概括地說，本公開內(nèi)容涉及對過程工廠和發(fā)電裝置的控制，并且更具體地說，涉及實現(xiàn)可變速率的前饋控制電路以便與變化的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號一起使用。

背景技術(shù)：

多個工業(yè)和非工業(yè)應(yīng)用使用多組件發(fā)電設(shè)備。諸如發(fā)電廠之類的工業(yè)站可以包括鍋爐-渦輪單元，其中燃燒燃料的鍋爐生成諸如蒸汽之類的熱能以操作一個或多個蒸汽渦輪，該一個或多個蒸汽渦輪轉(zhuǎn)而生成電力。在這些系統(tǒng)中，一個控制目標(biāo)是調(diào)節(jié)功率輸出以滿足需求，同時使蒸汽壓力和溫度保持在期望的范圍內(nèi)。

發(fā)電廠中所使用的典型蒸汽發(fā)電系統(tǒng)包括具有過熱器區(qū)段(具有一個或多個子區(qū)段)的鍋爐，在過熱器區(qū)段中產(chǎn)生蒸汽并且然后提供給第一(通常高壓)蒸汽渦輪并在該第一蒸汽渦輪內(nèi)使用。為了增加系統(tǒng)的效率，離開第一蒸汽渦輪的蒸汽隨后可以在鍋爐的再熱器區(qū)段(其可以包括一個或多個子區(qū)段)中進(jìn)行再熱，并且經(jīng)再熱的蒸汽隨后提供給第二(通常較低壓)蒸汽渦輪。功率系統(tǒng)的熔爐/鍋爐區(qū)段二者以及功率系統(tǒng)的渦輪區(qū)段必須以協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行控制，以產(chǎn)生期望的功率量。

此外，發(fā)電廠的蒸汽渦輪在不同的時間通常以不同的操作水平運(yùn)行，以便基于提供給發(fā)電廠的可變能量或負(fù)載需求而產(chǎn)生不同量的電力或功率。例如，在許多情況下，發(fā)電廠關(guān)聯(lián)到電功率傳輸和分配網(wǎng)絡(luò)(經(jīng)常被稱為電網(wǎng))，并且發(fā)電廠向電網(wǎng)提供指定量的功率。在這種情況下，電網(wǎng)管理器或控制機(jī)構(gòu)通常對電網(wǎng)進(jìn)行管理，以使電網(wǎng)上的電壓電平保持在恒定或近似恒定的電平(即，在額定的電平內(nèi))，并基于電力用戶施加在電網(wǎng)上的電力(功率)的當(dāng)前需求來提供一致的功率供應(yīng)。電網(wǎng)管理器通常會在一天的某些時間期間計劃比一天中的其它時間期間更重度的使用(以及因此更大的功率要求)，并且在一周和一年的某些天期間計劃比一周和一年中的其它天期間更重度的使用(以因此更大的功率要求)，并且可以運(yùn)行一個或多個優(yōu)化例程，以確定連接到電網(wǎng)的各個發(fā)電廠在任何特定的時間為了滿足對電網(wǎng)的當(dāng)前或期望的整體功率需求而需要生成的功率的最優(yōu)數(shù)量和類型。

作為該過程的一部分，電網(wǎng)管理器通常將功率需求要求(還被稱為負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn))發(fā)送給向電網(wǎng)供電的發(fā)電廠中的每個發(fā)電廠，其中功率需求要求或負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)指定在任何特定的時間每個特定的發(fā)電廠要在電網(wǎng)上提供的功率量。為了實現(xiàn)對電網(wǎng)的恰當(dāng)控制，電網(wǎng)管理器可以發(fā)送用于在任何時間連接到電網(wǎng)的不同發(fā)電廠的新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)，以考慮供應(yīng)給電網(wǎng)的或者從電網(wǎng)中消耗的功率的預(yù)期和/或意外的變化。例如，電網(wǎng)管理器可以響應(yīng)于需求(與晚上和周末相比，需求在正常營業(yè)時間期間和在工作日通常會更高)的預(yù)期或意外的變化而修改用于特定發(fā)電廠的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)。類似地，電網(wǎng)管理器可以響應(yīng)于電網(wǎng)上的功率供應(yīng)的意外或預(yù)期的減少(例如，因特定發(fā)電廠處的一個或多個功率單元意外地發(fā)生故障或者脫機(jī)以用于常規(guī)或調(diào)度的維修而引起的)而改變用于特定發(fā)電廠的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)。

在任何情況下，雖然電網(wǎng)管理器可以在任何時間提供或改變用于特定發(fā)電廠的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)，但發(fā)電廠自身通常不能夠瞬時地增加或減小供應(yīng)給電網(wǎng)的功率量，這是因為發(fā)電裝置通常由于這些系統(tǒng)的物理特征而呈現(xiàn)出響應(yīng)時間的顯著滯后。例如，為了增加基于蒸汽渦輪的發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出，有必要改變系統(tǒng)內(nèi)所消耗的燃料量，從而增加系統(tǒng)的鍋爐內(nèi)的水的蒸汽壓力或溫度，所有這些花費(fèi)有限并且非平凡(non-trivial)的時間量。因此，通常而言，發(fā)電廠僅可以以特定的速率增加或減小供應(yīng)給電網(wǎng)的功率量，其中該特定的速率基于工廠內(nèi)的發(fā)電裝置的具體情況。

在需要多個控制環(huán)路、標(biāo)準(zhǔn)多環(huán)路的基于渦輪的發(fā)電廠控制系統(tǒng)中，單輸入單輸出(siso)策略包括渦輪跟隨(turbine-following)和鍋爐跟隨(boiler-following)配置。在渦輪跟隨方法中，由鍋爐燃料輸入來控制功率輸出，并且相反地，在鍋爐跟隨方法中，由蒸汽節(jié)流閥位置來控制功率輸出，這是因為功率輸出與供應(yīng)給渦輪的蒸汽量直接成比例。通常，渦輪跟隨方法以蒸汽溫度和壓力的最小偏差的方式提供良好的控制，但渦輪跟隨方法由于常規(guī)的發(fā)電廠中所實現(xiàn)的緩慢蒸汽生成過程而無法快速地跟蹤負(fù)載需求。相比之下，通過用鍋爐跟隨方法來控制節(jié)流閥，可以將不同的蒸汽量立即供應(yīng)給渦輪，但是是以耗盡鍋爐中所儲存的能量為代價來提供控制的，從而導(dǎo)致主蒸汽壓力偏差。因此，對于在基本負(fù)載下操作的常規(guī)工廠，優(yōu)選渦輪跟隨方法，而對于在斜變負(fù)載(ramp-road)模式下操作的常規(guī)工廠，優(yōu)選鍋爐跟隨方法。

