JP2004116416A - Method for operating combined cycle power generation plant - Google Patents

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中本 政志
Ayako Zako
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    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for operating a combined cycle power generation plant starting operation of the plant for a short time according to operation restraints without generating excessive thermal stress of the plant. <P>SOLUTION: This method includes a stage of establishing operation parameters of the plant as operation variables, a stage of establishing monitor parameters of the plant as restraints, a stage of establishing lead time PT for reaching designated power generation output as evaluation indexes, and a stage of solving an optimization problem for minimizing the evaluation indexes based on the operation variables and the restraints before start of operation and determining the operation parameters as the operation variables, in operation of the combined cycle power generating plant from start to the designated power generation output. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの運転方法,特にそのプラントの起動時の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図15は、従来のコンバインドサイクル発電プラントの概略の構成図である。(例えば、非特許文献1,2参照)。
【0003】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン設備1、廃熱回収ボイラ2、蒸気タービン設備3、発電機4,4’、復水器5、ポンプ6、燃焼器7、燃料弁8、蒸気弁(1)9、蒸気弁(2)10等から構成されている。
【0004】
ガスタービン設備1では、吸気された大気が圧縮機1aで圧縮されて高温・高圧空気となり燃焼器7に導かれる。一方、燃料弁8から供給される燃料も燃焼器7に導かれ、圧縮機1aからの高温・高圧空気と混合されて燃焼される。高圧・高温の燃焼ガスはガスタービン1bに導かれ、ガスタービン1bを駆動するとともに、同軸に結合されている発電機4を回転させる。一方、ガスタービン1bを駆動した後の燃焼排ガスは廃熱回収ボイラ2に導かれ、図示しない熱交換器で蒸気を発生させて蒸気タービン3aを駆動するとともに、同軸に結合されている発電機4aを回転させる。蒸気タービン3aで仕事をした蒸気を復水器5で凝縮して水に戻し、ポンプ6で圧力を上げて廃熱回収ボイラ2に再び送る。蒸気タービン3aで使われる蒸気(又は水)は、このように循環している。
【0005】
主要な制御に使われる弁として、ガスタービン設備1の燃料流量を操作する燃料弁8と、廃熱回収ボイラ2で発生して蒸気タービン3aに流される蒸気の量を操作する蒸気弁(1)9と、蒸気タービンを通さずに直接復水器5にバイパスさせる量を操作する蒸気弁(2)10とがある。
【0006】
本図は,ガスタービン設備1と蒸気タービン設備3が別個の回転軸を持ち、それぞれ別個の発電機4,4aを有する場合の構成を示している。その他の場合のコンバインドサイクル発電の構成としては、ガスタービン1と蒸気タービン3と発電機4,4aが同一の回転軸で接続された構成もある。
【0007】
また、ガスタービン設備1と廃熱回収ボイラ2とが複数の対となり、一台の蒸気タービンに蒸気を供給する構成もある。本発明は、これらの構成の違いには関係しないので、以下の説明では図15の構成について説明を行う。
【0008】
図16は、ガスタービン設備1の燃料流量と、ガスタービン設備1による発電出力、排気ガス流量、排気ガス温度、および蒸気温度の関係を示している。ガスタービン設備1の燃料流量の増加に伴ってガスタービン設備1による発電出力が増加するとともに、排気ガス流量が一定の間は排気ガス温度も増加する。
【0009】
廃熱回収ボイラ2で発生する蒸気の温度は、排気ガス温度に従って変化するので、ガスタービン設備1を起動して出力を増加している間は、蒸気温度が上昇する。
【0010】
蒸気タービン設備3や廃熱回収ボイラ2などは、高温・高圧の蒸気や水を流すので、強度を保つため金属部分が肉厚になっている。肉厚の金属部分に温度分布が生じると、熱応力が発生する。大きな熱応力は金属の寿命を消耗するので、これを避けるために、熱応力を管理した運転が必要になる。
【0011】
また、このような温度分布は、金属と蒸気の温度差が大きくなるプラントの起動時に生じ易い。したがって、プラントの金属の熱応力は、主としてプラントの起動時に生じるといえる。
【0012】
図17は、一般的なコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転操作の手順を示したものである。
(1)運転開始時には、ガスタービン設備はモータ等の補助動力により回転を始め、所定の回転数に達した後,所定の時間回転数を保持する。
(2)所定の時間経過後に補助動力の出力を下げて、回転数を低下させ、ガスタービン設備に燃料を供給して点火する。
(3)燃焼が始まると、所定の回転数の変化率に従って燃料の供給量を増加させ、回転数を上昇させる。
(4)回転数が所定の値、すなわち電力系統の周波数に対応した回転数である3000rpmあるいは3600rpmに到達すると、回転数を一定に保ち、発電機の電力回線を電力系統と接続して、発電を始める。
(5)ガスタービン設備への燃料を所定の変化率で増加させ、出力を所定の値まで増加させる。
(6)ガスタービン設備の高温の排気ガスにより廃熱回収ボイラで発生させた蒸気は、その圧力が所定の値に上昇すると、蒸気タービンをバイパスして復水器に直接流される。
(7)蒸気量が所定の量を超えたら,蒸気タービンに蒸気を流し始め、バイパスから復水器に流す蒸気の量を減らし始め、蒸気タービンに流す量を増加させ、さらに、全量を蒸気タービンに流す。
(8)目標の発電出力になるまでガスタービンの出力を増加させる。当然、蒸気タービンの出力も増加する。
これらの運転操作において、(1)から(4)までは、ほぼ固定されたプログラムによって行われる。起動時のプラントの状態によって(5)以降の運転操作が決定される。
【0013】
これらの運転パラメータのうちで主要なものは、最初の負荷保持の出力GO、負荷保持中の蒸気の圧力GSP、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間CT、および蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVである。
【0014】
従来の制御では、これらの運転パラメータは、運転開始時、該当する機器の操作が行われるときのプラントのプロセス量に基づいて予め指定された値が採られるか、あるいはプロセス量による関数値を用いて制御値が決定される。それらの値や関数はプラント計画時や試運転時に決定されたものである。
【0015】
蒸気タービンで発生する熱応力を管理するために、先ず、プラントの起動時の蒸気タービンの熱応力を管理している部分の金属の温度により、上記の最初の負荷保持の出力GO、および負荷保持中の蒸気の圧力GSPが決定される。次いで、蒸気の切り替え時における、蒸気の温度と蒸気タービンの金属の温度とにより、上記のバイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間CT、および蒸気の切り替え以降の発電出力の上昇率SVが決定される。
【0016】
プラントの計画時においては、図16に示すように、ガスタービンの燃料流量あるいはガスタービンの発電出力に対する蒸気温度の関係から、ガスタービンの発電出力増加時の蒸気温度の変化を想定し、蒸気タービンの金属部の温度分布の変化とそれにより発生する熱応力を推定計算する。この推定計算による熱応力が、制限値を満たすように運転パラメータの値を決定する。
【0017】
これらの運転パラメータの値は、試運転時の実際の運転状況を反映して調整されることがあるが、それ以降のプラントの実際の運転状況を、起動運転の都度、反映して調整されることはない。
【0018】
そのため,プラントおよび機器の特性の変化や,運転条件の変化などを勘案して、余裕のある運転方法、すなわち応力の発生について余裕を持った運転方法が設定されている。したがって、起動運転に時間がかかってしまう。
【0019】
廃熱回収ボイラの金属部分については、プラント計画時に、蒸気タービンにより決まる蒸気温度の変化に対して、熱応力の発生が許容できるかどうかの評価を行っている。
【0020】
図18は、従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御システムの概略の構成図である。
【0021】
上位制御装置12は、起動のための運転パラメータ等を操作の目標値として作り、ガスタービン用下位制御装置12aおよび蒸気タービン用下位制御装置12bに送る。両下位制御装置12a,12bは、現場機器を操作する操作信号を作り、ガスタービン用入出力装置13aおよび蒸気タービン用入出力装置13bを介して発電プラントに送る。発電プラントからのガスタービン用プロセスデータ17aは、入出力装置13aを介して下位制御装置12aおよび上位制御装置12に送られている。同様に、発電プラントからの蒸気タービン用プロセスデータ17bは、入出力装置13bを介して下位制御装置12bおよび上位制御装置12に送られている。
【0022】
【非特許文献1】
道上勉著 「発電・変電」 電気学会、1997年7月1日、p185−188
【非特許文献2】
千葉幸著 「火力発電所」 電気書院、平成6年7月10日、p469−503
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の方式では、起動時の運転パラメータの値が、設計時あるいは試運転時に決められており、それ以降のプラントの実際の運転状態を反映していない。すなわち、プラントおよび機器の特性の変化や、運転条件の変化などを勘案して、余裕をもった運転方法が用いられていた。特に、応力の発生については、余裕を持った運転方法が用いられていたために、プラントの起動に時間がかかり過ぎるという問題があった。
【0024】
かかる問題を解決するために、本発明は、プラントに過大な熱応力を発生させることなく、短時間で起動できる運転パラメータを決定し、この運転パラメータに基づいて運転するコンバインドサイクル発電プラントの運転方法を提供することを目的としている。
【0025】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転を行うに当り、操作変数として、ガスタービンの昇速率GV、ガスタービンの最初の負荷保持の出力GO、ガスタービンの負荷保持中の蒸気の圧力GSP、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間CT、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVからなる運転パラメータを設定する段階と、制約条件として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値SS、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値HS、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値NOからなるプラントの監視パラメータを設定する段階と、評価指標として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、指定された発電出力に到達する到達時間PTを設定する段階と、操作変数と制約条件に基づいて、評価指標を最小にする最適化問題を運転開始前に解き,操作変数である運転パラメータを決定する段階とを有することを特徴とする。
【0026】
請求項1記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、制約条件を満たし、指定された発電電力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【0027】
請求項2記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項1記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、操作変数として、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVを、蒸気の切り替え以降のガスタービンの発電出力の上昇率GVに置換えたことを特徴とする。
【0028】
請求項2記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、請求項1記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法と同様に、制約条件を満たし、指定された発電電力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【0029】
請求項3記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項1あるいは2記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、操作変数である、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVあるいはガスタービン出力の上昇率GVを、複数の時間単位に区分して、それぞれの区分毎の上昇率CVnあるいはGVnを採ることを特徴とする。
【0030】
請求項3記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力あるいはガスタービン出力の上昇率を区分化することにより、最適化計算の自由度が増えるため、請求項1および2のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に較べて、起動時間をより短くする運転パラメータを求めることができる。
【0031】
請求項4記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項1乃至3のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、評価指標である、指定された発電出力に到達する時間PTを、制約条件に置換え、制約条件である、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値SS、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値HS、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値NOのいずれか1条件を評価指標に置換え、その他の条件はそのまま制約条件に残すことを特徴とする。
【0032】
請求項4記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、指定された時刻までに目標出力に到達する運転方法のうち、蒸気タービンの軸における熱応力SSの発生、蒸気発生器の高温部のおける熱応力HSの発生、あるいは排煙ガス中の窒素酸化物NOの発生を最小にする運転方法を決定し、運転することができる。
【0033】
請求項5記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項1乃至5のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、動特性シミュレーション計算のための初期値として、発電プラントのプロセスデータを用いることを特徴とする。
【0034】
請求項5記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、動特性シミュレーションを行うプラントから実際に観測されるプロセスデータを用いて、初期状態の値を設定することにより、実際のプラントの将来の動向をより精度よく推定することができる。したがって、その推定値を用いた最適化計算の結果である運転パラメータについても、より精度の良い値を得ることができる。
【0035】
請求項6記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項5記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って所定の時間周期毎に繰り返し,運転パラメータを逐次更新することを特徴とする。
【0036】
請求項6記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、実際のプラントの運転状態を取り込んで、予測計算と運転パラメータの計算を行い、これを運転の進行に従って逐次繰り返し行うことにより、実機の運転状態を反映した運転パラメータの算出をおこなうことができる。
【0037】
請求項7の発明に係わるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率CT、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率Tnのいずれか一方の蒸気温度変化パターンにして設定する段階と、制約条件として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値MSS、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、評価指標として、指定された蒸気温度に到達する時間PTを設定する段階と、前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定する段階とを有することを特徴とする。
