JP2006202226A - プラント運転支援方法、プラント運転支援装置及びプラント運転支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】 制御パラメータ調整の信頼性を評価する手法を提供する。
【解決手段】 プラント運転支援装置７００は、プラント制御に係る制御パラメータの設定値の設定経緯情報に基づいて前記設定値の信頼度を評価する評価手段７２０と、該評価手段により評価された評価値に基づいて前記設定値の信頼値を計算する信頼値計算手段７３０とをコンピュータを用いて構成し、設定経緯情報として設定者の識別情報、設定した自動調整ツールの識別情報、設定日時の情報、仮設定か否かの情報、過去の実績に基づくか否かの情報、ステップ応答試験の有無情報、運転条件の情報、他の制御パラメータとの干渉を考慮したか否かの情報、自動調整ツールによる更新回数情報などの情報を用いて信頼度を評価するとともに、プラント制御調整を安全に行うガイダンス７６０，７７０を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラント運転支援方法、プラント運転支援装置及びプラント運転支援システムに係り、具体的には、プラント制御の調整を支援する技術に関する。

先行制御やフィードバック制御の制御系には、制御の応答性などの制御特性を設定又は調整する制御パラメータが含まれている。制御パラメータは、試運転等の過程で判明した実際の発電プラントの特性を考慮して、所望の制御性能が得られるように調整される。例えば、試運転において、燃料流量や給水流量をステップ状に変化させるステップ試験を実施して蒸気温度変化などのプラント制御特性を把握し、その試験結果に基づいて先行制御やフィードバック制御の制御パラメータを調整する。次いで、発電出力を負荷指令値に追従させて運転する負荷変化試験を運転条件を変化させて実施し、各運転条件における蒸気温度変化などのプラント制御特性を把握して先行制御やフィードバック制御の制御パラメータを段階的に調整することが行われている。

この制御パラメータの調整作業は、熟練運転員が行ったり、試験により得られたプラント制御特性に基づいて調整するプログラム化された自動調整ツールにより行われる。先行制御パラメータの自動調整ツールとしては、例えば特許文献１、2に記載されている技術が知られている。特許文献1によれば、負荷指令信号の変化時における蒸気温度の変動を抑制するために、負荷指令信号の変化時の主蒸気温度と目標温度との偏差を蒸気温度の特徴量とし、その特徴量を基にファジー推論によって最適な先行制御信号のパターンを求め、これに基づいて制御パラメータを自動調整するようにしている。

特開平７−４４２０号公報

ところで、設定した制御パラメータが適切でない場合、その状態で負荷変化試験を実施すると、運転条件によっては蒸気温度の変動が制限範囲を大きく超えて保護回路が動作し、プラントが停止する可能性がある。そのために、試運転工程が遅れたり、機器に損傷を与えるおそれがある。また、制御パラメータの調整が適切に行われたか否かは、制御パラメータの値からは判断することができない。

そこで、制御パラメータの調整が、負荷変化試験などにおける運転条件の変化に対応できる程度に、適切に行われた信頼性を有するか否かについて評価する手法を確立することが要望される。

本発明は、制御パラメータ調整の信頼性を評価する手法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明のプラント運転支援装置は、プラント制御に係る制御パラメータの設定値の設定経緯情報に基づいて前記設定値の信頼度を評価する評価手段と、該評価手段により評価された評価値に基づいて前記設定値の信頼値を計算する信頼値計算手段とをコンピュータを用いて構成したことを特徴とする。

本発明によれば、制御パラメータ調整の信頼性を合理的に評価することができる。

本発明のプラント運転支援装置は、プラント制御に係る制御パラメータの設定値及び該設定値の設定経緯情報の入力画面を有する入力手段と、前記入力画面に入力された前記設定経緯情報に基づいて前記設定値の信頼度を評価する評価手段と、この評価手段により評価された評価値に基づいて前記設定値の信頼値を計算する信頼値計算手段とをコンピュータを用いて構成することができる。

すなわち、制御パラメータの設定値の信頼度を評価するために重要な情報は、その設定値が設定された経緯情報、言い換えれば設定根拠などの情報である。例えば、用手法的に設定された場合は設定者の経験度合、自動調整ツールを用いて設定された場合はその自動調整ツールの信頼度合などによって、信頼度の評価が大きく異なる現実がある。したがって、制御パラメータの設定経緯情報に基づいて、設定値の信頼度を評価することが合理的であり、制御パラメータの調整が十分に且つ適切に行われたか否かを的確に評価できる。その結果、必要な制御パラメータの調整が十分に実施されたかどうかを合理的に判断できる。

ここで、設定経緯情報は、具体的には、設定者の識別情報、設定した自動調整ツールの識別情報、設定日時の情報、仮設定か否かの情報、過去の実績に基づくか否かの情報、ステップ応答試験の有無情報、運転条件の情報、他の制御パラメータとの干渉を考慮したか否かの情報、自動調整ツールによる更新回数情報の少なくとも１つを適用することができる。

