KR100757679B1 - Integrated control system for the dearator process of combined cycle thermal plant and method therefor - Google Patents

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KR100757679B1 KR1020060120176A KR20060120176A KR100757679B1 KR 100757679 B1 KR100757679 B1 KR 100757679B1 KR 1020060120176 A KR1020060120176 A KR 1020060120176A KR 20060120176 A KR20060120176 A KR 20060120176A KR 100757679 B1 KR100757679 B1 KR 100757679B1
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이봉국
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Abstract

An integrated control system for a deaerator process of a combined thermal power plant and a method for the same are provided to adjust all kinds of factors and simplify the tuning of a control system by realizing integrated control. An integrated control system for a deaerator process of a combined thermal power plant includes a deaerator process unit(1), low-ranking control devices(5), a DB handling device(70), a monitor control device(80), and an integrated high-ranking control handling device(100). The low-ranking control devices detect a controlled variable having the water level, the flux, and the pressure of each storage tank of the deaerator process unit to control an operation of the corresponding storage tank. The DB handling device collects all kinds of the controlled variables from the low-ranking control devices to save the controlled variables. The integrated high-ranking control handling device transmits a manipulated variable to the low-ranking control devices through The DB handling device. The monitor control device manages and controls various processes of a deaerator and selects low-ranking control or integrated high-ranking control which is as an operation mode of the deaerator process unit by collecting data saved and collected in the DB handling device.

Description

복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템 및 그 방법{INTEGRATED CONTROL SYSTEM FOR THE DEARATOR PROCESS OF COMBINED CYCLE THERMAL PLANT AND METHOD THEREFOR}INTEGRATED CONTROL SYSTEM FOR THE DEARATOR PROCESS OF COMBINED CYCLE THERMAL PLANT AND METHOD THEREFOR}

도 1은 일반적인 복합화력발전소의 탈기기 공정에서의 복수의 저장탱크에 대한 유량흐름 및 제어를 나타낸 개략적인 계통도이다.1 is a schematic system diagram showing a flow rate and control of a plurality of storage tanks in a degasser process of a general combined cycle power plant.

도 2는 본 발명에 의한 복합화력발전소의 탈기기 공정에서의 통합제어 개념을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the concept of integrated control in the degasser process of the combined cycle power plant according to the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 하위제어장치와 연관된 통합상위제어처리장치의 세부 구성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the detailed configuration of the integrated upper control processing apparatus associated with the lower control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모델예측제어부의 모델예측제어 알고리즘을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a model prediction control algorithm of a model prediction control unit according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 모델예측제어부의 모델에 대한 정의를 나타낸 출력외란 모델이다.5 is an output disturbance model showing the definition of the model of the model prediction control unit according to the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 통합상위제어처리장치의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart showing the operation of the integrated upper control processing apparatus according to the present invention.

도 7은 본 발명에 의한 구성정의 정보를 수집하기 위한 공정 모델인식 과정을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a process model recognition process for collecting configuration definition information according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1: 탈기기공정부 5: 하위제어장치들 1: deaerator process part 5: sub-control devices

10: 응축기 20: 제 1하위제어장치10: condenser 20: first sub-control device

30: 저압히터 40: 제 2하위제어장치30: low pressure heater 40: second sub-control device

50: 탈기기(Dearator) 60: 제 3하위제어장치50: deaerator 60: third sub-control device

70: DB처리장치 80: 감시제어장치70: DB processing device 80: supervisory control device

90: 분산제어시스템(DCS) 100: 통합상위제어처리장치(MPC)90: distributed control system (DCS) 100: integrated upper control processing unit (MPC)

110: DCS인터페이스 120: 구성정의부110: DCS interface 120: configuration definition

130: 시스템모델부 140: 시스템인식부130: system model unit 140: system recognition unit

150: 모델예측제어부 151: 시스템초기구성부150: model prediction control unit 151: system super mechanical part

153: 모델상태업그레이드부 155: 모델예측치계산부153: model state upgrade unit 155: model predictive calculation unit

157: 최적조작변수계산부 LT: 수위센서157: optimum operating variable calculation unit LT: water level sensor

LC: 수위제어기 FL: 유량센서LC: level controller FL: flow sensor

FC: 유량제어기 PT: 압력센서FC: flow controller PT: pressure sensor

본 발명은 복합화력발전소의 탈기기 공정의 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 다변수 모델예측제어시스템(Model Predictive Control)을 탈기기(Dearator), 응축기(Condenser), 저압히터(LP Heater)에 의해 운영되는 탈기기 응축순환 공정에 적용함에 따라 탈기기공정 제어 시스템을 운영하는데 있어 종래의 제어 방식보다 우수한 제어 성능을 얻을 수 있는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control system for a degassing process of a combined cycle power plant, and in particular, a multivariate model predictive control system is operated by a deaerator, a condenser, and a low pressure heater. The present invention relates to an integrated control system and a method for a degassing process of a combined cycle power plant that can obtain a superior control performance than a conventional control method in operating a degassing process control system according to the deaerator condensation circulation process.

복합화력발전은 천연가스나 경유 등의 연료를 사용하여 1차로 가스터빈을 돌려 발전하고, 가스터빈에서 나오는 배기가스열을 다시 보일러에 통과시켜 증기를 생산해 2차로 증기터빈을 돌려 발전하는 것이다. 복합화력발전은 두 차례에 걸쳐 발전을 하기 때문에 기존 화력보다 열효율이 10%정도가 높고, 공해도 적고, 정지했다가 다시 가동하는 시간도 짧다는 장점도 있다. Combined cycle power generation uses fuels such as natural gas or diesel to turn the gas turbine first, and heats the exhaust gas from the gas turbine back to the boiler to produce steam, which in turn generates the steam turbine. Combined cycle power generation generates power twice, which has the advantage of 10% higher thermal efficiency, less pollution, and shorter operation time.

그리고, 복합화력발전은 현재 연료를 태워 얻은 증기를 이용하여 터빈-제너레이터(Turbine-Generator)를 돌려 전기를 발생시킴과 아울러 터빈을 지나친 증기를 이용하여 난방수를 가열함에 따라 아파트 등의 지역난방에 활용되기도 한다.In addition, the combined cycle power generator generates electricity by turning a turbine-generator using steam obtained by burning fuel, and heats the heating water using steam that passes through the turbine. It can also be used.

도 1은 일반적인 복합화력발전소의 탈기기 공정에서의 복수의 저장탱크에 대한 유량흐름 및 제어를 나타낸 개략적인 계통도로서, 상기 저장탱크로는 응축기(10; Condenser), 저압히터(30; LP Heater) 및 탈기기(50; Dearator)가 있다.FIG. 1 is a schematic system diagram illustrating a flow rate and control of a plurality of storage tanks in a degassing process of a general combined cycle power plant. The storage tank includes a condenser (10) and a low pressure heater (LP heater). And a deaerator 50.

상기 응축기(10)는 터빈으로부터 배출되는 증기(steam)를 제공받아 소정의 냉각공정을 통해 응축수로 변환한 후 생성된 응축수를 탈기기(50)로 전달하도록 구성되어 있다.The condenser 10 is configured to receive steam discharged from the turbine, convert the condensate into a condensate through a predetermined cooling process, and then deliver the generated condensate to the degasser 50.

상기 저압히터(30)는 터빈으로부터 배출되는 일부 증기(steam)를 제공받아 지역난방으로 공급되는 온수와의 열교환을 수행함과 아울러 열교환된 응축수를 탈기기(50)로 전달하도록 구성되어 있다.The low pressure heater 30 is configured to receive some steam discharged from the turbine, perform heat exchange with hot water supplied to district heating, and deliver heat exchanged condensed water to the degasser 50.

상기 탈기기(50)는 응축기(10)와 저압히터(30)로부터 공급되는 응축수를 제공받아 저장하며 저장된 응축수에 포함된 불순물을 제거한 후 보일러 측으로 보내도록 구성되어 있다. The degasser 50 is configured to receive and store the condensed water supplied from the condenser 10 and the low pressure heater 30 and to remove impurities contained in the stored condensed water and to send it to the boiler side.

통상, 복합화력 공정에서는 상기 각 저장탱크(10, 30, 50)의 수위 제어가 보일러와 터빈의 제어에 있어서 상당히 중요한 제어 공정이다.In general, in the combined cycle process, the level control of each of the storage tanks 10, 30, and 50 is a very important control process in the control of the boiler and the turbine.

그런데, 이러한 공정에 있어서 각 저장탱크의 크기와 조절밸브의 사이 간격이 멀고, 저장탱크 간에서 출력되는 유량에 의해 각 저장탱크의 수위제어 상호 간에 간섭이 커서 효율적인 제어 성능을 구현하기가 곤란하다. However, in this process, the size of each storage tank and the distance between the control valve is far, and the interference between the water level control of each storage tank by the flow rate output between the storage tanks is difficult to implement efficient control performance.

이러한 공정에 있어서 기존의 제어 방식은 PID(Proportional plus Integral plus Derivative) 제어에 의한 캐스케이드(Cascade) 연결방식을 이용하여 각 제어루프를 독립적으로 구현할 수밖에 없다. 즉, 응축기(10)의 수위제어는 수위센서(21), 수위제어기(22), 유량센서(23) 및 유량제어기(24)를 포함한 제 1하위제어장치(20)에 의해 개별 제어되고, 저압히터(30)의 수위제어는 수위센서(41), 수위제어기(42), 유량센서(43) 및 유량제어기(44)를 포함한 제 2하위제어장치(40)에 의해 개별 제어되며, 탈기기(50)의 수위제어는 수위센서(61), 수위제어기(62) 및 유량센서(63)를 포함한 제 3하위제어장치(60)에 의해 개별 제어된다. In such a process, the conventional control method has to implement each control loop independently by using a cascade connection method by PID (Proportional plus Integral plus Derivative) control. That is, the level control of the condenser 10 is individually controlled by the first sub-control device 20 including the level sensor 21, the level controller 22, the flow rate sensor 23, and the flow rate controller 24, and the low pressure. The water level control of the heater 30 is individually controlled by the second sub control device 40 including the water level sensor 41, the water level controller 42, the flow rate sensor 43, and the flow rate controller 44. The level control of 50 is individually controlled by a third sub-control device 60 including a level sensor 61, a level controller 62 and a flow rate sensor 63.

