JP2017025819A - 発電プラントの起動制御装置及び起動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電プラントの起動途中で簡便かつ安全に起動完了予定時刻を所望の時刻に変更することを可能とした発電プラントの起動制御装置及び起動制御方法を提供する。【解決手段】発電プラント２００の機器状態量を取得する機器状態量取得部８と、前記機器状態量と熱応力制限値とに基づいて現行の起動スケジュールを計算すると共に、前記機器状態量と熱応力制限値とに基づいて起動スケジュール変更案を計算する起動スケジュール計算部３と、前記現行の起動スケジュールに基づいて前記発電プラントの機器操作量を計算する機器操作量計算部７と、前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれの起動完了予定時刻を表示する画面表示部５と、前記現行の起動スケジュールから前記起動スケジュール変更案への切替を前記起動スケジュール計算装置に指示する指示入力部６とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、蒸気タービンを備えた発電プラントの起動制御装置及び起動制御方法に関する。

風力発電や太陽光発電に代表される再生可能エネルギーに接続する系統電力の安定化、燃料コスト削減及び環境負荷低減を目的に、蒸気タービン発電プラントの起動時間の更なる短縮が求められている。

蒸気タービンの起動時には、蒸気の温度や流量が急激に上昇する結果、タービンロータの表面が内部と比較して昇温し、半径方向の温度勾配が大きくなることで熱応力が増大する。この熱応力によってタービンロータに蓄積される低サイクル熱疲労がタービンロータ材料の限界値を超えると、タービンロータにクラックが発生し得る。各起動停止サイクルの間にタービンロータに蓄積される低サイクル熱疲労は、熱応力によるタービンロータ寿命の減少分、すなわち寿命消費率（ＬＣ）で定義することができる。ここで、寿命消費率は、低サイクル熱疲労によってタービンロータにクラックが発生し得る時点を１００％とする。

一回の起動中に発生した熱応力ピーク値（σｍａｘ）と、その起動によるタービンロータの寿命消費量（ＬＣ）とには、一定の相関がある。蒸気タービンの停止時間が長くなると、自然冷却によりタービンロータ内部の温度が低下する。その結果、起動時の熱応力が増加し、それに応じて寿命消費率が上昇する。従って、寿命消費率の上昇を抑えるためには、起動時間を長くして熱応力の増加を抑える必要がある。

発電プラントの運用開始時には、当該発電プラントの運用年数以内に寿命消費率の積算値が１００％を超えないように、当年度の年間起動回数及び起動１回当たりの標準的な寿命消費率（寿命消費率計画値）が決定され、この寿命消費率計画値に基づいて熱応力制限値が設定される。

発電プラントの起動制御は、予め設定された起動スケジュールに基づいて行われる。起動スケジュールは、起動開始から目標負荷到達までの、ボイラー点火、蒸気タービン起動、タービン昇速、ヒートソーク、負荷上昇、負荷保持等開始時刻及びタービン回転速度上昇率、発電機出力上昇率、ヒートソーク時間、負荷保持時間等の起動制御パラメータからなり、起動中の熱応力ピーク値が熱応力制限値を超えないように設定される。

発電プラントの制御方法に関する従来技術として、特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。

特許文献１に開示されている発電プラントの運転最適化方法及び運転最適化システムによれば、発電プラントの各機器の運転制限値およびプラントの環境規制値の双方または何れか一方の制約条件を満たし、複数の評価指標である目的関数を勘案して、発電プラント運転時の操作量を求める多目的最適化問題において、技術者や運転員である意思決定者の経験や試行錯誤による繰り返し計算を少なくし、かつ短い計算時間で意思決定者が満足する最適な操作量を求めることができる。

