專利名稱：基于設(shè)定點(diǎn)變化速率的可變速率前饋控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利總的來說涉及過程控制和發(fā)電設(shè)備的控制，具體來說，涉及用于 縮短發(fā)電設(shè)備/過程或具有類似響應(yīng)特性的其它工廠設(shè)備的控制響應(yīng)時(shí)間的 可變速率前饋控制電路的實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
多種工業(yè)及非工業(yè)應(yīng)用使用燃燒燃料的鍋爐，燃燒燃料的鍋爐通常用于 通過燃燒諸如煤、燃?xì)?、油及廢料等等之類的各種類型燃料中的一種來將化 學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能。燃燒燃料的鍋爐的一種示例性應(yīng)用是火力發(fā)電機(jī)，其中燃 燒燃料的爐膛從通過鍋爐內(nèi)的若干管道和管路行進(jìn)的水中生成蒸汽，所生成 的蒸汽接著用于使一個(gè)或多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電?；鹆Πl(fā)電機(jī)的電力或功 率輸出為鍋爐中所生成的熱量的函數(shù)，其中，例如，熱量由每小時(shí)消耗的(例 如，燃燒的)燃料量來直接確定。
發(fā)電廠中使用的典型蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括具有過熱部分(具有一個(gè)或多個(gè) 子部分)的鍋爐，在過熱部分中產(chǎn)生蒸汽，并且蒸汽接著被提供給通常為高 壓蒸汽渦輪機(jī)的第一蒸汽渦輪機(jī)并且在該第一蒸汽渦輪機(jī)中被使用。為了提 高系統(tǒng)的效率，從第 一蒸汽渦輪機(jī)排出的蒸汽可以接著在鍋爐的再熱器部分 中進(jìn)行再熱，再熱器部分可以包括一個(gè)或多個(gè)子部分，并且再熱后的蒸汽接 著被提供給通常為低壓蒸汽渦輪機(jī)的第二蒸汽渦輪機(jī)。然而，已經(jīng)知道的是， 必須以協(xié)調(diào)方式控制電力系統(tǒng)的爐膛/鍋爐部分以及電力系統(tǒng)的渦輪機(jī)部 分，以產(chǎn)生期望的功率量。
此外，已經(jīng)知道的是，根據(jù)為發(fā)電廠規(guī)定的可變能量或負(fù)荷需求，發(fā)電 廠的蒸汽渦輪機(jī)通常在不同的時(shí)刻以不同的操作水平運(yùn)行以生成不同的電量或功率量。例如，在許多情況下，發(fā)電廠連接至有時(shí)稱為電網(wǎng)的電力分配 網(wǎng)絡(luò)，并且向電網(wǎng)提供特定的功率量。在這種情況下，電網(wǎng)管理者或控制機(jī) 構(gòu)通常對電網(wǎng)進(jìn)行管理以將電網(wǎng)上的電壓電平保持在常量或接近常量的電 平(也就是，在額定電平內(nèi))，并且根據(jù)用電者對置于電網(wǎng)上的電力(功率) 的當(dāng)前需求來提供可靠的電力供應(yīng)。當(dāng)然，在日常的某些時(shí)間比其它時(shí)間、 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電力 需求，電網(wǎng)管理者通常要為這些時(shí)間和這些天的更繁忙使用和由此的更大量 的電力需求作計(jì)劃，并且可以運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化例程來確定電力的最優(yōu)量 和類型，所述優(yōu)化例程需要由與電網(wǎng)連接的各種發(fā)電廠在任何特定的時(shí)間生 成，以滿足對電網(wǎng)的當(dāng)前的或期望的總電力需求。
作為該過程的一部分，電網(wǎng)管理者通常為向電網(wǎng)供電的各發(fā)電廠發(fā)送電 力需求量(也稱為負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn))，其中電力需求量或負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)指 定每個(gè)特定發(fā)電廠在任何特定時(shí)刻待向電網(wǎng)提供的功率量。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn) 對電網(wǎng)的恰當(dāng)控制，電網(wǎng)管理者可以在任何時(shí)刻向連接到電網(wǎng)的不同發(fā)電廠 發(fā)送新的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)，以說明供應(yīng)給電網(wǎng)或從電網(wǎng)消耗的電力的預(yù)期或 意外變化。例如，電網(wǎng)管理者響應(yīng)于需求的預(yù)期或意外變化(通常在正常營 業(yè)時(shí)間和工作日要比晚上和周末需求更高)，可以改變特定發(fā)電廠的負(fù)荷需 求設(shè)定點(diǎn)。同樣，電網(wǎng)管理者可以響應(yīng)于電網(wǎng)上電力供應(yīng)的預(yù)期或意外減少， 例如由特定發(fā)電廠中的一個(gè)或多個(gè)電力單元意外地出現(xiàn)故障或因?yàn)檎；?br> 定期維修而被下線(off-line)引起的電網(wǎng)上電力供應(yīng)的預(yù)期或意外減少，而 改變特定發(fā)電廠的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)。
無論如何，盡管電網(wǎng)管理者可以在任何時(shí)刻提供或改變特定發(fā)電廠的負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)，發(fā)電廠自己一般不能立即增加或減少供給電網(wǎng)的功率量，這 是因?yàn)榘l(fā)電設(shè)備通常由于這些系統(tǒng)的物理特性而在響應(yīng)時(shí)間上呈現(xiàn)顯著的 滯后。例如，為了增加基于蒸汽渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的電力輸出，需要改變系 統(tǒng)內(nèi)消耗的燃料量，以便因此提高該系統(tǒng)的鍋爐內(nèi)水的蒸汽壓力或溫度，所 有這些將耗費(fèi)有限而不少的時(shí)間。因此， 一般而言，基于工廠內(nèi)發(fā)電設(shè)備的特性，發(fā)電廠能夠僅僅以特定速率斜升(ramp up)或斜降(ramp down )供 給電網(wǎng)的功率量。因此，當(dāng)電網(wǎng)管理者改變?nèi)魏翁囟òl(fā)電廠的負(fù)荷需求設(shè)定 點(diǎn)時(shí)，電網(wǎng)管理者通常提供新的目標(biāo)負(fù)荷需求(待在將來某些特定時(shí)刻達(dá)到) 以及指定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)刻和未來特定時(shí)刻之間的時(shí)間內(nèi)變化所 用的方式的斜率。 一般而言，斜率表示發(fā)電廠的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在當(dāng)前負(fù)荷 需求設(shè)定點(diǎn)和目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的時(shí)間內(nèi)斜升或斜降(變化)所采用 的方式。
在使用鍋爐發(fā)電的發(fā)電廠中，發(fā)電廠控制器通常響應(yīng)于負(fù)荷需求的變 化，使用前饋控制器來增加或減少輸出電力，這可以在本地進(jìn)行，也可以通 過遠(yuǎn)程調(diào)度(例如，通過電網(wǎng)管理器)來進(jìn)行。為了改變工廠的輸出電力， 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)(其可以由電力需求，例如兆瓦或最大生產(chǎn)量的百分比來表 示)通常被轉(zhuǎn)換為充當(dāng)每個(gè)發(fā)電單元的鍋爐和渦輪機(jī)的主前饋需求信號的單 元負(fù)荷指數(shù)。鍋爐主需求信號接著變成產(chǎn)生用于控制提供給鍋爐爐膛的燃料 (例如，煤)和空氣流的主燃料控制信號和主空氣控制信號的基礎(chǔ)。
然而，由于鍋爐響應(yīng)緩慢的特性，通常利用微分分量(從頻域傳遞函數(shù) 觀點(diǎn)看，即"超前(lead)"分量)或者提高鍋爐的響應(yīng)速率的所謂"促 進(jìn)器(kicker)"計(jì)算鍋爐主(或者燃料主)需求，而不是使用負(fù)荷需求指 數(shù)的簡單線性函數(shù)(直線)作為前饋控制信號。當(dāng)計(jì)算前饋控制信號時(shí)，使 用微分作用為基礎(chǔ)來添加超前分量或"促進(jìn)器"的直接缺陷是，當(dāng)負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)的變化較大和/或負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在較長的時(shí)段內(nèi)傾斜或變動時(shí)，這
的風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)問題對于響應(yīng)相對較快的鍋爐(例如，氣旋鍋爐)特別突出。 為了解決超調(diào)和擺動的問題，已知的是，基于當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和最 終目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差得出包括微分"促進(jìn)"作用的基于單元負(fù)荷 指數(shù)的前饋控制信號，這樣使得微分促進(jìn)作用在負(fù)荷需求傾斜開始時(shí)(在當(dāng) 前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差超出預(yù)置的閾值時(shí))更強(qiáng) 或更突出，并且微分作用在接近傾斜的結(jié)尾時(shí)(即，在當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差小于預(yù)置的閾值時(shí))顯著變?nèi)?或者被完全 中止)。然而，這種策略具有顯著的缺點(diǎn)，在于(1)這項(xiàng)技術(shù)在負(fù)荷需 求傾斜范圍相對較小時(shí)(即，在當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和最終目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)
定點(diǎn)之間的差從最初很小，難以開始)失去微分"促進(jìn)"作用以及(2)這 項(xiàng)技術(shù)必須依賴于知道最終目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)以確定何時(shí)去除或減少前 饋控制信號內(nèi)的微分"促進(jìn)"作用。
不幸的是，由例如電網(wǎng)管理者對負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)做出的許多改變實(shí)際上 相對較小并且，在許多情況下，當(dāng)負(fù)荷需求的改變最初是由電網(wǎng)管理者做出 時(shí)(這時(shí)是微分"促進(jìn)"作用是最有益的時(shí)候)，這種改變可能并沒有大到 足以發(fā)起任何微分"促進(jìn)"作用。另外，在許多情況下，實(shí)際的最終或目標(biāo) 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)值對發(fā)電的加工廠的控制系統(tǒng)來說是未知的，這是因?yàn)檫h(yuǎn)程 調(diào)度中心或電網(wǎng)管理者僅向增加負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的本地工廠發(fā)送增量脈沖 信號，而不向該工廠通知該工廠正在移向的最終目標(biāo)負(fù)荷需求。在這種情況 下，難以或者不可能以任何確定性或效率來應(yīng)用微分"促進(jìn)，，作用的增加， 這是因?yàn)樵摴S必須估計(jì)目標(biāo)或最終負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)(這可能導(dǎo)致過積極控 制)或者必須假設(shè)目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)僅僅是調(diào)度員發(fā)送的下一個(gè)值(這通 常導(dǎo)致欠積極控制)。

