JPH1063307A - Feedforward controller in thermal power plant main control system - Google Patents

Feedforward controller in thermal power plant main control system

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JPH1063307A
JPH1063307A JP23857996A JP23857996A JPH1063307A JP H1063307 A JPH1063307 A JP H1063307A JP 23857996 A JP23857996 A JP 23857996A JP 23857996 A JP23857996 A JP 23857996A JP H1063307 A JPH1063307 A JP H1063307A
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JP
Japan
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control
control system
plant
thermal power
power plant
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JP23857996A
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Japanese (ja)
Inventor
Yurio Yoku
百合雄 浴
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 NNの順モデルから比較的容易にフィードフ
ォワード信号(操作量)を求め、プロセス量の制御精度
及び安定性を向上するに好適な火力プラント主制御系に
おけるフィードフォワード制御装置を提供することにあ
る。 【解決手段】 タービン制御系10、給水制御系11、
燃料制御系12を備えた火力発電プラントにおいて、発
電要求量に見合った静的な操作量を求める手段1、出力
変化時の制御特性を持たせるためのフィードバック制御
手段2,3及び制御特性を改善するためのフィードフォ
ワード制御手段5,6を有すると共に、プラントの負荷
上昇、下降のデータをもとにプラントを模擬するニュー
ラルネットワークを構成し、ニューラルネットワークよ
りヤコビアン(入力に対する出力の感度)を計算し、ヤ
コビアンを用いて操作量よりなる評価関数を最小にする
フィードフォワード信号を求める。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a feedforward signal in a thermal power plant main control system suitable for obtaining a feedforward signal (manipulation amount) relatively easily from a forward model of an NN and improving control accuracy and stability of a process amount. It is to provide a control device. SOLUTION: Turbine control system 10, water supply control system 11,
In a thermal power plant equipped with a fuel control system 12, a means 1 for obtaining a static operation amount corresponding to a required power generation amount, feedback control means 2 and 3 for providing a control characteristic at the time of output change, and improved control characteristics And feed-forward control means 5 and 6 for constructing a neural network that simulates the plant based on the data of the increase and decrease of the load of the plant, and calculates the Jacobian (the sensitivity of the output to the input) from the neural network. , A feed-forward signal that minimizes an evaluation function consisting of an operation amount is determined using Jacobian.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、火力発電プラント
の制御装置、特に、ボイラの主蒸気温度、圧力などの制
御に顕著な効果を示す火力プラント主制御系におけるフ
ィードフォワード制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a thermal power plant, and more particularly, to a feedforward control device in a thermal power plant main control system, which has a remarkable effect on controlling the main steam temperature and pressure of a boiler.

【0002】[0002]

【従来技術】火力発電プラントは、ボイラ、タービン、
発電機、給復水系などによって構成され、主制御系とし
ては、タービン(発電機)出力を制御するタービン制御
系、主として主蒸気圧力を制御する給水制御系、主とし
て主蒸気温度を制御する燃料制御系を備える。各々の制
御系は、発電要求量に見合った静的な操作量に基づいて
タービン(発電機)出力、主蒸気圧力、主蒸気温度を制
御する。ところで、火力発電プラントは、制御特性とし
て非常に複雑な非線形要素を多く含み、また、給水、燃
料のような操作量に対する主蒸気圧力や主蒸気温度のよ
うなプロセス量の応答には多くの時間を要するため、そ
の制御は非常に困難である。そこで、給水制御系、燃料
制御系には、出力変化時の制御特性を持たせるためのフ
ィードバック制御(PI演算など)機能及び制御特性を
改善するためのフィードフォワード制御機能を持たせる
ことが行われている。すなわち、タービン(発電機)出
力が増減する過度時には、主蒸気圧力、主蒸気温度など
のプロセス量が変化するが、このプロセス量の変化を防
ぐため、プロセス量と設定値との誤差を規定範囲に抑え
るようにフィードバック制御する。しかし、フィードバ
ック制御では応答が遅く、かかる規定範囲に抑えること
が不可能な場合には、発電要求量に基づいて作成された
フィードフォワード信号を付加してフィードフォワード
制御し、プロセス量の変化を小さくする制御を行う。特
に、火力発電プラントの主制御系において、フィードフ
ォワード制御は、ボイラの主蒸気温度、主蒸気圧力など
のプロセス量の変化を極小化する制御に顕著な効果を示
す。
2. Description of the Related Art Thermal power plants include boilers, turbines,
The main control system consists of a generator, a feed water supply system, etc. The main control system is a turbine control system that controls turbine (generator) output, a feed water control system that mainly controls main steam pressure, and a fuel control that mainly controls main steam temperature. System. Each control system controls a turbine (generator) output, a main steam pressure, and a main steam temperature based on a static operation amount corresponding to a power generation request amount. By the way, thermal power plants contain many very complicated nonlinear elements as control characteristics, and the response of process quantities such as main steam pressure and main steam temperature to manipulated variables such as water supply and fuel takes a lot of time. Control is very difficult. Therefore, the feedwater control system and the fuel control system are provided with a feedback control (PI calculation, etc.) function for providing control characteristics at the time of output change and a feedforward control function for improving control characteristics. ing. In other words, when the output of the turbine (generator) is excessively increased or decreased, the process amount such as the main steam pressure and the main steam temperature changes. In order to prevent the change in the process amount, the error between the process amount and the set value is set within a specified range. Feedback control to keep However, when the feedback control has a slow response and it is not possible to suppress the variation within the specified range, the feedforward control is performed by adding a feedforward signal created based on the required power generation to reduce the change in the process amount. Control. In particular, in a main control system of a thermal power plant, feedforward control has a remarkable effect on control for minimizing a change in a process amount such as a main steam temperature and a main steam pressure of a boiler.