また、特許文献２に開示されている火力発電プラント起動時運転支援装置によれば、起動完了時刻（併入時刻または目標負荷到達時刻）を正確に守り、かつタービン起動時最も重要な運転制約条件である熱応力を規定値内におさえ、起動所要時間（略して起動時間と呼ぶ）を最短にできる起動スケジュールを作成できる。また、異常発生など予期せぬ原因でスケジュールのずれが発生しても、原因が解消した後はターピン熱応力予測に基づいて元のスケジュールに可能な限り近いスケジュールを作成できるため、起動完了時刻のずれを最小に止めることができる。

特開２００９−３０４７６号公報 特開平２−１８１００１号公報

背景技術で述べたように、発電プラントの起動時間と起動中にタービンロータに生じる熱応力ピーク値とはトレードオフの関係にあるため、起動時間を当初の計画よりも短縮することによって起動中の熱応力ピーク値が熱応力制限値を超過する可能性がある。ここで、熱応力制限値は、プラント運用年数を確保するために設けられた制約条件であるため、起動中の熱応力ピーク値が熱応力制限値を超過したとしても、蒸気タービンの機能や安全性に悪影響のある損傷が生じることはなく、寿命消費率が当初の計画よりも早く増加するにすぎない。従って、例えば発電プラントの起動途中に電力需給が逼迫した場合は、起動が遅れることにより生じる不利益が熱応力制限値を守ることにより得られる利益を上回ることとなり、起動途中で起動完了予定時刻を所望の時刻に変更することが求められる。

しかしながら、特許文献１又は特許文献２に開示されている起動制御方法では、発電プラントの起動途中で起動完了予定時刻を所望の時刻に変更することはできない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電プラントの起動途中で簡便かつ安全に起動完了予定時刻を所望の時刻に変更することを可能とした発電プラントの起動制御装置及び起動制御方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、蒸気タービンを備えた発電プラントの起動制御装置において、前記発電プラントの機器状態量を取得する機器状態量取得部と、前記機器状態量と所定の第１の制約条件とに基づいて現行の起動スケジュールを計算すると共に、前記機器状態量と所定の第２の制約条件とに基づいて起動スケジュール変更案を計算する起動スケジュール計算部と、前記現行の起動スケジュールに基づいて前記発電プラントの機器操作量を計算する機器操作量計算部と、前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、起動完了予定時刻を表示する画面表示部と、操作者による入力操作に応じて、前記現行の起動スケジュールから前記起動スケジュール変更案への切替指令を前記起動スケジュール計算部に出力する指示入力部とを備えたものとする。

本発明によれば、発電プラントの起動途中で簡便かつ安全に起動完了予定時刻を所望の時刻に変更することが可能となるため、オペレータは、発電プラントの起動途中で電力需給等の変化に柔軟に対応することができる。

本発明の第１の実施例に係る起動制御装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施例に係る現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案のそれぞれの出力曲線及び熱応力曲線を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る起動制御装置の動作フローを示す図である。 本発明の第２の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。 タービンロータに発生した熱応力の最大値とタービンロータの寿命消費率との相関を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。 本発明の第５の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。 本発明の第６の実施例に係る起動制御装置の動作フローを示す図である。 本発明の第６の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面（起動スケジュール変更案の計算前）の一例を示す図である。 本発明の第６の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面（起動スケジュール変更案の計算後）の一例を示す図である。 本発明の第７の実施例に係る起動制御装置の動作フローを示す図である。 本発明の第７の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面（起動スケジュール変更案の計算前）の一例を示す図である。 本発明の第７の実施例に係る画面表示部に表示される起動スケジュール選択画面（起動スケジュール変更案の計算後）の一例を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、各図中、同一の部分には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る蒸気タービン発電プラント（以下単に「発電プラント」という。）の概略構成図である。

図１において、発電プラント２００は、熱源装置２０１と、蒸気発生装置２０２と、蒸気タービン２０３と、発電機２０４と、熱源媒体量調整装置２１４と、主蒸気加減弁２１５と、蒸気タービン起動制御装置（以下単に「起動制御装置」という。）１とを備えている。本実施例では、熱源装置２０１がガスタービンである場合、すなわち発電プラント２００がコンバインドサイクル発電プラントである場合を例に説明する。

