KR101576004B1 - 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방법 및 그 장치가 개시된다. 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기는 제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 제어 변수값을 도출하는 동적 행렬 제어기를 포함하되, 상기 제어 변수는 전기 출력과 주증기 압력이며, 상기 조작 변수는 보일러 마스터 및 가버닝 밸브이다.

Description

동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방법 및 그 장치{Boiler-Turbine coordinated control method and apparatus using Dynamic matrix control in thermal power plant}
본 발명은 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방식 및 그 장치에 관한 것이다.
최근에는 화력발전소가 환경적으로 이슈가 되고 있지만, 낮은 원료의 가격과 풍부한 매장량으로 인해 전력을 싼 값에 안정적으로 공급할 수 있어 건설이 계속 추진 중이다. 여기에 화력발전소가 전체의 효율을 높일 수 있다면, 환경적인 문제도 상당히 해결할 수 있다. 효율을 높일 수 있는 현실적인 기술 중에 하나는 최신화된 제어기법을 도입하는 것이며, 국내외에서 많은 연구가 진행되고 있다.
현재 산업현장에서 가장 많이 사용되고 있는 제어기법은 Proportional-Integral-Derivative (PID) 이다. 이것은 간단한 원리와 구조로 만들어져 현장 엔지니어들이 이해하기 쉽고, 화력발전소에 오랫동안 적용되어 안정성이 입증되었다. 그러나 이 제어기를 화력발전소의 Multi-Input Multi-Output (MIMO) 시스템에 적용하기 위해서는 매우 복잡하게 제어로직을 구성해야 하며, Tuning Rule이 상당히 복잡하다. 뿐만 아니라 화력발전소의 입출력 사이에는 상호작용이 심하기 때문에, PID의 단조로운 제어기법으로는 만족스러운 결과를 얻기가 힘들다.
본 발명은 동적 행렬 제어(DMC: Dynamic Matrix Control)를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방식 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 동적 행렬 제어에 계단 응답 모델을 적용하여 보일러-터빈을 협조 제어할 수 있는 보일러-터빈 협조 제어 방식 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 동적 행렬 제어(DMC: Dynamic Matrix Control)를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어기에 있어서, 제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 제어 변수값을 도출하는 동적 행렬 제어기를 포함하되, 상기 제어 변수는 전기 출력과 주증기 압력이며, 상기 조작 변수는 보일러 마스터 및 가버닝 밸브인 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기가 제공될 수 있다.
상기 동적 행렬 제어기는, 상기 도출된 제어 변수값에 따른 최적의 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기 및 가버닝 밸브로 각각 출력할 수 있다.
상기 동적 행렬 제어기는, 상기 제어 변수값을 단계적으로 변화시키면서 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 최적의 제어 변수값을 계산할 수 있다.
상기 동적 행렬 제어기는, 상기 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 상기 제어 변수값을 적용하여 예측된 보일러 마스터와 가버닝 밸브의 예측된 조작 변수값을 계산하여 출력하는 모델링부; 및 상기 예측된 조작 변수값과 상기 목표값과의 차이를 에러값으로 도출하고, 상기 도출된 에러값과 제약 조건을 2차 계획법(QP: Quadratic programming)에 적용하여 한 단계 이후의 제어 변수값을 계산하는 최적화부를 포함하되, 상기 계산된 한 단계 이후의 제어 변수값은 상기 모델링부로 입력될 수 있다.
상기 모델링부 및 상기 최적화부는, 상기 에러값이 최소가 될때까지 반복하여 동작될 수 잇다.
상기 2차 계획법은 MATLAB의 QUARDPROG 내장 함수를 이용하여 계산될 수 있다.
계산된 제어 변수값이 이전 단계에서 계산된 제어 변수값과의 차이가 지정된 범위 이내가 되도록 상기 이후 단계의 제어 변수값을 계산할 수 있다.
상기 최적화부는, 상기 계산된 제어 변수값이 이전 단계에서 계산된 제어 변수값과의 차이가 1% 이하가 되도록 상기 이후 단계의 제어 변수값을 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어기에 있어서, 부하 요구 신호에 따른 전기 출력과 주증기 압력에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량 및 외란 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 상기 전기 출력과 상기 주증기 압력에 대한 최적 제어 변수값을 계산하는 동적 행렬 제어기를 포함하되, 상기 조작 변수값은 단계별 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값인 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기가 제공될 수 있다.
상기 외란 변수값은, 급수펌프 유량, 재순환 가스유량, 유인 송풍기 개도 및 버너 기울기 위치의 조작 변수값일 수 있다.
상기 동적 행렬 제어기는, 상기 제어 변수값을 단계적으로 변화시키면서 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 최적의 제어 변수값을 계산할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어기에 있어서, 제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값에 대한 단계별 보정값을 계산하는 동적 행렬 제어기; 및 상기 목표값에 상기 계산된 단계별 보정값을 반영한 목표값을 입력받아 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기 및 가버닝 밸브로 각각 출력하는 다중루프제어기를 포함하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기가 제공될 수 있다.
