WO1995016296A1 - Verfahren zur steuerung von im verbund betriebenen elektrische und/oder thermische energie erzeugenden anlagen - Google Patents

Verfahren zur steuerung von im verbund betriebenen elektrische und/oder thermische energie erzeugenden anlagen Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
    • H02J3/472—For selectively connecting the AC sources in a particular order, e.g. sequential, alternating or subsets of sources

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling electrical and / or thermal energy generating systems operated in a network.
  • the object of the invention is to optimize the combined operation of energy-generating systems with a new method in such a way that the above requirements are met and the individual systems are always ideal
  • the object is achieved by the invention.
  • This is characterized by the fact that physical values are measured in the individual systems and values, such as the currently maximum possible energy output are calculated, and that with the measured quantities, the calculated values and the values of fuel supply, energy requirement tables for certain periods, characteristic curves, etc. stored in a database, an optimization calculation of the combined operation with program modules in a computer, i.e. optimal use of the individual systems in connection with the current energy requirement is carried out,
  • REPLACEMENT BLA ⁇ " (RULE 26) and the values determined for the individual systems are displayed and / or transferred to the control systems of the systems for control purposes, and that in each case the values stored in the database are compared or evaluated with the values of the last optimization calculation and then stored, and in addition With the values stored in the database, the required energy requirement for various time intervals and the necessary optimization of the use of the individual systems are calculated in advance. As a result, the maximum possible electrical and thermal energy is generated for the first time with a minimal use of resources and a minimal environmental impact.
  • One embodiment of the invention consists in that a calculation interval step size of 5 minutes is provided for an optimization period of up to one hour, a calculation interval step size of 15 minutes for an optimization period of one to three hours and a calculation interval step size of one hour for an optimization period of 24 to 72 hours becomes.
  • a further advantage is that the quantities measured in the individual systems are used to calculate the load profile over time using the neural network method. As a result, when archiving these load profiles, it is already possible to predict at what point in time how much energy has to be provided, provided that the same boundary conditions can then be expected.
  • One method step according to the invention is that the measured values are validated, i.e. a check of the conformity of the measured values from the control system, e.g. Pressure, temperature, mass flow, is carried out with the calculated values of the validation, and that in the event of a deviation, messages are sent to the corresponding system or to the control system.
  • a check of the conformity of the measured values from the control system e.g. Pressure, temperature, mass flow
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26)
  • An advantageous method step consists in that a system is simulated with the calculated characteristic curves and the data from the validation of the thermodynamic process with a nonlinear system of equations, in which the variables are mass flow, pressure and enthalpy, and an error compensation calculation.
  • the simulation calculates the thermodynamically optimal process parameters that lead to maximum energy utilization of the primary energy used.
  • FIG. 1 schematically shows the process sequence in blocks and FIG. 2 shows the block diagram of a report generator.
  • REPLACEMENT BLART (RULE 26) Simulation module 19 of the thermodynamic process is provided.
  • the implementation 20 also issues alarm messages 21 to the plants 1 and gives setpoints for regulation to the control systems of the plants 1.
  • the block 22 symbolizes the interface between the plants 1 and the method.
  • the information stored in a data buffer 10 is fed to a process image 11 which has the current status.
  • the values calculated in the process image 11 are stored in the archive area 12 and output as messages 13 on the screen.
  • Block 14 means integral calculations in the archive area 12.
  • the archive area 12 communicates with the steadily growing report data area 15, the device data 16 being entered directly or via a keyboard.
