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teilen durch die dort vorhandenen AutomatisierungsSysteme in direkte .Eingriffe in die technische Anlage umgesetzt".share through the existing automation systems in direct "interventions in the technical system " .
' Viele Anlagenteile der technischen Anlage sind gewöhnlich zur Erfüllung ihrer Aufgaben mittels Anlagenparameter einstellbar. Der aktuelle Betriebspunkt jedes Anlagenteils ergibt sich aus den aktuellen Werten der jeweils zugehörigen Anlagenparameter. Der Betriebszustand der technischen Anlage ergibt sich aus den Betriebspunkten der Anlagenteile; so tragen "im Allgemeinen mehrere oder sogar alle Anlagenteile der technischen Anlage zum Betriebszustand der technischen Anlage- bei. '' Many parts of the technical system can usually be set using system parameters to perform their tasks. The current operating point of each system part results from the current values of the associated system parameters. The operating status of the technical system results from the operating points of the system parts; in general, several or even all system parts of the technical system contribute to the operating state of the technical system.
Beispielsweise befinden sich in einer technischen Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie mehrere Turbine-Generator- Einheiten, von denen jede an einem bestimmten Betriebspunkt arbeitet. An ihrem jeweiligen Betriebspunkt weist jede Turbine-Generator-Einheit im Allgemeinen eine Vielzahl von Betriebsgrößen, wie z.B. den Wirkungsgrad auf, der vom jeweiligen Betriebspunkt abhängt.For example, there are several turbine generator units in a technical system for generating electrical energy, each of which works at a specific operating point. At their respective operating point, each turbine generator unit generally has a large number of operating variables, such as the efficiency, which depends on the respective operating point.
Betrachtet man nun den Gesamtwirkungsgrad- der technischen Anlage, so ist dieser abhängig von den Wirkungsgraden jeder Teilanlage bei den jeweiligen Betriebspunkten. Eine Änderung eines Betriebspunktes eines Anlagenteils mittels der jeweils zugehörigen Anlagenparameter führt somit zu einer Veränderung der Betriebsgröße der technischen Anlage.If you now consider the overall efficiency of the technical system, it depends on the efficiency of each subsystem at the respective operating points. A change in an operating point of a system part by means of the respective associated system parameters thus leads to a change in the operating size of the technical system.
Oft werden an das Bedienpersonal einer technischen Anlage Aufgaben herangetragen, eine Betriebsgröße der technischen Anlage auf einen bestimmten Wert einzustellen.' Da sich die Betriebsgröße der technischen Anlage nicht unmittelbar einstellen lässt, geschieht die Lösung der Aufgabe durch Einstellung der Anlagenteile mittels der zugehörigen Anlagen- parameter. Im Allgemeinen gibt es mehrere Kombinationen von Anlagenparametern, die die gestellte Aufgabe erfüllen, diese- sind jedoch im Hinblick auf weitere Kriterien im Allgemeinen
L M N> F> *Tasks are often given to the operating personnel of a technical system to set an operating size of the technical system to a certain value. ' Since the operating size of the technical system cannot be set directly, the task is solved by setting the system parts using the associated system parameters. In general, there are several combinations of system parameters that fulfill the task, but these are general with regard to other criteria LM N>F> *
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finden sich keine Hinweise, mit welchen konkreten Maßnahmen dies geschehen könnte. Es wird lediglich davon ausgegangen, dass derartige Methoden zur Optimierung einer Betriebsgröße der technischen Anlage bekannt sind. Der Vergleich zwischen dem für die Durchführung der Optimierung benötigten Aufwand und dem letztendlich daraus resultierenden wirtschaftlichen Nutzen stellt den Kerngedanken' der' oben genannten Schrift dar. Um aus dem in der Schrift offenbarten Verfahren größtmöglichen Mutzen zu ziehen ist es notwendig, möglichst effek- tive Verfahren für die Optimierung einer Betriebsgröße wie z.B. des Wirkungsgrades einer technischen Anlage anzugeben, die dann für den vorher genannten Vergleich herangezogen werden können.there are no indications of the specific measures that could be used to do this. It is only assumed that such methods for optimizing an operating size of the technical system are known. The comparison between the need for the implementation of the optimization effort and ultimately resulting economic benefit is the core idea 'of the' above-mentioned publication. To get the full Mutzen from the disclosed in the document process, it is necessary to effec- possible tive process for the optimization of a company size, such as the efficiency of a technical system, which can then be used for the aforementioned comparison.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine oder mehrere Betriebsgrößen einer technischen Anlage mit mehreren Anlagenteilen intelligent einstellbar zu machen und mittels der Anlagenparameter der Anlagenteile optimal .einzustellen, wobei Nebenbedingungen nicht verletzt werden dürfen.The invention is therefore based on the object of making one or more operating variables of a technical system intelligently adjustable with a plurality of system parts and of optimally setting them by means of the system parameters of the system parts, whereby secondary conditions must not be violated.