此外，在使用鍋爐來發(fā)電的發(fā)電廠中，發(fā)電廠控制器通常使用反饋控制器來改變變量(通常被稱為“修剪動作”)，以便基于來自系統(tǒng)測量結(jié)果的信息來達(dá)到期望的結(jié)果，從而考慮未知的系統(tǒng)擾動和過程不確定性。發(fā)電廠控制器還可以并入前饋(或預(yù)測)控制器，該前饋控制器預(yù)見(預(yù)測)將來的變化，并響應(yīng)于負(fù)載需求分布的預(yù)期變化(可以在本地或者通過遠(yuǎn)程分派(例如，通過電網(wǎng)管理器)來做出該預(yù)期變化)而提供快速動作以增加或減小輸出功率。

在當(dāng)前的方法中，前饋設(shè)計基于負(fù)載需求分布并且有時與動態(tài)“踢踹(kicking)”動作組合，其中與負(fù)載需求索引的線性函數(shù)相比，動態(tài)“踢踹”動作增加了鍋爐的響應(yīng)速率。反饋控制經(jīng)常使用比例-積分-微分(pid)控制器。

由于使用了不提供保證的動態(tài)精確性的穩(wěn)定狀態(tài)負(fù)載需求曲線，因此出現(xiàn)了使用當(dāng)前的前饋方法的直接缺陷。此外，當(dāng)負(fù)載斜變過程中間負(fù)載目標(biāo)變化時，在后續(xù)的計算中不考慮當(dāng)前狀態(tài)。換句話說，常規(guī)的前饋計算將新的負(fù)載斜變過程視為好像該過程總是從穩(wěn)定狀態(tài)條件開始，并且不考慮裝置的當(dāng)前操作狀態(tài)，其中裝置的當(dāng)前操作狀態(tài)可以包括當(dāng)前變量以及該變量的變化速率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供了一種用于發(fā)電廠控制系統(tǒng)(例如，蒸汽渦輪發(fā)電廠控制系統(tǒng))中的前饋控制設(shè)計，該前饋控制設(shè)計基于估計的狀態(tài)信息執(zhí)行間歇的重新初始化。在該方法中，在前饋計算期間明確地執(zhí)行基于模型的受約束的優(yōu)化，以有助于獲得更優(yōu)的性能。在裝置的操作過程期間，連續(xù)地執(zhí)行與當(dāng)前操作狀況相關(guān)的狀態(tài)估計。在負(fù)載斜變過程期間檢測到負(fù)載目標(biāo)變化時，當(dāng)前估計的狀態(tài)信息用于計算經(jīng)更新的控制信號，以發(fā)送給控制系統(tǒng)。因此，經(jīng)更新的控制信號更加精確并且可以用于恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)對發(fā)電廠的性能和輸出有影響的參數(shù)。

提供了一種用于使用狀態(tài)估計來計算進(jìn)修改的負(fù)載斜變控制信號的方法，并且所述方法可以包括：使用計算設(shè)備，基于指示發(fā)電單元的第一期望輸出的第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號，來計算用于初始負(fù)載斜變過程的初始模型。對所述初始負(fù)載斜變過程定期地執(zhí)行狀態(tài)估計，以獲得當(dāng)前狀態(tài)估計。在接收到第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號(其指示所述發(fā)電單元的第二期望輸出)時，所述當(dāng)前狀態(tài)估計用于計算用于經(jīng)修改的負(fù)載斜變過程的修改的控制信號。經(jīng)修改的控制信號然后用于操作所述發(fā)電單元，從而所述單元達(dá)到由所述第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號所指定的所述第二期望輸出。所述狀態(tài)估計可以是線性計算過程或非線性計算過程中的一個。

在一些示例中，誤差值可以被計算為目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)與所述發(fā)電單元的實際操作功率輸出之間的差，并且可以用于產(chǎn)生使所述誤差值最小化的新的經(jīng)修改的控制信號，以使得后續(xù)計算的誤差值在允許的閾值內(nèi)。

在其它實施例中，提供了一種用于控制發(fā)電單元的控制系統(tǒng)，并且所述控制系統(tǒng)包括：狀態(tài)估計單元、耦合到所述狀態(tài)估計單元的計算單元、以及控制信號發(fā)生器。所述計算單元適于：接收指定第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)的至少第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號。所述狀態(tài)估計單元可以適于：測量與所述發(fā)電單元的當(dāng)前操作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的至少一個特征，并基于所述至少一個特征來生成當(dāng)前狀態(tài)計算結(jié)果。

在一些實施例中，所述計算單元適于：基于所述第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)來計算第一組操作參數(shù)，并基于所述第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)和當(dāng)前狀態(tài)計算來計算第二組操作參數(shù)。在一些方法中，所述計算單元僅在接收到負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號時才計算所述第二組操作參數(shù)。所述控制信號發(fā)生器基于所述第一組操作參數(shù)和/或所述第二組操作參數(shù)來生成控制信號，以控制所述發(fā)電單元。

在一些方法中，所述特征包括所述發(fā)電單元的操作壓力和/或發(fā)電量中的至少一個。此外，所述計算單元可以適于：計算表示在給定時間處的實際操作參數(shù)與在給定時間處的所述第二組操作參數(shù)之間的差的誤差值。在所述差超過閾值時，所述狀態(tài)估計單元適于測量至少一個后續(xù)特征。所述計算單元然后適于：基于所述至少一個后續(xù)特征來計算后續(xù)組的操作參數(shù)，并且所述輸出適于：基于所述后續(xù)組的操作參數(shù)來控制所述發(fā)電單元。

在其它形式中，提供了一種用于控制工廠中的裝置的方法，并且所述方法包括：基于表示初始負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)的初始負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號，來配置初始最優(yōu)操作模型；至少使用所述初始最優(yōu)操作模型來控制所述工廠中的所述裝置；以及定期地對所述裝置運(yùn)行基于模型的狀態(tài)估計以獲得當(dāng)前狀態(tài)估計。所述基于模型的狀態(tài)估計可以基于所述裝置的多個操作值。