상기 각 하위제어장치(20, 40, 60)는 수위검출센서(LT)와 수위제어기(LC), 유량검출센서(FT), 및 유량제어기(FC)를 포함하여 이루어져 있는 데, 상기 LT, LC, FT 및 FC는 캐스케이드 방식으로 연결되어 제어루프를 형성하고 있다. 그리고 상기 유량제어기(FC) 또는 수위제어기(LC)가 유량조절밸브의 개폐량을 조절제어함에 따 라 저장탱크로 공급되고 배출되는 유량이 개별적으로 제어하게 된다.Each of the lower control devices 20, 40, and 60 includes a water level detection sensor LT, a water level controller LC, a flow rate detection sensor FT, and a flow rate controller FC. , FT and FC are cascaded to form a control loop. In addition, the flow controller FC or the water level controller LC controls the flow rate of the flow control valve to individually control the flow rate supplied to and discharged from the storage tank.

또한, 만약 저압히터(30)와 응축기(10)의 합해진 유량으로 탈기기(50)의 필요 수위 제어가 곤란한 경우는 보충밸브(67)를 제어하여 보충수를 이용하여 추가 공급하거나, 배출구의 배출밸브(68)를 이용하여 탈기기에 과다 공급된 유량을 제거한다. In addition, if it is difficult to control the required level of the deaerator 50 due to the combined flow rate of the low pressure heater 30 and the condenser 10, the replenishment valve 67 is controlled to additionally supply the replenishment water or discharge the outlet. The valve 68 is used to remove the excess flow rate to the degasser.

이러한 경우에 세 개의 저장탱크의 수위를 제어하기 위해 세 개의 하위제어장치에 의해 종속성을 각 하위제어장치 자체에서 고려하지 못하고 각각의 인터록 기능이나 부가 기능을 추가하여 보상하거나 운영되는 방식이므로, 종속성에 따른 불필요한 동작이 발생하게 된다. 예를 들면, 탈기기로 과도한 보충수가 발생하거나 배출 동작이 발생하게 된다. 따라서, 부하 변동시나 외란 등에 대한 자동적인 신속한 대응이 용이하지 않고 복잡하다. 특히 저압히터의 수위는 증기의 유량 변화에 민감하여 운영자들의 중요 감시점이 되어 이러한 복합 공정과 관련하여 운영자는 운영에 있어서 불편함을 감수해야만 한다.In this case, the three sub-controllers do not consider the dependencies in each sub-controller itself in order to control the level of the three storage tanks, but each interlock function or additional function is added to compensate or operate. Unnecessary operation occurs accordingly. For example, degassing may result in excessive replenishment water or drainage operations. Therefore, automatic and rapid response to load fluctuations or disturbances is not easy and complicated. In particular, the low-pressure heater level is sensitive to changes in the flow of steam, making it an important monitoring point for operators.

따라서, 종래에는 탈기기, 응축기, 저압히터의 각 저장탱크의 크기와 공정 특성이 다르고, 그 차이에 의해 상호 간섭이 크므로 제어에 어려움이 있었다. 이에 대응하기 위해서는 각종 보상이나 인터럽트를 사용해야 하므로 대응책이 복잡한 문제점이 있었다. Therefore, in the related art, the size and process characteristics of each storage tank of the deaerator, the condenser, and the low pressure heater are different, and the mutual interference is large due to the difference. In order to cope with this, various countermeasures and interrupts must be used.

또한, 복수의 저장탱크가 독립적인 제어 방식을 사용함으로써, 상호간의 종속적 영향을 종합적으로 하나의 제어기 내에서 처리할 수가 없었고, 부하 변동시 신속한 대응 곤란하며, 운영자는 각 저장탱크에 수위 변동을 항상 감시해야만 하므 로 민감한 수위 변동에 의해 운영의 어려움이 많았다. In addition, by using a plurality of storage tanks independent control method, it is not possible to cope with each other's dependent effects in one controller, and it is difficult to respond quickly to load fluctuations, and the operator always changes the level of water in each storage tank. Since it had to be monitored, it was difficult to operate due to sensitive level fluctuations.

본 발명의 목적은 복합화력발전에서 탈기기 공정의 탈기기, 응축기, 저압히터의 복합 운영시, 다변수 모델예측 제어방식(Model Predictive Control) 방식을 적용함에 따라 탈기기 공정과 관련된 3개의 저장탱크(탈기기, 응축기, 저압히터)의 수위 상/하한 조건을 보다 용이하고 효율적으로 제어할 수 있는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide three storage tanks associated with the deaerator process by applying the multivariate model predictive control method in the combined operation of the deaerator, condenser, low pressure heater of the deaerator process in the combined cycle power plant The present invention provides an integrated control system and method for the deaeration process of a combined cycle power plant that can more easily and efficiently control the water level upper and lower limits of a deaerator, a condenser, and a low pressure heater.

본 발명의 다른 목적은 복합화력발전에서 탈기기 공정의 통합제어를 위해 모델링과 제어를 오프라인과 온라인에서 수행하고, 이를 위해 별도의 시스템에서 기존 하위제어장치와 연동하여 제어하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to perform modeling and control offline and online for the integrated control of the degassing process in the combined cycle power generation, and for this purpose degassing apparatus of the combined cycle power plant to control in conjunction with the existing sub-controller in a separate system To provide an integrated control system and method for the process.

본 발병의 또다른 목적은 복합화력발전의 탈기기 공정에 있어서 통합제어를 구현하는 경우에 이를 운영하는 운영자가 통합상위제어처리기를 보다 효과적으로 튜닝, 운영할 수 있고, 하위제어장치에서는 통합상위제어처리장치와 연동하여 운영할 때 통합상위제어처리장치의 이상시 이상 상태를 파악하여 수동이나 자동으로 모드 변환하는 기능을 부여할 수 있는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to implement the integrated control in the degassing process of the combined cycle power generation, the operator who operates it can tune and operate the integrated high level control processor more effectively, and the integrated high level control processing in the lower control device. Provides integrated control system and method for degassing process of combined cycle power plant that can give the function of manually or automatically mode by detecting abnormal state of integrated upper control processing device when operating in conjunction with device There is.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 복합화력발전소에서 응축기와 저압히터 및 탈기기와 같은 저장탱크를 포함한 탈기기공정부의 탈기기 공 정을 제어하기 위한 시스템에 있어서, 상기 탈기기공정부의 각 저장탱크의 수위와 유량 및 압력을 포함한 제어변수를 검출하여 해당 저장탱크의 작동을 제어하는 하위제어장치들; 상기 하위제어장치들로부터 각종 제어변수를 수집하여 저장하는 DB처리장치; 상기 DB처리장치로부터 응축기와 저압히터 및 탈기기의 수위와 유량 또는 압력과 같은 제어변수를 각각 수집하여 각종 제어변수를 기초로 통합제어 과정을 계산하고, 상기 계산한 결과로 생성된 조작변수를 DB처리장치를 통해 해당 하위제어장치로 전송하는 통합상위제어처리장치; 및 상기 DB처리장치에 수집, 저장된 데이터를 수집하여 탈기기의 제반 공정을 제어 및 감시 관리함과 아울러 탈기기공정부의 운영모드인 하위제어 또는 통합상위제어를 선택 제어하는 감시제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Technical means of the present invention for achieving the above object is a system for controlling the degassing process of the degassing process unit including a storage tank such as a condenser, low pressure heater and degassing in a combined cycle power plant, the degassing process unit Sub-controllers for controlling the operation of the storage tank by detecting a control variable including the level and flow rate and pressure of each storage tank of the; A DB processing apparatus for collecting and storing various control variables from the lower control apparatuses; Collecting control variables such as the water level, flow rate or pressure of the condenser, low pressure heater and deaerator from the DB processing device, and calculating integrated control processes based on various control variables, and calculating the operating variables generated as a result of the DB. An integrated upper control processing device for transmitting to the lower control device through the processing device; And a supervisory control device for collecting and storing data collected and stored in the DB processing device to control and monitor overall processes of the deaerator, and to selectively control a lower control or an integrated upper control which is an operation mode of the deaerator process unit. It features.

구체적으로, 상기 통합상위제어처리장치는, 랜을 통해 DB처리장치 및 감시제어장치와 연결되어 데이터 통신을 하는 DCS인터페이스; 제어변수의 정의와 하위제어장치의 식별정보 및 운영 방식에 대한 정의를 갖는 구성정의부; 모델 파라미터 정의 내용을 관리하는 시스템모델부; 탈기기 공정의 시스템을 인식하는 처리를 테스트 신호를 하위제어장치로 보내고, 응답 결과를 수집하여 자동으로 탈기기공정부의 인식을 수행하여, 인식된 파라미터를 계산하여 시스템모델부에 저장하는 시스템인식부; 및 미리 정의된 정보를 활용해 지정된 주기에 따라 운영되어 DCS인터페이스로부터 수집된 제어변수(Controlled variable)와, 외란변수(Disturbance variable) 및 운영모드 정보를 수집하여 다변수 모델예측알고리즘을 수행하여 제어데이터를 계산하고, 계산결과로 얻어진 조작변수(Manipulated variable)값을 DCS인 터페이스를 통해 하위제어장치로 전송하는 모델예측제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the integrated upper control processing apparatus, the DCS interface connected to the DB processing apparatus and the supervisory control apparatus via a LAN for data communication; A configuration definition unit having a definition of a control variable and a definition of identification information and an operation method of a lower control device; A system model unit managing model parameter definitions; The system recognition unit sends a test signal to the lower control device to recognize the system of the deaerator process, collects the response results, automatically performs the recognition of the deaerator process unit, calculates the recognized parameters, and stores them in the system model unit. ; And control data collected from the DCS interface by using predefined information, collected from the DCS interface, and collected the disturbance variable and operation mode information to perform a multivariate model prediction algorithm. And a model predictive control unit which transmits the manipulated variable value obtained as a result of the calculation to the lower control apparatus through the DCS interface.