發(fā)明內(nèi)容
一種控制發(fā)電單元或控制具有慢反應(yīng)特性設(shè)備的其它類型的過程的方 法產(chǎn)生一種基于在特定先前時(shí)段的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化量(即平均變化速 率)來選擇性地包括"超前"或"滯后"分量(高速率響應(yīng)分量或低速率響 應(yīng)分量)的前饋控制信號，并且接著利用所形成的前饋控制信號來控制發(fā)電 設(shè)備或其它慢反應(yīng)設(shè)備。更具體地，這里公開的控制方法基于在過去特定時(shí) 段的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化量(即負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化速率的平均值)否 大于還是小于預(yù)定的閾值，在將較快響應(yīng)速率特性或者較慢響應(yīng)速率特性引 入用于控制設(shè)備運(yùn)行的前饋控制信號之間進(jìn)行切換。
10該技術(shù)的簡單例子通過計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和過去特定時(shí)刻(例 如，10分鐘前)出現(xiàn)的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差來計(jì)算在過去(例如，10 分鐘之前)特定時(shí)段的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的平均變化速率，并且將該差除以時(shí) 長。接著將計(jì)算出的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的平均變化速率與預(yù)置的閾值相比較， 并且當(dāng)計(jì)算出的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的平均變化速率小于預(yù)置的閾值時(shí)，快或超 前響應(yīng)特性或"促進(jìn)"作用被應(yīng)用于前饋控制信號。另一方面，當(dāng)計(jì)算出的 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的平均變化速率大于預(yù)置的閾值時(shí)，慢或滯后響應(yīng)特性被應(yīng) 用于前饋控制信號。 一般來說，該技術(shù)基于如下理論進(jìn)行工作，即負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)已經(jīng)傾斜通過變化的時(shí)段越長和/或負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在過去特定的時(shí) 段變化的越多(即，該設(shè)定點(diǎn)的幅度的變化越大)，在前饋控制信號內(nèi)對高 響應(yīng)速率或超前響應(yīng)作用的需要就越少。
有利地，在負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)斜升至最終目標(biāo)值的時(shí)段內(nèi)，該控制技術(shù)的 實(shí)現(xiàn)不要求知道最終或目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)。而且，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不依賴于 傾斜大小，即負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化的開始的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)與最終或目標(biāo)負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的最后的差。結(jié)果，即使是響應(yīng)于小的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變 化且響應(yīng)于遞增地或逐漸地提供的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化，該技術(shù)也可以用于 在前饋控制信號中產(chǎn)生更高速率的促進(jìn)作用，而無需知道最后所要達(dá)到的最 終或目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，非線性函數(shù)，例如模糊邏輯函數(shù)或技術(shù)，可以用于實(shí) 現(xiàn)"快，，和"慢，，或超前和滯后前饋控制信號速率之間的切換，從而通過在 閾值處實(shí)現(xiàn)這種快響應(yīng)速率和慢響應(yīng)速率之間的切換作用來平滑引入最終 前饋控制信號中的非線性效應(yīng)。


圖1示出與多個(gè)發(fā)電廠相連接的電網(wǎng)的框圖2示出用于在具有鍋爐系統(tǒng)和渦輪機(jī)系統(tǒng)的發(fā)電廠中提供前饋控制和反 饋控制的控制電路的示意性框圖；圖3示出用作圖2的前饋控制電路的一部分的示例性控制例程的框圖，該 前饋控制電路的一部分在產(chǎn)生前饋控制信號時(shí)在將快速率響應(yīng)速率引入前饋控
制信號或者將慢速率響應(yīng)速率引入前饋控制信號之間進(jìn)行切換；
圖4示出用作前饋控制電路的一部分的另一示例控制例程的框圖，該前饋
控制電路的一部分使用模糊邏輯模塊來在利用快響應(yīng)特性生成的前饋控制信號
和利用慢響應(yīng)特征生成的前饋控制信號之間進(jìn)行切換，從而控制發(fā)電單元； 圖5示出用作前饋控制電路的一部分的又一示例控制程序的框圖，該前饋
控制電路的一部分使用模糊邏輯模塊來在產(chǎn)生前饋控制信號所用的快速率和慢
速率之間進(jìn)行切換，從而用于控制發(fā)電單元；和
圖6示出與圖5的控制例程的使用相關(guān)聯(lián)的仿真信號圖，示出在圖5的電
路的仿真運(yùn)行期間與圖5的電路相關(guān)聯(lián)的各種信號變化所采用的方式。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參見圖1，電網(wǎng)10電連接且以可通信的方式連接至若干個(gè)發(fā)電廠 12、 14和16中的每一個(gè)發(fā)電廠，以及圖1中未示出的其它發(fā)電廠，其中發(fā) 電廠12、 14和16用于向電網(wǎng)IO提供電力。正如將被理解的，電網(wǎng)10上的 電力連接至電網(wǎng)10的用戶或其它用電者(圖1未示出)使用或消耗。 一般 而言，電網(wǎng)管理者，在圖1中用系統(tǒng)操作員(SO) 20來表示，與電網(wǎng)10相 連接，并通過確定針對每個(gè)發(fā)電廠12、 14和16的不同負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號 并接著發(fā)送不同負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號至每個(gè)工廠12、 14和16來管理電網(wǎng) IO上的電力。這些負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號可以由系統(tǒng)操作員20以任何已知的 或期望的方式生成并且可以，例如，利用優(yōu)化技術(shù)來生成。一^:而言，這些 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號表示待由每個(gè)發(fā)電廠12、 14和16在任何特定的時(shí)刻向 電網(wǎng)IO提供的功率量(一般以兆瓦為單位)。更具體地說，系統(tǒng)操作員20 通過生成和發(fā)送負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號給每個(gè)工廠12、 14和16來將電網(wǎng)10 上的電壓電平維持在額定電平，并確保足夠的功率(有功和無功)被提供給 電網(wǎng)IO,以滿足在任何特定的時(shí)刻電網(wǎng)10上的當(dāng)前需求和/或預(yù)計(jì)未來需求。不幸的是，正如一般所知，發(fā)電廠12、 14和16不能立刻改變提供給電 網(wǎng)10的功率量，特別是，如果發(fā)電廠12、 14和16使用慢反應(yīng)類型的發(fā)電 設(shè)備，例如燃燒粉煤的發(fā)電單元。因此，在向每個(gè)發(fā)電廠12、 14和16提供 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號時(shí)，系統(tǒng)操作員20—般通過提供待在將來某點(diǎn)達(dá)到的 新目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)以及發(fā)電廠斜升至該目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)所采用的 速率來向每個(gè)發(fā)電廠12、 14和16提供負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號(從而指定了一 組待在當(dāng)前時(shí)刻和達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的時(shí)刻之間使用的負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)信號)。因此，系統(tǒng)操作員20可以向發(fā)電廠，例如，發(fā)電廠14,提供 待在將來的特定時(shí)刻達(dá)到的新目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和由發(fā)電廠14輸出的功 率在當(dāng)前時(shí)刻與達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的時(shí)刻之間的時(shí)間內(nèi)變化的斜率。 一般而言，由系統(tǒng)操作員提供給任何特定發(fā)電廠12、 14和16的斜率基于(即 等于或小于)這些工廠改變它們的電力輸出可采用的最大允許的或指定的速 率，當(dāng)工廠12、 14和16聯(lián)機(jī)或被委托或簽約進(jìn)行調(diào)節(jié)控制時(shí)，這些速率由 工廠12、 14和16提供給系統(tǒng)操作員20。然而，在其它環(huán)境中，系統(tǒng)操作 員20可以在許多周期性時(shí)刻(諸如每分鐘一次，每十分鐘一次等等)向每 個(gè)發(fā)電廠12、 14和16提供新的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)，每次被計(jì)算出的新負(fù)荷需 求都在每個(gè)發(fā)電廠的指定或允許斜率內(nèi)。
在一個(gè)例子中，系統(tǒng)操作員20以例如IO分鐘的增量進(jìn)行操作，系統(tǒng)操 作員20由此在下一個(gè)IO分鐘目標(biāo)周期結(jié)束時(shí)向每個(gè)發(fā)電廠12、 14和16提 供每個(gè)發(fā)電廠應(yīng)該置于或提供到電網(wǎng)IO的功率量(負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn))，并 且可以提供發(fā)電廠在當(dāng)前時(shí)刻與下 一 個(gè)10分鐘間隔結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間內(nèi)斜升 至該功率所應(yīng)該采用的斜率。在該例子中，工廠可以例如表示它能夠提供每