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren der eingangs genannten Art aus folgenden Schritten:According to the invention, the method of the type mentioned initially consists of the following steps:
1. Mindestens eine der Betriebsgrößen der technischen Anlage wird für die Optimierung ausgewählt.1. At least one of the operating sizes of the technical system is selected for the optimization.
2. Eine mathematische und/oder messtechnisch gestützte Beschreibung der Abhängigkeit der zu optimierenden Betriebsgröße der technischen Anlage von den einstellbaren Anlagenparametern und sich zwangsläufig aus dem Betrieb ergebenden Randparametern wird erstellt.2. A mathematical and / or measurement-based description of the dependency of the operating size of the technical system to be optimized on the adjustable system parameters and marginal parameters that necessarily result from the operation is created.
3. Die aktuellen Anlagenparameter und die aktuellen Randparameter werden erfasst.3. The current system parameters and the current boundary parameters are recorded.
4. Nebenbedingungen für die einstellbaren Anlagenparameter werden festgelegt. 5. Für den aktuellen, durch die aktuellen Anlagenparameter und Randparameter erfassten Betriebszustand werden unter
Einhaltung der Nebenbedingungen die Anlagenparameter optimiert. 6. Die Anlagenteile werden mittels der optimierten Anlagenparameter eingestellt.' 4. Additional conditions for the adjustable system parameters are specified. 5. For the current operating state, captured by the current system parameters and boundary parameters, under Compliance with the secondary conditions optimizes the system parameters. 6. The system parts are set using the optimized system parameters. '
Unter „mathematisch und/oder messtechnisch-gestützter Beschreibung werden in diesem Zusammenhang insbesondere analytische mathematische Formeln bzw. aus diskreten, an Stützstellen gewonnenen Datenpunkten bestehende Kennlinienfelder verstanden.In this context, “mathematically and / or measurement-based description” means in particular analytical mathematical formulas or characteristic curve fields consisting of discrete data points obtained at support points.
Das Verfahren der erfindungsgemäßen Art erfordert keine Veränderung der Hardware der Komponenten der Anlagenteile; derartige Veränderungen können unter Umständen darüber hinaus zu einer verbesserten Betriebsweise beitragen, ■ werden aber vorteilhaft bereits bei der Auslegung der Anlage und nicht mehr bei laufendem Betrieb vorgenommen, was sehr kostspielig wäre. Beim erfindungsgemä en Verfahren werden die Anlagenteile der technischen Anlage intelligent so eingestellt, dass sich ein optimierter Betrieb ergibt und Nebenbedingungen nicht verletzt werden.The method of the type according to the invention does not require any change in the hardware of the components of the system parts; Such changes may also contribute to an improved mode of operation under certain circumstances, but ■ are advantageously made during the design of the system and no longer during operation, which would be very expensive. In the method according to the invention, the system parts of the technical system are intelligently set so that optimized operation results and auxiliary conditions are not violated.
Derartige Nebenbedingungen können .z.B. sein:- von einer Anlage •zur Erzeugung von elektrischer Energie wird' gefordert, dass sie eine festgelegte Gesamtleistung - die sich zusammensetzt aus der Summe der Einzelleistungen der Anlagenteile - zur Verfügung zu stellen hat und jeder Anlagenteil nur in einem jeweils zulässigen Betriebsbereich betrieben werden darf. Es sind dann beispielsweise die Produktionskosten der technischen Anlage oder der Wirkungsgrad zu optimieren, wobei die vorher genannten Nebenbedingungen eingehalten werden müssen. Die genannten. Betriebsgrößen Produktionskosten und Wirkungsgrad der technischen Anlage sind lediglich beispielhaft zu verstehen - das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich darüber hinaus zur Optimierung einer Vielzahl von weiteren Betriebsgrößen einer technischen Anlage.
