[发明专利]用于蒸汽发电厂的蒸汽产生器的状态观察器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于蒸汽发电厂的蒸汽产生器的状态观察器。

背景技术

蒸汽发电厂例如从http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfkraftwerk(在2014年3月21日获得的)广泛公知。

蒸汽发电厂是一种从化石燃料产生电流的电厂，其中水蒸气的热能在通常多部分的蒸汽涡轮机中被转换为动能并且进一步在发电机中转换为电能。

在这样的蒸汽发电厂中，在燃烧室中燃烧燃料，例如煤，由此释放热。

由此释放的热被蒸汽产生器，即，在由蒸发器(部分)，简称为蒸发器，和(必要时多级的)过热器(部分)，简称为过热器组成的发电厂锅炉中，被吸收。

在蒸发器中，馈入到那里的事先清洁的和处理的(给)水被转换为水蒸气/高压蒸汽。

通过水蒸气/高压蒸气在过热器中的进一步加热，蒸汽被带入到对于“消耗器”所需的温度，其中蒸汽的温度和特定体积上升。蒸汽的过热通过如下进行，即，蒸汽在多个级中通过加热的集束管引导，即所谓的过热级。

这样产生的高压(新)蒸汽进一步进入到蒸汽发电厂中的通常多部分的蒸汽涡轮机并且在那里在减压和冷却的条件下做机械功。

公知的是，为了调节蒸汽发电厂，即，为了调节给水或(新)蒸汽的那里的(物理的)状态参量，诸如温度或压力，对于每个调节任务，原则上设置单个和唯一对应的调节器(单参量状态调节器/调节；单输入-单输出-调节器/调节回路(SISO))。

在蒸汽发电厂中蒸汽温度(调节参量)的这样的(单参量状态)调节例如通过将水(调整参量)经过喷射冷却器的相应的喷射阀喷射到在蒸汽产生器之前的或在蒸发器和过热器级之前的蒸汽管道中来进行。在蒸汽发电厂中蒸汽压力(调节参量)的(另)一个(单参量状态)调节例如通过将燃料/质量流(调整参量)输送到蒸汽产生器的燃烧室中进行。

从EP 2 244 011 A1公知一种蒸汽发电厂中蒸汽温度(以喷射质量流作为调整参量)的这样的(单参量)状态调节。

在EP 2 244 011 A1中该(单参量)状态调节设置线性二次型调节器(LQR)。

LQR是状态调节器，这样确定其参数，使得对于调节质量的品质因数被优化。

对于线性二次型调节的品质因数在此也关注参量，即调整参量u和调节参量y，的关系。在此，通过Q_y和R矩阵确定优先性。品质值J按照如下确定：

对于通过线性二次型调节解决的静态优化问题为：

(其中K作为调节矩阵并且x₀作为初始状态)。此外公知，在(单参量)状态调节情况下使用的、但是不可测量的状态参量，诸如过热器中蒸汽状态/温度，借助观察器电路或借助观察器(状态观察器)来估计。

作为观察器，(对于蒸汽发电厂的过热器中的这些不可测量的蒸汽状态/温度)，在EP 2 244 011 A1中使用卡尔曼滤波器，其同样按照LQR原理设计。LQR与卡尔曼滤波器的共同作用被称为LQG(线性二次型高斯)算法。

但是，按照EP 2 244 011 A1采用的，LQG方法涉及线性调节问题，而喷射质量流作为(单参量)状态调节的调整参量以非线性方式作用于调节参量温度。

通过，按照EP 2 244 011 A1进一步还设置的、所有温度测量和额定值到焓的前后一致的换算，实现调节问题的线性化，因为在喷射质量流和蒸汽焓之间存在线性关系。

从温度到焓的换算在此借助相应的水/蒸汽-表-关系，在使用测量的蒸汽压力的条件下进行。

在EP 2 244 011 A1中始终在线地在使用分别当前的测量值的条件下进行在状态调节器中反馈矩阵(调节矩阵)的计算，以及在相应地按照状态调节器的LQR原理构建的、最终通过其示出调节器的观察器中的相应的反馈矩阵(观察器矩阵)的计算。

在EP 2 244 011 A1中，调节器由此始终与蒸汽发电厂的实际的运行条件匹配。例如动态的过热器特性的取决于负荷的变化由此被自动考虑。

通过反馈矩阵的该在线计算，在EP 2 244 011 A1中实现了调节算法的鲁棒性的提高。

直接作用于过热器的干扰，通过如下来表达：逐渐加热全长即，在过热器出口和入口之间焓的比，发生改变。

在此EP 2 244 011 A1中在此设置，不仅沿着过热器的状态或温度被估计(状态观察器)，而且附加地将干扰或干扰参量作为其他状态来定义并且借助观察器来估计(干扰参量观察器)。