüber der Leistungs-Regelstrecke zurückzuführen.

Eine solche Korrektur wird selbst dann notwendig, wenn die Prädiktor-Parameter leistungsabhängig gesteuert adaptiert werden, insbesondere im Fall eines Kohle-be­ heizten Kraftwerks bei einer stark variierenden Kohlequalität. Die dadurch bedingte Änderung des Streckenverhaltens erfordert eine nicht unwesentliche korrigierende Nachregelung. Dies beeinträchtigt teilweise die Vorteile eines modellgestützten Verfahrens. Die Parameter aller Regelkreise müssen wesentlich mehr auch für das Führungsverhalten ausgelegt werden, und nicht nur für das optimale Störverhalten. Die oben genannte Regelung wird neben der koordinierten Steuerung durch den Prädiktor insbesondere dann benötigt, wenn bei einem sich stärker ändernden Streckenverhalten ein gefordertes dynamisches Leistungsverhalten des Kraftwerks­ blocks mit einer relativ großen Genauigkeit erreicht oder sogar garantiert werden muß.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung anzugeben, die zu einer - bezüglich der Genauigkeit einer gezielten Steuerung der Leistung - verbesserten Steuerung und damit zu keinem das Steuerergebnis korrigierenden Regelungsbedarf führen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung eines Dampfkraftwerksblocks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, sowie zugehörige Einrichtungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Der zur Steuerung benutzte adaptive Prädiktor hat aufgrund der zusätzlichen dyna­ mischen Adaption auch eine Regelfähigkeit, so daß keine zusätzlichen Regelkreise für die Ausregelung der Streckenstörgrößen benötigt werden. Ein erheblicher Vorteil dieses Steuer- und Regelkonzepts besteht darin, daß eine Realisierung eines ent­ sprechenden Steuer- und Regelungssystems mit Mitteln eines leittechnischen Sy­ stems erfolgen kann, das nur über Standardfunktionsblöcke verfügt. Es wird mit dy­ namisch transparenten Gliedern gearbeitet; es muß nicht mit Regelalgorithmen ge­ arbeitet werden, die in einer höheren Programmiersprache geschrieben sind. Da­ durch kann das Verfahren auch nachträglich in Kraftwerksblöcken eingesetzt wer­ den, die mit einem solchen leittechnischen System ausgestattet sind. Die Regel­ qualität der Blockleistung, des Frischdampfdruckes und der Frischdampftemperatu­ ren wird hierbei wesentlich verbessert.

Das Verfahren zur Blockleistungsänderung kann statt in der leittechnischen Blocke­ bene auch als Bestandteil einer Turbinenregelung eingesetzt werden. In diesem Fall wird statt der Netzfrequenzdifferenz die Turbinendrehzahl als Führungsgröße her­ angezogen. Anstelle der Blockleistung kann auch die innere (d. h. nicht elektrische, sondern mechanische bzw. thermodynamische) Turbinenleistung beobachtet wer­ den.

In der folgenden Beschreibung werden im wesentlichen zwei Betriebsarten unter­ schieden, nämlich eine Betriebsart a1, bei der die Ausregelung von Störungen durch Änderung der Stellgrößen Brennstoffzufuhr und Turbinenventilstellung erfolgt, und eine Betriebsart a2, bei die Ausregelung von Störungen allein durch Änderung der Stellgröße Brennstoffzufuhr erfolgt. Eine dritte Betriebsart a3 arbeitet mit einem re­ duzierten Einsatz der Turbinenstellreserve.

Außerdem wird zwischen Verfahrensvarianten mit und ohne Einsatz des Konden­ satstopps unterschieden.

Eine ausführliche Beschreibung der Verfahrensvarianten und Einrichtungen, sowie der damit erreichten Steuer- und Regeleigenschaften erfolgt nachstehend anhand von in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema zu einer ersten Verfahrensvariante ohne Konden­ satstopp,

Fig. 2 ein Blockschema zu einer zweiten Verfahrensvariante mit Einsatz des Kondensatstopps,

Fig. 3a einen adaptiven Prädiktorteil zur Steuerung des Kondensatstopps,

Fig. 3b eine detaillierte Darstellung des in Fig. 2 enthaltenen P_Y-Prädiktorteils,

Fig. 4 einen Prädiktorteil zur Nachbildung und Entkopplung der Regelung des Dampfdrucks vom Steuerprozeß,

Fig. 5 und 6 das Störverhalten im Fall der ersten Verfahrensvariante bei Be­ triebsart a1,

Fig. 7 und 8 wie zuvor, jedoch bei Betriebsart a2,

Fig. 9 bis 11 das Führungsverhalten im Fall der zweiten Verfahrensvariante bei Betriebsart a1,

Fig. 12 bis 14 wie zuvor, jedoch bei Betriebsart a2,

Fig. 15 und 16 das Störverhalten im Fall der ersten Verfahrensvariante bei Be­ triebsart a3,

Fig. 17 bis 19 das Führungsverhalten im Fall der ersten Verfahrensvariante bei Betriebsart a3,

Fig. 20 eine Schaltungsänderung, die für beide Verfahrensvarianten an­ wendbar ist,

Fig. 21 eine Abwandlung des im Blockschema gemäß Fig. 1 enthaltenen adaptiven P_B-Prädiktorteils, und

Fig. 22 eine alternative Beobachterstruktur.

Fig. 1 zeigt ein Blockschema einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Durchführung einer ersten Verfahrensvariante (Variante 1), die ohne Einsatz des Kondensatstopps arbeitet. Das Blockschema weist einen Betriebsarten-Umschalter 200.7 zur Auswahl der Betriebsarten a1 oder a2 sowie einen Größen-Umschalter 200.8 zur Wahl der elektrischen Leistung P oder der inneren Turbinenleistung P_T als beobachtete Größe oder auch als Regelgröße auf.

In den Fig. 1 bis 4 sind zur Erleichterung der Übersicht und des Verständnisses auch hier gültige Teile aus Zeichnungsfiguren der eingangs erwähnten DE-A-43 44 118, sowie dort benutzte Bezugszeichen und Signalbezeichnungen übernommen. Übernommene Zeichnungsteile sind in den Figuren mit dünnen Linien dargestellt, neu hinzugekommene oder geänderte Teile sind mit dicken Linien ge­ zeichnet. Wie in der DE-A-43 44 118 erwähnt ist, sind auch die dort benutzten Be­ zeichnungen für Komponenten und Signale schon teilweise aus den früheren Druck­ schriften DE 36 32 041 C2 und DE 41 24 678 C2 übernommen.

Soweit in dieser Beschreibung auf frühere Druckschriften Bezug genommen wird, sollen solche Verweise lediglich Hinweise auf ergänzende Erläuterungen und mögli­ che Ausgestaltungen geben; für das Verständnis der Erfindung erforderliche Anga­ ben sind in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.