  • the method can be implemented on a standard PC, a workstation or in a PC network.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung von im Verbund betriebenen Energie erzeugenden Anlagen (1) werden bei den Anlagen (1) physikalische Größen (2) gemessen und daraus Werte (3), wie z.B. die momentan maximal mögliche Energieabgabe, berechnet. Mit den Größen (2), den Werten (3) und den in einer Datenbank (4) gespeicherten Werten von Brennstoffvorrat, Energiebedarfstabellen für bestimmte Zeiträume, Kennlinien, usw. erfolgt mit Programmodulen (5) in einem Rechner eine Optimierungsrechnung des Verbundbetriebes. Die dabei ermittelten Werte (6) für die Anlagen (1) werden auf einem Bildschirm (7) angezeigt und/oder an die Leitsysteme (8) der Anlagen (1) übergeben. Die in der Datenbank (4) gespeicherten Werte werden anschließend mit den Werten (6) der letzten Optimierungsrechnung verglichen bzw. bewertet und danach abgespeichert. Weiters wird mit den in der Datenbank (4) gespeicherten Werten der erforderliche Energiebedarf für verschiedene Zeitintervalle und die dafür notwendige Einsatzoptimierung der einzelnen Anlagen (1) vorausberechnet. Dadurch wird mit einem minimalen Einsatz von Resourcen und einer minimalen Umweltbelastung die maximal mögliche elektrische und thermische Energie erzeugt.

Description

Verfahren zur Steuerung von im Verbund betriebenen elektrische und/oder thermische Energie erzeugenden Anlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von im Verbund betriebenen elektrische und/oder thermische Energie erzeugenden Anlagen.
Betreiber von Energieversorgungsanlagen, sowohl Energieversorgungsunternehmen wie Industriebetriebe., stehen ständig vor der Aufgabe, die geforderte Energie in Form von Strom, Heizwasser oder Dampf mit möglichst geringen Primärenergieeinsatz zu erzeugen. Bei komplexen technischen Erzeugungs- und Verteilungsanlagen ist das wirtschaftliche Optimum nur schwer auf manuelle Weise zu bestimmen. Zu den wesentlichen Randbedingungen gehören meist langfristige Bezugsverträge, die die Abnahme von Fremdstrom, Gas und Steinkohle regeln. Hinzu kommt, daß die Umweltschutzauflagen im Bereich der Luftreinhaltung oder des Gewässerschutzes einzuhalten sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, mit einem neuen Verfahren den Verbundbetrieb von Energie erzeugenden Anlagen derart zu optimieren, daß die obigen Auflagen erfüllt werden und die einzelnen Anlagen immer im idealsten
Wirkungsgradbereich betrieben werden und somit geringer Primärenergieeinsatz, sowie geringe Umweltbelastung bei minimalen Betriebskosten erreicht wird.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Anlagen physikalische Größen gemessen werden und daraus Werte, wie z.B. die momentan maximal mögliche Energieabgabe, berechnet werden, und daß mit den gemessenen Größen, den berechneten Werten und den in einer Datenbank gespeicherten Werten von Brennstoffvorrat, Energiebedarfstabellen für bestimmte Zeiträume, Kennlinien, usw. mit Programmodulen in einem Rechner eine Optimierungsrechnung des Verbundbetriebes, d.h. eine optimale Ausnutzung der einzelnen Anlagen in Verbindung zum momentanen Energiebedarf, durchgeführt wird,
ERSATZBLAπ" (REGEL 26) und die dabei ermittelten Werte für die einzelnen Anlagen angezeigt und/oder an die Leitsysteme der Anlagen zur Steuerung übergeben werden, und daß jeweils die in der Datenbank gespeicherten Werte mit den Werten der letzten Optimierungsrechnung verglichen bzw. bewertet und anschließend abgespeichert werden, und daß weiters mit den in der Datenbank gespeicherten Werten der erforderliche Energiebedarf für verschiedene Zeitintervalle und die dafür notwendige Einsatzoptimierung der einzelnen Anlagen vorausberechnet wird. Dadurch wird erstmals mit einem minimalen Einsatz von Resourcen und einer minimalen Umweltbelastung die maximal mögliche elektrische und thermische Energie erzeugt.