OJ LO NO ) t-> F1 Such secondary conditions can be, for example: - a plant • for the generation of electrical energy is required to provide a fixed total output - which is made up of the sum of the individual performances of the plant parts - and each plant part only in one permissible operating range may be operated. Then, for example, the production costs of the technical system or the efficiency have to be optimized, whereby the previously mentioned secondary conditions have to be observed. The above. Operating parameters Production costs and efficiency of the technical system are only to be understood as examples - the method according to the invention is also suitable for optimizing a large number of other operating parameters of a technical system. OJ LO NO) t-> F 1
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bereits bestehenden Automatisierungssystem der technischen Anlage implementiert werden, wenn zwischen diesem und den weiteren Automatisierungssystemen der technischen Anlage eine Daten erbindung besteht und so Zugriff auf die Anlagenpara- meter und Betriebsgrößen der weiteren Anlagenteile besteht.already existing automation system of the technical system can be implemented if there is data connection between this and the other automation systems of the technical system and thus there is access to the system parameters and operating parameters of the other system parts.
Desweiteren führt die Erfindung zu- einem Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.Furthermore, the invention leads to a computer program product which can be loaded directly into the internal memory of a digital computer and comprises software code sections with which the steps of the method according to the invention are carried out when the product is running on a computer.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:Three embodiments of the invention are explained with reference to the accompanying drawings. It shows:
FIG 1 eine technische Anlage verbunden mit einer Recheneinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, FIG 2 eine Recheneinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Interpolator zur Interpolation aktueller Werte des Betriebszustands, und' FIG 3 eine technische Anlage mit mehreren Anlagenteilen verbunden mit einer Recheneinheit zur Durchführung des er indungsgemäßen Verfahrens mit mehreren Verarbeitungseinheiten zur Interpolation sowie zur Durchführung verschiedener mathematischer Operationen.1 shows an industrial plant connected with a computing unit for implementing the method according to the invention, FIG 2 is an arithmetic unit for carrying out the method according to the invention with an interpolator for interpolating the current values of the operating state, and '3 shows a technical facility connected to multiple parts of the plant with a computing unit for carrying out he method according to the invention with several processing units for interpolation and for carrying out various mathematical operations.
FIG 1 zeigt eine technische Anlage 1 mit mehreren Anlagentei- len 3, 5, 7, ... n, die insofern autark sind, als jeder1 shows a technical system 1 with a number of system parts 3, 5, 7,... N, which are autonomous insofar as each
'Anlagenteil nur die Eingabe vo Anlagenparametern benötigt, die dann (z.B. über einen eigenen Rechner) das Anlagenteil steuern. '' Plant section only requires input of plant parameters, which then control the plant section (e.g. via its own computer).
Die Anlage ist mit einer Recheneinheit.20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden ist. Die Recheneinheit 20 enthält eine Optimierungsstufe 24, die eine
The system is connected to a computing unit 20 for carrying out the method according to the invention. The computing unit 20 contains an optimization stage 24, the one
mierte Anlagenparameter 4b; mittels dieser optimierten Anlagenparameter 4b sind' dann die Anlagenteile einzustellen.mated system parameters 4b; the plant parts are optimized by means of these system parameters 4b 'then set.