また、評価手段は、設定経緯情報に対応させて評価値が設定された評価値テーブルから入力された前記設定経緯情報に対応する評価値を読み出し、信頼値計算手段は、評価手段により読み出された評価値と信頼度の評価基準が設定された評価基準テーブルに設定された評価基準と比較して、設定値の信頼値を求めるようにすることができる。

さらに、評価基準テーブルは、入力されるプラント運転条件を加味した信頼度の評価基準を設定することが好ましい。すなわち、設定されている制御パラメータが、急激な負荷変化に対応できる信頼性を有するか否か、プラント運転条件との関係で評価すべきだからである。

また、上記の場合において、設定値に対応させて当該制御パラメータのプラント制御に関わる重要度に基づいた重み係数を定義してなる重み付けテーブルを設け、信頼値計算手段は、重み係数を加味した評価値と評価基準と比較して信頼値を計算することができる。この場合に、評価基準テーブルは、入力されるプラント運転条件を加味して評価基準を設定されてなるものとすることができ、また、重み係数は、プラント運転条件を加味して定義されてなるものとすることができる。

さらに、いずれの場合においても、評価値が評価基準値を満たさない場合は、その旨を運転員等にガイダンス表示することが好ましい。これによれば、仮設定のままで、次の試運転に進むなどの見落としを防止できるなどの効果がある。その結果、プラント停止による工程の遅れや機器の損傷を防ぐことができ、試運転を効率的に進めることが可能となる。

また、信頼値計算手段により計算された信頼値に基づいて、プラント運転条件による運転の可否を判断する判断手段を設けることにより、プラント制御調整を安全に行うガイダンスを提供することができる。さらに、信頼度の評価が向上する制御パラメータの設定方法ないし調整方法を策定してガイダンス表示する手段を備えることができる。

また、本発明のプラント運転支援システムは、プラント制御に係る制御ロジックを作成する制御ロジック作成手段と、前記制御ロジックに係る制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、プラントの運転スケジュールを管理するテーブルデータを設定するテーブルデータ設定手段とを有してなる保守ツールと、 前記制御パラメータ設定手段により設定された制御パラメータの設定経緯情報に基づいて、前記制御パラメータの設定値の信頼度を評価する評価手段と、該評価手段により評価された評価値に基づいて前記設定値の信頼値を計算する信頼値計算手段とを有して構成できる。
（実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明の運転支援装置を火力発電プラントに適用した場合を例に説明するが、本発明は種々のプラントの運転支援装置に適用することができる。

図１は、火力発電プラント１００と、火力発電プラント１００を制御する制御装置２００と、保守ツール３００と、本発明に係る運転支援装置７００の全体構成を表すブロック図である。制御装置２００は、火力発電プラント１００で計測した計測値等を用いて、火力発電プラント１００の制御指令値を生成する。保守ツール３００は、制御ロジック図を作成したり、改造する機能、及び、制御パラメータ値を設定する機能を有する。運転支援装置７００は、本発明の特徴部を構成するものであり、運転者の要求する運転スケジュールを管理するとともに、運転支援の機能を有する。なお、本実施形態では、制御装置２００、保守ツール３００、運転支援装置７００をそれぞれ異なる装置に区分して記載したが、単一の装置によってそれぞれの機能を構成することができる。

火力発電プラント１００は、例えば、図２に示す一実施形態のように構成されている。火力発電プラント１００においては、石炭やバイオマス等の燃料と燃料搬送用の１次空気をバーナ１２０、１２１、１２２から、燃焼調整用の２次空気を空気ポート１２３からボイラ１０１の火炉部へ供給し、それらを火炉で燃焼し、高温のガスを発生させるようになっている。給水ポンプ１１８によりボイラ１０１を循環する供給水は、その一部がスプレ水として引き抜かれた後、火炉水壁１１９にて加熱されて蒸発する。この蒸気は、１次過熱器１０２、２次過熱器１０３、３次過熱器１０４を通過する間にボイラ１０１の煙道部を通過するガスによりさらに加熱されて高温高圧の蒸気となる。この高温高圧の蒸気は、タービン加減弁１３１を介して、タービン１１１に導かれ、タービン１１１を駆動して発電機１１２により発電する。タービン１１１を通過した蒸気は、冷却水１１４により復水器１１３で冷却される。復水器１１３を通過した水は、給水ポンプ１１８により、再度ボイラ１０１内を循環する。

ここで、２次過熱器１０３の出口蒸気温度と、３次過熱器１０４の出口蒸気温度を制御するため、２次過熱器１０３の入口と３次過熱器１０４の入口には、２次過熱器減温器１０７、３次過熱器減温器１０８が配置されている。２次過熱器減温器１０７、３次過熱器減温器１０８から噴出されるスプレ水と、蒸気管を通過する蒸気を混合することにより、蒸気温度を下げることができる。ボイラ１０１を通過したガスは、排ガス処理装置１０５で排ガスに含まれている有害物質が除去された後、煙突１０６から大気に放出される。

