专利名称：使用动态矩阵控制的蒸汽温度控制的利记博彩app
技术领域：
本专利大体上涉及锅炉系统的控制，更具体地，涉及使用动态矩阵控制来控制和优化产生蒸汽的锅炉系统。
背景技术：
各种工业和非工业应用使用燃料燃烧锅炉，其通常通过燃烧各种燃料中的一种来运行，诸如煤、天然气、石油、废料等，以将化学能转化成热能。燃料燃烧锅炉的一个示例性使用是在火电发电厂中，其中燃料燃烧锅炉由通过锅炉内的多个管道和通道的水产生蒸汽，并且随后所产生的蒸汽被用于运行一个或多个蒸汽涡轮来产生电能。火电发电厂的输出是在锅炉中产生的热量的量的函数，其中例如由每小时消耗的燃料的量(例如，燃烧的) 直接确定热量的量。在许多情况下，发电系统包括锅炉，其具有熔炉，该熔炉燃烧或使用燃料来产生热量，其转而被传递至流过锅炉的各部分内的管道或通道的水。典型的产生蒸汽的系统包括具有过热器部分(具有一个或多个子部分)的锅炉，其中蒸汽被产生并且随后被提供至第一蒸汽涡轮，通常是高压蒸汽涡轮，并且在其中被使用。为了增加系统的效率，离开该第一蒸汽涡轮的蒸汽可以随后在锅炉的再热器部分中被再加热，该再热器部分可以包括一个或多个子部分，并且经再热的蒸汽随后被提供至第二蒸汽涡轮，通常是低压蒸汽涡轮。虽然热电厂的效率非常依赖于用于燃烧燃料并且将热量传递给在锅炉的各部分内流动的水的特别的熔炉/锅炉组合的传热效率，但是该效率还依赖于用于控制锅炉的各部分、诸如锅炉的过热器部分和锅炉的再热器部分中的蒸汽的温度的控制技术。然而，将会理解，发电站的蒸汽涡轮通常在不同的时间以不同的运行水平运行，以基于能量或负载需求来产生不同量的电能。对于大多数使用蒸汽锅炉的发电站而言，在锅炉的最后的过热器和再热器出口处的所期望的蒸汽温度设定点保持恒定，并且在所有的负载水平下维持蒸汽温度接近于设定点(例如，在较小的范围内)是必需的。特别地，在设施 (例如，发电厂)锅炉的运行中，蒸汽温度的控制是关键的，因为重要的是使离开锅炉和进入蒸汽涡轮的蒸汽的温度处于最优的所期望的温度。如果蒸汽温度过高，则蒸汽可以因为各种冶金原因而引起蒸汽涡轮的叶片的损坏。另一方面，如果蒸汽温度过低，则蒸汽可以包含水质点，其转而可以随着延长的蒸汽涡轮的运行而引起对蒸汽涡轮的部件的损坏以及降低涡轮的运行的效率。此外，蒸汽温度的变化还引起金属材料疲劳，其是管道泄漏的主要原因。典型地，锅炉的每个部分(即，过热器部分和再热器部分)包含级联的热交换器部分，其中离开一个热交换器部分的蒸汽进入紧接着的热交换器部分，蒸汽的温度在每个热交换器部分增加，直至理想地，蒸汽以所期望的蒸汽温度输出至涡轮。在这样的安排中，主要通过控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度来控制蒸汽温度，主要通过改变提供至熔炉的燃料/空气混合或通过改变提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与输入给水比例来实现控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度。在不使用鼓轮的直流锅炉系统中，可以主要使用输入至系统的加热速度与给水比例来调节在涡轮的输入处的蒸汽温度。虽然改变燃料/空气比例和提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与给水比例会较好地运行来实现长时间的蒸汽温度的所期望的控制，但是仅使用燃料/空气混合控制和加热速度与给水比例控制来控制在锅炉的各部分处的蒸汽温度中的短时起伏是困难的。替代地，为了施行蒸汽温度的短时(和辅助)控制，在位于紧接着涡轮的上游的最后的热交换器部分之前的点，将饱和水喷入蒸汽。该辅助蒸汽温度控制操作通常在锅炉的最后的过热器部分和/或锅炉的最后的再热器部分之前进行。为了实现该操作，沿着蒸汽流动路径和在热交换器部分之间提供温度传感器，来沿着流动路径在关键点处测量蒸汽温度，并且所测量的温度被用于调节出于蒸汽温度控制目的而被喷入蒸汽的饱和水的量。在许多情况下，需要非常依赖于喷雾技术，以将蒸汽温度控制得如所需的那样精确，来满足上述的涡轮温度约束。在一个例子中，直流涡轮系统提供通过锅炉内的一组管道的连续水(蒸汽)流，并且不使用鼓轮来实质上平均离开第一锅炉部分的蒸汽或水的温度，直流涡轮系统可能经历蒸汽温度中的更大的起伏，并且因此通常需要大量地使用喷雾部分来控制在至涡轮的输入处的蒸汽温度。在这些系统中，通常结合过热器喷雾流来使用加热速度与供水比例以调节熔炉/锅炉系统。在这些和其他锅炉系统中，分布式控 MM^t (distributed control system, DCS)K W PID (Proportional Integral Derivation,比例积分微分)控制器来控制提供至熔炉的燃料/空气混合以及施行在涡轮的上游的喷雾的量。然而，级联的PID控制器通常以保守(reactionary)的方式对待控制的、应变的过程变量，诸如将被输送至涡轮的蒸汽的温度，在设定点和实际值或水平之间的差或误差作出响应。即，控制响应发生在应变的过程变量已经偏离其设定点之后。例如，仅在被输送至涡轮的蒸汽的温度已经偏离其所期望的目标之后，控制是涡轮的上游的喷雾阀，来重新调节其喷雾流。不必说，与变化的锅炉运行条件有关的该的控制响应能够导致较大的温度偏差，其引起在锅炉系统上的应力，并且缩短了管道、喷雾控制阀和系统的其他部件的寿命。
发明内容
包括控制产生蒸汽的系统的前馈技术的系统、方法和控制器的实施例包括使用动态矩阵控制来控制产生蒸汽的系统的至少一部分，诸如至涡轮的输出蒸汽的温度。如在此所使用的，术语“输出蒸汽”指由产生蒸汽的系统直接地输送至涡轮的蒸汽。在此所使用的 “输出蒸汽温度”是离开产生蒸汽的系统并且进入涡轮的输出蒸汽的温度。控制产生蒸汽的系统的前馈技术可以包括动态矩阵控制块，其接收相应于干扰量的变化率的信号、待控制的产生蒸汽的系统的部分(例如，实际输出蒸汽温度)的实际值、 水平或测量值、以及待控制的产生蒸汽的系统的部分的设定点(例如，输出蒸汽温度设定点)作为其输入。然而，前馈技术不需要接收相应于诸如在产生蒸汽的系统中在输出蒸汽上游的位置处的蒸汽的温度的中间测量值的任何信号。基于该些输入，动态矩阵控制块产生用于现场设备的控制信号，并且基于控制信号来控制现场设备，以影响产生蒸汽的系统的至少一部分以接近其所期望的设定点。因此，当改变或误差正在发生时(而不是在改变或误差已经发生之后)，前馈技术控制现场设备，并且提供提前的校正，并消除激进的偏差、 过冲以及下冲。因此，产生蒸汽的系统的管道、阀、和其他内部部件的寿命会被延长，因为前馈技术最小化了由温度和系统中的其他变量的偏差所引起的应力。可以消除PID控制中经历的阀位置的“不规则的振荡(Hunting) ”，并且需要较少的整定。前馈控制技术还可以或替代地使用第二动态矩阵控制块，其基于干扰量的变化率来施行控制，在此被称为微分动态矩形控制块。微分动态矩形控制块基于干扰量的变化率产生增强(boost)信号，并且该增强信号与由第一或主动态矩阵控制块产生的控制信号组合，以被输送来控制现场设备。因此，当干扰量的变化率上升时，由微分矩阵控制块作用于控制技术的增强允许控制待控制的产生蒸汽的系统的部分以甚至快于仅使用主动态矩形控制块时的速率接近其设定点。
图1示出了用于典型的一组蒸汽驱动的涡轮的典型的锅炉蒸汽循环的框图，该锅炉蒸汽循环具有过热器部分和再热器部分；图2示出了控制用于诸如图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的过热器部分的现有技术方式的示意图；图3示出了控制用于诸如图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的再热器部分的现有技术方式的示意图；图4示出了以有助于优化系统的效率的方式来控制图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的方式的示意图；图5示出了图4的改变率确定器的一个实施例；以及图6示出了控制产生蒸汽的锅炉系统的示例性方法。
