Förbättrad överhettartemperaturreglering med framkoppling från fysikaliska processmodeller. Martin Råberg

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Förbättrad överhettartemperaturreglering med framkoppling från fysikaliska processmodeller. Martin Råberg"

Berit Svensson
för 7 år sedan
Visningar:

1 Förbättrad överhettartemperaturreglering med framkoppling från fysikaliska processmodeller Martin Råberg

2 Projektet är ett samarbete mellan Sweco, Modelon och E.ON Projektets huvudsyfte var att utvärdera modellinvertering av termohydrauliska processmodeller för användning i framkopplingar. Återkoppling Framkoppling Tar hand om mätbara störningar innan de resulterat i en regleravvikelse Linjär empirisk Olinjär empirisk Olinjär fysikalisk med empirisk dynamik Inverterad dynamisk fysiklisk. 2

3 Modellinvertering Vad är modellinvertering? Ej inverterbara fenomen Val av modellerad dynamik Den inverterade modellens stabilitet Analys av den inverterade modellen för att förbereda den för implementering 3

4 Processen Projektet valde överhettarregleringen eftersom det vore rimligt att denna process skulle kunna bära investeringen som arbetet innebar. SH1 SH2a SH2b SH3 DRUM PID1 PID2 PID1 PID2 PID1 PID2 ASP ASP ASP Σ 60 Σ 60 Superheater model Valvemodell Pre-calculations q ρ p Mass- and energy balance Variables Variables 4

5 Implementation Injection before SH3, Active SP Temperature after SH3, Active SP Temperature after SH3, Filtrated value Steam pressure after superheater Pre-calculations Temp. after SH3, Active SP SH3 mass-flow Steam pressure at injector, SH3 Static Superheater model Desired steam temperature before SH3, Drum pressure, Filtrated SH3, applied power Desired fuel power Steam flow through superheater 5

6 Implementation P10 SH3 Temp. Reg., Not Regulating P10 Steam pressure, Desired power P10 Steam pressure after SH Pre calculations Mass- and energy balance P10 FW pressure before injection P10 Injec. before SH3, PV P10 Injec. before SH3, Active SP P10 Injec. before SH3, CE m Valve-model P10 Injec. before SH3, Output P10 Injec. before SH3, M Track Differential pressure p Linearization Non-linear estimation Calculated Injection Valve position, P10 FW Temp. before economiser ρ P10 Pressure in drum, Scaled P10 Injec. before SH2B, Active SP Desired Injection Valve position, OUT P10 Injec. before SH2B DTB, Active SP Steam temp. after SH2B, mean, Scaled FlowWeightedMeanTemperature after FeedWaterPumps Density FlowWeightedMeanPressure after FeedWaterPumps 6

7 Modell uu tt nn = uu tt nn uu tt nn 1 tt ss h iiii = h pp, TT oooooo QQ ww,ss mm + dd pp, TT oooooo uu h iiii = h pp, TT oooooo QQ ww,ss mm TT ww = QQ ww,ss + QQ mm ww cc ww TT ww = TT ww,oooooo + tt ss TT ww 7

8 Implementation SH1 SH2a SH2b SH3 DRUM PID1 PID2 PID1 PID2 PID1 PID2 SP ASP Σ 60 Σ 60 Selector ASP Valvemodell q ρ p Mass- and energy balance Superheatermodel Static (Existing Dynamic feed-forward) Shared pre-calculations Variables Variables 8

9 SH1 SH2a SH2b SH3 455 DRUM PID1 PID2 PID1 PID2 PID1 PID2 SP ASP ASP Σ 60 Σ 60 Selector Valve- Superheatermodel modell Static (Existing q ρ p feed-forward) Dynamic Mass- and energy balance Shared pre-calculations Variables Variables Temperature ( C) Temperature ( C) Static Dynamic Temperature ( C) Temperature ( C) Time (minutes) Direct HX (MW) Dynamic Static Dynamic Time (minutes) 9

10 Erfarenheter Fördelar; Fångar processdynamiken korrekt. Resulterar i transparanta framkopplingar med fysikaliskt korrekta parametrar och variabler. Möjlighet till adaption av fysikaliskt svårdefinierade parametrar t.ex. värmeöverföring. Fångar processens olinjäritet och olinjära dynamiska beteende korrekt på ett enkelt och lättförståeligt sätt. Mycket bra reglerprestanda. Nackdelar; Kräver djupare processförståelse. Kräver förståelse för processkomponenternas dynamik och processens reglering. Kräver mycket jobb före modelleringsarbetet så att den använda modellen fångar den väsentliga processdynamiken, men är enkel. Avgränsningar i processavsnittet som studeras snarare än approximationer. Kräver troligen ett antal iterationer i modelleringsarbetet innan önskad prestanda nås. 10

11 Resultat Baserat på testdata är den största regleravvikelsen 3 C. Eftersom testet inte var med turbinerna valdes en marginal på 10 C dvs 520 C. P.g.a. att turbinerna var i revision beräknades den potentiella vinsten m.h.a. ett statiskt program, EES. Genom att vid 80 MW 510 C och 100 bar öka temperaturen till 520 C vid oförändrad värmelast kunde 601 kw extra el genereras. Detta till en kostnad av endast 635 kw ökad pannlast. Vid en pannverkningsgrad på 90% motsvarar det 706 kw bränsle. För den aktuella anläggningen beräknades ett årligt värde på ca 120 kkr. Beroende på förhållandet mellan elpris, värmepris och bränslepris kan olika förhållande mellan el och värmeproduktion vara intressant. Minde förändringar i ångtemperatur kan justera denna balans i önskad riktning. 11

12 Resonemang Gaspanna VS Fastbränsle/Bio Fortsatt arbete 12

Relevanta dokument

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 3. Sammanfattning av föreläsning 2 PID-reglering Blockschemaräkning Reglerdesign för svävande kula

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 3 Sammanfattning av föreläsning 2 PID-reglering Blockschemaräkning Reglerdesign för svävande kula Sammanfattning av förra föreläsningen 2 Vi modellerar system