On the Analysis and Fault-Diagnosis Tools for Small-Scale Heat and Power Plants

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Avregleringen av elmarknaden uppmuntrar kraftbolag och oberoende kraftproducenter till att driva sina kraftverksanläggningar på ett marknadsorienterat sätt. För att behålla de ekonomiska marginalerna på plussidan så har de mest populära åtgärderna varit att förbättra elverkningsgraden genom ändringar i hårdvaran samt höja totalverkningsgraden genom till exempel samproduktion av kraft och värme (kraftvärme). En bättre förståelse av globala miljöproblem är ytterligare en faktor som bidrar till utvecklingen av mer avancerad kraftverksteknologi, vilken åtminstone vid ett introduktionsstadium, kan utgöra ett riskabelt alternativ för kraftverksägaren. Under den senaste tiden har intresset för förbättrad drift ökat och man fokuserar mer på aspekter relaterade till kraftverkens tillförlitlighet, tillgänglighet och underhåll (TTU). Små- och medelskaliga kraftvärmeanläggningar, speciellt dessa som använder naturgas och biomassa som bränsle, har identifierats som viktiga alternativ för att uppfylla energimarknadens behov och för att lindra miljöaspekterna på kort sikt. En av de största utmaningarna som dessa anläggningar kommer att utsättas för är att de måste erhålla bra TTU samtidigt som de inte kan bära stora drift- och underhållskostnader och stora personalstyrkor. Därför är det viktigt att implementera billiga och pålitliga IT-baserade verktyg som hjälper att uppnå dessa målsättningar. De flesta kraftverk utrustas numera med distribuerade reglersystem som skickar stora mängder information till kontrollrummet från ett stort antal mätpunkter. Detta banar väg för introduktion av så kallade intelligenta verktyg (som härstammar från området artificiell intelligens) som till exempel artificiella neurala nätverk (ANN) och genetiska algoritmer (GA). ANN har inlärningsförmåga vilket gör dem användbara för att bygga icke-fysikaliska modeller baserade på data från processen, medan GA har visat sig vara en robust optimeringsmetod baserad på principen ”survival-of-the-fittest”. I den här avhandlingen, tillämpas först och främst ANN, men också i mindre omfattning GA, i olika studier. Dessa verktyg appliceras antingen enskilt eller i kombination med värmebalansprogram (VBP) – ett state-of-the-art verktyg inom området. Den här avhandlingen presenterar teoretiska och experimentella studier, som har validerats med data från både simuleringar och verkliga anläggningar. De här studierna inkluderar design, optimering, systemidentifiering och feldiagnostik av små- och medelskaliga kraftvärmeverk. Några resultat från de här studierna är kraftfulla hybridmodeller som förkortar beräkningstiderna samt feldiagnostiksystem som är kapabla att identifiera icke fullt utvecklade fel och som dessutom har möjlighet att leverera varningssignaler till operatören.