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[국내논문] 제어시스템 튜닝에 의한 발전소 효율향상에 관한 연구
A Study on Efficiency Improvement by Fine Tuning of Power Plant Control 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.61 no.10, 2012년, pp.1496 - 1501  

김호열 (한국전력공사 전력연구원) ,  김병철 (한국전력공사 전력연구원) ,  변승현 (한국전력공사 전력연구원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A fine tuning on a control system is essential not only for stable operation but also for efficient operation of the power plant. There has been a very few studies on efficiency change by control system tuning. So, it was not clear that if it could be improved or not when the control is stable by fi...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 사이클링이나 헌팅 등 불안정한 상태에서 실제 효율이 떨어지는 지 인과관계가 과학적으로 실험되거나 측정된 사례가 별로 없다. 효율은 원자재(연료) 소비량과 밀접한 관계가 있으므로, 발전소 원가절감을 위해서 제어시스템 튜닝과 효율 변동에 관한 연구를 수행하였다. 제어기 튜닝의 목적은 신속한 제어응답과 프로세스 제어변수의 안정인데, 파라미터 튜닝이 제대로 되어 있지 않은 경우는 제어변수가 불안정하게 되며, 이 때 효율이 어떻게 변화하는지 확인하는 것이 목적이다.
  • 효율은 원자재(연료) 소비량과 밀접한 관계가 있으므로, 발전소 원가절감을 위해서 제어시스템 튜닝과 효율 변동에 관한 연구를 수행하였다. 제어기 튜닝의 목적은 신속한 제어응답과 프로세스 제어변수의 안정인데, 파라미터 튜닝이 제대로 되어 있지 않은 경우는 제어변수가 불안정하게 되며, 이 때 효율이 어떻게 변화하는지 확인하는 것이 목적이다.
  • 이 연구의 목적은 제어시스템 튜닝과 안정 상태에 따라 발전소 효율이 실제 변동하는지 여부를 과학적으로 검증하고 변화의 정도를 측정하는 것이다. 이를 위해 발전기 전기 출력과 석탄 연료의 유량을 정확히 누적하여 효율을 계산하는 알고리듬을 독창적으로 구현하였으며, 충실도가 높은 시뮬레이터와 제어시스템에서 불안정 상태 및 안정 상태에서 프로세스 효율 변화를 측정하였다.
  • 발전소에서는 계단응답 시험 등을 통하여 프로세스를 분석하고 튜닝 이론과 과도 특성분석을 통하여 튜닝을 시행하지만, 이번 논문에서는 튜닝 기술보다는 주로 안정과 불안정 상태에서 달라지는 효율 변화에 대하여 논하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제어기 튜닝의 목적은 무엇인가? 효율은 원자재(연료) 소비량과 밀접한 관계가 있으므로, 발전소 원가절감을 위해서 제어시스템 튜닝과 효율 변동에 관한 연구를 수행하였다. 제어기 튜닝의 목적은 신속한 제어응답과 프로세스 제어변수의 안정인데, 파라미터 튜닝이 제대로 되어 있지 않은 경우는 제어변수가 불안정하게 되며, 이 때 효율이 어떻게 변화하는지 확인하는 것이 목적이다.
보일러에서 생산된 총열량을 구하는 방법은 무엇인가? 고압 주증기 계통의 열 발생량은 고압출구 증기 엔탈피와 고압급수 엔탈피 차이를 주증기 유량에 적산하여 구하고, 저압 재열증기 계통의 열 발생량은 재열증기 출구 엔탈피와 재열기 입구 증기 엔탈피 차이를 재열증기 유량에 적산하여 구하며, 이 두 열량을 합산하여 보일러에서 생산된 총열량을 구한다. 증기 엔탈피와 증기 유량에 의해 계산한 보일러 출구 열량 Cb는 다음 표와 같다.
연소가스 분배댐퍼와 같은 응답 지연이 매우 긴 장치를 사용할 경우 어떤 문제가 발생할 수 있는가? 이 댐퍼는 증기온도 응답 지연이 매우 커서 제어하기 곤란한 대표적인 것이다. 이런 경우 제어기의 게인을 키우거나 적분 시정수를 빠르게 하면 사이클링이 일어나고 보일러전체가 불안정해 진다. 따라서 제어로직은 그림 7에서 보는 것처럼 발전기 출력지표 (Unit load demand)에 따라 미리 프로그램한 수치로 제어하는 선행제어(Feed forward control)를 적용하고 제어기의 게인을 작게 설정하고 있다.
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참고문헌 (5)

  1. Cyrus W. Taft, John N. Sorge, "Assessing the Value of Improved Power Plant Dynamic Performance", 2003 Power Industries Conference (POWID), Instrument Society of America, 2003 

  2. John N. Sorge, Cyrus W. Taft, Stephen Idem, "Quantifying the Value of Improved Control System Performance", 2004 Power Industries Conference (POWID), Instrument Society of America, 2004 

  3. "Ovation Algorithms Reference Manual", pp. 351-353, Emerson Process Management, pp. 327-329, 2009 

  4. Chris Nichols, "Reducing CO2 Emissions by Improving the Efficiency of the Existing Coal-fired Power Plant Fleet", National Energy Technology Laboratory, pp. 5-6, 2008 

  5. K. Q. Chang, F. P. de Mello, "Efficiencies of thermal plant during transient duty", IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS-100, pp. 67-68, 1981 

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