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Online – Optimierung des Anfahrvorgangs einer komplexen Dampfturbine

 Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Anfahren einer komplexen Dampfturbine, dessen Modell von der Firma SIEMENS Power Generation zur Verfügung gestellt wurde, mit dem Softwarepaket OptControlCentre untersucht und optimiert. Die Optimierung wurde sowohl im Offline-Modus als auch im Online-Modus durchgefuehrt.

Bevor die Optimierung durchgeführt werden konnte, mussten zuerst Vereinfachungen in dem komplexen Dampfturbinenmodell vorgenommen werden. Es sollte ein so weit wie möglich kontinuierliches System entstehen. Die dabei betrachteten Vereinfachen (besonders durch die Definition von Kennlinien durch tanh-Funktionen) haben Ungenauigkeiten und Unstetigkeiten in dem Modell verursacht. Solche unstetigen Stellen im Modell sind allerdings unvermeidbar für eine genaue Nachbildung des Dampfturbinenmodells. Das am Ende betrachtete vereinfachte Modell stimmt sehr gut mit dem originalen überein.

Die Ergebnisse der Optimierungen sind zwar mit Schwierigkeiten verbunden, wie z.B. Schwingungen oder schlechtes Konvergenzverhalten des Problems, aber sie sind fuer weitergehende Arbeiten sehr vielversprechend. Die Online-Optimierungsaufgaben bei den zwei durchgeführten Zielfunktionen sind zufriedenstellend erfüllt worden. Bei einem schnellen Anfahren wurden wie erwartet die zulässigen Temperaturfreibeträge der dickwandigen Bauteile wie die Welle und das Gehäuse der HDT und MDT verletzt. Im einem anderen betrachten Fall wurde viel langsamer angefahren werden, so dass diese zulässigen Temperaturfreibeträge in keinem Fall verletzt wurden. Durch die Optimierung konnte entsprechende Verläufe der Steuergröße erhalten werden, ohne dass die konventionelle Regelungstechnik eingreifen musste.

Die Einfachheit, beliebige Zielfunktionen und Ungleichheitsgleichungen in dem Optimierungsproblem zu definieren sowie die Benutzerfreundlichkeit und die Leistungsfähigkeiten von OCC bedeutet, dass jede Art des Anfahrens untersucht werden kann. Ohne gute Startwerte für die Optimierung konnte SNOPT allerdings nur sehr schwer eine optimale Lösung für das komplexe Problem finden. Das kann Schwierigkeiten besonders bei der Online-Optimierung bedeuten, da gute Ergebnisse des aktuellen Zyklus stark von den Ergebnissen des vorherigen Zyklus abhängen.

Das OptControlCentre (OCC) steht allerdings noch in der Anfangsphase seiner Entwicklung. Zur Zeit wird an die Integration eines leistungsfähigeren Solvers IPOPT gearbeitet, der Optimierungsprobleme mit mehr als 1 000 000 Parametern lösen kann. Als Vergleich kann SNOPT nur 20 000 Parametern lösen.

Die weitere Untersuchung des Anfahrvorgangs mit dem verbesserten OCC und mit einer Vielzahl von anderen Zielfunktionen oder Ungleichheitsbedingungen ist Focus weiterführender Arbeiten.