Die Fig. 1 zeigt Leistungssollwertsignale P_S, P_f1, P_f2, die Eingangssignale der Steuer- und Regeleinrichtung sind. Der Leistungssollwert P_S wird an einem Lei­ stungssollwertsteller 6 eingestellt. Die Leistungssollwertkomponenten P_f1 und P_f2 werden durch Filterung eines Frequenzdifferenzsignals Δf = f - f_o gebildet. Die Fre­ quenzabweichung Δf gibt also die Differenz zwischen tatsächlicher Netzfrequenz f und Sollfrequenz f_o an. In einer ersten Filtereinrichtung 14 wird die zweite Lei­ stungssollwertkomponente P_f2 gebildet, die nur niederfrequente, durch den Damp­ ferzeuger übertragbare Änderungen berücksichtigt. In einer zweiten Filtereinrichtung 15 wird die erste Leistungssollwertkomponente P_f1 gebildet, die auch höherfrequen­ te, durch die Dampfturbine übertragbare Änderungen berücksichtigt. In den Fil­ tereinrichtungen 14, 15 wird die Frequenzabweichung Δf in üblicher Weise mit ei­ nem Verstärkungsfaktor k multipliziert.

Weiteres Eingangssignal ist ein von einem nicht dargestellten Netzfrequenzregler als Leistungssollwert-Komponente geliefertes Signal P_NR.

Ein Brennstoffsteuersignal B wird gebildet durch Addition von vier Brennstoffsteuer­ signalkomponenten B₁ bis B₄ an Additionsstellen 86 und 204, wobei B₄ die Summe der Komponenten B₂ und B₃ ist.

Die erste Komponente B₁ ist Ausgangssignal eines Funktionsbildners 33a, dem die zweite Leistungssollwertkomponente P_f2 als Eingangssignal zugeführt ist. Der Funktionsbildner 33a sorgt für einen - für die quasi sprungförmige Leistungsände­ rung optimalen - Vorhalt zur beschleunigten Leistungserhöhung (P_B).

Die zweite Komponente B₂ ist Ausgangssignal eines Funktionsbildners 33b, dessen Eingangssignal der Leistungssollwert P_S ist, zu dem an einer Additionsstelle 132 das Signal P_NR addiert wird. Der Leistungssollwert am Ausgang der Additionsstelle 132 wird im Betrieb nur quasi rampenförmig verändert, und es wird durch einen Funktionsbildner 33b speziell für die Rampe der Vorhalt zur Beschleunigung der Erhöhung der Leistung P_B geliefert.

Die dritte Komponente B₃ ist ein Ausgangssignal eines P- oder PD-Glieds 210, des­ sen Eingangssignal ein Turbinenventil-Steuersignal S ist, das in einem adaptiven P_Y-Prädiktorteil 200.2 gebildet ist.

Dem Kraftwerksblock 1, also der Regelstrecke, sind als Stellgrößen eine Brenn­ stoff-Stellgröße B_S und ein Ansteuersignal für die Ventilstellung Y zugeführt. Auf die Regelstrecke wirkt außerdem die Störgröße Z_B, die hauptsächlich durch eine unter­ schiedliche Brennstoffqualität bestimmt ist.

Die Stellgrößen B_S und Y werden in der Steuer- und Regeleinrichtung gebildet, die einen aus mehreren Teilen bestehenden adaptiven dynamischen Prädiktor 200 ent­ hält. In den Fig. 1 bis 4 sind die zum Prädiktor 200 gehörenden Schaltungsteile als gerasterte Flächen dargestellt.

Das in Fig. 1 gezeigte Blockschema zeigt die für die Durchführung der ersten Ver­ fahrensvariante benötigten Teile des Prädiktors 200. Es sind dies ein adaptiver P_B-Prädiktorteil 200.1, ein adaptiver P_Y-Prädiktorteil 200.2, ein P_B-Bildner 200.3, ein dynamisches Glied mit integralem Verhalten 200.4, ein adaptiver P_BS-Teil 200.5, ein Modell 200.6 für die Berechnung der Turbinenleistung P_T, der bereits erwähnte Be­ triebsarten-Umschalter 200.7, sowie der Größen-Umschalter 200.8 und ein Ventil­ stellungs-Sollwertgeber 200.9.

Der adaptive P_B-Prädiktorteil 200.1 enthält einen P_B-Beobachter 200.10 und einen Delta-P_B-Beobachter 200.11, die die gleiche Struktur und die gleichen Parameter haben. Die Struktur der Beobachter 200.10 und 200.11 ist identisch mit der Teil­ strecke, die dem Verhalten der Leistung als Antwort auf die Änderung des Brenn­ stoffmassenstromes entspricht. Die Übertragungsfunktionen sind auch identisch und weisen einen Basis-Parametersatz auf, der identisch ist mit dem einer durchschnittli­ chen Übertragungsfunktion der Strecke aus dem Regelbereich. Geeignete Beob­ achterstrukturen sind beispielsweise in VGB Kraftwerkstechnik 75 (1995), Heft 7, Seiten 570 bis 577, inbesondere in den Bildern 8 und 9 auf Seite 574 dargestellt.

Dem-P_B-Beobachter 200.10 ist als Eingangssignal das Brennstoff-Steuersignal B zugeführt. Er bildet ein P_B,B-Signal, das an einer Additionsstelle 201 von einem im P_B-Bildner 200.3 gebildeten aktuellen und beobachteten P_B-Signal P_B,akt subtrahiert wird, wodurch ein Schätzfehler e_B des P_B-Beobachters 200.10 ermittelt wird.

Der Schätzfehler e_B ist innerhalb des P_B-Prädiktorteils 200.1 sowohl dem P_B-Be­ obachter 200.10 als auch dem Delta-P_B-Beobachter 200.11 zugeführt. Durch den Schätzfehler e_B wird das dynamische Verhalten des P_B-Prädiktorteils 200.1 adap­ tiert, so daß die benötigte Übereinstimmung mit dem Verhalten der Steuerstrecke erzielt wird.

Der Delta-P_B-Beobachter 200.11 hat nur einen aktiven Eingang, dem der Schätz­ fehler e_B zugeführt ist. Am Stellgrößen-Eingang ist Null aufgeschaltet. Das Aus­ gangssignal ΔP_B,B des Delta-P_B-Beobachters 200.11 ist über das dynamische Glied mit integralem Verhalten 200.4, das beispielsweise auch ein I-Kanal eines konven­ tionellen Reglers sein kann, zu einer hinter der Anschlußstelle des P_B-Beobachters 200.10 angeordneten B-Additionsstelle 202 geführt, wo es einem Brenn­ stoff-Steuersignal B aufgeschaltet wird zur Bildung der Brennstoff-Stellgröße B_S. Dadurch wird auch im Beharrungszustand eine Übereinstimmung des vom P_B-Beob­ achter 200.10 gelieferten P_B,B-Signales mit dem aktuellen P_B-Signal P_B,akt erzielt. Die Brennstoff-Stellgröße ist mit B_S bezeichnet, wobei s andeuten soll, daß die Stellgrö­ ße B_S in den meisten Anwendungsfällen gleichzeitig den Brennstoff-Sollwert eines Brennstoffreglers darstellen wird. An einer Additionsstelle 104 ist im P_B-Prädiktorteil 200.1 ein Ausgangssignal ΔP_F eines später erläuterten adaptiven Dampfdruck-Prä­ diktorteils 200.30, nämlich ein an einer Additionsstelle 310 eines zweiten p_y-Prädiktorteils 200.303 gebildetes Signal, aufschaltbar.