なお、図２では、過熱器系のみを記載したが、タービン１１１を通過した蒸気を再びボイラ１０１へ導き、ボイラ１０１にてこの蒸気を再加熱し、この再加熱した蒸気で低圧タービンを駆動する再熱系を有する場合もある。また、図２では、減温器を２次過熱器１０３と３次過熱器１０４の入口に配置したが、１次過熱器１０２の入口など、他の場所に配置する場合もある。

このように構成される火力発電プラント１００の運転状態は、蒸気温度計測器１１５、１１６、蒸気圧力計測器１３２、１３３、発電機出力計測器１１７等のデータ測定装置で計測され、制御装置２００へ伝送される。火力発電プラント１００には、この他にも種々のプロセス値を計測するための計測器が取り付けられており、それらによる計測値も制御装置２００で取り込んでいる。

制御装置２００は、これらの計測値を基にして火力発電プラント１００の運転状態を把握し、火力発電プラント１００が望ましい状態になるように燃料流量調節弁１２４、１２５、１２６、空気流量調節弁１２７、１２８、１２９、１３０、スプレ流量調節弁１０９、１１０、タービン加減弁１３１、給水ポンプ１１８などの機器に対する制御指令値を作成し、火力発電プラント１００へ伝送する。

すなわち、制御装置２００は、図１に示すように、外部入力インターフェイス２１０を介して、キーボード２９１やマウス２９２等から構成される外部入力装置２９０からの信号、火力発電プラント１００で計測したプロセス値、及び、運転支援装置７００からの信号を受信する。演算部２２０では、受信した信号を必要に応じて記憶部２３０に記憶しながら、各種の制御指令信号を演算により生成する。生成された制御指令信号は外部出力インターフェイス２４０を介して、対応の制御機器へ出力される。外部出力インターフェイス２４０には、画像表示装置２９３と磁気ディスク２９４が接続されており、運転者とのインターフェイスとして機能する。火力発電プラントの運転者は、外部入力装置２９０を用いてプラントの運転スケジュールを設定する。その内容は画像表示装置２９３で確認できる。

保守ツール３００は、図１に示すように、外部入力インターフェイス３１０を介してキーボード２９１やマウス２９２等から構成される外部入力装置２９０からの信号、運転支援装置７００からの信号を受信する。制御ロジックの設計者は、制御ロジック図面や制御パラメータ設定値を画像表示装置２９３で確認しながら、外部入力装置２９０を用いて制御ロジック図面を作成したり改造するとともに、制御パラメータ設定のための情報を入力する。

制御ロジック作成部３２０、制御パラメータ設定部３２１、テーブルデータ設定部３２２では、受信した信号を基に制御ロジック図面を作成したり改造し、さらに制御パラメータの設定、及び、テーブルデータの設定を実施する。作成された制御ロジック図面や制御パラメータ設定値、テーブルデータはデータベース３３０に保存される。

データベース３３０には、制御装置２００と運転支援装置７００からもアクセスすることが可能であり、必要に応じてデータを参照できる。例えば、制御装置２００の演算部２２０では、データベース３３０に保存されている制御ロジック図面と制御パラメータ値を参照して制御演算を実行する。

図３に、データベース３３０に保存されている制御ロジック図面の一例を示す。データベース３３０には、図３に示した制御ロジック以外にも、火力発電プラント１００を制御するのに必要な制御ロジック図面が保存されている。これらの制御ロジック図面は、制御ロジック作成部３２０で作成される図面である。同図にに示すように、ロジック図面３３１には、図面番号を記入する欄３３２がある。データベース３３０に保存されているロジック図面には、その全てに異なる図面番号が割り振られている。また、制御ロジックは、図３に示すＰＩ(比例積分)要素３３３、３３５、ＦＧ(非線形関数)要素３３４、先行制御信号発生器３３６等のモジュールで構成される。モジュールを動作させるのに制御パラメータを必要とする要素には、要素を識別するための要素認識番号が、モジュールの右下に記載される。例えば、ＰＩ要素では、入力信号Ｘ（ｊ）に対して、出力信号Ｙ（ｊ）を数１に基づいて生成する。ただし、ＤＴはサンプリング時間、ｊはステップ数であり、Ｇは比例ゲイン、ＴＩは積分時間である。

ＰＩ要素には、比例ゲインＧと積分時間ＴＩに加えて、出力信号Ｙ（ｊ）の上限値ＨＬと下限値ＬＬの制御パラメータがある。このＰＩ要素を動作させるには、これら４つの制御パラメータを設定する必要がある。制御パラメータは、制御パラメータ設定部３２１で設定する。また、これらの制御パラメータは、例えば、プラントの主に試運転の段階で調整する。

