EP2394031B1 - Method for installation control in a power plant - Google Patents
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- EP2394031B1 EP2394031B1 EP09779575.1A EP09779575A EP2394031B1 EP 2394031 B1 EP2394031 B1 EP 2394031B1 EP 09779575 A EP09779575 A EP 09779575A EP 2394031 B1 EP2394031 B1 EP 2394031B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
Definitions
- the invention relates to a method for system control in a power plant, in which for a plurality of sets of control values each of a set of environmental values on the one hand and the respective set of control values, on the other hand, a functional value of a target function based on a physical model is assigned to the respective sets, wherein the set of control values for forwarding to a control device of the power plant is selected, the associated function value meets a predetermined optimization criterion.
- non-electrical energy for example in the form of fossil fuels is converted into electrical energy and made available to a power grid.
- such a method comprises a target function, which generates a scalar or vector-valued function value based on a physical model of the corresponding power plant from a set of process values.
- the process values include those that are determined by external influences (environmental values), such as ambient and cooling water temperatures, and that change during operation.
- the environmental values represent current boundary conditions that you have no influence on but that have an influence on the process.
- the process values also include the control values, such as, for example, the position of an actuator or valve or the amount of fuel supplied, which can be influenced by operating personnel or an automated control device during ongoing operation of the power station, i. H. within certain limits freely selectable process or state variables.
- Each set of control values in conjunction with the ambient values yields a value of the target function that can be used to evaluate the respective set and usually the set of control values for forwarding to a control device of the power plant is selected, the associated function value meets a predetermined optimization criterion. For example, in the case of a scalar function value, this may be the largest or smallest function value.
- gradient methods are commonly used to find a minimum or maximum of the objective function.
- various methods such as the steepest descent method, the (quasi) Newton method, the sequential quadratic programming or the simplex algorithm are known.
- Common is the gradient method in that starting from a starting value, a local maximum or minimum of the target function is found.
- the physical models of power plants that yield the objective function of optimization are mostly non-linear and generally non-convex.
- the gradient method may under certain circumstances be a local maximum or minimum, ie. H. find a locally optimized operating state of the power plant, but this does not ensure that it also the globally optimal operating condition is found.
- the invention is therefore an object of the invention to provide a method for plant control in a power plant and a control device for a power plant, which at the lowest possible tax expenditure improved operation of the power plant with respect to a given optimization criterion such. B. allow an improvement in the efficiency or a reduction of emissions.
- this object is achieved according to the invention in that the number of sets of control values in addition to a starting set and a set determined by the gradient method from the starting set and its assigned function value further comprises a set selected by means of a random generator.
- the invention is based on the consideration that an improved operation of the power plant would be possible if
- an optimized set of control values could also be found globally with regard to the given optimization criterion, such as increasing the efficiency and / or reducing emissions. This could be done, for example, with a Monte Carlo method, which randomly selects control values and compares their functional values and optionally in another Step in the range of the best manipulated variable set another number of randomly selected control values checked.
- a Monte Carlo method which randomly selects control values and compares their functional values and optionally in another Step in the range of the best manipulated variable set another number of randomly selected control values checked.
- such a method is relatively time-consuming and computationally intensive and therefore also computationally comparatively expensive.
- the comparatively faster gradient method should basically be retained, but extended in the manner of a hybrid structure by a random-based system, so that the finding of a global optimum of control values is also made possible.
- a gradient-based method with a random model ensures the finding of a global optimum for the control values for the system control, on the other hand ensures comparatively fast convergence of the optimization algorithm to suitable control values. Therefore, such a designed algorithm is also suitable for online optimization in the power plant process, d. H. for adapting the control values to the respectively optimum operating state during the ongoing operation of the power plant.
- the method is advantageously carried out cyclically repeating in the manner of a loop, wherein the selected set of control values of one cycle is the starting set of the cycle following this.
- An online optimization in the plant control of a power plant system makes it possible to determine an optimum set of control values at each operating time, which ensures particularly efficient operation of the power plant.
- the selected set of control values is advantageously transferred in the control device to the individual control values respectively assigned control devices of the power plant.
- the objective function advantageously comprises a penalty function.
- a penalty function is designed to provide a value of zero, provided that the restrictions are not violated, and contains a monotonically increasing relationship between the error from the restriction violation and its function value.
- the method provides a set of manipulated variables in which the restrictions are not violated.
- the method is thereby able to start even from an illegal starting value, the gradient method and thus the optimization, which is not always the case with other methods for the integration of restrictions. This allows a further simplification of the method.
- the gradient serves as an indicator for the direction in which the respective manipulated variables must be changed in order to arrive at an optimum manipulated variable set. It is questionable, however, how far the control values have to be changed, ie which step size should be used in the application of the gradient method. This can be done, for example, by performing a one-dimensional optimization along the search direction in each iteration and thus finding a seemingly optimal step size becomes. However, this results in the search direction being orthogonal to the previous one, since the partial derivative at the current location after the previous search direction was minimized to zero by the one-dimensional optimization in the previous iteration.
- a step size is advantageously predetermined by the gradient method before the respective determination of the set.
- a given step size allows the gradient method to be carried out quickly and should be kept constant until one iteration (when minimized) provides a greater function value than the previous one. Then the step size is reduced and the process proceeds from the best value. As a result, a particularly fast execution of the method and a particularly efficient online optimization of the power plant operation is possible.
- control device for a power plant with a random generator module and a gradient module, which data output side are connected to a comparison module, wherein the control device is designed for carrying out said method.
- control device is used in a power plant with a control device and such with the control device data input side connected control device used.
- the advantages achieved by the invention are, in particular, that the possibility of finding a global solution by means of the random number generator with the rapidity of the control by the additional consideration of a set of control values selected by means of a random generator Gradient method is connected.
- the random number generator generates potential starting values for the gradient method, which are adopted if they are better in the sense of the physical model of the objective function than the local optimum previously found by the gradient method. Due to the cyclical application of the process and the use of current environmental values, which can be taken directly from the process control system, the process is online-enabled. If the operating status of the system changes, this information flows into the physical process model online and the optimization algorithm quickly finds the new optimum.
- the process in the process control technology of a power plant can initially serve as an aid to the operating personnel, but are also switched directly to corresponding actuators for automatic forwarding for a quick reaction of the power plant control technology. As a result, a particularly efficient operation of a power plant plant is made possible with low technical effort.
- FIG shows a schematic representation of the method for plant control of a power plant.
- the method illustrated in the FIGURE optimizes cyclically repeating the control values for the power plant to achieve a particularly efficient operation of the power plant.
- the process is online-capable, ie it can be integrated directly into the process control technology and determine the currently optimum control values during operation.
- One possible area of application is, for example, the optimization of the interval between the sootblowing operations in the boiler of the power plant and its duration and the cleaning intervals of the filters in the flue gas cleaning, where a consideration is drawn between short-term malfunction and longer-term increase in efficiency.