具体实施例方式尽管下文提出了本发明的许多不同实施方式的详细描述，但是应当理解，本发明的法定保护范围由本专利申请最后所提出的权利要求的文字限定。详细描述仅作为示例而加以解释，并未描述本发明的每个可能的实施方式，因为描述每个可能的实施方式是不切实际的，即使并非不可能。可通过使用现有技术或在本专利提交之后发明的技术来实现许多替代的实施方式，其仍将落入限定本发明的权利要求的保护范围中。图1示出了用于可以被用于例如热电厂的典型的锅炉100的直流锅炉蒸汽循环的框图。锅炉100可以包括诸如过热蒸汽、再热蒸汽等的各种形式的蒸汽或水流经过的各种部分。虽然在图1中示出的锅炉100具有水平地放置的各种锅炉部分，但是在实际的实施方式中，该些部分中的一个或多个可以互相垂直地放置，尤其因为加热在诸如水冷壁吸收部分的各种不同的锅炉部分中的蒸汽的排烟垂直上升(或，螺旋地上升)。在任何情况下，如图1中所示，锅炉100包括熔炉和主水冷壁吸收部分102、主过热器吸收部分104、过热器吸收部分106和再热器部分108。附加地，锅炉100可以包括一个或多个过热冷却器或喷雾部分110和112以及均衡器114。在运行期间，由锅炉100产生的主蒸汽和过热器部分106的输出被用于驱动高压(HP)涡轮116，并且来自于再热器部分 108的热的再热蒸汽被用于驱动中间压(IP)涡轮118。通常，锅炉110还可以被用于驱动低压(LP)涡轮，其在图1中未示出。主要负责产生蒸汽的水冷壁吸收部分102，包括多个管道，来自均衡器部分114的水或蒸汽经过该些管道在熔炉中被加热。当然，至水冷壁吸收部分102的供水可以被泵送通过均衡器部分114，并且这些水当其在水冷壁吸收部分102中时吸收大量热量。在水冷壁吸收部分102的输出处提供的蒸汽或水被供给至主过热器吸收部分104，并且随后被供给至过热器吸收部分106，其一起将蒸汽温度提高到很高的水平。来自过热器吸收部分106 的主蒸汽输出驱动高压涡轮116以产生电能。一旦主蒸汽驱动高压涡轮116，蒸汽被路由至再热器吸收部分108，并且由再热器吸收部分108输出的热的再热蒸汽被用于驱动中间压涡轮118。喷雾部分110和112可以被用于将在涡轮116和118输入处的最终蒸汽温度控制在所期望的设定点。最后，来自中间压涡轮118的蒸汽可以通过低压涡轮系统(在此未示出)，被供给至蒸汽冷凝器(在此未示出)，在此，蒸汽被冷凝至液体形式，并且循环再次以各种锅炉供给泵泵送供水通过供水加热器串的级联为开始，以及随后通过均衡器以用于下一循环。均衡器部分114位于离开锅炉的热排气流中，并且在供水进入水冷壁吸收部分102之前使用热气来将附加的热传递给供水。如图1中所示，控制器或控制器单元120被通信地耦合至水冷壁吸收部分102内的熔炉，并且被通信地耦合至阀122和124，其控制被提供至喷雾部分110和112中的喷雾器的水量。控制器120还被耦合至各种传感器，包括位于水冷壁部分102、过热冷却器部分 110、和过热冷却器部分112的输出处的中间温度传感器126A ；位于第二过热器部分106和再热器部分108处的输出温度传感器126B ；以及在阀122和124的输出处的流量传感器 127。控制器120还接收其他输入，包括加热速度、指示发电站的实际或所期望的负载的负载信号(通常被称为前馈信号)和/或是发电站的实际或所期望的负载的微分的负载信号(通常被称为前馈信号)，以及指示包括例如阻尼器设置、燃烧器摆动位置(burner tilt position)等的锅炉的设置或特征的信号。控制器120可以产生并且发送其他控制信号至系统的各种锅炉和熔炉部分，并且可以接收其他测量值，例如阀位置、所测量的喷雾流、其他温度测量值等。虽然在图1中没有具体地示出，但是控制器或控制器单元120可以包括分离的部分、例程和/或控制设备，以用于控制锅炉系统的过热器和再热器部分。图2是示出了图1的锅炉系统100的各种部分的并且示出了在当前现有技术中在锅炉中施行控制的通常方式的示意图128。特别地，示意图1 示出了图1的均衡器114、 主熔炉或水冷壁部分102、第一过热器部分104、第二过热器部分106和喷雾部分110。在该情况中，被提供至过热器喷雾部分110的喷雾水从供给线路被分流至均衡器114。图2还示出了两个基于-PID的控制回路130和132，其可以由图1的控制器120或其他DCS控制器实现，以控制熔炉102的燃料和供水运行，来影响由锅炉系统输送至涡轮的输出蒸汽温度 151。特别地，控制回路130包括第一控制块140，其以比例-积分-微分(PID)控制块的形式被示出，其使用以相应于用于控制锅炉系统100的一部分或与其相关联的控制变量或受控变量131A的所期望的或最优的值的因素或信号的形式的设定点131A作为主输入。 所期望的值131A可以相应于，例如所期望的过热器喷雾设定点或最优燃烧器摆动位置。在其他情况中，所期望的或最优的值131A可以相应于锅炉系统100内的阻尼器的阻尼器位置、喷雾阀的位置、喷雾的量、用于控制锅炉系统100的该部分或与其相关联的一些其他控制变量、受控变量或干扰量或它们的组合。一般地，设定点131A可以相应于锅炉系统100的控制变量或受控变量，并且可以通常由用户或操作员设置。控制块140将设定点131A与当前用于产生所期望的输出值的实际控制变量或受控变量131B的测量值比较。为了清楚起见，图2示出了在控制块140处的设定点131A相应于所期望的过热器喷雾的实施例。控制块140将过热器喷雾设定点与当前正被用于产生所期望的水冷壁出口温度设定点的实际过热器喷雾量(例如，过热器喷雾流)的测量值比较。水冷壁输出温度设定点指示使用由所期望的过热器喷雾设定点指定的喷雾流的量来控制在第二过热器106的输出(标记151)处的温度处于所期望的涡轮输入温度所需的所期望的水冷壁出口的温度。该水冷壁输出温度设定点被提供至第二控制块142(也被示出为 PID控制块)，其将水冷壁输出温度设定点与指示所测量的水冷壁蒸汽温度的信号比较，并且运行以产生供应控制信号。随后，该供应控制信号例如，基于加热速度(其指示或基于能量需求)在乘法器块144中被缩放。乘法器块144的输出作为控制输入被提供至燃料/供水电路146，其运行以控制熔炉/锅炉组合的加热速度与供水比例或控制被提供至主熔炉部分102的燃料与空气混合。由控制回路132控制过热器喷雾部分110的运行。控制回路132包括控制块 150(以PID控制块的形式被示出)，其将用于在至涡轮116的输入处的蒸汽的温度的温度设定点(通常基于涡轮116的特征而固定或紧密地设置)与在涡轮116的输入(标记151) 处的蒸汽的实际温度的测量值比较，来基于两者之间的差产生输出控制信号。控制块150 的输出被提供至加法器块152，其将来自控制块150的控制信号加至由块IM得出的前馈信号，该前馈信号作为例如相应于由涡轮116产生的实际或所期望的负载的负载信号的微分。加法器152的输出随后被作为设定点提供至另一个控制块156(再次被示出为PID控制块)，该设定点指示在至第二过热器部分106的输入(标记158)处的所期望的温度。控制块156将来自块152的设定点与在过热器喷雾部分110的输出处的蒸汽温度158的中间测量值比较，并且基于两者之间的差来产生控制信号，以控制阀122，其控制被提供在过热器喷雾部分110中的喷雾的量。如在此所使用的，在测量期望被控制的应变的过程变量的位置的上游的位置确定“中间”测量值或控制变量或受控变量的值。