상기 구성정의부는, 상기 통합상위제어처리장치의 실행주기 및 개수의 정의와, 제어변수, 외란변수 및 조작변수의 상/하한치의 정의와, DB처리장치와 감시제어장치 및 하위제어장치의 네트웍 어드레스 및 운전모드 태그의 정의, 튜닝요소 변수값의 정의, 및 변수의 초기화 정의 내용을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.The configuration definition unit may include definitions of execution cycles and numbers of the integrated upper control processor, definition of upper and lower limits of control variables, disturbance variables, and operation variables, and network addresses of the DB processing unit, the monitoring control unit, and the lower control unit. And an operation mode tag definition, a tuning element variable value definition, and an initialization definition content of the variable.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 복합화력발전소에서 응축기와 저압히터 및 탈기기와 같은 저장탱크를 포함한 탈기기공정부의 탈기기 공정을 제어하기 위한 방법에 있어서, 통합상위제어처리장치는 구성정의 정보를 수집하되 모델 예측을 위한 필요한 변수 및 파라미터를 생성하고, 가중치요소의 초기화를 수행하는 제 1단계; 통합상위제어처리장치는 감시제어장치로부터 운전모드를 수집하여 통합제어 모드일 경우에는 감시제어장치로부터 제어변수와 외란변수값을 수집하는 제 2단계; 상기에서 수집된 정보를 이용하여 제어변수와 외란변수 행렬을 계산하는 제 3단계; 상기 계산단계를 수행한 후 내부적인 필요 변수값들을 조율하고, 칼만필터를 이용하여 계산하여 탈기기 공정의 상태를 추정하고 예측하는 제 4단계; 상기에서 계산된 예측치를 이용하여 목적함수를 최소화시키는 조작변수를 결정하는 제 5단계; 및 상기에서 결정된 조작변수값을 해당 하위제어장치로 전송하고 하위제어장치는 전송된 조작변수에 따라 탈기기공정부를 제어하는 제 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The technical method of the present invention for achieving the above object is, in the combined cycle power plant in the method for controlling the degassing process of the degassing process unit including a storage tank such as a condenser, low pressure heater and degasser, The first step of collecting the configuration definition information, generating the necessary variables and parameters for model prediction, and performing the initialization of the weight factor; The integrated upper control processing apparatus may include collecting a driving mode from the monitoring control apparatus and collecting control variable and disturbance variable values from the monitoring control apparatus in the integrated control mode; A third step of calculating a control variable and disturbance matrix using the collected information; A fourth step of estimating and predicting a state of the degassing process by adjusting internal necessary parameter values after performing the calculating step and calculating using a Kalman filter; A fifth step of determining an operation variable that minimizes an objective function using the predicted value calculated above; And a sixth step of transmitting the operation variable value determined above to the corresponding lower control device and controlling the degassing process unit according to the transmitted operating variable.

구체적으로, 상기 제 1단계는, 모델 정보, 제어기 정보, DCS 태그 및 연결 정보 등을 복합화력 공정의 탈기기 공정에 적용시 결정하게 되어 파일 형태(csv, txt 등)로 저장하는 수집단계; 통합상위제어처리장치의 모델 예측을 위한, Sx, Sd, Su의 행렬값을 하기의 수학식 14와 같이 생성하고 가중치 행렬의 초기화를 수행하는 초기화단계; 통합상위제어처리장치는 DCS연결 정보를 이용하여 감시제어장치와의 접속 연결을 시도하는 연결단계; 및 상기 감시제어장치로부터 탈기기공정의 운전모드를 수집하여 운전모드가 통합제어 모드인지를 판단하는 모드판단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the first step, the collection step of determining the model information, controller information, DCS tag and connection information, etc. when applying to the degassing process of the combined cycle process to store in a file form (csv, txt, etc.); An initialization step of generating matrix values of Sx, Sd, and Su as shown in Equation 14 and performing initialization of the weight matrix for model prediction of the integrated upper control processor; The integrated upper control processing device may include: a connection step of attempting connection connection with the monitoring control device using the DCS connection information; And a mode determination step of determining whether the operation mode is an integrated control mode by collecting the operation mode of the degassing process from the monitoring and control device.

상기 수집단계를 수행하기 전에, 공정의 수식모델과 실험모델을 선택할 것인가에 대한 판단을 수행하는 단계; 상기 수식모델이 선택될 경우 수식모델 정의에 필요한 정보를 수집하는 단계; 부하 평형식(load balancing equation)과 같은 수식을 이용하여 모델 계산을 수행하는 단계; 기존의 운영 데이터와 비교하여 계산된 모델이 정확한가를 판단하여 모델을 확정하는 단계; 및 상기 계산된 모델이 부적합하여 재정의가 필요할 경우는 파라미터를 변경, 수정하여 파라미터를 재정의하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.Before performing the collecting step, determining whether to select a mathematical model and an experimental model of the process; Collecting information necessary for defining a mathematical model when the mathematical model is selected; Performing model calculation using an equation such as a load balancing equation; Determining the model by determining whether the calculated model is accurate by comparing with the existing operational data; And redefining the parameter by changing and modifying the parameter when the calculated model is inappropriate and needs to be redefined.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 복합화력발전소의 탈기기 공정에서의 통합 제어 개념을 나타낸 도면으로서, 탈기기공정부(1)와 하위제어장치(20, 40, 60) 및 통합상위제어처리장치(100)를 나타낸 것이다.2 is a view showing an integrated control concept in a degasser process of a combined cycle power plant according to the present invention, the degasser process unit 1, the lower control unit (20, 40, 60) and the integrated upper control processor (100) It is shown.

즉, 탈기기공정부(1)는 복수의 저장탱크가 있는 데, 저장탱크로는 응축 기(10; Condenser), 저압히터(30; LP Heater) 및 탈기기(50; Dearator)가 있다.That is, the degassing process unit 1 has a plurality of storage tanks, the storage tank is a condenser (10; condenser), low pressure heater (30; LP heater) and the degasser (Dearator 50).

상기 응축기(10)는 터빈으로부터 배출되는 일부 증기(steam)를 제공받아 소정의 냉각공정을 통해 응축수로 변환한 후 생성된 응축수를 탈기기(50)로 전달하도록 구성되어 있고, 상기 저압히터(30)는 터빈으로부터 배출되는 일부 증기(steam)를 제공받아 지역난방으로 공급되는 온수와의 열교환을 수행함과 아울러 열교환된 응축수를 탈기기(50)로 전달하도록 구성되어 있으며, 상기 탈기기(50)는 응축기(10)와 저압히터(30)로부터 배출된 응축수를 제공받아 저장하며 응축수에 포함된 불순물을 제거하여 보일러 측으로 공급하도록 구성되어 있다. The condenser 10 is configured to receive some steam discharged from the turbine and convert it into condensate through a predetermined cooling process and then transfer the generated condensate to the deaerator 50, and the low pressure heater 30 ) Is provided to receive some steam discharged from the turbine to perform heat exchange with hot water supplied to district heating, and to deliver the heat-exchanged condensate to the degasser 50, wherein the degasser 50 is The condensed water discharged from the condenser 10 and the low pressure heater 30 is received and stored, and is configured to remove impurities contained in the condensed water and supply it to the boiler side.

아울러, 복합화력발전 공정에서는 상기 탈기기(50)의 수위 제어와, 응축기(10)의 수위 제어 및 저압히터(30)의 수위 제어가 보일러와 터빈의 제어에 있어서 상당히 중요한 제어 공정으로 작용한다.In addition, in the combined cycle power generation process, the water level control of the degasser 50, the water level control of the condenser 10, and the water level control of the low pressure heater 30 serve as important control processes in the control of the boiler and the turbine.

따라서, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 탈기기 공정의 다변수 통합상위제어처리장치(100)를 구성하기 위해 각 저장탱크(10, 30, 50)의 수위센서(LT)로부터 수위데이터를 직접 통합상위제어처리장치(100)의 입력변수(CV; 제어변수, Controlled Variable)로 받아들였고, 캐스케이드(Cascade) 방식으로 연결된 루프제어기인 하위제어장치(20, 40, 60)의 유량제어기(FC)를 통합상위제어처리장치(100)의 출력변수(MV; 조작변수, Manipulated Variable)로 연결하였다. 물론, 수위뿐만 아니라 유량센서(FT)와 압력센서(PT)를 통해 검출한 유량과 압력데이터를 통합상위제어처리장치(100)의 제어변수(CV)로 입력할 수도 있다. 그리고, 외란변수(DV; Disturbance Variable)도 계측신호에 의해 연결될 수 있다. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2, the water level data from the water level sensor LT of each of the storage tanks 10, 30, and 50 in order to configure the multi-variable integrated level control processing apparatus 100 of the degassing process. The flow controller (FC) of the lower controllers 20, 40, and 60, which are directly accepted as input variables (CV; Controlled Variable) of the integrated upper control processor 100 and are cascaded, are connected to the loop controller. ) Is connected to the output variable (MV; Manipulated Variable) of the integrated upper control processor (100). Of course, the flow rate and pressure data detected through the flow rate sensor FT and the pressure sensor PT may be input as the control variable CV of the integrated high-level control processing apparatus 100 as well. In addition, a disturbance variable (DV) may also be connected by a measurement signal.

아울러, 본 발명이 적용된 탈기기공정부(1)와 하위제어장치(20, 40, 60)의 구성은 상술한 도 1과 동일하다. 단지 하위제어장치에 의한 지역 제어일 경우에는 각 저장탱크의 유량제어기(FC)는 수위제어기(LC)와 유량센서(FT)에서 입력되는 데이터를 기준으로 유량조절밸브를 직접 제어하게 되지만, 통합상위제어처리장치(100)에 의한 통합제어일 경우에는 조작변수값(MV)이 각 저장탱크의 유량제어기(FC)로 출력되어 탈기기공정부(1)의 전반 공정을 일괄 제어하게 되는 것이 도 1과 상이한 것이다.In addition, the configuration of the degasser process unit 1 and the lower control apparatus 20, 40, 60 to which the present invention is applied is the same as that of FIG. In case of only local control by the lower control device, the flow controller (FC) of each storage tank directly controls the flow control valve based on the data inputted from the water level controller (LC) and the flow sensor (FT). In the case of the integrated control by the control processing device 100, the operation variable value MV is output to the flow controller FC of each storage tank to collectively control the overall process of the deaerator process unit 1 in FIG. It is different.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 하위제어장치와 연관된 통합상위제어처리장치의 세부 구성을 나타낸 도면으로서, 탈기기공정부(1)와 하위제어장치들(5), DB처리장치(70), 감시제어장치(80) 및 통합상위제어처리장치(100)를 포함하여 이루어져 있다.3 is a view showing the detailed configuration of the integrated upper control processing apparatus associated with the lower control apparatus according to an embodiment of the present invention, the degassing process unit 1, the lower control apparatus (5), DB processing apparatus 70, The monitoring control device 80 and the integrated upper control processing device 100 is configured.