상기 보정값은 전기 출력 보정값 및 주증기 압력 보정값을 포함하되, 상기 다중루프제어기는, 상기 전기 출력 보정값을 상기 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 보일러 마스터의 조작변수값을 계산하는 압력 제어기; 및 상기 주증기 압력 보정값을 상기 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 가버닝 밸브 제어를 위한 조작변수값을 계산하는 출력 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 동적 행렬 제어(DMC: Dynamic Matrix Control)를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법에 있어서, 제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 제어 변수값을 도출하는 단계; 및 상기 도출된 제어 변수값에 대한 조작 변수값을 계산하는 단계를 포함하되, 상기 제어 변수는 전기 출력과 주증기 압력이며, 상기 조작 변수는 보일러 마스터 및 가버닝 밸브인 것을 특징으로 하는 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법에 있어서, 부하 요구 신호에 따른 전기 출력과 주증기 압력에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량 및 외란 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 상기 전기 출력과 상기 주증기 압력에 대한 최적 제어 변수값을 계산하는 단계; 및 상기 최적 제어 변수값에 대한 최적 조작 변수값을 계산하는 단계를 포함하되, 상기 조작 변수값은 단계별 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값인 것을 특징으로 하는 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법에 있어서, 제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값에 대한 단계별 보정값을 계산하는 단계; 및 상기 목표값에 상기 계산된 단계별 보정값을 반영한 목표값을 입력받아 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기 및 가버닝 밸브로 각각 출력하는 단계를 포함하는 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보일러-터빈 협조 제어 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 동적 행렬 제어에 계단 응답 모델을 적용하여 실시간으로 최적화를 이용하여 제어를 실행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 화력 발전소의 보일러-터빈 협조 제어 구성도를 도시한 도면.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기의 이동 구간 제어 (Receding Horizon Control)를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 동작점에서의 화력 발전기의 주소 변수에 대한 데이터를 정리한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계단 응답 모델의 결과를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 계단 응답 모델의 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력과 출력에 대한 외란 변수의 영향을 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계단 응답 모델 결과를 도시한 그래프.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 화력 발전소의 보일러-터빈 협조 제어 구성도를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여, 보일러-터빈 협조 제어 방식의 기본 동작 원리에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 보일러-터빈 협조 제어 방식은 보일러와 터빈 마스터가 발전기 출력과 주증기 압력을 동시에 제어하며, 주증기 압력과 발전기 출력의 안정에 기여하는 제어 모드이다. 보일러와 터빈 마스터는 주증기 압력 편차와 출력 편차의 신호에 의해 동작하고 그 비율은 약간 상이하다.
주증기 압력과 발전기 출력이 설정값보다 낮으면 보일러 마스터가 출력을 증가하고, 주증기 압력과 발전기 출력이 설정값보다 높으면 보일러 마스터는 출력을 감소시킬 수 있다.
보일러-터빈 협조 제어 방식은 발전기 출력이 설정값보다 높고 주증기 압력이 설정값보다 낮은 경우에는 터빈밸브를 닿아 증기 흐름(steam flow)를 줄여 터빈 출력을 감소시킨다. 이로 인해, 발전기 출력이 감소되어 결과적으로 주증기 압력을 상승시킬 수 있다.
또한, 터빈 마스터가 발전기 출력 편차를 정정하는 동안 보일러 마스터가 늦게 동작하여 오버 액션(over action)을 하지 않도록 해야 한다. 이를 위해 터빈 마스터가 발전기 출력을 정정하는 동안 주증기 압력 편차가 변화되더라도 보일러 마스터는 더 이상의 연료를 공급하지 않아 오버슛(overshoot)을 방지할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 종래의 보일러-터빈 협조 제어 방식의 동작에 대해 간략하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 종래의 보일러-터빈 협조 제어 방식에서는 운전자가 요구한 부하 요구신호(
Figure 112015048213738-pat00001
)는 출력 제어기의 설정값이 되고, 압력 매핑 함수를 거쳐 압력제어기의 설정값이 된다.
출력 제어기에서는 출력 측정치와 설정값을 비교하여 PI 출력 제어기를 통과하고, 다시 부하요구신호가 피드 포워드(Feed Forward)되어 값이 더해져 가버닝 밸브(AGV) 신호가 생성된다.