【0038】
請求項7記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることにより、計算する機器の規模を低減できる。
【0039】
請求項8記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率CT、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率PVnのいずれか一方の蒸気温度変化パターンを設定する段階と、制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間PT、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、評価指標として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値MSSを設定する段階と、前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定する段階とを有することを特徴とする。
【0040】
請求項8記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、前項同様、最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることで、計算する機器の規模を低減できる。
【0041】
請求項9記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項7あるいは8記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、最適化問題を解くための最適化計算を行うに当り、最適化計算に含まれる動特性シミュレーション計算のための初期値は、計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いるとともに、最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新することを特徴とする。
【0042】
請求項9記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、請求項7および8同様、最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることにより、計算する機器の規模を低減することができる。さらに、最適化計算におけるモデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響も低減することができる。
【0043】
請求項10記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転を行うに当り、蒸気タービンへの蒸気の通気以前の運転は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の方法を用い、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転は、請求項7乃至9のいずれか1項記載の方法を用いることを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
【0044】
請求項10記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、蒸気タービン通気以前の運転パラメータの決定についても最適化計算による運転パラメータを用いることができ、蒸気タービン通気以降は、主要な制約条件である蒸気タービンの熱応力を考慮した運転を行うことができる。
【0045】
請求項11記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項7乃至10のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値SSの計算を行う際に、前記動的シミュレーションの代わりに線形差分方程式から求めた予測計算式を用いることを特徴とする。
【0046】
請求項11記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、計算量の多い動特性シミュレーションを実施することなく、最適な運転パラメータを短時間で求めることができ、計算能力や記憶容量などについて、規模の大きい制御装置に用いることができる。
【0047】
請求項12記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項7乃至10のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値SSの計算を行う際に、動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形の最大値・最小値問題を用いることを特徴とする。
【0048】
請求項12記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、制御周期を短くして最適化計算を行うことにより、計算負荷を軽減することができる。そのため、計算能力の高くない制御システムにおいても、このような最適化計算を容易に実現することができる。
【0049】
また、逐次最適化を行う制御周期を短くして、予測誤差の修正を頻繁に行うことにより、モデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響を低減することができる。
【0050】
請求項13記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項の7乃至10のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値SSの計算を行う際に、前記動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形計画法を用いることを特徴とする。
【0051】
請求項13記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、前項において、最大値・最小値問題を使う部分を線形計画法に置換えることができる。線形計画法を用いることにより、有限の計算回数で最適解を得ることができるので、計算時間の短縮ができる。
【0052】
請求項14記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項7乃至13のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、前記目標値と熱応力の管理のために計測されている蒸気温度の計測値とが一致するように、前記目標値にフィードフォワード制御を行い、予め蒸気温度と発電出力との関係から求めた発電出力信号と前記フィードフォワード制御信号を加え合わせて発電出力の目標値を設定することを特徴とする。
【0053】
請求項14記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、このようなフィードフォワード制御を行うことにより、目標とする蒸気温度パターンから求まる発電出力の目標値を的確に制御することができる。
【0054】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。
【0055】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る、動特性シミュレーションによる予測計算を含む最適化計算により運転パラメータを決定する運転パラメータ計算システムを持つプラント制御システムの構成例を示したものである。図1に示すように、最適化計算で求められた運転パラメータ15は、下位制御装置12a,12bの制御目標として与えられ、下位制御装置12a,12bは、この目標値に従って機器の操作信号を作成する。
【0056】
図2は、上述の運転パラメータ計算システムの流れを示すフローチャートである。図2の運転パラメータ計算システムにおける最適化計算は、操作変数として、ガスタービンの昇速率GV、ガスタービンの最初の負荷保持の出力GO、ガスタービンの負荷保持中の蒸気の圧力GSP、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間CT、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVからなる運転操作時の運転パラメータを設定し、制約条件として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算に基づいて運転操作によって生じると予測される、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値SS、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値HS、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値NOからなるプラントの監視パラメータを設定し、評価指標として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算により運転操作によって生じると予測される、指定された発電出力に到達する時間PTを設定し、評価指標を評価関数とし、操作変数および制約条件に基づいて、評価関数を最小にする操作変数を計算する。
【0057】
このように最適化問題を解くことにより、制約条件を満たし、指定された発電出力に到達する時間を最小にする操作変数、すなわち運転パラメータを求めることができる。
【0058】
最適化計算の方法としては,例えば、SQP(逐次二次計画法)などの制約条件付の非線形最適化計算の方法などを使えばよい。
【0059】
SQPの詳細は、例えば、G.L.Nemhauser, A.H.G.Rinnooy Kan, M.J.Toodによる Optimization, North−Holland (1989)に述べられている。
【0060】
本実施の形態の構成と作用により、制約条件を満たし、指定されたコンバインド発電出力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【0061】
(第2の実施の形態)
本発明のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第2の実施の形態は、上述した第1の実施の形態において、操作変数として与えた、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVを、ガスタービンによる発電出力の上昇率GVに置換えたものである。
【0062】
ガスタービンによる発電出力の上昇率GVは、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVと1次の相関があるので、前者は後者に代行することができる。
【0063】
したがって、第2の実施の形態においても、制約条件を満たし指定されたコンバインド発電出力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【0064】
(第3の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第3の実施の形態は、第1の実施の形態あるいは第2の実施の形態において、操作変数として設定した蒸気の切替え以降のコンバインド発電出力の上昇CVあるいは蒸気の切替え以降のガスタービン発電出力の上昇GVを、単一の上昇パターンから、図3に示すように、複数の区分に分割し、各区分毎の出力変化を操作変数とするものである。
【0065】
このように最適化計算の操作変数の数を増やすことにより、最適化計算の自由度が増え、より最適化の値の変動を小さくすることができる。
【0066】
図4(a),(b)は、ガスタービンの出力上昇を区分化して最適計算を行う場合の効果を示したものである。
【0067】
図4(a)は、比較のために、ガスタービンの出力上昇を一定とした場合を示したものである。図4(a)の上図は、その場合のガスタービンと蒸気タービンの出力およびコンバインド発電の出力の変化を示したものであり、その下図は、その場合の熱応力の変化を示したものである。その熱応力の変化は、急峻なピークとなるため、熱応力の制限値を越えないように、出力上昇率を抑える必要がある。出力上昇率を抑えることにより、起動に時間がかかってしまう。
【0068】
これに対して、図4(b)は、ガスタービンの出力上昇を区分化して最適計算を行う場合を示したものである。図4(b)の上図は、その場合の区分化されたガスタービンと蒸気タービンの出力および複合発電の出力の変化を示したものであり、その下図は、その場合の熱応力の変化を示したものである。その熱応力の変化は、最適化計算の自由度が増えるため、熱応力のピークを、速く立ち上げても、熱応力の制限値以下に保つことができる。したがって、出力上昇を短時間で行うことができる。
【0069】
すなわち、ガスタービンの出力上昇を区分化して最適計算を行う場合には、同じ運転の制約条件の基では、出力上昇を一定として最適計算を行う場合より短時間でプラントを起動できる。
【0070】
したがって、第1、第2の実施の形態に比べ、起動時間をより短くできる運転パラメータを求めることができる。
【0071】
(第4の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第4の実施の形態は、上述の第1、第2および第3の実施の形態において、評価指標である「指定された発電出力に到達する時間」を制約条件に変更し、制約条件である、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値SS、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値HS、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量NOの値のいずれか1つを評価指標として選定し、残りはそのまま制約条件として、評価指標を最小にする最適問題を解いて、操作変数である運転パラメータを決定するものである。
【0072】
発電所の運用方式には、発電プラントを起動し、ある指定された時刻に目標電力を発生するように運転する場合がある。
【0073】
これに対処するために、本実施の形態のように、与えられた時間で起動することを制約条件とし、評価指標として選んだ上記のいずれかの条件を最小にし、評価指標に選択しない項目はそのまま制約条件とし、起動のための運転パラメータを決定すれば、それらの運転パラメータを使うことによって、発電プラントを起動し、指定された時刻に目標電力を発生することができる。
【0074】
(第5の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第6の実施の形態は、第1から第5までの実施の形態において、発電プラントの将来の運転状態を予測する動特性シミュレーションの計算の初期値として、発電プラントのプロセスデータを用いて、評価指標を最小にする最適問題を運転開始前に解き、運転パラメータを決定するものである。
【0075】
図5は、このように構成した運転パラメータ計算システムにおいて、最適化計算により運転パラメータを決定するためのフローチャートである。このフローチャートは、プラントからの利用可能なデータを動特性シミュレーションの初期値に採り込んで、プラントの将来の運転状態の予測を行う計算フローを示している。
【0076】
図6は、上記の運転パラメータ計算システムを有する制御システムの構成図を示したものである。同図に示すように、入出力装置13a,13bからプロセスデータ17a,17bを運転パラメータ計算システム18に取り込み、得られた運転パラメータ15を下位制御装置12a,12bの目標値として与えている。
【0077】
本発明の第1乃至5の実施の形態で行われる最適化は、動特性シミュレーションにより計算される発電プラントの将来の運転状態の推定値に基づいている。このため、動特性シミュレーションによる予測精度が、最適化の計算結果に影響を与え、プラントの運転精度を左右する。
【0078】
本発明の第1乃至5の実施の形態で行われる動特性シミュレーションは、非線形常微分方程式系であり、以下ように表せる。

Figure 2004116416
ここで、x(t)は状態ベクトル、u(t)は入力ベクトル、y(t)は出力ベクトル、tは時刻である。また、F,Gはプラントの動特性を表す式を、初期時刻t0での初期状態x(t0)を初期値とした初期値問題を解くことにより求めることができる。
【0079】
このような常微分方程式の解法では、初期状態x(t0)の値によりその後の結果が影響を受ける。したがって、方程式を記述する方法が正しく行われても、初期状態x(t0)の値が異なっていると、動的シミュレーションによる将来のプラントの運転状態は、実際のプラントの運転状態とは異なったものになる。
【0080】
一方、初期状態の値は、プラントで実際に観測される量、すなわちプロセスデータから決定することができる。これにより、動的シミュレーションの結果の精度がよくなり、さらに、この結果を用いて最適問題を解いて得られるプラントの運転パラメータも、精度の良い値となる。
【0081】
(第6の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第6の実施の形態は、第1から5までの実施の形態における最適化計算を、図7に示すように、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新するものである。この時、最適化計算に含まれる動特性シミュレーションのための初期値は、発電プラントの測定データが利用できるものについては、その計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いる。
【0082】
第5の実施の形態でも説明したように、本発明では、発電プラントの将来の運転状態の予測計算の精度が、その予測計算を含む最適化計算により求める運転パラメータに影響を与える。
【0083】
発電プラントの将来の振る舞いについての動特性シミュレーションによる予測計算では、計算のためのモデル式、計算に使うデータ、初期値、外部からの入力変数等に必ず誤差があるため、将来の予測値に誤差が生じる。
【0084】
さらに、動特性シミュレーションの式には、モデル化されていない特性や、モデル式に含まれない外部からの影響等の要因によっても、将来の予測値に誤差が生じる。これらの要因による誤差は、予測期間が長くなればなるほど、誤差が累積して大きくなる。
【0085】
本実施の形態は、実際のプラントの運転状態を取り込んで、予測計算と運転パラメータの計算を行い、これを運転の進行に従って逐次繰り返し行うことにより、予測誤差の累積を防ぐものである。これにより、実機の運転状況を反映した運転パラメータを算出することができる。
【0086】