Der adaptive P_BS-Teil 200.5 liefert ein Ausgangssignal P_BS an ein MIN-Auswahlglied 122, dem außerdem das Ausgangssignal der oben erwähnten Additionsstelle 132 zugeführt ist. Der adaptive P_BS-Teil 200.5 enthält ebenso wie der adaptive P_B-Prädik­ torteil 200.1 einen hier mit 200.12 bezeichneten P_B-Beobachter, sowie einen hier mit 200.13 bezeichneten Delta-P_B-Beobachter. Die Struktur dieser Beobachter und auch die Parametersätze stimmen mit denjenigen im adaptiven P_B-Prädiktorteil 200.1 überein. An einer Additionsstelle 203 wird durch Subtraktion des ΔP_B,B-Signals vom Ausgangssignal des P_B-Beobachters 200.12 das Ausgangsignal P_BS gebildet. An der Additionsstelle 203 ist das erwähnte Ausgangssignal des Dampfdruck-Prädiktorteils 200.30 (Additionsstelle 310) aufschaltbar.

Zum Eingang des P_B-Beobachters 200.12 ist die an der Additionsstelle 204 gebilde­ te Brennstoff-Steuersignal-Komponente B₄ geführt. Das Eingangssignal des Del­ ta-P_B-Beobachters 200.13 ist nicht Null, sondern die dritte Signalkomponente B₃. Die Adaption des dynamischen Verhaltens der beiden Beobachter 200.12 und 200.13 erfolgt auch hier durch den im P_B-Prädiktorteil 200.1 gebildeten Schätzfehler e_B.

Mit P_v ist ein Leistungsvorgabesignal bezeichnet, das von der Art der Leistungssoll­ wertänderung und der Höhe der geforderten Leistungsänderung abhängt. Die zur Bildung des Leistungsvorgabesignals P_v benutzten Mittel 18, 19, 85, 87 und 88 so­ wie die Bildung des Eingangssignals ΔP_S∈ sind in der DE-A-43 44 118 im einzelnen beschrieben. Das Signal ΔP_S∈ gibt eine mit der jeweils gegebenen Androsselung der Turbinenregelventile realisierbare Leistungserhöhung mit streng monotonem Verlauf vor.

Ein zeitlicher Verlauf des Vorgabesignals P_v wird verzögerungsfrei in die Leistung (durch den Steuer-Prädiktor) umgesetzt, so daß P_v(t) ∼ P(t) gilt. Das Vorgabesignal P_v ist an einer Additionsstelle 20 mit dem Ausgangssignal des Betriebsarten-Umschal­ ters 200.7 zu einer androsselungsbedingten Leistung P_Y verknüpft, die auf einen adaptiven P_Y/S-Umsetzer 200.14 des adaptiven P_Y-Prädiktorteils 200.2 als Ein­ gangssignal geführt ist.

Der adaptive P_Y-Prädiktorteil 200.2 hat die Funktion, den durch den zeitlichen - an der Additionsstelle 20 ermittelten - Verlauf des P_Y-Signals in den identischen Lei­ stungsverlauf mittels des Umsetzers 200.14 und des Signals S umzusetzen. Somit stimmt die Summe der beiden Leistungskomponenten P_B und P_Y - in jedem Zeitpunkt - mit dem vorgegebenen Verlauf der Leistungsvorgabe P_v überein.

Zu diesem Zweck enthält der adaptive P_Y-Prädiktorteil 200.2 außer dem adaptiven P_Y/S-Umsetzer 200.14 einen P_Y-Beobachter 200.15 und einen Delta-P_Y-Beobachter 200.16.

Die Struktur der Beobachter 200.15 und 200.16 ist identisch mit der Teilstrecke, die dem Verhalten der Leistung als Antwort auf die Änderung der Turbineneinlaßventil­ stellung entspricht. Die Übertragungsfunktionen sind auch identisch und weisen ei­ nen Basis-Parametersatz auf, der identisch ist mit dem einer durchschnittlichen Übertragungsfunktion der Strecke aus dem Regelbereich. Der P_Y-Beobachter 200.15 wird einer - intern an einer Additionsstelle 218 ermittelten - aktuellen beobachteten Leistungskomponente P_Y,_akt nachgeführt, die der Differenz der Blockleistung P bzw. inneren Turbinenleistung P_T - je nach Stellung des Größen-Umschalters 200.8 - und der Leistungskomponente P_B,B des P_B-Beobachters 200.10 gleicht. An einer Additi­ onsstelle 205 wird ein Schätzfehler e_Y ermittelt, der außer dem P_Y-Beobachter 200.15 auch dem dynamischen P_Y/S-Umsetzer 200.14 und dem Delta-P_Y-Beobach­ ter 200.16 zugeführt ist. Weiterhin wird an einer Additionsstelle 206 die Differenz zwischen dem Ausgangssignal P_Y,B des P_Y-Beobachters 200.15 und dem Aus­ gangssignal ΔP_Y,B des Delta-_Y-Beobachters 200.16 gebildet und als effektive P_Y-Leistungskomponente P_Y,eff dem P_B-Bildner 200.3 zugeführt.

Im P_B-Bildner 200.3 wird an einer Additionsstelle 207 das dem adaptiven P_B-Prä­ diktorteil 200.1 zugeführte aktuelle, beobachtete Signal P_B,akt als Differenz aus der Leistung P (bzw. P_T) und der effektiven P_Y-Leistungskomponente P_Y,eff gebildet. An Additionsstellen 208 bzw. 209 wird die P_B-Leistungskomponente für die Prädiktion der aufzubringenden Leistungskomponente P_Y an der Additionsstelle 20 des P_B-Signals bei der Betriebsart a2 gebildet.

Das Ausgangssignal S des P_Y/S-Umsetzers 200.14 wird zur Bildung des An­ steuersignals Y für die Ventilstellung an einer Additionsstelle 211 zum Ventilstel­ lungs-Sollwert Y_S addiert. Außerdem wird das Ausgangssignal S mittels des P- bzw. PD-Gliedes 210 als Komponente B₃ an der Additionsstelle 204 zur zweiten Brenn­ stoff-Steuersignalkomponente B₂ addiert, wodurch erzielt wird, daß das Signal S im Leistungs-Beharrungszustand Null wird (Wiedereinstellung der Stellreserve, wie in DE 41 24 678 C2 beschrieben ist).

Mit dem Größen-Umschalter 200.8 ist wählbar, ob die gemessene elektrische Lei­ stung P oder die berechnete innere Turbinenleistung P_T beobachtet und nach den Betriebsarten a1, a2, a3 geregelt wird. Die innere Turbinenleistung P_T ist mit Hilfe des Modells 200.6 nachgebildet, anhand von gemessenen Dampfdrücken vor und in der Turbine, die in einem Vektor zusammengestellt werden, Temperaturen (Vektor ) und Massenströmen (Vektor). Die Nachbildung kann mittels eines mathemati­ schen Modells, eines Neuronal-Netzes, oder einer Kombination von beiden erfolgen.

Der Betrieb mit der beobachteten inneren Turbinenleistung P_T garantiert - gegen­ über dem mit der elektrischen Blockleistung P - einen störungsfreien, sicheren Übergang des Blockes in einen Insel-Betrieb, bei dem der Stromverbrauch nicht vorher bekannt ist. Bei einem solchen Betrieb muß die Netzfrequenz, und nicht die elektrische Leistung P geregelt werden.