例如，如图2所示，在测量输出蒸汽温度151的位置的上游的位置确定“中间”蒸汽温度158(例如，在比输出蒸汽温度151更远离涡轮116的位置确定中间蒸汽温度158)。因此，由图2的基于-PID的控制回路130和132可见，熔炉102的运行被直接作为所期望的过热器喷雾131A、中间温度测量值158以及输出蒸汽温度151的函数而控制。 特别地，控制回路132通过控制过热器喷雾部分110的运行来运行以将在涡轮116的输入 (标记151)处的蒸汽的温度保持在设定点，并且控制回路130控制被提供至熔炉102并且在熔炉102内燃烧的燃料的运行，以将过热器喷雾保持在预定的设定点(以由此尝试将过热器喷雾运行或喷雾量保持在“最优”水平)。当然，虽然所述的实施例使用过热器喷雾流量作为至控制回路130的输入，但是还可以使用一个或多个其他控制相关的信号或因素，或在其他情形中该些信号或因素可以被用作至控制回路130的输入，以得出一个或多个输出控制信号来控制锅炉/熔炉的运行，并且由此提供蒸汽温度控制。例如，控制块140可以将实际的燃烧器摆动位置与最优的燃烧器摆动位置比较，最优的燃烧器摆动位置可以从离线单元表征得出(尤其对于由 Combustion Engineering制造的锅炉系统)或从分离的在线优化程序或其它源得出。在另
11一具有不同的锅炉设计配置的例子中，如果一个或多个排烟旁通阻尼器被用于主再热器蒸汽温度控制，则可以以指示所期望的(或最优的)和实际的阻尼器位置或与其相关的信号来替代或补充控制回路130中的指示所期望的(或最优的)和实际的燃烧器摆动位置的信号。附加地，虽然图2的控制回路130被示出为产生控制信号，以控制被提供至熔炉 102的燃料的燃料/空气混合，但是控制回路130可以产生其他种类或类型的控制信号，来控制熔炉的运行，诸如被用于将燃料和供水提供至熔炉/锅炉组合的燃料与供水比例、用于或被提供至熔炉的燃料的总量或量或类型等。更进一步地，控制块140可以使用干扰量作为其输入，即使该干扰量本身不被用于直接控制应变量(在上述实施例中，所期望的输出蒸汽温度151)。此外，由图2的控制回路130和132所见，在控制回路130和132中对熔炉的运行的控制是保守的。即，仅当检测到设定点与实际值之间的差之后，控制回路130和132(或其的部分)响应以开始改变。例如，仅当控制块150检测到输出蒸汽温度151与所期望的设定点之间的差之后，控制块150产生至加法器152的控制信号，并且仅当控制块140检测到干扰量或受控变量的所期望的值与实际的值的差之后，控制块140产生相应于水冷壁出口温度设定点的控制信号至控制块142。该保守控制响应能够导致较大的输出偏差，其引起在锅炉系统上的应力，由此减少了管道、喷雾控制阀和系统的其他部件的寿命，并且特别当该保守控制与变化的锅炉运行条件耦合时。图3示出了用于蒸汽锅炉发电系统的再热器部分108的典型的(现有技术的)控制回路160，其可以例如由图1的控制器或控制单元120实现。在此，控制块161可以运行在相应于用于控制锅炉系统100或与其相关联的控制变量或受控变量162的实际值的信号上。为了清楚起见，图3示出了控制回路160的一个实施例，其中输入162相应于蒸汽流 (其通常由负载需求所确定)。控制块161产生与蒸汽流有关的、输入至涡轮118的蒸汽的温度的温度设定点。控制块164(被示出为PID控制块)将该温度设定点与在再热器部分 108的输出处的实际蒸汽温度163的测量值比较，以产生由在两个温度之间的差导致的控制信号。块166随后将该控制信号与蒸汽流的测量值相加，并且块166的输出被提供至喷雾设定点单元或块168以及被提供至平衡器单元170。平衡器单元170包括平衡器172，其提供控制信号至过热器阻尼器控制单元174以及至再热器阻尼器控制单元176，其运行以在锅炉的各种过热器部分和再热器部分中控制排烟阻尼器。如将要理解的，排烟阻尼器控制单元174和176更改或改变阻尼器设定，来控制来自熔炉的排烟量，该排烟量被引至锅炉的过热器和再热器部分中的每个。因此，控制单元174和176由此控制或平衡被提供至锅炉的每个过热器和再热器部分的能量的量。因此， 平衡器单元170是被提供在再热器部分108上的主控制，以控制熔炉102内产生的能量或热量的量，其被用于图1的锅炉系统的再热器部分108的运行。当然，由平衡器单元170提供的阻尼器的运行对提供至再热器部分108和过热器部分104和106的能量或热量的比率或相对量进行控制，因为将更多的排烟引至一个部分通常减少了被提供至其他部分的排烟的量。更进一步地，虽然平衡器单元170在图3中被示为施行阻尼器控制，但是平衡器170 还能够使用锅炉燃烧器摆动位置来提供控制，或在一些情况下，使用以上两者来进行控制。由于蒸汽温度中的暂时或短时起伏，以及平衡器单元170的运行与过热器部分104和106以及再热器部分108的运行是相配合的，所以平衡器单元170可能不能够提供在再热器部分108的出口处的蒸汽温度163的完全控制，以确保在该位置161处获得所期望的蒸汽温度。因此，由再热器喷雾部分112的运行提供在涡轮118的输入处的蒸汽温度 163的辅助控制。特别地，由喷雾设定点单元168和控制块180的运行提供再热器喷雾部分112的控制。在此，喷雾设定点单元168以熟知的方式，将平衡器单元170的运行考虑在内，基于多个因素来确定再热器喷雾设定点。然而，通常，喷雾设定点单元168被配置为仅当平衡器单元170的运行不能够提供足够或适当的对在涡轮118的输入处的蒸汽温度161的控制时， 运行再热器喷雾部分112。在任何情况下，再热器喷雾设定点被提供给控制块180(再次被示出为PID控制块)作为设定点，控制块180将该设定点与在再热器部分108的输出处的实际的蒸汽温度161的测量值比较，并且基于两个信号之间的差产生控制信号，并且该控制信号被用于控制再热器喷雾阀124。如所知的，随后再热器喷雾阀IM运行以提供所控制的再热器喷雾的量，来施行在再热器108的输出处的蒸汽温度的进一步的或附加的控制。在一些实施例中，可以使用与图2中所述的类似的控制方案来施行再热器喷雾部分112的控制。例如，将再热器部分变量162用作至图3的控制回路160的输入并不限于在特别的例子中的、用于实际控制再热器部分的受控变量。因此，将实际不用于控制再热器部分108的再热器受控变量162用作至控制回路160的输入，或将锅炉系统100的一些其他控制变量或干扰量用作至控制回路160的输入是可能的。类似于图2的基于-PID的控制回路130和132，基于-PID的控制回路160也是保守的。即，仅当检查到设定点与实际值之间的所检测的差或误差之后，基于-PID的控制回路160(或其部分)响应以开始改变。例如，仅当控制块164检测到再热器输出蒸汽温度 163与由控制块161产生的所期望的设定点之间的差之后，控制块164产生至加法器166的控制信号，并且仅当控制块180检测到再热器输出温度163与在块168处确定的设定点之间的差之后，控制块180产生至喷雾阀124的控制信号。与变化的锅炉运行条件有关的该保守的控制响应能够引起较大的输出偏差，其可以缩短管道、喷雾控制阀、以及系统的其他部件的寿命。图4示出了用于控制产生蒸汽的锅炉系统100的控制系统或控制方案200的一个实施例。控制系统200可以控制锅炉系统100的至少一部分，诸如控制变量或锅炉系统100 的其他应变的过程变量。在图4中示出的例子中，控制系统200控制从锅炉系统100输送至涡轮116的输出蒸汽202的温度，但在其他实施例中，控制方案200可以控制锅炉系统100 的另一部分(例如，诸如进入第二过热器部分106的蒸汽的温度的中间部分、或系统输出、 输出参数、或诸如在涡轮118处的输出蒸汽的压强的输出控制变量)。控制系统或控制方案 200可以在锅炉系统100的控制器或控制器单元120中施行或可以与锅炉系统100的控制器或控制器单元120通信地耦合。