압력 제어기에서는 압력 측정치와 설정값이 비교되어 PI 압력 제어기를 통과하여 보일러 마스터 신호(BMD)가 생성된다. 또한, 보일러 마스터 신호(BMD)는 연소제어기로 입력되어 연소와 공기 제어기의 설정값이 된다. 연료제어기에서는 보일러 마스터 신호(BMD)와 연료 측정치가 비교되어 PI 연료 제어기를 통과하여 연료 유량 신호(WFL)을 생성한다. 또한, PI 공기제어기는 보일러 마스터 신호(BMD)와 공기측정치를 비교하여 압입송풍기개도 신호(AVF)를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보일러-터빈 협조 제어 방법은 동적 행렬 제어 모델을 이용하고 있으며, 동적 행렬 제어 모델은 계단 응답 모델을 적용하고 있다. 따라서, 이하, 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 장치에 대해 설명하기 이전에 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 동적 행렬 제어 모델에 대해 우선 설명하기로 한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기의 이동 구간 제어 (Receding Horizon Control)를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기는 모델링부(210)와 최적화부(215)를 포함하여 구성된다.
모델링부(210)는 제어 입력변수에 따른 응답을 예측하는 기능을 한다. 예를 들어, 모델링부(210)는 과거 입력변수값과 출력변수값을 각각 입력받아 계단 응답 모델에 따른 예측된 출력값을 출력하는 기능을 한다.
최적화부(215)는 예측된 출력값과 설정값에 따른 에러값과 비용 함수값과 제약값을 각각 입력받아 예측 구간에서의 입력 시퀀스를 모델링부(210)로 출력하는 기능을 한다.
즉, 동적 행렬 제어기(410)는 계단 응답 모델을 사용하여 화력 발전소 모델의 미래 출력을 예측할 수 있다.
도 3을 참조하여 다시 설명하면, 동적 행렬 제어기(410)는 플랜트 모델의 유한한 예측 구간에서 최적화를 통해 현재 필요한 입력값을 계산하고, 다음 계산에서는 예측 구간이 한 단계 앞으로 이동하는 이동 구간 제어를 기반으로 계단 응답 모델을 이용한 미래 출력을 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기(410)는 공정산업에서 사용하는 표준적인 접근 방식을 따랐으며, 다중입출력(MIMO: Multi-input Multi-output) 시스템에서 예측 방정식은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00002
여기서,
Figure 112015048213738-pat00003
는
Figure 112015048213738-pat00004
의 크기를 가진 벡터이며, t=k일 때 예측한 미래 출력의 궤도를 나타내고,
Figure 112015048213738-pat00005
는 출력의 개수를 나타내며,
Figure 112015048213738-pat00006
는 유한한 예측구간의 크기를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00007
는 행렬로서 확장하면 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 또한,
Figure 112015048213738-pat00008
는 t=k일 때 추정한 노이즈를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00009
Figure 112015048213738-pat00010
는
Figure 112015048213738-pat00011
의 크기를 가진 출력 벡터로, 입력 u가 이전 스텝인
Figure 112015048213738-pat00012
를 일정하게 유지하는 동안의 미래 출력에 대한 영향을 나타내며, 행렬로 확장하여 표현하면 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00013
여기서,
Figure 112015048213738-pat00014
은
Figure 112015048213738-pat00015
의 형태로 나타낼 수 있는데,
Figure 112015048213738-pat00016
는 이전 스텝에서 구한 예측 방정식의 값을 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00017
를 다시 정리하면 수학식 4와 같다.
Figure 112015048213738-pat00018
여기서, f는 입력이
Figure 112015048213738-pat00019
시점에 고정되어 있음을 나타내는 변수이다.
또한, M은
Figure 112015048213738-pat00020
가 미래의 출력에 영향을 미칠 수 있도록 만든 쉬프트 오퍼레이션(shift operation)으로써,
Figure 112015048213738-pat00021
의 크기를 가지고 있으며, 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00022
여기서, I는 단위행렬을 나타내고, O 행렬과 같이
Figure 112015048213738-pat00023
의 크기를 가진다.
일반적으로 통합 프로세서의 경우, 고정된 입력의 미래 출력은 ramp function으로써 안정화가 된다. 따라서, (p-2) 단계 이후에는 수학식 6과 같이 일정하게 증가할 것이다.
Figure 112015048213738-pat00024
수학식 6은 수학식 7과 같이 유도될 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00025
따라서, M 행렬의 마지막은 수학식 8과 같이 바꿀 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00026
Figure 112015048213738-pat00027
는
Figure 112015048213738-pat00028
의 크기를 가진 입력의 변화량 벡터를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00029
는 입력의 개수를 나타내고, m은 제어 구간의 크기를 나타낸다. 따라서,
Figure 112015048213738-pat00030
은 행렬로 확장하여 나타내면, 수학식 9과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00031
또한,
Figure 112015048213738-pat00032
는
Figure 112015048213738-pat00033
의 크기를 가진 외란의 변화량 벡터를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00034
는 외란의 개수를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00035
를 행렬로 확장하면 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00036
Figure 112015048213738-pat00037
는
Figure 112015048213738-pat00038
의 크기를 갖는 예상된 출력과 실제값의 오차를 나타내는 벡터로, 예측 방정식을 교정하는 역할을 한다.