Fig. 21 zeigt eine erste Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten adaptiven P_B-Prädiktorteils 200.1. Der abgewandelte Prädiktorteil 200.1b enthält einen Beob­ achter 200.10b, der in einer Struktur mit zwei parallelen Blöcken A, B gestaltet ist, die einen u-Teil und einen e-Teil 200.11b des Beobachters 200.10b darstellen. Der e-Teil 200.11b des Beobachters 200.10b stellt in diesem Fall den Delta-P-Beobach­ ter dar. Das Ausgangssignal des e-Teils 200.11b ist identisch mit dem in Fig. 1 ge­ zeigten Ausgangssignal ΔP_B,B, das in Fig. 1 zum dynamischen Glied 200.4 geführt ist. Mit 200.101 ist eine Additionsstelle für die Ausgangssignale des u-Teils und des e-Teils bezeichnet.

Fig. 22 zeigt ähnlich wie Fig. 21, eine Struktur eines Beobachters 400, der einen mit Block A bezeichneten u-Teil 400.1 zur Bildung eines von einer Stellgröße u abhän­ gigen Signals, sowie einen mit Block B bezeichneten e-Teil 400.2 zur Bildung eines von einem Schätzfehler e abhängigen Signals enthält. An einer Additionsstelle 400.3 wird durch Verknüpfung der beiden Ausgangssignale ein Regelgrößenschätzwert Y_Beo ermittelt. Das Ausgangssignal ΔY_beo des e-Teils 400.2 ist der Schätzwert der Regelgrößenänderung. Ein solcher e-Teil 400.2 kann in den Blockschemata der Fig. 1, 3a, 3b und 4 den jeweiligen Delta-P-Beobachter, also die Beobachter 200.16, 200.20, 200.308 und 200.310 jeweils ersetzen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschema einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Durchführung einer zweiten Verfahrensvariante (Variante 2), die einschließlich Einsatz des Kon­ densatstopps arbeitet.

Wie bereits erwähnt, sind die mit dünnen Linien dargestellten Schaltungsteile ein­ schließlich Bezugszeichen aus der DE-A 43 44 118 entnommen und außerdem sind aus Fig. 1 die dort bereits beschriebenen Schaltungsteile mit den dort benutzten Be­ zugszeichen übernommen. Die Beschreibung kann sich daher im wesentlichen auf die Einbindung eines neu hinzugekommenen adaptiven P_X-Prädiktorteils 200.17 be­ schränken. Dieser P_X-Prädiktorteil 200.17 ist in Fig. 3a detailliert dargestellt. Außer­ dem ist in Fig. 3b ein bei Variante 2 benutzter P_Y-Prädiktorteil 200.2b dargestellt, der sich etwas von dem P_Y-Prädiktorteil 200.2 der Variante 1 unterscheidet, so daß die Fig. 2, 3a und 3b zusammen zu betrachten sind.

Fig. 3b zeigt den für die Verfahrensvariante 2 etwas abgewandelten P_Y-Prädiktorteil 200.2b. Während im P_Y-Prädiktorteil 200.2 das beobachtete Signal P_Y,akt = P - P_B,B ist, wird im abgewandelten P_Y-Prädiktorteil 200.2b das Signal P_Y,akt = P - P_B,B - P_X,B beobachtet. Deshalb enthält der abgewandelte P_Y-Prädiktorteil 200.2b eine zusätzli­ che Additionsstelle 219, der die Signale P_B,B und P_X,B zugeführt sind.

Fig. 3a zeigt, daß der P_X-Prädiktorteil 200.17 in gleicher Weise wie der P_Y-Prädiktor­ teil 200.2b aufgebaut ist, wobei hier P_X,akt = P - P_B,B -P_Y,B das beobachtete Signal ist. Das Signal P_Y,B ist an einer Additionsstelle 220 gebildet. Der P_X-Prädiktorteil 200.17 enthält einen adaptiven dynamischen P_X/X-Umsetzer 200.18, der einen durch die Additionsstelle 20 ermittelten und durch die Auswahl-Glieder 123 und 126 (Fig. 2) vermittelten Kondensatstoppleistungsanteil P_X in ein Ansteuersignal X für den Kon­ densatstopp umsetzt, so daß P_v(t) = P(t) ist. Der P_X/X-Umsetzer 200.18 wird durch einen an einer Additionsstelle 213 gebildeten Schätzfehler e_X eines P_X-Beobachters 200.19 adaptiert. Der Schätzfehler e_X ist auch dem aktiven Eingang eines Del­ ta-P_X-Beobachters 200.20 zugeführt, dessen Stellgrößen-Eingang Null aufgeschaltet ist. Das Ausgangssignal ΔP_X,B ist an einer Additionsstelle 214 mit dem Ausgangs­ signal P_X,B des P_X-Beobachters 200.19 verknüpft zur Bildung einer effektiven P_X-Leistungskomponente P_X,eff.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Ausgangssignale P_X,eff und ΔP_X,B des P_X-Prädiktor­ teils 200.17 Additionsstellen 207 bzw. 212 des P_B-Bildners 200.3 zugeführt sind. An Additionsstelle 208 und 209 werden Ausgangssignale des adaptiven P_B-Prädiktor­ teils 200.1 verknüpft. Ausgangssignale P_Y,eff bzw. ΔP_Y,B des P_Y-Prädiktorteils 200.2b sind zu den Additionsstellen 207 bzw. 212 geführt. Je nach Betriebsart wird der Additionsstelle 20 entweder das vom P_B-Beobachter 200.1 gebildete Signal P_B,B oder das Ausgangssignal des P_B-Bildners 200.3 mit negativem Vorzeichen der vorgege­ benen Leistungskomponente P_v aufgeschaltet.

Eine dritte Betriebsart a3 kommt zustande, wenn anstelle des beobachteten Signals P_B,B an der Additionsstelle 20 eine effektive brennstoffabhängige Leistungskompo­ nente P_B,eff = P_B,B - ΔP_B,B zugeführt wird. Die zugehörige Schaltungsabwandlung - die bei beiden Verfahrensvarianten 1 und 2 und entsprechend bei den Blockschemata gemäß Fig. 1 und 2 möglich ist - ist in Fig. 20 dargestellt. Fig. 20 zeigt die Diffe­ renzbildung P_B,B - ΔP_B,B an einer Additionsstelle 215.

Die Arbeitsweise und Regelfähigkeit der in den Blockschemata der Zeichnungsfigu­ ren 1 bis 4 und 20, 21 dargestellten Steuer- und Regeleinrichtungen läßt sich an­ hand des jeweiligen Störverhaltens bzw. Führungsverhaltens erläutern.

Simulationsergebnisse zum jeweiligen Störverhalten und Führungsverhalten der Steuer- und Regeleinrichtungen, die gemäß den Verfahrensvarianten 1 und 2 und bei den unterschiedlichen Betriebsarten a1 bis a3 erreichbar sind, sind in den Fig. 5 bis 19 dargestellt.

Generell ist festzustellen, daß in der Betriebsart a1, also bei Einsatz der vorhande­ nen Turbinenstellreserve die Leistung P bzw. P_T praktisch gleich der als Solleistung vorgegebenen Leistung P_v ist, da vorhandene Heizstörungen Z_B hierbei ausgeregelt werden.

Dagegen wird in der Betriebsart a2, in der die Turbinenstellreserve nicht zum Ausre­ geln von Heizstörungen Z_B, sondern nur für den Fall eines Netzfrequenzeinbruchs eingesetzt wird, diese Regelqualität nicht erreicht. Der hierdurch verzögerungsfrei zur Netzfrequenzabweichung erzielten Leistungsänderung wird die variable Lei­ stungsabweichung von P_v überlagert, die der Leistungsregelung durch Brennstoff­ änderung entspricht.