図8は、運転パラメータを決定する際の流れを示したものである。同図(a)は、通常の最適化計算の場合を示しており、同図(b)は、本実施の形態における逐次最適化計算の場合を示している。本実施の形態においては、逐次計算を行うことがフィードバック効果を持たせているものと解釈することができる。
このフィードバックには、元来、制御対象のモデル化の誤差や、操作量以外の外部からの入力の影響に対して、感度を低減する効果がある。
【0087】
要するに、実際のプラントの運転状態を取り込んで、予測計算と運転パラメータの計算を行い、これを運転の進行に従って逐次繰り返し行うことにより、実機の運転状態をよく反映した、誤差の小さい運転パラメータを算出することができる。
【0088】
(第7の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第7の実施の形態は、第1から第6の実施の形態で述べた運転パラメータの決め方に対して、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転についての運転パラメータの決め方に係るものである。
【0089】
本実施形態の最適化計算では、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを与え、制約条件として、蒸気温度の変化パターンから計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値MSS、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定し、評価指標として、指定された蒸気温度に到達する時間PTを設定し、その評価指標を最小にする最適問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンからコンバインド発電出力の運転パラメータを決定する。ここで、操作変数である温度変化パターンの与え方としては、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率TV、所定の時間間隔毎に設定される,温度Tあるいは温度上昇率TVのいずれかとする。
【0090】
また、蒸気タービンの通気までの運転方法については,第1から6までの実施の形態の運転パラメータの決定方法を利用する。
【0091】
最適化計算により運転パラメータを決定する場合には、操作変数が多くなったり、予測期間が長いと大きな計算量を必要とする。最適化計算を部分的にするので、計算量を抑えて、計算を実行する計算機の規模を低減することができる。
【0092】
(第8の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第9の実施の形態は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行う際に、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを与え、制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間PTおよび蒸気温度の変化は非減少の条件を設定し、評価指標として、蒸気温度の変化パターンから計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値MSSを設定し、評価指標を最小にする最適問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定するものである。
【0093】
ここで、操作変数である温度変化パターンの与え方としては、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率TV、所定の時間間隔毎に設定される,温度あるいは温度上昇率PVのいずれかとする。
【0094】
また、蒸気タービンの通気までの運転方法については、第1から6までの実施の形態における運転パラメータの決定方法を利用する。
【0095】
最適化計算による運転パラメータの決定においては、操作変数が多くなったり、予測期間が長いと大きな計算量を必要とする。第7の実施の形態と同様に、最適化計算を部分的にすることにより、計算量を抑えて、計算を実行する計算機の規模を低減することができる。
【0096】
(第9の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第9の実施の形態は、第7,8の実施の形態に述べたように、最適化計算を部分的とした場合に、第6の実施の形態で述べた、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新するものである。
【0097】
最適化計算に含まれる動特性シミュレーション計算のための初期値は、第6の実施の形態と同様に、発電プラントの測定データが利用できるものについては、その計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いる。
【0098】
このように構成することにより、第7,8の実施の形態に述べたように、最適化計算を部分的とした場合には、第6の実施の形態で述べたモデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響を低減できる。
【0099】
最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることで、計算を実行する機器の規模を低減することができる。
【0100】
さらに、最適化計算におけるモデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響を低減することができる。
【0101】
(第10の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第10の実施の形態は、コンバインドサイクル発電プラントを起動から蒸気タービンへの通気まで運転するに当り、請求項1乃至6のいずれか1項記載の方法を利用し、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転について請求項7から9までのいずれか1項の方法を利用して運転パラメータを決定するものである。
【0102】
このように構成することにより、蒸気タービン通気までの運転については通常の最適化計算による運転パラメータを利用でき、蒸気タービン通気以降は主要な制約である蒸気タービンの熱応力を考慮した運転を実現することができる。
【0103】
最適化計算による運転パラメータの決定を2分割することで、計算を実行する機器の規模を低減でき、制約条件を考慮した短時間での起動を実現することができる。
【0104】
(第11の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第11の実施の形態は、第7乃至10の実施の形態において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値を計算する際に、監視に用いられている線形差分方程式から求めた予測計算式を利用して、運転パラメータを決定するものである。
【0105】
一般に、蒸気タービンの軸は、大きな金属で作られているために、蒸気の注入による軸表面の温度上昇により、軸内部に温度分布を生じ、熱応力を発生する。
熱応力の予測計算式は、次ぎのように求めることができる。
【0106】
蒸気タービンの軸の熱応力は、軸の温度分布により発生する。図9に示すように、軸は表面が蒸気に曝された円板状の金属とみなされるので、軸に発生する温度分布は表面の蒸気温度との熱交換による熱の移動を境界条件として、熱伝導方程式によって表すことができる。円板における温度分布を求める熱伝導方程式は、時刻t場所rの温度をT(t,r)と表すと、金属の性質と形状から決まる係数をaとおいて、次のような、極座標表示による偏微分方程式になる。
Figure 2004116416
また、体積平均温度をTa(t)と表すと、
Ta(t)=2/(r2ーr1)∫T(t,r)・r・dr  (2)
となる。ここで、r2は軸の外径の2乗、r1は軸の内径の2乗、積分は内径から外径まで行うものとする。
【0107】
熱応力は、体積平均温度Ta(t)と円板上の温度T(t,r)の差に比例した値になる。
【0108】
発電プラントの運転においては、これらの式を時間と場所について差分化した差分方程式が用いられている。式(2)は線形の式なので、差分化した熱応力の式も、以下に示すように線形の差分方程式になる。
【0109】
なお、これ以降は、温度変数としてTの代わりにXを用いる。離散化したサンプル時刻kでの温度分布ベクトルは、X(k)と表される。この温度分布ベクトルX(k)の転置ベクトルを[X1(k),X2(k),・・・,Xn(k)]と表す。
【0110】
熱応力をy(k)、蒸気温度をu(k)とすると、熱応力は次の差分方程式となる、
X(k+1)=A・X(k)+B・u(k)  (3)
y(k)=C・X(k)           (4)
ここで,定数行列A,B,Cは熱伝導方程式,体積平均温度の式を差分化して求められる、分割数,軸の形状,材質等から決まる定数行列である。
これにより、現時刻をkとして、m期間にわたる熱応力の推定値ベクトルYの転置ベクトルを、
[y(k+1),y(k+2),・・・,y(k+m)]
将来のp期間先にわたる操作変数の蒸気温度ベクトルUの転置ベクトルを、
[u(k+1),u(k+2),・・・,u(k+p)]
とすると、熱応力の推定値ベクトルYは、操作変数ベクトルUを使って、
Y=F・X(k)+G・U   (5)
と表すことができる。このように、熱応力の推定値Yが、蒸気温度Uを与えることにより決定できる。
【0111】
逆に、熱応力の推定値Yを与えれば、将来の蒸気温度Uの値を決定することができる。例えば、行列Gの転置行列をGと書くと、(5)式から、最小二乗法を用いて、
U=H・G・(Y−F・X(k))   (6)
として、求めることができる。ここで、行列Hは、G・Gの逆行列である。
【0112】
蒸気温度のパターンから発電出力のパターンへの変換は、図10に示すように、
事前に求めておいた蒸気温度と発電出力の関係から決定できる。
【0113】
このように熱応力の予測式を用いることにより、計算量の多い動特性シミュレーションを実施することなく、最適な運転パラメータを求めることができる。
【0114】
すなわち、最適な運転パラメータを短時間で求めることができ、計算能力や記憶容量などについて大規模な制御装置に用いることができる。
【0115】
(第12の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第12の実施の形態は、第11の実施の形態で求めたように、第7乃至10の実施の形態において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値SSを計算する場合、熱応力の監視に用いられている線形差分方程式から求めた予測計算式によって求め、その結果を用いて運転パラメータを決定するときに、線形の最大値・最小値問題を利用するものである。
【0116】
この線形の最大値・最小値問題を利用するものには、2つの方法があるので、それぞれについて、図11および図12を用いて説明する。
【0117】
先ず、第1番目の方法は、熱応力を制約条件として、最短時間で起動するために温度パターンを計算する方法である。図11は、その計算のフローチャートであり、その手順は、以下のとおりである。
(1)蒸気温度の操作回数Nの初期値を設定する。
(2)軸の温度分布の初期値X(0)を設定する。
(3)操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンUを与え、制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間M、蒸気温度の変化は非減少の条件を設定し、評価指標として、蒸気温度の変化パターンから計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値Yの最大値Jを与えて、最大値・最小値問題を解く。
(4)熱応力が制限値以下であれば、操作回数を減らして(1)に戻る。
制限値以上であれば、次に行く。
(5)(3)の計算で制限値以下を満たしたものがなければ、蒸気温度の操作回数Nを増やして(1)に戻る。(3)の計算で制限値以下を満たしたものがあれば、次に行く。
(6)前回の結果を蒸気温度の運転パターンとして採用する。
【0118】
次に、第2番目の方法は、起動時間を制約条件として、熱応力を最小として起動できるような蒸気温度パターンを計算する方法である。図12は、このときの蒸気温度パターンを計算するためのフローチャートである。この場合は、一回だけ最適化問題を解くことにより解を得ることができる。
【0119】
このように、線形最大値・最小値問題を解くという形に、最適化計算が構成されており、高速で最適解を得ることができる。第9の実施の形態で述べた逐次最適化計算は、決められた制御周期毎に最適化計算を行うことが必要であるが、本実施の形態では、一回だけで最適化問題を解くことができるので、繰り返しの必要がない。したがって、計算能力の高くない制御システムにおいても、このような計算を容易に実現することができる。
【0120】
(第13の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第13の実施の形態は、第12の実施の形態の線形の最大値・最小値問題を利用する最適化計算の代わりに、線形計画法を用いるものである。
【0121】
線形の最大値・最小値問題と線形計画法は、前述の参考文献にも示されているように、図13に示すような関係で相互に置き換えることができる。したがって、第12の実施の形態の1番目の方法および2番目の方法において、最大値・最小値問題を使う部分を線形計画法で置き換えることができる。
【0122】
線形計画法を用いることにより、有限の計算回数で最適解を得ることができるので、計算時間の短縮を図ることができ、制御システムに高い計算能力を要求する必要がなくなる。
【0123】
(第14の実施の形態)
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第14の実施の形態は、第7から第13までの実施の形態において、最適な運転を与えるように求めた温度パターンと、実際に熱応力を管理するために用いられる温度とが、一致するように制御を行うものである。
【0124】
図14は、このような実施の形態による制御アルゴリズムを示したものである。最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、熱応力の管理のために計測されている蒸気温度の計測値と比較して、偏差がなくなるようにフィードフォワード制御信号を作る。一方、予め求めた蒸気温度と発電出力との関係から発電出力信号を設定しておき、この発電出力信号と先のフィードフォワード制御信号を加え合わせて、発電出力の目標値を作成する。
【0125】
蒸気温度と発電出力の関係が容易に求められない場合には、フィードフォワード制御信号だけで発電出力の目標値とすることも可能である。
【0126】
このような制御アルゴリズムを構成することにより、最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、予め求めた蒸気温度と発電出力との関係から設定した発電出力の目標値を修正することができる。
【0127】
【発明の効果】
本発明のコンバインド発電プラントの運転方法によれば、プラントの運転制約条件を考慮に入れて、起動時間を最小にする最適化計算により運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってプラントを運転することにより、過大な熱応力を発生させずに、短時間でプラントの運転を起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の構成図。
【図2】第1の実施の形態の作用の流れを示すフローチャート。
【図3】第3の実施の形態において出力上昇区分化による最適計算モデル1を示す図。
【図4】第3の実施の形態において出力上昇区分化による最適計算モデル2を示す図。
【図5】第5の実施の形態において最適化計算による運転パラメータを決定するフローチャート。
【図6】第5の実施の形態において運転パラメータ計算システムを有する制御システムの構成図。
【図7】第6の実施の形態において運転パラメータを決定する方法1を示す図。
【図8】第6の実施の形態において運転パラメータを決定する方法2を示す図であり、(a)は開ループの場合、(b)は本実施の形態の閉ループの場合を示す。
【図9】第11の実施の形態において熱応力の計算方法を示す図。
【図10】第11の実施の形態において目標値変換を示す図。
【図11】第12の実施の形態において蒸気温度のパターンの計算の流れ1を示すフローチャート。
【図12】第12の実施の形態において蒸気温度のパターンの計算の流れ2を示すフローチャート。
【図13】第13の実施の形態において等価性を説明する図。
【図14】第14の実施の形態において発電出力目標値を作る制御アルゴリズムを示す図。
【図15】従来のコンバインドサイクル発電プラントの構成図。
【図16】従来のコンバインドサイクル発電プラントにおける燃料流量と、発電出力、排ガス流量、排ガス温度、および蒸気温度の関係を示す図。
【図17】従来のコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転の一例を示す図。
【図18】従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御システムの構成図。
【符号の説明】
1…ガスタービン設備、1a…圧縮機、1b…ガスタービン、2…廃熱回収ボイラ、3…蒸気タービン設備、3a…蒸気タービン、4…発電機(ガスタービン軸)、4a…発電機(蒸気タービン軸)、5…復水器、6…ポンプ、
7…燃焼器、8…燃料弁、9…蒸気弁(1)、10…蒸気弁(2)、11…従来の制御装置、11a…第1の実施形態の制御装置、11b…第5の実施形態の制御装置、12…上位制御装置、12a…ガスタービン用下位制御装置、12b…蒸気タービン用下位制御装置、13a…ガスタービン用入出力装置、13b…蒸気タービン用入出力装置、14…発電プラント、15…運転パラメータ、15a…ガスタービン用運転パラメータ、15b…蒸気タービン用運転パラメータ、16…操作信号、16a…ガスタービン用操作信号、16b…蒸気タービン用操作信号、17a…ガスタービン用プロセスデータ、17b…蒸気タービン用プロセスデータ、18…運転パラメータ計算システム、19…運転データ処理システム、20…未知の入力、21…運転目標値、22…初期値データ、23a…ガスタービン用操作器、23b…蒸気タービン用操作器、24a…ガスタービン用検出器、24b…蒸気タービン用検出器、181…最適計算、182…予測計算、191…データ選択、192…プラントデータ収集システム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation method of a combined cycle power plant, and more particularly to an operation method of starting the plant.