Figure 112015048213738-pat00039
를 행렬로 확장하면 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00040
Figure 112015048213738-pat00041
는
Figure 112015048213738-pat00042
의 크기를 가진 동적 행렬이며, 제어기의 조작변수에 대한 화력 발전소의 계단 응답 데이터를 저장한다.
Figure 112015048213738-pat00043
를 행렬로 확장하여 표현하면 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00044
여기서,
Figure 112015048213738-pat00045
이다.
모든 행렬의
Figure 112015048213738-pat00046
는
Figure 112015048213738-pat00047
벡터의 크기를 가지며, i번째 샘플링 단계에서의 계단 응답 데이터를 저장한다.
Figure 112015048213738-pat00048
는 k번째 입력으로부터 j번째 출력의 i번째 샘플링 단계에서의 계단 응답 데이터를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00049
는
Figure 112015048213738-pat00050
크기를 가지는 동적 행렬로, 외란에 대한 화력 발전소의 계단 응답 데이터를 저장한다.
Figure 112015048213738-pat00051
를 행렬로 확장하여 표현하면 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00052
여기서,
Figure 112015048213738-pat00053
이다.
모든 행렬의
Figure 112015048213738-pat00054
는
Figure 112015048213738-pat00055
벡터의 크기를 가지며, i번째 샘플링 단계에서 계단 응답 데이터를 저장한다.
Figure 112015048213738-pat00056
는 k번째 외란으로부터 j번째 출력의 i번째 샘플링 단계에서의 계단 응답 데이터를 나타낸다.
수학식 1에서 정의한 예측 방정식을 이용하여 입력값을 계산하기 위해서는 최적화 단계가 필요하며, 본 발명의 일 실시예에서 동적 행렬 제어기는 최적화 기법으로 2차 계획법(QP: Quadratic Programming, 이하, QP라 칭하기로 함)을 이용한다. QP는 수학식 14와 같은 퍼포먼스 인덱스(performance index)를 온라인 최적화를 통해 샘플링 타임마다 입력을 계산할 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00057
여기서,
Figure 112015048213738-pat00058
는
Figure 112015048213738-pat00059
의 크기를 갖는 에러 벡터를 나타내고,
Figure 112015048213738-pat00060
는
Figure 112015048213738-pat00061
의 예측 출력의 설정값을 가진 벡터를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00062
과
Figure 112015048213738-pat00063
는 수학식 14에서 유클리디언 놈의 출력과 입력의 가중치값을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기에서 QP를 사용하는 가장 큰 이유는 수학식 15와 같은 입력과 출력의 제약조건을 고려하여 최적화된 입력을 구할 수 있기 때문이다.
Figure 112015048213738-pat00064
여기서,
Figure 112015048213738-pat00065
는
Figure 112015048213738-pat00066
의 입력 벡터이며,
Figure 112015048213738-pat00067
로 나타낼 수 있다. 수학식 15의 입력과 출력의 제약 조건을 QP에 적용하기 위해서는 선형 균등(linear equality) 형식으로 나타내야 한다.
우선, 입력에 대한 제약 조건을 선형 균등 형식으로 바꾸기 위해서는
Figure 112015048213738-pat00068
에 대한 재해석이 필요하며,
Figure 112015048213738-pat00069
를 선형 균등 형식으로 변경하면 수학식 16과 같다.
Figure 112015048213738-pat00070
Figure 112015048213738-pat00071
는 초기값(
Figure 112015048213738-pat00072
)에 대해 이후 입력의 변화량의 합으로 나타낼 수 있다. 수학식 16을 행렬로 나타내면 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00073
수학식 17의 부등식 행렬에서 입력 초기값(
Figure 112015048213738-pat00074
)을 오른쪽 행렬식으로 이항하고, 입력의 변화량의 합에 대해서는 하삼각행렬을 이용하여 수학식 18과 같은 선형 균등 행렬식으로 다시 정리될 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00075
입력의 변화량에 대한 제약 조건을 선형 균등 형식으로 바꾸기 위해서는 수학식 18을 임의의 시간에 대해서 표현하면 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00076
수학식 19는 대각선 행렬을 이용하면 선형 균등 행렬식으로 수학식 20과 같이 다시 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00077
또한, 출력의 제약 조건에 대해서 선형 균등식으로 표현하기 위해서는 수학식 20을 임의의 시간에 대해 수학식 21과 같은 행렬식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00078
여기서,
Figure 112015048213738-pat00079
는 k시점에서 구한 예측 구간 내의 임의의 미래 출력값 중에서 하나를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00080
을 예측 방정식을 사용하면 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00081
수학식 22에서
Figure 112015048213738-pat00082
만을 좌변항에 남기고 모든 항을 우변항으로 넘기게 되면, 수학식 23과 같은 선형 균등식을 얻을 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00083
지금까지 구한 입력과 출력의 제약 조건을 모두 하나의 선형 균등식으로 표현하면 수학식 24와 같다.