- Two further optimization problems from the power plant area are the determination of the optimum cooling water mass flow, provided that this is regulated, and the litigation in the case of incineration in compliance with emission limits and plant-related restrictions.
- the FIG shows the structure of the method as a block diagram.
- the gradient module 1 is given starting values 3 by a memory module 5, from which the closest optimum is found in a number of steps or iterations with the aid of numerical differentiation.
- the basis for this optimization is the functional values determined for each set of control values and environmental values on the basis of an objective function 7 based on a physical model.
- Restrictions on the manipulated variables are incorporated additively into the objective function 7 by a penalty function.
- the penalty function returns the value zero, so that no modification of the objective function 7 takes place. If the restrictions are violated, the penalty function returns a value greater (less) zero if it is a minimization problem (maximization problem). Due to a steadily increasing (falling) relationship between the error resulting from the violation of the restrictions and the function value of the penalty function, the optimization method working with the target function 7 modified by the penalty function is automatically guided in the direction of the valid range, provided the penalty function has a magnitude greater slope than the objective function. In order to ensure this, a strongly increasing penalty function is used, whereby an optimum of the unmodified objective function becomes the optimum of the objective function 7 only under active consideration of the restrictions within the required accuracy.
- the gradient method makes it possible to find a local optimum of control values for the operation of the power plant. However, in particular when there is a change in the ambient values which can not be influenced by the operating personnel, there may possibly be another global optimum which can not be found by the gradient method.
- a random generator module 13 is provided which generates in each cycle for each control value 15 approximately equally distributed random values within their respective definition range.
- the randomly generated set of control values 15 is evaluated via the target function 7 and supplied together with the function value of the target function 7 as a first input sentence to the comparison module 17, which receives as a second input set the determined by the gradient method sentence from the comparison memory module 11.
- the comparison module 17 compares the function values of the two input sets and, in each calculation cycle, switches the input set to the output having the smaller (larger) function value if minimization (maximization) is provided.
- the addition of a second or further random number generator modules 13 may also be considered.
- the optimization space exponentially growing with the number of control values 15 can be searched stochastically more intensively, thus accelerating the finding of the global optimum.
- the output of the comparison module 17 is connected to a comparison memory module 19 which stores in the time window in which the gradient method is running the smallest or largest function value with the associated control values from the comparison module 17. If the gradient method converges, the stored set is transferred to the storage module 5 and from there to the control device 21 of the power plant, the storage module 5 being connected upstream of the gradient module 1 and delivering its starting values 3. At the same time, the newly found optimum, which is present in the comparison memory modules 9 connected downstream in the gradient module 1, is forwarded to the memory module 11 before the comparison module 17, and in the next cycle the comparison memory modules 9, 19 are reset.
- the random number generator of each variable is based on the linear congruence generator and is a pseudo-random generator, since the same random number sequence occurs at each start is issued. Like many random number generators, the linear congruence generator works with the modulo function, which outputs the remainder of a division.
- the recursive prescription of random numbers y i t ⁇ 0 1 and the random variables x i t ⁇ ULx i LLx i describe Equations 1 and 2.
- the comparison module 17 has analog input sets f ( x 1 , x 1 , and f ( x 2 , x 2 (and optionally f ( x 3 , x 3 )) as well as a set of analogue outputs f ( x ) x ,
- the third input is normally hidden and not connected, which means that the value is zero. So that this does not lead to a malfunction of the comparison module 17, internally at all inputs, if the value zero is present, this is replaced by the smallest (maximization) or largest (minimization) representable value, so that the desired functionality of the filtration is maintained. This must be taken into account in particular if the optimum sought is zero, since this is consequently not taken into account.
- the memory module 5, 11 has an analog input set f ( x ) and x , a binary input SET and an analog output set f ( x ) and x , Setting SET to 1 switches the value set at the input to the output, stores it at 0 when SET is reset, and stops at the output until the SET input is set to 1 again.
- the gradient method forms, as the name already suggests, the partial derivatives of the objective function after the manipulated variables in order to determine the direction of optimization. For this purpose, starting from the location vector x x t , which in the first iteration of the seed vector x s is formed, supporting points, each in the direction of a control value x i order ULx i - LLx i 1 / dx are shifted. By evaluating the objective function at the support points and forming the discretized partial derivatives, the search direction results.
- the normalized search direction is achieved by dividing the search direction vector (gradient) by the amount of the largest partial derivative so that the normalized main search component has the magnitude one.
- the initial step size is formed from the domain of definition (U Lx i - LLx i ) of the control values with the largest partial derivative by using steps 1 . 5 min ⁇ step is multiplied. The new vector x t + 1 results from the previous totalized search direction stretched over the step size. This procedure is repeated until the value of the objective function does not change steadily, but oscillates. If the numerically formed gradients have changed their sign three times in series, the value "steps" is internally reduced by one and the method continues with reduced step size. The convergence criterion is met when the step size reaches zero, or the value of the objective function does not change within four iterations. In that case, the binary output "conv" becomes true and the gradient method can be restarted by actuating the "RS" input and new start values.
- the optimization problem can be scaled. In this way, consideration is primarily given to the requirement of a specific accuracy of the solution, based on the definition range of the manipulated variables 15.
- the size of the smallest increment in the main search direction can be set via "min-step” just before convergence. This is 1 min step the definition range of the control values 15, which has the largest partial derivative in the immediate vicinity of the optimum. This allows the required accuracy of the solution to be set.
- the "steps" parameter is used to define the initial step size, which is greater by steps 1.5 than the final step range, based on the definition range of the manipulated variables 15 with the currently largest partial derivative. With the help of this simple, heuristic step size control, the convergence speed can be significantly accelerated.
- a method for system control in a power plant in the above-mentioned embodiment satisfies the requirements for integrated use in process control technology and makes it possible to quickly find a globally optimal set of control values 15. Thus, a particularly efficient operation of the power plant is made possible with high efficiency and / or very low pollutant emissions.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anlagensteuerung in einer Kraftwerksanlage, bei dem für eine Mehrzahl von Sätzen von Stellwerten jeweils aus einem Satz von Umgebungswerten einerseits und dem jeweiligen Satz von Stellwerten andererseits ein den jeweiligen Sätzen zugeordneter Funktionswert einer auf einem physikalischen Modell basierenden Zielfunktion erzeugt wird, wobei derjenige Satz von Stellwerten zur Weiterleitung an eine Steuereinrichtung der Kraftwerksanlage ausgewählt wird, dessen zugeordneter Funktionswert ein vorgegebenes Optimierungskriterium erfüllt.The invention relates to a method for system control in a power plant, in which for a plurality of sets of control values each of a set of environmental values on the one hand and the respective set of control values, on the other hand, a functional value of a target function based on a physical model is assigned to the respective sets, wherein the set of control values for forwarding to a control device of the power plant is selected, the associated function value meets a predetermined optimization criterion.