図４に、試運転における制御パラメータ設定値の調整手順の一例のフローチャートを示す。図示のように、制御パラメータ設定値の調整は、ステップ応答試験３５０や負荷変化試験３５２、３５４の後に、それぞれの試験結果に基づいて実施する。これは熟練の運転員が調整する場合や、自動調整ツールを用いて調整する場合がある。このように、試験結果に基づいて制御パラメータの設定値を段階的に調整し、負荷変化運転などの運転条件を実際の運転に段階的に近付けることにより、蒸気温度の変動を抑制し、発電出力の出力目標値への追従性能を向上させている。つまり、制御パラメータの設定値が適切か否かの信頼度に応じて、例えば、蒸気温度の変動を抑制し得る運転条件が制限されるから、運転条件変更の各段階で設定値の信頼度を評価することが重要である。

図５に、制御パラメータ設定画面４００の一例を示す。制御パラメータ設定画面４００は、画像表示装置２９３に表示される制御ロジック図面３３１のＰＩ要素３３３を選択した時に表示される画面である。図に示すように、制御パラメータ設定画面４００は、ロジック図面番号の記入欄４１０、要素認識番号の記入欄４２０、設定方法の記入欄４３０、パラメータ値の記入欄４４０、パラメータ設定方法の詳細の記入欄４５０で構成される。

ロジック図面番号の記入欄４１０には、図面番号記入欄３３２に記載されている文字列が記入される。要素認識番号４２０には、ＰＩ要素３３３の右下に記載されている文字列が記入される。設定方法記入欄４３０には、パラメータを設定する担当者の名前、あるいは自動調整ツールを適用する場合には、そのツール名称を入力する。この設定方法は、制御パラメータの設定値に係る設定経緯情報の一つである。適用するツールの例としては、特許文献１に述べられているファジー推論による自動調整ツール等を適用することができる。

図６に、パラメータ設定方法の詳細の記入欄４５０に表示される画面の一例である。設定方法の記入欄４３０にパラメータを設定する担当者の名前が記入された場合には、画面４５１がパラメータ設定方法の詳細の記入欄４５０に表示される。また、設定方法の記入欄４３０に自動調整ツールの名称が記入された場合には、画面４５２がパラメータ設定方法の詳細の記入欄４５０に表示される。

図６の画面４５１は、設定者を記入する欄４６０、設定根拠を記入する欄４６１、パスワードを入力する欄４６２とで構成される。パラメータ設定の担当者は、自分の名前を欄４６０に、設定の根拠を欄４６１に入力する。設定根拠記入欄には、仮設定、ステップ変化試験結果を考慮、等、制御パラメータをその値に設定した理由を選択方式で入力できるようになっている。本人確認のためのパスワードを入力することで、制御パラメータの設定が完了する。画面４５２は、適用ツールを記入する欄４７０、パスワードを入力する欄４７１とで構成される。適用ツールを表示された項目の中から選択し、そのツールを使うのに必要なパスワードを入力欄４７１に入力することで、制御パラメータの値が設定される。

すなわち、パラメータ設定方法の詳細の記入欄４５０には、設定値の設定経緯情報として、設定者の識別情報、設定した自動調整ツールの識別情報、設定日時の情報、仮設定か否かの情報、過去の実績に基づくか否かの情報、ステップ応答試験の有無情報、運転条件の情報、他の制御パラメータとの干渉を考慮したか否かの情報、自動調整ツールによる更新回数情報等の情報が、事実に基づいて記入される。

制御パラメータ設定値に関する設定経緯情報は、例えば、図７に示す情報一覧５００として図面化されてデータベース３３０に保存される。同図に示すように、情報一覧５００には、設定番号５１０、ロジック図面番号５２０、要素認識番号５３０、設定方法５４０、パラメータ番号５５０、設定値５６０、備考５７０、設定日時５８０などで構成される。ここで、設定番号５１０は、個々の制御パラメータを識別するために与えられた通し番号であり、１つの番号に対して、１つの制御パラメータが対応する。また、ロジック図面番号５２０と、要素認識番号５３０、設定方法５４０、パラメータ番号５５０は、それぞれ図５で入力された情報である。設定値５６０は、パラメータの値、備考５７０には設定方法及び設定の根拠、日時５８０にはパラメータを設定した日時が記入される。テーブルデータ設定部３２２では、運転支援装置７００で運転スケジュールを管理するのに必要なテーブルデータを作成する。

運転支援装置７００は、外部入力インターフェイス７０１、外部出力インターフェイス７０２、制御パラメータ重み設定部７１０、制御パラメータ値評価部７２０、制御系信頼値計算部７３０、信頼性の評価基準である閾値を計算する閾値計算部７４０、運転実施判定部７５０、運転許可信号発生部７６０、パラメータ調整方法策定部７７０とを含んで構成される。