상기 하위제어장치(5)는 탈기기공정부(1)의 각 저장탱크(10, 30, 50)의 수위와 유량 및 압력을 포함한 제어변수(CV)를 검출하여 해당 저장탱크의 작동을 제어하도록 구성되어 있다.The lower control device 5 is configured to detect the control variable (CV) including the water level, flow rate and pressure of each storage tank (10, 30, 50) of the degassing process unit 1 to control the operation of the storage tank. It is.

상기 DB처리장치(70)는 하위제어장치들(5)로부터 각종 제어변수(CV)를 수집하여 저장하도록 구성되어 있다.The DB processing apparatus 70 is configured to collect and store various control variables CV from the lower control apparatuses 5.

상기 통합상위제어처리장치(100)는 DB처리장치(70)로부터 응축기(10)와 저압히터(30) 및 탈기기(50)의 수위와 유량 또는 압력과 같은 제어변수(CV)를 각각 수집하여 각종 제어변수를 기초로 통합제어 과정을 계산하고, 상기 계산한 결과로 생성된 조작변수(MV)를 DB처리장치(70)를 통해 해당 하위제어장치(5)로 전송하도록 구성되어 있다.The integrated upper control processing apparatus 100 collects control variables CV such as the water level and the flow rate or the pressure of the condenser 10, the low pressure heater 30, and the degasser 50 from the DB processing apparatus 70, respectively. The integrated control process is calculated based on various control variables, and the operation variable MV generated as a result of the calculation is transmitted to the lower control device 5 through the DB processing apparatus 70.

상기 감시제어장치(80)는 DB처리장치(70)에 수집, 저장된 데이터를 수집하여 탈기기의 제반 공정을 제어 및 감시 관리함과 아울러 탈기기공정부(1)의 운전모드인 하위제어 또는 통합상위제어를 선택 제어하도록 구성되어 있다.The supervisory control device 80 collects and stores data collected and stored in the DB processing device 70 to control and monitor and manage various processes of the deaerator, as well as subordinate control or integrated upper control, which is an operation mode of the deaerator process unit 1. Is configured to control selection.

도시된 바와 같이, 탈기기공정부(1)의 하위제어장치(5), DB처리장치(70) 및 감시제어장치(80)를 포함하는 분산제어시스템(90; DCS, Distributed Control System)을 하위로 하고, 통합상위제어처리장치(100)를 상위로 하여 전체적인 시스템을 구성한다. As shown, the distributed control system 90 (DCS, Distributed Control System) including the lower control unit 5, the DB processing unit 70 and the supervisory control unit 80 of the deaerator process unit 1 below The overall system is configured with the integrated upper control processing apparatus 100 as a higher level.

즉, 하위제어장치(5)는 감시제어장치(80)에 RCS(Remote Control System)이나 TM/TC(Tele Monitoring and Tele Control Station)의 형태로 위치되어서, 각 공정 데이터(저장탱크의 수위정보, 유량정보, 압력정보, 외란정보 등)를 수집하여, 실시간 수집 및 지역 제어(local control)를 수행한다. That is, the lower control device 5 is located in the form of a remote control system (RCS) or tele-monitoring and tele control station (TM / TC) in the monitoring control device 80, so that each process data (water level information of the storage tank, Flow rate information, pressure information, disturbance information, etc.) are collected to perform real-time collection and local control.

실시간 데이터는 분산제어시스템(90)의 DB처리장치(70)에 LAN을 통해 저장 관리되어지고, 수집, 저장된 데이터는 분산제어시스템(90)의 감시제어장치(80)에서 관리되어 진다. 감시제어장치(80)에서는 운영자가 분산제어시스템(90)에 의하여 지역제어 모드를 선택하거나 통합제어 모드를 선택하거나 할 수 있도록 한다. Real-time data is stored and managed in the DB processing unit 70 of the distributed control system 90 via LAN, and the collected and stored data is managed by the supervisory control device 80 of the distributed control system 90. The supervisory control device 80 allows an operator to select the local control mode or the integrated control mode by the distributed control system 90.

통합상위제어처리장치(100)를 운영하기 위해서 필요한 정보들이 LAN을 통해 DCS인터페이스(110)에 의해 수집되어 지고, 통합상위제어처리장치(100)에서 통합제어 과정을 계산, 수행한 후 DCS인터페이스(110)를 통해 분산제어시스템(90)의 DB처리장치(70)를 통해 하위제어장치(5)의 원격 설정치로 송신되어 통합 제어를 수행하 게 된다.Information necessary for operating the integrated upper control processing apparatus 100 is collected by the DCS interface 110 through the LAN, and after the integrated control process is calculated and performed in the integrated upper control processing apparatus 100, the DCS interface ( It is transmitted to the remote control value of the lower control device 5 through the DB processing unit 70 of the distributed control system 90 through 110 to perform the integrated control.

이와 같이 작동하는 통합상위제어처리장치(100)의 세부 구성은, DCS인터페이스(110), 구성정의부(120), 시스템모델부(130), 시스템인식부(140), 모델예측제어부(150), 제어수단(160), 입출력수단(170) 및 저장부(180)를 포함하여 이루어져 있고, 분산제어시스템(90)은 하위제어장치(5)와, DB처리장치(70) 및 감시제어장치(80)를 포함하여 이루어져 있다.The detailed configuration of the integrated upper control processing apparatus 100 operating in this way, the DCS interface 110, the configuration defining unit 120, the system model unit 130, the system recognition unit 140, the model prediction control unit 150 And control means 160, input / output means 170, and storage unit 180, the distributed control system 90 includes a lower control unit 5, DB processing unit 70 and supervisory control unit ( 80).

상기 통합상위제어처리장치(100)의 DCS인터페이스(110)는 LAN을 통해 DB처리장치(70), 감시제어장치(80) 및 하위제어장치(5)와 연결되어 데이터 통신을 하도록 구성되어 있고, 구성정의부(120)는 제어변수의 정의와 하위제어장치(5)의 식별정보 및 운영 방식에 대한 구성을 정의하도록 이루어져 있고, 시스템모델부(130)는 모델 파라미터 정의 내용을 관리하도록 이루어져 있고, 시스템인식부(140)는 탈기기 공정의 시스템을 인식하는 처리를 테스트 신호를 하위제어장치(5)로 보내고, 응답 결과를 수집하여 자동으로 탈기기공정부(1)의 인식을 수행하여, 인식된 파라미터를 계산하여 시스템모델부(130)에 저장하도록 이루어져 있고, 모델예측제어부(150)는 미리 정의된 정보를 활용해 지정된 주기에 따라 운영되어 DCS인터페이스(110)로부터 수집된 제어변수(Controlled variable)와, 외란변수(Disturbance variable) 및 운영모드 정보를 수집하여 다변수 모델예측알고리즘을 수행하여 제어데이터를 계산하고, 계산결과로 얻어진 조작변수(Manipulated variable)값을 DCS인터페이스(110)를 통해 하위제어장치(5)로 전송하도록 이루어져 있다.The DCS interface 110 of the integrated upper control processing device 100 is configured to communicate with the DB processing device 70, the monitoring control device 80 and the lower control device 5 through a LAN for data communication. The configuration defining unit 120 is configured to define the control variable definition and the configuration of the identification information and the operating method of the lower control device 5, the system model unit 130 is configured to manage the model parameter definitions, The system recognition unit 140 sends a test signal to the lower control device 5 to recognize the system of the deaeration process, collects the response result, and automatically recognizes the deaeration process unit 1 to recognize the deaeration process. The parameter is calculated and stored in the system model unit 130, and the model predictive control unit 150 is operated according to a predetermined period by using the predefined information, the control variable collected from the DCS interface 110 (Controlled varia ble), the disturbance variable and operation mode information are collected to perform a multivariate model prediction algorithm to calculate the control data, and the manipulated variable value obtained as a result of the calculation is obtained through the DCS interface 110. It is configured to transmit to the lower control device (5).

즉, 상기 구성정의부(120)는 통합상위제어처리장치(100)의 정의 및 운영 방 식의 정의 기능을 가지고, 통합상위제어처리장치(100)의 정의(실행주기 및 개수 등)와, 변수 정의(CV, MV 및 DV 변수의 상/하한치, DCS연결 태그), DCS구성 정의(네트웍 어드레스, 운전모드 태그), 튜닝요소(Tuning factor)의 변수값, 변수의 초기화 정의 등의 정보를 포함하고 있다. 이를 위해 입출력수단(170)을 통해 정보를 감시 및 저장하도록 한다.That is, the configuration definition unit 120 has a function of defining and operating the integrated high level control processing apparatus 100, and defining (such as execution cycle and number) and variables of the integrated high level control processing apparatus 100. Includes information such as definition (upper / lower limit of CV, MV and DV variables, DCS connection tag), DCS configuration definition (network address, operation mode tag), variable value of tuning factor, definition of initialization of variable, etc. have. For this purpose, the information is monitored and stored through the input / output means 170.

상기 시스템모델부(130)는 통합상위제어처리장치(100)의 모델파라미터 정의 내용을 관리하고 있다. The system model unit 130 manages model parameter definitions of the integrated upper control processing apparatus 100.

상기 시스템인식부(140)는 탈기기 공정의 시스템을 인식하는 처리를 테스트 신호를 하위제어장치(5)로 보내고, 응답 결과를 수집하여 자동으로 공정 시스템의 인식을 수행하여, 인식된 파라미터를 계산하여 시스템모델부(130)에 저장한다. The system recognition unit 140 sends a test signal to the lower control device 5 to recognize the system of the degassing process, collects the response result, automatically recognizes the process system, and calculates the recognized parameter. To store in the system model unit 130.