In FIG 3 ist eine technische Anlage 1 mit mehreren Anlagen- teilen 3, 5, 7, ...n und einer anderen Ausführungsform 20' der Recheneinheit aus. Fig. 1 dargestellt. Die Recheneinheit 20' enthält eine Eingabeeinheit EE, beispielsweise eine Tastatur, mit deren Hilfe die vorzugsweise messtechnisch an festen Stützstellen ermittelten diskreten Werte 23 zur technischen Beschreibung des Verhaltens der zu optimierenden Betriebsgröße der technischen Anlage als sogenanntes Kenn- • linienfeld erfasst werden. Ein erster Interpolator INT1 ermittelt aus den diskreten Werten 23 des Kennlinienfeldes eine vorzugsweise abschnittsweise analytische mathematische Darstellung jeder durch diskrete Werte beschriebenen Kennlinie des Kennlinienfeldes. Ein Abschnitt ist durch eine erste Stützstelle und eine unmittelbar darauf folgende zweite Stützstelle begrenzt.3 shows a technical installation 1 with a plurality of installation parts 3, 5, 7,... N and another embodiment 20 'of the computing unit. Fig. 1 shown. The computing unit 20 'contains an input unit EE, for example a keyboard, with the aid of which the discrete values 23, which are preferably determined by measurement at fixed support points, for technical description of the behavior of the operating variable of the technical system to be optimized are recorded as a so-called characteristic field. A first interpolator INT1 determines from the discrete values 23 of the characteristic field a preferably section-wise analytical mathematical representation of each characteristic curve of the characteristic field described by discrete values. A section is delimited by a first support point and a second support point immediately following it.
Gebräuchliche bekannte Methoden zur Interpolation sind die lineare Interpolation, die Interpolation durch Polynome oder rationale Funktionen und die Interpolation mittels sogenannter Splines. Für de Interpolator INT1 wird vorzugsweise die Interpolation mittels Splines verwendet. Dabei wird die Interpolation zwischen den an Stützstellen gewonnenen diskreten Werten 23 abschnittsweise durch Polynome niedrigen Grades vorgenommen. Jedem Abschnitt wird dabei ein Polynom zugeordnet. Eine sogenannte Spline-Funktion besteht aus den den Abschnitten zugeordneten Polynomen; die Polynome haben alle den selben Grad. Besonders vorteilhaft verwendet man Polynome dritten Grades und erhält damit eine sogenannte kubische Spline-Funktion. Kubische Spline-Funktionen besitzen eine im mathematischen Sinn glatte 'erste Ableitung und daraus bedingt eine kontinuierliche zweite Ableitung. Beide Ablei- tungen liegen analytisch vor, da die Ableitung von Polynomen - und insbesondere von Polynomen dritten Grades bekannt ist. Bei der Verwendung von Spline-Funktionen dritten Grades sind
folglich zu jedem Abschnitt vier Spline-Koeffizienten zu ermitteln, die die Koeffizienten des zugehörigen Polynoms darstellen. Zur- Ermittlung der Spline-Koeffizienten werden folgende Bedingungen gefordert:Commonly known methods for interpolation are linear interpolation, interpolation using polynomials or rational functions and interpolation using so-called splines. Interpolation by means of splines is preferably used for the interpolator INT1. The interpolation between the discrete values 23 obtained at interpolation points is carried out in sections by low-degree polynomials. A polynomial is assigned to each section. A so-called spline function consists of the polynomials assigned to the sections; the polynomials are all of the same degree. Third-degree polynomials are used with particular advantage and thus obtain a so-called cubic spline function. Cubic spline functions have a smooth 'first derivative in the mathematical sense and therefore a continuous second derivative. Both derivations are available analytically, since the derivation of polynomials - and in particular of third degree polynomials - is known. When using spline functions are third degree consequently, to determine four spline coefficients for each section which represent the coefficients of the associated polynomial. The following conditions are required to determine the spline coefficients:
1-. Die Spline-Funktion muss an den Stützstellen die durch die technische Beschreibung vorgegebenen diskreten Werte annehmen und stetig sein.1-. The spline function must assume the discrete values specified by the technical description at the support points and be constant.
2. Die erste Ableitung der Spline-Funktion muss in den Stützstellen stetig sein.2. The first derivative of the spline function must be constant in the support points.
3. Die zweite Ableitung der Spline-Funktion muss ebenfalls in den Stützstellen stetig sein..3. The second derivative of the spline function must also be constant in the support points.
