Kontrolstrategi til frigørelse af kraftværkers reguleringsevne

Dette projekt omhandler forbedring af eksisterende kraftværkers reguleringsevne med det formål at forbedre deres konkurrenceevne i det forestående liberaliserede elmarked samt for at bibeholde den høje forsyningssikkerhed i forbindelse med udbygningen med vindmøller og andre uregulerbare enheder. Kedlen er den del af et kraftværk, der har den langsomste dynamik og er derfor oftest den be*græn*sende faktor for hele kraftværksblokkens reguleringsevne. Med bagrund i dette er det søgt at forbedre kedlens reguleringsevne ved i højere grad ad reguleringsteknisk vej at tage mere hensyn til kedelprocessens multivariable og ulineære karakteristika end hidtil. For at forøge systemets robusthed samt for at gøre idriftsætning og ind-/udkobling af regulatoren simplere, opbygges regulatoren som en optimerende overbygning til det eksisterende reguleringssystem. Dette er gjort på en sådan måde at der bl.a. ud fra fejlsignalerne i det eksisterende reguleringssystem beregnes styresignaler, der adderes til styresignalerne fra de eksisterende regulatorer. Denne specielle opkobling har resulteret i at der ud fra måledata identificeres en model be*stå*ende af kedelprocessen samt det eksisterende reguleringssystem. En i forhold til lasten scheduleret multivariabel LQG-regulator er blevet anvendt. Schedulering er anvendt da det har vist sig at de dominerende ulineariteter er lastafhængige. To forskellige metoder til indføring af feedforward-kompensering er blevet behandlet. I den ene metode er feedforward-kompensatoren integreret i LQG-regulatoren, i den anden er den separeret fra LQG-regulatoren, men koordineret via tilstandsestimatoren. På grund af, at LQG-regulatoren er indført som en optimerende overbygning til en allerede reguleret proces, så har processen set fra LQG-regulatoren (bestående af kedelproces og eksisterende reguleringsystem) en DC-forstærkning på nul. Denne specielle karakteristikum er eksplicit blevet taget i betragtning i forbindelse med modelopstillingen samt regulatordesignet. Til afprøvning af de opstillede metoder er I/S SKÆRBÆKVÆRKET, blok 2 (SVS2) blevet anvendt som testeksempel. For bl.a. at have et sikkert miljø til udvikling af det optimerende reguleringssystem er der blevet udviklet en dynamisk simuleringsmodel af kedel, turbiner og eksisterende reguleringssystem på SVS2. Denne kaldes for SVS2-simulatoren og er opbygget ud fra de grundlæggende love om masse- og energibevarelse, samt sammenhænge for varmeovergang, fluiddynamik osv. Sammenligninger mellem SVS2-simulatoren og SVS2 viser at SVS2-simulatoren afspejler den virkelige procesdynamik på tilfredsstillende vis. Den begrænsende faktor for kedlens reguleringsevne på SVS2 har vist sig at være udsving i damptemperaturen før 1. sprøjte. Styrbare input er valgt til fødevandsmængden og brændselsmængden, hvilke kobler kraftigt til HT-damptrykket, hvorfor denne er medtaget i regulerings-strategien for ikke at forværre reguleringen af HT-damptrykket. Yderligere er der indført feedforward-kompensering fra lasten. Dette er tydeligvist et multivariabelt reguleringsproblem. Afprøvninger af en LQG-regulator med integreret feedforward-kompensator på SVS2-simulato*ren viser at udsvingene i damptemperaturen før 1. sprøjte kan reduceres betragteligt un*der lastændringer samtidig med at en mindre reduktion i udsving i HT-damptrykket er op*nået. Sta*biliteten af det schedulerede system designet til SVS2-simulatoren er blevet behandlet. Der er blevet opstillet en metode til beregning af den maksimalt tilladelige lastgradient for hvilken det samlede systems stabilitet kan garanteres. Metoden viser sig dog i praksis at være me*get kon*se*rativ, idet en grænse opnåes der er langt under den det ved simuleringer viser sig mu*lig at ope*rere med. Afprøvninger på SVS2 resulterer i,at LQG-regulatoren må tunes meget sløvt af hensyn til feedback-delens stabilitet. Dette resulterer i at feedforward-delen også bliver meget sløv, hvor*for de samme forbedringer ikke kan opnås i praksis. Til løsning af dette problem er LQG-regulatoren med koordineret LQ-feedforward-kompensator blevet udviklet, hvilket muliggør en seperat tuning af feedback-delen og feedforward-delen. Der er blevet designet og implementeret en LQ-feedforward-kompensator i fire forskellige lastpunkter dækkende hele normal*drifts*område for kedlen. De praktiske afprøvninger viser at det er muligt næsten at ud*kom*pen*sere udsvingene i damptemperaturen før 1. sprøjte samtidig med at der er status quo på HT-damptrykket. LQ-feedforward-kompensatoren har med gode resultater været lang*tids**testet på SVS2. Afprøvninger af LQG-feedback-regulatoren har vist, at det er muligt at undertrykke forstyrrelser fra fyrrummet med op til 37%. Disse forbedringer af kedel*sta*biliteten under lastændringer forventes at kunne øge SVS2's reguleringevne betragteligt. Der er blevet opstillet en generel implementeringsstrategi for det udviklede koncept på and*re kraftværksblokke. Genereliteten af konceptet er vist ved opstilling af en reguleringsstrategi for I/S FYNSVÆRKET, blok 7, der er en noget nyere blok end SVS2 samt procesmæssigt er lidt anderledes opbygget (bl.a. på grund af røggasrecirkulation). Ana*ly*se- og strukturspecifikationsdelen af den generelle implementeringsstrategi er anvendt på I/S FYNS*VÆRKET, blok 7, med det formål at anskueliggøre at det udviklede koncept kan an*vendes til forbedring af reguleringsevnen af denne blok. Koncept for en LQ-feedforward-kom*pen*sator er opstillet med det mål at mindske udsving i damptemperaturen efter udskiller samt i damptemperaturen før 1. sprøjte. På baggrund af de opnåede resultater på I/S SKÆRBÆKVÆRKET, blok 2 forventes det som nævnt ovenfor at blokkens reguleringsevne kan øges væsentligt. På grund af konceptets generelitet vil et tilsvarende system kunne opbygges på andre blokke. Dette vil kunne bidrage til at forbedre kraftværkernes konkurrenceevne i det forestående liberaliserede elmarked samt til at bibeholde den høje forsyningssikkerhed i forbindelse med udbygningen med vindmøller og andre uregulerbare enheder.