図８に、運転条件入力画面の一例を示す。運転者が外部入力装置２９０を用いて入力する発電プラントへの運転スケジュールの内容であり、画像表示装置２９３上に表示される運転スケジュール設定画面４８０の一例である。ここで、運転スケジュールとは、負荷変化運転などの運転条件の変更要領や要求仕様を定めた計画である。外部入力装置２９０から入力された運転スケジュール７０３は、外部入力インターフェイス７０１を介して運転支援装置７００に取り込まれる。運転スケジュール設定画面４８０は、現時刻における発電出力４８１、運転者により設定された発電出力目標値４８２、負荷変化率４８３、制御要求仕様である出力偏差４８４、主蒸気温度偏差４８５で構成される。なお、図８には記載していないが、主蒸気圧力偏差、各熱交換器の入口出口蒸気温度の変動幅などの制御性能に関する項目を、運転スケジュール設定画面４８０及び運転スケジュール７０３に追加することも可能である。

制御パラメータ重み設定部７１０は、取得した運転スケジュール７０３に基づいて、個々の制御パラメータ設定値の重み係数を設定する。図９及び図１０を用いて、制御パラメータ重み設定部７１０の機能を説明する。図９は、データベース３３０に保存されている運転スケジュール番号の定義表６００である。例えば、運転スケジュール番号（１）は、出力偏差を±１０ＭＷ以内、主蒸気温度偏差を±５℃以内で、発電出力を５００ＭＷから７００ＭＷまで変化率２０ＭＷで上昇させる運転スケジュールである。図１０は、運転スケジュール番号から、制御パラメータ設定値の重みを設定するのに使われる参照テーブル７１１である。制御パラメータ重み設定部７１０では、運転スケジュール７０３と一致する運転スケジュールを図９の運転スケジュール番号から選択する。次に、選択した運転スケジュール番号に対応した制御パラメータの重みを、図１０の参照テーブル７１１を参照して設定する。

制御パラメータ値評価部７２０では、制御パラメータそれぞれに信頼度の評価値であるポイントを与える。制御パラメータのポイントは、設定方法と内容に依存する基本ポイントと、調整員の経験年数等に依存する変動ポイントに分類される。図１１に基本ポイント算出テーブル７２１を示し、図１２に変動ポイント算出テーブル７２２を示す。図１１に示すように、基本ポイント算出テーブル７２１には、設定方法に対応したポイントがテーブル参照形式で与えられている。変動ポイント算出テーブル７２２のポイント値は、調整員の経験年数等に応じて定められる値である。

まず、基本ポイント算出テーブル７２１について説明する。試運転の開始当初は、制御パラメータ値は仮の値が入力されている場合がある。このように仮設定となっている制御パラメータの基本ポイントは、基本ポイント算出テーブル７２１で「１０」に設定されている。また、ＰＩ制御器の制御パラメータを定める方法として、例えば、「フィードバック制御の基礎：片山徹著：朝倉書店」に記載されている過渡応答法等が挙げられる。過渡応答法は、ステップ応答試験の結果を用いて、制御パラメータを調整する方法である。このようにして、ステップ応答試験を実施した結果に基づいて、制御パラメータを調整した場合の基本ポイントは、基本ポイント算出テーブル７２１で「７０」に設定されている。

次に、変動ポイント算出テーブル７２２について説明する。一般に、経験を積むことにより、制御パラメータの調整に係る設定者のスキルが向上すると考えられる。そこで、経験年数が増えるに従って、基本ポイントに加算する変動ポイントを増加させる。また、他の制御パラメータ調整による影響、つまり制御特性に相互に干渉を与える影響を考慮して変動ポイントを設定したり、ボイラ性能の経年変化を考慮して変動ポイントを設定することができる。

ここで、図１３を参照して、燃料先行制御に関する制御パラメータ調整が、スプレ先行制御に関する制御パラメータに影響を与えることを説明する。同図は、発電出力設定値、燃料先行制御信号、スプレ先行制御信号、主蒸気温度の経時変化を示している。発電出力設定値を上昇させる時に、燃料先行制御信号とスプレ先行制御信号を（Ａ）のように設定すると、主蒸気温度が制御要求仕様を達成すると仮定する。スプレ先行制御信号を変化させずに、燃料先行制御信号を（Ｂ）のように減少させると、主蒸気温度が低下し、制御要求仕様を達成できなくなる。この主蒸気温度の低下は、燃料先行制御信号を（Ａ）のように設定するか、あるいはスプレ先行制御信号を（Ｃ）のように減少することで抑制可能である。

このように、スプレ先行制御パラメータは、(Ａ)、 (Ｂ)で同一であるが、図１３に示すように主蒸気温度の制御性能は異なる。本実施形態では、スプレ先行制御パラメータを評価する際に、このような他の制御パラメータ調整の影響を変動ポイントで考慮する。つまり、制御パラメータ値評価部７２０には、燃料先行制御信号を変化すると、スプレ先行制御パラメータの変動ポイントが減少する機能が付加されている。

