[发明专利]整体气化联合循环功率发生的模型预测控制系统和方法

说明书

关于联邦赞助开发的声明

本发明是在美国政府支持下，根据美国能源部授予的合同No.DE-FC26-07NT43094而作出的。因此，美国政府可对本发明具有某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请涉及与本申请同时提交的名称为“Method And System To Estimate Variables In An Integrated Gasification Combined Cycle(IGCC)Plant(用以估计整体气化联合循环(IGCC)装置中的变量的方法和系统)”的美国专利申请No.13/053690(律师案号No.250547-1)，该申请通过引用而整体地结合在本文中。

技术领域

本发明大体涉及整体气化联合循环(IGCC)功率发生，并且更特别地，涉及用于控制IGCC功率发生装置的基于模型的预测控制系统和方法。

背景技术

作为对于诸如可用充裕的含碳材料(例如，煤和其它成本较低的燃料)清洁且高效地产生电功率有吸收力的技术，整体气化联合循环(IGCC)技术持续发展。在IGCC的前端处是被称为气化的处理，气化是将燃料(例如，煤)转变成可燃的合成气(合成气体)流的部分氧化处理。IGCC是环境友好的，因为在进行燃烧之前，基本可从合成气体流中移除引起污染的排放(例如，SO_x、NO_x、汞、微粒等)。虽然IGCC技术内在地对清洁且高效的功率发生存在很大优势，但仍然有改进IGCC功率发生的机会，以提高可靠性、可用性、效率和灵活性。

已知目前的用于运行IGCC功率装置的技术趋向于基于过于简单化的控制过程，该过程可以僵硬且不方便的操作准则的方式传达给操作者，该操作准则未必设计成实现任何有意义的优化策略，诸如，这可能是因为用于监测和控制IGCC装置的在线信息有限。例如，不是依赖基础度量，而是经常用次要度量代替，以试图估计装置性能，基础度量可直接指示装置的实际物理性能，诸如碳转化效率等，而次要度量仅可无关地指示装置的性能，诸如氧碳比。此外，目前的装置运行依赖于操作者“拧”单个控制旋钮或刻度盘(例如，氧碳比)来实现一些基本运行，这可受可由于给定的操作者的经验水平的原因而引入的易变性的影响。前述方法一般会得到保守性方案(即，次优控制)，这无法完全实现IGCC装置的潜在效率。

考虑到前述考量，制定模型预测控制(MPC)策略将是合乎需要的，其中，IGCC装置可以较高的灵活度以成本有效的方式运行。例如，制定多变量预测控制策略将是合乎需要的，可针对IGCC装置的相应的运行模式基本实时地动态地修整多变量预测控制策略，或者可针对IGCC装置的相应的瞬时状态来动态地修整多变量预测控制策略，诸如当装置从一个运行模式过渡到另一个运行模式时。制定可动态地适应装置运行的各种情形(诸如以不同的燃料或燃料混合物运行,或者在不同的功率发生条件下)，同时保持或改进IGCC装置的效率和可用性的控制策略将是进一步合乎需要的。

发明内容

大体上，本发明的至少一些方面可由一种用于整体气化联合循环(IGCC)功率发生装置的控制系统实现。该系统可包括联接成感测指示装置参数的多个信号的传感器套件。系统可进一步包括估计器，估计器联接成接收由传感器套件感测到的装置参数中的至少一些，以及估计至少另一个装置参数。动态模型可联接到估计器和/或传感器套件上，以接收感测和/或估计的装置参数，以及产生对预测时间范围内的装置性能的预测。控制器可联接到动态模型上，以处理对装置性能的预测，以及服从装置的一个或多个约束而确定IGCC装置在控制时间范围内的控制策略。控制策略可包括用以达到跟踪目标的控制功能性，并且可进一步包括用以达到优化目标的控制功能性。控制策略可配置成基于座标转换而使跟踪目标优先于优化目标。可根据确定的控制策略来设定多个装置控制旋钮，以产生配置成达到跟踪目标和达到优化目标的一系列协调的多变量控制输入。