In einem Kraftwerk wird nicht-elektrische Energie, beispielsweise in Form fossiler Brennstoffe in elektrische Energie umgewandelt und einem Stromnetz zur Verfügung gestellt. Je nach verwendetem Typ des benutzten Rohstoffs für die Erzeugung elektrischer Energie unterscheidet man beispielsweise Kohlekraftwerke, Kernkraftwerke, Gas- und Dampfturbinenwerke etc.In a power plant non-electrical energy, for example in the form of fossil fuels is converted into electrical energy and made available to a power grid. Depending on the used type of raw material used for the production of electrical energy, for example, a distinction is made between coal-fired power plants, nuclear power plants, gas and steam turbine plants, etc.
Durch die weltweit steigende Nachfrage an Energie und der Verknappung fossiler Primärenergieträger steigt dabei derzeit der Preis für die maßgeblich zur Verstromung eingesetzten Rohstoffe. Dazu kommen immer strengere Umweltauflagen bzgl. Feinstaub, NOX, SO2 und CO2. Daher wird angestrebt, die Effizienz der Kraftwerke, d. h. deren Wirkungsgrad zu erhöhen.Due to the increasing global demand for energy and the shortage of fossil primary energy sources, the price of the raw materials used for electricity generation is currently rising. These increasingly stringent environmental regulations, come respect. Particulate NO x, SO 2 and CO 2. Therefore, the aim is to increase the efficiency of power plants, ie their efficiency.
Neben der kostenintensiven Weiterentwicklung und Erneuerung von Anlagenkomponenten lässt sich durch eine moderne Prozessleittechnik auch die Prozessführung unter Einbezug aktueller Randbedingungen optimieren. Dabei können unterschiedliche Optimierungskriterien wie z. B. eine Erhöhung des Wirkungsgrades oder eine Verminderung der Schadstoffemissionen gewünscht sein. Entscheidungen, die traditionell auf der Erfahrung des Bedienpersonals basierten, können dabei heute mit Hilfe von Rechnern und den entsprechenden Verfahren auf Grundlage physikalischer Modelle, welche den Kraftwerksprozess mathematisch modellieren, getroffen werden.In addition to the cost-intensive further development and renewal of plant components, modern process control technology also optimizes process control, taking current boundary conditions into account. In this case, different optimization criteria such. B. be desired to increase the efficiency or a reduction of pollutant emissions. Decisions that were traditionally based on the experience of operating personnel can now be based on computers and the corresponding procedures Basis of physical models that mathematically model the power plant process.
Üblicherweise umfasst ein derartiges Verfahren eine Zielfunktion, welche auf Basis eines physikalischen Modells der entsprechenden Kraftwerksanlage aus einem Satz von Prozesswerten einen beispielsweise skalar- oder vektorwertigen Funktionswert erzeugt. Die Prozesswerte umfassen dabei einerseits solche, die durch äußere Einflüsse bestimmt werden (Umgebungswerte) wie beispielsweise Umgebungs- und Kühlwassertemperatur, und die sich im laufenden Betrieb ändern. Die Umgebungswerte stellen also aktuelle Randbedingungen dar, auf die man keinen Einfluss hat, die aber einen Einfluss auf den Prozess haben.Usually, such a method comprises a target function, which generates a scalar or vector-valued function value based on a physical model of the corresponding power plant from a set of process values. On the one hand, the process values include those that are determined by external influences (environmental values), such as ambient and cooling water temperatures, and that change during operation. The environmental values represent current boundary conditions that you have no influence on but that have an influence on the process.
Andererseits umfassen die Prozesswerte auch die Stellwerte wie beispielsweise Position eines Stellantriebes oder Ventils oder Menge des zugeführten Brennstoffs, die im laufenden Betrieb des Kraftwerks vom Bedienpersonal oder einer automatisierten Steuereinrichtung beeinflusst werden können, d. h. in gewissen Grenzen frei wählbare Prozess- oder Zustandsgrößen. Jeder Satz von Stellwerten in Verbindung mit den Umgebungswerten ergibt einen Wert der Zielfunktion, der zur Bewertung des jeweiligen Satzes herangezogen werden kann und es wird üblicherweise der Satz von Stellwerten zur Weiterleitung an eine Steuereinrichtung der Kraftwerksanlage ausgewählt, dessen zugeordneter Funktionswert ein vorgegebenes Optimierungskriterium erfüllt. Im Falle eines skalaren Funktionswertes kann dies beispielsweise der größte oder kleinste Funktionswert sein.On the other hand, the process values also include the control values, such as, for example, the position of an actuator or valve or the amount of fuel supplied, which can be influenced by operating personnel or an automated control device during ongoing operation of the power station, i. H. within certain limits freely selectable process or state variables. Each set of control values in conjunction with the ambient values yields a value of the target function that can be used to evaluate the respective set and usually the set of control values for forwarding to a control device of the power plant is selected, the associated function value meets a predetermined optimization criterion. For example, in the case of a scalar function value, this may be the largest or smallest function value.
Um einen optimalen Satz von Stellwerten zur Steuerung der Kraftwerksanlage zu finden, werden üblicherweise Gradientenverfahren zum Finden eines Minimums oder Maximums der Zielfunktion angewendet. Hierfür sind verschiedene Verfahren wie beispielsweise die Methode des steilsten Abstiegs, das (Quasi-)Newton-Verfahren, die sequentielle quadratische Programmierung oder der Simplexalgorithmus bekannt. Gemein ist den Gradientenverfahren dabei, dass ausgehend von einem Startwert ein lokales Maximum oder Minimum der Zielfunktion gefunden wird.In order to find an optimal set of manipulated variables to control the power plant, gradient methods are commonly used to find a minimum or maximum of the objective function. For this purpose, various methods such as the steepest descent method, the (quasi) Newton method, the sequential quadratic programming or the simplex algorithm are known. Common is the gradient method in that starting from a starting value, a local maximum or minimum of the target function is found.
Die physikalischen Modelle von Kraftwerksanlagen, aus denen sich die Zielfunktion für die Optimierung ergibt, sind meist nicht linear und im Allgemeinen nicht konvex. Abhängig vom gewählten Startwert kann daher das Gradientenverfahren unter Umständen ein lokales Maximum oder Minimum, d. h. einen lokal optimierten Betriebszustand der Kraftwerksanlage finden, jedoch ist dabei nicht sichergestellt, dass dabei auch der global optimale Betriebszustand gefunden wird.The physical models of power plants that yield the objective function of optimization are mostly non-linear and generally non-convex. Depending on the chosen starting value, therefore, the gradient method may under certain circumstances be a local maximum or minimum, ie. H. find a locally optimized operating state of the power plant, but this does not ensure that it also the globally optimal operating condition is found.
Aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anlagensteuerung in einer Kraftwerksanlage sowie eine Steuerungsvorrichtung für eine Kraftwerksanlage anzugeben, welche bei möglichst geringem steuertechnischem Aufwand einen verbesserten Betrieb der Kraftwerksanlage bezüglich eines gegebenen Optimierungskriteriums wie z. B. eine Verbesserung des Wirkungsgrads oder eine Reduktion der Emissionen ermöglichen.The invention is therefore an object of the invention to provide a method for plant control in a power plant and a control device for a power plant, which at the lowest possible tax expenditure improved operation of the power plant with respect to a given optimization criterion such. B. allow an improvement in the efficiency or a reduction of emissions.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die Anzahl von Sätzen von Stellwerten zusätzlich zu einem Startsatz und einem von dem Startsatz und dessen zugeordneten Funktionswert ausgehend mittels eines Gradientenverfahrens ermittelten Satz weiterhin einen mittels eines Zufallsgenerators ausgewählten Satz umfasst.With regard to the method, this object is achieved according to the invention in that the number of sets of control values in addition to a starting set and a set determined by the gradient method from the starting set and its assigned function value further comprises a set selected by means of a random generator.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein verbesserter Betrieb der Kraftwerksanlage möglich wäre, wenn bei der Bestimmung der Stellwerte der Kraftwerksanlage hinsichtlich des gegebenen Optimierungskriteriums wie Wirkungsgraderhöhung und/oder Emissionsminderung auch global ein optimierter Satz von Stellwerten gefunden werden könnte. Dies könnte beispielsweise mit einer Monte-Carlo-Methode geschehen, die zufallsbasiert Stellwerte auswählt und deren Funktionswerte vergleicht und gegebenenfalls in einem weiteren Schritt im Bereich des besten Stellwertsatzes eine weitere Anzahl von zufällig ausgewählten Stellwerten überprüft. Ein derartiges Verfahren ist jedoch vergleichsweise zeitaufwändig und rechenintensiv und daher auch rechentechnisch vergleichsweise aufwändig. Daher sollte das vergleichsweise schnellere Gradientenverfahren grundsätzlich beibehalten werden, jedoch in der Art einer hybriden Struktur durch ein zufallsbasiertes System erweitert werden, so dass auch das Auffinden eines globalen Optimums von Stellwerten ermöglicht wird. Dies ist erreichbar, indem zusätzlich ein mittels eines Zufallsgenerators ermittelter Satz von Stellwerten und dessen zugeordneter Funktionswert der Zielfunktion während des Gradientenverfahrens eingebracht wird, und dieser zufällige Satz von Stellwerten beim Vergleich der Sätze von Stellwerten und deren jeweiligen Funktionswerten eingeht.The invention is based on the consideration that an improved operation of the power plant would be possible if In determining the control values of the power plant, an optimized set of control values could also be found globally with regard to the given optimization criterion, such as increasing the efficiency and / or reducing emissions. This could be done, for example, with a Monte Carlo method, which randomly selects control values and compares their functional values and optionally in another Step in the range of the best manipulated variable set another number of randomly selected control values checked. However, such a method is relatively time-consuming and computationally intensive and therefore also computationally comparatively expensive. Therefore, the comparatively faster gradient method should basically be retained, but extended in the manner of a hybrid structure by a random-based system, so that the finding of a global optimum of control values is also made possible. This can be achieved by additionally introducing a set of control values determined by a random generator and its assigned function value of the target function during the gradient process, and this random set of control values when comparing the sets of control values and their respective functional values.
Durch die Kombination eines gradientenbasierten Verfahrens mit einem Zufallsmodell wird einerseits das Auffinden eines globalen Optimums für die Stellwerte für die Anlagensteuerung gewährleistet, andererseits eine vergleichsweise schnelle Konvergenz des Optimierungsalgorithmus auf geeignete Stellwerte gesichert. Daher ist ein derartig ausgestalteter Algorithmus auch für eine Online-Optimierung im Kraftwerksprozess geeignet, d. h. für eine Anpassung der Stellwerte auf den jeweils optimalen Betriebszustand während des laufenden Betriebs der Kraftwerksanlage. Dazu wird das Verfahren vorteilhafterweise zyklisch wiederholend in der Art einer Schleife ausgeführt, wobei der ausgewählte Satz von Stellwerten eines Zyklus der Startsatz des auf diesen folgenden Zyklus ist. Dadurch kann auch während des Betriebs des Kraftwerks ein einmal eingestellter und gefundener Satz von Stellwerten weiter verbessert werden und es findet eine kontinuierliche Suche nach globalen Optima statt.The combination of a gradient-based method with a random model on the one hand ensures the finding of a global optimum for the control values for the system control, on the other hand ensures comparatively fast convergence of the optimization algorithm to suitable control values. Therefore, such a designed algorithm is also suitable for online optimization in the power plant process, d. H. for adapting the control values to the respectively optimum operating state during the ongoing operation of the power plant. For this purpose, the method is advantageously carried out cyclically repeating in the manner of a loop, wherein the selected set of control values of one cycle is the starting set of the cycle following this. As a result, once set and found set of control values can be further improved during operation of the power plant and there is a continuous search for global optima.
Dies ist insbesondere hinsichtlich der sich im Betrieb ändernden Umgebungsparameter von besonderem Nutzen. Ändert sich nämlich beispielsweise ein Umgebungsparameter wie beispielsweise die Kühlwassertemperatur, ist der eingestellte Satz von Stellwerten unter Umständen nicht mehr der optimale Satz von Stellwerten. In diesem Fall wird mittels des kontinuierlich ausgeführten Gradientenverfahrens der Satz von Stellwerten so weit geändert, dass wieder ein neues Optimum hinsichtlich der gewählten Optimierungskriterien eingestellt wird. Aufgrund des komplexen Zusammenhangs der Umgebungswerte mit dem Funktionswert der Zielfunktion kann sich jedoch bei einer Änderung der Umgebungswerte auch ein neues globales Optimum ergeben, welches mit einem reinen Gradientenverfahren nicht gefunden werden würde, da dieses im lokalen Optimum verbleiben würde. Die Verbindung des zufallsbasierten Systems mit dem Gradientenverfahren in zyklischer Ausführung ermöglicht ein Auffinden eines neuen globalen Optimums im Betrieb. Dieses neue Optimum wird dann an eine Steuereinrichtung der Kraftwerksanlage weitergeleitet und kann dort dem Betriebspersonal angezeigt werden und ermöglicht so ein schnelles Reagieren und damit einen besonders effizienten Betrieb der Kraftwerksanlage.This is particularly useful in terms of changing environmental parameters during operation. For example, if an environmental parameter, such as the cooling water temperature, changes, for example, the set of Control values may no longer be the optimal set of control values. In this case, the set of control values is changed so far by means of the continuously executed gradient method that a new optimum with regard to the selected optimization criteria is set again. Due to the complex relationship between the ambient values and the function value of the objective function, however, a change in the ambient values may also result in a new global optimum, which would not be found with a pure gradient method, since this would remain at the local optimum. The connection of the random-based system with the gradient method in cyclic execution makes it possible to find a new global optimum in operation. This new optimum is then forwarded to a control device of the power plant and can there be displayed to the operating personnel and thus enables a rapid response and thus a particularly efficient operation of the power plant.