[0002]
[Prior art]
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a conventional combined cycle power plant. (For example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
[0003]
The combined cycle power plant includes a gas turbine facility 1, a waste heat recovery boiler 2, a steam turbine facility 3, generators 4, 4 ', a condenser 5, a pump 6, a combustor 7, a fuel valve 8, and a steam valve (1). 9, a steam valve (2) 10 and the like.
[0004]
In the gas turbine facility 1, the intake air is compressed by the compressor 1 a to become high-temperature and high-pressure air, which is guided to the combustor 7. On the other hand, the fuel supplied from the fuel valve 8 is also guided to the combustor 7, where it is mixed with the high-temperature and high-pressure air from the compressor 1a and burned. The high-pressure and high-temperature combustion gas is guided to the gas turbine 1b, drives the gas turbine 1b, and rotates the generator 4 coaxially coupled. On the other hand, the flue gas after driving the gas turbine 1b is guided to the waste heat recovery boiler 2, generates steam in a heat exchanger (not shown), drives the steam turbine 3a, and coaxially couples the generator 4a. To rotate. The steam worked in the steam turbine 3a is condensed in the condenser 5 to return to water, and the pressure is increased by the pump 6 and sent to the waste heat recovery boiler 2 again. The steam (or water) used in the steam turbine 3a circulates in this manner.
[0005]
As valves used for main control, a fuel valve 8 for controlling the fuel flow rate of the gas turbine equipment 1 and a steam valve (1) for controlling the amount of steam generated in the waste heat recovery boiler 2 and flowing to the steam turbine 3a 9 and a steam valve (2) 10 for controlling the amount of bypass to the condenser 5 directly without passing through the steam turbine.
[0006]
This figure shows a configuration in which the gas turbine equipment 1 and the steam turbine equipment 3 have separate rotating shafts and have separate generators 4 and 4a, respectively. As a configuration of combined cycle power generation in other cases, there is also a configuration in which the gas turbine 1, the steam turbine 3, and the generators 4, 4a are connected by the same rotating shaft.
[0007]
Further, there is also a configuration in which the gas turbine equipment 1 and the waste heat recovery boiler 2 form a plurality of pairs and supply steam to one steam turbine. Since the present invention is not related to the difference between these configurations, the configuration in FIG. 15 will be described below.
[0008]
FIG. 16 shows the relationship between the fuel flow rate of the gas turbine equipment 1 and the power generation output by the gas turbine equipment 1, the exhaust gas flow rate, the exhaust gas temperature, and the steam temperature. As the fuel flow rate of the gas turbine equipment 1 increases, the power generation output of the gas turbine equipment 1 increases, and the exhaust gas temperature also increases while the exhaust gas flow rate is constant.
[0009]
Since the temperature of the steam generated in the waste heat recovery boiler 2 changes according to the exhaust gas temperature, the steam temperature rises while the gas turbine equipment 1 is started and the output is increased.
[0010]
Since the steam turbine equipment 3 and the waste heat recovery boiler 2 flow high-temperature and high-pressure steam and water, the metal parts are thick to maintain strength. When a temperature distribution occurs in a thick metal portion, thermal stress is generated. Since a large thermal stress consumes the life of the metal, an operation in which the thermal stress is controlled is required to avoid this.
[0011]
Further, such a temperature distribution is likely to occur at the start of a plant where the temperature difference between metal and steam is large. Therefore, it can be said that the thermal stress of the metal of the plant mainly occurs at the time of starting the plant.
[0012]
FIG. 17 shows a procedure of an operation operation when starting up a general combined cycle power plant.
(1) At the start of operation, the gas turbine equipment starts to rotate by auxiliary power such as a motor and the like, and after reaching a predetermined rotation speed, keeps the rotation speed for a predetermined time.
(2) After a lapse of a predetermined time, the output of the auxiliary power is reduced, the number of revolutions is reduced, and fuel is supplied to the gas turbine equipment and ignited.
(3) When the combustion starts, the supply amount of fuel is increased in accordance with a predetermined rate of change of the rotation speed, and the rotation speed is increased.
(4) When the rotation speed reaches a predetermined value, that is, 3000 rpm or 3600 rpm, which is the rotation speed corresponding to the frequency of the power system, the rotation speed is kept constant, and the power line of the generator is connected to the power system to generate power. Start.
(5) The fuel to the gas turbine equipment is increased at a predetermined change rate, and the output is increased to a predetermined value.
(6) When the pressure of the steam generated by the waste heat recovery boiler by the high-temperature exhaust gas of the gas turbine equipment rises to a predetermined value, the steam is bypassed to the steam turbine and directly flows to the condenser.
(7) When the amount of steam exceeds a predetermined amount, start flowing steam to the steam turbine, start reducing the amount of steam flowing from the bypass to the condenser, increase the amount of steam flowing to the steam turbine, and further reduce the entire amount of steam to the steam turbine. Pour
(8) Increase the output of the gas turbine until the target power generation output is reached. Naturally, the output of the steam turbine also increases.
In these driving operations, (1) to (4) are performed by a substantially fixed program. The operation after (5) is determined by the state of the plant at the time of startup.
[0013]
Among these operating parameters, the main ones are the output GO of the initial load holding, the pressure GSP of the steam during the load holding, the switching time CT for the bypass steam and the steam injection into the steam turbine, and after the steam switching. Is the rising rate CV of the combined power generation output.
[0014]
In the conventional control, at the start of operation, these operation parameters take a value specified in advance based on the process amount of the plant when the corresponding device is operated, or use a function value based on the process amount. Thus, the control value is determined. These values and functions were determined at the time of plant planning and test operation.
[0015]
In order to control the thermal stress generated in the steam turbine, first, the output GO of the first load holding described above and the load holding are determined by the temperature of the metal in the portion where the thermal stress of the steam turbine is controlled at the start of the plant. The pressure GSP of the medium vapor is determined. Next, the switching time CT for the above-mentioned bypass steam and steam injection into the steam turbine, and the rate of increase in the power generation output after the steam switching, based on the temperature of the steam and the temperature of the metal of the steam turbine when the steam is switched. The SV is determined.
[0016]
At the time of plant planning, as shown in FIG. 16, a change in steam temperature when the power output of the gas turbine is increased is assumed based on the relationship between the fuel flow rate of the gas turbine and the steam temperature with respect to the power output of the gas turbine. Estimate and calculate the change in temperature distribution of the metal part and the thermal stress generated by it. The value of the operating parameter is determined so that the thermal stress by this estimation calculation satisfies the limit value.
[0017]
The values of these operating parameters may be adjusted to reflect the actual operating conditions at the time of test operation, but should be adjusted to reflect the actual operating conditions of the subsequent plants each time startup operation is performed. There is no.
[0018]
Therefore, in consideration of changes in the characteristics of the plant and equipment, changes in operating conditions, and the like, an operation method with an allowance, that is, an operation method with an allowance for generation of stress is set. Therefore, it takes time for the start-up operation.
[0019]
Regarding the metal part of the waste heat recovery boiler, at the time of plant planning, it is evaluated whether the generation of thermal stress can be tolerated against the change in steam temperature determined by the steam turbine.
[0020]
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a control system of a conventional combined cycle power plant.
[0021]
The host controller 12 creates operation parameters and the like for start-up as target values for the operation, and sends them to the gas turbine lower controller 12a and the steam turbine lower controller 12b. The lower control devices 12a and 12b generate operation signals for operating the on-site equipment, and send the operation signals to the power generation plant via the gas turbine input / output device 13a and the steam turbine input / output device 13b. The gas turbine process data 17a from the power plant is sent to the lower control device 12a and the higher control device 12 via the input / output device 13a. Similarly, the steam turbine process data 17b from the power plant is sent to the lower control device 12b and the upper control device 12 via the input / output device 13b.
[0022]
[Non-patent document 1]
Tsutomu Michigami "Power Generation / Transformation" The Institute of Electrical Engineers of Japan, July 1, 1997, p185-188
[Non-patent document 2]
Chiba Yuki "Thermal Power Station" Denki Shoin, July 10, 1994, p469-503
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional method, the value of the operating parameter at the time of startup is determined at the time of design or test operation, and does not reflect the actual operating state of the plant thereafter. That is, an operation method with a margin is used in consideration of changes in characteristics of a plant and equipment, changes in operation conditions, and the like. In particular, regarding the generation of stress, there is a problem that it takes too much time to start up the plant because an operation method with a margin is used.