【0003】従来、この種のフィードフォワード信号の
作成は、ベテランエンジニアに委ねられていたため、多
大の労力を要した。このような背景から、フィードフォ
ワード信号の作成の自動化が熱望されていた。そのた
め、ボイラの主蒸気温度、主蒸気圧力などのプロセス量
の変化を極小化するフィードフォワード信号を自動的に
作成するアルゴリズムとして、種々の方法が提唱されて
いる。まず、ニューラルネットワーク(以後、NNと記
す。)の応用であり、このNNを応用した制御に関して
多くの文献がある。しかし、これらの文献によるNNの
問題として、火力プラントの特殊性から、負荷変化(上
昇、下降)をNNに学習させるのに必要な回数だけ実施
できないことである。したがって、「フィードバック学
習法」のようなオンライン学習法は利用できない。一
方、数パターンの負荷変化データよりオフラインでプラ
ントの特性をNNに学習させることが考えられる。「一
般化学習法」はオフラインでも適用できるが、これはプ
ラントの出力をNNの入力とし、操作量を教師信号とし
てNNを学習させる、いわゆる逆モデル学習法である。
この場合、オフライン学習において学習誤差がどうして
も発生し、オンライン実行時、操作量の誤差が発生す
る。その操作量で制御していくと、誤差が累積し、良好
な制御はできない。また、目標値とプラント出力の偏差
によってNNを学習する「特殊化学習法」がある。この
場合、プラントの入力に対する出力の感度(プラントの
ヤコビアン)が必要である。未知プラントであり、一般
的にその値を知ることはできない。また、NNによるプ
ラントの順モデルを求める「順モデル学習法」がある。
この順モデルにおいては、入力は操作量、出力は制御量
であり、操作量を求めるには、このNNを構成する非線
形関数の逆関数を求めることになるが、一般的には難し
い。操作量を探索するのに、シンプレックス法が用いら
れている文献があるが、火力プラントの場合非常に複雑
で対応が難しい。以上のことから、順モデルから操作量
を逆算するのは一般的に難しい。特許として、例えば特
開平6−195104号公報「プロセス制御方法」、文
献として、「火力プラント制御器の自動調整の基本方
策」(火力原子力発電,No.456,Vol.45、
1994)などがあるが、アルゴリズムが複雑で、負荷
上昇、下降を繰り返しながら、PI値を基に学習してい
るので、多数回の負荷変化を必要とする。その他、ファ
ジーを応用したものとして、例えば、「火力発電プラン
ト制御システムにおける調整技術」(機械学会弟71期
全国大会 1993)がある。しかしながら、ファジー
理論では、対象にあったファジールールを作成すること
が必要であり、対象とする負荷特性は、プラント毎に異
なるため、プラント毎にそのルールを修正する必要があ
る。そのため、ルールの修正には、多大な労力を要す
る。また、フィードフォワード信号は、定形的な波形
(例えば、台形)や函数(例えば、1次遅れ)しか作成
できず、任意の波形を出力できないため、要求されたプ
ロセス量に対し、精度が悪くなる場合が生ずることが予
想される。また、適応制御を応用したものとして、適応
制御の一つであるMRAC(Model Refere
nce Adaptive Control モデル規
範形適応制御)による方法がある。この方法では、
(1)火力プラントはプロセスの変動が緩やかなため、
プラントパラメータを同定するためのPE(Persi
stently Exciting 持続的励振)条件
を満足しないので、逐次最小2乗法によるパラメータ同
定が難しい、(2)初期整定のため、ノイズ(MWDの
小さい変動)を加える必要があり、その時燃料信号の変
動がある、(3)安定性が悪い、などの問題があり、適
用が難しい。
Conventionally, the generation of this kind of feedforward signal has been left to a veteran engineer, requiring a great deal of labor. Against this background, there has been an eager desire to automate the creation of feedforward signals. Therefore, various methods have been proposed as algorithms for automatically creating a feedforward signal for minimizing a change in a process amount such as a main steam temperature and a main steam pressure of a boiler. First, there is an application of a neural network (hereinafter referred to as NN), and there are many documents concerning control using this NN. However, as a problem of the NN according to these documents, due to the specificity of the thermal power plant, it is not possible to carry out the number of times necessary to make the NN learn the load change (rise, fall). Therefore, online learning methods such as “feedback learning method” cannot be used. On the other hand, it is conceivable that the NN learns the characteristics of the plant offline from several patterns of load change data. The “generalized learning method” can be applied offline, but is a so-called inverse model learning method in which the output of the plant is used as an input of the NN and the NN is learned using the operation amount as a teacher signal.
In this case, a learning error is inevitably generated in the offline learning, and an error in the operation amount occurs during the online execution. If the control is performed with the manipulated variable, errors accumulate and good control cannot be performed. Further, there is a “specialized learning method” for learning NN based on a deviation between a target value and a plant output. In this case, the sensitivity of the output with respect to the input of the plant (the Jacobian of the plant) is required. It is an unknown plant and its value cannot generally be known. There is also a "forward model learning method" for obtaining a forward model of a plant by the NN.
In this forward model, the input is an operation amount and the output is a control amount. To obtain the operation amount, an inverse function of the non-linear function constituting the NN is obtained, but it is generally difficult. There is a literature that uses the simplex method to search for the manipulated variable, but it is very complicated and difficult to deal with thermal power plants. From the above, it is generally difficult to reversely calculate the operation amount from the forward model. As a patent, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-195104, “Process Control Method”, and as a document, “Basic Measures for Automatic Adjustment of Thermal Power Plant Controller” (Thermal Nuclear Power, No. 456, Vol.
1994), but since the algorithm is complicated and learning is performed based on the PI value while repeatedly increasing and decreasing the load, a large number of load changes are required. In addition, as an application of fuzzy technology, for example, there is “Adjustment technology in thermal power plant control system” (71th Annual Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1993). However, in the fuzzy theory, it is necessary to create a fuzzy rule suitable for a target, and a target load characteristic differs for each plant. Therefore, it is necessary to correct the rule for each plant. Therefore, modifying the rules requires a great deal of effort. In addition, since a feedforward signal can generate only a fixed waveform (for example, trapezoid) or a function (for example, first-order lag) and cannot output an arbitrary waveform, the accuracy of the required process amount deteriorates. It is expected that a case will occur. Also, as an application of adaptive control, MRAC (Model Reference) which is one of adaptive controls
(Adaptive Control Model Reference Adaptive Control). in this way,
(1) Since thermal power plants have gradual process fluctuations,
PE to identify plant parameters (Persi
Since it does not satisfy the condition of “sently exciting”, it is difficult to identify parameters by the sequential least squares method. (2) Noise (small fluctuation of MWD) needs to be added because of initial setting, and there is a fluctuation of the fuel signal at that time. (3) There are problems such as poor stability, and the application is difficult.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来、
プロセス量の変化を極小化するフィードフォワード信号
を自動的に作成するアルゴリズムとして、種々の方法が
あるが、いずれも決定的な方式ではなく、操作量に対す
るプロセス量の制御精度や安定性に問題がある。
As described above, conventionally,
There are various algorithms for automatically creating a feedforward signal that minimizes the change in the process amount.However, none of these methods is deterministic, and there are problems with the control accuracy and stability of the process amount with respect to the operation amount. is there.