熱源装置２０１では、熱源媒体２０５（本例ではガス燃料、液体燃料、水素含有燃料等の燃料）に保有される熱量により低温媒体２０６（本例では燃料とともに燃焼される空気）が加熱され、高温媒体２０７（本例ではガスタービン２０１を駆動した燃焼ガス）として蒸気発生装置２０２に供給される。

蒸気発生装置２０２（本例では排熱回収ボイラ）では、熱源装置２０１で生成した高温媒体２０７の保有熱との熱交換により給水が加熱されて蒸気２０８が発生し、この蒸気２０８によって蒸気タービン２０３が駆動される。蒸気タービン２０３には発電機２０４が同軸に連結されており、この発電機２０４によって蒸気タービン２０３の回転駆動力が電力に変換される。発電機２０４の発電電力は、例えば電力系統（図示せず）に出力される。蒸気タービン２０３には温度計２１３が設けられており、この温度計２１３によって蒸気タービン２０３の初段のケーシング等のメタル温度が計測される。

熱源媒体量調整装置２１４（本例では燃料調整弁）は、熱源装置２０１に対する熱源媒体２０５の供給経路に設けられ、熱源装置２０１に供給する熱源媒体量を調整する。熱源媒体量調整装置２１４は、発電プラント２００のプラント負荷を調整する調整装置として機能する。また、熱源媒体２０５の供給経路には、熱源媒体量調整装置２１４の下流側に流量計２１１が設けられており、この流量計２１１によって熱源装置２０１に対する熱源媒体２０５の供給量が計測される。

主蒸気加減弁２１５は、蒸気発生装置２０２と蒸気タービン２０３とを接続する主蒸気配管に設けられ、蒸気タービン２０３に供給する蒸気流量を調節する。主蒸気加減弁２１５は、発電プラント２００のプラント負荷を調整する調整装置として機能する。また、主蒸気配管には、主蒸気加減弁２１５の下流側（蒸気タービン２０３側）の位置に圧力計２１２が設けられ、この圧力計２１２によって主蒸気配管を流れる主流蒸気の圧力が計測される。

起動制御装置１は、起動制御パラメータ記憶部２と、起動スケジュール計算部３と、画面表示部５と、指示入力部６と、機器操作量計算部７と、機器状態量取得部８とを備えている。

起動制御パラメータ記憶部２は、起動パターン、起動制御パラメータ及び制約条件を記憶している。

起動スケジュール計算部３は、機器状態予測プログラム４に従って動作し、起動制御パラメータ記憶部２に記憶されている起動パターン、起動制御パラメータ及び制約条件と、機器状態量取得部８から入力される機器状態量とに基づき、発電プラント２００の現行の起動スケジュールを計算すると共に、当該制約条件とは異なる制約条件に基づいた起動スケジュール変更案を計算する。

画面表示部５は、起動スケジュール計算部３で計算された現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案のそれぞれの起動完了予定時刻を表示する。

指示入力部６は、オペレータ（操作者）による入力操作に応じて、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案への切替指令を起動スケジュール計算部３に出力する。

機器操作量計算部７は、起動スケジュール計算部３から入力された現行の起動スケジュールに基づいてプラント機器類の操作量（以下「機器操作量」という。）を計算し、当該機器操作量に対応する制御信号１１をプラント機器類に出力する。本実施例におけるプラント機器類は、熱源媒体量調整装置２１４及び主蒸気加減弁２１５である。

機器状態量取得部８は、プラント計器類から入力された計測信号１２を機器状態量に変換し、起動スケジュール計算部３に出力する。本実施例におけるプラント計器類は、熱源媒体２０５の供給経路に設けられた流量計２１１、蒸気発生装置２０２と蒸気タービン２０３とを接続する主蒸気配管に設けられた圧力計２１２、及び蒸気タービン２０３に設けられた温度計２１３である。