Von Vorteil ist, daß das Prinzip der Gemischt-Ganzzahligen-Linearen- Programmierung bei den Optimierungsmodulen angewendet wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß bei einem Optimierungszeitraum bis einer Stunde eine Rechenintervallschrittweite von 5 Minuten, bei einem Optimierungszeitraum von einer bis drei Stunden eine Rechenintervallschrittweite von 15 Minuten und bei einem Optimierungszeitraum von 24 bis 72 Stunden eine Rechen¬ intervallschrittweite von einer Stunde vorgesehen wird.
Ein weiterer Vorteil ist, daß mit den bei den einzelnen Anlagen gemessenen Größen der Lastverlauf nach dem Verfahren der neuronalen Netze über der Zeit berechnet wird. Dadurch kann bei einer Archivierung dieser Lastverläufe schon vorhergesagt werden zu welchem Zeitpunkt wieviel Energie bereitgestellt werden muß, soferne dann mit den gleichen Randbedingungen zu rechnen ist.
Ein erfindungsgemäßer Verfahrensschritt liegt darin, daß die Meßwerte validiert werden, d.h. eine Überprüfung der Übereinstimmumg der gemessenen Werte aus dem Leitsystem, z.B. Druck, Temperatur, Massenstrom, mit den berechneten Werten der Validierung durchgeführt wird, und daß bei einer Abweichung Meldungen an die entsprechende Anlage bzw. an das Leitsystem abgegeben werden.
ERSATZBLAπ (REGEL 26) Ein vorteilhafter Verfahrensschritt besteht darin, daß mit den berechneten Kennlinien und den Daten von der Validierung des thermodynamischen Prozesses mit einem nichtlinearen Gleichungssystem, bei dem die Variablen Massenstrom, Druck und Enthalpie sind, und einer Fehlerausgleichsrechnung eine Anlage simuliert wird. Durch die Simulation werden die thermodynamisch optimalen Prozeßparameter berechnet, die zur maximalen Energieausnutzung der eingesetzten Primärenergie fuhren.
Von Vorteil ist, daß kurz- und/oder langfristige Trendanalysen des Energiebedarfes (Lastprognosen) durchgeführt werden und die dazu notwendige Auslastung der im Verbund betriebenen Anlagen ermittelt wird.
Die Erfindung wird nun nachstehend an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt schematisch in Blöcken dargestellt den Verfahrensablauf und in Fig. 2 ist das Blockschaltbild eines Berichtsgenerators dargestellt.
In Fig. 1 werden bei den einzelnen Anlagen 1 physikalische Größen 2 gemessen und daraus Werte 3, wie z.B. die momentan maximal mögliche Energieabgabe, berechnet. Mit den gemessenen Größen 2, den berechneten Werten 3 und den in einer Datenbank 4 gespeicherten Werten von Brennstoffvorrat, Energiebedarfstabellen für bestimmte Zeiträume, Kennlinien, usw. erfolgt mit Programmodulen 5 in einem Rechner eine Optimierungsrechnung des Verbundbetriebes, d.h. eine optimale Ausnutzung der einzelnen Anlagen in Verbindung zum momentanen Energiebedarf. Die dabei ermittelten Werte 6 für die einzelnen Anlagen 1 werden auf einem Bildschirm 7 angezeigt und/oder an die Leitsysteme 8 der Anlagen 9 übergeben. Die in der Daten¬ bank 4 gespeicherten Werte werden anschließend mit den Werten 6 der letzten Optimierungsrechnung verglichen bzw. bewertet und danach abgespeichert. Weiters wird mit den in der Datenbank 4 gespeicherten Werten der erforderliche Energie¬ bedarf für verschiedene Zeitintervalle und die dafür notwendige Einsatzoptimierung der einzelnen Anlagen 1 vorausberechnet. Weiters ist noch eine Kennlinienberechnung
9, eine Berechnung des Lastverlaufes 17, eine Validierung der Meßwerte 18 und ein
ERSATZBLArT (REGEL 26) Simulationsmodul 19 des thermodynamischen Prozesses vorgesehen. Die Umsetzung 20 erteilt auch Alarmmeldungen 21 an die Anlagen 1 und gibt Sollwerte zur Regelung an die Leitsysteme der Anlagen 1. Der Block 22 symbolisiert die Schnittstelle zwischen den Anlagen 1 und dem Verfahren.