Eine Online-Optimierung in der Anlagensteuerung einer Kraftwerksanlage ermöglicht es, zu jedem Betriebszeitpunkt einen optimalen Satz von Stellwerten zu ermitteln, der einen besonders effizienten Betrieb der Kraftwerksanlage gewährleistet. Um diesen Satz von Stellwerten möglichst schnell der Anlagensteuerung der Kraftwerksanlage zukommen zu lassen, wird der ausgewählte Satz von Stellwerten vorteilhafterweise in der Steuereinrichtung an den einzelnen Stellwerten jeweils zugeordnete Stelleinrichtungen der Kraftwerksanlage übergeben. Durch eine derartige direkte Weiterleitung der Stellwerte an die entsprechenden Stelleinrichtungen wie beispielsweise die Brennstofffördereinrichtung wird eine besonders schnelle, automatische Optimierung des Kraftwerksbetriebes erreicht. Dabei ist kein Eingriff von Betriebspersonal mehr notwendig, so dass einerseits ein automatisierter Betrieb der Kraftwerksanlage gewährleistet ist und andererseits eine besonders schnelle Weiterleitung der optimalen Stellwerte an die Stelleinrichtungen erfolgt.An online optimization in the plant control of a power plant system makes it possible to determine an optimum set of control values at each operating time, which ensures particularly efficient operation of the power plant. In order to allow this set of control values to be transmitted as quickly as possible to the plant control of the power plant, the selected set of control values is advantageously transferred in the control device to the individual control values respectively assigned control devices of the power plant. By such a direct forwarding of the control values to the corresponding control devices such as the fuel conveyor, a particularly fast, automatic optimization of the power plant operation is achieved. In this case, no intervention of operating personnel is more necessary so that on the one hand automated operation of the power plant is guaranteed and on the other hand, a particularly fast forwarding of the optimum control values to the control devices takes place.
Der Betrieb einer Kraftwerksanlage unterliegt neben den äußeren Einflüssen, die durch die Umgebungswerte eingehen, auch weiteren Restriktionen, unter deren Berücksichtigung die Steuerung und Optimierung durchgeführt werden muss. Derartige Restriktionen können im einfachsten Fall Grenzen einzelner Variablen sein, wie beispielsweise des Kühlwassermassenstroms, oder aber komplexere Zusammenhänge. Diese lassen sich im physikalischen Modell beispielsweise durch Gleichungen oder Ungleichungen, in denen mehrere Variablen kombiniert auftreten, ausdrücken. Um auch derartige Restriktionen bei der Optimierung und Anlagensteuerung angemessen zu berücksichtigen, umfasst die Zielfunktion vorteilhafterweise eine Straffunktion. Eine derartige Straffunktion ist so aufgebaut, dass sie den Wert Null liefert, sofern die Restriktionen nicht verletzt sind, und einen monoton steigenden Zusammenhang zwischen dem Fehler aus der Restriktionsverletzung und ihrem Funktionswert enthält. Durch die Addition von Ziel- und Straffunktion ergibt sich so eine Modifizierung der Zielfunktion, an der die Optimierung durchgeführt wird. Durch diese erzwungene Verschlechterung der Zielfunktionswerte im unzulässigen Bereich liefert das Verfahren einen Satz von Stellwerten, bei dem die Restriktionen nicht verletzt werden. Außerdem ist das Verfahren dadurch in der Lage, auch von einem unzulässigen Startwert das Gradientenverfahren und damit die Optimierung zu beginnen, was bei anderen Verfahren zur Einbindung von Restriktionen nicht immer der Fall ist. Dies ermöglicht eine weitere Vereinfachung des Verfahrens.The operation of a power plant, in addition to the external influences, which enter through the environmental values, also other restrictions, under whose consideration the control and optimization must be performed. Such restrictions may in the simplest case be limits of individual variables, such as the cooling water mass flow, or more complex relationships. These can be expressed in the physical model, for example, by equations or inequalities in which several variables occur in combination. In order to adequately take into account such restrictions in the optimization and system control, the objective function advantageously comprises a penalty function. Such a penalty function is designed to provide a value of zero, provided that the restrictions are not violated, and contains a monotonically increasing relationship between the error from the restriction violation and its function value. The addition of the target and penalty functions thus results in a modification of the objective function at which the optimization is carried out. As a result of this forced deterioration of the target function values in the impermissible range, the method provides a set of manipulated variables in which the restrictions are not violated. In addition, the method is thereby able to start even from an illegal starting value, the gradient method and thus the optimization, which is not always the case with other methods for the integration of restrictions. This allows a further simplification of the method.
Bei der Ermittlung eines Satzes von Stellwerten mittels des Gradientenverfahrens dient der Gradient als Indikator für die Richtung, in der die jeweiligen Stellwerte verändert werden müssen, um zu einem optimalen Stellwertsatz zu gelangen. Fraglich ist, wie weit die Stellwerte jedoch verändert werden müssen, d. h. welche Schrittweite bei der Anwendung des Gradientenverfahrens zur Anwendung kommen soll. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass in jeder Iteration eine eindimensionale Optimierung entlang der Suchrichtung durchgeführt wird und so eine scheinbar optimale Schrittweite gefunden wird. Diese führt jedoch dazu, dass die Suchrichtung jeweils orthogonal zur vorherigen ist, da die partielle Ableitung an der aktuellen Stelle nach der vorherigen Suchrichtung durch die eindimensionale Optimierung in der vorangegangenen Iteration auf den Wert Null minimiert wurde. Dieser Effekt führt bei schmalen Tälern der Zielfunktion zu einem Zickzackverlauf mit sehr kleinen Schrittweiten und damit zu vielen Iterationen. Da aber gerade im Falle einer OnlineOptimierung eine schnelle Konvergenz angestrebt werden soll, da die Sätze von Stellwerten unmittelbar zum Einsatz in der Kraftwerksanlage kommen sollen, wird vorteilhafterweise vor der jeweiligen Ermittlung des Satzes mittels des Gradientenverfahrens eine Schrittweite vorgegeben. Eine vorgegebene Schrittweite ermöglicht eine schnelle Durchführung des Gradientenverfahrens und sollte so lange konstant gehalten werden, bis eine Iteration (bei einer Minimierung) einen größeren Funktionswert liefert als die vorherige. Dann wird die Schrittweite verkleinert und von dem besten Wert das Verfahren weitergeführt. Dadurch ist eine besonders schnelle Ausführung des Verfahrens und eine besonders effiziente Online-Optimierung des Kraftwerksbetriebes möglich.When determining a set of manipulated variables by means of the gradient method, the gradient serves as an indicator for the direction in which the respective manipulated variables must be changed in order to arrive at an optimum manipulated variable set. It is questionable, however, how far the control values have to be changed, ie which step size should be used in the application of the gradient method. This can be done, for example, by performing a one-dimensional optimization along the search direction in each iteration and thus finding a seemingly optimal step size becomes. However, this results in the search direction being orthogonal to the previous one, since the partial derivative at the current location after the previous search direction was minimized to zero by the one-dimensional optimization in the previous iteration. This effect leads to a zigzag course in narrow valleys of the objective function with very small step sizes and thus to many iterations. Since, however, in the case of online optimization, a fast convergence should be sought, since the sets of control values are to be used directly in the power plant, a step size is advantageously predetermined by the gradient method before the respective determination of the set. A given step size allows the gradient method to be carried out quickly and should be kept constant until one iteration (when minimized) provides a greater function value than the previous one. Then the step size is reduced and the process proceeds from the best value. As a result, a particularly fast execution of the method and a particularly efficient online optimization of the power plant operation is possible.