Die mit der Verfahrensvariante 1 bei unterschiedlichen Betriebsarten erzielbaren Regelqualitäten bei Ausregelung einer Heizstörgröße Z_B, die einen sinusförmigen Verlauf mit einer Amplitude von 3% der Nennleistung hat, ist in den Fig. 5 bis 8 dar­ gestellt.

Fig. 5 zeigt für die Verfahrensvariante 1 die Regelfähigkeit des adaptiven Steuer­ prädiktors anhand des Störverhaltens im Fall eines sinusförmigen Verlaufs der Stör­ größe Z_B. Es ist ersichtlich, daß bei konstanter vorgegebener Leistung P_v die elektri­ sche Leistung P ebenfalls konstant bleibt. Den zugehörigen Verlauf der Steuersigna­ le B und S sowie der Leistungskomponenten P_B und P_Y zeigt Fig. 6.

Das entsprechende Störverhalten in der Betriebsart a2, also ohne Einsatz der Turbi­ nenstellreserve ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Die elektrische Leistung P folgt zwar nicht der vorgegebenen Leistung P_v, die Wirkung der Störgröße Z_B auf die elektrische Leistung ist jedoch - amplitudenmäßig aufgrund der hier im Vergleich zur Betriebsart a1 etwas schwächeren Regelfähigkeit des adaptiven Steuer-Prädiktors - immerhin auf ein Drittel reduziert. Fig. 8 zeigt, daß bei dieser Betriebsart das Steu­ ersignal S Null bleibt. Das bedeutet, daß die durch Turbineneinlaßventil-Androsse­ lung vorhandene Möglichkeit, die Energie aus dem Kessel auszuspeichern. nicht für die Ausregelung der Heizstörung Z_B verwendet wird, sondern zur Netzfrequenzstüt­ zung zur Verfügung steht.

Das Führungsverhalten ist für die in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Verfahrensvariante 1 und Betriebsarten a1 und a2 nicht in Zeichnungsfiguren dargestellt. Eine Ände­ rung des Leistungssollwertes für a1 ist (analog zu Fig. 9) dynamisch exakt realisiert und für a2 (analog zu Fig. 12) dem durch die Störgröße Z_B gegebenen aktuellen Verlauf der Leistung überlagert.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen für die Verfahrensvariante 2 (also mit Einsatz des Konden­ satstopps) das Führungsverhalten bei einer Verstellung der vorgegebenen Leistung P_v um 5% bei gleichzeitiger sinusförmiger Änderung der Heizstörgröße Z_B mit einer Amplitude von 3% der Nennleistung. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß die elektrische Leistung P in diesem Fall exakt der vorgegebenen Leistung P_v entspricht. Fig. 10 zeigt den Verlauf der Leistungskomponenten P_B, P_Y und P_X, die zwar nicht meßbar sind, jedoch durch den Prädiktor (Fig. 2) geliefert werden als P_B,B, P_Y,B, P_X,B. Fig. 11 zeigt den zugehörigen Verlauf der Steuersignale B, S und X. Die Fig. 12 bis 14 zeigen die entsprechenden Verläufe für die Verfahrensvariante 2, jedoch im Fall der Betriebsart a2. Es zeigt sich, daß durch den fehlenden Einsatz der Turbinenstellre­ serve auch in diesem Fall die Störgröße Z_B zwar nicht vollständig ausgeregelt wer­ den kann, jedoch auf eine Netzfrequenzabweichung verzögerungsfrei mit einer Lei­ stungsänderung reagiert wird.

Die Fig. 15 bis 19 zeigen Simulationsergebnisse zur Verfahrensvariante 1 in der Betriebsart a3, wobei eine Regelfähigkeit mit Eigenschaften erzielt wird, die zwi­ schen denen der Betriebsarten a1 und a2 liegen.

So zeigt Fig. 15, daß das Störverhalten ähnlich ist wie im Fall der Betriebsart a2 (vergl. Fig. 7). Fig. 16 zeigt, daß das Steuersignal S jedoch nicht Null bleibt, wie im Fall der Betriebsart a2 (vergl. Fig. 8), aber im Vergleich zur Betriebsart a1 (vergl. Fig. 6) sich nur mit kleiner Amplitude ändert.

Die Fig. 17 bis 19 zeigen das Führungsverhalten in der Betriebsart a3, wobei sich zeigt, daß die Leistung P zwar gut der Änderung der vorgegebenen Leistung P_v folgt, aber die Störung Z_B nicht vollständig ausgeregelt wird (Fig. 17). Der zugehöri­ ge Verlauf der Leistungskomponenten und der Steuersignale ist in den Fig. 18 und 19 dargestellt, wobei ersichtlich ist, daß das Steuersignal S sich weniger stark än­ dert, als im Fall der Betriebsart a1 (Fig. 11).

Abschließend wird anhand der Fig. 4 erläutert, wie der Frischdampf(FD)-Druck dy­ namisch übereinstimmend mit dem Streckenverhalten nachgebildet wird, um die Entkoplungssignale D und D_sp, sowie auch das Signal aus 310 für 213 (Additions­ stellen in Fig. 1 und 2) und 104 (Additionsstelle in Fig. 1, 2) zu erhalten.

Beide Blockregelkonzepte, d. h. die beiden Verfahrensvarianten 1 und 2 machen die bisher üblichen Regelkreise für die Leistung, den Frischdampfdruck und die Turbi­ nenregelventilstellung überflüssig, da bereits eine Regelungsfunktion vorhanden ist.

Die für die Sekundendynamik der Blockleistung benötigte Stellreserve der Turbinen­ regelventile wird durch den Sollwert Y_S des gemeinsamen Ansteuersignals Y der Turbinenregelventile eingestellt, das selbst ein Sollwert eines Stellungsreglers sein kann.

Eine FD-Druckregelung wird hier nicht notwendig, da sich der Dampfdruck p durch seine genaue Nachbildung mit Hilfe eines adaptiven p-Modells nach Fig. 4 selbst einstellt, entsprechend der Leistung (P bzw. P_T) und dem Sollwert Y_S. Im Prinzip wird der Druck durch die geregelte Blockleistung mitgeregelt.

Das adaptive p-Modell ist ein Bestandteil des adaptiven Prädiktors 200 mit Regelfä­ higkeit und wird deshalb hier adaptiver p-Prädiktorteil 200.30 genannt.

Der adaptive p-Prädiktorteil 200.30 ist als eine Weiterentwicklung des p-Teiles des in DE 44 18 298 A1 beschriebenen und dort in Fig. 2 dargestellten Universal-Prädik­ tors 100 aufzufassen.

Um die Korrespondenz zu diesem Universal-Prädiktor deutlich zu machen, wurden in Fig. 4 bekannte Schaltungsteile mit dünnen Linien dargestellt.

Der adaptive p-Prädiktorteil 200.30 enthält einen adaptiven P_B-Prädiktorteil 200.301, einen ersten p_Y-Prädiktorteil 200.302, einen zweiten p_Y-Prädiktorteil 200.303 und einen p_B-Bildner 200.304.

Der adaptive p_B-Prädiktorteil 200.301 enthält einen p_B-Beobachter 200.305 und eine Additionsstelle 302, an der ein Schätzfehler e_P,B des p_B-Beobachters 200.305 ermit­ telt wird, wobei die beobachtete Größe p_B,akt durch den p_B-Bildner 200.304 gebildet und beobachtet wird.