[0024]
In order to solve such a problem, the present invention determines an operating parameter that can be started in a short time without generating excessive thermal stress in the plant, and operates the combined cycle power plant that operates based on the operating parameter. It is intended to provide.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The method for operating a combined cycle power plant according to claim 1 is a method for operating a combined cycle power plant including a gas turbine facility and a steam turbine facility from start-up to a predetermined power generation output. Speed GV of the gas turbine, the output GO of the first load holding of the gas turbine, the pressure GSP of the steam while the load of the gas turbine is held, the switching time CT for bypass steam and steam injection into the steam turbine, and the combination after the switching of the steam A step of setting an operation parameter including a rate of increase CV of the power generation output and, as a constraint, a prediction calculation based on a dynamic characteristic simulation of a combined cycle power plant, and the calculation is performed on a shaft of the steam turbine, which is predicted to be generated by the operation. Thermal stress value SS, generated in high temperature part of steam generator Of a plant monitoring parameter consisting of a thermal stress value HS and a nitrogen oxide emission value NO in a flue gas, and a prediction calculation based on a dynamic characteristic simulation of a combined cycle power plant as an evaluation index. Setting an arrival time PT, which is predicted to be caused by the driving operation, at which the power generation output reaches the specified power generation output; and, based on the operation variables and the constraints, optimize the optimization problem to minimize the evaluation index before starting the operation. Solving and determining an operating parameter that is an operation variable.
[0026]
According to the operating method of the combined cycle power plant according to the first aspect, an operating parameter that satisfies the constraint conditions and minimizes the time to reach the specified generated power is obtained, and the combined cycle power plant is started according to the operating parameter. Can be operated.
[0027]
A method for operating a combined cycle power plant according to claim 2 is the method for operating a combined cycle power plant according to claim 1, wherein the increase rate CV of the combined power generation output after the switching of steam is used as an operation variable. The power generation output of the gas turbine is replaced by a rise rate GV.
[0028]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the second aspect, similarly to the operation method of the combined cycle power plant according to the first aspect, the constraint condition is satisfied and the time required to reach the specified generated power is minimized. The operating parameters are determined, and the combined cycle power plant can be operated at the time of startup according to the operating parameters.
[0029]
A method for operating a combined cycle power plant according to claim 3 is the method for operating a combined cycle power plant according to claim 1 or 2, wherein the operating variable is an increase rate CV of the combined power generation output after switching of steam or a gas turbine output. Is divided into a plurality of time units, and a rise rate CVn or GVn is taken for each section.
[0030]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the third aspect, the degree of freedom of the optimization calculation is increased by partitioning the rate of increase of the combined power generation output or the gas turbine output after the switching of the steam. As compared with the operation methods of the first and second combined cycle power plants, it is possible to obtain the operation parameters for shortening the start-up time.
[0031]
A method of operating a combined cycle power plant according to claim 4 is the method of operating a combined power plant according to any one of claims 1 to 3, wherein the time PT to reach the specified power generation output, which is an evaluation index, is set. , Replaced by the constraint conditions, the value of the thermal stress SS generated on the shaft of the steam turbine, the value of the thermal stress HS generated in the high temperature part of the steam generator, the amount of nitrogen oxides in the flue gas Is replaced with an evaluation index, and the other conditions are left as they are as constraints.
[0032]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to claim 4, of the operation methods that reach the target output by the designated time, generation of thermal stress SS in the shaft of the steam turbine, It is possible to determine and operate an operation method that minimizes the generation of thermal stress HS or the generation of nitrogen oxide NO in flue gas.
[0033]
A method of operating a combined cycle power plant according to claim 5 is the method of operating a combined power plant according to any one of claims 1 to 5, wherein the process data of the power plant is used as an initial value for a dynamic characteristic simulation calculation. Is used.
[0034]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to claim 5, by setting the value of the initial state by using the process data actually observed from the plant performing the dynamic characteristic simulation, the future value of the actual plant is set. The trend can be estimated more accurately. Therefore, a more accurate value can be obtained for the operation parameter that is the result of the optimization calculation using the estimated value.
[0035]
The method of operating a combined cycle power plant according to claim 6 is the method of operating a combined cycle power plant according to claim 5, wherein the optimization calculation is repeated every predetermined time period in accordance with the progress of the operation of the power plant, and the operation parameters are changed. It is characterized in that it is updated sequentially.
[0036]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the sixth aspect, the actual operation state of the plant is taken in, the prediction calculation and the calculation of the operation parameters are performed, and these are sequentially and repeatedly performed according to the progress of the operation. It is possible to calculate operation parameters reflecting the operation state.
[0037]
The operation method of the combined cycle power plant according to the invention of claim 7 is a method of operating a combined cycle power plant including gas turbine equipment and steam turbine equipment from start-up to a predetermined combined power generation output of steam to the steam turbine. In performing the operation after the ventilation, a steam temperature change pattern for monitoring the thermal stress of the steam turbine is set as an operation variable at a constant temperature increase rate CT over the entire time of the prediction calculation or at a predetermined time interval. And setting the temperature rise rate Tn as one of the steam temperature change patterns, and as a constraint, thermal stress generated on the shaft of the steam turbine in the future calculated by dynamic simulation from the steam temperature change pattern The maximum MSS of the predicted value of Setting the time PT to reach a specified steam temperature as an evaluation index, and solving the optimization problem to minimize the evaluation index based on the manipulated variables and the constraint conditions. Determining a temperature pattern and determining an operation parameter of the power generation output from the obtained steam temperature pattern.
[0038]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the seventh aspect, by partially determining the operation parameters by the optimization calculation, the scale of the equipment to be calculated can be reduced.
[0039]
The operation method of the combined cycle power plant according to claim 8 is characterized in that, in the operation from the start of the combined cycle power plant including the gas turbine equipment and the steam turbine equipment to a predetermined combined power generation output, after the steam is passed to the steam turbine. In performing the operation, a steam temperature change pattern for monitoring the thermal stress of the steam turbine is used as an operation variable, a constant temperature rise rate CT over the entire time of the prediction calculation, or a temperature set at predetermined time intervals. Setting one of the steam temperature change patterns of the rate of increase PVn, and setting, as constraints, a time PT at which the designated steam temperature is reached, and that the change in steam temperature is non-decreasing; As an evaluation index, it is calculated by dynamic simulation from the change pattern of steam temperature. Setting the maximum value MSS of the predicted value of the thermal stress generated in the shaft of the steam turbine, and solving an optimization problem for minimizing the evaluation index based on the manipulated variables and the constraints to determine the steam temperature. Determining a pattern and determining an operation parameter of the power generation output from the obtained steam temperature pattern.
[0040]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the eighth aspect, as in the preceding paragraph, by partially determining the operation parameters by the optimization calculation, the scale of the equipment to be calculated can be reduced.
[0041]
The method of operating a combined cycle power plant according to claim 9 is included in the optimization calculation when performing the optimization calculation for solving the optimization problem in the operation method of the combined power plant according to claim 7 or 8. The initial value for the dynamic characteristic simulation calculation uses the process data of the power plant at the calculation time, and the optimization calculation is repeated every predetermined time period according to the progress of the operation of the power plant, and the operating parameters are sequentially updated. It is characterized by the following.
[0042]
According to the operating method of the combined cycle power plant according to the ninth aspect, similarly to the seventh and eighth aspects, by partially determining the operating parameters by the optimization calculation, it is possible to reduce the scale of the equipment to be calculated. . Further, the effects of modeling errors, plant parameter errors, and unknown inputs in the optimization calculation can be reduced.
[0043]
The method for operating a combined cycle power plant according to claim 10 is a method for operating a combined cycle power plant including a gas turbine facility and a steam turbine facility from start-up to a predetermined combined power generation output. The operation before ventilation of the steam turbine uses the method according to any one of claims 1 to 6, and the operation after ventilation of steam to the steam turbine uses the method according to any one of claims 7 to 9. A method for operating a combined power plant, comprising:
[0044]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to claim 10, the operation parameters by the optimization calculation can be used for the determination of the operation parameters before the steam turbine ventilation. An operation can be performed in consideration of the thermal stress of a certain steam turbine.
[0045]
An operation method for a combined cycle power plant according to claim 11 is the method for operating a combined power plant according to any one of claims 7 to 10, wherein the change occurs in the steam turbine shaft in the future from the change pattern of the steam temperature. When calculating the predicted value SS of the thermal stress, a prediction calculation formula obtained from a linear difference equation is used instead of the dynamic simulation.
[0046]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the eleventh aspect, it is possible to obtain an optimal operation parameter in a short time without performing a dynamic characteristic simulation with a large amount of calculation. It can be used for large-scale control devices.
[0047]
A method of operating a combined cycle power plant according to claim 12 is the method of operating a combined power plant according to any one of claims 7 to 10, wherein heat generated on a shaft of a steam turbine in the future from a change pattern of steam temperature. When calculating the predicted value SS of the stress, instead of using the dynamic simulation, a prediction calculation formula obtained from a linear difference equation is used, and a linear maximum value / minimum value problem is used for the optimization calculation. Features.
[0048]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the twelfth aspect, the calculation load can be reduced by shortening the control cycle and performing the optimization calculation. Therefore, even in a control system having a low calculation capability, such optimization calculation can be easily realized.
[0049]
Further, by shortening the control cycle for performing the sequential optimization and frequently correcting the prediction error, it is possible to reduce the effects of modeling errors, plant parameter errors, and unknown inputs.
[0050]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the combined cycle power plant operating method according to any one of the seventh to tenth aspects, wherein the combined cycle power generation plant is generated in a future steam turbine shaft from a steam temperature change pattern. When calculating the predicted value SS of the thermal stress, instead of the dynamic simulation, a prediction calculation formula obtained from a linear difference equation is used, and the optimization calculation uses a linear programming method. .
[0051]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the thirteenth aspect, the portion using the maximum value / minimum value problem in the preceding item can be replaced with a linear programming method. By using the linear programming, an optimal solution can be obtained with a finite number of calculations, so that the calculation time can be reduced.
[0052]
The method for operating a combined cycle power plant according to claim 14 is the method for operating a combined power plant according to any one of claims 7 to 13, wherein a steam temperature pattern obtained by an optimization calculation is set as a target value, Feedforward control is performed on the target value so that the target value and the measured value of the steam temperature measured for the management of thermal stress match, and the power generation output obtained in advance from the relationship between the steam temperature and the power generation output. A target value of a power generation output is set by adding a signal and the feedforward control signal.
[0053]
According to the operation method of the combined cycle power plant according to the fourteenth aspect, by performing such feedforward control, it is possible to accurately control the target value of the power generation output obtained from the target steam temperature pattern.
[0054]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0055]
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example of a plant control system having an operation parameter calculation system for determining an operation parameter by an optimization calculation including a prediction calculation based on a dynamic characteristic simulation according to an operation method of a combined cycle power plant according to the present invention. It is. As shown in FIG. 1, an operation parameter 15 obtained by the optimization calculation is given as a control target of the lower-level control devices 12a and 12b, and the lower-level control devices 12a and 12b generate an operation signal of the device according to the target value. I do.
