[发明专利]基于设定点变化速率的可变速率前馈控制

说明书

技术领域

本专利总的来说涉及过程控制和发电设备的控制，具体来说，涉及用于 缩短发电设备/过程或具有类似响应特性的其它工厂设备的控制响应时间的 可变速率前馈控制电路的实现。

背景技术

多种工业及非工业应用使用燃烧燃料的锅炉，燃烧燃料的锅炉通常用于 通过燃烧诸如煤、燃气、油及废料等等之类的各种类型燃料中的一种来将化 学能转换成热能。燃烧燃料的锅炉的一种示例性应用是火力发电机，其中燃 烧燃料的炉膛从通过锅炉内的若干管道和管路行进的水中生成蒸汽，所生成 的蒸汽接着用于使一个或多个蒸汽涡轮机运转发电。火力发电机的电力或功 率输出为锅炉中所生成的热量的函数，其中，例如，热量由每小时消耗的(例 如，燃烧的)燃料量来直接确定。

发电厂中使用的典型蒸汽发生系统包括具有过热部分(具有一个或多个 子部分)的锅炉，在过热部分中产生蒸汽，并且蒸汽接着被提供给通常为高 压蒸汽涡轮机的第一蒸汽涡轮机并且在该第一蒸汽涡轮机中被使用。为了提 高系统的效率，从第一蒸汽涡轮机排出的蒸汽可以接着在锅炉的再热器部分 中进行再热，再热器部分可以包括一个或多个子部分，并且再热后的蒸汽接 着被提供给通常为低压蒸汽涡轮机的第二蒸汽涡轮机。然而，已经知道的是， 必须以协调方式控制电力系统的炉膛/锅炉部分以及电力系统的涡轮机部 分，以产生期望的功率量。

此外，已经知道的是，根据为发电厂规定的可变能量或负荷需求，发电 厂的蒸汽涡轮机通常在不同的时刻以不同的操作水平运行以生成不同的电 量或功率量。例如，在许多情况下，发电厂连接至有时称为电网的电力分配 网络，并且向电网提供特定的功率量。在这种情况下，电网管理者或控制机 构通常对电网进行管理以将电网上的电压电平保持在常量或接近常量的电 平(也就是，在额定电平内)，并且根据用电者对置于电网上的电力(功率) 的当前需求来提供可靠的电力供应。当然，在日常的某些时间比其它时间、 以及在一周和一年的某些天比其它天通常具有更繁忙使用和更大量的电力 需求，电网管理者通常要为这些时间和这些天的更繁忙使用和由此的更大量 的电力需求作计划，并且可以运行一个或多个优化例程来确定电力的最优量 和类型，所述优化例程需要由与电网连接的各种发电厂在任何特定的时间生 成，以满足对电网的当前的或期望的总电力需求。

作为该过程的一部分，电网管理者通常为向电网供电的各发电厂发送电 力需求量(也称为负荷需求设定点)，其中电力需求量或负荷需求设定点指 定每个特定发电厂在任何特定时刻待向电网提供的功率量。当然，为了实现 对电网的恰当控制，电网管理者可以在任何时刻向连接到电网的不同发电厂 发送新的负荷需求设定点，以说明供应给电网或从电网消耗的电力的预期或 意外变化。例如，电网管理者响应于需求的预期或意外变化(通常在正常营 业时间和工作日要比晚上和周末需求更高)，可以改变特定发电厂的负荷需 求设定点。同样，电网管理者可以响应于电网上电力供应的预期或意外减少， 例如由特定发电厂中的一个或多个电力单元意外地出现故障或因为正常或 定期维修而被下线(off-line)引起的电网上电力供应的预期或意外减少，而 改变特定发电厂的负荷需求设定点。

无论如何，尽管电网管理者可以在任何时刻提供或改变特定发电厂的负 荷需求设定点，发电厂自己一般不能立即增加或减少供给电网的功率量，这 是因为发电设备通常由于这些系统的物理特性而在响应时间上呈现显著的 滞后。例如，为了增加基于蒸汽涡轮机的发电系统的电力输出，需要改变系 统内消耗的燃料量，以便因此提高该系统的锅炉内水的蒸汽压力或温度，所 有这些将耗费有限而不少的时间。因此，一般而言，基于工厂内发电设备的 特性，发电厂能够仅仅以特定速率斜升(ramp up)或斜降(ramp down)供 给电网的功率量。因此，当电网管理者改变任何特定发电厂的负荷需求设定 点时，电网管理者通常提供新的目标负荷需求(待在将来某些特定时刻达到) 以及指定负荷需求设定点在当前时刻和未来特定时刻之间的时间内变化所 用的方式的斜率。一般而言，斜率表示发电厂的负荷需求设定点在当前负荷 需求设定点和目标负荷需求设定点之间的时间内斜升或斜降(变化)所采用 的方式。