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” , 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” , 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” , 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” , 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” , 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 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” , 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” , 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 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” , 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” , 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