【0005】本発明の課題は、NNの順モデルから比較
的容易にフィードフォワード信号(操作量)を求め、プ
ロセス量の制御精度及び安定性を向上するに好適な火力
プラント主制御系におけるフィードフォワード制御装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to relatively easily obtain a feedforward signal (manipulation amount) from a forward model of an NN, and to provide a feedforward signal in a thermal power plant main control system suitable for improving control accuracy and stability of a process amount. It is to provide a control device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題は、NNを用い
てプラントを模擬し、NNのヤコビアン(入力に対する
出力の感度)を計算し、このヤコビアンを利用して評価
関数を最小にするフィードフォワード信号(操作量)を
求めることによって、解決される。
The object of the present invention is to simulate a plant using an NN, calculate the Jacobian of the NN (the sensitivity of an output to an input), and use the Jacobian to minimize the feedforward function. The problem is solved by obtaining a signal (manipulated variable).

【0007】NNのヤコビアンは、プラントを線形近似
した時の制御量の予測式の係数に対応するので、このヤ
コビアンを利用することによって、比較的簡単にフィー
ドフォワード信号(操作量)を得ることができ、これを
火力プラントの制御系に組み込むことにより、制御精度
及び安定性の向上を図ることができる。
[0007] Since the NN Jacobian corresponds to the coefficient of the predictive expression of the control amount when the plant is linearly approximated, it is relatively easy to obtain a feedforward signal (operating amount) by using this Jacobian. By incorporating this into a control system of a thermal power plant, control accuracy and stability can be improved.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図1は、典型的な大容量事業用
火力発電所のプラント制御の概念図を示す。中央給電指
令所から指令された出力又は発電所で設定した出力に基
づいて、MWD(Mega Watt Demand)
作成ユニット1において要求出力MWD4が計算され
る。MWD4はタービン制御装置10によって加減弁1
3を駆動し、ボイラから供給されるタービン流入蒸気を
制御し、発電機出力を制御する。この際、タービン流入
蒸気量の変化に伴い、給水、燃料、空気を変化させなけ
ればならないが、火力プラントの特性は非常に複雑で非
線形要素、むだ時間を含み、単にタービン流入蒸気量に
比例させてこれらを変化させても、プラントのプロセス
量(主蒸気圧力、温度など)を規定値に保つことはでき
ない。発電機出力の増減時にもプラントプロセス量を規
定値に保つために種々の制御機能が付加される。まず、
主蒸気圧力は、静的にはMWD4の信号でBID(Bo
iler Input Demand)8を作り、給水
制御装置11で給水ポンプ(BFP)を制御することに
よって、制御されるが、発電機出力増減時には主蒸気圧
力が変化するため、主蒸気圧力の設定値と測定値の偏差
をとり、PI演算2を行うことにより、主蒸気圧力を一
定に保つ。しかし、フィードバック制御だけでは応答が
遅いため、MWD信号4に基づいて作成したフィードフ
ォワード信号5を加える。PI演算2の値、静的バラン
ス信号(MWDに等しい)4及びフィードフォワード信
号5を加えたものがBID信号8となる。また、主蒸気
温度についても、主蒸気温度の設定値と測定値の偏差を
とり、PI演算3の値、給水量と燃料量の静的なバラン
ス関係を規定する関数7及びMWD信号4に基づいて作
成したフィードフォワード信号6を加えたものをFRD
(Fire Rate Demand)9とし、燃料制
御装置12により、燃料(重油、ガス、石炭など)の制
御を行う。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a conceptual diagram of plant control of a typical large-capacity commercial thermal power plant. MWD (Mega Watt Demand) based on the output commanded from the central power supply command station or the output set at the power plant
In the creating unit 1, the required output MWD4 is calculated. The MWD 4 is controlled by the turbine control device 10
3 to control the turbine inflow steam supplied from the boiler and control the generator output. At this time, the water supply, fuel, and air must be changed in accordance with the change in the amount of steam flowing into the turbine. However, even if these parameters are changed, the process amount (main steam pressure, temperature, etc.) of the plant cannot be maintained at the specified value. Various control functions are added to keep the plant process amount at a specified value even when the generator output increases or decreases. First,
The main steam pressure is statically expressed as BID (Bo