Figure 112015048213738-pat00084
여기서,
Figure 112015048213738-pat00085
는 상수로 이루어진 행렬이며,
Figure 112015048213738-pat00086
매 순간마다 갱신되어야 한다.
입력 및 출력에 대해 제약 조건을 갖는 QP를 계산하기 위해서는 수학식 25에서 그레디언트 행렬(Gradient matrix)와 헤시안 행렬(Hessian matrix)를 구분해야 한다.
Figure 112015048213738-pat00087
수학식 25를 예측 방적식에 대입하여
Figure 112015048213738-pat00088
에 대해서 정리하고 상수항을 버리면 수학식 26과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00089
수학식 26을 MATLAB의 내장함수인 QUADPROG(H,f,A,B)에 대입하기 위해서는 헤시안 행렬(H)와 그레디언트 행렬(G)를 찾아야 하며, 수학식 26을 수학식 27과 비교하여 이를 찾을 수 있다.
Figure 112015048213738-pat00090
본 발명의 일 실시예에서는 QP 최적화를 위해 이미 전술한 바와 같이 MATLAB의 내장함수는 QUADPROG(H,f,A,B) 함수를 사용한다. 따라서, 수학식 27은 수학식 28과 같은 형태로 바뀌어서 QUADPROG의 인자인 H, f, A, B를 각각 찾아야 한다. 여기서, H는 수학식 26의
Figure 112015048213738-pat00091
을 나타내고, f는
Figure 112015048213738-pat00092
를 나타내며, A와 B는 각각 C를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00093
수학식 28의 H, f, A, B는 각각 수학식 29와 같이 정리될 수 있다. 여기서, x는
Figure 112015048213738-pat00094
를 나타낸다.
Figure 112015048213738-pat00095
지금까지 서술한 식은 결과적으로 입력 및 출력에 제한을 갖는 QP의 최적화 문제가 된다. 일반적인 동적 행렬 제어에서 일단 최적의 입력이 QP를 통하여
Figure 112015048213738-pat00096
이 계산되면,
Figure 112015048213738-pat00097
의 첫번째 입력만 사용되고 나머지 값들은 모두 버려진다. 이와 같은 과정이 매 샘플링 주기마다 이동 구간 제어 형태로 일어나게 된다.
도 2 및 도 3을 이용하여 동적 행렬 제어의 동작에 대해 설명하였다.
이하에서는 동적 행렬 제어를 기반으로 보일러-터빈 협조 제어기에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 동작점에서의 화력 발전기의 주소 변수에 대한 데이터를 정리한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계단 응답 모델의 결과를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기(400)는 도 1의 PI 출력 제어기와 PI 압력 제어기를 제거하고 동적 행렬 제어기(410)로 대체한 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기(400)는 화력 발전기의 다양한 종류의 하부 제어기를 외란으로 고려하지 않고, 발젼기 동력학의 일부로 포함하여 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 협조 제어기의 제어 변수는 부하 요구 신호에 따른 전기 출력과 주증기 압력이고, 조작 변수는 보일러 마스터 신호와 가버닝 밸브이며, 외란 변수는 고려하지 않는다.
도 4에 도시된 보일러-터빈 협조 제어기(400)에 포함되는 동적 행렬 제어기(410)는 제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 목표값과의 에러가 최소가 되는 제어 변수값을 도출할 수 있다.
또한, 동적 행렬 제어기(410)는 도출된 제어 변수값에 대한 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기(415)와 가버닝 밸브(420)로 각각 출력할 수 있다. 제어 변수값에 대한 조작 변수값은 예측 방정식을 이용하여 도출되는 것으로 이는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 여기서, 제어 변수는 전기 출력과 주증기 압력이며, 조작 변수는 보일러 마스터 및 가버닝 밸브일 수 있다.
동적 행렬 제어기(410)의 동작 및 내부 구성에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기(410)는 계단 응답 모델을 이용하고 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러-터빈 협조 제어기(400)가 정상적으로 동작하기 위해 가장 중요한 것은 계단 응답 데이터를 구하는 것이다. 즉, 계단 응답 데이터를 구하기 위해 특정 동작점에서 화력발전기 모델의 상태 변수와 제어 변수, 조작 변수의 값을 구해야 한다. 도 5에는 특정 동작점(475MW)에서 구한 화력발전소의 주요 변수들의 값이 정리되어 있다.