그리고, 모델예측제어부(150; MPC, Model Predictive Control)는 오프라인 적으로 정의된 정보를 활용해 지정된 주기에 따라 운영되어 DCS인터페이스(110)로부터 수집된 CV(제어변수, Controlled variable)와, DV(외란변수, Disturbance variable) 및 운영모드 정보를 수집하여 다변수 모델예측알고리즘을 수행하여 제어데이터를 계산하고, 계산결과로 얻어진 MV(조작 변수, Manipulated variable)값을 DCS인터페이스(110)를 통해 하위제어장치(5)에 전송한다. In addition, the model predictive control unit 150 (MPC, Model Predictive Control) is operated according to a specified period by using information defined offline, the CV (Controlled variable) collected from the DCS interface 110, DV ( Disturbance variable, Disturbance variable and operation mode information are collected to perform the multivariate model prediction algorithm to calculate the control data, MV (manipulated variable) value obtained as a result of the sub-control through the DCS interface 110 To the device 5.

분산제어시스템(90)에서는 복합화력 발전의 탈기기공정부(1)에서 필요한 정보를 수집하여 하위제어장치(5)에서 지역제어 로직에 의해 제어를 수행하게 된다. In the distributed control system 90, the information necessary in the degassing process unit 1 of the combined cycle power generation is collected and controlled by the local control logic in the lower control device 5.

한편, 분산제어시스템(90)의 DB처리장치(70)는 공정의 데이터 정보를 수집, 관리하고 있으며, 통합상위제어처리장치(100)에서 필요로 하는 CV, DV 및 MV 정보 를 가공하여 송수신을 지원하는 역할을 수행한다. On the other hand, the DB processing unit 70 of the distributed control system 90 collects and manages the data information of the process, and processes the CV, DV, and MV information required by the integrated high-level control processing unit 100 to transmit and receive data. Play a supporting role.

그리고, 감시제어장치(80)는 통합상위제어처리장치(100)와 관련되어 분산제어시스템(90)에서 정의되는 정보에 대한 내용을 엔지니어링하여 태그 정보로 저장, 감시하며, 일상적인 운영에서는 통합상위제어처리장치(100)의 동작 결과를 여러가지 형태의 표시 방식(트렌드, 그래픽 등)에 의해 관리되어 진다. 또한, 감시제어장치(80)는 통합상위제어처리장치(100)와 하위제어장치(5)에 의한 운영 선택을 할 수 있도록 한다. In addition, the supervisory control device 80 stores the information about the information defined in the distributed control system 90 in relation to the integrated upper control processor 100, stores it as tag information, and monitors it. The operation results of the control processing apparatus 100 are managed by various types of display methods (trends, graphics, etc.). In addition, the supervisory control device 80 allows operation selection by the integrated upper control processing device 100 and the lower control device 5.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모델예측제어부의 모델예측제어 알고리즘을 나타낸 도면으로서, 모델예측제어부(150)는 시스템초기구성부(151), 모델상태업그레이드부(153), 모델예측치계산부(155) 및 최적조작변수계산부(157)를 포함하여 이루어져 있다.4 is a view illustrating a model predictive control algorithm of the model predictive control unit according to an embodiment of the present invention. The model predictive control unit 150 includes a system superstructure unit 151, a model state upgrade unit 153, and a model predictive value calculation unit. 155 and the optimum operation variable calculation unit 157.

상기 시스템초기구성부(151)는 모델예측제어부(150)에서 필요한 제어변수, 외란변수 및 예측을 위한 각종 파라미터를 DCS인터페이스(110)를 통해 수집하도록 이루어져 있고, 모델상태업그레이드부(153)는 상기에서 수집된 정보를 이용하여 하기의 수학식 3과 같이 예측을 수행하되, 예측을 위한 상태 추정은 하기의 수학식 4의 칼만필터에 의해 상태를 업그레이드하도록 이루어져 있다.The system superstructure unit 151 is configured to collect the control variables, disturbance variables and various parameters for prediction required by the model prediction controller 150 through the DCS interface 110, the model state upgrade unit 153 is The prediction is performed using the information collected in Equation 3 below, but the state estimation for the prediction is performed to upgrade the state by the Kalman filter of Equation 4 below.

상기 모델예측치계산부(155)는 칼만필터의 이득(Kalman Gain)의 값을 변경하여 모델예측제어부(150)의 제어성능을 튜닝하되, 튜닝 파라미터의 값을 조절하여 상태 추정치에 모델에러를 반영하는 비율을 조정하여 계산하도록 이루어져 있고, 최적조작변수계산부(157)는 상기 추정된 상태에 따라 하기의 수학식 3을 이용하여 p스텝 후의 예측을 수행하고, 하기의 수학식 5의 목적함수(J)를 최소화시키는 △U를 계산하여 이를 조작변수(MV)값으로 하여 DCS인터페이스(110)를 통해 하위제어장치(5)로 출력하도록 이루어져 있다.The model prediction calculator 155 tunes the control performance of the model prediction controller 150 by changing a Kalman Gain value, and adjusts the tuning parameter to reflect the model error in the state estimate. The optimum operating variable calculation unit 157 performs the prediction after p-step using Equation 3 below according to the estimated state, and calculates the objective function (J) of Equation 5 below. ) Is calculated to be minimized and outputted to the lower control device 5 through the DCS interface 110 with the manipulated variable (MV) value.

즉, 통합상위제어처리장치(100)의 구성정의부(120)는 모델예측제어부(150; MPC)의 특성 데이터를 관리하고 있으며, 모델에 관한 정보를 포함하고 있는 정보를 시스템초기구성부(151)에서 수집하여 통합상위제어처리장치(100)내의 저장부(180)에 모델 정보의 필요한 정보를 저장하게 된다. That is, the configuration defining unit 120 of the integrated upper control processing apparatus 100 manages the characteristic data of the model predictive control unit 150 (MPC), and transmits information including information about the model to the system superstructure unit 151. ) To store the necessary information of the model information in the storage unit 180 in the integrated upper control processing apparatus (100).

상기 모델예측제어부(150)의 모델에 대한 정의는 도 5에 나타난 바와 같이, 출력 외란 모델로 정의한다. 이 모델은 모델오차, 측정되지 않는 외란의 영향 등은 피드백 제어가 감당하는 부분이지만, 제어성능을 증진시키고, 또 간편하게 모델예측제어부(150)를 조율하기 위해 각각의 출력에 독립적인 가입되는 출력외란으로 표현하였다. The definition of the model of the model prediction controller 150 is defined as an output disturbance model, as shown in FIG. 5. This model is the part that the feedback control is responsible for the model error, the influence of the disturbance that is not measured, but the output disturbance that is independently subscribed to each output to enhance the control performance and to easily adjust the model predictive control unit 150. Expressed as

그리고 이들 신호는 백색 잡음이 적분되고 1차 필터링된 것(first-order filtered and integrated white noise)으로 가정하였다. 이 외란 모델은 실제 외란의 추계적 성격을 잘 반영하는 것으로 알려져 있다. 이에 대한 상태 방정식은 아래 수학식 1과 같다. And these signals are assumed to be first-order filtered and integrated white noise. This disturbance model is known to reflect the estimated nature of actual disturbance. The state equation for this is shown in Equation 1 below.

Figure 112006089206252-pat00001
Figure 112006089206252-pat00001

여기서, x(k)는 시스템상태를 나타내는 상태 변수를 나타내며, u(k)는 공정의 입력 변수, 즉 통합상위제어처리장치(100)의 출력변수인 조작변수(MV)에 해당되며, y(k)는 공정의 출력 변수로서 통합상위제어처리장치(100)의 제어변수(CV)에 해당된다. 그리고, d(k)는 외란 변수로서 통합상위제어처리장치(100)의 DV에 해당된다, w(k)는 공정 오차, v(k)는 측정 오차를 나타낸다. Here, x (k) represents a state variable indicating the system state, u (k) corresponds to the input variable of the process, that is, the operation variable (MV) that is the output variable of the integrated upper control processor 100, y ( k) corresponds to the control variable CV of the integrated phase control processing apparatus 100 as an output variable of the process. D (k) corresponds to DV of the integrated phase control processing apparatus 100 as a disturbance variable, w (k) denotes a process error, and v (k) denotes a measurement error.

상기의 시스템의 차분 방정식에서 시간에 대한 차분을 수행하여, 이에 대한 상태 방정식을 다시 정리하면 아래의 수학식 2와 같다. The difference of time is performed in the difference equation of the system, and the state equations for this are rearranged as in Equation 2 below.

Figure 112006089206252-pat00002
Figure 112006089206252-pat00002

여기서, here,

Figure 112006089206252-pat00003
Figure 112006089206252-pat00003

이다.to be.

이에 대한 p스텝 예측은 아래 수학식 3과 같이 표현된다. The p-step prediction for this is expressed by Equation 3 below.

Figure 112006089206252-pat00004
Figure 112006089206252-pat00004

여기서,here,

Figure 112006089206252-pat00005
Figure 112006089206252-pat00005

Figure 112006089206252-pat00006
Figure 112006089206252-pat00006

이다.to be.

시스템초기구성부(151)에서는 모델예측제어부(150)에 필요한 변수 및 파라미터(예측을 위한 Sx, Sd, Su, A, B, C, D 등)들을 저장하여 추후 온라인 계산을 위한 준비를 하게 된다. 온라인 알고리즘의 구성의 경우에는 분산제어시스템(90)의 DB처리장치(70)에서 수집된 통합상위제어처리장치(100)와 관련된 CV, DV변수 및 관련태그 정보를 통합상위제어처리장치(100)의 DCS인터페이스(110) 내의 데이터입력부(111)를 통해 수집하게 된다. The system superstructure 151 stores the variables and parameters (Sx, Sd, Su, A, B, C, D, etc.) necessary for the model prediction controller 150 to prepare for the online calculation later. . In the case of the construction of the online algorithm, the CV, DV variables and related tag information related to the integrated upper control processing apparatus 100 collected by the DB processing apparatus 70 of the distributed control system 90 are combined. The data is collected through the data input unit 111 in the DCS interface 110.

수집된 정보는 모델상태업그레이드부(153)에서 상기 수학식 3과 같이 예측을 수행하게 되며, 이를 위한 상태 변수값을 추정할 필요가 있다. 상기 상태 추정은 아래 수학식 4와 같이 칼만필터에 의해 상태를 업그레이드하게 된다.The collected information is predicted by the model state upgrade unit 153 as shown in Equation 3, and it is necessary to estimate a state variable value for this. The state estimation is to upgrade the state by the Kalman filter as shown in Equation 4 below.