這些方法還可以包括確定是否接收到新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號，所述新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號表示新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)。在接收到所述新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號時，所述方法可以使用所述當(dāng)前狀態(tài)估計來計算新的最優(yōu)操作前饋控制軌跡。然后可以使用所述新的最優(yōu)操作前饋控制軌跡來控制所述裝置。

在一些實施例中，除了運(yùn)行基于模型的狀態(tài)操作之外還可以運(yùn)行反饋控制計算。該反饋控制計算可以包括以下項中的任一項：比例-積分-微分控制器、超前滯后控制器、模型預(yù)測控制器和線性二次高斯控制器。其它的示例是可能的。然后可以使用所述反饋控制計算來控制所述裝置。

在其它實施例中，所述方法可以確定所述裝置是否達(dá)到所述新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)。在確定所述裝置還未達(dá)到所述新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)時，可以使用表示當(dāng)前時間的基于模型的狀態(tài)估計來計算后續(xù)的最優(yōu)操作前饋和反饋控制軌跡。

在其它示例中，一種鍋爐操作的發(fā)電廠包括：渦輪；耦合到所述渦輪的鍋爐，所述鍋爐操作為產(chǎn)生蒸汽以驅(qū)動所述渦輪；通信地連接到所述鍋爐的控制單元；以及控制信號發(fā)生器。所述控制單元包括產(chǎn)生反饋控制信號的反饋控制器和產(chǎn)生前饋控制信號的前饋控制器。該前饋控制器包括狀態(tài)估計單元、計算單元和前饋控制信號發(fā)生器。所述狀態(tài)估計單元側(cè)向與所述發(fā)電單元的當(dāng)前操作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的至少一個特征，并基于至少一個特征來生成當(dāng)前狀態(tài)計算。所述計算單元接收指定第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)的第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號和指定第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)的第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號，并基于所述第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)來計算第一組操作參數(shù)，并且還基于所述第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)和所述當(dāng)前狀態(tài)計算來計算第二組操作參數(shù)。所述前饋控制信號發(fā)生器在接收到所述第一需求設(shè)定點(diǎn)信號之后產(chǎn)生包括第一響應(yīng)特征的前饋控制信號，所述第一響應(yīng)特征基于所述第一組操作參數(shù)，并且所述前饋控制信號發(fā)生器在接收到所述第二需求設(shè)定點(diǎn)信號之后生成包括第二、不同的響應(yīng)特征的前饋控制信號。該第二響應(yīng)特征基于所述第二組操作參數(shù)。最后，所述控制信號對所述前饋控制信號和所述反饋控制信號進(jìn)行組合，以產(chǎn)生用于控制所述鍋爐的主控制信號。

所述前饋控制器可以是比例-積分-微分控制器、超前滯后控制器、模型預(yù)測控制器和線性二次高斯控制器中的一個。其它示例是可能的。前饋控制器可以適于：僅在接收到負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號時才產(chǎn)生控制信號。在一些示例中，當(dāng)用非線性動態(tài)過程來描述所述狀態(tài)估計單元時，非線性計算單元被使用。相反，當(dāng)用線性動態(tài)過程來描述所述狀態(tài)估計單元時，線性計算單元被使用。

這樣配置之后，所述控制系統(tǒng)可以精確地確定所述裝置的當(dāng)前狀態(tài)，并生成用于控制所述裝置的新的控制信號以滿足經(jīng)修改的負(fù)載需求。通過并入本文所描述的最優(yōu)前饋控制設(shè)計，主控制信號(鍋爐主控制和渦輪主控制)將直接將兆瓦特(mw)輸出和蒸汽壓力置于它們期望的水平，而不需要系統(tǒng)的反饋控制部分的顯著移動，從而減小了由于差的反饋設(shè)計和/或調(diào)諧而引起的潛在過程振蕩。

附圖說明

通過提供下面的詳細(xì)描述中所描述的前饋控制設(shè)計，特別是在結(jié)合附圖進(jìn)行研究時，至少部分地滿足上面的需求，其中：

圖1根據(jù)本發(fā)明的各個實施例示出了用于蒸汽供電的渦輪系統(tǒng)的典型鍋爐蒸汽循環(huán)的框圖；

圖2根據(jù)本發(fā)明的各個實施例示出了用于在具有鍋爐和渦輪并且被配置為渦輪跟隨模式的發(fā)電廠中提供前饋和反饋控制二者的控制電路的示意框圖；

圖3根據(jù)本發(fā)明的各個實施例示出了利用狀態(tài)估計器、基于負(fù)載斜變過程來間歇地重新計算控制的最優(yōu)前饋控制器的示意框圖；

圖4根據(jù)本發(fā)明的各個實施例示出了典型的鍋爐操作的發(fā)電廠的示意框圖；

圖5根據(jù)本發(fā)明的各個實施例示出了用于控制工廠中的裝置的流程圖；

圖6根據(jù)本發(fā)明的各個實施例示出了與使用針對圖1-圖5所描述的控制方法相關(guān)聯(lián)的假設(shè)信號圖。

技術(shù)人員將意識到，附圖中的要素是出于簡單和清晰而示出的，并不一定按比例縮放。例如，附圖中的要素中的一些要素的尺寸和/或相對定位可以相對于其它要素放大，以幫助改善對本發(fā)明的各個實施例的理解。此外，在商業(yè)上可行的實施例中有用或必要的常見但公知的要素通常沒有描繪，以便有助于對這些各個實施例的較不雜亂的視圖。還要理解的是，可以以特定的發(fā)生順序來描述或描繪某些動作和/或步驟，而本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，針對順序的這種特定性實際上并不要求。還要理解的是，本文所使用的術(shù)語和表達(dá)式具有如上面所闡述的本領(lǐng)域技術(shù)人員賦予該術(shù)語和表達(dá)式的普通技術(shù)含義，除非本文以其它方式闡述了不同的特定含義。

具體實施方式

現(xiàn)在參考附圖，圖1示出了可以用于例如熱發(fā)電廠中的典型鍋爐100的直流鍋爐蒸汽循環(huán)的框圖。鍋爐100可以包括各種區(qū)段，其中蒸汽或水以各種形式(例如，過熱的蒸汽、再熱的蒸汽等等)流動經(jīng)過這些區(qū)段。鍋爐100包括：用于調(diào)節(jié)燃料輸入的主控制設(shè)備103、熔爐和主水墻吸收區(qū)段102、主過熱器吸收區(qū)段104、過熱器吸收區(qū)段106和再熱器區(qū)段108。另外，鍋爐100可以包括一個或多個減溫器或噴灑器區(qū)段110和112以及節(jié)省器區(qū)段114。在操作期間，由鍋爐100生成并由過熱器區(qū)段106輸出的主蒸汽用于驅(qū)動高壓(hp)渦輪116，并且來自再熱器區(qū)段108的經(jīng)再熱的熱蒸汽用于驅(qū)動中壓(ip)渦輪118。渦輪主閥115負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)渦輪的輸入以調(diào)整其功率。通常，鍋爐100還可以用于驅(qū)動低壓(lp)渦輪，其中l(wèi)p渦輪沒有示出。