例如，在一些实施例中，控制系统或控制方案200的至少一部分可以被包括在控制器120中。在一些实施例中，整个控制系统或控制方案200可以被包括在控制器120中。当然，图4的控制系统200可以替代图2的基于-PID的控制回路130和132。然而，不同于类似控制回路130和132的保守(例如，其中，直至在期望被控制的锅炉系统100 的部分与相应的设定点之间检测到差或误差之后，控制调节才开始)，控制方案200本质上至少部分地前馈，以便在检测到在锅炉系统100的部分处的差或误差之前，开始控制调节。 具体地，控制系统或方案200可以基于一个或多个干扰量的变化率，该一个或多个干扰量影响期望被控制的锅炉系统100的部分。动态矩阵控制(dynamic matrix control, DMC) 块可以接收在输入处的一个或多个干扰量的变化率，并且可以基于该变化率引起过程在最优点运行。此外，当变化率本身变化时，该DMC块可以随时间连续地优化过程。因此，当DMC 块连续地估计最佳响应，并且基于当前输入预测地优化或调节过程时，该动态矩阵控制块本质上前馈的或预测的，并且能够控制过程更紧密地围绕其设定点。因此，采用基于-DMC 的控制方案200，过程部件不受温度或其他这样的因素的较宽的偏差。与之相反，基于PID 的控制系统或方案根本不能够预测或估计最优化，因为基于PID的控制系统或方案需要作为结果的受控变量的测量值或误差实际上发生，来确定任何过程调节。因此，基于PID的控制系统或方案比控制系统或方案200相对于所期望的设定点的振荡更大，并且在基于PID 的控制系统中的过程部件通常由于这些极端而较早地失灵。与图2的基于PID的控制回路130和132进一步地相比，基于DMC的控制系统或方案200不需要接收相应于期望被控制的锅炉系统100的部分的任何中间或上游值，诸如在喷雾阀122之后并且在第二过热器部分106之前确定的中间蒸汽温度158，作为输入。而且，因为基于DMC的控制系统或方案200是至少部分地预测的，所以基于DMC的控制系统或方案200不像基于PID的方案那样样需要中间“检测点”来试图优化过程。下文将更详细地描述控制系统200的这些不同和详情。特别地，控制系统或方案200包括变化率确定器205，其接收相应于控制方案200 的实际的干扰量的测量值的信号，该干扰量当前影响锅炉系统100的所期望的运行或控制方案200的控制或应变的过程变量202的所期望的输出值，类似于在图2的控制块140处接收的控制或受控变量131B的测量值。在图4中示出的实施例中，锅炉系统100的所期望的运行或控制方案200的受控变量是输出蒸汽温度202，并且在变化率确定器205处输入至控制方案200的干扰量是被输送至熔炉102的燃料与空气比例208。然而，至变化率确定器 205的输入可以是任何干扰量。例如，控制方案200的干扰量可以是用于锅炉系统100而不是控制方案200的、一些其他的控制回路的受控变量，诸如阻尼器位置。控制方案200的干扰量可以是用于锅炉系统100而不是控制方案200的、一些其他的控制回路的控制变量，诸如图1的中间温度U6B。输入至变化率确定器205的干扰量可以同时被视为另一特定控制回路的控制变量、以及锅炉系统100中的又一控制回路的受控变量，诸如燃料与空气比例。 干扰量可以是另一控制回路的一些其他的干扰量，诸如环境空气压强或一些其他过程输入变量。可以结合基于DMC的控制系统或方案200使用的可能的干扰量的例子包括，但不限于，熔炉燃烧器摆动位置；蒸汽流量；吹灰的量；阻尼器位置；功率设定；熔炉的燃料与空气混合比例；熔炉的加热速度；喷雾流；水冷壁蒸汽温度；相应于涡轮的目标负载或实际负载中的一个的负载信号；流温度；燃料与供水比例；输出蒸汽的实际温度；燃料量；燃料类型； 或其他一些受控变量、控制变量或干扰量。在一些实施例中，干扰量可以是一个或多个控制变量、受控变量和/或干扰量的组合。此外，虽然示出为在变化率确定器205处仅接收一个相应于控制系统或方案200 的干扰量的测量值的一个信号，但是，在一些实施例中，变化率确定器205可以接收一个或多个相应于控制系统或方案200的一个或多个干扰量的信号。然而，与图2的标记131A相反，变化率确定器205不需要接收相应于例如图4中的所测量的干扰量的设定点或所期望的/最优的值，不需要接收用于燃料与空气比例208的设定点。变化率确定器205被配置为确定干扰量输入208的变化率，并且产生相应于输入 208的变化率的信号210。图5示出了变化率确定器205的一个例子。在该例子中，变化率确定器205包括至少两个超前滞后块214和216，每个超前滞后块将时间超前或时间滞后的量加至所接收的输入208。使用两个超前滞后块214和216的输出，变化率确定器205确定在两个不同时间点的、信号208的两个测量值之间的差，并且因此，确定信号208的变化率或斜率。特别地，可以在可以加上时间延迟的第一超前滞后块214的输入处接收相应于干扰量的测量值的信号208。由第一超前之后块214产生的输出可以在差分块218的第一输入处被接收。第一超前滞后块214的输出还可以在第二超前滞后块216的输入处被接收， 块216可以加上与第一超前滞后块214所加的时间延迟相同或不同的附加的时间延迟。第二超前滞后块216的输出可以在差分块218的第二输入处被接收。差分块218可以确定超前滞后块214与216的输出之间的差，并且，通过使用超前滞后块214、216的时间延迟，可以确定干扰量208的变化率或斜率。差分块218可以产生相应于干扰量208的变化率的信号210。在一些实施例中，超前滞后块214、216中的一个或两个可以被调节，以改变其各自的时间延迟。例如，对于随时间变化缓慢变化的干扰输入208，可以增加在一个或两个超前滞后块214、216处的时间延迟。在一些例子中，变化率确定器205可以收集信号208的多于两个的测量值，以便更精确地计算变化率或斜率。当然，图5仅是图4的变化率确定器205 的一个例子，其他的例子也是可能的。回到图4，相应于干扰量的变化率的信号210被增益块或增益调节器220接收，该增益块或增益调节器220将增益引入信号210。增益可以是放大的或增益可以是缩小的。 可以手动地或自动地选择由增益块220引入的增益的量。在一些实施例中，可以省略增益块 220。相应于控制系统或方案200的干扰量的变化率的信号210(包括由可选的增益块 220引入的任何所期望的增益)可以在动态矩阵控制(DMC)块222处被接收。DMC块222 还可以接收待控制的锅炉系统100的部分(例如，控制系统或方案200的控制或受控变量； 在图4的例子中，蒸汽输出的温度202)的当前或实际值的测量值和相应的设定点，作为输入。动态矩阵控制块222可以基于所接收的输入来施行模型预测控制，以产生控制输出信号。注意到与图2的基于-PID的控制回路130和132不同，DMC块222不需要接收相应于待控制的锅炉系统100的部分的中间测量值的任何信号。然而，如果需要，该些信号可以用作至DMC块222的输入，例如，当相应于中间测量值的信号被输入至变化率确定器205中， 并且变化率确定器205产生相应于中间测量值的变化率的信号时。此外，虽然在图4中未示出，除了相应于变化率的信号210、相应于受控变量(例如，标记202)的实际值的信号、以及其设定点之外，DMC块222还可以接收其他输入。例如，DMC块222可以接收除了相应于变化率的信号210之外的、相应于零个或更多个干扰量的信号。一般而言，由DMC块222施行的模型预测控制是多输入-单输出 (multiple-input-single-output, MISO)控制策略，其中测量多个过程输入中的每个的变化在多个过程输出中的每个上的影响，并且该些所测量的响应随后被用于创建过程的模型。