[0056]
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the above-described operation parameter calculation system. The optimization calculation in the operating parameter calculation system of FIG. 2 includes, as operating variables, a gas turbine acceleration rate GV, an output GO of the first load holding of the gas turbine, a pressure GSP of steam while the load of the gas turbine is held, and bypass steam. A switching time CT for injecting steam into the steam turbine, an operating parameter at the time of operating operation including a rising rate CV of the combined power generation output after the switching of steam is set, and as a constraint, a dynamic characteristic simulation of the combined cycle power plant is performed. The value of the thermal stress SS generated in the shaft of the steam turbine, the value of the thermal stress HS generated in the high temperature portion of the steam generator, and the nitrogen oxides in the flue gas, which are predicted to be generated by the operation based on the prediction calculation Monitoring parameters of the plant consisting of the NO value of the emissions of A time PT to reach a specified power generation output, which is predicted to be caused by a driving operation by a prediction calculation by a dynamic characteristic simulation of a cycle power plant, is set, an evaluation index is used as an evaluation function, and based on the operation variables and constraints, Compute the manipulated variables that minimize the cost function.
[0057]
By solving the optimization problem in this way, it is possible to obtain an operation variable that satisfies the constraint conditions and minimizes the time required to reach the specified power generation output, that is, an operation parameter.
[0058]
As an optimization calculation method, for example, a nonlinear optimization calculation method with constraints such as SQP (sequential quadratic programming) may be used.
[0059]
Details of SQP are described in, for example, G. L. Nemhauser, A .; H. G. FIG. Rinnooy Kan, M .; J. Tood, Optimization, North-Holland (1989).
[0060]
According to the configuration and operation of the present embodiment, an operation parameter that satisfies the constraint conditions and minimizes the time required to reach the specified combined power generation output is obtained, and the combined cycle power plant is operated at startup according to the operation parameter. Can be.
[0061]
(Second embodiment)
The second embodiment according to the operation method of the combined cycle power plant of the present invention is characterized in that, in the first embodiment described above, the increase rate CV of the combined power generation output after the switching of steam, which is given as an operation variable, This is replaced with the rate of increase GV of the power output by the gas turbine.
[0062]
Since the rise rate GV of the power generation output by the gas turbine has a first-order correlation with the rise rate CV of the combined power generation output after switching of steam, the former can substitute for the latter.
[0063]
Therefore, also in the second embodiment, an operation parameter that satisfies the constraints and minimizes the time required to reach the specified combined power generation output is determined, and the combined cycle power plant is operated according to this operation parameter at the time of startup. Can be.
[0064]
(Third embodiment)
The third embodiment according to the operation method of the combined cycle power plant according to the present invention is the same as the first embodiment or the second embodiment, except that the combined power generation output is increased after the switching of the steam set as the operation variable. The increase GV of the gas turbine power generation output after the CV or steam switching is divided into a plurality of sections from a single increase pattern as shown in FIG. 3, and the output change for each section is used as an operation variable. is there.
[0065]
By increasing the number of operation variables for optimization calculation in this way, the degree of freedom of optimization calculation is increased, and the fluctuation of the value of optimization can be further reduced.
[0066]
FIGS. 4A and 4B show the effect of performing the optimal calculation by segmenting the rise in the output of the gas turbine.
[0067]
FIG. 4A shows a case where the output rise of the gas turbine is fixed for comparison. The upper diagram of FIG. 4A shows the change of the output of the gas turbine and the steam turbine and the output of the combined power generation in that case, and the lower diagram shows the change of the thermal stress in that case. is there. Since the change in the thermal stress has a steep peak, it is necessary to suppress the output rise rate so as not to exceed the limit value of the thermal stress. By suppressing the output rise rate, it takes time to start.
[0068]
On the other hand, FIG. 4B shows a case in which the increase in the output of the gas turbine is divided and the optimal calculation is performed. The upper diagram of FIG. 4 (b) shows the change of the output of the segmented gas turbine and the steam turbine and the output of the combined power generation in that case, and the lower diagram shows the change of the thermal stress in that case. It is shown. The change in the thermal stress increases the degree of freedom in the optimization calculation, so that even if the peak of the thermal stress rises quickly, it can be kept below the limit value of the thermal stress. Therefore, the output can be increased in a short time.
[0069]
That is, when the optimal calculation is performed by partitioning the output rise of the gas turbine, the plant can be started in a shorter time than when the optimal calculation is performed with the output increase constant under the same operating constraints.
[0070]
Therefore, it is possible to obtain operating parameters that can shorten the start-up time as compared with the first and second embodiments.
[0071]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment according to the combined cycle power plant operation method according to the present invention is different from the first, second and third embodiments in that the evaluation index “time to reach the specified power generation output” is used. Is changed to the constraint condition, and the constraint condition is the value of the thermal stress SS generated in the shaft of the steam turbine, the value of the thermal stress HS generated in the high temperature part of the steam generator, and the value of the nitrogen oxide in the flue gas. One of the values of the emission amount NO is selected as an evaluation index, and the rest is used as a constraint as it is to solve an optimal problem that minimizes the evaluation index and determine an operation parameter that is an operation variable.
[0072]
As a method of operating a power plant, there is a case where a power plant is started and operated so as to generate target power at a certain designated time.
[0073]
In order to cope with this, as in the present embodiment, it is assumed that starting at a given time is a constraint condition, any one of the above conditions selected as an evaluation index is minimized, and an item not selected as an evaluation index is If the operating parameters for starting are determined by using the operating conditions as the constraint conditions, the power plant can be started by using those operating parameters, and the target power can be generated at the designated time.
[0074]
(Fifth embodiment)
The sixth embodiment according to the method for operating a combined cycle power plant according to the present invention is the same as the first to fifth embodiments, except that the initial value of the dynamic characteristic simulation calculation for predicting the future operation state of the power plant is obtained. In this method, the optimal problem for minimizing the evaluation index is solved before starting the operation using the process data of the power plant, and the operation parameters are determined.
[0075]
FIG. 5 is a flowchart for determining operation parameters by optimization calculation in the operation parameter calculation system configured as described above. This flowchart shows a calculation flow for predicting a future operation state of the plant by incorporating available data from the plant into initial values of the dynamic characteristic simulation.
[0076]
FIG. 6 shows a configuration diagram of a control system having the above-described operation parameter calculation system. As shown in the figure, process data 17a and 17b are input from input / output devices 13a and 13b to an operation parameter calculation system 18 and the obtained operation parameters 15 are given as target values of the lower control devices 12a and 12b.
[0077]
The optimization performed in the first to fifth embodiments of the present invention is based on the estimated value of the future operation state of the power plant calculated by the dynamic characteristic simulation. For this reason, the prediction accuracy by the dynamic characteristic simulation affects the calculation result of the optimization, and affects the operation accuracy of the plant.
[0078]
The dynamic characteristic simulation performed in the first to fifth embodiments of the present invention is a nonlinear ordinary differential equation system and can be expressed as follows.
Figure 2004116416
Here, x (t) is a state vector, u (t) is an input vector, y (t) is an output vector, and t is time. Further, F and G can be obtained by solving equations representing the dynamic characteristics of the plant by solving an initial value problem using the initial state x (t0) at the initial time t0 as an initial value.
[0079]
In the solution of such an ODE, the subsequent result is affected by the value of the initial state x (t0). Therefore, even if the method of describing the equation is correctly performed, if the value of the initial state x (t0) is different, the future operating state of the plant according to the dynamic simulation will be different from the actual operating state of the plant. Become something.
[0080]
On the other hand, the value in the initial state can be determined from the amount actually observed in the plant, that is, from the process data. As a result, the accuracy of the result of the dynamic simulation is improved, and the operating parameters of the plant obtained by solving the optimal problem using the result are also accurate values.
[0081]
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment according to the combined cycle power plant operating method according to the present invention performs the optimization calculation in the first to fifth embodiments according to the progress of the operation of the power plant as shown in FIG. The operation parameters are repeatedly updated at predetermined time intervals to sequentially update the operation parameters. At this time, as for the initial value for the dynamic characteristic simulation included in the optimization calculation, the process data of the power plant at the calculation time is used for the measurement data of the power plant that can be used.
[0082]
As described in the fifth embodiment, in the present invention, the accuracy of the prediction calculation of the future operating state of the power plant affects the operation parameters obtained by the optimization calculation including the prediction calculation.
[0083]
In the prediction calculation based on dynamic characteristics simulation of the future behavior of the power plant, there is always an error in the model formula for calculation, data used in the calculation, initial values, external input variables, etc. Occurs.
[0084]
Further, in the dynamic characteristic simulation formula, an error occurs in the future predicted value due to factors such as unmodeled characteristics and external influences not included in the model formula. The errors due to these factors accumulate and increase as the prediction period becomes longer.
[0085]
The present embodiment is to prevent the accumulation of the prediction error by taking in the actual operation state of the plant, performing the prediction calculation and the calculation of the operation parameters, and repeatedly performing the calculation in accordance with the progress of the operation. As a result, it is possible to calculate an operation parameter reflecting the operation state of the actual machine.
[0086]
FIG. 8 shows a flow when the operation parameters are determined. FIG. 11A shows a case of normal optimization calculation, and FIG. 10B shows a case of sequential optimization calculation in the present embodiment. In the present embodiment, it can be interpreted that performing the sequential calculation has a feedback effect.
Originally, this feedback has the effect of reducing the sensitivity to modeling errors of the controlled object and to the effects of external inputs other than the manipulated variables.
[0087]
In short, the actual operating condition of the plant is taken in, the prediction calculation and the calculation of the operating parameters are performed, and these are sequentially repeated according to the progress of the operation. can do.
[0088]
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment according to the method for operating the combined cycle power plant according to the present invention is different from the first embodiment to the sixth embodiment in that the operation parameters are determined in accordance with the operation after the aeration of steam to the steam turbine. This is related to how to determine the operating parameters for.
[0089]
In the optimization calculation of the present embodiment, a steam temperature change pattern for monitoring the thermal stress of the steam turbine is given as an operation variable, and as a constraint, a steam temperature change generated in the future steam turbine axis calculated from the steam temperature change pattern is used. The maximum value MSS of the predicted value of the thermal stress to be performed and the change in the steam temperature are set to be non-decreasing, the time PT to reach the specified steam temperature is set as the evaluation index, and the evaluation index is minimized. Then, a steam temperature pattern is obtained by solving the optimal problem to be performed, and the operating parameters of the combined power generation output are determined from the obtained steam temperature pattern. Here, the method of giving the temperature change pattern, which is an operation variable, is any of the constant temperature rise rate TV over the entire time of the prediction calculation, the temperature T or the temperature rise rate TV set at predetermined time intervals. .
[0090]
As for the operation method up to the ventilation of the steam turbine, the method for determining the operation parameters of the first to sixth embodiments is used.
[0091]
When the operation parameters are determined by the optimization calculation, a large amount of calculation is required if the number of operation variables is large or the prediction period is long. Since the optimization calculation is partially performed, the amount of calculation can be suppressed, and the scale of a computer that executes the calculation can be reduced.
[0092]
(Eighth embodiment)
The ninth embodiment according to the combined cycle power plant operation method according to the present invention relates to a combined cycle power plant including a gas turbine facility and a steam turbine facility. When the operation after the steam aeration is performed, a steam temperature change pattern for monitoring the thermal stress of the steam turbine is given as an operation variable, and a time PT at which the steam temperature reaches the designated steam temperature and a change in the steam temperature are set as constraints. Sets the condition of non-reduction, sets the maximum value MSS of the predicted value of the thermal stress generated in the future axis of the steam turbine calculated from the change pattern of the steam temperature as the evaluation index, and minimizes the evaluation index Solves the optimal problem to determine the steam temperature pattern, and from the obtained steam temperature pattern, the operating parameters of the power generation output It is those determined.