水墻吸收區(qū)段102(其主要負(fù)責(zé)生成蒸汽)包括多個管道，其中來自節(jié)省器區(qū)段114的水或蒸汽經(jīng)過這些管道在熔爐中進(jìn)行加熱。當(dāng)然，進(jìn)入水墻吸收區(qū)段102的給水可以通過節(jié)省器區(qū)段114泵送，并且當(dāng)該水在水墻吸收區(qū)段102中時吸收大量的熱。在水墻吸收區(qū)段102的出口處提供的蒸汽或水饋送給主過熱器吸收區(qū)段104，并且然后饋送給過熱器吸收區(qū)段106，這些共同使蒸汽溫度提高到非常高的水平。自過熱器吸收區(qū)段106輸出的主蒸汽驅(qū)動高壓渦輪116以生成電力。

一旦主蒸汽驅(qū)動高壓渦輪116，蒸汽就被路由到再熱器吸收區(qū)段108，并且自再熱器吸收區(qū)段108輸出的經(jīng)再熱的熱蒸汽用于驅(qū)動中壓渦輪118。噴灑區(qū)段110和112可以用于將渦輪116和118的輸入處的最終蒸汽溫度控制為處于期望的設(shè)定點(diǎn)。最后，來自中壓渦輪118的蒸汽可以通過低壓渦輪系統(tǒng)(此處沒有示出)饋送到蒸汽冷凝器(此處沒有示出)，其中在蒸汽冷凝器中蒸汽被冷凝成液體形式，并且循環(huán)再次開始于各個鍋爐饋送泵將給水泵送通過級聯(lián)的給水加熱器隊列并且隨后通過節(jié)省器以用于下一個循環(huán)。節(jié)省器區(qū)段114位于從鍋爐離開的熱排放氣體流中，并且在給水進(jìn)入水墻吸收區(qū)段102之前使用熱氣體將額外的熱傳遞給給水。

控制器120通信地耦合到水墻吸收區(qū)段102內(nèi)的熔爐并耦合到閥122和124，其中閥122和124控制提供給噴灑區(qū)段110和112中的噴灑器的水量?？刂破?20還耦合到各個傳感器，包括位于水墻吸收區(qū)段102的輸出端處的、減溫器區(qū)段110的輸出端處的、第二過熱器區(qū)段106的輸出端處的、減溫器區(qū)段112的輸出端處的和再熱器區(qū)段108的輸出端處的溫度傳感器126，以及閥122和124的輸出端處的流動傳感器127?？刂破?20還接收其它輸入，該其它輸入包括燃燒速率、指示負(fù)載并且是負(fù)載的微分的信號(通常被稱為前饋信號)、以及指示鍋爐的設(shè)定或特征(例如，風(fēng)門設(shè)定、燃燒器傾斜位置等等)的信號。

控制器120可以生成其它控制信號并將該其它控制信號發(fā)送到系統(tǒng)的各個鍋爐和熔爐區(qū)段，并且可以接收其它測量結(jié)果，例如閥位置、所測量的噴灑流、其它溫度測量結(jié)果等等。雖然沒有專門示出，但控制器120可以包括用于控制鍋爐系統(tǒng)的過熱器和再熱器區(qū)段的單獨(dú)區(qū)段、例程和/或控制設(shè)備。

圖2示出了控制系統(tǒng)200的詳細(xì)流程圖，其中控制系統(tǒng)200可以作為控制器120的一部分用在圖1的發(fā)電廠中以控制鍋爐/渦輪過程250?？刂葡到y(tǒng)200包括負(fù)載需求信號201、反饋控制器208、前饋控制器210、鍋爐主信號組合器212、渦輪主信號組合器214、壓力設(shè)定點(diǎn)222、以及鍋爐/渦輪過程信號250。要理解的是，控制系統(tǒng)200可以包括另外的組件和/或生成另外的控制信號，但是為清晰起見，這些在圖2中沒有示出。此外，雖然提供了單個反饋控制器208和前饋控制器210以用于產(chǎn)生鍋爐主控制信號和渦輪主控制信號，但是要理解的是，如果期望的話，可以使用單獨(dú)的反饋控制器208和/或前饋控制器210來生成鍋爐和渦輪主信號中的每一個。

負(fù)載需求201表示包括負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)的設(shè)定點(diǎn)信號。負(fù)載需求201用作為主控制信號以控制發(fā)電廠100。經(jīng)由計算設(shè)備的任意組合，使用負(fù)載需求來產(chǎn)生負(fù)載需求索引。該負(fù)載需求索引然后用于控制渦輪102和鍋爐106的操作，其中渦輪102和鍋爐106可以包括任意數(shù)量的閥、泵以及其它裝置以發(fā)電。類似地，壓力設(shè)定點(diǎn)222包括與鍋爐將要生成的蒸汽壓力量相關(guān)的信息和/或任何數(shù)量的信號，以便對渦輪進(jìn)行供電以滿足期望的負(fù)載設(shè)定點(diǎn)。

如圖2中所示出的，負(fù)載需求201和壓力設(shè)定點(diǎn)222以渦輪跟隨模式連接。換句話說，由鍋爐燃料輸入來控制功率輸出(通常用兆瓦特或mw表示)。要理解的是，在一些方法中可以使用鍋爐跟隨模式，由此，由于功率輸出與供應(yīng)給渦輪的蒸汽量直接成比例，因此由節(jié)流閥位置來控制功率輸出。在其它情況下，可以使用渦輪跟隨模式，這是因為這種模式向蒸汽溫度和壓力提供最小偏差。然而，由于常規(guī)的煤燃燒發(fā)電廠中蒸汽生成緩慢，因此渦輪跟隨模式不能夠快速地跟蹤負(fù)載需求。相反，通過打開和/或調(diào)節(jié)節(jié)流閥，可以立即供應(yīng)不同量的蒸汽，但這是以耗盡存儲在鍋爐中的能量為代價的，其中耗盡存儲在鍋爐中的能量轉(zhuǎn)而會引起主蒸汽壓力偏差。因此，對于在基本負(fù)載下操作的常規(guī)的煤燃燒工廠，可能優(yōu)選渦輪跟隨模式，而對于在斜變模式(例如，agc模式)下操作的發(fā)電廠，可能優(yōu)選鍋爐跟隨模式。