然而，在一些情况下，可以使用多输入-多输出控制 (multiple-input-multiple-output,ΜΙΜΟ)策略。无论是 MISO 或 ΜΙΜ0，过程的模型被数学地倒转，并且随后被用于基于对过程输入所做的改变来控制一个或多个过程输出。在一些情况下，过程模型包括针对过程输入中的每个的过程输出响应曲线或由该些曲线得出，并且这些曲线可以基于一系列，例如，被传递至过程输入中的每个的伪随机步进变化而被创建。这些响应曲线能够用于以熟知的方式建模过程。模型预测控制在本领域中是已知的， 并且因此，在此不详述模型预测控制的特征。然而，在Qin，S. Joe and Thomas A. Badgwell 的"An Overview of Industrial Model Predictive Control Technology,，，AIChE Conference, 1996中大体上描述了预测模型控制。此外，诸如MPC控制例程的先进控制例程的产生和使用可以被集成至用于产生蒸汽的锅炉系统的控制器的配置过程中。例如，在此清楚地引用Wojsznis等的第6，445，963 号名为"Integrated Advanced Control Blocks in Process Control Systems，，的美国专利的公开内容，其公开了当配置过程工厂时，使用从过程工厂收集的数据来产生诸如先进控制器(例如，MPC控制器或神经网络控制器)的先进控制块的方法。特别地，美国专利号 6，445，963公开了配置系统，其以与其他使用诸如现场总线范例的、特定的控制范例的控制块的创建和下载集成的方式在过程控制系统内创建先进的多输入-多输出控制块。在该情况中，通过创建具有分别待连接至过程输出和输入的所期望的输入和输出的控制块(诸如，DMC块222)来初始化先进控制块，用于控制过程，诸如用于产生蒸汽的锅炉系统中的过程。控制块包括数据收集例程和与其相关联的波形发生器，并且可以具有控制逻辑，其是未整定的或未得到的，因为该逻辑缺少整定参数、矩形系数或需要被实现的其他控制参数。控制块被放置在过程控制系统内，已定义的输入和输出通信地耦合在控制系统内，耦合的方式是如果先进控制块正被用于控制过程，则连接该些输入和输出。接着，在测试程序期间， 控制块使用由特定的用于得出过程模型的波形发生器产生的波形，经由控制块输出来系统地干扰过程输入中的每个。随后，经由控制块输入，控制块协调数据的收集，该些数据关于每个过程输出中对于被传递至每个过程输入的每个所产生的波形的响应。该数据可以，例如被发送至数据历史记录，以被存储。在对于过程输入/输出对中的每个已经收集了足够的数据之后，运行过程建模程序，其中使用例如，任何已知或所期望的模型产生或确定例程来根据所收集的数据产生一个或多个过程模型。作为该模型产生或确定例程的一部分，模型参数确定例程可以得出控制逻辑需要的、用于控制过程的模型参数，例如矩阵系数、死区时间、增益、时间约束等。模型产生例程或过程模型创建软件可以产生不同类型的模型，包括非参数模型，诸如有限冲击响应(finite impulse response, FIR)模型、和参数模型，诸如有源自回归(auto-regressive with external inputs, ARX)模型。控制逻辑参数以及， 如果需要，过程模型被随后下载至控制块，以完成先进控制块的形成，以便先进控制块能与在其中的模型参数和/或过程模型一起能够用于在运行期间控制过程。当需要时，存储在控制块中的模型可以被重新确定、改变或更新。在由图4所示出的例子中，至动态矩阵控制块222的输入包括相应于控制方案200 的一个或多个干扰量(诸如前述的干扰量中的一个或多个)的变化率的信号210、相应于受控输出的实际值或水平的测量值的信号、以及相应于受控输出的所期望值的或最优值的设定点。通常(但非必需)，由产生蒸汽的锅炉系统100的用户或操作员确定设定点。DMC块222可以使用动态矩阵控制例程以基于输入和所储存的模型(通常是参数模型，但是在一些情况下可以是非参数模型)来预测最优响应，并且DMC块222可以基于最优响应来产生用于控制现场设备的控制信号225。一旦接收到由DMC块222产生的信号225，现场设备可以基于从DMC块222接收的控制信号225来调节其运行，并且关于所期望的或最优值影响输出。以这种方式，在任何差或误差发生在输出值或水平之前，控制方案200可以前馈一个或多个干扰量的变化率210，并且可以提供提前的校正。此外，当一个或多个干扰量的变化率210变化时，DMC块222基于变化的输入210来预测随后的最优响应，并且产生相应的更新的控制信号225。在图4中特别地示出的例子中，至变化率确定器205的输入是正被输送至熔炉102 的燃油与空气比例208，由控制方案200控制的产生蒸汽的锅炉系统100的部分是输出蒸汽温度202，以及控制方案200通过调节喷雾阀122来控制输出蒸汽温度202。因此，DMC块 222的动态矩阵控制例程使用由变化率确定器205产生的、相应于燃料与空气比例208的变化率的信号210、相应于实际输出蒸汽温度202的测量值的信号、所期望的输出蒸汽温度或设定点、以及参数模型来确定用于喷雾阀122的控制信号225。由DMC块222使用的参数模型可以识别输入值与喷雾阀122的控制之间的确切的关系(而不是如PID控制中的仅仅识别方向)。DMC块222产生控制信号225，并且一旦接收其，喷雾阀122基于控制信号225 来调节喷雾流的量，因此朝着期望的温度影响输出蒸汽温度202。以这种前馈方式，控制系统200控制喷雾阀122，并且因此基于燃料与空气比例208的变化率来控制输出蒸汽温度 202。如果燃料与空气比例208随后改变，则随后DMC块222可以使用更新的燃料与空气比例208、参数模型，并且在一些情况下，使用先前的输入值，以确定随后的最优响应。可以产生随后的控制信号225并且将其发送至喷雾阀122。由DMC块222产生的控制信号225可以由增益块或增益调节器2 (例如，加法器增益调节器)接收，在信号225被传递至现场设备122之前，该增益块或增益调节器2 将增益引入至控制信号225。在一些情况下，增益可以是放大的。在一些情况下，增益可以是缩小的。可以手动地或自动地选择由增益块228引入的增益的量。在一些实施例中，可以省略增益块228。然而，就其本身而言，部分地由于通过系统的水和蒸汽的较大的量，产生蒸汽的锅炉系统通常较慢地响应来控制。为了有助于缩短响应时间，除了主动态矩阵控制块222之外，控制方案200可以包括微分动态矩阵控制(DMC)块230。微分DMC块230可以使用所存储的模型(或是参数模型或是非参数模型)以及微分动态矩阵控制例程来确定增强的量， 基于在微分DMC块230的输入处接收的干扰量的变化率或微分，通过该增强的量来放大或更改控制信号225。在一些情况中，控制信号225还可以基于干扰量的所期望的权重、和/ 或其变化率的所期望的权重。例如，特别的干扰量可以被较重地加权，以便对受控输出(例如，标记202)具有较大的影响。通常，当DMC块222和230每个接收不同组的输入以产生不同输出时，存储在微分DMC块230中的模型(例如，微分模型)可以不同于存储在主DMC 块222(例如，主模型)中的模型。微分DMC块230可以在其输出处产生增强信号或相应于增强的量的微分信号232。加法器块238可以接收由微分DMC块230产生的增强信号232 (包括由可选的增益块235引入的任何所期望的增益)以及由主DMC块222产生的控制信号225。加法器块238可以将控制信号225与增强信号232组合以产生加法器输出控制信号240来控制诸如喷雾阀122的现场设备。例如，加法器块238可以将两个输入信号225和232相加，或可以以一些其他方式通过增强信号232来放大控制信号225。