図２は、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案のそれぞれの出力曲線及び熱応力曲線を示す図である。以下、制約条件として熱応力制限値を用いた場合の例を説明する。

図２（ａ）及び（ｂ）において、実線で示す出力曲線２１及び熱応力曲線３４は、熱応力制限値３１を制約条件とする現行の起動スケジュールを起動開始から現在点まで実行した結果を示し、破線で示す出力曲線２２及び熱応力曲線３５は、現行の起動スケジュールを現在点から起動完了まで実行した場合の予測を示す。一点鎖線で示す出力曲線２３及び熱応力曲線３６は、熱応力制限値３２を制約条件とする起動スケジュールの変更案（以下「起動スケジュール変更案Ａ」という。）を現在点から起動完了まで実行した場合の予測を示す。二点鎖線で示す出力曲線２４及び熱応力曲線３７は、熱応力制限値３３を制約条件とする起動スケジュールの変更案（以下「起動スケジュール変更案Ｂ」という。）を現在点から起動完了まで実行した場合の予測を示す。

現在点以降、制約条件として熱応力制限値３１を維持した場合（現行の起動スケジュールを継続した場合）は、熱応力曲線３５で示すように熱応力は熱応力制限値３１以下に抑えられ、出力曲線２２で示すように起動完了予定時刻２５において発電プラント２００の出力が１００％に達する（起動が完了する）と予測される。

それに対して、現在点以降、制約条件を熱応力制限値３１から熱応力制限値３２まで緩めた場合（現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案Ａに切り替えた場合）は、熱応力曲線３６で示すように熱応力は熱応力制限値３２まで許容され、出力曲線２３で示すように起動完了予定時刻２６において発電プラント２００の出力が１００％に達する（起動が完了する）と予測される。さらに、制約条件を熱応力制限値３１から熱応力制限値３３まで緩めた場合（現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案Ｂに切り替えた場合）は、熱応力曲線３７で示すように熱応力は熱応力制限値３３まで許容され、出力曲線２４で示すように起動完了予定時刻２７において発電プラント２００の出力が１００％に達する（起動が完了する）と予測される。すなわち、起動制御装置１は、起動スケジュールの制約条件を緩めることで、起動完了予定時刻を早めることができる。

また、起動スケジュール計算部３は、現在点から起動完了までの熱応力曲線３５〜３７、現在点から起動完了までの出力曲線２２〜２４及び起動完了予定時刻２５〜２７の計算に現在点の機器状態量を反映させることにより、これらの精度を向上させることができる。

本実施例では、起動スケジュール計算部３が、熱応力制限値３１と現在点の機器状態量とに基づいて現行の起動スケジュールを計算すると共に、熱応力制限値３１とは異なる熱応力制限値３２，３３と現在点の機器状態量とに基づいて起動スケジュール変更案Ａ，Ｂを計算する。

ここで、起動スケジュール変更案Ａ，Ｂの熱応力制限値３２，３３を設定する簡便な方法として、現行の起動スケジュールの熱応力制限値３１を定数倍（例えば１．１倍、１．２倍）したものを熱応力制限値３２，３３とするという方法が考えられるが、本実施例では、現行の起動スケジュールの起動完了予定時刻２５を所定時間分（例えば１０分、２０分）だけ早めた時刻を起動スケジュール変更案Ａ，Ｂの起動完了予定時刻２６，２７として設定し、これら起動完了予定時刻２６，２７に基づいて計算した起動スケジュール変更案Ａ，Ｂの熱応力ピーク値σｍａｘを熱応力制限値３２，３３とするという方法を用いる。これにより、オペレータは、所定の時間単位（例えば１０分単位）で起動完了予定時刻を早めることが可能となる。