反饋控制器208可以是任意類型的控制器，例如，比例-積分-微分(pid)控制器或者其任何變型，盡管可以使用其它類型的控制器。通常而言，反饋控制器208將鍋爐/渦輪過程250所產(chǎn)生的實際負(fù)載(例如，以兆瓦特、壓力和/或百分比容量為單位)與由負(fù)載需求信號201生成或指示的負(fù)載需求索引進(jìn)行比較，以產(chǎn)生誤差信號?？梢杂蛇^程模型(沒有示出)來生成該誤差信號，其中過程模型可以由前饋控制器210和/或鍋爐/渦輪過程250生成。反饋控制器208使用該誤差信號來產(chǎn)生第一渦輪控制信號，其中第一渦輪控制信號被提供給鍋爐信號組合器212和渦輪信號組合器214。信號組合器的一個此類示例是執(zhí)行求和函數(shù)的組合器。其它示例是可能的。

前饋控制器210還對負(fù)載需求201進(jìn)行操作并產(chǎn)生前饋控制信號，其中前饋控制信號也被提供給鍋爐和渦輪信號組合器212、214。組合器212、214例如通過對這些信號進(jìn)行求和來組合這些信號，以產(chǎn)生鍋爐主控制信號和渦輪主控制信號，以便用作為操作鍋爐/渦輪過程250中的輸入。在一些方法中，如果必要的話，組合器212、214可以縮放經(jīng)求和的信號，以產(chǎn)生用于鍋爐系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)闹骺刂菩盘枺蛘呖梢砸云渌绞?例如，平均化、相乘等等)來組合這些信號。

鍋爐主信號組合器212所生成的鍋爐主信號和渦輪主信號組合器214所生成的渦輪主信號可以使用主信號組合器(沒有示出)來進(jìn)行組合。替代地，鍋爐和渦輪主信號可以直接發(fā)送給鍋爐/渦輪過程250的組件以控制其操作。

要理解的是，信號組合器212、214中的任意一個或二者可以執(zhí)行對接收到的控制信號的平均化、加權(quán)平均和/或縮放，以產(chǎn)生主控制信號。

轉(zhuǎn)到圖3，提供了使用狀態(tài)估計器來計算工廠的當(dāng)前操作狀況的工廠系統(tǒng)。在工廠的正常操作期間，當(dāng)接收到負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)時，工廠可能以穩(wěn)定狀態(tài)(即，非斜變)方式進(jìn)行操作。在接收到負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)時，工廠的組件使用與工廠的穩(wěn)定狀態(tài)相關(guān)的操作特征來確定控制信號，其中控制信號使得工廠被驅(qū)動朝向設(shè)定點(diǎn)。在工廠朝向第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)斜變的情況下接收到新的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)時，工廠的當(dāng)前操作狀況是有用的，因為它提供了用于計算經(jīng)修改的控制信號的更精確的基準(zhǔn)。在通常意義上，狀態(tài)估計器將接收功率、壓力和/或任何其它的變量、測量結(jié)果和特征，以獲得對工廠的狀態(tài)估計。該狀態(tài)估計然后用于計算經(jīng)修改的控制信號，以朝向第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)驅(qū)動工廠。

因此，圖3提供了最優(yōu)控制器單元300的示意框圖，其中最優(yōu)控制器單元300使用狀態(tài)估計器來間歇地重新計算控制信號以用于基于負(fù)載斜變過程來控制鍋爐主閥或渦輪主閥。在圖3中，圖2的前饋控制器210被示出為具有單獨(dú)的組件。要理解的是，前饋控制器210可以包括比所示出的組件少任意數(shù)量的組件或者額外的組件?？刂破鲉卧?00可以開始于在最優(yōu)前饋計算器302處接收功率(mw)和壓力設(shè)定點(diǎn)，其中最優(yōu)前饋計算器302可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何類型的前饋計算器。如果期望的話，可以以多元方式來處理前饋計算。

前饋計算器302然后生成渦輪和鍋爐控制信號，以便發(fā)送給過程模型308以及鍋爐和渦輪主信號組合器212、214(其可以是圖2中所示出的鍋爐和渦輪主信號組合器)。過程模型單元308創(chuàng)建或?qū)崿F(xiàn)鍋爐和/或渦輪過程的過程模型，以便以例如功率(mw)和節(jié)流壓力的形式生成所預(yù)測的過程輸出。

在鍋爐和/或渦輪過程期間，所感測的、所測量的和/或所計算的功率測量結(jié)果304和節(jié)流壓力測量結(jié)果306分別發(fā)送給求和器310和312。提供給求和器310和312的功率和壓力測量結(jié)果304和306可以使用任意數(shù)量的傳感器和/或其它設(shè)備來感測和/或計算。求和器310和312將測量結(jié)果304和306與所預(yù)測的過程輸出進(jìn)行比較，以在求和器310和312的輸出端處產(chǎn)生差或誤差信號。所測量的值與所預(yù)測的值之間的經(jīng)計算的差后續(xù)發(fā)送給反饋控制器208(其可以是圖2中的反饋控制器208)，其中反饋控制器208產(chǎn)生控制信號以便發(fā)送給鍋爐和渦輪主信號組合器212、214。鍋爐和主渦輪信號組合器212、214然后在它們各自的輸入端處組合信號，以創(chuàng)建并發(fā)送給鍋爐和渦輪主控制設(shè)備330。

