)。可惜，这种类型的控制(其可以在较长的时间段上是有 效的）导致了对燃气涡轮机循环内燃料流动的变化存在大的蒸汽涡轮机循环响应时间，因 为燃气涡轮机循环中燃料流动的变化一定会导致燃气涡轮机排放管36中产生额外热量，该 额外的热量随后在HRSG系统29中把水加热以产生额外的蒸汽压力。由于这些物理动态，蒸 汽涡轮机24的入口处的蒸汽压力的变化显著滞后于至燃气涡轮机燃烧室30的燃料流量的 变化，导致了蒸汽涡轮发电设备12的大的或长的响应时间（例如，为两分钟至四分钟或更多 分钟的数量级）。因此，燃气涡轮机32对被发送用于控制燃气涡轮机系统14的运行的控制信 号的响应时间显著短于（即，快于)蒸汽涡轮机24响应于被发送用于控制燃气涡轮机系统14 的运行的控制信号的响应时间。
[0032] 如将理解的，蒸汽涡轮发电设备12的慢的响应时间通常导致了对燃气涡轮发电设 备14的开环控制，燃气涡轮发电设备14具有低得多的响应时间并且通常以提供了负载需求 的任何所需要的短期变化的方式来控制或调制该燃气涡轮发电设备14。由于蒸汽涡轮发电 设备倾斜上升以辅助于提供所期望的工厂负载输出，因此燃气涡轮发电设备被向下控制或 调制以提供较少的输出功率或负载(其再次影响了蒸汽涡轮发电设备12的运行）。尽管这种 类型的控制在缓慢改变负载需求的情况下或者当负载需求相对稳定时是有效的，但是当负 载需求正经历许多变化或者正在循环时，这种类型的控制导致了燃气涡轮发电设备14的过 度使用或使用不足。
[0033] 图2-6示出了一组控制例程，所述一组控制例程可用于响应于快速变化或循环负 载需求而以提供了对输出负载的较好或较多控制的方式来控制图1中的组合循环发电厂 10。具体来说，本文中所描述的控制方案依赖于内模原理，该内模原理通常阐述了只有当控 制系统包含了（隐含地或明确地)对待控制的过程的某种表示时才可以获得准确得控制。总 的来说，本文中所描述的控制方案的目的在于在传统的闭环反馈控制系统内使用归因于燃 气涡轮机的需求的变化（即，ST/GT转移函数）的经建模的蒸汽涡轮机MW(功率)变化。因此， 此控制方案为内模控制（MC)的形式，并且被期望提供用于总体上较好的鲁棒控制的较好 的单位MW(功率)设定点跟踪和干扰变量抑制。此外，实现该控制方案的最终结果优化了燃 气涡轮机的运行并获得了时间上的成本节约。
[0034] 作为背景，图2示出了包含具有控制转移函数C(s)的控制器52,控制器52耦合到具 有转移函数G( s)的过程54并控制过程54。控制器52接收控制点R( s)并驱动过程54以影响特 定过程变量Y(s)(被称为受控变量）的值或者以驱动特定过程变量Y(s)。在图2中的控制系 统50的情形下，如果控制器转移函数C(s)是过程转移函数G(s)的准确逆模型，则过程变量Y (s)将完美地追踪设定点R(s)。然而，在实际中，将总是会存在建模误差和干扰，并且因此， 对于控制器52校正建模误差干扰需要某种形式的反馈机制。在这种类型的开环控制努力 (effort)的情况下还存在可能难以克服的成本和可行性问题。
[0035] 如图3所示出的闭环控制系统60示出了内模控制策略的通用形式。具体来说，图3 中的控制系统60包括产生控制信号U(s)的控制器62(其可以是图2中的控制器52)，控制器 62运行以控制过程64(其可以与图1中的过程54相同）。具体来说，控制信号U(s)控制过程64 内的某个设备或某些设备，以影响并由此控制过程变量Y(s)。在这种情形下，具有过程64的 模型的模型单元66(在图3中被标记为具有转移函数G(S：)的模型)接收控制信号U(s)并产生 受控制的过程变量Y(s)的预测值Y(S)。求和单元68确定实际过程变量Y(s)与如由模型单元 66输出的预测的过程变量?(8)之间的误差p(s)。误差p(s)(其是过程64中的干扰以及模型 66中的建模误差的函数并表不了过程64中的干扰以及模型66中的建模误差)随后在加法器 70中与设定点信号R(s)求和。加法器70的输出反馈到控制器62,以作为控制器输入。此外， 为了示出的目的，图6示出了对干扰值D(s)与过程64的输出求和以表示包含过程变量Y(s) 中未建模的干扰。
[0036] 如果模型单元66的模型GCs)是对过程转移函数G(s)的完美表示，并且如果不存在 干扰D(s)，则加法器68的输出以s)将等于零，并且图3中的控制循环简单地减少到理想的开 环控制系统。然而，由于这种情况是罕见的情形，因此控制器62可以以已知的方式进行调 整，以满足对设定点跟踪和干扰抑制的应用需求。
[0037] 图4示出了仅仅是图3中的控制系统60在传统的反馈控制器框架中的再布置形式 的控制系统80。因此，图4中的附图标记示出了与图3中的附图标记相同或相似的元素。图3 和图4中的图示之间的基本差别在于至加法器68和70的输入已经改变，从而差分单元68计 算设定点R(s)与过程变量Y(s)之间的差分以产生误差信号，随后将该误差信号加到如由模 型单元66输出的预测的过程变量?(8)，以产生向控制器62的输入。然而，加法器70的最终输 出在图3和图4中是相同的。此外，图4中的虚线框82示出了由IMC控制器所执行的功能，该 MC控制器可用于实现本文中所描述的组合循环负载控制方案。