なお、熱応力制限値３２，３３の計算方法としては、起動完了予定時刻２６，２７から熱応力制限値３２，３３を逆算する関数の生成は困難であるため、熱応力制限値を現行の熱応力制限値３１から少しずつ増やしながら起動スケジュール変更案の計算を繰り返し、起動完了予定時刻が起動完了予定時刻２６，２７と一致するときの熱応力制限値を熱応力制限値３２，３３とするという方法を用いる。

図３は、本実施例に係る画面表示部５に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。

図３において、起動スケジュール選択画面５ａには、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの起動完了予定時刻と、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれへの切替を指示する選択ボタン５１，５２とが表示される。なお、本実施例では、２つの起動スケジュール変更案を計算する構成としたが、本発明はこれに限定されず、３つ以上の起動スケジュール変更案を計算する構成としてもよい。

図４は、起動制御装置１の動作フローを示す図である。

図４において、起動制御装置１は、プラント起動前の待機処理（ステップ１０１）を実行中にプラント起動の命令を受けると、機器状態量取得部８で機器状態量を取得し（ステップ１０２）、起動スケジュール計算部３で現行の起動スケジュール（起動完了予定時刻２５を含む）を計算する（ステップ１０３）。ステップ１０３に続いて、起動スケジュール計算部３で、現行の起動スケジュールと機器状態量とに基づき、発電プラント２００が起動完了状態にあるか否かを判定する（ステップ１０４）。

ステップ１０４でＹｅｓ（起動完了状態にある）と判定された場合は、起動制御装置１は動作を終了する（ステップ１１０）。

一方、ステップ１０４でＮｏ（起動完了状態にない）と判定された場合は、機器操作量計算部７で機器操作量を計算し、当該機器操作量に対応する制御信号１１を熱源媒体量調整装置２１４及び主蒸気加減弁２１５に出力する（ステップ１０５）。

ステップ１０５に続いて、起動スケジュール計算部３で、現行の制約条件（熱応力制限値３１）とは異なる制約条件（熱応力制限値３２，３３）と機器状態量とに基づき、起動スケジュール変更案Ａ，Ｂ（起動完了予定時刻２６，２７を含む）を計算する（ステップ１０６）。

ステップ１０６に続いて、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの起動完了予定時刻２５〜２７を画面表示部５に表示させると共に、信号待ち受け処理を実行する（ステップ１０７）。

信号待ち受け処理（ステップ１０７）の実行中、プラント機器類（熱源媒体量調整装置２１４及び主蒸気加減弁２１５）の制御信号出力タイミングを考慮して予め設定された一定時間毎にステップ１０５に移行し（経路ａ）、ステップ１０５以降の処理を前述の通り実行する。

また、信号待ち受け処理（ステップ１０７）の実行中、プラント計器類２１１〜２１３の計測タイミングを考慮して予め設定された一定時間毎にステップ１０２に移行し（経路ｂ）、ステップ１０２以降の処理を前述の通り実行する。

また、信号待ち受け処理（ステップ１０７）の実行中、指示入力部６に対して入力操作が行われると、ステップ１０８に移行し（経路ｃ）、起動スケジュール変更案Ａ又はＢへの切替指示を受け付け（ステップ１０８）、起動制御パラメータ記憶部２に記憶されている制約条件（熱応力制限値３１）を、切替対象の起動スケジュール変更案Ａ又はＢに対応する制約条件（熱応力制限値３２又は３３）で更新する（ステップ１０９）。ステップ１０９に続いて、ステップ１０３以降の処理を前述の通り実行する。

本実施例によれば、所望の起動完了予定時刻２６，２７に応じて設定された熱応力制限値３２，３２と現在点の機器状態量とに基づいて起動スケジュール変更案Ａ，Ｂが計算されるため、発電プラント２００の起動途中で簡便かつ安全に起動完了予定時刻２５を所望の起動完了予定時刻２６又は２７に変更することが可能となる。これにより、オペレータは、発電プラント２００の起動途中で電力需給等の変化に柔軟に対応することができる。