The main steam pressure is controlled by controlling the feed water pump (BFP) with the feed water control device 11, but the main steam pressure changes when the output of the generator increases or decreases. Therefore, the set value and measurement of the main steam pressure are performed. By taking the deviation of the values and performing PI calculation 2, the main steam pressure is kept constant. However, since the response is slow only by the feedback control, the feedforward signal 5 created based on the MWD signal 4 is added. The BID signal 8 is obtained by adding the value of the PI operation 2, the static balance signal (equal to MWD) 4, and the feedforward signal 5. Also, regarding the main steam temperature, a deviation between the set value and the measured value of the main steam temperature is obtained, and based on the value of the PI calculation 3, the function 7 defining the static balance relationship between the water supply amount and the fuel amount, and the MWD signal 4, To which the feedforward signal 6 created by
(Fire Rate Demand) 9 and the fuel control device 12 controls the fuel (heavy oil, gas, coal, etc.).

【0009】ここで、火力プラント制御系において、特
に、主蒸気温度の制御は、むだ時間が大きく、非線形の
ため、その制御が最も難しい。図2に、温度制御系の概
念図を示す。図2において、要求出力(発電要求量)M
WDがランプ状に変化し、負荷変化を行う過渡状態で
は、次の3個の制御信号を用いる。 (1)MWD(w(t))に見合う静的な燃料信号
(f) (2)主蒸気温度設定値と測定値のフィードバック(y
(t))によるPI制御 (3)フィードバックの遅れをカバーするフィードフォ
ワード信号(BIR) (1)は、ある整定状態における発電機出力に対応する
燃料量(f)であるが、発電機出力の上昇、下降時の過
渡状態には温度が変化する。その温度変化を防ぐため、
(2)は、測定値をフィードバック(y(t))し、P
I(またはP)制御を行う。しかし、過渡時に必要な余
分のエネルギー(u(t))を供給するのにフィードバ
ック制御では応答が遅く、十分な制御機能は得られな
い。それに対し、(3)は、MWD(w(t))を基に
して作成したフィードフォワード信号(BIR)を付加
することにより、温度変化を小さくすることができる。
Here, in the thermal power plant control system, the control of the main steam temperature is particularly difficult because the dead time is long and nonlinear. FIG. 2 shows a conceptual diagram of the temperature control system. In FIG. 2, the required output (required power generation) M
The following three control signals are used in a transient state in which WD changes in a ramp shape and the load changes. (1) Static fuel signal corresponding to MWD (w (t)) (f) (2) Main steam temperature set value and feedback of measured value (y)
(T)) PI control (3) Feedforward signal (BIR) covering delay of feedback (1) is a fuel amount (f) corresponding to the generator output in a certain settling state. The temperature changes in the transient state when the temperature rises and falls. To prevent that temperature change,
(2) feeds back the measured value (y (t)), and P
Perform I (or P) control. However, the feedback control has a slow response to supply the extra energy (u (t)) required during a transition, and a sufficient control function cannot be obtained. On the other hand, in (3), the temperature change can be reduced by adding a feedforward signal (BIR) created based on MWD (w (t)).

【0010】このように、発電機出力の増減時に主蒸気
温度を始めとし、主蒸気圧力などを規定値に保つポイン
トは、フィードフォワード信号5、6であり、これらを
決定する方法が重要である。
As described above, the points at which the main steam pressure and the like and the main steam pressure and the like are kept at specified values when the output of the generator is increased or decreased are the feedforward signals 5 and 6, and the method of determining these is important. .