Figure 112006089206252-pat00007
Figure 112006089206252-pat00007

Figure 112006089206252-pat00008
Figure 112006089206252-pat00008

여기서, 칼만 이득(

Figure 112006089206252-pat00009
; Kalman gain)은 아래와 같다.Where Kalman gain (
Figure 112006089206252-pat00009
; Kalman gain is shown below.

Figure 112006089206252-pat00010
Figure 112006089206252-pat00010

여기서, fai는 튜닝 파라미터(tuning parameter)의 기능을 제공하게 되어, 운영자는 통합상위제어처리장치(100)의 입출력수단인 모니터에서 감시하며 튜닝을 할 수 있게 된다. fai를 0과 1사이로 조절함으로써, 칼만 이득(

Figure 112006089206252-pat00011
; Kalman gain)의 값을 변경하여 모델예측제어부(150)의 제어성능을 튜닝할 수 있게 된다. Here, f ai is to provide a function of the tuning parameter (tuning parameter), the operator can monitor and tune on the monitor that is the input and output means of the integrated upper control processor 100. By adjusting f ai between 0 and 1, the Kalman gain (
Figure 112006089206252-pat00011
; It is possible to tune the control performance of the model prediction controller 150 by changing the value of Kalman gain).

이때, fai가 1에 가까울수록 모델에러(error)를 상태 추정치(state estimation)에 많이 반영하여 모델에러를 더 강하게 최소화하고자 하며, fai가 0에 가까울수록 모델에러를 상태 추정치(state estimation)에 조금 반영하여 천천히 최소화하고자 한다. 이는 목적 함수(objective function)의 가중치요소(weighting factor)인 Q/R의 비율(ratio)을 조절하는 것과 같은 효과이다. At this time, as f ai is close to 1, the model error is reflected to state estimation more strongly, and as f ai is close to 0, the model error is estimated as state estimation. I want to reflect it a little bit and slowly minimize it. This is the same effect as adjusting the ratio of Q / R, which is the weighting factor of the objective function.

즉, Q/R 비율을 크게 할수록 에러를 더 강하게 최소화하고자 하므로, 입력이 비교적 자유롭게 움직이면서 공정출력이 레퍼런스(reference)를 빨리 트래킹하도록 한다. Q/R 비율을 작게 할수록 입력변화(input movement)를 더 최소화하려고 하기 때문에 상대적으로 입력의 움직임이 둔하게 되며 공정출력이 레퍼런스를 천천히 따라가게 되는 효과를 가져오게 된다.In other words, as the Q / R ratio is increased, the error is more strongly minimized, so that the input moves relatively freely and the process output tracks the reference quickly. The smaller the Q / R ratio, the more the input movement is minimized, resulting in a relatively slow input movement and the effect that the process output follows the reference slowly.

여기서, P는 추정 오차에 대한 공분산 행렬을 나타낸다. 추정된 상태에 따라, 상기 수학식 3을 이용하여 p스텝 후의 예측을 수행하고, 최적조작변수계산부(157)에서는 아래의 수학식 5의 목적함수(J)를 최소화시키는 U를 계산하여 이를 MV값으로 사용하게 된다. Where P represents the covariance matrix for the estimation error. According to the estimated state, the prediction after pstep is performed by using Equation 3, and the optimum operation variable calculating unit 157 calculates M to minimize the objective function J of Equation 5 below by MV. It will be used as a value.

Figure 112006089206252-pat00012
Figure 112006089206252-pat00012

아래의 수학식 6은 공정의 입력 크기 제약조건, 입력 변화 제약 조건, 출력 크기 제약 조건을 나타낸다. Equation 6 below represents an input size constraint, an input change constraint, and an output size constraint of the process.

Figure 112006089206252-pat00013
Figure 112006089206252-pat00013

상기의 입력 변화치는 제약 조건을 고려한 2차 방정식 프로그래밍(QP; Quadratic Programming)을 이용하여 계산되어 진다. 계산되어진 입력 변화치는 통합상위제어처리장치(100)의 DCS인터페이스(110) 내의 데이터출력부(115)를 통해 출력되어 지고, 이 값을 복합화력 공정의 탈기기 공정에 다변수 제어값으로 사용하게 된다. The input change value is calculated using quadratic programming (QP) considering constraints. The calculated input change value is output through the data output unit 115 in the DCS interface 110 of the integrated upper control processor 100, and this value is used as a multivariate control value in the degassing process of the combined cycle process. do.

도 6은 본 발명에 의한 통합상위제어처리장치의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart showing the operation of the integrated upper control processing apparatus according to the present invention.

먼저, 구성정의정보 수집 과정(S11)에서는 모델 정보, 제어기 정보, DCS 태그 및 연결 정보 등을 복합화력 공정의 탈기기 공정에 적용시 결정하게 되어 파일 형태(csv, txt 등)로 저장하게 된다. First, in the configuration definition information collection process (S11), the model information, the controller information, the DCS tag, and the connection information are determined when the degassing process of the combined cycle process is applied and stored in a file form (csv, txt, etc.).

통합상위제어처리장치(100)의 초기화 과정(S12)에서는 모델 예측을 위한, Sx, Sd, Su 등의 행렬값을 상기 수학식 3을 이용하여 생성하고 가중치 행렬인 Q, R의 초기화를 수행한다. In the initialization process (S12) of the integrated upper control processing apparatus 100, matrix values such as Sx, Sd, and Su for model prediction are generated by using Equation 3 and initialization of the weight matrix Q and R is performed. .

통합상위제어처리장치(100)의 DCS접속 연결 과정(S13)에서는 DCS 연결 정보를 이용하여 분산제어시스템(90)과 접속 연결을 시도하게 된다. In the DCS connection connection process (S13) of the integrated upper control processing apparatus 100, the connection control with the distributed control system 90 is attempted using the DCS connection information.

상태확인 과정(S14)에서 통신 이상 유무를 확인하게 되며, 이 과정에서 이상 이 발생하면, 경보발생 과정(S14-1)에서 운영자에게 경보를 발생하게 된다. 또한, 정상인 경우는 반복수행 과정(S26)에 의해 하위제어장치(5)와의 연결을 통한 주기 동작을 계속 수행하게 된다.In the status check process (S14), it is checked whether there is a communication error, and when an error occurs in this process, an alarm is generated to the operator in the alarm generating process (S14-1). In addition, in the normal case, the cycle operation through the connection with the lower control apparatus 5 is continuously performed by the repeating process (S26).

또한, 기본 상태정보확인 과정(S15)에서는 분산제어시스템(90)으로부터 운전 모드를 수집하게 된다. DCS/MPC 모드확인 과정(S15)에서는 수집된 정보에 의해 운전 모드를 확인하여 통합제어 모드(MPC)가 아닌 경우에는 분산제어시스템(90)의 지역제어 과정(S25)에 따라 하위제어장치(5)에 의한 탈기기 공정 제어를 수행하게 된다. In addition, the basic state information checking process (S15) collects the operation mode from the distributed control system 90. In the DCS / MPC mode checking process (S15), the operation mode is checked according to the collected information, and when the control mode is not the integrated control mode (MPC), the sub-control device (5) according to the local control process (S25) of the distributed control system 90 Degassing process control by) is performed.

상기 제어 모드가 통합제어 모드인 경우는 DCS정보 수집 과정(S17)으로부터 통합상위제어처리장치(100)의 제어변수(CV), 외란변수(DV)값을 각각 수집하게 된다. 수집된 정보를 이용하여 CV행렬 계산 과정(S18)에서는 CV행렬을 계산하고, DV행렬 계산 과정(S19)에서는 DV 행렬을 계산하게 된다. 상기 제어변수(CV)와 외란변수(DV)는 수학식 1과 수학식 2를 근거로 하여 계산하게 된다.When the control mode is the integrated control mode, the control variable CV and the disturbance variable DV of the integrated upper control processor 100 are collected from the DCS information collection process S17, respectively. Using the collected information, the CV matrix is calculated in step S18, and the DV matrix is calculated in step S19. The control variable CV and the disturbance variable DV are calculated based on Equations 1 and 2.

또한, 기타 변수행렬 계산 과정(S20)에서는 내부적인 필요 변수 값들을 조율하고, 상태 추정 및 예측 과정(S21)에서는 상기 수학식 4와 같은 칼만필터를 이용하여 분산제어시스템의 상태를 추정하고, 예측을 수행하게 된다. 이 계산 과정으로부터 계산된 예측치를 이용하여 MV계산 과정(S22)에서는 상기 수학식 5를 이용하여 최적 목적함수를 고려한 2차방정식 프로그래밍 방식에 의한 MV치를 결정하게 된다. In addition, in the other variable matrix calculation process (S20), the internal necessary variable values are tuned, and in the state estimation and prediction process (S21), the state of the distributed control system is estimated using the Kalman filter as shown in Equation 4 above, Will be performed. In the MV calculation process S22 using the predicted value calculated from the calculation process, the MV value by the quadratic equation programming method considering the optimal objective function is determined using Equation 5 above.

결정된 MV값은 MV전송 과정(S23)에서는 MV값을 하위제어장치(5)로 전송하게 되고, MV제어 과정(S24)에서는 하위제어장치(5)에 의한 제어를 수행하게 되어 복합 화력 공정의 탈기기 공정을 제어하게 된다.The determined MV value transmits the MV value to the lower control device 5 in the MV transmission process S23, and performs control by the lower control device 5 in the MV control process S24, thereby removing the combined thermal process. It will control the instrument process.

도 7은 본 발명에 의한 구성정의 정보를 수집하기 위한 공정 모델인식 과정을 나타낸 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating a process model recognition process for collecting configuration definition information according to the present invention.

먼저, 도 6의 구성정의 정보를 수집하기 위한 사전 과정인 모델 선택 과정(S1)에서는 공정의 수식 모델과 실험 모델을 선택할 것인가에 대한 판단을 수행하며, 구성정의정보 수집 과정(S2)에서는 수식 모델 정의에 필요한 정보를 수집하게 된다.First, in the model selection process (S1), which is a preliminary process for collecting the configuration definition information of FIG. 6, a determination is made as to whether to select a mathematical model and an experimental model of the process, and in the configuration definition information collection process (S2), a mathematical model Gather the information you need for definition.