（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例を説明する。

本実施例が第１の実施例と相違する点は、画面表示部５（図１参照）に、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれについて、蒸気タービン２０３（図１参照）が備えるタービンロータ（図示せず）の寿命消費率を表示させる点である。

図５は、本実施例に係る画面表示部５に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。

図５において、起動スケジュール選択画面５ａには、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの起動完了予定時刻及び寿命消費率が表示される。

以下、寿命消費率の計算方法を説明する。

図６は、一回の起動中に発生した熱応力の最大値（以下「熱応力ピーク値」という。）と寿命消費率との相関（以下「寿命消費率曲線」という。）を示す図である。ここでいう寿命消費率とは、熱応力によるタービンロータ寿命の減少分を示す指標であり、熱応力により発生する低サイクル熱疲労によってタービンロータにクラックが発生する時を１００％とする。

図６において、寿命消費率曲線３００は、例えばタービンロータ材料の低サイクル熱疲労試験の結果に基づいて作成され、予め起動制御パラメータ記憶部２に記憶されている。起動スケジュール計算部３は、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの熱応力制限値３１〜３３（図２（ｂ）参照）を熱応力ピーク値σｍａｘとみなし、寿命消費率曲線３００において熱応力制限値３１〜３３のそれぞれに対応する寿命消費率ＬＣを求める。

本実施例に係る起動制御装置１によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、オペレータは、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの寿命消費率を比較勘案した上で、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案Ａ又はＢへの切替を実行するか否かを判断することができる。

（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例を説明する。

本実施例が第１の実施例と相違する点は、画面表示部５（図１参照）に、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれについて、発電プラント２００の年間運用計画に対する影響の度合いを表示させる点である。

まず、発電プラント２００の年間運用計画について説明する。

一般的に、発電プラント２００の起動スケジュールは、蒸気タービン２０３の停止時間またはタービンロータ内部の温度に応じて、ホット、ウォーム、コールド等の起動モードに区分される。年間運用計画とは、起動モード区分ごとに寿命消費率及び年間起動回数を定めたものである。

次に、年間運用計画の策定方法について説明する。

同一の熱応力制限値で比較した場合、ホット区分、ウォーム区分、コールド区分の順に起動時間が長くなる。従って、要求起動時間に対するマージンが大きいホット区分では熱応力制限値を低めに（寿命消費率計画値を小さく）設定し、要求起動時間に対するマージンが小さいコールド区分では熱応力制限値を高めに（寿命消費率計画値を大きく）設定すると共に、各起動モード区分の年間起動回数を調整することで、運用コストとタービンロータ寿命とのバランスを考慮した効率の良い年間運用計画を立てることができる。

具体的には、各起動モード区分の標準的な寿命消費率（以下「寿命消費率計画値」という。）をＡｈｏｔ，Ａｗａｒｍ，Ａｃｏｌｄ、各起動モード区分の当年度の予定起動回数（以下「年間起動回数計画値」という。）をＢｈｏｔ，Ｂｗａｒｍ，Ｂｃｏｌｄとし、寿命消費率計画値と年間起動回数計画値との積和値Ａｈｏｔ×Ｂｈｏｔ＋Ａｗａｒｍ×Ｂｗａｒｍ＋Ａｃｏｌｄ×Ｂｃｏｌｄが当年度に許容される寿命消費率と一致するように各起動モード区分の年間起動回数計画値Ｂｈｏｔ，Ｂｗａｒｍ，Ｂｃｏｌｄを決定する。このような年間運用計画の策定は、従来、一般的に行われている。

本発明では、主として寿命消費率を寿命消費率計画値Ａｈｏｔ，Ａｗａｒｍ，Ａｃｏｌｄよりも大きくすることにより起動時間を短縮することを想定しているため、第２の実施例に係る起動スケジュール選択画面５ａ（図５参照）のように、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの寿命消費率を表示することにより、オペレータは、各起動モード区分の寿命消費率計画値Ａｈｏｔ，Ａｗａｒｍ，Ａｃｏｌｄの見直しを図ることができる。