【0011】本発明は、NNを用いてプラントを模擬
し、NNのヤコビアンを利用し、評価関数を最小にする
フィードフォワード信号(操作量)を求めることを特徴
とする。以下、詳細に説明する。
The present invention is characterized in that a plant is simulated using NNs, and a feedforward signal (operation amount) that minimizes an evaluation function is obtained by using the NN Jacobian. The details will be described below.

【0012】(1)プラントのモデル化 プラントのモデル構成の一例として、燃料に対する温度
の応答は1次遅れ+むだ時間、MWDに対する応答はガ
バナ、タービンを対象とし、図2の温度制御系をもとに
近似的に線形表示することを考える。ここで、むだ時間
は小さく近似的に1次遅れで表現すれば、次のようにな
る。このモデル構成はモデルの簡略度に応じてどのよう
にも表現できるものであり、本実施形態は一事例にすぎ
ない。これをブロック図で表現すると、簡略モデルとし
て図3のように示される。図3を図4の簡略モデルに変
換する。図4より、
(1) Modeling of Plant As an example of a model configuration of a plant, the response of temperature to fuel is a first-order lag + dead time, the response to MWD is governor and turbine, and the temperature control system of FIG. And linear display approximately. Here, the dead time is small and approximately expressed by a first-order delay, as follows. This model configuration can be expressed in any manner according to the simplicity of the model, and the present embodiment is only an example. When this is represented by a block diagram, it is shown as a simplified model as shown in FIG. FIG. 3 is converted to the simplified model of FIG. From FIG.

【数1】 (1)式をz変換し、差分方程式で表すと(2)式にな
る。
(Equation 1) When the equation (1) is z-transformed and represented by a difference equation, the equation (2) is obtained.

【数2】 w(t):外乱・MWD u(t):操作量・燃料(PI出力+BIR) y(t):制御量・温度(設定温度−測定温度) d :むだ時間 を導入し、(2)式を変換すると、制御量は(3)式と
なる。
(Equation 2) w (t): disturbance / MWD u (t): manipulated variable / fuel (PI output + BIR) y (t): controlled variable / temperature (set temperature-measured temperature) d: dead time Is introduced and the equation (2) is converted, the control amount becomes the equation (3).

【数3】 次数は、S:d−1,R:2,BS:d,CS:2d−
1となり、R,BS,CSは、次のように示される。
(Equation 3) The order is S: d-1, R: 2, BS: d, CS: 2d-
It becomes 1, and R, BS, and CS are represented as follows.

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【0013】(2)ニューラルネットワークの構築 プラントの簡略モデルの線形近似を行なえば、(3)〜
(6)式で示されるが、これに対し、ニューラルネット
ワークを適用すべく非線形関数に置換すれば、(7)式
に置き換えられる。
(2) Construction of neural network If a linear approximation of a simplified model of a plant is performed, (3) to
Expression (6) is used. On the other hand, if a non-linear function is applied to apply a neural network, expression (7) is used.

【数7】 (7)式の非線形関数をNNで学習させる。y(t),
y(t−1),y(t−2),u(t),u(t−
1),…………u(t−d),w(t+d),w(t+
d−1),…………w(t−d+1)なるシーケンシャ
ル・データに基づき、y(t+d)を学習するNNを構
成する。ここで、y(t),y(t−1),y(t−
2)は過去のMWDの値、u(t),u(t−1),…
………u(t−d)は現在のMWDの値、w(t+
d),w(t+d−1),……,w(t+1)は今後の
MWDの値である。このNNに対して、負荷変化率の異
なった負荷上昇、下降を実施し、y,u,wの時系列デ
ータを記憶し、その時系列データをオフラインで学習さ
せる。学習方法は、図5(学習データ構成)に示すよう
に、先に示した入力(y(t),y(t−1),……)
と教師信号y(t+d)の組を時間的にランダムに作
り、次々に入力し、バックプロパゲーション法で学習さ
せる。
(Equation 7) The nonlinear function of equation (7) is learned by NN. y (t),
y (t-1), y (t-2), u (t), u (t-
1),... U (t−d), w (t + d), w (t +
d-1),... NN for learning y (t + d) is constructed based on the sequential data w (t−d + 1). Here, y (t), y (t-1), y (t-
2) are past MWD values, u (t), u (t−1),.
... U (t−d) is the current value of MWD, w (t +
d), w (t + d-1),..., w (t + 1) are future MWD values. For this NN, load increase and decrease with different load change rates are performed, time series data of y, u, and w are stored, and the time series data is learned off-line. As shown in FIG. 5 (learning data configuration), the learning method uses the input (y (t), y (t−1),...)
And a teacher signal y (t + d) are randomly generated, input one after another, and learned by the back propagation method.