前述的描述對當(dāng)在穩(wěn)定狀態(tài)期間接收到目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)時(即，當(dāng)鍋爐和/或渦輪過程不在負(fù)載斜變狀態(tài)下時)控制單元的操作進(jìn)行了描述。在該操作期間，除了圖2中的任意數(shù)量的實時反饋控制器208之外，狀態(tài)估計器314也連續(xù)地運(yùn)行。因此，在鍋爐和/或渦輪過程的操作期間狀態(tài)估計器314也接收功率測量結(jié)果304和節(jié)流壓力測量結(jié)果306。在鍋爐和/或渦輪過程當(dāng)前在負(fù)載斜變操作的期間，接收到新的負(fù)載需求的情況下，在接收到新的功率目標(biāo)和節(jié)流壓力設(shè)定點(diǎn)時，狀態(tài)估計器314使用當(dāng)前的功率和節(jié)流壓力測量結(jié)果304、306以及來自過程模型單元308的所預(yù)測的過程輸出來計算裝置的當(dāng)前狀態(tài)，以便發(fā)送給最優(yōu)前饋計算器302。然后，最優(yōu)前饋計算器302使用該狀態(tài)信息來生成新的渦輪和鍋爐控制信號，以便發(fā)送給過程模型308并發(fā)送給鍋爐和渦輪主信號組合器212、214。要理解的是，在一些示例中，狀態(tài)估計器314可能不會連續(xù)地運(yùn)行，相反，根據(jù)需要，狀態(tài)估計器314可以在整個過程期間定期地運(yùn)行或者在不同的時間運(yùn)行。

在一些示例中，初始模型是基于狀態(tài)變量的，并且通常可以表示為y＝f(x,u)，由此“y”表示受控變量(或“cv”)，其可以包括例如以兆瓦特為單位的功率以及壓力，“u”表示受操縱變量(或“mv”)，其包括鍋爐主燃料輸入和渦輪主節(jié)流閥，并且“x”可以表示中間狀態(tài)變量。在線性多輸入多輸出的情況下，可以用以下狀態(tài)空間方程來定義模型：

x(k+1)＝ax(k)+bu(k)

y(k)＝cx(k)，其中

其中，a、b和c具有適當(dāng)?shù)木S度。具體而言，a表示具有nxn維度的系統(tǒng)矩陣，b表示具有nxm維度的控制矩陣，并且c表示具有pxn維度的輸出矩陣，其中n表示狀態(tài)變量的數(shù)量，m表示控制輸入變量的數(shù)量，并且p表示過程輸出變量的數(shù)量。

如先前提到的，如果反饋控制器208是基于狀態(tài)變量的，則可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)估計方法，例如：

其中，表示所估計的狀態(tài)，并且ke表示預(yù)先計算的狀態(tài)估計器增益。

在接收到負(fù)載需求變化時，最優(yōu)前饋分布計算器302可以根據(jù)示例性的優(yōu)化方程來執(zhí)行計算：

其中，最小化計算受到以下約束：

初始化：

狀態(tài)約束y^p(k0+i|k0)＝f(y^p(k0+i–1|k0),x^p(k0+i|k0),u^p(k0+i|k0))

輸入約束：umin≤u^p(k0+i|k0)≤umax

輸入變化約束：‖δu^p(k0+i|k0)‖≤δumax

輸出約束：‖y^p(k0+i|k0)–yrequired(k0+i|k0)‖≤ε

在這些方程中，k0表示初始時間，或者檢測到負(fù)載目標(biāo)變化時的時間，并且x0表示初始時間處的初始狀態(tài)條件，其被設(shè)定為等于特定時間處所估計的狀態(tài)。類似地，x^p(k0+i|k0)表示所預(yù)測的狀態(tài)，y^p(k0+i|k0)表示所預(yù)測的輸出(cv)，并且u^p(k0+i|k0)表示最優(yōu)前饋分布計算中的輸入(mv)。此外，umin和umax表示用于控制輸入的最小和最大值。在許多示例中，燃料輸入通常在0至100之間縮放，并且節(jié)流閥開口類似地在0至100的值之間縮放。δumax表示在每個采樣間隔期間控制輸入的最大允許的移動。yrequired(k0+i|k0)(i＝1,…,n)表示沿著負(fù)載分派中心針對當(dāng)前的功率操作狀態(tài)所要求的軌跡的中間負(fù)載水平。理想地，該值位于i＝n等于目標(biāo)負(fù)載水平的地方。另外，對正定矩陣p的加權(quán)2-范數(shù)被定義為

另外，在優(yōu)化函數(shù)中，符號q和r分別表示用于過程輸出和控制輸入的加權(quán)因子的矩陣。符號w表示懲罰輸出約束違反的加權(quán)因子。符號ε表示自動地由限制違反輸出約束的優(yōu)化解來確定的變量。

如先前提到的，在本文所描述的實施例中不要求特定的狀態(tài)估計方法。如果原先使用線性系統(tǒng)來描述鍋爐和渦輪過程，則可以如先前所描述的使用標(biāo)準(zhǔn)的線性狀態(tài)估計器。如果使用非線性動態(tài)系統(tǒng)來描述系統(tǒng)，則可以使用非線性狀態(tài)估計器，譬如，例如kalman濾波器。還要注意的是，不同于常規(guī)的模型預(yù)測控制過程，不在每個采樣間隔處使用狀態(tài)估計。相反，狀態(tài)估計器僅使用一次以在前饋計算的開始處確定初始條件。此外，在一些示例中，當(dāng)檢測到新的目標(biāo)時，在負(fù)載斜變過程的開始處僅執(zhí)行一次優(yōu)化計算。此時將應(yīng)用完整經(jīng)計算的控制分布。

此外，要理解的是，預(yù)測時域(用字母“n”表示)不是固定的。相反，預(yù)測時域取決于當(dāng)前負(fù)載水平與目標(biāo)負(fù)載水平之間的距離，并且可以在負(fù)載需求水平之間不同。具體地說，可以使用下式來計算預(yù)測時域：

n＝|目標(biāo)負(fù)載水平–初始負(fù)載水平|/要求的斜變速率/控制采樣時間

要理解的是，所描述的輸出約束可以被視為“軟”約束。可以使用多種不同的方法來處理這些約束，例如通過將輸出約束違反作為懲罰并入到目標(biāo)函數(shù)中。

圖4示出了具有包括渦輪主設(shè)備(例如，調(diào)節(jié)閥)403的渦輪402的高級發(fā)電廠400示意圖。渦輪402生成所計算的、所感測的和/或所測量的值404，其可以包括功率或其它值。工廠400還包括包含鍋爐主設(shè)備(例如，燃料輸入)407的鍋爐406，并生成所計算的、所感測的和/或所測量的值408，其中值408可以包括操作壓力或其它值。工廠400還包括控制單元420，其中控制單元420可以是圖1的控制器120?？刂茊卧?20包括反饋控制器422(其可以是圖2和圖3的反饋控制器208)、前饋控制器426(其可以是圖2和圖3的前饋控制器210)，其中前饋控制器426轉(zhuǎn)而可以包括先前描述的組件中的任何組件，例如計算單元428、過程模型430、狀態(tài)估計單元432、以及控制信號發(fā)生器434。控制單元420還包括產(chǎn)生主控制信號438的控制信號組合器436。要理解的是，工廠400可以包括操作所要求的任意數(shù)量的另外組件和/或元件。更具體地說，要理解的是，渦輪402和鍋爐406可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意數(shù)量的組件，并且因此，為了簡單起見，將不再進(jìn)一步詳細(xì)討論。

