Model-based evaluation of a power plant steam boiler system

• Autorzy: Barszcz T. , Czop P. , Bednarz J.

Warianty tytułu

PL

Ocena efektywności pracy kotła parowego w elektrowni węglowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The method, involving the combination of first-principle and data-driven approaches towards assessing efficiency and diagnosing steam boilers, is presented in this paper. The objectives of this work are as follows: (i) to implement a moderately complex first-principle model of a steam boiler to reproduce operational measurements in real-time simulations, (ii) to develop a tuning method for this model, (iii) to propose key indicators of heater performance using a model-based approach, and finally (iv) to automate the calculation process of the indicators. The paper discusses a nonlinear least-square optimisation technique used to adjust the phenomenological parameters of the model. The model variables and estimated parameter values were used to formulate performance indicators intended for a model-based evaluation approach. The validation was successfully performed using operational data from a 225 MW coal-fired power unit.

PL

W artykule przedstawiono metodę oceny efektywności pracy kotła parowego. Proponowana metoda umożliwia również diagnostykę kotłów parowych w elektrowniach węglowych. Metodologia zaproponowana w artykule umożliwia wyznaczenie fizycznych parametrów kotła parowego w celu analizy jego wydajności za pomocą kluczowych wskaźników procesu. Cele tej pracy są następujące: (i) zbudowanie modelu kotła parowego do odtworzenia pomiarów eksploatacyjnych w symulacji w czasie rzeczywistym, (ii) opracowanie metody strojenia dla tego modelu, (iii) zaproponowanie kluczowych wskaźników wydajności podgrzewacza za pomocą podejście opartego na modelu, a na końcu (iv) zautomatyzowanie procesu obliczania wskaźników. W artykule omówiono technikę optymalizacji z wykorzystaniem nieliniowej metody najmniejszych kwadratów, która została wykorzystana do dostrojenia parametrów modelu. Zmienne modelu oraz szacunkowe wartości jego parametrów zostały wykorzystane do opracowania wskaźników oceny wydajności kotła opartych na zbudowanym modelu. Walidację modelu przeprowadzono dla danych eksploatacyjnych zarejestrowanych w 225 MW bloku elektrowni węglowej.

Słowa kluczowe

EN

power plant; steam boiler; modelling; system identification; MATLAB; Simulink

PL

elektrownia cieplna; kocioł parowy; modelowanie; identyfikacja układów; MATLAB; Simulink

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 2
• Strony: 7--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Barszcz T.

autor

Czop P.

autor

Bednarz J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Robotics and Mechatronics, Krakow,

Bibliografia

• 1. Bachmann R, Nielsen H, Warner J, R.Kehlhofer (eds.) (1999). Combined - Cycle Gas & Steam Turbine Power Plants, PennWell Publsihing Company, Tulsa, Oklahoma.
• 2. Barszcz T. (2007). Virtual Power Plant in condition monitoring of power generation unit. Proceedings of the 20th international congress on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management, Faro, Portugal, June 13: 1-10.
• 3. Barszcz T., Czop P. (2007). Methodologies and applications of virtual power plant - New environment for power plant elements modeling. Radom: Institute of Sustainable Technologies.
• 4. Astrom K, Bell R. (2000). Drum-boiler dynamics. Automatica, 36: 363-378.
• 5. Franke R., Rode M, Krüger K. (2003) On-line optimization of drum boiler startup. Proceedings of the 3rd International Modelica Conference, Linköping: 287-296.
• 6. Godbole S.S., Malan G.F. (1991). Using the Modular Modeling System for Failure-Mode Analysis of PWRs with Recirculating Steam Generators, Electric Power Research Institute. Proceedings (EPRI) International Conference on Power Plant & Power System Training Simulators & Modeling, see also: www.nhancetech.com/nht_web.nsf/vwTechPapers/.
• 7. Guimaraesa L.N., Oliveira N.S., Borges E.M. (2008). Derivation of a Nine Variable Model of a U-tube Steam Generator Coupled with a Three-Element Controller; Applied Mathematical Modeling, 32: 1027-1043.
• 8. Leva A., Maffezzoni C., Benelli G. (1999). Validation of drum boiler models through complete dynamic tests. Control Engineering Practice, 7:11-26.
• 9. Maffezzoni C. (1997). Boiler-turbine dynamics in power-plant control. Control Engineering Practice, 5(3): 301-312.
• 10. Bohlin T. (2006) Practical grey-box process identification, Theory and Applications (Advances in Industrial Control), Springer-Verlag, London.
• 11. Patton R.J., Frank P.M., Clark R.N. (eds.) (2000). Issues of fault diagnosis for dynamic systems. London: Springer-Verlag.
• 12. Ljung L. (1999). System identification - Theory for the User, Prentice-Hall, USA.
• 13. Flynn D. (2000). Thermal power plants. Simulation and control. London: The Institution of Electrical Engineers.
• 14. MATLAB-SIMULINK documentation, Mathworks Inc., (2005). see also: www.mathworks.com