TU v Liberci, Fakulta mechatroniky, Katedra řídicí techniky

Dílčí cíl V302: Pokročilé algoritmy řízení pro zvýšení efektivity provozu elektrárenského bloku a minimalizaci ekologických dopadů.

Výsledky za rok 2006

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 2/10

Dílčí úkoly uvedené v přihlášce projektu:a) Zvýšení kvality řízení teploty páry.b) Koordinace řízení kotle a turbíny.c) Regulace najíždění bloku.

Všechny tři úkoly jsou velmi těsně spjaty a propojeny. Zejména regulace najíždění bloku je řešena v těsné souvislosti s obecnějším problémem návrhu řízení pro provoz v širokém rozsahu výkonů.

Potřebu provozu v širokém výkonovém rozsahu může vyvolávat:

• Nutnost rychle reagovat na změny zatížení elektrárenského bloku

• Najíždění resp. odstávka bloku

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 3/10

Chování elektrárenského bloku zejména pak kotle resp. soustavy kotel-turbína lze matematicky modelovat na nejrůznějších úrovních přesnosti a složitosti (např. nelineární Aströmův-Bellův model bubnového kotle má 4 stavové proměnné, modely soustavy kotle, turbíny a generátoru podle Wenga či podle Lua a

Hogga mají více než 25 resp. 23 stavových proměnných)

Vždy však platí, že chování kotle, turbíny a tím spíše i celého bloku lze v širším výkonovém rozsahu adekvátně popsat pouze nelineárním modelem lineární regulační obvody navržené na základě linearizovaných modelů nemohu zaručit dostatečnou kvalitu regulace.

• Robustní řízení: při velkých změnách dynamického chování soustavy v různých pracovních bodech vede robustní návrh na příliš pomalé jmenovité regulační průběhy

• Adaptivní řízení: řada problémů se spojitou parametrizací množiny vhodných regulátorů, on-line identifikací, možné selhání adaptace

Možná klasická řešení:

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 4/10

Navrhované a rozpracovávané řešení: Přepínané regulátory

Chování regulátoru je měněno pomocí přepínací logiky nikoliv spojitou adaptací

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 5/10

Potenciální výhody:• Rychlá adaptace: se nemusí měnit spojitě• Flexibilita a modularita: lze kombinovat různé typy a struktury

regulátorů a estimátorů• Rozvolnění vazby mezi adaptací a řízením: v intervalech mezi

přepnutími se regulátor chová jako neadaptivní

Supervizor založený na estimátorech

Řada lineárních modelů charakterizujících chování bloku v různých režimech. Vždy je hledán ten model, který v daném okamžiku nejlépe popisuje skutečné chování bloku a k regulaci je pak použit regulátor odpovídající tomuto modelu.

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 6/10

Rozšíření na stavové řízení s odhadem neměřitelných stavových veličin a s přepínanými estimátory pro eliminaci vlivu různých typů poruchových veličin na odhad stavu

Zatím dosažené výsledky jsou publikovány časopisecky v: Tůma L., Hanuš B. & Hlava J. (2007), Control architecture suitable for wide range operation of power plants, WSEAS Transactions on Systems, Vol. 6, No. 3, pp. 438-443

V článku jsou rozpracovány základní principy této metody a ilustrovány na příklady řízení systému se dvěma vstupy a výstupy popsaného proměnnou přenosovou maticí se členy prvního řádu. Je připravována další publikace, v níž bude metoda aplikována na řízení Aström-Bellova nelineárního modelu bubnového kotle

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 7/10

Regulační struktury vhodné pro koordinované řízení kotle a turbíny

Regulaci provádí několik regulačních smyček, které jsou doplněny o dodatečné členy pro kompenzaci vzájemných interakcí (PD člen na obrázku).

Možná varianta klasického uspořádání:

Prediktivní řízení založené na modelu (MPC model predictive control):Systém kotle a turbíny je v rámci tohoto přístupu vnímán jako jeden celek s několika vstupními a výstupními veličinami, koordinace řízení a kompenzace interakcí je tak obsažena přímo v principu regulačního algoritmu bez nutnosti přidávat dodatečné kompenzační obvody pro odstranění vazeb mezi jednotlivými veličinami

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 8/10

V souvislosti s řízením kotle a turbíny pomocí MPC existuje několik významných problémů:V tomto roce řešené problémy:a) Spolupráce s klasickým řízením a operátorské řízení MPC a mnoharozměrové regulační algoritmy obecně neumožňují operátorské řízení jednotlivých dílčích smyčekZvažovány dvě alternativy spolupráce s klasickým řízením:• Hierarchická struktura: MPC funguje jako nadřazená a koordinující

vrstva • Paralelní struktura: MPC koriguje a dorovnává akční zásahy

klasických regulátorů

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 9/10

b) Volba vhodného modelu pro MPC: kompromis mezi složitostí a přesností modelu

c) Možnost zařazení přepínaných modelů do struktury MPC

Další problém, kterému bude v budoucnosti v této souvislosti věnována pozornost:

d) Možnost zařadit do optimalizační úlohu MPC omezující podmínky koncipované tak, aby zmírnily namáhání důležitých komponent kotle a turbíny tzv. life extending control (LEC)

Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec 10/10

V souvislosti s otázkou spolupráce mezi klasickými PI/PID regulátory a MPC je řešena otázka robustního návrhu PID regulátorů tak, aby byly schopny zaručit požadovanou kvalitu regulace i při změnách v chování řízené soustavy

Úloha je formulována jako H optimalizační problém s omezením na strukturu a řád regulátoru tak, aby výsledný regulátor byl PID typu

Výsledky jsou shrnuty ve výzkumné zprávě: Hubka L., Menkina M., Robustní PI/PID regulátory pro řízení procesů