分鐘IO兆瓦的追加功率并且因此在IO分鐘的周期內(nèi)能夠斜升至提供100兆 瓦的追加功率，而第二工廠可以例如僅能提供每分鐘1兆瓦的追加功率，并 且因此在任何特定的IO分鐘周期內(nèi)僅能夠斜升至提供10兆瓦的追加功率。 無論如何，再參考圖1,系統(tǒng)操作員20周期性地或在非固定的時(shí)刻向 發(fā)電廠10、 12、 14中的每一個(gè)發(fā)電廠提供新負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號，并且這
13些負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號包括被提供給位于發(fā)電廠12、 14、 16中的每一個(gè)發(fā) 電廠內(nèi)的負(fù)荷需求計(jì)算機(jī)(LDC) 22的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)。發(fā)電廠12、 14、 16內(nèi)的LDC 22使用負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)作為用于控制工廠內(nèi)單獨(dú)發(fā)電單元的主 要控制信號。如針對發(fā)電廠14所示出的，在這種情況下，發(fā)電廠14為運(yùn)行 鍋爐的蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電廠，LCD 22使用所接收的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號來產(chǎn) 生負(fù)荷需求指數(shù)，該負(fù)荷需求指數(shù)然后被提供給工廠14內(nèi)的渦輪機(jī)主控制 單元24以及鍋爐主控制單元26。如圖1所示，渦輪機(jī)主控制單元24使用 LDC指數(shù)來控制渦輪機(jī)閥28和旁路閥30，以及另外或其它用于基于工廠的 鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽來發(fā)電的渦輪機(jī)設(shè)備。采用類似的方式，鍋爐主控制單 元26使用LDC 22提供的LDC指數(shù)來計(jì)算在鍋爐系統(tǒng)內(nèi)使用的燃料流量、 空氣流量以及水流量需求信號，以控制鼓風(fēng)機(jī)34、磨粉機(jī)36、泵38、閥門 40以及鍋爐系統(tǒng)內(nèi)的其它設(shè)備，從而操作鍋爐來產(chǎn)生在特定發(fā)電容量下驅(qū) 動渦輪機(jī)所需要的蒸汽壓力量。
圖2示出與控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的更詳細(xì)的流程圖，該控制系統(tǒng)可以在工廠 12、 14、 16的一個(gè)或多個(gè)工廠中使用，作為渦輪機(jī)主控制單元24和鍋爐主 控制單元26的一部分。如圖2所示，由LDC22產(chǎn)生的LDC指數(shù)用在兩個(gè) 獨(dú)立的控制路徑42和44中，第一控制路徑42負(fù)責(zé)產(chǎn)生圖1的渦輪機(jī)主控 制單元24內(nèi)的控制信號，第二控制路徑44負(fù)責(zé)產(chǎn)生圖1的鍋爐主控制單元 26內(nèi)的鍋爐主控制信號。
如圖2所示，LDC指數(shù)被提供給渦輪機(jī)控制路徑42中的前饋控制器50 和反饋控制器52，在這種情況下，前饋控制器50和反饋控制器52以鍋爐 跟蹤(following)模式連接，雖然也可以使用公知的渦輪機(jī)跟蹤控制模式作 為替代。在這種情況下，反饋控制器52被表示為比例、積分、微分(PID) 控制器，雖然也可以使用其它類型的控制器作為替代。 一般而言，反饋控制 器52比較當(dāng)前產(chǎn)生的實(shí)際負(fù)荷(例如，以兆瓦為單位或作為最大生產(chǎn)量的 百分比)與LDC指數(shù)(也可以以兆瓦為單位或作為最大生產(chǎn)量的百分比) 來產(chǎn)生誤差信號(未示出)。PID控制器52利用該誤差信號來產(chǎn)生第一渦輪機(jī)控制信號，第一渦輪機(jī)控制信號被提供給示為加法器54的信號合并器。
前饋控制器50對LDC指數(shù)進(jìn)行操作并產(chǎn)生前饋控制信號，該前饋控制信號 也提供給加法器54。反饋控制信號(來自PID控制器52)和前饋控制信號 (來自控制器50)在加法器54中被合并以產(chǎn)生渦輪機(jī)主控制信號56。在一 個(gè)例子中，加法器54可以用于對反饋控制信號與前饋控制信號合計(jì)，并且 如果有必要的話縮放合計(jì)后的信號來為渦輪機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生合適的主控制信號。
用類似的方式，LDC指數(shù)被提供給與鍋爐控制路徑44相關(guān)聯(lián)的前饋控 制器60,而路徑44中的反饋控制器62 (示為PID控制器)接收壓力設(shè)定點(diǎn) 和鍋爐內(nèi)實(shí)際測得壓力的指示。PID控制器62比較，例如鍋爐內(nèi)的實(shí)際測 得壓力與壓力設(shè)定點(diǎn)，并利用任何已知的PID控制技術(shù)產(chǎn)生反饋控制信號。 反饋控制信號被提供給圖2中示為加法器64的信號合并器。同樣，前饋控 制器60使用LDC指數(shù)來產(chǎn)生同樣提供給加法器64的前饋控制信號。加法 器64用于合并由PID控制器62產(chǎn)生的反饋控制信號和由控制器60產(chǎn)生的 前饋控制信號，以形成鍋爐主控制信號66。當(dāng)然，加法器64可以對所接收 的兩個(gè)控制信號進(jìn)行平均或加權(quán)平均，并且可以進(jìn)行縮放或某種另外的合并 程序，以產(chǎn)生鍋爐主控制信號66。
一般而言，前饋控制器50和60之一或兩者可以用于產(chǎn)生前饋控制信號， 前饋控制信號基于先前時(shí)段內(nèi)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化速率，在某些時(shí)刻包括 快響應(yīng)速率分量或高的"促進(jìn)器"，而在其它時(shí)刻包括慢響應(yīng)速率分量或低 的"促進(jìn)器"(或者甚至是"滯后促進(jìn)器")。具體而言，前饋控制器60 可以產(chǎn)生前饋控制信號，該前饋控制信號在LDC指數(shù)的變化速率(這里也 稱為負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn))在過去的特定時(shí)段內(nèi)低于預(yù)置的閾值時(shí)，在發(fā)電廠設(shè) 備中發(fā)起更快的響應(yīng)，這通常發(fā)生在負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)被穩(wěn)定一會兒后最初變 化時(shí)，或者在負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)緩慢變化并且因此沒有在特定的或固定的時(shí)段 內(nèi)通過大幅度的變化而傾斜時(shí)?？商娲?，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的平均變化速 率在過去的特定時(shí)段內(nèi)高于預(yù)置的閾值時(shí)，前饋控制器60可以在發(fā)電廠設(shè) 備內(nèi)發(fā)起較慢的響應(yīng)，這通常發(fā)生在當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)已經(jīng)變化了相當(dāng)長的時(shí)段或者已經(jīng)在特定的時(shí)段內(nèi)經(jīng)過了大幅度的變化時(shí)。作為一個(gè)例子，前饋
控制器50和60之一或兩者可以產(chǎn)生前饋控制信號，以在負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的
變化速率的移動平均值低于特定的或預(yù)置的閾值時(shí)包括快"促進(jìn)"分量(例 如超前分量)，并且在負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化速率的移動平均值高于特定的或 預(yù)置的閾值時(shí)包括"慢"促進(jìn)分量(或者非"促進(jìn)"分量，或者甚至是"滯 后"分量)。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)程序，前饋控制器60例如可以計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)和先前時(shí)刻(如先于當(dāng)前時(shí)刻固定量的時(shí)刻)的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間 的差，以確定使用什么類型的前饋控制信號，即具有快分量的前饋控制信號 還是具有慢分量的前饋控制信號。在一個(gè)例子中，當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和(相 對于當(dāng)前時(shí)刻而言為過去的預(yù)定時(shí)刻的)先前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差被計(jì) 算以確定在預(yù)定時(shí)段內(nèi)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化的平均速率。該平均負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)變化速率然后可以與預(yù)定的閾值比較。如果平均負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化速 率小于預(yù)定的閾值，那么快或高響應(yīng)前饋分量被并入前饋控制信號或用于產(chǎn) 生前饋控制信號。另一方面，如果平均負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化速率大于預(yù)定的 閾值，那么慢或低響應(yīng)前饋分量被并入前饋控制信號或用于產(chǎn)生前饋控制信 號，以減少或防止系統(tǒng)響應(yīng)中的超調(diào)或擺動。
利用該技術(shù)，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)正在變化時(shí)(即當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)不等于最終或目標(biāo)負(fù)荷需求時(shí))，并且當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在過去的(具 有固定長度的)移動時(shí)間窗內(nèi)的變化小于閾值(但是大于零)時(shí)，發(fā)電廠控 制系統(tǒng)一般在很長的時(shí)段內(nèi)不斜升工廠的輸出。在這種情況下，期望通過產(chǎn) 生具有快"促進(jìn)器"分量的前饋控制信號來加速發(fā)電廠響應(yīng)新負(fù)荷需求設(shè)定 點(diǎn)所采用的方式。相反，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)正在變化(即當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)荷需 求設(shè)定點(diǎn)不等于目標(biāo)負(fù)荷需求)，并且當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在過去的固定長度 的移動時(shí)窗內(nèi)的變化大于閾值時(shí)，系統(tǒng)一般(可能使用具有快"促進(jìn)器"分 量的前饋控制信號)在相當(dāng)長的時(shí)段內(nèi)響應(yīng)設(shè)定點(diǎn)的變化，并且因此可能接 近達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)。在這種情況下，期望使用具有慢(例如，滯后