加法器输出控制信号240可以被传递至现场设备来控制现场设备。在一些实施例中，通过增益块228，以诸如先前所述的用于增益块228的方式，可选的增益可以被引入加法器输出控制信号M0。一旦接收到加法器输出控制信号M0，诸如喷雾阀122的现场设备可以被控制，以便锅炉系统100的响应时间短于当现场设备被控制信号225单独控制时的响应时间，以便将期望被控制的锅炉系统的部分更快地移动至所期望的运行值或水平。例如，如果干扰量的变化率较慢，则锅炉系统100能够给予更多的时间来对变化作出响应，并且微分DMC块 230会产生相应于较低的增强的增强信号，其将与主DMC块230的控制输出组合。如果变化率较快，则锅炉系统100会必须更快地响应，并且微分DMC块230会产生相应于更大的增强的增强信号，其将与主DMC块230的控制输出组合。在图4所示出的例子中，微分DMC块230可以接收来自变化率确定器205的、相应于燃料与空气比例208的变化率的信号210，其包括由可选的增益块220引入的任何所期望的增益。基于信号210和存储在微分DMC块230中的参数模型，微分DMC块230可以(经由，例如，微分动态矩阵控制例程)确定将与由主DMC块222产生的控制信号225组合的增强的量，并且可以产生相应的增强信号232。由微分DMC块230产生的增强信号232可以由增益块或增益(例如，微分或增强增益调节器)235接收，增益块或增益235将增益引入增强信号232。增益可以是放大的或增益可以是缩小的，并且可以手动地或自动地选择由增益块235引入的增益的量。在一些实施例中，可以省略增益块235。虽然未示出，但是控制系统或方案200的各种实施例是可能的。例如，微分DMC块 230、其相应的增益块235、以及加法器块238可以是可选的。特别地，在一些较快的响应系统中，可以省略微分DMC块230、增益块235以及加法器块238。在一些实施例中，可以省略增益块220、2 和235中的一个或所有。在一些实施例中，单个变化率确定器205可以接收相应于多个干扰量的一个或多个信号，并且可以将相应于一个或多个变化率的单个信号 210发送至主DMC块222。在一些实施例中，多个变化率确定器205可以各自接收相应于不同的干扰量的一个或多个信号，并且主DMC块222可以接收来自多个变化率确定器205的多个信号210。在包括多个变化率确定器205的实施例中，多个变化率确定器205中的每个可以与不同的相应的微分DMC块230连接，并且多个微分DMC块230可以分别提供其各自的增强信号232至加法器块238。在一些实施例中，多个变化率确定器205可以分别提供其各自的增强输出210至单个微分DMC块230。当然，控制系统200的其他实施例也是可能的。此外，因为产生蒸汽的锅炉系统100通常包括多个现场设备，控制系统或方案200 的实施例可以支持多个现场设备。例如，不同的控制系统200可以相应于多个现场设备中的每个，以便每个不同的现场设备可以由不同的变化率确定器205、不同的主DMC块222以及不同的(可选的)微分DMC块230控制。即，控制系统200的多个实例可以被包括在锅炉系统100中，多个实例中的每个相应于不同的现场设备。在锅炉系统100的一些实施例中， 控制方案200的至少一部分可以服务多个现场设备。例如，单个变化率确定器205可以服务诸如多个喷雾阀的多个现场设备。在示出的场景中，如果基于燃料与空气比例的变化率期望控制多于一个喷雾阀，则单个变化率确定器205可以产生相应于燃料与空气比例的变化率的信号210，并且可以将信号210输送至相应于不同的喷雾阀的不同的主DMC块222。 在另一例子中，单个主DMC块222可以控制在锅炉系统100的部分或整个锅炉系统100中的所有喷雾阀。在其他例子中，单个微分DMC块230可以将增强信号232传递至多个主DMC 块222，在其中，多个主DMC块222中的每个将其所产生的控制信号225提供至不同的现场设备。当然，用于控制多个现场设备的控制系统或方案200的其他实施例也是可能的。图6示出了控制产生蒸汽的锅炉系统的示例性方法300，诸如控制图1的产生蒸汽的锅炉系统100的示例性方法300。方法300还可以结合图4的控制系统或控制方案200 的实施例而运行。例如，可以由控制系统200或控制器120施行方法300。为了清楚起见， 下文同时参照图1的锅炉100和图4的控制系统或方案200来描述方法300。在块302处，可以获得或接收指示用于产生蒸汽的锅炉系统100的干扰量的信号 208。干扰量可以是用于锅炉系统100的任何控制变量、受控变量或干扰量，诸如熔炉燃烧器摆动位置；蒸汽流量；吹灰的量；阻尼器位置；功率设定；熔炉的燃料与空气混合比例； 熔炉的加热速度；喷雾流；水冷壁蒸汽温度；相应于涡轮的目标负载或实际负载中的一个的负载信号；流温度；燃料与供水比例；输出蒸汽的温度；燃料量；或燃料类型。在一些实施例中，一个或多个信号208可以相应于一个多个干扰量。在块305处，可以确定干扰量的变化率。在块308处，可以产生指示干扰量的变化率的信号210，并且信号210被提供至诸如主DMC块222的动态矩阵控制器的输入。在一些实施例中，可以由变化率确定器205施行土夬 302、305 和 308。在块310处，可以基于在块308处产生的、指示干扰量的变化率的信号210来产生相应于最优响应的控制信号225。例如，主DMC块222可以基于指示干扰量的变化率的信号 210和相应于主DMC块222的参数模型产生控制信号225。在块312处，可以基于由块310 产生的控制信号225来直接在蒸汽被输送至涡轮116或118之前控制由产生蒸汽的锅炉系统100产生的输出蒸汽的温度202。 在一些实施例中，方法300可以包括附加的块315-328。在这些实施例中，在块315 处，相应于由块305确定的干扰量的变化率的信号210也可以被提供至诸如图4的微分DMC 块230的微分动态矩阵控制器。在块318处，可以基于干扰量的变化率来确定增强的量，并且在块320处，可以产生相应于在块318处确定的增强的量的增强信号或微分信号232。在块322处，在块320处产生的增强或微分信号232和在块310处产生的控制信号225可以被提供至加法器，诸如图4的加法器块238。在块325处，可以组合增强或微分信号232以及控制信号225。例如，可以将增强信号232与控制信号225相加，或可以以一些其他方式组合它们。在块3 处，可以基于该组合来产生加法器输出控制信号，并且在块 312处，可以基于加法器输出控制信号来控制输出蒸汽的温度。在一些实施例中，块312可以包括提供控制信号225至锅炉系统100中的现场设备以及基于控制信号225来控制现场设备，以便转而控制输出蒸汽的温度202。注意对于包括块315-3 的方法300的实施例， 省略从块310至块312的流程，并且方法300可以替代地从块310进行至块322，如虚线箭头所示。仍进一步地，在此所述的控制方案、系统和方法能够被分别应用至使用与所示出的或在此所述的不同的过热器和再热器部分的配置类型的产生蒸汽的系统。因此，虽然图1-4示出了两个过热器部分和一个再热器部分，但是在此所述的控制方案可以用于具有更多个或更少个过热器部分和再热器部分的锅炉系统，并且这些锅炉系统在过热器和再热器部分中的每个内使用任何其他类型的配置。此外，在此所述的控制方案、系统和方法并不限于仅控制产生蒸汽的锅炉系统的输出蒸汽温度。通过在此所述的控制方案、系统和方法中的任何一个，可以附加地或替代地控制产生蒸汽的锅炉系统的其他应变的过程变量。例如，在此所述的控制方案、系统和方法分别被应用于控制用于氧化氮减少的氨的量、鼓轮水平、熔炉压强、节流阀压强、和产生蒸汽的锅炉系统的其他应变的过程变量。尽管上述的正文对本发明的多个不同实施例作了详细的描述，但是应该理解本发明的范围应该由本专利最后所提出的解释权利要求的文字所限定。详细的说明只作为示例来解释而不能描述本发明的每个可能的实施例，描述每个可能的实施例是不切实际的，即使是可能的。能够使用当前的技术或者也能够使用本专利提交日之后所开发的技术来实现多个可替代的实施例，这些仍然处于本发明权利要求所限定的范围内。因此，对此处所描述的或示出的技术和结构所作的许多修改和变型可以不偏离本发明的精神和范围。因此，应该理解此处所描述的方法和装置仅仅是说明性的并不限定本发明的范围。