계단 응답 데이터를 구하기 위해 가장 중요한 것은 동적 행렬 제어기(410)의 입력의 크기(즉, 제어 변수값의 크기)를 적절하게 변화시키는 것이 매우 중요하다. 즉, 입력의 크기를 너무 크게 하면, 화력 발전소의 응답이 발산하게 되며, 너무 작은 경우 노이즈 신호에 영향을 크게 받게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시에서는 입력의 크기(제어 변수값의 크기)를 결정하기 위해 화력발전기 모델을 100MW에서 600MW까지 운전하여 입력의 변화량(즉, 제어 변수의 변화량)을 저장하였다. 그리고, 입력 변화량(즉, 제어 변수 변화량)의 0.1%부터 10% 크기까지 화력발전기 모델에 입력을 가하여 응답을 도출하였다. 그 결과 입력값(즉, 제어 변수 변화량)이 1%를 초과하는 경우 응답이 발산하고, 1% 이하인 경우에는 계단 응답 모델이 일정한 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 계단 응답 데이터를 얻기 위해 입력의 크기(즉, 제어 변수의 변화량의 크기)를 1%로 결정하였으며, 이에 따른 계단 응답 모델은 도 6에 도시되어 있다. 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 행렬 제어기를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 계단 응답 모델에서 진동하는 부분이 있는데, 이는 하위 제어기들이 동작하고 있기 때문에 발생되는 현상이다. 도 6을 참조하면, 보일러 마스터 신호가 상승하면, 출력과 압력이 증가하는 것을 볼 수 있다. 보일러 마스터 신호가 올라가면 연료와 공기가 보일러로 더 많이 들어가게 되고, 드럼에서는 더 많은 증기가 생성된다. 증가한 증기는 압력을 높이게 되고, 터빈을 세계 돌려서 출력도 증가시키게 된다.
가버닝 밸브가 증가하게 되면, 출력은 일시적으로 증가하다가 점차적으로 원래 자리로 찾아오게 되며, 압력은 하강하게 된다. 이는 보일러에서 터빈으로 빠져나가는 증기가 증가하면서 보일러의 압력은 하강하고 터빈의 출력은 순간적으로 증가하는 것이다. 그러나, 연료는 일정하게 공급되고 있기 때문에 보일러에서 발생하는 증기가 한정적이므로 출력은 다시 원래대로 돌아오게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 계단 응답 모델의 결과를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력과 출력에 대한 외란 변수의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 7의 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기(700)는 도 4에 도시된 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기(700)와 기본적인 동작은 유사하다. 상이한 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따른 보일러-터빈 협조 제어기(700)는 복수의 하위 제어기의 조작변수를 외란으로 고려하는 것이다. 즉, 보일러-터빈 협조 제어기(700)에 포함되는 동적 행렬 제어기(710)는 부하 요구 신호에 따른 전기 출력값과 주증기 압력값을 제어 변수값과 화력 발전기의 하위 제어기 중 적어도 일부 하위 제어기의 출력값을 외란 변수값으로 입력받고, 제어 변수값, 외란 변수값 및 미리 모델링된 계단 응답 데이터를 이용하여 예측된 보일러 마스터값과 밸브 제어값을 예측된 조작변수값으로써 연료 제어기 및 가버닝 밸브로 각각 출력할 수 있다.
도 8에는 도 7의 보일러-터빈 협조 제어기(700)의 계단 응답 모델이 도시되어 있다.
화력발전기의 하위 제어기들에는 8개의 조작변수가 존재한다. 그러나, 하위 제어기들의 8개의 조작 변수 모두를 외란으로 고려하게 되면 동적 행렬 제어기(710)의 계산량이 많아져 속도가 느려지게 된다.
따라서, 제2 실시예에서는 부분적으로 화력발전기의 출력과 압력에 영향을 많이 미치는 조작변수를 선별하여 외란으로 고려하였다. 동적 행렬 제어기(710)의 출력과 압력을 영향을 미치는 하위 제어기의 조작 변수들을 찾기 위해, 100MW부터 600MW까지 화력발전기를 운전하여 얻은 8개의 조작변수의 변화량을 구한 후 변화량의 크기에 1%를 475MW 동작점 상태에서 각각의 외란으로 보는 조작변수에 계단 입력을 가하였다. 도 9는 이에 대한 결과를 나타내며, 급수펌프 유량(WFT), 재순환 가스유량(WGR), 유인 송풍기 개도(AVF), 버너 기울기 위치(XGG)의 조작 변수가 출력과 압력에 영향을 미치는 것을 알 수 있다(도 9 참조).
이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에서는 하위 제어기들의 조작 변수 중 급수펌프 유량, 재순환 가스유량, 유인 송풍기 개도 및 버너 기울기 위치를 외란으로 고려하였다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 보일러-터빈 협조 제어기(700)에 포함되는 동적 행렬 제어기(710)는 부하 요구 신호에 따른 전기 출력값과 주증기 압력값을 제어 변수값으로 각각 입력받는다. 또한, 동적 행렬 제어기(710)는 하위 제어기들 중 일부 하위 제어기의 조작 변수값을 외란 변수값으로 각각 입력받는다. 여기서, 외란 변수값은 이미 전술한 바와 같이, 급수펌프 유량(WFT), 재순환 가스유량(WGR), 유인 송풍기 개도(AVF), 버너 기울기 위치(XGG)의 값일 수 있다.