Bezüglich der Steuerungsvorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Steuerungsvorrichtung für eine Kraftwerksanlage mit einem Zufallsgeneratormodul und einem Gradientenmodul, welche Datenausgangsseitig mit einem Vergleichsmodul verbunden sind, wobei die Steuerungsvorrichtung für die Ausführung des genannten Verfahrens ausgelegt ist. Vorteilhafterweise kommt eine derartige Steuerungsvorrichtung in einer Kraftwerksanlage mit einer Steuereinrichtung und einer derartigen mit der Steuereinrichtung dateneingangsseitig verbundenen Steuerungsvorrichtung zum Einsatz.With regard to the control device, the object is achieved by a control device for a power plant with a random generator module and a gradient module, which data output side are connected to a comparison module, wherein the control device is designed for carrying out said method. Advantageously, such a control device is used in a power plant with a control device and such with the control device data input side connected control device used.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die zusätzliche Berücksichtigung eines mittels eines Zufallsgenerators ausgewählten Satzes von Stellwerten die Möglichkeit des Auffindens einer globalen Lösung mittels des Zufallsgenerators mit der Schnelligkeit des Gradientenverfahrens verbunden wird. Über den Zufallsgenerator werden potentielle Startwerte für das Gradientenverfahren erzeugt, die übernommen werden, sofern sie - im Sinne des physikalischen Modells der Zielfunktion - besser sind als das vom Gradientenverfahren bisher gefundene lokale Optimum. Durch die zyklische Anwendung des Verfahrens und der Verwendung aktueller Umgebungswerte, die direkt aus dem Prozessleitsystem entnommen werden können, ist das Verfahren onlinefähig. Ändert sich der Betriebszustand der Anlage, so fließen diese Informationen online in das physikalische Prozessmodell ein und der Optimierungsalgorithmus findet schnell das neue Optimum. Dabei kann das Verfahren in der Prozessleittechnik eines Kraftwerks zunächst als Hilfestellung für das Bedienpersonal dienen, für eine schnelle Reaktion der Kraftwerksleittechnik jedoch auch direkt an entsprechende Stellantriebe zur automatischen Weiterleitung eingeschaltet werden. Dadurch wird ein besonders effizienter Betrieb einer Kraftwerksanlage bei gering gehaltenem technischen Aufwand ermöglicht.The advantages achieved by the invention are, in particular, that the possibility of finding a global solution by means of the random number generator with the rapidity of the control by the additional consideration of a set of control values selected by means of a random generator Gradient method is connected. The random number generator generates potential starting values for the gradient method, which are adopted if they are better in the sense of the physical model of the objective function than the local optimum previously found by the gradient method. Due to the cyclical application of the process and the use of current environmental values, which can be taken directly from the process control system, the process is online-enabled. If the operating status of the system changes, this information flows into the physical process model online and the optimization algorithm quickly finds the new optimum. The process in the process control technology of a power plant can initially serve as an aid to the operating personnel, but are also switched directly to corresponding actuators for automatic forwarding for a quick reaction of the power plant control technology. As a result, a particularly efficient operation of a power plant plant is made possible with low technical effort.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die FIG eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Anlagensteuerung einer Kraftwerksanlage.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Therein, the FIG shows a schematic representation of the method for plant control of a power plant.
Das in der FIG dargestellte Verfahren optimiert zyklisch wiederholend die Stellwerte für die Kraftwerksanlage, um einen besonders effizienten Betrieb des Kraftwerks zu erreichen. Durch die zyklische Wiederholung ist das Verfahren onlinefähig, d. h., es kann direkt in die Prozessleittechnik integriert werden und während des Betriebs die momentan optimalen Stellwerte ermitteln. Ein möglicher Anwendungsbereich ist beispielsweise die Optimierung des Intervalls zwischen den Rußblasevorgängen im Kessel der Kraftwerksanlage sowie deren Dauer und die Säuberungsabstände der Filter in der Rauchgasreinigung, wo zwischen kurzzeitiger Minderfunktion und längerfristiger Effizienzerhöhung abgewägt wird. Zwei weitere Optimierungsprobleme aus dem Kraftwerksbereich sind die Bestimmung des optimalen Kühlwassermassenstroms, sofern sich dieser regeln lässt, und die Prozessführung bei der Verbrennung unter Einhaltung von Emissionsgrenzen und anlagenbedingten Einschränkungen.The method illustrated in the FIGURE optimizes cyclically repeating the control values for the power plant to achieve a particularly efficient operation of the power plant. As a result of the cyclical repetition, the process is online-capable, ie it can be integrated directly into the process control technology and determine the currently optimum control values during operation. One possible area of application is, for example, the optimization of the interval between the sootblowing operations in the boiler of the power plant and its duration and the cleaning intervals of the filters in the flue gas cleaning, where a consideration is drawn between short-term malfunction and longer-term increase in efficiency. Two further optimization problems from the power plant area are the determination of the optimum cooling water mass flow, provided that this is regulated, and the litigation in the case of incineration in compliance with emission limits and plant-related restrictions.