【0014】図6に、NNの構造を示す。図6は、3層
の階層形ネットワーク(本実施形態では3層であるが、
何層でも構わない。)であり、時間的にランダムに作っ
た先のy(t),y(t−1),y(t−2),u
(t),u(t−1),…………u(t−d),w(t
+d),w(t+d−1),…………w(t−d+1)
と教師信号y(t+d)の組を次々に入力し、NNに学
習させる。その学習アルゴリズムを次に示す。
FIG. 6 shows the structure of the NN. FIG. 6 shows a three-layer hierarchical network (three layers in this embodiment,
Any number of layers is acceptable. ), And y (t), y (t-1), y (t-2), u
(T), u (t-1), ... u (td), w (t
+ D), w (t + d−1),..., W (t−d + 1)
And the teacher signal y (t + d) are successively input, and the NN is made to learn. The learning algorithm will be described below.

【0015】図6より、 フォワード計算From FIG. 6, the forward calculation

【数8】 バックワード計算(Equation 8) Backward calculation

【数9】 但し、 O1k,O2i,O3………ネットワークのノード出力 wik,wi………………ネットワークノード間の重み xk,NN………………ネットワークの入力、出力 pk,qk,r,s ……ネットワーク入出力の一次変換 f ………………………シグモイド関数 η ………………………学習係数 DEV …………………教師信号−NN出力(Equation 9) However, O 1k, O 2i, O 3 ......... network node output w ik, w i .................. weight x k between network nodes, NN .................. network input, output p k , Q k , r, s... Linear transformation of network input / output f... Sigmoid function η...…... Learning coefficient DEV... NN output

【0016】(3)フィードフォワード信号(操作量)
の計算 次に、フィードフォワード信号(操作量)の計算方法を
示す。操作量u(t)は、(3)式においてy(t+
d)を最小化することが目標である。これに対し、次の
ような操作量u(t)を考慮した評価関数を最小にする
ことを考える。
(3) Feed forward signal (operating amount)
Next, a method of calculating the feedforward signal (manipulation amount) will be described. The manipulated variable u (t) is given by y (t +
The goal is to minimize d). On the other hand, consider minimizing the evaluation function in consideration of the following operation amount u (t).

【数10】 (Equation 10)

【数11】 (11)式を0とおけば、[Equation 11] If equation (11) is set to 0,

【数12】 dy(t+d)/du(t)を求めれば、最適なu
(t)を求めることができる。
(Equation 12) If dy (t + d) / du (t) is obtained, the optimal u
(T) can be obtained.

【0017】(4)ヤコビアンの計算 次に、(4)〜(6)式で示される係数Ri(t),BS
i(t),CSi(t)は、時々刻々の線形化を行うと、
前項のNNより計算されるヤコビアンと考えることがで
きる。NNのヤコビアンは、図6より次のようにして求
められる。
(4) Calculation of Jacobian Next, the coefficients R i (t), BS expressed by the equations (4) to (6)
i (t) and CS i (t) are obtained by performing linearization every moment.
It can be considered as a Jacobian calculated from the NN in the preceding section. The Jacobian of NN is obtained as follows from FIG.

【数13】 (Equation 13)

【数14】 [Equation 14]

【数15】 (15)式のヤコビアンJk(t)(k=1,2,……
…,3d+4)は、(4)〜6)式の係数Ri(i=
0,1,2)、BSi(i=0,1,……,d)、CS
i(i=0,1,……2d−1)に対応する。ここで、
(12)式のdy(t+d)/du(t)はBS0に対
応する。したがって、(12)式に示す最適な操作量u
(t)は、NNのヤコビアンの計算で求められたBS0
(t)の値と時々刻々得られるy(t+d)より求める
ことができる。但し、y(t+d)は、(7)式より求
めるが、現時点tにおいて、w(t+d),w(t+d
−1),……,w(t+1)は今後のMWDの値である
ので、これらの予測値は、現在の負荷変化率が今後も続
くという条件で予測し、求めるものとする。
(Equation 15) (15) Jacobian J k (t) (k = 1, 2,...)
.., 3d + 4) are coefficients Ri (i =
0, 1, 2), BSi (i = 0, 1,..., D), CS
i (i = 0, 1,..., 2d-1). here,
Dy (t + d) / du (t) in equation (12) corresponds to BS 0 . Therefore, the optimal operation amount u shown in Expression (12)
(T) is BS 0 obtained by calculating the NN Jacobian.
It can be obtained from the value of (t) and y (t + d) obtained every moment. Here, y (t + d) is obtained from equation (7). At the current time t, w (t + d) and w (t + d) are obtained.
Since -1),..., W (t + 1) are future MWD values, these predicted values are predicted and obtained under the condition that the current load change rate will continue in the future.

【0018】このようにして、本実施形態では、NNを
用いてプラントを模擬し、NNのヤコビアンを利用し、
評価関数を最小にする操作量、即ち、温度変化を極小化
するフィードフォワード信号を自動的にかつ比較的容易
に作成するので、従来の上記種々の方式の問題点を解決
し、操作量に対するプロセス量の制御精度や安定性の向
上を図ることができる。なお、PI制御は、図2に示す
ように、微調整用として併用する。
As described above, in this embodiment, the plant is simulated using the NN, and the Jacobian of the NN is used.
An operation amount for minimizing the evaluation function, that is, a feedforward signal for minimizing a temperature change is automatically and relatively easily generated. The control accuracy and stability of the amount can be improved. The PI control is used for fine adjustment as shown in FIG.