Der erste adaptive p_Y-Prädiktorteil 200.302 enthält einen adaptiven dynamischen p_Y/S-Umsetzer 200.306, der ein Ausgangssignal S_p als Komponente zur Bildung des Turbinenventil-Steuersignals S liefert. Außerdem enthält der erste p_Y-Prädiktorteil einen p_Y-Beobachter 200.307 und einen Delta-p_Y-Beobachter 200.308. An einer Additionsstelle 309 wird ein Schätzfehler e_pY des Beobachters 200.307 gebildet. Be­ obachtet wird die Größe p_Y,akt = p - p_Y,eff, die an einer Additionsstelle 222 gebildet wird. Der Schätzfehler wird nicht nur zur Adaption der Teile des ersten Prädiktorteils 200.302 verwendet, sondern auch zur Adaption eines p_Y-Beobachters 200.309 und eines Delta-p_Y-Beobachters 200.310 im zweiten p_Y-Prädiktorteil 200.303.

Fig. 4 ist zu entnehmen, daß unter anderem auch ein Entkopplungssignal D gebildet wird, das als Drucksollwertsignal verwendbar ist, falls doch ein einem Leistungsreg­ ler unterlagerter Druckregler verwendet werden soll. Während des Steuerprozesses bleibt dann dieser Regler inaktiv, und zwar nicht nur im idealen Fall, wie bei der An­ ordnung gemäß DE 44 18 298 A1. Handelt es sich um einen Regler, der auf den Brennstoff wirkt, wird allerdings keine Verbesserung der Regelqualität erzielt, da die Störung im Fall der Betriebsart a2 bereits gleich schnell mit dem adaptiven Steuer­ prädiktor mit Regelfähigkeit 200 ausgeregelt wird. Auch mit einem Vordruckregler kann im Fall der Betriebsart a1 aus dem gleichen Grund keine weitere Verbesserung erzielt werden.

Der adaptive p-Prädiktorteil 200.30 wird immer dann verwendet, wenn der Blockbe­ trieb nicht entweder im Gleitdruck oder im Festdruck erfolgt. Der häufigere Fall ist, daß der Leistungsregelbereich beide Betriebsarten enthält. Beim Übergang von ei­ nem Bereich zum anderen ändert sich das Streckenverhalten wesentlich.

Darüber hinaus kann die Turbinenstellreserve, die durch den Sollwert Y_S (< Y_max) im Gleitdruck eingestellt ist, beim Festdruckbetrieb nicht bewahrt werden. Das Steuer­ signal S kann nicht im Beharrungszustand Null werden. Das Signal S setzt sich da­ her aus zwei Komponenten zusammen, nämlich aus dem Ausgangssignal S_Y des adaptiven P_Y-Prädiktorteils und dem Ausgangssignal S_p des adaptiven p_Y-Prädiktor­ teils. Während die Komponente S_Y auch weiterhin dynamisch exakt zu Null gebracht wird (vergl. DE 41 24 678 C2), gilt dies nicht für die Komponente S_p. Je tiefer der Betrieb im oberen Festdruckbereich des Leistungsregelbereiches erfolgt, desto po­ sitiv größer ist S_p. Bei der Blocknennleistung ist S_p gleich (Y_max - Y_S).

Der erste adaptive p_Y-Prädiktorteil 200.302 (exakt der p_Y/S-Umsetzer 200.306) liefert das Signal S_p (beim Gleitdruck ist S_p = 0) der Additionsstelle 314. Der zweite adapti­ ve p_Y-Prädiktorteil liefert ein Signal der Additionsstelle 104 im adaptiven P_B-Prädik­ torteil 200.1 und der Additionsstelle 203 im adaptiven P_BS-Teil 200.5. Hierdurch wird das unterschiedliche Verhalten der Leistung als Antwort auf die veränderten Signale B und B₄ beim Gleit- und Festdruck berücksichtigt.

Bezugszeichenliste

1

Kraftwerksblock

6

Leistungs-Sollwertsteller

9

Additionsstelle

14

erste Filtereinrichtung

15

zweite Filtereinrichtung

18

Additionsstelle

19

Funktionsbildner

20

Additionsstelle

33

aFunktionsbildner

33

bFunktionsbildner

63

Regler

85

P∈-Begrenzer

86

Additionsstelle

87

Additionsstelle

88

Additionsstelle

102

P_X

-Begrenzer

104

Additionsstelle

105

Additionsstelle

106

Additionsstelle

107

B₃

-Begrenzer

108

Additionsstelle

114

Additionsstelle

115

Additionsstelle

122

MIN-Auswahlglied

123

MIN-Auswahlglied

126

MAX-Auswahlglied

127

Begrenzungseinrichtung

130

B_L

-Signal-Bildner

132

Additionsstelle

133

Additionsstelle

134

MIN-Auswahlglied

200

adaptiver Prädiktor

200.1

adaptiver P_B

-Prädiktorteil

200.1

babgewandelter P_B

-Prädiktorteil

200.2

adaptiver P_Y

-Prädiktorteil

200.3

P_B

-Bildner

200.4

dynamisches Glied mit integralem Verhalten

200.5

adaptiver P_BS

-Teil

200.6

Modell für die Berechnung der Turbinenleistung P_T

200.7

Betriebsarten-Umschalter

200.8

Größen-Umschalter

200.9

Ventilstellungs-Sollwertgeber

200.10

P_B

-Beobachter des P_B

-Prädiktors

200.10

bBeobachter im abgewandelten P_B

-Prädiktorteil

200.1

b

200.11

Delta-P_B

-Beobachter des P_B

-Prädikators

200.11

be-Teil im Beobachter

200.10

b

200.12

P_B

-Beobachter des P_BS

-Teils

200.13

Delta-P_B

-Beobachter des P_BS

-Teils

200.14

adaptiver dynamischer P_Y

/S-Umsetzer

200.15

P_Y

-Beobachter

200.16

Delta-P_Y

-Beobachter

200.17

adaptives P_X

-Prädiktorteil

200.18

adaptiver P_X

/X-Umsetzer

200.19

P_X

-Beobachter

200.20

Delta-P_X

-Beobachter

200.30

adaptiver p-Prädiktorteil

200.301

adaptiver p_B

-Prädiktorteil

200.302

erster p_Y

-Prädiktorteil

200.303

zweiter p_Y

-Prädiktorteil

200.304

p_B

-Bildner

200.305

p_B

-Beobachter

200.306

adaptiver p_Y

/S-Umsetzer

200.307

p_Y

-Beobachter des ersten p_Y

-Prädiktorteils

200.308

Delta-p_Y

-Beobachter des ersten p_Y

-Prädiktorteils

200.309

p_Y

-Beobachter des zweiten p_Y

-Prädiktorteils

200.310

Delta-p_Y

-Beobachter des zweiten p_Y

-Prädiktorteils

200.101

Additionsstelle im abgewandelten P_B

-Prädiktorteil

200.1

b

201

Additionsstelle im Prädiktorteil

200.1

202

Additionsstelle

203

Additionsstelle im P_BS

-Teil

205

204

Additionsstelle für B₂

- und B₃

-Signale

205

Additionsstelle zur Bildung von e_Y

206

Additionsstelle zur Bildung von P_y,eff

207

Additionsstelle zur Bildung von P_B,akt

208

Additionsstelle

209

Additionsstelle

210

P- oder PD-Glied

211

Additionsstelle

212

Additionsstelle

213

Additionsstelle

214

Additionsstelle

215

Additionsstelle (

Fig.