[0093]
Here, the method of giving the temperature change pattern, which is an operation variable, is any one of a constant temperature rise rate TV over the entire time of the prediction calculation, a temperature set at predetermined time intervals, and a temperature rise rate PV.
[0094]
As for the operation method up to the ventilation of the steam turbine, the method for determining the operation parameters in the first to sixth embodiments is used.
[0095]
In determining the operation parameters by the optimization calculation, a large amount of calculation is required if the number of operation variables is large or the prediction period is long. As in the seventh embodiment, by partially optimizing the calculation, the amount of calculation can be suppressed, and the scale of the computer that executes the calculation can be reduced.
[0096]
(Ninth embodiment)
The ninth embodiment according to the combined cycle power plant operating method according to the present invention, as described in the seventh and eighth embodiments, performs the sixth embodiment when the optimization calculation is partially performed. As described in the embodiment, the operating parameters are repeatedly updated at predetermined time intervals in accordance with the progress of the operation of the power plant, and the operating parameters are sequentially updated.
[0097]
As for the initial value for the dynamic characteristic simulation calculation included in the optimization calculation, the process data of the power plant at the calculation time is used for those for which the measurement data of the power plant can be used, as in the sixth embodiment. .
[0098]
With such a configuration, as described in the seventh and eighth embodiments, when the optimization calculation is partially performed, the modeling error and the plant parameter described in the sixth embodiment are reduced. And the effects of unknown inputs can be reduced.
[0099]
By partially determining the operation parameters by the optimization calculation, it is possible to reduce the scale of a device that executes the calculation.
[0100]
Further, the effects of modeling errors, plant parameter errors, and unknown inputs in the optimization calculation can be reduced.
[0101]
(Tenth embodiment)
A tenth embodiment according to a method for operating a combined cycle power plant according to the present invention relates to operating the combined cycle power plant from startup to ventilation to a steam turbine, according to any one of claims 1 to 6. A method is used to determine operating parameters for the operation after the aeration of steam to the steam turbine by using the method according to any one of claims 7 to 9.
[0102]
With this configuration, it is possible to use the operation parameters obtained by normal optimization calculation for the operation up to the steam turbine ventilation, and realize the operation in consideration of the thermal stress of the steam turbine, which is a major constraint after the steam turbine ventilation. be able to.
[0103]
By dividing the determination of the operation parameters by the optimization calculation into two, the scale of the device that executes the calculation can be reduced, and the startup in a short time in consideration of the constraint condition can be realized.
[0104]
(Eleventh embodiment)
An eleventh embodiment according to the method of operating the combined cycle power plant according to the present invention is directed to the seventh embodiment to the tenth embodiment, in which the predicted value of the thermal stress generated on the shaft of the steam turbine in the future from the change pattern of the steam temperature. Is calculated, the operating parameters are determined using a prediction calculation formula obtained from the linear difference equation used for monitoring.
[0105]
In general, since the shaft of a steam turbine is made of a large metal, a temperature distribution occurs inside the shaft due to a rise in the temperature of the shaft surface due to the injection of steam, thereby generating thermal stress.
The thermal stress prediction formula can be obtained as follows.
[0106]
The thermal stress of the shaft of the steam turbine is generated by the temperature distribution of the shaft. As shown in FIG. 9, since the shaft is regarded as a disc-shaped metal whose surface is exposed to steam, the temperature distribution generated on the shaft is based on heat transfer due to heat exchange with the surface steam temperature as a boundary condition. It can be represented by the heat conduction equation. The heat conduction equation for obtaining the temperature distribution in the disk is represented by the following polar coordinate expression, where a is a coefficient determined from the property and shape of the metal, where T is the temperature at time t and location r is T (t, r). It becomes a PDE.
Figure 2004116416
When the volume average temperature is expressed as Ta (t),
Ta (t) = 2 / (r2−r1) ∫T (t, r) · r · dr (2)
It becomes. Here, r2 is the square of the outer diameter of the shaft, r1 is the square of the inner diameter of the shaft, and integration is performed from the inner diameter to the outer diameter.
[0107]
The thermal stress is a value proportional to the difference between the volume average temperature Ta (t) and the temperature T (t, r) on the disk.
[0108]
In the operation of the power plant, a difference equation obtained by differentiating these equations with respect to time and place is used. Since the equation (2) is a linear equation, the equation for the differentiated thermal stress is also a linear difference equation as shown below.
[0109]
In the following, X is used instead of T as a temperature variable. The temperature distribution vector at the discrete sample time k is represented as X (k). The transposed vector of the temperature distribution vector X (k) is represented by [X1 (k), X2 (k),..., Xn (k)] T It expresses.
[0110]
Assuming that the thermal stress is y (k) and the steam temperature is u (k), the thermal stress becomes the following difference equation:
X (k + 1) = A.X (k) + B.u (k) (3)
y (k) = C ・ X (k) (4)
Here, the constant matrices A, B, and C are constant matrices determined by differentiating the heat conduction equation and the volume average temperature equation and determined by the number of divisions, the shape of the shaft, the material, and the like.
Thus, the transposed vector of the estimated value vector Y of the thermal stress over the m period, where k is the current time,
[Y (k + 1), y (k + 2), ..., y (k + m)] T ,
The transposed vector of the steam temperature vector U of the manipulated variable over p future periods is
[U (k + 1), u (k + 2), ..., u (k + p)] T ,
Then, the estimated value vector Y of the thermal stress is obtained by using the manipulated variable vector U,
Y = FX × (k) + GU (5)
It can be expressed as. Thus, the estimated value Y of the thermal stress can be determined by giving the steam temperature U.
[0111]
Conversely, if the estimated value Y of the thermal stress is given, the value of the future steam temperature U can be determined. For example, the transpose of matrix G is given by G T From equation (5), using the least squares method,
U = HG T ・ (YF ・ X (k)) (6)
Can be sought. Here, the matrix H is G T The inverse matrix of G
[0112]
The conversion from the steam temperature pattern to the power generation output pattern is performed as shown in FIG.
It can be determined from the relationship between the previously determined steam temperature and the power generation output.
[0113]
By using the thermal stress prediction formula as described above, it is possible to obtain the optimum operation parameters without performing a dynamic characteristic simulation requiring a large amount of calculation.
[0114]
That is, the optimum operation parameters can be obtained in a short time, and the calculation performance and the storage capacity can be used for a large-scale control device.
[0115]
(Twelfth embodiment)
The twelfth embodiment according to the combined cycle power plant operating method according to the present invention, as determined in the eleventh embodiment, includes the seventh to tenth embodiments in which the steam temperature change pattern When calculating the predicted value SS of the thermal stress generated on the shaft of the steam turbine, when determining the operating parameter using the prediction calculation formula obtained from the linear difference equation used for monitoring the thermal stress and using the result First, a linear maximum / minimum problem is used.
[0116]
There are two methods for utilizing the linear maximum / minimum problem, and each method will be described with reference to FIGS.
[0117]
First, the first method is a method of calculating a temperature pattern in order to start up in the shortest time with thermal stress as a constraint. FIG. 11 is a flowchart of the calculation, and the procedure is as follows.
(1) Set the initial value of the number N of operations of the steam temperature.
(2) Set an initial value X (0) of the temperature distribution of the axis.
(3) A steam temperature change pattern U for monitoring the thermal stress of the steam turbine is given as an operation variable, and as a constraint, a time M at which the steam temperature reaches the designated steam temperature and a condition that the change in the steam temperature is not reduced are set. The maximum value / minimum value problem is solved by giving, as an evaluation index, the maximum value J of the predicted value Y of the thermal stress generated in the future axis of the steam turbine calculated from the change pattern of the steam temperature.
(4) If the thermal stress is equal to or less than the limit value, reduce the number of operations and return to (1).
If it is more than the limit value, go to the next.
(5) If none of the calculations satisfy the limit value or less in the calculation of (3), the operation number N of the steam temperature is increased, and the process returns to (1). If there is one satisfying the limit value or less in the calculation of (3), the process goes to the next step.
(6) The previous result is adopted as the steam temperature operation pattern.
[0118]
Next, the second method is a method of calculating a steam temperature pattern that can be started with a minimum thermal stress, with the starting time as a constraint. FIG. 12 is a flowchart for calculating the steam temperature pattern at this time. In this case, a solution can be obtained by solving the optimization problem only once.
[0119]
As described above, the optimization calculation is configured to solve the linear maximum value / minimum value problem, and an optimum solution can be obtained at high speed. In the sequential optimization calculation described in the ninth embodiment, it is necessary to perform the optimization calculation for each determined control cycle, but in the present embodiment, it is necessary to solve the optimization problem only once. So there is no need to repeat. Therefore, such a calculation can be easily realized even in a control system having a low calculation capability.
[0120]
(Thirteenth embodiment)
The thirteenth embodiment of the combined cycle power plant operation method according to the present invention uses a linear programming method instead of the optimization calculation using the linear maximum / minimum problem of the twelfth embodiment. Things.
[0121]
The linear maximum / minimum problem and the linear programming can be interchanged with each other in a relationship as shown in FIG. Therefore, in the first method and the second method of the twelfth embodiment, the part using the maximum value / minimum value problem can be replaced by the linear programming.
[0122]
By using the linear programming, an optimal solution can be obtained with a finite number of calculations, so that the calculation time can be reduced and it is not necessary to require a high calculation capability for the control system.
[0123]
(14th embodiment)
The fourteenth embodiment according to the combined cycle power plant operating method according to the present invention relates to the seventh to thirteenth embodiments in which the temperature pattern obtained so as to provide the optimum operation and the thermal stress are actually calculated. The control is performed so that the temperature used for management matches.
[0124]
FIG. 14 shows a control algorithm according to such an embodiment. The steam temperature pattern obtained by the optimization calculation is set as a target value, and a feedforward control signal is generated so that there is no deviation as compared with a measured value of the steam temperature measured for thermal stress management. On the other hand, a power generation output signal is set based on the relationship between the previously determined steam temperature and the power generation output, and a target value of the power generation output is created by adding the power generation output signal and the previous feedforward control signal.
[0125]
When the relationship between the steam temperature and the power generation output cannot be easily obtained, the target value of the power generation output can be obtained only by the feedforward control signal.
[0126]
By configuring such a control algorithm, the steam temperature pattern obtained by the optimization calculation can be used as the target value, and the target value of the power generation output set from the relationship between the steam temperature and the power generation output obtained in advance can be corrected. it can.
[0127]
【The invention's effect】
According to the operation method of the combined power plant of the present invention, by taking into account the operation constraints of the plant, the operation parameters are obtained by an optimization calculation that minimizes the startup time, and the plant is operated according to the operation parameters. The operation of the plant can be started in a short time without generating excessive thermal stress.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of operation according to the first embodiment;
FIG. 3 is a diagram showing an optimal calculation model 1 based on output rise partitioning in a third embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an optimal calculation model 2 based on output rise partitioning in a third embodiment.
FIG. 5 is a flowchart for determining an operation parameter by an optimization calculation in the fifth embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram of a control system having an operation parameter calculation system in a fifth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a method 1 for determining an operation parameter in the sixth embodiment.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a method 2 for determining an operation parameter in the sixth embodiment, wherein FIG. 8A illustrates an open-loop case, and FIG. 8B illustrates a closed-loop case of the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a method for calculating thermal stress in the eleventh embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing target value conversion in the eleventh embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing a flow 1 of calculating a steam temperature pattern in the twelfth embodiment.