控制單元420可以包括被選擇性地選擇為執(zhí)行特定任務(wù)的硬件和軟件元件的任意組合?？刂茊卧?20可以通信地連接到鍋爐406和/或渦輪402以控制它們的操作。在一些示例中，反饋控制器422可以使用一個或多個比例-積分-微分(pid)控制器，其中pid控制器計算誤差值或者期望設(shè)定點(diǎn)與所測量的變量之間的差，通常被稱為“修剪動作”。反饋控制器422的其它示例是可能的，例如超前滯后控制器、模型預(yù)測控制器和/或線性二次高斯控制器。前饋控制器426操作為預(yù)見或預(yù)報(預(yù)測)針對發(fā)電廠400的將來變化，并允許針對控制系統(tǒng)420的操作的快速變化。

狀態(tài)估計單元432適于測量與發(fā)電單元或發(fā)電廠100的當(dāng)前操作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的至少一個特征。要理解的是，狀態(tài)估計單元432可以使用任何已知的狀態(tài)估計方法和/或方式，如本文先前描述的那些方法和/或方式。例如，如果發(fā)電廠100具有用線性系統(tǒng)限定的鍋爐和/或渦輪過程，則可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的線性狀態(tài)估計器。在其它示例中，當(dāng)用非線性動態(tài)系統(tǒng)對鍋爐和/或渦輪過程進(jìn)行描述或建模時，可以使用任意類型的典型或已知的非線性狀態(tài)估計器或計算單元。例如，擴(kuò)展的kalman濾波器或者其它估計器可以用于該目的。狀態(tài)估計單元432所使用的特征可以包括分別由渦輪402和鍋爐406生成的功率和壓力值404、408。狀態(tài)估計器所計算的狀態(tài)變量可以包括那些所測量的輸出變量或所測量的輸出變量的更高階微分的變化速率。其它示例是可能的。

計算單元428可以包括硬件和軟件元件的任意組合。例如，計算單元428可以包括處理器、硬件和/或存儲器設(shè)備的組合。該計算單元428可以遠(yuǎn)離控制單元420的其它組件或者可以替代地位于中央。

在操作中，響應(yīng)于輸入信號410，前饋控制器426可以執(zhí)行基于模型的受約束的優(yōu)化，其中，輸入信號410表示計算單元428接收到表示第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號(其指定第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn))。在操作期間，計算單元428計算第一最優(yōu)前饋控制信號并將該信號傳送給控制信號發(fā)生器434(其將生成的控制信號傳送給控制信號組合器436)?？刂菩盘柦M合器436產(chǎn)生主控制信號438，其中主控制信號438轉(zhuǎn)而使得工廠400以負(fù)載斜變方式操作以達(dá)到期望的負(fù)載。換句話說，在接收到第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號時，計算單元428基于第一負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)來計算第一組操作參數(shù)。前饋控制信號發(fā)生器434然后生成前饋控制信號以包括第一響應(yīng)特征。

假如在負(fù)載斜變過程期間期望的負(fù)載改變，則計算單元428后續(xù)可以接收指定第二負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)的第二輸入信號410。在接收到第二輸入信號410時，前饋控制器426確定正在進(jìn)行的負(fù)載斜變目標(biāo)變化是否出現(xiàn)。如果正在進(jìn)行的負(fù)載斜變目標(biāo)變化出現(xiàn)，則狀態(tài)估計單元432接收來自渦輪402和鍋爐406的值404、408以及由過程模型單元430創(chuàng)建或存儲的模型，以生成對工廠400的當(dāng)前操作狀態(tài)的估計。該估計然后被傳送給計算單元428，其中計算單元428使用狀態(tài)估計單元432接收到的第二組操作參數(shù)來計算第二最優(yōu)前饋控制信號。前饋控制信號發(fā)生器434然后生成第二前饋控制信號以包括第二響應(yīng)特征。該信號被發(fā)送給控制信號組合器436，以產(chǎn)生用于控制工廠400的主控制信號438，以達(dá)到第二期望的負(fù)載輸出。

在該時間期間，反饋控制器422也接收值404、408，并生成反饋控制信號以發(fā)送給控制信號組合器436。前饋控制信號經(jīng)由控制信號組合器436與反饋控制信號進(jìn)行組合，以產(chǎn)生控制發(fā)電廠400的主控制信號438。換句話說，主控制信號438將包括來自反饋控制器422和前饋控制器426二者的信息，以精確地映射工廠的后續(xù)操作。

要理解的是，在一些方法中，不在每個采樣間隔處使用狀態(tài)估計單元432。相反，可以在前饋控制信號計算的開始處以及在負(fù)載斜變變化期間接收到后續(xù)負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)時初始地使用狀態(tài)估計單元432。這樣配置之后，狀態(tài)估計單元432可以在每個前饋信號計算的開始處提供完整的狀態(tài)信息。由于該信息用作為前饋軌跡的初始狀態(tài)，因此改善了針對前饋控制信號的后續(xù)優(yōu)化計算的精確性。此外，要理解的是，計算單元428可以發(fā)送并相應(yīng)地接收任意數(shù)量的負(fù)載需求設(shè)定點(diǎn)信號410，并且因此，可以連續(xù)地調(diào)節(jié)發(fā)電廠400的操作以適應(yīng)當(dāng)前的負(fù)載需求。

轉(zhuǎn)到圖5，提供了可以用于圖1-圖4的系統(tǒng)中的用于控制工廠裝置的控制過程500。首先，在步驟502處，準(zhǔn)備或存儲初始的鍋爐/渦輪模型。在步驟504處，基于反饋控制和模型的狀態(tài)估計在工廠或發(fā)電系統(tǒng)的操作期間連續(xù)地運(yùn)行。在步驟506處，過程500確定負(fù)載斜變目標(biāo)變化是否出現(xiàn)。如果負(fù)載斜變目標(biāo)變化未出現(xiàn)，則過程500返回到步驟504，并繼續(xù)連續(xù)地運(yùn)行基于反饋控制和模型的狀態(tài)估計。