도 7에 도시된 동적 행렬 제어기(710)는 부하 요구 신호에 따른 전기 출력과 주증기 압력에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량 및 외란 변수 변화량을 적용하여 목표값과의 에러가 최소가 되는 상기 전기 출력과 상기 주증기 압력에 대한 최적 제어 변수값을 계산할 수 있다.
이때, 동적 행렬 제어기(710)는 단계적 조작 변수 변화량과 외란 변수 변화량을 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 적용하여 한 단계 이후의 제어 변수값을 도출할 수 있으며, 도출된 제어 변수값에 따른 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기(715)와 가버닝 밸브(720)로 각각 출력할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계단 응답 모델 결과를 도시한 그래프이다.
도 10에 도시된 보일러-터빈 협조 제어기(1000)는 PID 제어기(1015)의 앞단에 동적 행렬 제어기(1010)가 결합되는 구조이다. 이에 따라, 동적 행렬 제어기(1010)는 PID 제어기(1015)를 보정해주는 역할을 수행한다.
도 10에 도시된 보일러-터빈 협조 제어기(1000)의 동적 행렬 제어기(1010)는 PID 제어기(1015)를 보정하는 구조이다. 따라서, 동적 행렬 제어기(1010)는 PID 제어기(1015)로 출력되는 설정값에 계단 입력을 가하여 보정할 수 있다. 이를 위해, 계단 입력의 크기는 부하 요구 신호 5MW의 크기로 설정하였으며, 동작점은 475MW로 설정하였다. 이에 따른 모델링된 계단 응답 데이터는 도 11에 도시되어 있다.
이를 위해, 동적 행렬 제어기(1010)는 제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 목표값에 대한 단계별 보정값을 계산하여 PID 제어기(1015)로 출력한다. 여기서, PID 제어기(1015)는 전기 출력 보정값을 상기 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 보일러 마스터의 조작변수값을 계산하는 압력 제어기(1017)과 주증기 압력 보정값을 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 가버닝 밸브 제어를 위한 조작변수값을 계산하는 출력 제어기(1016)를 포함한다.
이에 따라, PID 제어기(1015)는 목표값과 계산된 단계별 보정값을 반영한 설정값을 입력받아 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기(1020)와 가버닝 밸브(1025)로 각각 출력할 수 있다. PID 제어기(1015)에서 설정값에 따른 조작 변수값을 계산하는 방법은 종래와 동일하므로 이에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 보일러-터빈 협조 제어 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210: 모델링부
215: 최적화부

Claims (16)

  1. 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어기에 있어서,
    제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 제어 변수값을 도출하는 동적 행렬 제어기를 포함하되,
    상기 동적 행렬 제어기는,
    상기 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 상기 제어 변수값을 적용하여 예측된 보일러 마스터와 가버닝 밸브의 예측된 조작 변수값을 계산하여 출력하는 모델링부; 및
    상기 예측된 조작 변수값과 상기 목표값과의 차이를 에러값으로 도출하고, 상기 도출된 에러값과 제약 조건을 2차 계획법(QP: Quadratic programming)에 적용하여 한 단계 이후의 제어 변수값을 계산하는 최적화부를 포함하되,
    상기 계산된 한 단계 이후의 제어 변수값은 상기 모델링부로 입력되되,
    상기 모델링부 및 상기 최적화부는, 상기 에러값이 최소가 될때까지 반복하여 동작되되,
    상기 제어 변수는 전기 출력과 주증기 압력이며, 상기 조작 변수는 보일러 마스터 및 가버닝 밸브인 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 동적 행렬 제어기는,
    상기 도출된 제어 변수값에 따른 최적의 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기 및 가버닝 밸브로 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 동적 행렬 제어기는,
    상기 제어 변수값을 단계적으로 변화시키면서 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 최적의 제어 변수값을 계산하는 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 2차 계획법은 MATLAB의 QUARDPROG 내장 함수를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  7. 제1 항에 있어서,
    계산된 제어 변수값이 이전 단계에서 계산된 제어 변수값과의 차이가 지정된 범위 이내가 되도록 상기 이후 단계의 제어 변수값을 계산하는 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 최적화부는,
    상기 계산된 제어 변수값이 이전 단계에서 계산된 제어 변수값과의 차이가 1% 이하가 되도록 상기 이후 단계의 제어 변수값을 계산하는 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  9. 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어기에 있어서,
    부하 요구 신호에 따른 전기 출력과 주증기 압력에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량 및 외란 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 상기 전기 출력과 상기 주증기 압력에 대한 최적 제어 변수값을 계산하는 동적 행렬 제어기를 포함하되,
    상기 동적 행렬 제어기는,
    상기 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 상기 제어 변수값을 적용하여 예측된 보일러 마스터와 가버닝 밸브의 예측된 조작 변수값을 계산하여 출력하는 모델링부; 및
    상기 예측된 조작 변수값과 상기 목표값과의 차이를 에러값으로 도출하고, 상기 도출된 에러값과 제약 조건을 2차 계획법(QP: Quadratic programming)에 적용하여 한 단계 이후의 제어 변수값을 계산하는 최적화부를 포함하되,