しかしながら、第２の実施例に係る起動スケジュール選択画面（図５参照）では、寿命消費率を増加させたことによる年間運用計画（特に各起動モード区分の年間起動回数Ｂｈｏｔ，Ｂｗａｒｍ，Ｂｃｏｌｄ）に対する影響の度合いを把握することが難しい。

図７は、本実施例に係る画面表示部５に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。

図７において、起動スケジュール選択画面５ａには、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの残起動回数、残起動回数に対する寿命消費率超過分、及び起動完了予定時刻と、起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれへの切替を指示する選択ボタン５１，５２と、起動モード区分を選択するための起動モード区分選択欄５３とが表示される。図７に示す例では、起動モード区分としてウォーム区分が選択され、ウォーム区分における残起動回数及び寿命消費率超過分が表示されているが、ホット区分又はコールド区分を選択することにより、それぞれの起動モード区分における残起動回数及び寿命消費率超過分を表示させることができる。

以下、現行の起動スケジュールがウォーム区分に属する場合を例に、残起動回数及び寿命消費率超過分の計算方法を説明する。

起動制御パラメータ記憶部２には、各起動モード区分の寿命消費率計画値Ａｈｏｔ，Ａｗａｒｍ，Ａｃｏｌｄ、及び各起動モード区分の年間起動回数計画値Ｂｈｏｔ，Ｂｗａｒｍ，Ｂｃｏｌｄが予め記憶されている。ここで、ウォーム区分の寿命消費率計画値Ａｗａｒｍを０．０２４％、ウォーム区分の年間起動回数計画値Ｂｗａｒｍを１６回とし、過去にウォーム区分の起動スケジュールを１回、寿命消費率０．０２５％で実行していたものとする。この場合、現在の残起動回数は１６回−１回＝１５回と計算され、ウォーム区分の寿命消費率計画値Ａｗａｒｍが０．０２４％であるため、過去の起動スケジュールの寿命消費率超過分は、０．０２５％−０．０２４％＝０．００１％ｐｔと計算される。ここで、現行の起動スケジュールの寿命消費率は、特に変更がなければウォーム区分の寿命消費率計画値Ａｗａｒｍ（＝０．０２４％）と一致するため、現行の起動スケジュールの寿命消費率超過分は、０．０２４％−Ａｗａｒｍ（＝０．０２４％）＝０．０００％ｐｔと計算される。これに過去の寿命消費率超過分０．００１％ｐｔを加算すると、現在の寿命消費率超過分は０．００１％ｐｔとなる。その結果、起動スケジュール選択画面５ａには、現行の起動スケジュールにおける残起動回数として「１５」、残起動回数１５回に対する寿命消費率超過分として「０．００１」と表示される。

続いて、起動スケジュール変更案Ａの残起動回数及び寿命消費率超過分を計算する。ここで、起動スケジュール変更案Ａの寿命消費率を０．０４５％とすると、起動スケジュール変更案Ａの寿命消費率超過分は、０．０４５％−Ａｗａｒｍ（＝０．０２４％）＝０．０２１％ｐｔと計算される。これに過去の寿命消費率超過分０．００１％ｐｔを加算すると、起動スケジュール変更案Ａに切り替えた場合の残起動回数１５回に対する寿命消費率超過分は０．０２２％ｐｔとなる。その結果、起動スケジュール選択画面５ａには、起動スケジュール変更案Ａの残起動回数として「１５」、残起動回数１５回に対する寿命消費率超過分として「０．０２２」と表示される。