16或非)"促進(jìn)器"分量的前饋控制信號，以防止工廠的輸出在達(dá)到目標(biāo)輸出 功率時(shí)呈現(xiàn)超調(diào)或擺動。
因此，與現(xiàn)有的控制系統(tǒng)相反的是，這里描述的前饋控制系統(tǒng)基于負(fù)荷 需求設(shè)定點(diǎn)在過去的變化速率并且，具體而言，基于在過去某一特定時(shí)刻， 例如10分鐘前存在的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)與當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差，在 產(chǎn)生具有相對快響應(yīng)的前饋控制信號和具有相對慢響應(yīng)的前饋控制信號之 間進(jìn)行切換。該控制系統(tǒng)由此產(chǎn)生前饋控制信號，該前饋控制信號在某一點(diǎn) 包括高促進(jìn)器分量而不會造成顯著的超調(diào)或擺動，并且與發(fā)電廠待在將來的 某一點(diǎn)達(dá)到的目標(biāo)或最終負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)無關(guān)(該目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)可以 為發(fā)電廠控制系統(tǒng)所知，也可以不為發(fā)電廠控制系統(tǒng)所知)。
圖3-5示出若干種不同的控制電路或控制技術(shù)，這些控制電路或控制技 術(shù)可以用于實(shí)現(xiàn)上面總體描述的前饋控制例程，以便通過采用使工廠的輸出 (例如，功率、蒸汽壓力等等)中的超調(diào)和/或擺動最小的方式，使發(fā)電廠 發(fā)電單元對負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化進(jìn)行較快的初始響應(yīng)，來為例如發(fā)電廠中的 慢反應(yīng)設(shè)備提供增強(qiáng)的或更好的控制。
特別地，圖3示出前饋控制電路100，該前饋控制電路100可以用在諸 如圖2中的控制器50或60 (并且特別是60)之類的前饋控制器中，以實(shí)現(xiàn) 上述控制概念，即基于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在某個(gè)先前的時(shí)段內(nèi)的變化速率的平 均或移動平均值將快或慢響應(yīng)特性并入前饋控制信號的控制概念。如圖3所 示，表示當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)(即當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn))的負(fù)荷需求 信號LDC—OUT被提供給前饋控制電路100的輸入端102?？梢杂蓤D1的 LDC22產(chǎn)生的作為LDC指數(shù)的負(fù)荷需求信號LDC—OUT可以被表示為例如 待由工廠輸出的實(shí)際功率量(例如，兆瓦)，表示工廠的全部可能輸出的百 分?jǐn)?shù)(例如，百分?jǐn)?shù)最大生產(chǎn)量)的指數(shù)或者任何其它期望類型的單位。負(fù) 荷需求信號LDC—OUT通過輸入端102提供給加法器104和延遲電路106。 延遲電路106將負(fù)荷需求信號LDC—OUT延遲預(yù)定的時(shí)間量，例如IO分鐘， 以便延遲電路106的輸出表示在(先于當(dāng)前時(shí)刻的)過去的預(yù)定時(shí)刻的負(fù)荷需求信號LDC—OUT。延遲電路106的輸出被提供給加法器104,在加法器 104中，從負(fù)荷需求信號LDC—OUT的當(dāng)前值中減去延遲后的負(fù)荷需求信號 以產(chǎn)生設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP。本質(zhì)上，設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP是在當(dāng)前 時(shí)刻的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)與在過去的預(yù)定時(shí)刻的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差，并 且表示負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在預(yù)定時(shí)段(該預(yù)定時(shí)段可以被認(rèn)為是單位長度的時(shí) 間)內(nèi)的平均變化率。
加法器104的輸出，即在固定時(shí)段內(nèi)設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP,被提供給 傳遞模塊108的第一輸入端和增益模塊110。增益模塊110簡單地對設(shè)定點(diǎn) 信號的變化ASP的符號進(jìn)行反轉(zhuǎn)(例如，將設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP乘以-1)以產(chǎn)生設(shè)定點(diǎn)信號的負(fù)變化-ASP，設(shè)定點(diǎn)信號的負(fù)變化-ASP被提供 給傳遞模塊108的第二輸入端。將理解到，根據(jù)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號(即 LDC—OUT信號)當(dāng)前正在增加還是正在減少并且因此大于還是小于在過去 預(yù)定時(shí)刻的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號(由延遲電路106輸出)，加法器104可以 產(chǎn)生要么具有正號要么具有負(fù)號的設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP。 一般而言，傳遞 模塊108作為切換裝置進(jìn)行工作以通過傳遞模塊130向切換模塊120要么提 供由加法器104產(chǎn)生的設(shè)定點(diǎn)信號的變化厶SP要么提供由增益模塊110產(chǎn) 生的該信號的反轉(zhuǎn)符號版本-ASP。更具體地，傳遞模塊108被控制為總是 在傳遞模塊108的輸出端提供正信號并且因此通常用于向傳遞模塊130提供 由加法器104產(chǎn)生的設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP的絕對值。
圖3示出的比較器模塊121用于控制傳遞模塊108和傳遞模塊130。具 體而言，比較器模塊121將在比較器模塊121的第一輸入端處提供的負(fù)荷需 求設(shè)定點(diǎn)信號的目標(biāo)值(即在將來某一已知時(shí)刻的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的目標(biāo) 值)與提供給比較器模塊121的第二輸入端的當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號 (LDC—OUT信號)進(jìn)行比較。比較器模塊121基于這兩個(gè)輸入產(chǎn)生三個(gè)輸 出信號，表示為Out (輸出)、OutG (輸出G)和OutL (輸出L)。當(dāng)負(fù)荷 需求設(shè)定點(diǎn)信號的目標(biāo)值和當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號彼此相等時(shí)，Out信號 等于邏輯l或被設(shè)置為高，并且所有其它時(shí)間Out信號將為0或低。因此，由比較器模塊121產(chǎn)生的Out信號表示負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)是否已經(jīng)達(dá)到它的 (至少在當(dāng)前已知的)最終或目標(biāo)值。當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的目標(biāo)值大于 當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號時(shí)，OutG信號等于邏輯1或者被設(shè)置為高，并且
所有其它時(shí)間OutG信號將為邏輯0或被設(shè)置為低。另一方面，當(dāng)負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)信號的目標(biāo)值小于當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號時(shí)，OutL信號等于邏輯1 或者被設(shè)置為高，并且所有其它時(shí)間OutL信號將為邏輯0或被設(shè)置為低。
如圖3所示，由比較器模塊121產(chǎn)生的OutG信號被用作傳遞模塊108 的控制信號，以便當(dāng)OutG信號為邏輯1時(shí)(意味著目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)大 于當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn))，傳遞模塊108將簡單地向傳遞模塊130的輸入端 提供設(shè)定點(diǎn)信號的變化△ SP,因?yàn)樵撔盘枌⒁呀?jīng)是正值(由于負(fù)荷需求設(shè)定 點(diǎn)正朝目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)增加的事實(shí))。另一方面，如果OutG信號不是 邏輯1,則傳遞模塊108將向傳遞模塊130的輸入端來自提供增益模塊110 的輸出，從而向模塊130提供設(shè)定點(diǎn)信號的變化的反轉(zhuǎn)符號版本-ASP。然 而，這個(gè)信號將具有正號，因?yàn)樨?fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號正朝目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定 點(diǎn)減小，意味著當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)應(yīng)該大于在過去預(yù)定時(shí)刻的目標(biāo)負(fù)荷需 求設(shè)定點(diǎn)。
如上所指出的，傳遞模塊108的輸出被提供給傳遞模塊130并且接著提 供給切換模塊120，在這種情況下，切換模塊120提供從當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定 點(diǎn)信號產(chǎn)生的兩個(gè)不同前饋控制信號中的一個(gè)作為輸出。具體而言，快作用 前饋傳遞函數(shù)模塊122從當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號(LDC—OUT)中形成具 有高"促進(jìn)"作用或相對快或快速響應(yīng)特性(例如超前響應(yīng)作用)的前饋控 制信號，而慢作用前饋傳遞函數(shù)模塊124從當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號 (LDC—OUT)形成具有低或非"促進(jìn)"作用(即相對低或慢響應(yīng)特性，例 如滯后響應(yīng)特性)的前饋控制信號。由模塊122和124產(chǎn)生的前饋控制信號 被提供給切換模塊120,切換模塊120基于由傳遞模塊130提供給切換模塊 120的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化ASP的幅度或絕對值來輸出這些信號中的一 個(gè)。將被理解的是，模塊122和124被示出為使用離散時(shí)間傳遞函數(shù)(ARX),在這種情況下，離散時(shí)間傳遞函數(shù)表示使用采用外源(eXogeneous)輸入的 自回歸模型。然而，如果需要，其它傳遞函數(shù)模塊也可以用于產(chǎn)生具有快或 慢響應(yīng)速率特性的前饋控制信號。