20)

216

,

217

Additionsstelle (

Fig.

3a)

218

,

219

Additionsstelle (

Fig.

3b)

220

,

221

Additionsstelle (

Fig.

2)

222

Additionsstelle

301

Druck-Sollwertsteller

302

Additionsstelle

304

Additionsstelle

305

MAX-Auswahlglied (in DE 44 18 298 A1: 105)

306

Additionsstelle (in DE 44 18 298 A1: 106)

307

Additionsstelle (in DE 44 18 298 A1: 107)

308

Additionsstelle

309

Additionsstelle

310

Additionsstelle

312

Additionsstelle

314

Additionsstelle (in DE 44 18 298 A1: 114)

315

Schalter (in DE 44 28 298 A1: 115)

400

Beobachter

400.1

u-Teil

400.2

e-Teil

400.3

Additionsstelle
a1erste Betriebsart (B_S

+ Y)
a2zweite Betriebsart (nur B_S

-Einsatz)
a3dritte Betriebsart (B_S

und teilweise Y)
b1Regelgröße ist Turbinenleistung P_T

b2Regelgröße ist die elektrische Blockleistung P
BBrennstoff-Steuersignal
B₁

erste Brennstoff-Steuersignalkomponente
B₂

zweite Brennstoff-Steuersignalkomponente
B₃

dritte Brennstoff-Steuersignalkomponente
B₄

vierte Brennstoff-Steuersignalkomponente (B₂

+ B₃

)
B_L

Speisewasserniveau-abhängige Brennstoff-Steuersignalkomponente
B_S

Brennstoff-Stellgröße
DDrucksollwertsignal
e_B

Schätzfehler des P_B

-Prädiktorteils

200.1

e_L

Regelabweichung des Wasserstands L
e_p,B

;Schätzfehler des p_B

-Beobachters

200.305

e_p,Y

;Schätzfehler des p_Y

-Beobachters

200.307

e_X

;Schätzfehler des P_X

-Beobachters

200.19

e_Y

Schätzfehler des P_Y

-Beobachters

200.15

fgemessene Netzfrequenz
f_o

Sollwert der Netzfrequenz
Δf_o

Netzfrequenzabweichung
Δm_KG

Ausgangssignal eines Grenzreglers für Nichtüberschreitung eines ma­ ximalen Kondensatmassenstromes
FFestdruck
GGleitdruck
PBlockleistung (abgegebene elektrische Leistung)
P_B

brennstoffabhängige Leistung
P_B,akt

aktuelles P_B

-Signal
P_B,eff

effektive brennstoffabhängige Leistung
P_B,B

vom Beobachter gebildetes P_B

-Signal
ΔP_B,B

Ausgangssignal des Delta-P_B

-Beobachters
P_BS

brennstoffabhängige Leistungskomponente
P_f1

erste Leistungs-Sollwertkomponente
P_f2

zweite Leistungs-Sollwertkomponente
P_NR

von einem Netzfrequenzregler als Leistungssollwert-Komponente gelie­ fertes Signal
P_S

Leistungs-Sollwert
ΔP_s∈

mit vorhandener Androsselung realisierbare Leistungserhöhung mit streng monotonem Verlauf
P_T

(innere) Turbinenleistung
P_v

vorgegebene Leistungskomponente (Leistungs-Vorgabesignal)
P_vxo

zum Zeitpunkt t_o

vorbestimmte Amplitude des Kondensatstopp-Leistungsanteils
P_X

Kondensatstopp-Leistungsanteil
P_X,akt

aktueller Kondensatstopp-Leistungsanteil
P_X,B

Ausgangssignal des P_X

-Beobachters
ΔP_X

Änderung des Kondensatstopp-Leistungsanteils
ΔP_X,B

Ausgangssignal des Delta-P_X

-Beobachters
P_X,eff

effektive P_X

-Leistungskomponente
P_Y

androsselungsabhängige Leistungskomponente
P_Y,akt

aktuelle androsselungsabhängige Leistungskomponente
P_Y,B

Ausgangssignal des P_Y

-Beobachters
P_Y,eff

effektive P_Y

-Leistungskomponente
ΔP_Y

Änderung der P_Y

-Leistungskomponente
ΔP_Y,B

Ausgangssignal des Delta-P_Y

-Beobachters
pFrischdampfdruck
p_S,N

P_B,akt

Ausgangssignal des p_B

-Bildners

200.304

p_B,B

Ausgangssignal des Beobachters

200.305

p_Y,B

Ausgangssignal des Beobachters

200.307

bzw.

200.309

Δp_Y,B

Ausgangssignal des Beobachters

200.308

bzw.

200.310

p_Y,eff

Ausgangssignal des Prädiktorteils

200.302

STurbinenventil-Steuersignal
S_p

Ausgangssignal des adaptiven p_Y

-Prädiktorteils

200.306

SRRückführungssignal
S_Y

Ausgangssignal des adaptiven P_Y

-Prädiktorteils
t_o

Zeitpunkt der sprunghaften Leistungserhöhung
XAnsteuersignal für den Kondensatstopp
YAnsteuersignal für die Ventilstellung
Y_S

Ventilstellungs-Sollwert
Z_B

Störgröße
Dampfdrücke-Vektor
Temperaturen-Vektor
Massenströme-Vektor

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung und Regelung der Leistung (P, P_T) eines Dampf­ kraftwerkblocks unter Einsatz gespeicherter Energie durch vorübergehende Ände­ rung der Turbineneinlaßventil-Stellung, wobei

• 1. wenigstens eine der Stellgrößen Brennstoffzufuhr (B_S) und Turbineneinlaß­ ventil-Stellung (Y, S) unter Verwendung von Teil-Prozeßmodellen koordiniert zur Brennstoffzufuhr (B_S) dynamisch richtig gesteuert verstellt wird, und
• 2. eine Regelfunktion zum Ausregeln von Störungen (Z_B) vorhanden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein adaptiver Prädiktor (200) mit Prädiktorteilen (200.1 bis 200.8), der auf den Teil-Prozeßmodellen basiert, verwendet wird, wobei