如果負(fù)載斜變目標(biāo)變化已出現(xiàn)，則過程500行進(jìn)到步驟508，其中在步驟508中，使用由狀態(tài)估計單元所確定的先前描述的狀態(tài)估計來計算最優(yōu)前饋軌跡。以此方式，獲得新的狀態(tài)估計并用于計算新的前饋軌跡。在步驟510處，在考慮當(dāng)前所估計的狀態(tài)的同時執(zhí)行最優(yōu)前饋分布計算時，前饋和反饋控制信號進(jìn)行組合并用于根據(jù)同時和連續(xù)的狀態(tài)估計來控制發(fā)電系統(tǒng)。如先前描述的，計算前饋控制信號并保持固定，直到檢測到后續(xù)的負(fù)載目標(biāo)變化為止?？梢詫崿F(xiàn)任意數(shù)量的反饋控制，例如pid、超前滯后、mpc和lqg等等。

在步驟512處，過程500確定是否接收到經(jīng)更新的負(fù)載目標(biāo)。如果接收到新的負(fù)載目標(biāo)，則過程500返回到步驟508，其中在步驟508中，計算最優(yōu)前饋軌跡。否則，過程500在步驟514處確定是否完成當(dāng)前負(fù)載斜變，并且如果未完成當(dāng)前負(fù)載斜變，則經(jīng)更新的控制過程返回到步驟510并且被執(zhí)行，直到負(fù)載斜變結(jié)束并且滿足負(fù)載目標(biāo)為止。

在負(fù)載斜變完成時，步驟516確定當(dāng)前的過程模型是否符合要求。舉例而言，將實際功率與壓力輸出之間的均方根誤差與所預(yù)測的輸出進(jìn)行比較。如果均方根誤差大于閾值，則過程500行進(jìn)到步驟518，其中在步驟518中，基于所收集的數(shù)據(jù)對過程模型進(jìn)行更新。在框516處，如果過程模型被確定為符合要求，則過程500返回到步驟504。要理解的是，可以使用任意數(shù)量的特定的模型標(biāo)識方法，并且因此將不會非常詳細(xì)地描述這些方法。

轉(zhuǎn)到圖6，提供了示例性的負(fù)載需求/目標(biāo)分布600。在該示例中，請求三個不同的目標(biāo)值。在檢測到新的目標(biāo)時，在每個負(fù)載斜變的開始處執(zhí)行最優(yōu)前饋計算。因此，在接收到第一目標(biāo)值(即，目標(biāo)1)時，在時間t2處，由于鍋爐/渦輪過程先前以穩(wěn)定狀態(tài)方式進(jìn)行操作(即，在時間t1期間)，因此使用鍋爐/渦輪過程的當(dāng)前狀態(tài)信息來計算最優(yōu)前饋分布。在該時間期間，對于最優(yōu)前饋重新計算不需要狀態(tài)估計器，然而狀態(tài)估計計算同時繼續(xù)。在分布600中，工廠在時間t3期間增加到新的負(fù)載目標(biāo)1并且在時間t4處達(dá)到目標(biāo)1。因此，在該分布中，在接收到新的負(fù)載目標(biāo)之前滿足目標(biāo)1。

在時間t5處，鍋爐/渦輪過程接收到新的目標(biāo)(即，目標(biāo)2)。由于鍋爐/渦輪過程再次以穩(wěn)定狀態(tài)方式進(jìn)行操作，因此不需要狀態(tài)估計(盡管其被不斷地估計)。最優(yōu)前饋計算對控制信號進(jìn)行計算以滿足新的負(fù)載目標(biāo)。

在滿足第二負(fù)載需求目標(biāo)的過程期間，在時間t6處，接收到第三負(fù)載需求目標(biāo)(即，目標(biāo)3)。由于鍋爐/渦輪過程正在經(jīng)歷負(fù)載需求斜變以滿足目標(biāo)2，因此在t6處從狀態(tài)估計單元收集的數(shù)據(jù)被最優(yōu)前饋計算用于調(diào)節(jié)控制信號，以滿足新的負(fù)載目標(biāo)。通過使用經(jīng)估計的狀態(tài)信息，鍋爐/渦輪過程600不需要依賴于先前的穩(wěn)定狀態(tài)和/或先前的負(fù)載需求值。另外，由于連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)估計器在工廠的操作期間總是精確地估計鍋爐/渦輪過程的當(dāng)前狀態(tài)，因此與當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)的信息可以用于產(chǎn)生高效地獲得期望的負(fù)載值的控制信號。如圖6中所示出的，在時間t6處的狀態(tài)估計被控制系統(tǒng)用于將工廠負(fù)載減小到目標(biāo)3，其中在時間t7處達(dá)到目標(biāo)3。通常而言，以此方式使用連續(xù)操作的狀態(tài)估計單元使得控制系統(tǒng)比未使用連續(xù)(其可以是定期地)調(diào)度的狀態(tài)估計單元的先前方法更迅速地達(dá)到目標(biāo)3，其中先前方法替代地僅將當(dāng)前工廠狀況視為穩(wěn)定狀態(tài)以執(zhí)行負(fù)載斜變計算。

雖然在控制發(fā)電廠(并且具體而言，鍋爐和渦輪操作的發(fā)電廠)的上下文中描述了對前饋控制電路的之前的描述，但該控制方法可以用于其它過程控制系統(tǒng)中，例如用于控制工業(yè)或制造過程的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中。更具體地說，該控制方法可以用于接收多個設(shè)定點(diǎn)變化并控制慢反應(yīng)裝置的任何過程工廠或控制系統(tǒng)中，并且另外可以用于在這些或其它環(huán)境中產(chǎn)生前饋控制信號或其它類型的控制信號。

雖然前述文本闡述了對本發(fā)明的多個不同實施例的詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的范圍由本專利的結(jié)尾處所闡述的權(quán)利要求的文字所限定。詳細(xì)描述應(yīng)被解釋為僅是示例性的，并非描述本發(fā)明的每個可能的實施例，這是因為描述每個可能的實施例即使可能也會是不實際的。可以使用當(dāng)前技術(shù)或者在本專利的遞交日之后開發(fā)的技術(shù)來實現(xiàn)多個替代的實施例，這些替代的實施例仍將落入限定本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。