具體而言，切換模塊120基于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP的絕對 值與預(yù)定或預(yù)置閾值的比較來選擇模塊120的輸出或模塊124的輸出，并且 基于該比較(即根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號的變化的幅度)向切換模塊120的輸出端提 供所選擇的信號。例如，如果由傳遞模塊108 (通過傳遞模塊130)提供的 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化小于特定的閾值，則切換模塊120提供傳遞函數(shù) 模塊122的(包括高或相對較快作用的響應(yīng)特性的)輸出作為這里稱為可變 需求控制信號的前饋控制輸出。然而，如果由傳遞模塊108 (通過傳遞模塊 130)提供的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化大于特定的闞值，則切換模塊120 提供傳遞函數(shù)模塊124的(包括低或相對較慢作用的響應(yīng)特性的)輸出作為 這里稱為可變需求控制信號的控制輸出。將理解到，負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的 變化ASP的幅度或絕對值表示特定時(shí)段內(nèi)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化速率 (例如，平均速率)。
無論如何，為了確保切換模塊120的正確工作，傳遞模塊108的輸出被 提供給傳遞模塊130，傳遞模塊130用于要么提供傳遞模塊108的輸出作為 新的輸出，要么保持模塊130的先前輸出值作為切換模塊120的輸入。具體 而言，傳遞模塊130基于由比較器121產(chǎn)生的Out信號的值進(jìn)行工作，并且 當(dāng)Out信號為邏輯1時(shí)(即在當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號等于目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)時(shí))提供模塊的輸出信號作為新的輸出。相反，當(dāng)由比較器121產(chǎn)生的 Out信號不是邏輯1時(shí)，傳遞模塊130提供傳遞模塊108的輸出作為新的輸 出信號。
基本上，一旦負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)值(即沒有向新的設(shè)定點(diǎn)值 斜升或斜降)，則傳遞模塊130即確保由切換模塊120產(chǎn)生的(即具有快或 慢特性的)前饋控制信號的速度不變化。這個(gè)特征很重要，因?yàn)?，否則，由 于在負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)達(dá)到目標(biāo)值并停留在該目標(biāo)值后，在特定的過去時(shí)間間隔內(nèi)負(fù)荷需求信號的平均變化速率開始減小的事實(shí)，(由模塊120輸出的) 前饋控制信號將從開始的快響應(yīng)切換至接近結(jié)束的慢響應(yīng)，并且接著逐漸再 次切換回快響應(yīng)。換句話說，在當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號停止移動(即已經(jīng)
達(dá)到目標(biāo)值時(shí))時(shí)，傳遞模塊130防止兩個(gè)不同前饋信號(由模塊122產(chǎn)生 的高響應(yīng)速率前饋信號和由模塊124產(chǎn)生的低響應(yīng)速率前饋信號)之間的切 換。因此，如果由比較器模塊121產(chǎn)生的Out信號為邏輯1，意味著當(dāng)前負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)信號與最終或目標(biāo)負(fù)荷需求信號相等，則傳遞模塊130只是保 持到模塊120的輸入(即模塊130的輸出)與先前時(shí)刻相同。然而，如果當(dāng) 前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號小于或大于最終或目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號，意味著 LDC指數(shù)還沒有達(dá)到已知目標(biāo)值，則傳遞模塊130允許由切換模塊120產(chǎn) 生的前饋控制信號基于傳遞模塊108的當(dāng)前輸出并且被提供為用于下游控 制的可變需求控制信號。
圖4示出另一前饋控制電路200,該前饋控制電路200可以用于實(shí)現(xiàn)上 述基于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的先前變化速率在不同前饋控制信號之間進(jìn)行切換 的控制技術(shù)。圖4的電路200與圖3的電路IOO非常類似，并且相似的元件 用相同的附圖標(biāo)記來表示。更具體地，除了切換模塊120被模糊邏輯模塊 220替換外，電路200與圖3的電路100相似。模糊邏輯模塊220作為更復(fù) 雜的(在這種情況下，非線性的)切換裝置，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化 △ SP跨越預(yù)定閾值(即從低于預(yù)定閾值移動到高于預(yù)定閾值或從高于預(yù)定 閾值移動到低于預(yù)定閾值)時(shí)平滑由于由模塊122和124產(chǎn)生的快前饋控制 信號和慢前饋控制信號之間的突然變化而造成的引入前饋控制信號(可變需 求控制信號)中的非線性。
如將要理解的，模糊邏輯模塊220可以包括多個(gè)模糊成員函數(shù)， 一個(gè)與 遠(yuǎn)低于用于選擇由模塊122產(chǎn)生的快控制作用的預(yù)定閾值的負(fù)荷需求設(shè)定 點(diǎn)信號的變化ASP相關(guān)聯(lián)， 一個(gè)與遠(yuǎn)高于提供由模塊124產(chǎn)生的慢前饋控 制信號的預(yù)定閾值的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP相關(guān)聯(lián)。然而，接近 或處于預(yù)定闊值時(shí)，基于例如負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP與預(yù)定闞值
21的相對接近度以及負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP高于還是低于預(yù)定閾
值，模塊122和124的輸出的某種組合可以用作輸出前饋控制信號。因此， 模糊邏輯模塊220可以用于當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP的幅度遠(yuǎn)低 于預(yù)定閾值時(shí)，產(chǎn)生可變需求控制信號作為模塊122的輸出，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)信號的變化ASP的幅度遠(yuǎn)高于預(yù)定闞值時(shí)，產(chǎn)生可變需求控制信號作 為產(chǎn)生124的輸出，以及當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化△ SP的幅度接近(稍 稍高于、等于或稍稍低于)預(yù)定閾值時(shí)，產(chǎn)生模塊122和124的輸出的某種 加權(quán)組合。將要理解，模糊邏輯模塊220因此在由模塊220產(chǎn)生的前饋控制 信號被從模塊122的輸出切換至模塊124的輸出或相反的時(shí)間內(nèi)平滑該信號 的值，從而平滑由于這種變化而引起的前饋控制信號中的任何突然增加。
圖5示出用于實(shí)現(xiàn)上述控制技術(shù)的前饋控制電路的又一實(shí)施例。圖5的 電路300非常類似于圖4的電路200,并且相似的元件由相同的附圖標(biāo)記來 表示。更具體地，除了模糊邏輯模塊320接收兩個(gè)前饋響應(yīng)速率而不是利用 不同的速率產(chǎn)生的實(shí)際前饋控制信號之外，電路300與圖4的電路200 —樣。 另外，傳遞模塊130被移到模糊切換模塊320之后。具體而言，模糊邏輯模 塊320接收用于在前饋控制信號內(nèi)產(chǎn)生快響應(yīng)特性或高數(shù)量的"促進(jìn)"作用 (例如超前響應(yīng))的固定快響應(yīng)速率，并且接收用于在前饋控制信號內(nèi)產(chǎn)生 慢響應(yīng)特性或較少數(shù)量的"促進(jìn)"作用(例如滯后響應(yīng))的固定慢響應(yīng)速率。 在這個(gè)例子中，模糊邏輯模塊320的輸出指示或提供待用于產(chǎn)生前饋控制信 號的響應(yīng)速率，而不是實(shí)際前饋控制信號本身。因此，模糊邏輯模塊320的 輸出為用于產(chǎn)生可變需求控制信號的可變速率。這些前饋速率的特征可以要 么被描述為靜態(tài)斜率要么被描述為由頻域傳遞函數(shù)產(chǎn)生的衰減速率。
在工作期間，模糊邏輯模塊320可以依賴于為模糊邏輯模塊320定義的 特定成員函數(shù)和從傳遞模塊108接收的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化ASP的 幅度值以及正在被使用的閾值，通過組合快速率和慢速率來組合或產(chǎn)生混合 或加權(quán)的響應(yīng)速率。無論如何，傳遞模塊130基于由比較器121產(chǎn)生的Out 信號的值，傳遞由模糊邏輯模塊320產(chǎn)生的新的可變響應(yīng)速率或者先前使用的響應(yīng)速率。
在圖5中將看到，由傳遞模塊130傳遞的可變響應(yīng)速率接著被提供給 LDC速率-LDC需求信號轉(zhuǎn)換器模塊，LDC速率-LDC需求信號轉(zhuǎn)換器模塊 基于提供給該模塊的輸入端的響應(yīng)速率以及當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號 (LDC—OUT)產(chǎn)生可變需求控制信號。將響應(yīng)速率轉(zhuǎn)換為需求控制信號為 公知的現(xiàn)有技術(shù)，因此這里將不再詳細(xì)描述。然而，如果由傳遞模塊130傳 遞的可變速率與快作用響應(yīng)相關(guān)聯(lián)，則將利用快響應(yīng)特性來生成該可變需求 控制信號?？商娲?，如果由傳遞模塊130傳遞的可變速率與慢作用響應(yīng)相 關(guān)聯(lián)，則將利用相對較低的響應(yīng)特性來生成該可變需求控制信號。當(dāng)然，如 果由模塊130傳遞的可變速率是快速率和慢速率的某種組合，則將利用與提 供給模糊邏輯模塊320的快速率和慢速率相關(guān)聯(lián)的快響應(yīng)特性和慢響應(yīng)特 性之間的某種程度的響應(yīng)特性來生成該可變需求控制信號。
盡管圖3-5的電路100、 200和300各自將負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的變化 △ S P的計(jì)算顯示或示出為當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和先前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)之間 的簡單的差，但是其它類型的計(jì)算也能夠被用于產(chǎn)生該差的移動平均值，或 者負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化的平均速率或平均速率的移動平均值，包括例如 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在特定時(shí)段例如與延遲電路106相關(guān)聯(lián)的時(shí)段內(nèi)的多 個(gè)點(diǎn)處的三個(gè)或多個(gè)實(shí)例的平均；負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在特定時(shí)段內(nèi)的多個(gè) 點(diǎn)處的加權(quán)平均，其中不同的權(quán)重可以與每個(gè)點(diǎn)相關(guān)^:,等等。同樣，如果 需要的話，除了使用簡單的基于閾值的切換或者模糊邏輯切換外，任何其它 類型的切換響應(yīng)特性也能夠用于電路100、 200或300中的任一電路來實(shí)現(xiàn) 前饋控制信號或(用于產(chǎn)生前饋控制信號的)前饋控制速率之間的切換。同 樣，根據(jù)與先前時(shí)段內(nèi)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化速率的移動平均值相關(guān)聯(lián)的多 個(gè)閾值，切換模塊120、 220和320能夠在兩個(gè)以上前饋控制信號或速率之 間切換，如果需要的話。