Die FIG zeigt den Aufbau des Verfahrens als Blockschaltbild. Dem Gradientenmodul 1 werden Startwerte 3 von einem Speichermodul 5 übergeben, von denen aus in einer Anzahl von Schritten bzw. Iterationen mit Hilfe numerischer Differentiation das nächstliegende Optimum gefunden wird. Basis für diese Optimierung sind die zu jedem Satz von Stellwerten und Umgebungswerten anhand einer auf einem physikalischen Modell basierenden Zielfunktion 7 ermittelten Funktionswerte.The FIG shows the structure of the method as a block diagram. The gradient module 1 is given
Dabei werden Restriktionen an die Stellwerte durch eine Straffunktion additiv in die Zielfunktion 7 eingebunden. Solange die Restriktionen eingehalten werden, liefert die Straffunktion den Wert Null, so dass keine Modifikation der Zielfunktion 7 erfolgt. Bei Verletzung der Restriktionen liefert die Straffunktion einen Wert größer (kleiner) Null, wenn es sich um ein Minimierungsproblem (Maximierungsproblem) handelt. Durch einen stetig steigenden (fallenden) Zusammenhang zwischen dem Fehler, der sich aus der Verletzung der Restriktionen ergibt, und dem Funktionswert der Straffunktion wird das Optimierungsverfahren, das mit der durch die Straffunktion modifizierten Zielfunktion 7 arbeitet, automatisch in Richtung des gültigen Bereiches gelenkt, vorausgesetzt die Straffunktion hat eine betragsmäßig größere Steigung als die Zielfunktion. Um dies zu gewährleisten, wird eine stark ansteigende Straffunktion verwendet, wodurch ein Optimum der unmodifizierten Zielfunktion nur unter aktiver Berücksichtigung der Restriktionen innerhalb der geforderten Genauigkeit zum Optimum der Zielfunktion 7 wird.Restrictions on the manipulated variables are incorporated additively into the objective function 7 by a penalty function. As long as the restrictions are met, the penalty function returns the value zero, so that no modification of the objective function 7 takes place. If the restrictions are violated, the penalty function returns a value greater (less) zero if it is a minimization problem (maximization problem). Due to a steadily increasing (falling) relationship between the error resulting from the violation of the restrictions and the function value of the penalty function, the optimization method working with the target function 7 modified by the penalty function is automatically guided in the direction of the valid range, provided the penalty function has a magnitude greater slope than the objective function. In order to ensure this, a strongly increasing penalty function is used, whereby an optimum of the unmodified objective function becomes the optimum of the objective function 7 only under active consideration of the restrictions within the required accuracy.
Im Gradientenmodul 1 können bereits mehrere Iterationen des Gradientenverfahrens durchgeführt werden, so dass bereits hier ein besonders genauer Satz von Stellwerten eines lokalen Optimums gefunden werden kann. Der so gefundene Satz von Stellwerten wird zusammen mit den jeweils zugeordneten Funktionswerten der Zielfunktion 7 an ein Vergleichsspeichermodul 9 weitergegeben. Dieses vergleicht den aktuellen Funktionswert mit dem (im Sinne der Zielfunktion 7) bisher besten und schaltet in jedem Zyklus denjenigen Satz zum Speichermodul 11 durch, der den kleineren (größeren) Funktionswert besitzt, sofern es sich um eine Minimierung (Maximierung) handelt.Several iterations of the gradient method can already be carried out in the gradient module 1, so that a particularly accurate set of control values of a local optimum can already be found here. The set of control values thus found becomes together with the respective assigned function values the target function 7 to a comparison memory module 9 passed. This compares the current function value with that best (in the sense of the objective function 7) and, in each cycle, switches over that set to the memory module 11 which has the smaller (larger) function value, provided that it is a minimization (maximization).
Das Gradientenverfahren ermöglicht das Finden eines lokalen Optimums von Stellwerten für den Betrieb der Kraftwerksanlage. Insbesondere bei einer Änderung der Umgebungswerte, die durch das Betriebspersonal nicht beeinflussbar sind, kann jedoch unter Umständen ein anderes globales Optimum vorliegen, welches durch das Gradientenverfahren nicht gefunden werden kann. Um auch in diesem Fall einen besonders effizienten Betrieb der Kraftwerksanlage zu gewährleisten, ist ein Zufallsgeneratormodul 13 vorgesehen, welches in jedem Zyklus für jeden Stellwert 15 annähernd gleich verteilte Zufallswerte innerhalb ihres jeweiligen Definitionsbereiches generiert. Der zufällig generierte Satz von Stellwerten 15 wird über die Zielfunktion 7 ausgewertet und zusammen mit dem Funktionswert der Zielfunktion 7 als erster Eingangssatz dem Vergleichsmodul 17 zugeführt, welches als zweiten Eingangssatz den durch das Gradientenverfahren ermittelten Satz aus dem Vergleichsspeichermodul 11 erhält. Das Vergleichsmodul 17 vergleicht die Funktionswerte der zwei Eingangssätze und schaltet in jedem Rechenzyklus den Eingangssatz zum Ausgang durch, der den kleineren (größeren) Funktionswert besitzt, wenn eine Minimierung (Maximierung) vorgesehen ist.The gradient method makes it possible to find a local optimum of control values for the operation of the power plant. However, in particular when there is a change in the ambient values which can not be influenced by the operating personnel, there may possibly be another global optimum which can not be found by the gradient method. In order to ensure a particularly efficient operation of the power plant in this case too, a
Bei einer Erweiterung des Systems für die Behandlung einer größeren Anzahl an Stellwerten 15 kann auch die Hinzunahme eines zweiten oder weiterer Zufallsgeneratormodule 13 in Betracht gezogen werden. Damit lässt sich der mit der Anzahl der Stellwerte 15 exponentiell wachsende Optimierungsraum stochastisch intensiver durchsuchen, und damit die Auffindung des globalen Optimums beschleunigen.In an extension of the system for the treatment of a larger number of
Der Ausgang des Vergleichsmoduls 17 ist mit einem Vergleichsspeichermodul 19 verbunden, welches in dem Zeitfenster, in dem das Gradientenverfahren läuft, den kleinsten bzw. größten Funktionswert mit den dazugehörigen Stellwerten aus dem Vergleichsmodul 17 speichert. Konvergiert das Gradientenverfahren, wird der gespeicherte Satz an das Speichermodul 5 und von dort an die Steuereinrichtung 21 der Kraftwerksanlage übergeben, wobei das Speichermodul 5 dem Gradientenmodul 1 vorgeschaltet ist und dessen Startwerte 3 liefert. Gleichzeitig wird das neu gefundene Optimum, das in das in dem Gradientenmodul 1 nachgeschalteten Vergleichsspeichermodulen 9 vorliegt, an das Speichermodul 11 vor dem Vergleichsmodul 17 weitergegeben und im nächsten Zyklus werden die Vergleichsspeichermodule 9, 19 zurückgesetzt.The output of the comparison module 17 is connected to a
Durch diesen Aufbau wird ein gefundenes Optimum so lange unverändert in der Schleife gehalten, bis entweder aus dem stochastischen Teil ein besserer Stellwertesatz das Ergebnis des letzten Zyklus des Gradientenverfahrens ersetzt oder durch eine Veränderung der Umgebungswerte sich die Lage des Optimums verschoben hat.By means of this design, a found optimum is kept unchanged in the loop until either a better set value set has been replaced from the stochastic part by the result of the last cycle of the gradient process or the position of the optimum has shifted due to a change in the ambient values.
Im Folgenden werden die einzelnen Module des Verfahrens detaillierter beschrieben.In the following, the individual modules of the method are described in more detail.