[0038] 图5示出了新的组合循环工厂负载控制方案100的框图，该新的组合循环工厂负载 控制方案可以被实现为图4中的頂C控制器82。在图5中的控制方案中，由工厂或过程64输出 的单位MW(功率)是图4中的过程变量Y( s)(也就是说，控制方案中的受控变量），燃气涡轮机 (GT)需求(控制信号）102是图4中的控制器输出U(s)，并且单位功率(丽)设定点104是图4中 的设定点R( s)。如将理解的，燃气涡轮机(GT)需求信号102是待由燃气涡轮机(例如，图1中 的燃气涡轮机32)产生的总的MW(功率）。对于具有多个燃气涡轮机的单元，可以以任何已知 的或期望的方式来针对经组合的燃气涡轮机MW(功率)分配这种需求。此外，如在图5中示出 的，控制方案100使用一个或多个燃气涡轮机106的（例如测量到的）瞬时MW (功率)输出以及 一个或多个蒸汽涡轮机108的（例如测量到的）瞬时MW(功率)输出作为输入。此外，图5中的 控制方案100包括具有控制器112的控制系统以及具有模型单元116的模型系统，控制器112 可以是任何期望类型的通用控制器或补偿器(诸如超前/滞后补偿器），模型单元116实现蒸 汽涡轮机循环的预测的模型。如被认为是最佳匹配，可以基于在模型单元116中使用的模型 来选择控制器112内的控制器算法。如将理解的，模型单元116响应于燃气涡轮机需求(控 制）信号的变化来对蒸汽涡轮发电系统（例如，图1中的蒸汽涡轮发电系统）的运行进行建 模。因此，模型系统以及具体来说模型单元116运行以响应于燃气涡轮机控制信号或者GT需 求信号102的变化来预测蒸汽涡轮机系统的输出功率。在模型单元116中使用的模型算法可 以基于使用自回归或其它期望的技术的动态预测并且可以使用实证检验来执行建模。由于 产生燃气涡轮机功率的时间常数(例如，五到三十秒)显著短于产生蒸汽涡轮机功率的时间 常数(例如，两到四分钟），因此不需要对燃气涡轮机的运行进行建模。然而，如果期望的话， 可以将燃气涡轮机的运行并入到模型单元116中，或者可以由不同的建模单元来提供燃气 涡轮机的运行。
[0039] 在运行期间，加法器120对瞬时的燃气涡轮机MW(功率)输出信号106与瞬时的蒸汽 涡轮机MW(功率)输出信号108求和，以产生对总的工厂输出或单位MW(功率)输出121的测 量。信号121表示图4中的过程变量Y(s)。提供加法器120的输出作为向加法器122的输入，加 法器122还接收单位MW(功率)设定点信号104作为输入。加法器122(其本质上为图4中的加 法器68)计算单位MW输出121与单位MW设定点104(其可以响应于变化的负载需求而变化)之 间的差分。因此，加法器122的输出是表不单位MW误差124的差分信号。
[0040] 模型单元116接收或被耦合为接收由控制器112输出的控制信号（如由加法器140 处理的)并产生模型输出130,该模型输出130表示被提供给加法器132的所预测的蒸汽涡轮 机功率输出（对于当前时间）。加法器132对模型116的输出130(其为预测的蒸汽涡轮机功率 输出信号)与瞬时的（测量到的)燃气涡轮机功率输出信号106求和，以产生表示工厂的预测 的功率输出的预测的单位MW(预测的工厂输出)信号134(即，图4中的过程64)。
[0041] 如在图5中示出的，将预测的单位MW(预测的工厂输出）信号134提供给加法器136， 加法器136对预测的单位MW(预测的工厂输出）信号134与单位MW误差信号124进行求和以产 生向控制器112输入的反馈信号138。（加法器136实质上是图4中的加法器70,而模型单元 116和加法器132表示图4中的模型66)。如将理解的，图5中除了控制器112和模型116以外的 各个部件(例如包括加法器120、122、136，以及在某些情形下加法器132)可以被称为控制器 输入信号发生单元，因为这些部件根据测量到的燃气涡轮机输出106、测量到的蒸汽涡轮机 输出108、负载或单位设定点104以及预测的蒸汽涡轮机输出信号和/或预测的单元输出信 号134产生了控制器输入信号138。不管怎样，控制器112使用输入信号138来产生初始的燃 气涡轮机负载控制信号，该燃气涡轮机负载控制信号被提供给加法器140,加法器140的输 出被提供给模型116。（在这种情形下，最终的或者经补偿的控制输出可以被认为是加法器 140的输出，加法器140可以是控制器112中的部分）。然而，如果期望的话，由控制器112输出 的初始的燃气涡轮机负载控制信号可以被用作为至一个或多个燃气涡轮机的控制信号，例 如，作为至一个或多个燃气涡轮机的燃气流量控制信号。
[0042]如将理解的，图5中的控制方案100使用发电厂的内部模型，该内部模型对组合循 环发电厂的仅仅一个循环(例如，蒸汽涡轮机循环）的输出进行建模或预测，并且其使用例 如发电厂的另一个循环(例如，燃气涡轮机循环)的测量到的输出来产生发电厂的预测的功 率输出（即，图4中预测的过程变量?0))。相比于尝试对燃气涡轮机循环和蒸汽涡轮机循环 共同进行建模的模型，更简单地创建和实现此模型。然而，由于两个循环