針對圖5的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了使用上述控制技術(shù)的控制例程的仿真，并且該仿 真的結(jié)果在圖6中作為顯示該仿真運(yùn)行期間圖5的電路300內(nèi)各種信號的值的信號圖被示出。如將看到的，線402表示在任何特定時(shí)刻的當(dāng)前負(fù)荷需求
設(shè)定點(diǎn)以及響應(yīng)于例如由圖1的系統(tǒng)操作員20所做出的改變而變化。如將 看到的，在總的運(yùn)行時(shí)間期間(大約上午2:31:10到上午4:04:30)，該設(shè)定 點(diǎn)在仿真中經(jīng)歷了多次變化。具體而言，該設(shè)定點(diǎn)在點(diǎn)SP!和SP2之間保持
不變，在時(shí)點(diǎn)SP2和SP3之間斜降，在SP3和SP4之間往回斜升，在SP4和 SP5之間斜降，在SPs和SP6之間保持不變，斜升至SP7,穩(wěn)定至SP8，斜升
至SP9，穩(wěn)定至SP,o并且斜降至SPn,隨后它穩(wěn)定下來并且保持不變。
在這種情況下，通過觀察用于響應(yīng)于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402的變化而 生成可變需求控制信號(由線406示出)的模糊可變速率(由線404示出) 來查看控制電路的運(yùn)行是有用的。模糊可變速率404實(shí)際上是圖5的傳遞模 塊130的輸出，并且因此取決于模糊邏輯模塊130的運(yùn)行以及當(dāng)前負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)是否已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)或最終值。
無論如何，在圖6中可以看出，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402開始在SP2 和SP3之間斜降時(shí)，用于產(chǎn)生可變需求控制信號406的模糊可變速率404在 點(diǎn)FR,即刻從慢速率增加至快速率，并保持在該水平，直到負(fù)荷請求信號的 平均變化速率接近預(yù)先建立的閾值(發(fā)生在點(diǎn)FR2),在該點(diǎn)處由模塊320 輸出的模糊可變速率由于快速率和慢速率的混合而開始斜降。然而，在點(diǎn) FR3處，因?yàn)樨?fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)值，模糊可變速率穩(wěn)定 了少量的時(shí)間。然而，在FRi和FR2之間的時(shí)間期間，實(shí)際可變需求控制信 號406以快于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402的變化速率(斜率)的速率傾斜，表 示在前饋控制信號中存在快響應(yīng)特性，其增加系統(tǒng)在點(diǎn)SP2處響應(yīng)于負(fù)荷需 求設(shè)定點(diǎn)的變化的初始響應(yīng)時(shí)間。
圖6的圖中的另 一示例部分從負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)曲線402上的點(diǎn)SP6開始， 其中在一度(在SP5和SP6之間)保持不變之后，負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)曲線402 這時(shí)斜升至較高的目標(biāo)值，在SP7穩(wěn)定。響應(yīng)于在SP6開始發(fā)生的負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)的平均變化速率的變化，(由于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到先前的目標(biāo) 值的事實(shí)而已經(jīng)不變的)模糊可變速率在點(diǎn)FR4處瞬間增加至快或高速率并且保持在這個(gè)速率一段時(shí)間(直到FR"。然而，在點(diǎn)FRs處，在過去的預(yù) 定時(shí)段內(nèi)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的平均變化速率接近預(yù)定閾值，因此由模糊邏輯模
塊320輸出的模糊可變速率開始斜降至較慢速率直到在點(diǎn)FR6處達(dá)到慢速 率。具體而言，在FRs到FR6之間的時(shí)段，由模糊邏輯模塊320輸出的可變 速率為快速率和慢速率的某種組合并且在這段時(shí)間，負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的 平均變化速率跨越預(yù)定閾值，從而引起從快速率向慢速率的過渡。作為這種 變化的結(jié)果，利用模糊可變速率404產(chǎn)生的可變需求控制信號406的斜率的 幅度開始從大于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402的斜率的幅度向小于負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)信號402的斜率的幅度減少(可變需求控制信號406的斜率的這種變化 是由從快速率向慢速率的切換造成的)。然而，可變需求控制信號406的斜 率的變化并不是急劇的，相反由于模糊邏輯模塊320的運(yùn)行而在時(shí)間上是平 滑的(如這條線上的曲線所表示的)。無論如何，在這個(gè)例子中可以看出，
設(shè)定點(diǎn)信號的固定變化速率更大的斜率(變化速率)定義的響應(yīng)特性的可變 需求控制信號(即前饋控制信號)，并且與模糊邏輯模塊相關(guān)聯(lián)的慢速率導(dǎo) 致產(chǎn)生了具有由比相同時(shí)段中負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的固定變化速率更小的 斜率(變化速率)定義的響應(yīng)特性的可變需求控制信號。
在SP,o和SPn之間能夠觀察到類似的情況，在這段時(shí)間，負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)信號402以不變的或固定的速率斜降。然而，在圖6中可以看出，模糊 可變速率響應(yīng)于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在SP1()處的初始變化，在FR7處瞬間增加至 快速率并且一度保持在該高速率(直到FRs)。在點(diǎn)FRs處，在先前時(shí)段負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化速率的平均幅度接近(并且最終超過)預(yù)定閾值，從而 使模糊可變速率向下移至慢速率，在FR9處達(dá)到該慢速率。在這段時(shí)間，正 如線406上這一部分曲線(即點(diǎn)FRs和FR9之間)所表示的那樣，可變需求 控制信號406從(與高速率相關(guān)聯(lián)的)較高幅度的斜率改變至(與低速率相 關(guān)聯(lián)的)較低幅度的斜率。在這種情況下，可變需求控制信號實(shí)際上在比負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)信號稍后的時(shí)刻達(dá)到了目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)值，但是這樣做是為了防止(諸如蒸汽壓力以及輸出功率之類的)工廠輸出參數(shù)的超調(diào)和擺動。
因此， 一般從圖6中可以看出，控制電路300的運(yùn)行產(chǎn)生具有較高或較
快響應(yīng)特性的前饋控制信號406，用于在負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402發(fā)生變化 后，甚至當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402的幅度變化小的時(shí)候，即時(shí)控制加工廠 設(shè)備。結(jié)果，電路300響應(yīng)于任何負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化來提供即時(shí)的"促進(jìn)" 作用，這不同于先前的在確定是否在前饋信號內(nèi)使用快響應(yīng)特性還是慢響應(yīng) 特性或速率時(shí)，依靠當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)和將要達(dá)到的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的最 終或目標(biāo)值之間的差的技術(shù)。然而，從圖6中還可以看出，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定 點(diǎn)信號402已經(jīng)以不變的速率變化了一會兒時(shí)，控制系統(tǒng)從在前饋控制信號 中使用高響應(yīng)速率或特性退回，以防止或減少在系統(tǒng)的輸出中擺動或超調(diào)的 發(fā)生。因此，例如，在曲線402的SP6和SP7之間以及SPjo和SPu之間，負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)402以不變的變化速率傾斜了較長的時(shí)段，系統(tǒng)最初產(chǎn)生了具 有快響應(yīng)特性的前饋控制信號，但是，隨著時(shí)間的過去，預(yù)料到負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)信號將停止變化，撤回以產(chǎn)生具有慢響應(yīng)特性的前饋控制信號，并且因 此減少了當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號達(dá)到目標(biāo)值時(shí)擺動和超調(diào)的發(fā)生。實(shí)際上， 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號變化的時(shí)間越長，并且因此具有快響應(yīng)特性的前饋控制 信號被使用的時(shí)間越長，當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)擺動和超調(diào)可能越突出， 這是由于這樣的事實(shí)，即系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了 一段時(shí)間的受控變化并且因此響應(yīng) 于先前的控制信號已經(jīng)建立起更多的"慣性，，，并且在系統(tǒng)"慣性"存在時(shí)， 系統(tǒng)將難于慢下來并停止。