In Fig. 2 werden die in einem Datenpuffer 10 gespeicherten Informationen einem Prozeßabbild 11, das den aktuellen Zustand aufweist, zugeführt. Die im Prozessabbild 11 berechneten Werte werden im Archivbereich 12 abgelegt und als Meldungen 13 am Bildschirm ausgegeben. Mit dem Block 14 sind Integralberechnungen im Archiv- bereich 12 gemeint. Der Archivbereich 12 komuniziert mit dem stetig wachsenden Berichtsdatenbereich 15, dem Gerätedaten 16 direkt oder über eine Tastatur Daten eingegeben werden.
Das Verfahren ist auf einem Standard-PC, einer Workstation oder in einem PC-Netz- werk realisierbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Steuerung von im Verbund betriebenen elektrische und/oder thermische Energie erzeugenden Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Anlagen physikalische Größen gemessen werden und daraus Werte, wie z.B. die momentan maximal mögliche Energieabgabe, berechnet werden, und daß mit den gemessenen Größen, den berechneten Werten und den in einer Datenbank gespeicherten Werten von Brennstoffvorrat, Energiebedarfstabellen für bestimmte Zeiträume, Kennlinien usw. mit Programmodulen in einem Rechner eine Optimierungsrechnung des Verbundbetriebes, d.h. eine optimale Ausnutzung der einzelnen Anlagen in Verbindung zum momentanen Energiebedarf, durchgeführt wird, und die dabei ermittelten Werte für die einzelnen Anlagen angezeigt und/oder an die Leitsysteme der Anlagen zur Steuerung übergeben werden, und daß jeweils die in der Datenbank gespeicherten Werte mit den Werten der letzten Optimierungsrechnung verglichen bzw. bewertet und anschließend abgespeichert werden, und daß weiters mit den in der Datenbank gespeicherten Werten der erforderliche Energiebedarf für verschiedene Zeitintervalle und die dafür notwendige Einsatzoptimierung der einzelnen Anlagen vorausberechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prinzip der
Genτischt-Ganzzahligen-Lmearen-Programmierung bei den Optimierungsmodulen angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Optimierungszeitraum bis einer Stunde eine Rechenintervallschrittweite von 5
Minuten, bei einem Optimierungszeitraum von einer bis drei Stunden eine Rechenintervallschrittweite von 15 Minuten und bei einem Optimierungszeitraum von 24 bis 72 Stunden eine Rechenintervallschrittweite von einer Stunde vorgesehen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit den bei den einzelnen Anlagen gemessenen Größen der Lastverlauf nach dem Verfahren der neuronalen Netze über der Zeit berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte validiert werden, d.h. eine Überprüfung der Übereinstimmung der gemessenen Werte aus dem Leitsystem, z.B. Druck, Temperatur, Massenstrom, mit den berechneten Werten der Validierung durchgeführt wird, und daß bei einer Abweichung Meldungen an die entsprechende Anlage bzw. an das Leitsystem abgegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den berechneten Kennlinien und den Daten von der Validierung des thermodynamischen Prozesses mit einem nichtlinearen Gleichungssystem, bei dem die Variablen Massenstrom, Druck und Enthalpie sind, und einer Fehlerausgleichsrechnung eine Anlage simuliert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß kurz- und/oder langfristige Trendanalysen des Energiebedarfes (Lastprognosen) durchgeführt werden und die dazu notwendige Auslastung der im Verbund betriebenen Anlagen ermittelt wird.
PCT/EP1994/004073 1993-12-09 1994-12-07 Verfahren zur steuerung von im verbund betriebenen elektrische und/oder thermische energie erzeugenden anlagen WO1995016296A1 (de)

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