【0019】図7は、以上の手順をフローチャートで示
す。まず、プラントモデルを作成し、このモデル構成に
基づいて(1)式を立てる。次に、(1)式をz変換
し、差分方程式(2)式で表わす。続いて、Dioph
antine方程式を導入して(2)式を変換し、制御
量(温度の場合)の予測式(3)〜(6)式を求める。
一方、NNを構築し、(7)〜(9)式により重みの計
算を行い、このNNからヤコビアンを(13)〜(1
5)式により計算する。NNのヤコビアンの計算で求め
られた値と時々刻々得られる(7)式の値から、(1
2)式を用いてフィードフォワード信号(操作量)を計
算する。
FIG. 7 is a flowchart showing the above procedure. First, a plant model is created, and equation (1) is established based on this model configuration. Next, the equation (1) is z-transformed and represented by a difference equation (2). Then, Dioph
The formula (2) is converted by introducing the antine equation, and the predictive formulas (3) to (6) for the control amount (in the case of temperature) are obtained.
On the other hand, an NN is constructed, weights are calculated by the equations (7) to (9), and the Jacobian is calculated from the NN by the equations (13) to (1).
5) Calculate by equation. From the value obtained by the calculation of the NN Jacobian and the value of equation (7) obtained from time to time, (1
2) Calculate the feedforward signal (manipulation amount) using the equation.

【0020】図8、図9に、実際の典型的な定圧貫流プ
ラントを詳細に模擬したシミュレータを用いてシミュレ
ーションを実施した結果を示す。図8、図9において、
横軸に時間、縦軸にMWD1、温度2、BIR3、PI
出力値4を示す。図8は、適当に調整されたPI制御の
みによる制御であり、MWD1に表わす負荷変化率2パ
ーセント/分の負荷上昇、下降の例である。MWD1の
上昇、下降に伴って、PI出力値4が変化するが、温度
2の変化はかなり大きくなっている。ここでは、BIR
3は機能していないため、0である。図9は、本実施形
態のフィードフォワードによる制御であり、同様にMW
D1に表わす負荷変化率2パーセント/分の負荷上昇、
下降の例である。MWD1の上昇、下降に伴って、BI
R3が追従して変化し、温度2の変化は大きく改善さ
れ、小さい温度変化となっていることがわかる。
FIGS. 8 and 9 show the results of simulations performed using a simulator that simulates an actual typical constant-pressure once-through plant in detail. 8 and 9,
The horizontal axis is time, and the vertical axis is MWD1, temperature 2, BIR3, PI
Output value 4 is shown. FIG. 8 shows an example of control using only appropriately adjusted PI control, in which a load change rate represented by MWD1 is 2% / min. As the MWD 1 rises and falls, the PI output value 4 changes, but the temperature 2 changes considerably. Here, BIR
3 is 0 because it is not functioning. FIG. 9 shows the control by the feedforward of the present embodiment.
A load change rate of 2% / min, represented by D1,
It is an example of a descent. As MWD1 rises and falls, BI
It can be seen that R3 changes following, the change in temperature 2 is greatly improved, and the temperature change is small.

【0021】以上、本発明の実施形態として、火力プラ
ントの主蒸気温度制御について説明したが、本発明は、
火力プラントの他の制御は言うに及ばず、非線形でむだ
時間を有するプラントのフィードフォワード制御にすべ
て応用可能である。
As described above, the main steam temperature control of the thermal power plant has been described as the embodiment of the present invention.
It is all applicable to feedforward control of non-linear, dead-time plants, let alone other controls in thermal plants.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラントを模擬するニューラルネットワークを構成し、
このニューラルネットワークよりヤコビアン(入力に対
する出力の感度)を計算し、このヤコビアンをプラント
を線形近似した時の係数パラメータとして利用すること
により、評価関数を最小にするフィードフォワード信号
(操作量)を求め、これを火力プラントの制御系に組み
込むことにより、制御精度及び安定性の向上を図ること
ができる。また、本発明によれば、プロセス量の変化を
極小化するフィードフォワード信号を自動的にかつ比較
的容易に作成できるので、従来の上記種々の方式の問題
点を解決し、操作量に対するプロセス量の制御精度や安
定性の向上を図ることができる。
As described above, according to the present invention,
Configure a neural network that simulates a plant,
The Jacobian (the sensitivity of the output to the input) is calculated from this neural network, and by using this Jacobian as a coefficient parameter when the plant is linearly approximated, a feedforward signal (operation amount) that minimizes the evaluation function is obtained. By incorporating this into a control system of a thermal power plant, control accuracy and stability can be improved. Further, according to the present invention, it is possible to automatically and relatively easily create a feedforward signal for minimizing a change in the process amount. Control accuracy and stability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】大容量事業用火力発電所のプラント制御の概念
FIG. 1 is a conceptual diagram of plant control of a large-scale commercial thermal power plant.

【図2】温度制御系の概念図FIG. 2 is a conceptual diagram of a temperature control system.

【図3】簡略モデルFIG. 3 is a simplified model

【図4】簡略モデルFIG. 4 is a simplified model

【図5】学習データ構成図FIG. 5 is a diagram showing a configuration of learning data.