從圖6可以看出，由圖5的電路產(chǎn)生的可變需求控制信號406能夠在負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402達(dá)到目標(biāo)值之前或之后停止增加(即穩(wěn)定在目標(biāo)值)。 這種現(xiàn)象的原因在于在決定何時(shí)穩(wěn)定時(shí)可變需求控制信號406并不是通過 參考基線(固定速率)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號402來確定的。相反，可變需求 控制信號406僅僅依賴于(來自傳遞模塊130的)可變速率和最終負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)目標(biāo)。 一旦可變需求控制信號406達(dá)到了局部目標(biāo)并且該目標(biāo)不再移 動，那么可變需求控制信號406將停止移動(即，將穩(wěn)定在目標(biāo)水平)。該
26動作由圖5的LDC速率-需求信號轉(zhuǎn)換模塊330來執(zhí)行，這是標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐。 然而，對于圖3和4的電路，情形就不同了，在圖3和4中，可變需求控制 信號總是在基線或固定速率負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號達(dá)到最終(局部)目標(biāo)設(shè)定 點(diǎn)后才安定下來。
通常，圖6的例子中使用的快速率為9兆瓦/分鐘而慢速率為1兆瓦/分 鐘，基線或固定LDC需求(曲線402)變化速率為7兆瓦/分鐘。切換或閾 值被設(shè)定為在10分鐘又30秒的時(shí)間間隔內(nèi)測量的設(shè)定點(diǎn)變化的40兆瓦差 額。結(jié)果，圖6中用于切換的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化的平均速率大約為4兆瓦 /分鐘。然而，這些只是范例值，并且根據(jù)被控制系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)，也可以 使用設(shè)定點(diǎn)變化閾值、負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化速率(線402)、快速率和慢速 率等等的其它值。
一般而言，根據(jù)鍋爐處理響應(yīng)速度來確定用于產(chǎn)生可變需求控制信號 (前饋控制信號)的快和慢(或者超前和滯后)響應(yīng)速率，快或超前速率快 于鍋爐處理響應(yīng)速度，慢或滯后響應(yīng)速率慢于鍋爐處理響應(yīng)速度。在許多情 況下，負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化速率，這里也稱為系統(tǒng)操作員所使用的負(fù)荷需 求設(shè)定點(diǎn)的固定變化速率，與鍋爐處理響應(yīng)速度相同或緊密相關(guān)，在這種情 況下，前饋控制信號的快和慢響應(yīng)速率或特性可能與負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的固定 變化速率有關(guān)系。而且，在一個(gè)實(shí)施例中，閾值可以與負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號 變化或被期待變化的平均速率相關(guān)。因此，如果需要的話，閾值可以被設(shè)定 為等于或小于期待的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的最大可達(dá)平均變化速率，以使系 統(tǒng)能夠在合適的時(shí)刻切換至慢速率。
盡管已經(jīng)在控制發(fā)電廠并且特別是運(yùn)行鍋爐和渦輪機(jī)的發(fā)電廠的背景 下描述了前饋控制電路的前述描述，但是這種控制方法可以用在其它過程控 制系統(tǒng)中，例如用于控制工業(yè)過程或制造過程的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中。更具 體地，該控制方法可以用在任何接收許多設(shè)定點(diǎn)變化并且控制慢反應(yīng)設(shè)備的 加工廠或控制系統(tǒng)中，并且另外可以用于在這些或其它環(huán)境下產(chǎn)生前饋控制 信號或其它類型的控制信號。雖然前文闡述了對許多不同實(shí)施例的詳細(xì)描述，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明 的范圍是由本專利結(jié)尾闡述的權(quán)利要求的詞句定義的。詳細(xì)的描述被解釋為 僅僅是示例性的并且沒有描述本發(fā)明的每個(gè)可能的實(shí)施例，因?yàn)槊枋雒總€(gè)可 能的實(shí)施例即使是可能的也是不切實(shí)際的。利用現(xiàn)有技術(shù)或利用本專利申請 日之后開發(fā)的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)許多替代實(shí)施例，這也將落入用于限定本發(fā)明 的權(quán)利要求的范圍。
因此，可以對這里描述的或示出的技術(shù)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行許多改進(jìn)和變形而不 偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)該理解的是，這里描述的方法和裝置僅 僅是示例性的，而非限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、一種利用從指示發(fā)電單元的期望輸出的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號中獲得的前饋控制信號來控制所述發(fā)電單元的方法，包括確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在先于當(dāng)前時(shí)刻的特定時(shí)段的變化速率的幅度；將所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度與閾值進(jìn)行比較；當(dāng)所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度低于所述閾值時(shí)，產(chǎn)生具有快響應(yīng)速率特性的前饋控制信號，并且在所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度高于所述閾值時(shí)，產(chǎn)生具有慢響應(yīng)速率特性的前饋控制信號；和利用所述前饋控制信號來控制所述發(fā)電單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制發(fā)電單元的方法，其中負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號 以固定速率在兩個(gè)值之間傾斜，并且其中所述快響應(yīng)速率特性形成以大于所述 固定速率的速率變化的前饋控制信號，并且其中所述慢響應(yīng)速率特性形成以小 于所述固定速率的速率變化的前饋控制信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制發(fā)電單元的方法，其中確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn) 信號在先于當(dāng)前時(shí)刻的特定時(shí)段的變化速率的幅度包括確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn) 信號的當(dāng)前值與負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段開始時(shí)的值之間的差。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制發(fā)電單元的方法，其中確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn) 信號在先于當(dāng)前時(shí)刻的特定時(shí)段的變化速率的幅度包括確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn) 信號在該特定時(shí)段的變化速率的移動平均值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制發(fā)電單元的方法，其中確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn) 信號在先于當(dāng)前時(shí)刻的特定時(shí)段的變化速率的幅度包括利用與不同的時(shí)刻相 關(guān)聯(lián)的不同權(quán)重來確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的加權(quán)平 均值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制發(fā)電單元的方法，其中產(chǎn)生前饋控制信號包括當(dāng)所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度遠(yuǎn)低于所 述閾值時(shí)，產(chǎn)生具有所述快響應(yīng)速率特性的前饋控制信號，并且當(dāng)所確定的負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度遠(yuǎn)高于所述閾值時(shí)，產(chǎn)生具 有所述慢響應(yīng)速率特性的前饋控制信號，并且當(dāng)所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號 在該特定時(shí)段的變化速率的幅度接近或處于所述閾值時(shí)，產(chǎn)生作為快響應(yīng)速率 和慢響應(yīng)速率的加權(quán)組合的前饋控制信號。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制發(fā)電單元的方法，其中產(chǎn)生前^t控制信號包 括利用模糊邏輯技術(shù)來產(chǎn)生作為所述快響應(yīng)速率和所述慢響應(yīng)速率的加權(quán)組 合的前饋控制信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制發(fā)電單元的方法，其中利用模糊邏輯技術(shù)包 括基于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度值來對第一控制 響應(yīng)速率和第二控制響應(yīng)速率進(jìn)行組合。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制發(fā)電單元的方法，其中利用模糊邏輯技術(shù)包 括基于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度值來對利用第一 響應(yīng)速率計(jì)算出的第一前饋控制信號和利用第二響應(yīng)速率計(jì)算出的第二前饋控 制信號進(jìn)行組合。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制發(fā)電單元的方法，其中產(chǎn)生前饋控制信號 進(jìn)一步包括.-當(dāng)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號等于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的目標(biāo)值時(shí)，使 用針對先前時(shí)段計(jì)算出的前饋控制速率。