权利要求
1.一种控制产生蒸汽的锅炉系统的方法，包括获得指示用于所述产生蒸汽的锅炉系统的干扰量的信号；确定所述干扰量的变化率；将指示所述干扰量的所述变化率的信号提供至动态矩阵控制器的输入；基于所述指示所述干扰量的所述变化率的信号，由所述动态矩阵控制器来产生控制信号；以及基于所述控制信号来控制输出蒸汽的温度，其中由所述产生蒸汽的锅炉系统产生所述输出蒸汽，以用于输送至涡轮。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述控制信号来控制所述输出蒸汽的所述温度包括提供所述控制信号至所述产生蒸汽的锅炉系统的现场设备。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述现场设备相应于所述产生蒸汽的锅炉系统的多个部分中的一个，所述多个部分包括熔炉、过热器部分和再热器部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述指示所述干扰量的信号包括获得相应于以下至少一项的信号熔炉燃烧器摆动位置；蒸汽流量；吹灰的量；阻尼器位置； 功率设定；所述产生蒸汽的锅炉系统的熔炉的燃料与空气混合比例；所述熔炉的加热速度；喷雾流；水冷壁蒸汽温度；相应于所述涡轮的目标负载或实际负载中的一个的负载信号；流温度；燃料与供水比例；所述输出蒸汽的所述温度；燃料量；燃料类型；所述产生蒸汽的锅炉系统的受控变量；或所述产生蒸汽的锅炉系统的控制变量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述指示所述干扰量的信号包括获得多个不同的信号，所述多个不同的信号中的每个相应于不同的干扰量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述控制信号包括进一步地基于存储在所述动态矩阵控制器中的参数模型来产生所述控制信号。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态矩阵控制器是第一动态矩阵控制器，并且所述方法还包括将所述指示所述干扰量的所述变化率的信号提供至微分动态矩阵控制器的输入；确定被添加至所述控制信号的增强的量；以及基于所述干扰量的所述变化率，由所述微分动态矩阵控制器来产生相应于所述增强的量的微分信号；以及其中，基于所述控制信号来控制所述输出蒸汽的所述温度包括基于由所述微分动态矩阵控制器产生的所述微分信号与由所述第一动态矩阵控制器产生的所述控制信号的组合来控制所述输出蒸汽的所述温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由所述第一动态矩阵控制器产生所述控制信号包括进一步地基于存储在所述第一动态矩阵控制器中的第一参数模型来产生所述控制信号；由所述微分动态矩阵控制器产生所述微分信号包括进一步地基于存储在所述微分动态矩阵控制器中的微分参数模型来产生所述微分信号；以及所述第一参数模型和所述微分参数模型是不同的参数模型。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态矩阵控制器的所述输入是第一输入，并且所述方法还包括将指示所述输出蒸汽的实际温度的信号提供至所述动态矩阵控制器的第二输入，并且将输出蒸汽温度设定点提供至所述动态矩阵控制器的第三输入；以及其中，产生所述控制信号包括基于在所述第一输入处提供的所述指示所述干扰量的所述变化率的信号、在所述第二输入处提供的所述指示所述输出蒸汽的实际温度的信号、以及在所述第三输入处提供的所述输出蒸汽温度设定点来产生所述控制信号。
10.一种用于产生蒸汽的锅炉系统的控制器单元，所述控制器单元被通信地耦合至现场设备和所述产生蒸汽的锅炉系统的锅炉，并且所述控制器单元包括动态矩阵控制器(DMC)，其包括第一 DMC输入，以接收指示所述产生蒸汽的锅炉系统的干扰量的变化率的信号；第二 DMC输入，以接收指示输出蒸汽温度设定点的信号；第三DMC输入，以接收指示由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的、用于输送至锅炉的输出蒸汽的实际温度的信号；动态矩阵控制例程，其使用所述指示所述干扰量的所述变化率、所述输出蒸汽温度设定点的信号、以及所述指示所述输出蒸汽的所述实际温度的信号来确定控制信号；以及DMC输出，以将所述控制信号提供至所述现场设备来控制所述输出蒸汽的所述实际温度。
11.根据权利要求10所述的控制单元，其特征在于，所述产生蒸汽的锅炉系统包括多个部分，其包括熔炉、过热器部分和再热器部分，并且其中所述现场设备被包括在所述多个部分中的一个中。
12.根据权利要求10所述的控制器单元，其特征在于，所述干扰量相应于干扰量组中的一个，所述干扰量组包括熔炉燃烧器摆动位置；蒸汽流量；吹灰的量；阻尼器位置；功率设定；所述产生蒸汽的锅炉系统的熔炉的燃料与空气混合比例；所述熔炉的加热速度； 喷雾流；水冷壁蒸汽温度；相应于所述涡轮的目标负载或实际负载中的至少一个的负载信号；流温度；燃料与供水比例；所述输出蒸汽的所述实际温度；燃料量；燃料类型；所述产生蒸汽的锅炉系统的受控变量；和所述产生蒸汽的锅炉系统的控制变量。
13.根据权利要求12所述的控制器单元，其特征在于，所述干扰量组不包括中间蒸汽温度，其中所述中间蒸汽温度是在确定所述输出蒸汽的所述实际温度的位置的上游确定的。
14.根据权利要求10所述的控制器单元，其特征在于，所述动态矩阵控制例程包括可变化的参数模型，并且其中，所述动态矩阵控制例程进一步地基于所述可变化的参数模型来确定所述控制信号。
15.根据权利要求10所述的控制器单元，其特征在于，所述第一DMC输入是多个第一 DMC输入，并且所述多个第一 DMC输入中的每个相应于不同的干扰量。
16.根据权利要求10所述的控制器单元，还包括增益调节器，其运行在所述指示所述干扰量的所述变化率的信号上。
17.根据权利要求10所述的控制器单元，其特征在于，所述动态矩阵控制器是主动态矩阵控制器，所述动态矩阵控制例程是主动态矩阵控制例程，所述第一 DMC输入是第一主 DMC输入，所述第二 DMC输入是第二主DMC输入，所述第三DMC输入是第三主DMC输入，以及所述控制信号是主控制信号，并且所述控制器单元还包括微分动态矩阵控制器，其包括第一微分DMC输入，以接收所述指示所述干扰量的所述变化率的信号； 微分动态矩阵控制例程，其使用所述指示所述干扰量的所述变化率的信号来确定增强信号；以及微分DMC输出，以将所述增强信号提供至加法器；并且所述加法器包括 第一加法器输入，以接收所述主控制信号； 第二加法器输入，以接收所述增强信号；以及加法器输出，以产生并且提供加法器控制信号至所述现场设备来控制所述输出蒸汽的所述实际温度，其中所述加法器控制信号基于所述主控制信号和所述增强信号的组合。
18.根据权利要求17所述的控制器单元，其特征在于，所述主动态矩阵控制例程包括主模型，并且进一步地基于所述主模型来确定所述主控制信号，所述微分动态矩阵控制例程包括微分模型并且进一步地基于所述微分模型来确定所述增强信号，并且所述主模型和所述微分模型是不同的参数模型。