また、燃料先行制御信号を変化させた場合に、スプレ先行制御パラメータの変動ポイントが減少しないように、制御パラメータの再調整を運転者に求める機能を備えることができる。この場合は、画像表示装置２９３に、図１４に示す画面７２４を表示する。画面７２４において、「はい」ボタン７２５を運転者が選択すると、燃料先行制御信号変化に対応して、スプレ先行制御信号を設定する画面が画像表示装置２９３に表示される。制御パラメータの設定者は、この画面上で、制御パラメータを再設定する。このように、燃料先行制御信号が変化したことを考慮して、スプレ先行制御信号を再調整した場合は、スプレ先行制御パラメータの変動ポイントは減少しない。一方、「いいえ」ボタン７２６を選択した場合には、スプレ先行制御パラメータの変動ポイントが減少する。

次に、図１５を参照して、ボイラ性能の変化が燃料先行制御に与える影響について説明する。同図は、発電出力設定値、発電出力、燃料先行制御信号の経時変化を示した図である。プラント運転の初期段階において、（Ｄ）に示す燃料先行制御信号により、発電出力が発電出力設定値に追従していたと仮定する。プラント運転時間が長くなるに従って、火炉壁面の汚れ等の影響により、火炉での熱吸収量が減少し、（Ｅ）に示すように発電出力が発電出力設定値に比べて少なくなる。出力を上昇させるには、（Ｆ）に示すように燃料先行制御信号を増加する必要がある。

このように、プラントの特性が変化すると、以前と同じ制御パラメータ値であっても、得られる制御性能が変わる。本実施形態では、このようにプラント特性が変化したことによる制御性能への影響を変動ポイントで考慮するようにしている。ここで、プラント特性の変化は、例えば特許文献２（特開２００２−３６４３１１）に記載されている技術を応用することができる。同文献には、火力発電プラントの動特性モデルを構築し、動特性モデルの結果と実機データを比較評価し、動特性モデルと実機の特性が一致するように、動特性モデルのパラメータを調整するようにしている。つまり、プラント特性が変化すると、この動特性モデルのパラメータも変化するから、制御パラメータを設定した時刻の実機データを用いて算出した動特性モデルのパラメータの値と、プラント特性が変化した後の実機データを用いて算出した動特性モデルのパラメータの値は異なる。動特性モデルのパラメータ値が、制御パラメータ設定日時と現時刻で異なっていた場合には、その制御パラメータの変動ポイントは減少する。

変動パラメータの減少幅Ｄは、数２を用いて計算する。ここで、ｘ_ｉ（１≦ｉ≦ｎ）は制御パラメータを設定した時刻における動特性モデルのパラメータの値、ｙ_ｉ（１≦ｉ≦ｎ）は制御パラメータを設定した時刻における動特性モデルのパラメータの値、ｎは動特性モデルのパラメータの数、αは設計者が設定する係数である。この機能は、発電プラントの試運転時ではなく、通常運転時に効果を発揮する。

図１６は、制御パラメータのポイント一覧７２３の一例である。設定番号毎の基本ポイントと変動ポイントを加算したポイントが総合ポイントとなる。制御系信頼値計算部７３０では、調整パラメータ重み設定で設定された重み係数Ｗ_ｉと、制御パラメータ値評価部７２０で計算されたポイントＰ_ｉを用いて、数３により制御系信頼値Ｑを計算する。

閾値計算部７４０では、運転条件で指定された制御仕様を満足するのに必要な制御系信頼値である閾値Ｒの値を計算する。図１７は、閾値Ｒの値を決定するために参照する閾値算出テーブル７４１である。閾値算出テーブル７４１には、図９に示した運転スケジュールに対して、その制御要求仕様を達成するのに必要な制御系信頼値Ｑの最小値が、テーブル参照形式で与えられている。ここでは、一例として閾値を用いたが、信頼値Qを評価するために基準であればよく、その評価基準を評価基準テーブルとして記憶する。

運転実施判定部７５０では、制御系信頼値Ｑが閾値Ｒ以上である場合には運転許可（ＹＥＳ）、制御系信頼値Ｑが閾値Ｒ以下である場合には運転不許可（ＮＯ）となる。運転実施判定部７５０でＹＥＳとなった場合には、運転許可信号発生図８６０に進み、ＮＯの場合にはパラメータ調整方法策定部７７０に進む。

図１８の画面７６１は、運転許可信号発生部７６０で運転許可信号が生成された時に、画像表示装置２９３に表示される画面である。図１８に示すように、画面７６１は、運転条件表示欄７６２、必要な制御系信頼値表示欄７６３、現在の制御系信頼値表示欄７６４、メッセージ表示欄７６５とで構成される。