Vorzugsweise nimmt zusätzlich die zweite Ableitung an den äußeren Stützstellen, also an denjenigen Stützstellen, die nur zu einem Abschnitt gehören - den sogenannten äußeren Stützstellen - den Wert Null an. Algorithmen zur abschnittsweisen Bestimmung der Spline-Koeffizienten unter de vorher genannten Bedingungen sind bekannt. Zu jeder Kennlinie des Kennlinienfeldes - welches durch die diskreten Werte 23 beschrieben ist -,die zu jeweils einem festen Wert eines • Randparameters gehört, ermittelt der erste Interpolator INT1 bei Verwendung von kubischen Spline-Funktionen zur Interpolation für jeden Abschnitt des durch die diskreten Werte 23 beschriebenen Kennlinienfeldes die Spline-Koe fizienten; für jeden dieser Abschnitte ermittelt der Interpolator INT1 bei der Verwendung von kubischen Spline-Funktionen folglich vier Koeffizienten. Der erste Interpolator INT1 interpoliert- also über eine erste Größe - und zwar über die Anlagenparameter 4a -, indem er zu jeweils einer diskret beschriebenen Kennlinie des Kennlinienfeldes, welche zu einem festen Wert eines Randparameters gehört, für jeden Abschnitt analytisch Spline- Koeffizienten 32 ermittelt. Diese Koeffizienten 32 werden vorteilhaft den entsprechenden Abschnitten zugeordnet und in einem Speicher SP abgelegt. Die bisher genannten Schritte der Erfassung des Kennlinienfeldes und Interpolation über eine erste Größe müssen nur einmal offline durchgeführt werden;
co co r ro F"In addition, the second derivative preferably takes the value zero at the outer support points, that is to say at those support points which only belong to one section - the so-called outer support points. Algorithms for determining the spline coefficients in sections under the aforementioned conditions are known. For each characteristic curve of the characteristic field - which is described by the discrete values 23 - which belongs to a fixed value of a • boundary parameter, the first interpolator INT1 determines using cubic spline functions for interpolation for each section of the by the discrete values 23 characteristic field described the spline coefficients; for each of these sections, the interpolator INT1 thus determines four coefficients when using cubic spline functions. The first interpolator INT1 interpolates - that is to say via a first variable - specifically via the system parameters 4a - by analytically determining spline coefficients 32 for each section of a characteristic curve of the characteristic field, which belongs to a fixed value of an edge parameter. These coefficients 32 are advantageously assigned to the corresponding sections and stored in a memory SP. The previously mentioned steps of acquiring the characteristic field and interpolating over a first quantity need only be carried out offline once; co co r ro F "
Cπ o Cn o Cπ CnCπ o Cn o Cπ Cn
Wert eines Randparameters sei dabei kleiner als der aktuelle Wert eines Randparameters, zu dem die Kennlinie ermittelt werden soll, und- der zweite feste Wert eines Randparameters soll größer sein als der aktuelle Wert eines Randparameters, zu dem die -interpolierte Kennlinie ermittelt werden soll. Die Bildungsvorschrift lautet dann: ■The value of an edge parameter is smaller than the current value of an edge parameter for which the characteristic is to be determined, and the second fixed value of an edge parameter is to be greater than the current value of an edge parameter for which the -interpolated characteristic is to be determined. The educational requirement is then: ■
c(p) = ai • Cι(bλ • p) + a2 • c2 (b2 \ p)c (p) = ai • Cι (b λ • p) + a 2 • c 2 (b 2 \ p)
Es werden also die beiden der zu interpolierenden Kennlinie benachbarten Kennlinien, die zu festen Werten eines Randparameters gehören, überlagert. Die Kurvenform der zu interpolierenden Kennlinie c(p) soll der Kurvenform von cι(p) um so ähnlicher sein, je näher der zur zu interpolierenden Kenn- linie gehörige aktuelle Wert eines Randparameters an dem ersten festen Wert des entsprechenden Randparameters liegt; Entsprechendes gilt für c2 (-p ) . Die Koeffizienten ai und a2 sind entsprechend zu wählen:The two characteristic curves adjacent to the characteristic to be interpolated, which belong to fixed values of an edge parameter, are therefore superimposed. The curve shape of the characteristic curve c (p) to be interpolated should be more similar to the curve shape of cι (p), the closer the current value of a boundary parameter belonging to the characteristic to be interpolated is to the first fixed value of the corresponding boundary parameter; The same applies to c 2 (-p). The coefficients ai and a 2 should be chosen accordingly:
Der Koeffizient a2 bestimmt sich zum Quotienten, aus derThe coefficient a 2 is determined as the quotient from which
Differenz zwischen dem aktuellen Wert eines Randparameters und dem ersten- festen Wert eines Randparameters und der Differenz zwischen dem zweiten festen Wert eines Randparameters und dem ersten festen Wert eines Randparameters; der Koeffizient a wird dann folgendermaßen gewählt:Difference between the current value of an edge parameter and the first fixed value of an edge parameter and the difference between the second fixed value of an edge parameter and the first fixed value of an edge parameter; the coefficient a is then chosen as follows:
Die Koeffizienten bi und b2 werden vorteilhaft folgendermaßen berechnet: Der Koeffizient i bestimmt sich zum Quotienten aus dem ersten festen Wert eines Randparameters und dem aktuellen Wert eines Randparameters und der zweite Koeffizient b2 bestimmt sich zum Quotienten aus dem zweiten festen Wert eines Randparameters und dem aktuellen Wert eines Randparameters.