【図6】NNの構成FIG. 6 shows the configuration of the NN.

【図7】本発明の手順を示すフローチャートFIG. 7 is a flowchart showing a procedure of the present invention.

【図8】シミュレーション事例(PI制御のみ)FIG. 8 is a simulation example (only PI control).

【図9】シミュレーション事例(本発明)FIG. 9 is a simulation example (the present invention).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 MWD作成ユニット 2 主蒸気圧力制御PI演算 3 主蒸気温度制御PI演算 4 MWD信号 5 給水用フィードフォワード信号 6 燃料用フィードフォワード信号 7 水燃比関数 8 BID(Boiler Input Deman
d) 9 FRD(Fire Rate Demand) 10 タービン制御装置 11 給水制御装置 12 燃料制御装置 13 蒸気加減弁
Reference Signs List 1 MWD creation unit 2 Main steam pressure control PI calculation 3 Main steam temperature control PI calculation 4 MWD signal 5 Feedwater feedforward signal 6 Fuel feedforward signal 7 Water / fuel ratio function 8 BID (Boiler Input Deman)
d) 9 FRD (Fire Rate Demand) 10 Turbine control device 11 Water supply control device 12 Fuel control device 13 Steam control valve

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 タービン(発電機)出力を制御するター
ビン制御系、主として主蒸気圧力を制御する給水制御
系、主として主蒸気温度を制御する燃料制御系を備えた
火力発電プラントにおいて、発電要求量に見合った静的
な操作量を求める手段、出力変化時の制御特性を持たせ
るためのフィードバック制御(PI演算)手段及び制御
特性を改善するためのフィードフォワード制御手段を有
すると共に、プラントを模擬するニューラルネットワー
クを構成し、前記ニューラルネットワークよりヤコビア
ンを計算し、前記ヤコビアンを用いて操作量よりなる評
価関数を最小にするフィードフォワード信号を求めるこ
とを特徴とする火力プラント主制御系におけるフィード
フォワード制御装置。
Claims: 1. A thermal power plant having a turbine control system for controlling the output of a turbine (generator), a feedwater control system for mainly controlling the main steam pressure, and a fuel control system for mainly controlling the main steam temperature. Means for obtaining a static manipulated variable corresponding to the above, feedback control (PI calculation) means for providing control characteristics at the time of output change, and feedforward control means for improving control characteristics, and simulating a plant. A feedforward control device in a thermal power plant main control system, comprising forming a neural network, calculating a Jacobian from the neural network, and obtaining a feedforward signal that minimizes an evaluation function consisting of an operation amount using the Jacobian. .
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214930A (en) * 2010-04-12 2011-10-12 维斯塔斯风力系统集团公司 Method of controling a wind turbine generator
JP2011204236A (en) * 2010-03-18 2011-10-13 Joseph Voegele Ag System and method of applying road surface
CN103197561A (en) * 2013-04-06 2013-07-10 西安费斯达自动化工程有限公司 Design method for wide adaptability of aircraft horizontal aviating area controller
KR101470910B1 (en) * 2007-08-23 2014-12-09 가부시키가이샤 티엘브이 Steam utilizing facility simulation system and method for seeking scheme for improving steam utilizing facility
CN106802568A (en) * 2017-03-23 2017-06-06 西华大学 A kind of tele-control system of the pulse water treatment device based on cloud computing
CN110513158A (en) * 2019-09-04 2019-11-29 黑龙江苑博信息技术有限公司 The Multirate adjusting method of steam turbine feedforward
JP2020060827A (en) * 2018-10-05 2020-04-16 株式会社日立製作所 Control device and control method
WO2020162607A1 (en) * 2019-02-08 2020-08-13 株式会社Ihi Learning device and boiler control system

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101470910B1 (en) * 2007-08-23 2014-12-09 가부시키가이샤 티엘브이 Steam utilizing facility simulation system and method for seeking scheme for improving steam utilizing facility
JP2011204236A (en) * 2010-03-18 2011-10-13 Joseph Voegele Ag System and method of applying road surface
CN102214930A (en) * 2010-04-12 2011-10-12 维斯塔斯风力系统集团公司 Method of controling a wind turbine generator
CN103197561A (en) * 2013-04-06 2013-07-10 西安费斯达自动化工程有限公司 Design method for wide adaptability of aircraft horizontal aviating area controller
CN106802568A (en) * 2017-03-23 2017-06-06 西华大学 A kind of tele-control system of the pulse water treatment device based on cloud computing
JP2020060827A (en) * 2018-10-05 2020-04-16 株式会社日立製作所 Control device and control method
WO2020162607A1 (en) * 2019-02-08 2020-08-13 株式会社Ihi Learning device and boiler control system
JPWO2020162607A1 (en) * 2019-02-08 2021-09-09 株式会社Ihi Learning device and boiler control system
US12078344B2 (en) 2019-02-08 2024-09-03 Ihi Corporation Learning device and boiler control system
AU2023203955B2 (en) * 2019-02-08 2024-09-26 Ihi Corporation Learning device and boiler control system
CN110513158A (en) * 2019-09-04 2019-11-29 黑龙江苑博信息技术有限公司 The Multirate adjusting method of steam turbine feedforward

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