19.根据权利要求17所述的控制器单元，还包括运行在所述增强信号上的增强增益调节器、或运行在所述加法器控制信号上的加法器增益调节器中的至少一个。
20.一种产生蒸汽的锅炉系统，包括 锅炉；现场设备；控制器，其被通信地耦合至所述锅炉和所述现场设备；以及控制系统，其被通信地连接至所述控制器以接收指示干扰量的信号，所述控制系统包括例程，该例程基于所述指示所述干扰量的信号来确定所述干扰量的变化率； 产生指示所述干扰量的所述变化率的信号；基于所述指示所述干扰量的所述变化率的信号来产生控制信号；以及提供所述控制信号至所述现场设备来控制所述锅炉的输出参数的水平。
21.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述例程是动态矩阵控制例程并且基于所述指示所述干扰量的所述变化率的信号、指示所述输出参数的实际水平的信号、以及相应于所述输出参数的所期望的水平的设定点来产生所述控制信号。
22.根据权利要求21所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述例程进一步地基于参数模型来产生所述控制信号。
23.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于， 所述控制信号是主控制信号；所述控制系统还包括加法器； 所述例程包括第一例程和第二例程；所述第一例程基于所述指示所述干扰量的所述变化率的信号来产生增强信号，并且将所述增强信号提供至所述加法器；所述第二例程基于所述指示所述干扰量的所述变化率的信号、指示所述输出参数的所测量的水平的信号、以及相应于所述输出参数的所期望的水平的设定点来产生所述主控制信号；所述第二例程将所述主控制信号提供至所述加法器；以及所述加法器将所述主控制信号与所述增强信号组合，基于所述主控制信号和所述增强信号的所述组合来产生加法器输出控制信号，并且将所述加法器输出控制信号提供至所述现场设备。
24.根据权利要求23所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述第一例程进一步地基于第一参数模型来产生所述增强信号，所述第二例程进一步地基于第二参数模型来产生所述主控制信号，并且所述第一参数模型和所述第二参数模型是不同的参数模型。
25.根据权利要求23所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述控制系统还包括以下至少一项更改所述指示所述干扰量的所述变化率的信号的第一增益调节器、更改所述增强信号的第二增益调节器、或更改所述加法器输出控制信号的第三增益调节器。
26.根据权利要求25所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述第一增益调节器、 所述第二增益调节器或所述第三增益调节器中的至少一个是能手动操作的。
27.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，从干扰量组中选择所述干扰量，所述干扰量组包括熔炉燃烧器摆动位置；蒸汽流量；吹灰的量；阻尼器位置；功率设定；所述产生蒸汽的锅炉系统的熔炉的燃料与空气混合比例；所述熔炉的加热速度； 喷雾流；水冷壁蒸汽温度；相应于接收由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的输出蒸汽的涡轮的目标负载或实际负载中的至少一个的负载信号；流温度；燃料与供水比例；所述输出蒸汽的温度；由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的负载；燃料量；燃料类型；所述产生蒸汽的锅炉系统的受控变量；和所述产生蒸汽的锅炉系统的控制变量。
28.根据权利要求27所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述干扰量组不包括相应于所述输出参数的中间值；所述相应于所述输出参数的中间值是在所述产生蒸汽的锅炉系统中相应于中间值的上游位置处确定的；以及相应于所述中间值的所述上游位置比确定所述输出参数的所述水平的位置更加远离接收来自所述产生蒸汽的锅炉系统的输出蒸汽的所述涡轮。
29.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述干扰量包括两个或更多个干扰量。
30.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述现场设备是第一现场设备，所述控制系统是主控制系统，并且所述控制信号是第一主控制信号；以及所述产生蒸汽的锅炉系统还包括第二现场设备和第二控制系统，其产生第二主控制信号，所述第二现场设备用所述第二主控制信号来控制所述锅炉的所述输出参数的所述水平或所述锅炉的不同的输出参数的水平。
31.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述锅炉是直流锅炉。
32.根据权利要求22所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述例程是多输入/单输出控制例程，并且所述参数模型是可更新的。
33.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述输出参数是由所述产生蒸汽的锅炉系统至涡轮的蒸汽输出的温度。
34.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述输出参数是由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的氨的量。
35.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述输出参数是所述产生蒸汽的锅炉系统的鼓轮的水平。
36.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述输出参数是所述产生蒸汽的锅炉系统中的熔炉的压强。
37.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述输出参数是所述产生蒸汽的锅炉系统中的节流阀处的压强。
38.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统，其特征在于，所述锅炉包括多个部分，所述多个部分包括熔炉且还包括过热器部分或再热器部分中的至少一个，并且所述现场设备被包括在所述锅炉的所述多个部分中的一个中。
全文摘要
本发明公开了使用动态矩阵控制的蒸汽温度控制。一种控制产生蒸汽的锅炉系统的技术包括使用干扰量的变化率来控制所述锅炉系统的一部分的运行，并且特别地，来控制至涡轮的输出蒸汽的温度。该技术使用主动态矩阵控制(DMC)块来控制至少部分地影响所述输出蒸汽温度的现场设备。所述主DMC块使用干扰量的变化率、当前输出蒸汽温度、以及输出蒸汽温度设定点作为输入来产生控制信号。可以包括微分DMC块，以基于所述干扰量的所述变化率和/或其他所期望的权重来提供增强信号。所述增强信号与所述主DMC块的控制输出相组合来将所述输出蒸汽温度更快地控制至其所期望的水平。
文档编号F22B35/00GK102374518SQ20111023673
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月15日 优先权日2010年8月16日
发明者R·A·贝维里吉, R·J·小沃伦 申请人:爱默生过程管理电力和水解决方案公司