Ein Test des Interpolators INT2, der beispielhaft wie vorher beschrieben arbeiten soll, zeigt, dass dies.er Kennlinien, die zu einem festen Wert eines Randparameters gehören, korrekt auf diese selbst abbildet, wenn der aktuelle Wert eines Randparameters mit einem festen Wert eines Randparameters übereinstimmt.The coefficients bi and b 2 are advantageously calculated as follows: the coefficient i is determined as the quotient from the first fixed value of a boundary parameter and the current value of a boundary parameter and the second coefficient b 2 is determined as the quotient from the second fixed value of a boundary parameter and the current value of a boundary parameter. A test of the interpolator INT2, which is intended to work as described above, shows that this maps the characteristic curves belonging to a fixed value of a boundary parameter to them themselves if the current value of a boundary parameter corresponds to a fixed value of a boundary parameter ,
Der Ausgang des Interpolators INT2, der eine interpolierte Kennlinie für einen aktuellen Wert 15 eines Randparameters bereitstellt, wird parallel zu zwei Verarbeitungsstufen VS1 bzw. VS2 geführt. Die Verarbeitungsstufe VS1 berechnet daraus den aktuellen Wert 40 der für die Optimierung ausgewählten Betriebsgröße. Die Verarbeitungsstufe VS2 berechnet den aktuellen Wert 42 des Gradienten der für die Optimierung ausgewählten Betriebsgröße; dazu werden beide Verarbeitungsstufen VSl und VS2 mit den aktuellen Werten 4a der Anlagenparameter versorgt. Der aktuelle Wert 40 der für die Optimierung ausgewählten Betriebsgröße wird an eine Anzeigeeinheit BI, beispielsweise ein Ausgabefeld eines Co puterbild- schirms übergeben, wo dann das Verhalten der zu optimierenden Betriebsgröße während des Betriebs der. technischen Anlage 1 überwacht werden kann. Der aktuelle Wert 40 der für die Optimierung ausgewählten Betriebsgröße bzw. der aktuelle Wert 42 des Gradienten der für die Optimierung ausgewählten Be- triebsgröße werden einer Optimierungsstufe OFT zur Verfügung gestellt.The output of the interpolator INT2, which provides an interpolated characteristic for a current value 15 of an edge parameter, is routed in parallel to two processing stages VS1 and VS2. The processing stage VS1 uses this to calculate the current value 40 of the farm size selected for the optimization. The processing stage VS2 calculates the current value 42 of the gradient of the operating variable selected for the optimization; For this purpose, both processing stages VS1 and VS2 are supplied with the current values 4a of the system parameters. The current value 40 of the operating variable selected for the optimization is transferred to a display unit BI, for example an output field of a computer screen, where the behavior of the operating variable to be optimized then during the operation of the. technical system 1 can be monitored. The current value 40 of the operating variable selected for the optimization or the current value 42 of the gradient of the operating variable selected for the optimization are made available to an optimization stage OFT.
Die Optimierungsstufe OPT arbeitet einen Optimierungsalgorithmus ab, der vorteilhaft ein Verfahren der sogenannten Sequenziellen Quadratischen Programmierung - abgekürzt SQP - ist. SQP-Verfahren gelten gegenwärtig als die effektivsten für die Lösung allgemeiner Aufgabenstellungen der nicht linearen Optimierung. Einzelheiten zu einem derartigen Verfahren der Sequenziellen Quadratischen Programmierung können z.B. Markos Papageorgiou: "Optimierung: Statische, dynamische, stochastische Verfahren für die Anwendung", Oldenbσurg, München, Wien, 1996 entnommen werden.