수식모델계산 과정(S3)에서는 부하 평형식(load balancing equation) 등의 수식을 이용하여 모델 계산을 수행하고, 모델 확정 과정(S4)에서는 기존의 운영 데이터와 비교하여 계산된 모델이 정확한가를 판단하게 된다. In the mathematical model calculation process (S3), model calculation is performed using an equation such as a load balancing equation, and in the model determination process (S4), it is compared with existing operating data to determine whether the calculated model is accurate. do.

상기 계산된 모델이 부적합하여 재정의가 필요할 경우는 파라미터를 재정의하는 과정(S5)에서 파라미터를 변경, 수정하게 되고, 반복 수행하게 된다. If the calculated model is inappropriate and needs redefinition, the parameter is changed and modified in the process of redefining the parameter (S5), and repeated.

한편, 상기(S1)에서 실험 방식에 의한 공정모델 인식 방식이 결정되었을 경우, 구성정의 정보수집 과정(S6)에서는 필요한 파라미터 정보(수집데이터 기간 등) 등을 결정하게 되면, 테스트 기준정보 기록 과정(S7)에서는 테스트 신호를 하위제어장치(5)를 통해 전송하게 된다. 이때, 전송 신호는 단위 응답 신호를 보낸다. 이 정보는 탈기기 공정의 MV값이 된다. On the other hand, when the process model recognition method according to the experimental method is determined in the above (S1), when the necessary parameter information (collection data period, etc.) is determined in the configuration definition information collection process (S6), the test reference information recording process ( In S7) the test signal is transmitted through the lower control device (5). At this time, the transmission signal sends a unit response signal. This information becomes the MV value of the deaerator process.

온라인 정보 수집 과정(S8)에서는 기준신호 발생 후 운영되고 있는 탈기기 공정의 CV 신호를 수집하고, 저장하게 된다. In the online information collection process S8, the CV signal of the deaerator process operated after the reference signal generation is collected and stored.

모델 인식 계산 과정(S9)에서는 모델의 인식을 자동으로 계산 수행하게 된 다. 모델정보 저장 과정(S10)에서는 수식이나 실험에 의해 결정된 모델을 탈기기 공정에서 사용되는 통합상위제어처리장치(100)의 구성정의 정보를 사용하게 된다. In the model recognition calculation process (S9), the model recognition is automatically calculated. In the model information storage process (S10), the configuration definition information of the integrated upper control processing apparatus 100 used in the degassing process is used for the model determined by the equation or the experiment.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It can be easily understood by those skilled in the art.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 복합화력발전의 탈기기 공정에서 탈기기, 응축기, 저압히터의 복합 운영시, 다변수 모델예측제어 방식을 적용함으로써, 탈기기 공정과 관련된 3개의 저장탱크(탈기기, 응축기, 저압히터)의 수위 상/하한조건을 만족함과 아울러 각 공정의 제어시 상호 간섭이 발생할 경우에도 다변수 상호간의 종합적 제어를 용이하고 최적으로 달성하여 공정의 제어 성능과 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention provides three storage tanks related to the degassing process by applying a multi-variable model predictive control method during the degassing, condenser, and low pressure heaters in the degassing process of the combined cycle power plant. , Condenser, low pressure heater) can satisfy the high / low-limit conditions of the water level, and even if mutual interference occurs during the control of each process, it is possible to easily and optimally achieve comprehensive control of the multi-variables to improve the control performance and efficiency of the process. There is an advantage to that.

또한, 복합화력발전의 탈기기 공정을 위한 통합제어를 구현함에 따라 각종 요소(factor)의 조정이 가능하여 제어시스템의 튜닝이 용이하고, 운영자의 입장에서 시스템의 감시 및 관리가 용이한 이점이 있다.In addition, by implementing integrated control for the degassing process of the combined cycle power generation, it is possible to adjust various factors, so that the tuning of the control system is easy and the system can be easily monitored and managed from the operator's point of view. .

Claims (12)