FIG. 12 is a flowchart showing a flow 2 of calculating a steam temperature pattern in the twelfth embodiment.
FIG. 13 is a view for explaining equivalence in the thirteenth embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a control algorithm for generating a power generation output target value in a fourteenth embodiment.
FIG. 15 is a configuration diagram of a conventional combined cycle power plant.
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a fuel flow rate, a power generation output, an exhaust gas flow rate, an exhaust gas temperature, and a steam temperature in a conventional combined cycle power plant.
FIG. 17 is a diagram showing an example of a conventional combined cycle power plant operation at startup.
FIG. 18 is a configuration diagram of a control system of a conventional combined cycle power plant.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... gas turbine equipment, 1a ... compressor, 1b ... gas turbine, 2 ... waste heat recovery boiler, 3 ... steam turbine equipment, 3a ... steam turbine, 4 ... generator (gas turbine shaft), 4a ... generator (steam) Turbine shaft), 5 ... condenser, 6 ... pump,
7 ... combustor, 8 ... fuel valve, 9 ... steam valve (1), 10 ... steam valve (2), 11 ... conventional control device, 11a ... control device of the first embodiment, 11b ... fifth embodiment Control device of the form, 12: Upper control device, 12a: Lower control device for gas turbine, 12b: Lower control device for steam turbine, 13a: Input / output device for gas turbine, 13b: Input / output device for steam turbine, 14: Power generation Plant, 15: Operating parameters, 15a: Operating parameters for gas turbine, 15b: Operating parameters for steam turbine, 16: Operating signal, 16a: Operating signal for gas turbine, 16b: Operating signal for steam turbine, 17a: Process for gas turbine Data 17b Process data for steam turbine 18 Operating parameter calculation system 19 Operating data processing system 20 Unknown input Reference numeral 21: operation target value, 22: initial value data, 23a: gas turbine operating device, 23b: steam turbine operating device, 24a: gas turbine detector, 24b: steam turbine detector, 181: optimal calculation, 182 ... Prediction calculation, 191 ... Data selection, 192 ... Plant data collection system

Claims (14)

ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転を行うに当り、操作変数として、ガスタービンの昇速率GV、ガスタービンの最初の負荷保持の出力GO、ガスタービンの負荷保持中の蒸気の圧力GSP、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間CT、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVからなる運転パラメータを設定する段階と、
制約条件として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値SS、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値HS、
排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値NOからなるプラントの監視パラメータを設定する段階と、
評価指標として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、指定された発電出力に到達する到達時間PTを設定する段階と、
前記操作変数と前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を運転開始前に解き,前記操作変数である運転パラメータを決定する段階と
を有することを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
In the operation from the start of the combined cycle power plant composed of the gas turbine equipment and the steam turbine equipment to the predetermined power generation output, the operation variables include the gas turbine speed-up rate GV, the output of the gas turbine at the initial load retention. A step of setting operation parameters including GO, a pressure GSP of steam during load holding of the gas turbine, a switching time CT for injecting steam into the bypass steam and the steam turbine, and a rising rate CV of the combined power generation output after the switching of steam. When,
As constraint conditions, a prediction calculation is performed by a dynamic characteristic simulation of a combined cycle power plant, and a heat stress value SS generated in a steam turbine shaft, which is predicted to be caused by an operation operation, and a heat generated in a high temperature portion of a steam generator. Stress value HS,
Setting a monitoring parameter of the plant consisting of the value NO of the emission of nitrogen oxides in the flue gas;
Performing a prediction calculation by a dynamic characteristic simulation of the combined cycle power plant as an evaluation index, and setting a reaching time PT to reach a specified power generation output, which is predicted to be caused by the driving operation;
Solving an optimization problem that minimizes the evaluation index before starting operation based on the manipulated variables and the constraint conditions, and determining an operating parameter that is the manipulated variable. Driving method.
操作変数として、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVを、蒸気の切り替え以降のガスタービンの発電出力の上昇率GVに置換えたことを特徴とする請求項1記載のコンバインド発電プラントの運転方法。2. The operation of the combined power plant according to claim 1, wherein the increase rate CV of the combined power generation output after the switching of the steam is replaced with the increase rate GV of the power generation output of the gas turbine after the switching of the steam as the operation variable. Method. 操作変数である、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率CVあるいは蒸気の切り替え以降のガスタービン発電出力の上昇率GVを、複数の時間単位に区分して、それぞれの区分毎に上昇率CVnあるいはGVnを採ることを特徴とする請求項1又は2記載のコンバインド発電プラントの運転方法。The operation variable, the increase rate CV of the combined power generation output after the switching of steam or the increase rate GV of the gas turbine power generation output after the switching of the steam, is divided into a plurality of time units, and the increase rate CVn for each of the divisions. Alternatively, the method of operating a combined power generation plant according to claim 1 or 2, wherein GVn is adopted. 評価指標である、指定された発電出力に到達する時間PTを、制約条件に置換え、制約条件である、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値SS、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値HS、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値NOのいずれか1条件を評価指標に置換え、その他の条件はそのまま制約条件に残すことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。The time PT to reach the specified power generation output, which is an evaluation index, is replaced with a constraint, and the constraint is the value of the thermal stress SS generated on the shaft of the steam turbine, the heat generated in the high-temperature portion of the steam generator. 4. The method according to claim 1, wherein one of the stress value HS and the value NO of the nitrogen oxide emission amount in the flue gas is replaced with an evaluation index, and the other conditions are left as constraint conditions. An operation method of the combined power generation plant according to any one of the preceding claims. 前記動特性シミュレーション計算のための初期値として、発電プラントのプロセスデータを用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。The method for operating a combined power plant according to any one of claims 1 to 5, wherein process data of the power plant is used as an initial value for the dynamic characteristic simulation calculation. 前記最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って所定の時間周期毎に繰り返し,運転パラメータを逐次更新することを特徴とする請求項5記載のコンバインド発電プラントの運転方法。The method of operating a combined power plant according to claim 5, wherein the optimization calculation is repeated at predetermined time intervals in accordance with the progress of the operation of the power plant, and the operating parameters are sequentially updated. ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、
操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率CT、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率Tnのいずれか一方の蒸気温度変化パターンにして、設定する段階と、
制約条件として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値MSS、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、
評価指標として、指定された蒸気温度に到達する時間PTを設定する段階と、前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンからコンバインド発電出力の運転パラメータを決定する段階と
を有することを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
In the operation from the start of the combined cycle power plant including the gas turbine equipment and the steam turbine equipment to the predetermined power generation output, in performing the operation after the ventilation of the steam to the steam turbine,
As an operation variable, a steam temperature change pattern for monitoring thermal stress of the steam turbine is calculated by using either a constant temperature rise rate CT over the entire time of the prediction calculation or a temperature rise rate Tn set at predetermined time intervals. And setting the steam temperature change pattern,
As the constraints, the maximum value MSS of the predicted value of the thermal stress generated in the shaft of the steam turbine in the future calculated by the dynamic simulation from the change pattern of the steam temperature and the change in the steam temperature are set to be non-decreasing. Stage to
Setting a time PT at which a designated steam temperature is reached as an evaluation index, and solving an optimization problem for minimizing the evaluation index based on the manipulated variables and the constraints to obtain a steam temperature pattern. Determining an operating parameter of the combined power generation output from the obtained steam temperature pattern.
ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、
操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率CT、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率PVnのいずれか一方の蒸気温度変化パターンを設定する段階と、
制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間PT、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、
評価指標として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値MSSを設定する段階と、
前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定する段階と
を有することを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
In the operation from the start of the combined cycle power plant including the gas turbine equipment and the steam turbine equipment to the predetermined power generation output, in performing the operation after the ventilation of the steam to the steam turbine,
As a manipulated variable, a steam temperature change pattern for monitoring thermal stress of a steam turbine is calculated by using either a constant temperature increase rate CT over the entire time of the prediction calculation or a temperature increase rate PVn set at predetermined time intervals. Setting a steam temperature change pattern of
Setting, as constraints, the time PT to reach the specified steam temperature, and that the change in steam temperature is non-decreasing;
Setting, as an evaluation index, a maximum value MSS of a predicted value of a thermal stress generated in a shaft of the steam turbine in the future, which is calculated by a dynamic simulation from a change pattern of the steam temperature;
Solving the optimization problem that minimizes the evaluation index based on the manipulated variables and the constraints to obtain a steam temperature pattern, and determining an operation parameter of the power generation output from the obtained steam temperature pattern. A method for operating a combined power plant, comprising:
前記最適化問題を解くための最適化計算において、前記最適化計算に含まれる動特性シミュレーション計算のための初期値は、計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いるとともに、前記最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新することを特徴とする請求項7又は8記載のコンバインド発電プラントの運転方法。In the optimization calculation for solving the optimization problem, the initial value for the dynamic characteristic simulation calculation included in the optimization calculation uses process data of the power plant at the calculation time, and the optimization calculation includes power generation. 9. The operating method of a combined power plant according to claim 7, wherein the operating parameters are repeatedly updated at predetermined time intervals as the operation of the plant progresses. ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転を行うに当り、蒸気タービンへの蒸気の通気以前の運転は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の方法を用い、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転は、請求項7乃至9のいずれか1項記載の方法を用いることを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。In performing the operation from the start of the combined cycle power generation plant including the gas turbine equipment and the steam turbine equipment to the predetermined combined power generation output, the operation before aeration of the steam to the steam turbine is performed according to any one of claims 1 to 6. 10. A method of operating a combined power plant, wherein the method according to claim 1 is used, and the operation after the aeration of steam to the steam turbine is performed using the method according to any one of claims 7 to 9. 前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値SSの計算を行うに当り、前記動的シミュレーションの代わりに線形差分方程式から求めた予測計算式を用いることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。In calculating the predicted value SS of the thermal stress generated on the shaft of the steam turbine in the future from the change pattern of the steam temperature, a prediction calculation formula obtained from a linear difference equation is used instead of the dynamic simulation. The method for operating a combined power plant according to any one of claims 7 to 10. 前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の計算を行うに当り、前記動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形の最大値・最小値問題を用いることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。In calculating the predicted value of the thermal stress generated in the shaft of the steam turbine in the future from the change pattern of the steam temperature, instead of the dynamic simulation, a prediction calculation formula obtained from a linear difference equation is used. The method for operating a combined power plant according to any one of claims 7 to 10, wherein a linear maximum / minimum value problem is used for the conversion calculation. 前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の計算を行うに当り、前記動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形計画法を用いることを特徴とする請求項の7乃至10のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。In calculating the predicted value of the thermal stress generated in the shaft of the steam turbine in the future from the change pattern of the steam temperature, instead of the dynamic simulation, a prediction calculation formula obtained from a linear difference equation is used. The method for operating a combined power generation plant according to any one of claims 7 to 10, wherein the linearization method is used for the conversion calculation. 前記最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、前記目標値と熱応力の管理のために計測されている蒸気温度の計測値とが一致するように、前記目標値にフィードフォワード制御を行い、予め蒸気温度と発電出力との関係から求めた発電出力信号と前記フィードフォワード制御信号を加え合わせて発電出力の目標値を作成することを特徴とする請求項7乃至13のいずれか1項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。The steam temperature pattern obtained by the optimization calculation is set as a target value, and the feedforward control is performed on the target value so that the target value matches the measured value of the steam temperature measured for managing the thermal stress. And generating a target value of the power generation output by adding the power generation output signal previously obtained from the relationship between the steam temperature and the power generation output and the feedforward control signal. The operation method of the combined power plant according to the above item.
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