11、 一種發(fā)電廠控制器，包括輸入端，接收針對一系列時(shí)刻中的每個(gè)時(shí)刻指定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的負(fù)荷需 求設(shè)定點(diǎn)信號；計(jì)算單元，確定與先于當(dāng)前時(shí)刻的特定時(shí)段相關(guān)聯(lián)的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變 化速率的幅度；比較單元，將所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段的變化速率的幅度與 閾值進(jìn)行比較；和控制信號發(fā)生器，當(dāng)所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段的變化速率的幅度低于所述閾值時(shí)，生成具有快響應(yīng)速率的控制信號，并且當(dāng)所確定的負(fù)荷 需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段的變化速率的幅度高于所述閾值時(shí)，產(chǎn)生具有慢響應(yīng) 速率的控制信號。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述輸入端接收指定在未來特定 時(shí)刻的目標(biāo)負(fù)荷需求的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號以及用于確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在當(dāng) 前時(shí)刻和該未來特定時(shí)刻之間各個(gè)時(shí)刻的斜率。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號以固定速率在兩個(gè)值之間傾斜，并且其中所述控制信號發(fā)生器通過產(chǎn)生以大于所述固定速 率的速率變化的前饋控制信號來生成具有所述快響應(yīng)速率的控制信號，并且其 中所述控制信號發(fā)生器通過產(chǎn)生以小于所述固定速率的速率變化的前饋控制信 號來生成具有所述慢響應(yīng)的控制信號。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述計(jì)算單元通過確定負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)刻的值與負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在從當(dāng)前時(shí)刻偏移該特定時(shí)段的過去 時(shí)刻的值之間的差，來確定與先于當(dāng)前時(shí)刻的該特定時(shí)段相關(guān)聯(lián)的負(fù)荷需求設(shè) 定點(diǎn)的變化速率的幅度。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述計(jì)算單元通過確定負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)在特定時(shí)段的平均變化速率，來確定與先于當(dāng)前時(shí)刻的該特定時(shí)段相關(guān) 聯(lián)的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)的變化速率的幅度。
16、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述控制信號發(fā)生器在所確定的 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段的變化速率的幅度遠(yuǎn)低于所述閾值時(shí)，生成具有 快響應(yīng)速率的控制信號，在所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段的變化速率 的幅度遠(yuǎn)高于所述閾值時(shí)，生成具有慢響應(yīng)速率的控制信號，以及在所確定的 負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段的變化速率的幅度接近或處于所述閾值時(shí)，生成 作為所述快響應(yīng)速率和所述慢響應(yīng)速率的加權(quán)組合的控制信號。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述比較單元包括模糊邏輯模塊。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制器，其中所述模糊邏輯模塊基于負(fù)荷需求 設(shè)定點(diǎn)在特定時(shí)段的變化速率的幅度值與所述閾值之間的差，在利用所述快響應(yīng)速率計(jì)算出的第一前饋控制信號和利用所述第二響應(yīng)速率計(jì)算出的第二前饋控制信號之間進(jìn)行切換，或?qū)盟隹祉憫?yīng)速率計(jì)算出的第一前饋控制信號 和利用所述第二響應(yīng)速率計(jì)算出的第二前饋控制信號進(jìn)行組合。
19、 一種產(chǎn)生用于控制工廠中的設(shè)備的控制信號的方法，包括 針對指定所述設(shè)備在特定時(shí)段的期望運(yùn)行的設(shè)定點(diǎn)信號，獲取一組設(shè)定點(diǎn)信號值；基于該組設(shè)定點(diǎn)信號值來確定設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度；將所確定的設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度與閾值進(jìn)行比較； 基于所確定的設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度與所述閾值之間 的比較，'產(chǎn)生用于控制所述設(shè)備的控制信號，其中當(dāng)所確定的設(shè)定點(diǎn)信號在該 特定時(shí)段的變化速率的幅度低于所述閣值時(shí)，所產(chǎn)生的控制信號具有第一響應(yīng) 特性，并且當(dāng)所確定的設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)段的變化速率的幅度高于所述闊 值時(shí)，所產(chǎn)生的控制信號具有第二響應(yīng)特性。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的產(chǎn)生控制信號的方法，其中確定設(shè)定點(diǎn)信號在 該特定時(shí)段的變化速率的幅度包括確定設(shè)定點(diǎn)信號的當(dāng)前值與設(shè)定點(diǎn)信號在 該特定時(shí)段開始時(shí)的值之間的差。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的產(chǎn)生控制信號的方法，其中確定設(shè)定點(diǎn)信號在 該特定時(shí)段的變化速率的幅度包括確定設(shè)定點(diǎn)信號在該特定時(shí)^a的平均變化 速率。
22、 一種運(yùn)行鍋爐的發(fā)電廠，包括 渦4侖機(jī)；連接至所述渦輪機(jī)的鍋爐，用于產(chǎn)生蒸汽以驅(qū)動所述渦輪機(jī)； 以可通信的方式連接至所述鍋爐以控制所述鍋爐的運(yùn)行的控制單元，所述 控制單元包括產(chǎn)生反饋控制信號的反饋控制器；產(chǎn)生前饋控制信號的前饋控制器，所述前饋控制器包括接收負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的輸入端，所述負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號指定所述發(fā)電廠運(yùn)行的一系列時(shí)刻中每個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)；計(jì)算單元，確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在先于當(dāng)前時(shí)刻的特定時(shí)段的變化速率的幅度；比較單元，將所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段的變化速率 的幅度與閾值進(jìn)行比較；以及前饋控制信號發(fā)生器，當(dāng)所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在該特定時(shí)段 的變化速率的幅度低于所述閾值時(shí)，所述前饋控制信號發(fā)生器生成包 括第一響應(yīng)特性的前饋控制信號，并且當(dāng)所確定的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在 該特定時(shí)段的變化速率的幅度高于所述閾值時(shí)，所述前饋控制信號發(fā) 生器產(chǎn)生具有第二響應(yīng)特性且為不同響應(yīng)特性的前饋控制信號；以及 控制信號組合器，將所述控制信號與反饋控制信號進(jìn)行組合以產(chǎn)生用于控 制所述鍋爐的主控制信號。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的運(yùn)行鍋爐的發(fā)電廠，其中所述比較單元或所述 前饋控制信號發(fā)生器包括模糊邏輯模塊，所述模糊邏輯模塊在具有所述第一響 應(yīng)特性的第一前饋控制信號和具有所述第二響應(yīng)特性的第二前饋控制信號之間 進(jìn)行切換，或者在第一響應(yīng)速率和第二響應(yīng)速率之間進(jìn)行切換，其中所述第一 響應(yīng)速率用于產(chǎn)生具有所述第一響應(yīng)特性的第一前饋信號，所述第二響應(yīng)速率 用于產(chǎn)生所述第二響應(yīng)特性的第二前饋控制信號。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的運(yùn)行的鍋爐發(fā)電廠，其中所述計(jì)算單元通過確 定當(dāng)前負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)與在從所述當(dāng)前時(shí)刻偏移特定時(shí)段的過去特定時(shí)刻的負(fù) 荷需求設(shè)定點(diǎn)之間的差，來確定負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在先于所述當(dāng)前時(shí)刻的該特定 時(shí)段的變化速率的幅度。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于設(shè)定點(diǎn)變化速率的可變速率前饋控制。控制發(fā)電單元或具有慢反應(yīng)時(shí)間的其它過程設(shè)備的方法包括基于負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在特定先前時(shí)段的平均變化速率產(chǎn)生選擇性地包括快或慢響應(yīng)速率分量的前饋控制信號，然后使用產(chǎn)生的信號控制相應(yīng)設(shè)備?？刂品椒ɑ谪?fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在過去特定時(shí)段的變化(如負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)信號的平均變化速率)大于還是小于預(yù)定閾值，在向前饋控制信號引入快或慢響應(yīng)分量間切換。即使期望負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)在小范圍內(nèi)變化，也能提供相對快的控制作用，且無需在其斜升至最終目標(biāo)值的時(shí)段知道目標(biāo)負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)，且不依賴傾斜大小，即負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)變化開始時(shí)的負(fù)荷需求設(shè)定點(diǎn)與其目標(biāo)值的最后差，比現(xiàn)有系統(tǒng)更通用。
文檔編號G05B11/32GK101424918SQ20081017233
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者查理斯·H·門滕, 理查德·W·凱普哈特, 緒 程 申請人:艾默生過程管理電力和水力解決方案有限公司