복합화력발전소에서 응축기와 저압히터 및 탈기기와 같은 저장탱크를 포함한 탈기기공정부의 탈기기 공정을 제어하기 위한 시스템에 있어서, In the system for controlling the degassing process of the degassing process unit, including storage tanks such as condenser, low pressure heater and degassing in the combined cycle power plant, 상기 탈기기공정부의 각 저장탱크의 수위와 유량 및 압력을 포함한 제어변수를 검출하여 해당 저장탱크의 작동을 제어하는 하위제어장치들;Lower control devices that detect the control variables including the water level, the flow rate and the pressure of each storage tank of the degassing process unit to control the operation of the storage tank; 상기 하위제어장치들로부터 각종 제어변수를 수집하여 저장하는 DB처리장치;A DB processing apparatus for collecting and storing various control variables from the lower control apparatuses; 상기 DB처리장치로부터 응축기와 저압히터 및 탈기기의 수위와 유량 또는 압력과 같은 제어변수를 각각 수집하여 각종 제어변수를 기초로 통합제어 과정을 계산하고, 상기 계산한 결과로 생성된 조작변수를 DB처리장치를 통해 해당 하위제어장치로 전송하는 통합상위제어처리장치; 및Collecting control variables such as the water level, flow rate or pressure of the condenser, low pressure heater and deaerator from the DB processing device, and calculating integrated control processes based on various control variables, and calculating the operating variables generated as a result of the DB. An integrated upper control processing device for transmitting to the lower control device through the processing device; And 상기 DB처리장치에 수집, 저장된 데이터를 수집하여 탈기기의 제반 공정을 제어 및 감시 관리함과 아울러 상기 탈기기공정부의 운영모드인 하위제어 또는 통합상위제어를 선택 제어하는 감시제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템.And a supervisory control device for collecting and storing data collected and stored in the DB processing device to control and monitor and manage various processes of the deaerator, and to selectively control a lower control or an integrated upper control which is an operation mode of the deaerator process unit. Integrated control system for degassing process of combined cycle power plant. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 통합상위제어처리장치는, The integrated upper control processing device, LAN을 통해 상기 DB처리장치 및 감시제어장치와 연결되어 데이터 통신을 하는 DCS인터페이스;A DCS interface connected to the DB processing apparatus and the supervisory control apparatus for data communication through a LAN; 제어변수의 정의와 상기 하위제어장치의 식별정보 및 운영 방식에 대한 정의 기능을 갖는 구성정의부;A configuration definition unit having a function of defining control variables, identification information of the lower control device, and an operation method; 모델 파라미터 정의 내용을 관리하는 시스템모델부;A system model unit managing model parameter definitions; 탈기기 공정의 시스템을 인식하는 처리를 테스트 신호를 상기 하위제어장치로 보내고, 응답 결과를 수집하여 자동으로 탈기기공정부의 인식을 수행하여, 인식된 파라미터를 계산하여 상기 시스템모델부에 저장하는 시스템인식부; 및A system that sends a test signal to the lower control device to recognize a system of a degasser process, collects a response result, automatically recognizes a degasser process unit, calculates a recognized parameter, and stores it in the system model unit. Recognition unit; And 미리 정의된 정보를 활용해 지정된 주기에 따라 운영되어 상기 DCS인터페이스로부터 수집된 제어변수(Controlled variable)와, 외란변수(Disturbance variable) 및 운영모드 정보를 수집하여 다변수 모델예측알고리즘을 수행하여 제어데이터를 계산하고, 계산결과로 얻어진 조작변수(Manipulated variable)값을 상기 DCS인터페이스를 통해 상기 하위제어장치로 전송하는 모델예측제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템.Controlled data collected from the DCS interface by using predefined information and collected from the DCS interface, collected by the disturbance (Disturbance variable) and operating mode information to perform a multivariate model prediction algorithm to control data And a model predictive control unit for transmitting a calculated value of the manipulated variable obtained as a result of the calculation to the subordinate control device through the DCS interface. The integrated control for the degassing process of the combined cycle power plant, comprising: system. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 구성정의부는, The configuration defining unit, 상기 통합상위제어처리장치의 실행주기 및 개수의 정의와, 제어변수, 외란변수 및 조작변수의 상/하한치의 정의와, 상기 DB처리장치와 감시제어장치 및 하위제어장치의 네트웍 어드레스 및 운전모드 태그의 정의, 튜닝요소 변수값의 정의, 및 변수의 초기화 정의 내용을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템.Definition of the execution cycle and number of the integrated upper control processor, definition of upper / lower limits of control variable, disturbance variable and operation variable, network address and operation mode tag of the DB processing unit, supervisory control unit and lower control unit. Integrated control system for the degassing process of a combined cycle power plant, characterized in that the definition, the definition of the tuning element variable value, and the initialization definition of the variable. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 모델예측제어부는,The model prediction control unit, 모델예측제어부에서 필요한 제어변수, 외란변수 및 예측을 위한 각종 파라미터를 상기 DCS인터페이스를 통해 수집하는 시스템초기구성부; A system super-institution unit for collecting control variables, disturbance variables, and various parameters for prediction through the DCS interface; 상기 수집된 정보는 하기의 수학식 7과 같이 예측을 수행하되, 예측을 위한 상태 추정은 하기의 수학식 8의 칼만필터에 의해 상태를 업그레이드하는 모델상태업그레이드부;The collected information performs prediction as shown in Equation 7 below, but the state estimation for prediction includes a model state upgrade unit for upgrading the state by the Kalman filter shown in Equation 8 below; 상기 칼만필터의 이득(Kalman Gain)을 변경하여 모델예측제어부의 제어성능을 튜닝하되, 튜닝 파라미터의 값을 조절하여 상태 추정치에 모델에러를 반영하는 비율을 조정하여 계산하는 모델예측치계산부; 및A model prediction calculator for changing a Kalman filter and tuning the control performance of the model prediction controller, adjusting and adjusting a ratio of reflecting a model error to a state estimate by adjusting a tuning parameter value; And 상기 모델상태업그레이드에서 추정된 상태에 따라 하기의 수학식 7을 이용하여 일정 스텝(P) 후의 예측을 수행하고, 하기의 수학식 9의 목적함수(J)를 최소화시키는 조작변수(ΔU)를 계산하여 이를 조작변수값으로 하여 DCS인터페이스를 통해 하위제어장치로 출력하는 최적조작변수계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템.According to the state estimated by the model state upgrade, the following equation (7) is performed to perform prediction after a predetermined step (P), and the operation variable (ΔU) for minimizing the objective function (J) of Equation 9 is calculated. And an optimum operation variable calculation unit for outputting to the lower control device through the DCS interface by using this as an operation variable value. The integrated control system for the degassing process of the combined cycle power plant, characterized in that it comprises a.
Figure 112006089206252-pat00014
Figure 112006089206252-pat00014
여기서,here,
Figure 112006089206252-pat00015
Figure 112006089206252-pat00015
Figure 112006089206252-pat00016
Figure 112006089206252-pat00016
단, 여기서 Sx, Sd, Su, A, B, C, D은 예측을 위한 파라미터임.Where Sx, Sd, Su, A, B, C, and D are parameters for prediction.
Figure 112006089206252-pat00017
Figure 112006089206252-pat00017
Figure 112006089206252-pat00018
Figure 112006089206252-pat00018
여기서, 칼만 이득(
Figure 112006089206252-pat00019
; Kalman gain)은,
Where Kalman gain (
Figure 112006089206252-pat00019
; Kalman gain)
Figure 112006089206252-pat00020
Figure 112006089206252-pat00020
여기서, fai는 튜닝 파라미터(tuning parameter)임.Where f ai is a tuning parameter.
Figure 112006089206252-pat00021
Figure 112006089206252-pat00021
여기서, J는 목적함수이고, ΔU(t)는 조작변수(MV)값임.Where J is the objective function and ΔU (t) is the manipulated variable (MV) value.
청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 모델예측치계산부는, 튜닝 파라미터를 0과 1 사이에서 조정하되, 상기 튜닝 파라미터가 0에 가까울수록 모델에러를 상태 추정치(state estimation)에 조금 반영하여 모델에러를 천천히 최소화하고자 하는 것이며, 상기 튜닝 파라미터가 1에 가까울수록 모델에러를 상태 추정치에 많이 반영하여 모델에러를 강하게 최소화하고자 하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 시스템.The model predictor calculator adjusts a tuning parameter between 0 and 1, but as the tuning parameter approaches 0, the model predictor gradually reflects a model error to state estimation to slowly minimize the model error. The closer to 1, the more control model for the degassing process of the combined cycle power plant, characterized in that it has a characteristic to strongly minimize the model error by reflecting the model error in the state estimate. 복합화력발전소에서 응축기와 저압히터 및 탈기기와 같은 저장탱크를 포함한 탈기기공정부의 탈기기 공정을 제어하기 위한 방법에 있어서, In the method for controlling the deaeration process of the deaeration process unit including a storage tank such as a condenser, low pressure heater and deaerator in a combined cycle power plant, 통합상위제어처리장치는 감시제어장치로부터 운전모드를 수집하여 통합제어 모드일 경우에는 감시제어장치로부터 제어변수와 외란변수값을 수집하는 제 1단계; The integrated upper control processing apparatus may include: a first step of collecting an operation mode from the monitoring control apparatus and collecting control variable and disturbance variable values from the monitoring control apparatus in the integrated control mode; 상기에서 수집된 정보를 이용하여 제어변수와 외란변수 행렬을 계산하는 제 2단계; A second step of calculating a control variable and disturbance matrix using the collected information; 상기 계산단계를 수행한 후 내부적인 필요 변수값들을 조율하고, 칼만필터를 이용하여 계산하여 탈기기 공정의 상태를 추정하고 예측하는 제 3단계; A third step of estimating and predicting a state of the degassing process by adjusting internal necessary parameter values after performing the calculating step and calculating using a Kalman filter; 상기 제 3단계에서 계산된 예측치를 이용하여 목적함수를 최소화시키는 조작변수를 결정하는 제 4단계; 및 A fourth step of determining an operation variable for minimizing an objective function using the predicted value calculated in the third step; And 상기에서 결정된 조작변수값을 해당 하위제어장치로 전송하고 하위제어장치는 전송된 조작변수에 따라 탈기기공정부를 제어하는 제 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 방법.A fifth step of transmitting the determined operation variable value to the corresponding lower control device, and controlling the degassing process unit according to the transmitted operating variable; for the degasser process of the combined cycle power plant Integrated control method. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 제 2단계의 제어변수와 외란변수는 하기의 수학식 10 및 수학식 11에 근거하여 계산하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 방법.The control variable and the disturbance variable in the second step is calculated based on the following equation (10) and (11).
Figure 112006089206252-pat00022
Figure 112006089206252-pat00022
여기서, x(k)는 시스템상태를 나타내는 상태 변수이고, u(k)는 공정의 입력변수인 통합상위제어처리장치의 출력변수(MV)이고, y(k)는 공정의 출력변수로서 통합상위제어처리장치의 제어변수(CV)이고, d(k)는 외란변수로서 통합상위제어처리장치의 DV이고, w(k)는 공정 오차이며, v(k)는 측정 오차임.Here, x (k) is a state variable representing a system state, u (k) is an output variable (MV) of the integrated high level control processing apparatus which is an input variable of the process, and y (k) is an integrated variable as an output variable of the process. The control variable (CV) of the control processing device, d (k) is the disturbance variable, DV of the integrated high-level control processing device, w (k) is the process error, v (k) is the measurement error.
Figure 112006089206252-pat00023
Figure 112006089206252-pat00023
여기서, here,
Figure 112006089206252-pat00024
임.
Figure 112006089206252-pat00024
being.
청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 제 3단계의 상태 추정은 하기의 수학식 12와 같은 칼만필터의 방정식에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 방법.The state estimation of the third step is estimated by the equation of the Kalman filter as shown in Equation 12 below.
Figure 112006089206252-pat00025
Figure 112006089206252-pat00025
Figure 112006089206252-pat00026
Figure 112006089206252-pat00026
여기서, 칼만이득(
Figure 112006089206252-pat00027
; Kalman gain)은,
Here, Kalman
Figure 112006089206252-pat00027
; Kalman gain)
Figure 112006089206252-pat00028
Figure 112006089206252-pat00028
단, fai는 튜닝 파라미터(tuning parameter)임.F ai is a tuning parameter.
청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 제 4단계의 조작변수값은 하기의 수학식 13에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 방법.The operation variable value of the fourth step is determined based on Equation (13) below, the integrated control method for the degassing process of the combined cycle power plant.
Figure 112006089206252-pat00029
Figure 112006089206252-pat00029
여기서, J는 목적함수이고, ΔU(t)는 조작변수(MV)값임.Where J is the objective function and ΔU (t) is the manipulated variable (MV) value.
청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 제 1단계를 수행하기 전에, Before performing the first step, 모델 정보, 제어기 정보, DCS 태그 및 연결 정보 등을 복합화력 공정의 탈기기 공정에 적용시 결정하게 되어 파일 형태(csv, txt 등)로 저장하는 수집단계; 통합상위제어처리장치의 모델 예측을 위한, Sx, Sd, Su의 행렬값을 하기의 수학식 14와 같이 생성하고 가중치 행렬의 초기화를 수행하는 초기화단계; 통합상위제어처리장치는 DCS연결 정보를 이용하여 감시제어장치와의 접속 연결을 시도하는 연결단계; 및 상기 감시제어장치로부터 탈기기공정의 운전모드를 수집하여 운전모드가 통합제어 모드인지를 판단하는 모드판단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 방법.A collection step of determining model information, controller information, DCS tag, connection information, and the like, when applying them to the degassing process of the combined cycle process and storing them in a file form (csv, txt, etc.); An initialization step of generating matrix values of Sx, Sd, and Su as shown in Equation 14 and performing initialization of the weight matrix for model prediction of the integrated upper control processor; The integrated upper control processing device may include: a connection step of attempting connection connection with the monitoring control device using the DCS connection information; And a mode determination step of determining whether the operation mode is an integrated control mode by collecting the operation mode of the degassing process from the monitoring and controlling device.
Figure 112006089206252-pat00030
Figure 112006089206252-pat00030
여기서,here,
Figure 112006089206252-pat00031
Figure 112006089206252-pat00031
Figure 112006089206252-pat00032
Figure 112006089206252-pat00032
임.being.
청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 수집단계를 수행하기 전에, Before performing the collection step, 공정의 수식모델과 실험모델 중 어느 모델을 선택할 것인가에 대한 판단을 수행하는 단계; 상기 수식모델이 선택될 경우 수식모델 정의에 필요한 정보를 수집하는 단계; 부하 평형식(load balancing equation)과 같은 수식을 이용하여 모델 계산을 수행하는 단계; 기존의 운영 데이터와 비교하여 계산된 모델이 정확한가를 판단하여 모델을 확정하는 단계; 및 상기 계산된 모델이 부적합하여 재정의가 필요할 경우는 파라미터를 변경, 수정하여 파라미터를 재정의하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 방법.Determining whether to select a mathematical model or an experimental model of the process; Collecting information necessary for defining a mathematical model when the mathematical model is selected; Performing model calculation using an equation such as a load balancing equation; Determining the model by determining whether the calculated model is accurate by comparing with the existing operational data; And redefining the parameters by changing and modifying the parameters when the calculated model is not suitable and redefinition is necessary. 청구항 11에 있어서,The method according to claim 11, 상기 수식모델이 아니라 실험모델이 선택되었을 경우, 필요한 파라미터 정보를 결정하여 테스트 신호를 DB처리장치를 통해 하위제어장치로 전송하는 단계; 상기 테스트 신호를 전송한 후 DB처리장치를 통해 탈기기 공정의 제어변수를 수집하 고, 저장하는 단계; 및 상기 제어변수를 통해 모델의 인식을 자동으로 계산 수행하고 모델정보를 저장하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전소의 탈기기 공정을 위한 통합제어 방법.When the experimental model is selected instead of the mathematical model, determining necessary parameter information and transmitting a test signal to a lower control apparatus through a DB processing apparatus; Collecting and storing control variables of a deaerator process through a DB processing apparatus after transmitting the test signal; And automatically calculating and recognizing a model through the control variable and storing model information. The integrated control method for a degasser process of a combined cycle power plant, characterized in that for performing.
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