Das Zufallsgeneratormodul 13 besitzt acht analoge Eingänge zum Angeben der oberen (ULxi) und unteren (LLxi) Grenze jedes Stellwerts 15 (hier: 4). In jedem Rechenzyklus wird ein Satz aus Zufallsvariablen xi (i = 1, 2, 3, 4) erzeugt, die an den vier Ausgängen anliegen, wobei jede einzelne Variable innerhalb ihres Definitionsbereiches annähernd gleichverteilt ist. Damit soll sichergestellt werden, dass der gesamte Definitionsbereich der Variablen abgedeckt wird, und somit die globale Optimierung erfolgreich ist.The random
Der Zufallsgenerator jeder einzelnen Variablen basiert auf dem linearen Kongruenzgenerator und ist ein Pseudozufallsgenerator, da bei jedem Starten die gleiche Zufallszahlenfolge ausgegeben wird. So wie viele Zufallsgeneratoren arbeitet auch der lineare Kongruenzgenerator mit der Modulo-Funktion, die den Rest einer Division ausgibt. Die rekursive Bildungsvorschrift der Zufallszahlen
Für die Realisierung der Modulo-Funktion wurde von dem Ergebnis der Division der abgerundete Wert abgezogen, um den Rest zu erhalten. Das Abrunden geschieht durch eine Fallunterscheidung nach folgender Logik:
- Z0 = 0
- wenn Zahl > 1 und Zahl < 2
- Z1 = 1
- wenn Zahl > 2 und Zahl < 3
- Z2 = 2
- (...)
- abgerundete
- Z 0 = 0
- if number> 1 and number <2
- Z 1 = 1
- if number> 2 and number <3
- Z 2 = 2
- (...)
- rounded
Bei dieser Vorgehensweise müssen die Parameter a, b und m so gewählt werden, dass alle möglichen Ergebnisse einem Fall in der Fallunterscheidung entsprechen, um eine annähernd gleichverteilte Zahlenfolge zu erhalten.In this procedure, the parameters a, b and m must be chosen so that all possible results correspond to a case in the case distinction in order to obtain an approximately equally distributed number sequence.
Das Vergleichsmodul 17 besitzt analoge Eingangssets f(
Der dritte Eingang ist im Normalfall ausgeblendet und nicht angeschlossen, wodurch der Wert Null anliegt. Damit das nicht zu einer Fehlfunktion des Vergleichsmoduls 17 führt, wird intern an allen Eingängen, sofern der Wert Null anliegt, dieser durch den kleinsten (Maximierung) bzw. größten (Minimierung) darstellbaren Wert ersetzt, so dass die gewünschte Funktionalität der Filtration erhalten bleibt. Dies muss insbesondere beachtet werden, wenn das gesuchte Optimum bei Null liegt, da dies folglich nicht berücksichtigt wird.The third input is normally hidden and not connected, which means that the value is zero. So that this does not lead to a malfunction of the comparison module 17, internally at all inputs, if the value zero is present, this is replaced by the smallest (maximization) or largest (minimization) representable value, so that the desired functionality of the filtration is maintained. This must be taken into account in particular if the optimum sought is zero, since this is consequently not taken into account.
Das Speichermodul 5, 11 besitzt ein analoges Eingangsset f(
Das Vergleichsspeichermodul 9, 19 besitzt ein analoges Eingangsset f(
Das Gradientenmodul 1 besitzt für jeden Stellwert xi (hier: 4) drei analoge Eingänge zur Festlegung der oberen (U Lxi) und unteren (LLxi) Grenze sowie des Startwertes xis. Weiterhin gibt es einen analogen Eingang f(
Das Gradientenverfahren bildet, wie der Name schon verrät, die partiellen Ableitungen der Zielfunktion nach den Stellwerten, um die Optimierungsrichtung zu ermitteln. Dazu werden, ausgehend von dem Ortsvektor
Durch Einbeziehung der Grenzen jedes einzelnen Stellwertes 15 lässt sich das Optimierungsproblem skalieren. Auf diese Art wird in erster Linie auf die Anforderung einer bestimmten Genauigkeit der Lösung, bezogen auf den Definitionsbereich der Stellwerte 15 Rücksicht genommen. So lässt sich über "min-step" die Größe der kleinsten Schrittweite in die Hauptsuchrichtung kurz vor Konvergenz angeben. Diese beträgt
Für die Einbindung der Straffunktionen sind ein binärer Eingang
Die Restriktionen der Form
- wenn
- e1 = 0
- sonst
- e1 = g(
x )1 - wenn
- e2 = 0
- sonst
- e2 = g(
x )2 - e = e1 + e2
- if
- e 1 = 0
- otherwise
- e 1 = g (
x 1 - if
- e 2 = 0
- otherwise
- e 2 = g (
x 2 - e = e 1 + e 2
Für den selteneren Fall einer Restriktion in Form einer Gleichung
Ein Verfahren zur Anlagensteuerung in einer Kraftwerksanlage in oben genannter Ausgestaltung genügt den Anforderungen für den integrierten Einsatz in der Prozessleittechnik und ermöglicht es, schnell einen global optimalen Satz von Stellwerten 15 zu finden. Somit wird ein besonders effizienter Betrieb der Kraftwerksanlage mit einem hohen Wirkungsgrad und/oder besonders geringen Schadstoffemissionen ermöglicht.A method for system control in a power plant in the above-mentioned embodiment satisfies the requirements for integrated use in process control technology and makes it possible to quickly find a globally optimal set of control values 15. Thus, a particularly efficient operation of the power plant is made possible with high efficiency and / or very low pollutant emissions.
Claims (7)
- Method for the installation control in a power plant, wherein a functional value of a target function (7) based on a physical model is generated for a plurality of sets of variables (15) from respectively a set of environment variables on the one hand and the respective set of variables (15) on the other hand, said functional value being allocated to the respective sets, wherein the set of variables (15) is selected to be transmitted to a control device (21) of the power plant whose allocated functional value complies with a predefined optimisation criterion, wherein, in addition to a starting set and a set determined on the basis of the starting set and the functional value allocated thereto by means of a gradient method, the number of sets of variables (15) further comprises a set selected by a random generator.
- Method for installation control in a power plant, in which the method according to claim 1 is performed with cyclic repetition in the form of a loop, wherein the selected set of variables (15) of a cycle is the starting set of the cycle following this cycle.
- Method according to claim 1 or 2, in which the selected set of variables (15) is forwarded in the control device (21) to the respective control devices of the power plant allocated to the individual variables.
- Method according to one of claims 1 to 3, in which the target function (7) comprises a penalty function.
- Method according to one of claims 1 to 4, in which, before the determination in each case of the set by means of the gradient method, an increment is predefined.
- Control apparatus for a power plant with a random generator module (13) designed to determine a random set of variables and a gradient module (1) designed to determine an optimal set of variables, which are connected on the data output side to a comparison module (17) designed to compare sets of variables, wherein the control apparatus is designed to perform the method according to one of claims 1 to 5.
- Power plant with a control device (21) and a control apparatus according to claim 6 connected to the control device (12) on the data input side.
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