運転条件表示欄７６２には、運転者が運転スケジュール設定画面４８０で設定した運転スケジュールが表示され、必要な制御系信頼値表示欄７６３には、閾値計算部７４０で計算された閾値Ｒの値が表示され、現在の制御系信頼値表示欄７６４には、制御系信頼値計算部７３０で計算された制御系信頼値Ｑの値が表示される。また、メッセージ表示欄７６５に「インターロックを解除しました」と表示され、運転者の設定した運転が実施可能となることを運転者に通知する。

パラメータ調整方法策定部７７０では、運転者が要求した運転が実施されないように設定するための信号を制御装置２００へ伝送すると共に、制御系信頼値Ｑの値が上昇するように、制御パラメータの調整方法を策定する。パラメータ調整方法策定部７７０で策定した制御パラメータの調整方法は、図１９に示す画面７７１を画像表示装置２９３に表示することで、運転者に通知する。図２０に示すように、画面７７１は、運転条件表示欄７７２、必要な制御系信頼値表示欄７７３、現在の制御系信頼値表示欄７７４、パラメータ調整ガイダンス表示欄７７５とで構成される。運転条件表示欄７７２には、運転者が画面７７１で設定した運転条件が表示され、必要な制御系信頼値表示欄７７３には、閾値計算部７４０で計算された閾値Ｒの値が表示され、現在の制御系信頼値表示欄７７４には、制御系信頼値Qの値が表示される。パラメータ調整ガイダンス表示欄７７５には、パラメータ調整方法策定部７７０で策定した制御パラメータの調整方法が表示される。制御パラメータ調整の信頼性が十分でない段階では、例えば負荷変化試験等のプラントが停止する可能性がある運転条件の試験を実施しないようにガイダンスを行う。これにより、プラント制御調整を安全に行うガイダンスを提供することができる。

例えば、仮設定であった制御パラメータをステップ応答試験を考慮して調整すると、図１２の変動ポイント参照テーブル７２２から、変動ポイントが７０ポイント上昇することが分かる。したがって、この調整を実施すると制御系信頼値Ｑの値が向上する。このように、制御系信頼値Ｑの値が向上する制御パラメータの調整方法が、パラメータ調整ガイダンス表示欄７７５に表示され、この調整を実施した時の、制御系信頼値の上昇幅が、パラメータ調整ガイダンス表示欄７７５の効果の欄に記載される。パラメータ調整ガイダンス表示欄７７５には、効果の大きい順に制御パラメータの調整方法を表示させることも可能である。

ところで、閾値計算部７４０で参照する閾値算出テーブル８３０は、磁気ディスク２９４に保存されている運転実績を用いて更新することも可能である。図２０は、閾値算出テーブル８３０を更新するフローの一例である。本フローは、運転実績取得８００、運転条件取得８１０、閾値更新判定８２０、閾値算出テーブル更新８３０とからなる。運転実績取得８００では、磁気ディスク２９４に保存されている過去のプラント運転データを取得する。運転条件取得８１０では、運転実績取得８００で取得した運転が実施された時における、運転者によって図８の運転スケジュール設定画面４８０で設定された運転条件を取得する。閾値更新判定部８２０では、プラント運転の結果が、運転条件中の制御要求仕様を達成しなかった場合にＹＥＳとなり、閾値算出テーブル更新８３０に進む。閾値算出テーブル更新８３０では、制御要求仕様を達成できなかった運転スケジュールに対する閾値を増加するように作用する。

これにより、次に同じ運転を実施するためには、制御パラメータ調整を前回よりもより綿密に実施することが、運転者に要求されることとなり、蒸気温度の変動を前回より抑制することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の運転支援装置７００によれば、次の効果を得ることができる。
（１）制御パラメータの調整不足により、蒸気温度が大きく変動し、これが原因でプラント停止に至る可能性を低減できる。
（２）大幅な負荷変化試験を実施するのに必要な制御パラメータの調整方法がガイダンスされるので、経験の少ない運転員でも制御パラメータを効果的に調整できる。
（３）ガイダンス表示を参考にしながら試運転の工程を策定することで、試運転を効率的に進めることが可能である。
（４）本実施形態によれば、通常の運転時においてボイラ特性が変化すると、変動ポイントが低下し、制御系信頼値が低下する。その結果、ボイラ特性の変化による制御性能の低下を抑制するための制御パラメータ調整の実施を促すガイダンスが表示される。このガイダンスに従って制御パラメータを調整することにより、制御性能低下を抑制することが可能となる。

