TU v Liberci, Fakulta mechatroniky, Katedra řídicí techniky

1. Dílčí cíl V302: Pokročilé algoritmy řízení pro zvýšení efektivity provozu elektrárenského bloku a minimalizaci ekologických dopadů. Výsledky za rok 2006 TU v Liberci, Fakulta mechatroniky, Katedra řídicí techniky

2. Potřebu provozu v širokém výkonovém rozsahu může vyvolávat: • Nutnost rychle reagovat na změny zatížení elektrárenského bloku • Najíždění resp. odstávka bloku 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. Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec2/10

3. Možná klasická řešení: • 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 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. Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec3/10

4. 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 Liberec4/10

5. 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. • Potenciální výhody: • Rychlá adaptace:s 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 Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec5/10

6. 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 Liberec6/10

7. Regulační struktury vhodné pro koordinované řízení kotle a turbíny Možná varianta klasického uspořádání: Regulaci provádí několik regulačních smyček, které jsou doplněny o dodatečné členy pro kompenzaci vzájemných interakcí (PD člen na obrázku). 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 Liberec7/10

8. 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 smyček Zvažovány 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 Liberec8/10

9. 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 Liberec9/10

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 Seminář : Koordinace dílčích cílů projektu Centra 1M "PTSE” 12.12.2006, Dílčí cíl V302, FM TU Liberec10/10