• a) die Leistung (P, P_T) durch zwei Beobachter (200.10, 200.15) beobachtet wird, wobei eine von der Brennstoffzufuhr abhängige Leistungskomponente (P_B,B) und eine vom Einsatz der Turbinenstellreserve abhängige Leistungs­ komponente (P_Y,B) ermittelt werden,
• b) entsprechende, beobachtete aktuelle Leistungskomponenten (P_B,akt, P_Y,akt) gebildet und Schätzfehler der Beobachtung (e_B = P_B,akt - P_B,B, e_Y = P_Y,akt - P_Y,B) ermittelt werden,
• c) die Schätzfehler (e_B, e_Y) zur Adaption des dynamischen Verhaltens eines adaptiven P_B-Prädiktorteils (200.1) und eines adaptiven P_Y-Prädiktorteils (200.2) verwendet werden, und
• d) durch die dynamische Adaption des dynamischen Verhaltens des Prädiktors (200) - ohne zusätzlichen Einsatz eines Reglers - die Regelfunktion zum Ausregelung von Störungen (Z_B) gegeben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer er­ sten Verfahrensvariante (Variante 1) und einer ersten Betriebsart (a1) die Ausrege­ lung von Störungen (Z_B) sowohl durch Änderung der Stellgröße Brennstoffzufuhr (B_S), als auch der Stellgröße Turbineneinlaßventil-Stellung (S) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer er­ sten Verfahrensvariante (Variante 1) und einer zweiten Betriebsart (a2) die Ausrege­ lung von Störungen (Z_B) allein durch Änderung der Stellgröße Brennstoffzufuhr (B_S) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweiten Verfahrensvariante (Variante 2) zusätzlich zu den Stellgrößen Brennstoffzu­ fuhr (Z_B) und Turbineneinlaßventil-Stellung (Y) eine Stellgröße (X) für den Einsatz von Kondensatstopp gebildet wird, wobei die Stellgröße (X) für den Kondensatstopp nach dem selben Prinzip wie die Stellgröße (Y) für die Turbineneinlaßventil-Stellung gesteuert wird, nämlich durch Ermittlung der vom Kondensatstopp abhängigen Lei­ stungskomponente (P_X,B), Bildung einer entsprechenden beobachteten aktuellen Leistungskomponente (P_X,akt), Ermittlung eines Schätzfehlers (e_X) und dynamische Adaption eines P_X-Prädiktorteils (200.17).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz des Kondensatstopps (X) nur bei einer Betriebsart (a2) zur Leistungsänderung an­ hand der Netzfrequenzänderung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gemessene elektrische Leistung (P) beobachtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenleistung (P_T) beobachtet wird, die anhand von gemessenen Tempe­ ratur-, Druck- und Massenstrom-Werten nachgebildet wird.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehen­ den Ansprüche, wobei Steuersignale (B_S, Y, X) für einen steuernden Eingriff durch Änderung des Brennstoffeinsatzes (B_S), der Turbinenstellreserve (Y) und gegebe­ nenfalls durch Einsatz des Kondensatstopps (X) gebildet werden, und wobei je nach Verfahrensvariante (1, 2) und Betriebsart (a1 bis a3) nur ein Teil der Steuersignale (B_S, Y, X) gebildet und verändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein adapti­ ver Prädiktor (200) vorhanden ist, der

• a) Mittel (200.3, 200.2) enthält zur Bildung der zu beobachtenden Leistungs­ komponenten (P_B,akt, P_Y,akt) mit Hilfe der gewählten zugeführten Leistung (elektrische Leistung P oder Turbinenleistung P_T),
• b) einen adaptiven P_B-Prädiktorteil (200.1) enthält, mit einem P_B-Beobachter (200.10), der die gebildete brennstoffabhängige Leistung (P_B,akt) beobachtet und die beobachtete brennstoffabhängige Leistungskomponente (P_B,B) lie­ fert, und mit einem Delta-P_B-Beobachter (200.11), der nur durch den bei der Beobachtung entstehenden Schätzfehler (e_B) die Leistungsänderung (ΔP_B,B) für eine additive (202) Änderung des Brennstoff-Steuersignals (B) mittels ei­ nes Gliedes (200.4) mit integralem Verhalten liefert, wobei durch den Schätzfehler (e_B) das dynamische Verhalten der beiden Beobachter (200.10, 200.11) verwendet ist, sowie auch der beiden Beobachter (200.12, 200.13) in einem adaptiven P_BS-Teil (200.5) adaptiert wird und dadurch die Überein­ stimmung des dynamischen Verhaltens des P_B-Prädiktorteils (200.1) und des P_BS-Teils (200.5) mit der Strecke (1,200.6) erzielt wird,
• c) einen adaptiven P_Y-Prädiktorteil (200.2) enthält, mit
• d) einem adaptiven P_Y/S-Umsetzer (200.14) zur Umsetzung einer durch Einsatz der Turbinenstellreserve aufzubringenden Leistungskomponen­ te (P_Y) in ein Steuersignal (S) zur Ansteuerung der Turbineneinlaß­ ventile,
• e) einem P_Y-Beobachter (200.15) zur Beobachtung der ermittelten androsselungsabhängigen Leistungskomponente (P_Y,akt) und
• f) einem Delta-P_Y-Beobachter (200.16) zur Beobachtung der Leistungs­ komponenten-Änderung (ΔP_Y,B), die aufgrund des sich ändernden dy­ namischen Verhaltens der Strecke (1, 200.6) mit der Hilfe des Schätz­ fehlers (e_Y) entsteht, und wobei
• g) der Schätzfehler (e_Y) der P_Y-Beobachtung zur Adaption des dynami­ schen Verhaltens aller Teile (200.14, 200.15 und 200.16) des P_Y-Prädiktorteils (200.2) verwendet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein adaptiver P_X-Prädiktorteil (200.17) vorhanden ist, der

• a) einen adaptiven P_X/X-Umsetzer (200.18) zur Umsetzung eines durch Kon­ densatstopp aufzubringenden Leistungsanteils P_X in ein Ansteuersignal X für die Einrichtungen des Kondensatstopps,
• b) einen P_X-Beobachter (200.19) zur Beobachtung einer mit Hilfe der gewähl­ ten Leistung (P oder P_T) ermittelten Leistungskomponente (P_X,skt), und
• c) einen Delta-P_X-Beobachter (200.20) zur Bestimmung der Leistungskompo­ nenten-Änderung (ΔP_X,B), die aufgrund des sich ändernden dynamischen Verhaltens der Strecke (1, 200.6) mit Hilfe des Schätzfehlers (e_X) entsteht, und wobei
• d) der Schätzfehler (e_X) der P_X-Beobachtung zur Adaption des dynamischen Verhaltens aller Teile (200.18, 200.19 und 200.20) des P_X-Prädiktorteils (200.17) verwendet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der adaptive Prädiktor (200) außerdem einen adaptiven p-Prädiktor (2 00.30) enthält (p = Frischdampfdruck), der aus einem adaptiven p_B-Prädiktorteil (200.301) für die Gewinnung eines Signals p_B,B, aus einem ersten p_Y-Prädiktorteil (200.302) für die Gewinnung eines Signals p_Y,eff, und aus einem zweiten p_Y-Prädiktorteil (200.303) für die Korrektur des dynamischen Verhaltens des P_B-Beobachters (200.10) beim Festdruck-Betrieb mittels eines Signals ΔP_F besteht, wobei alle Ausgangssignale (p_B,B, p_Y,eff und ΔP_F) nach dem selben Prinzip, wie in den Ansprüchen 8 und 9 angegeben, gebildet sind, und die p-Prädiktorteile (200.301, 200.302, 200.303) an das Druckverhalten der Strecke (1) adaptiert sind und Ent­ kopplungssignale (D, D_SP) für das Inaktivhalten einer zusätzlichen Regelung gebildet sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die verwendeten Delta-P-Beobachter (200.11, 200.13, 200.16, 200.20, 200.303, 200.310) jeweils als e-Teil (B) zur Bildung einer Beobachteranordnung (400) ausgeführt sind, die einen u-Teil (A) zur Bildung eines von der Stellgröße u abhängigen Signals und einen e-Teil (B) zur Bildung eines vom Schätzfehler e ab­ hängigen Signals enthält, sowie eine Additionsstelle (400.3) zur Verknüpfung der beiden Signale zu einer vom Beobachter gebildeten Regelgröße (Y_Beo).