本発明のプラント運転支援装置の一実施形態を適用してなる火力発電プラント及び制御装置の全体構成図である。 図１の火力発電プラントの一実施形態の主要部構成図である。 制御ロジック図の一例である。 本発明の制御パラメータの一実施形態の調整手順を示すフローチャートである。 制御パラメータ設定画面の一例を示す図である。 制御パラメータ設定画面におけるパラメータ設定方法の詳細画面の一例を示す図である。 データベースに保存される制御パラメータに関する情報の一例を示す図である。 運転条件入力画面の一例を示す図である。 運転条件番号と運転条件の対応表の一例を示す図である。 運転条件番号から制御パラメータの重みを決定するテーブルの一例を示す図である。 設定方法から基本ポイントを算出するテーブルの一例を示す図である。 設定内容から変動ポイントを算出するテーブルの一例を示す図である。 燃料先行制御に関する制御パラメータ調整の影響を説明するグラフである。 燃料先行制御パラメータ設定値変更時に表示される画面の一例を示す図である。 ボイラ特性変化の影響を説明するグラフである。 制御パラメータ総合ポイントの表示画面の一例を示す図である。 運転条件番号から閾値を算出するテーブルの一例を示す図である。 運転実施許可時に表示される画面の一例を示す図である。 制御パラメータガイダンスの表示画面の一例を示す図である。 閾値算出テーブルの更新の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 火力発電プラント
２００ 制御装置
２９０ 外部入力装置
２９３ 画像表示装置
３００ 保守ツール
７００ 運転支援装置
７０１ 外部入力インターフェイス
７０２ 外部出力インターフェイス
７１０ 制御パラメータ重み設定部
７２０ 制御パラメータ値評価部
７３０ 制御系信頼値計算部
７４０ 閾値計算部
７５０ 運転実施判定部
７７０ パラメータ調整方法策定部
７６０ 運転許可信号発生部

Claims (12)

1. プラント制御に係る制御パラメータの設定値の設定経緯情報に基づいて前記設定値の信頼度を評価する評価手段と、該評価手段により評価された評価値に基づいて前記設定値の信頼値を計算する信頼値計算手段とをコンピュータを用いて構成してなるプラント運転支援装置。
2. 前記設定値の設定経緯情報は、設定者の識別情報、設定した自動調整ツールの識別情報、設定日時の情報、仮設定か否かの情報、過去の実績に基づくか否かの情報、ステップ応答試験の有無情報、運転条件の情報、他の制御パラメータとの干渉を考慮したか否かの情報、自動調整ツールによる更新回数情報の少なくとも１つを含んでなることを特徴とする請求項1に記載のプラント運転支援装置。
3. 前記評価手段は、前記設定経緯情報に対応させて評価値が設定された評価値テーブルから前記入力された前記設定経緯情報に対応する評価値を読み出し、
   前記信頼値計算手段は、前記評価手段により読み出された前記評価値と前記信頼度の評価基準が設定された評価基準テーブルに設定された評価基準と比較して前記設定値の信頼値を求めることを特徴とする請求項1に記載のプラント運転支援装置。
4. 前記評価基準テーブルは、入力されるプラント運転条件を加味して前記信頼度の評価基準が設定されてなることを特徴とする請求項3に記載のプラント運転支援装置。
5. 前記信頼値計算手段により計算した前記信頼値に基づいて前記プラント運転条件による運転の可否を判断する判断手段を有することを特徴とする請求項4に記載のプラント運転支援装置。
6. 前記設定値に対応させて当該制御パラメータのプラント制御に関わる重要度に基づいた重み係数が定義されてなる重み付けテーブルを有し、
   前記信頼値計算手段は、前記読み出した評価値に前記重み係数を加味した評価値と前記評価基準と比較して前記信頼値を計算することを特徴とする請求項３に記載のプラント運転支援装置。
7. 前記評価基準テーブルは、入力されるプラント運転条件を加味して前記信頼度の評価基準が設定されてなることを特徴とする請求項６に記載のプラント運転支援装置。
8. 前記重み係数は、入力されるプラント運転条件を加味して定義されてなることを特徴とする請求項６に記載のプラント運転支援装置。
9. 前記信頼値計算手段により計算した前記信頼値に基づいて前記プラント運転条件による運転の可否を判断する判断手段を有することを特徴とする請求項７に記載のプラント運転支援装置。
10. 前記信頼度の評価が向上する前記制御パラメータの設定方法をガイダンス表示する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転支援装置。
11. プラント制御に係る制御パラメータの設定値の設定経緯情報に基づいて前記設定値の信頼度を評価し、該評価値に基づいて前記設定値の信頼値を算出するプラント運転支援方法。
12. プラント制御に係る制御ロジックを作成する制御ロジック作成手段と、前記制御ロジックに係る制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、プラントの運転スケジュールを管理するテーブルデータを設定するテーブルデータ設定手段とを有してなる保守ツールと、
    前記制御パラメータ設定手段により設定された制御パラメータの設定経緯情報に基づいて、前記制御パラメータの設定値の信頼度を評価する評価手段と、該評価手段により評価された評価値に基づいて前記設定値の信頼値を計算する信頼値計算手段とを有してなるプラント運転支援装置とを備えたプラント運転支援システム。

Images