Die Optimierungsstufe OFT erhält außerdem die bei der Optimierung zu beachtenden Nebenbedingungen 8, sowie Startwerte 45 für die Anlagenpara ete , mit denen das Optimierungsverfahren initialisiert wird.The optimization stage OPT processes an optimization algorithm, which is advantageously a method of so-called sequential quadratic programming - abbreviated SQP. SQP methods are currently considered to be the most effective for solving general non-linear optimization tasks. Details of such a method of sequential quadratic programming can be found, for example, in Markos Papageorgiou: "Optimization: Static, dynamic, stochastic methods for use", Oldenbσurg, Munich, Vienna, 1996. The optimization level OFT also receives the secondary conditions 8 to be observed during the optimization, as well as start values 45 for the system parameters with which the optimization process is initialized.
Die Güte des durch die Optimierung-sstufe OPT ermittelten Optimums für die optimierten Anlagenparameter 4b hängt unter Umständen von der Wahl der Startwerte 45 ab. Vorteilhaft wird das Optimierungsverfahren, das in der Optimierungsstufe OPT implementiert ist, mehrmals gestartet, wobei bei jedem dieser Durchläufe des Optimierungsverfahrens andere Startwerte 45 verwendet werden. Die zum besten Optimierungsergebnis gehörigen optimierten Anlagenparameter 4b werden dann an die technische Anlage 1 übergeben; die Anlagenteile 3, 5, 7, ...n sind mittels dieser optimierten Anlagenparameter 4b einzustellen.The quality of the optimum for the optimized system parameters 4b determined by the optimization stage OPT may depend on the choice of the starting values 45. The optimization process, which is implemented in the optimization stage OPT, is advantageously started several times, with different start values 45 being used in each of these runs of the optimization process. The optimized system parameters 4b belonging to the best optimization result are then transferred to the technical system 1; the system parts 3, 5, 7, ... n are to be set using these optimized system parameters 4b.
Die in FIG 3 dargestellte technische Anlage 1 und die Rechen- . einheit 20' können in besonders vorteilhafter Weise als Vorrichtung zur Optimierung des Gesamtwirkungsgrades eines Wasserkraftwerks Verwendet werden, das mehrere Maschinensätze enthält. Von diesem Kraftwerk kann beispielsweise gefordert werden, dass es eine bestimmte elektrische Gesamtleistung für ein Verbundnetz zur Verfügung stellt, dass jeder Maschinensatz dabei nur in einem bestimmten zulässigen Betriebsbereich arbeitet und dass der Gesamtwirkungsgrad des Wasserkraftwerks dabei optimal ist. In diesem Fall ist die zu optimierende Betriebsgröße des Wasserkraftwerks der Gesamtwirkungsgrad. Die Nebenbedingungen bestehen aus der Bedingung für die abzugebende elektrische Gesamtleistung und den Bedingungen für die Betriebsbereiche, in denen die einzelnen Maschinen- • sätze arbeiten sollen. Besteht der zulässige Betriebsbereich mindestens eines Maschinensatzes aus mehreren sich nicht überlappenden Teilbereichen und/oder Betriebspunkten, so kann dieser bei Verwendung z.B. eines SQP-Verfahrens nicht als
Nebenbedingung in die Form genau einer Gleichung und/oder Ungleichung gebracht werden.The technical system 1 shown in FIG 3 and the computing. Unit 20 'can be used in a particularly advantageous manner as a device for optimizing the overall efficiency of a hydropower plant that contains several machine sets. This power plant can be required, for example, that it provides a certain total electrical output for a network, that each machine set only works in a certain permissible operating range, and that the overall efficiency of the hydropower plant is optimal. In this case, the size of the hydropower plant to be optimized is the overall efficiency. The secondary conditions consist of the condition for the total electrical output to be delivered and the conditions for the operating areas in which the individual machine • sets should work. If the permissible operating range of at least one machine set consists of several non-overlapping partial areas and / or operating points, this cannot be used when using, for example, an SQP method Supplementary condition in the form of exactly one equation and / or inequality.
