用于蒸汽发电厂的蒸汽产生器的状态观察器的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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))。
[0010] 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。
[0011] 从EP 2 244 Oil Al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。
[0012] 在EP 2 244 Oil Al中该（单参量）状态调节设置线性二次型调节器（LQR)。
[0013] 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。
[0014] 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Qy和R矩阵确定优先性。品质值J按照如下确定：
[0015]
[0016] 对于通过线性二次型调节解决的静态优化问题为：
[0017]
[0018] (其中K作为调节矩阵并且Xtl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。
[0019] 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 Oil Al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。
[0020] 但是，按照EP 2 244 011 Al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。
[0021] 通过，按照EP 2 244 Oil Al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。
[0022] 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。
[0023] 在EP 2 244 Oil Al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。
[0024] 在EP 2 244 Oil Al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。
[0025] 通过反馈矩阵的该在线计算，在EP 2 244 Oil Al中实现了调节算法的鲁棒性的 提尚。
[0026] 直接作用于过热器的干扰，通过如下来表达：逐渐加热全长（AufwiiiTnspanne ), 艮P，在过热器出口和入口之间焓的比，发生改变。
[0027] 在此EP 2 244 Oil Al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）。
[0028] 由此对于相应的干扰可以非常快、精确但是同时鲁棒地反应。
[0029] 基于按照EP 2 244 Oil Al的该调节算法通过描述的措施（线性化、在线计算、干 扰参量估计）而是非常鲁棒的这一事实，在蒸汽发电厂启动时仅必须调整非常少的参量。 启动时间和开销由此被明显降低。
[0030] 但是因为各个（单参量）状态调节的多个，但是单个的调节回路（例如在蒸汽发 电厂中）经过共同的调节系统，如蒸汽产生器，互相耦合，所以必定发生各个调节器的互相 影响。
[0031] 例如在蒸汽发电厂的燃烧室中的压力经过抽风机（Saugzug)的调节，受到经过蒸 汽发电厂的新空气通风装置进行的新空气输送的调节的强烈影响。在蒸汽发电厂中提高的 燃料质量流不仅导致提高的蒸汽生产，而且其还影响在蒸汽发电厂中的蒸汽温度，其应当 借助喷射保持恒定。给水质量流借助给水泵的调节和给水压力借助给水调节阀的调节也互 相依赖。
[0032] 用于考虑在各个调节之间的这些出现的横向影响的方案在于有针对地考虑耦合 和其有针对的施加。
[0033] 这在调节技术上通过使用具有在调节结构中或在调节回路之间的退耦分支的所 谓的退耦网络进行。
[0034] 退耦支路的设计，即，参数化，取决于所考察的系统的实际上动态的处理特性并且 在（发电厂）调节的启动时必须被考虑。
[0035] 在参数化中进行设备试验并且（在此）确定设备处的测量值。试验结果或测量值 的评估然后提供关于如下的知识，哪些参数要被改变到什么程度。参数然后被一直手动调 整，直到调节达到了尽可能好的退耦。
[0036] 用于考虑在各个调节器/调节之间出现的横向影响的另一个方案在于使用多参 量调节器，其中多个状态参量同时被调节（多输入多输出调节器/调节回路（ΜΙΜΟ))。
[0037] 在此这样的多参量状态调节器的设计，即参数化，也取决于所观察的系统的实际 的动态的处理特性。
[0038] 于是在此进行设备试验/测试并且（在此）确定设备的测量值，借助其确定在多 参量状态调节器情况下在（多个）输入参量和多个输出参量以及必要时（多个）干扰参量 之间的传输函数。
[0039] 不取决于，人们现在对于这样的系统/设备的调节任务采用的单调节是否退耦或 设计多参量状态调节器，需要设备试验/测试和设备的由此确定的测量值，以调整调节器。
[0040] 但是如果这样的（现实的）设备测量值的测量精度低（或只能困难地或根本不能 测量），调节品质也取决于测量值的品质（或其可用性）。
[0041] 测量数据的与此相关的验证由此对于用于设备/过程的调节，诸如蒸汽发电厂或 蒸汽发电厂中的蒸汽产生器的调节的调节器设计，是有帮助的。
【发明内容】
[0042] 本发明要解决的技术问题是，实现对特别是为了用于调节蒸汽发电厂或蒸汽发电 厂的蒸汽产生器的调节器调整而使用的测量数据的验证。
[0043] 该技术问题通过按照本发明的用于蒸汽发电厂、特别是用于蒸汽发电厂的蒸汽产 生器的状态观察器解决。本发明的优选的扩展从实施例中得到。
[0044] 本发明和描述的扩展既可以按照软件也可以按照硬件，例如在使用特殊电路或 (计算）部件的条件下实现。
[0045] 此外本发明或描述的扩展可以通过基于计算机的存储介质实现，在其上存储了执 行本发明或扩展的计算机程序。
[0046] 本发明和/或每个描述的扩展也可以通过计算机程序产品实现，其具有存储介 质，在其上存储了执行本发明和/或扩展的计算机程序。
[0047] 按照本发明设置，状态观察器是多参量状态观察器，其具有根据线性二次型状态 反馈设计的卡尔曼滤波器（LQG多参量状态观察器）。
[0048] 作为多参量状态观察器，可以理解为这样的状态观察器，在所述状态观察器中，基 于多个输入参量，多个状态参量同时被观察或估计，其中取消多个输入参量与（多个）状态 参量的清晰对应。全部的输入和状态参量（在多参量状态观察器中）互相相关联，由此在 单个参量之间的物理的耦合被考虑。
[0049] 概念"估计"、"计算"和"确定"在以下关于观察器作为同义词使用。
[0050] 多参量状态观察器基于卡尔曼滤波器。该卡尔曼滤波器根据线性二次型状态反馈 设计。线性二次型状态反馈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。
[0051] 换言之，在"LQG多参量状态观察器"中卡尔曼滤波器的设计可以通过双系统的概 念援用"线性二次型调节器（LQR) "的设计。该设计基于矩阵-里卡蒂-差分方程的解。
[0052] 即，LQR是（状态）调节器，其参数可以这样被确定，即，对于