    상기 계산된 한 단계 이후의 제어 변수값은 상기 모델링부로 입력되되,
    상기 모델링부 및 상기 최적화부는, 상기 에러값이 최소가 될때까지 반복하여 동작되되,
    상기 조작 변수값은 단계별 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값인 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 외란 변수값은,
    급수펌프 유량, 재순환 가스유량, 유인 송풍기 개도 및 버너 기울기 위치의 조작 변수값인 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 동적 행렬 제어기는,
    상기 제어 변수값을 단계적으로 변화시키면서 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 최적의 제어 변수값을 계산하는 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  12. 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어기에 있어서,
    제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값에 대한 단계별 보정값을 계산하는 동적 행렬 제어기; 및
    상기 목표값에 상기 계산된 단계별 보정값을 반영한 목표값을 입력받아 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기 및 가버닝 밸브로 각각 출력하는 다중루프제어기를 포함하되,
    상기 보정값은 전기 출력 보정값 및 주증기 압력 보정값을 포함하되,
    상기 다중루프제어기는,
    상기 전기 출력 보정값을 상기 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 보일러 마스터의 조작변수값을 계산하는 압력 제어기; 및
    상기 주증기 압력 보정값을 상기 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 가버닝 밸브 제어를 위한 조작변수값을 계산하는 출력 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력 발전기에 포함되는 보일러-터빈 협조 제어기.
  13. 삭제
  14. 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법에 있어서,
    제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 스텝별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 제어 변수값을 도출하는 단계; 및
    상기 도출된 제어 변수값에 대한 조작 변수값을 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 제어 변수값을 도출하는 단계는,
    상기 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 상기 제어 변수값을 적용하여 예측된 보일러 마스터와 가버닝 밸브의 예측된 조작 변수값을 계산하여 출력하는 모델링 단계; 및
    상기 예측된 조작 변수값과 상기 목표값과의 차이를 에러값으로 도출하고, 상기 도출된 에러값과 제약 조건을 2차 계획법(QP: Quadratic programming)에 적용하여 한 스텝 이후의 제어 변수값을 계산하는 최적화 단계를 포함하되,
    상기 계산된 한 스텝 이후의 제어 변수값은 상기 모델링 단계로 입력되되,
    상기 모델링 단계 및 상기 최적화 단계는, 상기 에러값이 최소가 될때까지 반복하여 동작되되,
    상기 제어 변수는 전기 출력과 주증기 압력이며, 상기 조작 변수는 보일러 마스터 및 가버닝 밸브인 것을 특징으로 하는 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법.
  15. 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법에 있어서,
    부하 요구 신호에 따른 전기 출력과 주증기 압력에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 스텝별 조작 변수 변화량 및 외란 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값과의 에러가 최소가 되는 상기 전기 출력과 상기 주증기 압력에 대한 최적 제어 변수값을 계산하는 단계; 및
    상기 최적 제어 변수값에 대한 최적 조작 변수값을 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 제어 변수값을 도출하는 단계는,
    상기 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 상기 제어 변수값을 적용하여 예측된 보일러 마스터와 가버닝 밸브의 예측된 조작 변수값을 계산하여 출력하는 모델링 단계; 및
    상기 예측된 조작 변수값과 상기 목표값과의 차이를 에러값으로 도출하고, 상기 도출된 에러값과 제약 조건을 2차 계획법(QP: Quadratic programming)에 적용하여 한 스텝 이후의 제어 변수값을 계산하는 최적화 단계를 포함하되,
    상기 계산된 한 스텝 이후의 제어 변수값은 상기 모델링 단계로 입력되되,
    상기 모델링 단계 및 상기 최적화 단계는, 상기 에러값이 최소가 될때까지 반복하여 동작되되,
    상기 조작 변수값은 단계별 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값인 것을 특징으로 하는 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법.
  16. 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법에 있어서,
    제어 변수에 대한 목표값을 입력받고, 미리 모델링된 계단 응답 데이터에 단계별 조작 변수 변화량을 적용하여 상기 목표값에 대한 단계별 보정값을 계산하는 단계; 및
    상기 목표값에 상기 계산된 단계별 보정값을 반영한 목표값을 입력받아 보일러 마스터 및 가버닝 밸브의 조작 변수값을 계산하여 연소 제어기 및 가버닝 밸브로 각각 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 보정값은 전기 출력 보정값 및 주증기 압력 보정값을 포함하되,
    상기 조작 변수값을 계산은,
    상기 전기 출력 보정값을 상기 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 보일러 마스터의 조작변수값을 계산하는 단계; 및
    상기 주증기 압력 보정값을 상기 목표값에 반영한 설정값을 입력받아 가버닝 밸브 제어를 위한 조작변수값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력 발전기의 보일러-터빈 협조 제어 방법.
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