In diesem Fall kann die Lösung des Problems darin bestehen, das Optimierύngsverfahren mehrmals zu durchlaufen, wobei bei diesen 'Durchläufe nacheinander je einer der zulässigen Teilbereiche bzw. Betriebspunkte als genau eine Nebenbedingung formuliert wird; das im Vergleich beste Optimierungsergebnis liefert die optimierten Anlagenparameter (hier: einzustellen- de Leistungssollwerte für die Maschinensätze) . Dieses kombinatorische Verfahren bringt u.U. einen erhöhten Reehenzeit- bedarf mit sich; ein Ansatzpunkt zur Verbesserung der -Behandlung des Problems von Nebenbedingungen,- die aus mehreren - zulässigen Teilbereichen und/oder Punkten zusammengesetzt sind und somit in vielen bekannten Optimierungsverfahren nicht direkt verarbeitet werden können, besteht in der Verwendung von Strategien sogenannter genetischer Algorithmen, die in der Literatur bekannt sind.In this case, the solution of the problem can be to go through the Optimierύngsverfahren several times, wherein each one of the admissible partial regions or operating points is formulated as just a constraint on these 'runs successively; The best optimization result in comparison provides the optimized system parameters (here: power setpoints to be set for the machine sets). This combinatorial procedure may result in an increased need for retirement time; One starting point for improving the treatment of the problem of secondary conditions, which are composed of several permissible sub-areas and / or points and thus cannot be directly processed in many known optimization methods, is the use of strategies of so-called genetic algorithms, which Literature are known.
Ein wesentlicher Randparameter eines Wasserkraftwerks ist die aktuell zur Verfügung stehende nutzbare Fallhöhe des Wassers. In der Regel steht für jeden Maschinens tz ein Kennlinienfeld zur Verfügung, wobei in diesem Kennlinienfeld jeder Kennlinie ein fester Wert der Fallhöhe des Wassers zugeordnet ist. Jede dieser Kennlinie beschreibt den Verlauf des Wirkungsgrades des jeweiligen Maschinensatzes über der von diesem Maschinensatz abgegebenen elektrischen Leistung. Der erste Interpolator interpoliert über diese Leistungen, der zweite Interpolator ermittelt zum aktuellen Wert der Fallhöhe des Wassers die interpolierten Kennlinien der Maschinensätze. Die ersteAn essential boundary parameter of a hydropower plant is the currently available usable head of the water. As a rule, a characteristic curve field is available for each machine, with a fixed value for the drop height of the water being assigned to each characteristic curve in this characteristic curve field. Each of these characteristics describes the course of the efficiency of the respective machine set over the electrical power output by this machine set. The first interpolator interpolates via these outputs, the second interpolator determines the interpolated characteristic curves of the machine sets based on the current value of the water head. The first
Verarbeitungsstufe bildet den aktuellen Wert des Gesamtwirkungsgrades des Wasserkraftwerks und Dringt diesen Wert zur Anzeige; die zweite Verarbeitungsstufe berechnet den aktuellen Wert des Gradienten des Gesamtwirkungsgrades . Beide Ver- arbeitungsstufen verwenden dazu die aktuellen Werte der an den Maschinensätzen eingestellten Leistungen. Die Optimierungsstufe optimiert den aktuellen Wert des Gesamtwirkungs-
grades und berechnet optimierte Leistungswerte für die Maschinensätze, mit denen diese dann zur Erreichung eines optimalen Gesamtwirkungsgrades einzustellen sind. Auf diese Weise wird in der Anlage selbsttätig eine Betriebsgröße (hier: der Gesamtwirkungsgrad) optimal an die nicht beeinflussbaren Randparameter und Nebenbedingungen angepasst.'
Processing level forms the current value of the overall efficiency of the hydropower plant and urges this value to be displayed; the second processing stage calculates the current value of the gradient of the overall efficiency. For this purpose, both processing stages use the current values of the outputs set on the machine sets. The optimization level optimizes the current value of the overall grades and calculates optimized performance values for the machine sets, with which these can then be set to achieve optimal overall efficiency. In this way, an operating variable (here: the overall efficiency) is optimally adapted to the boundary parameters and secondary conditions that cannot be influenced. '