続いて、起動スケジュール変更案Ｂの残起動回数及び寿命消費率超過分を計算する。ここで、起動スケジュール変更案Ｂの寿命消費率を０．０４９％とすると、起動スケジュール変更案Ｂの寿命消費率超過分は、０．０４９％−Ａｗａｒｍ（＝０．０２４％）＝０．０２５％ｐｔと計算される。これに過去の寿命消費率超過分０．００１％ｐｔを加算すると、起動スケジュール変更案Ｂに切り替えた場合の残起動回数１５回に対する寿命消費率超過分は０．０２６％ｐｔと計算される。このように寿命消費率超過分（０．０２６％ｐｔ）が起動１回あたりの寿命消費率計画値Ａｗａｒｍ（＝０．０２５％）を超えた場合は、残起動回数（１５回）から１回分を差し引き、寿命消費率超過分（０．０２６％ｐｔ）から起動１回あたりの寿命消費率計画値Ａｗａｒｍ（＝０．０２４％）を差し引くことにより、それぞれを補正する。その結果、起動スケジュール選択画面５ａには、起動スケジュール変更案Ｂに切替後の残起動回数として「１４」、残起動回数１４回に対する寿命消費率超過分として「０．００２」と表示される。これにより、オペレータは、寿命消費率超過分が起動１回あたりの寿命消費率計画値を超えた場合でも、残起動回数及び当該残起動回数に対する寿命消費率超過分を正しく把握することができる。

本実施例に係る起動制御装置１によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、オペレータは、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの年間運用計画に対する影響の度合い（残起動回数及び当該残起動回数に対する寿命消費量超過分）を比較勘案した上で、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案Ａ又はＢへの切替を実行するか否かを判断することができる。

（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例を説明する。

本実施例が第１の実施例と相違する点は、画面表示部５（図１参照）に、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれについて、起動完了までの燃料消費量を表示させる点である。

図８は、本実施例に係る画面表示部５に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。

図８において、起動スケジュール選択画面５ａには、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの起動完了までの燃料消費量が表示される。

本実施例に係る起動制御装置１によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、オペレータは、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの起動完了までの燃料消費量を比較勘案した上で、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案Ａ又はＢへの切替を実行するか否かを判断することができる。

（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例を説明する。

本実施例が第１の実施例と相違する点は、画面表示部５（図１参照）に、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの出力曲線及び熱応力曲線を表示させる点である。

図９は、本実施例に係る画面表示部５に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。

図９において、起動スケジュール選択画面５ａには、起動開始から現在点までの出力曲線２１及び熱応力曲線３４と、現行の起動スケジュールの現在点から起動完了までの出力曲線２２及び熱応力曲線３５と、起動スケジュール変更案Ａの現在点から起動完了までの出力曲線２３及び熱応力曲線３６と、起動スケジュール変更案Ｂの現在点から起動完了までの出力曲線２４及び熱応力曲線３７と、現行の起動スケジュールの熱応力制限値３１を示す制限ラインと、切替対象の起動スケジュールを選択するための起動スケジュール選択欄５４と、起動スケジュール選択欄５４で選択された起動スケジュールへの切替を指示する決定ボタン５５とが表示される。

本実施例に係る起動制御装置１によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、オペレータは、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案Ａ，Ｂのそれぞれの出力曲線２２〜２４及び熱応力曲線３５〜３７を比較勘案した上で、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案Ａ又はＢへの切替を実行するか否かを判断することができる。

（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例を説明する。

本実施例が第１の実施例と相違する点は、起動スケジュール変更案の制約条件を、起動スケジュール計算部３が所定の計算式に基づいて設定するのではなく、オペレータに指定させる点である。

図１０は、本実施例に係る起動制御装置１の動作フローを示す図である。

図１０において、信号待ち受け処理（ステップ１０７）の実行中、指示入力部６の操作を介して制約条件が指定され、起動スケジュール変更案の計算が指示されると（経路ｄ）、起動スケジュール計算部３で制約条件を受け付け（ステップ１１１）、起動制御パラメータ記憶部２に記憶させる（ステップ１１２）。ステップ１１２に続いて、起動スケジュール変更案を計算する（ステップ１０３）。ステップ１０３に続いて、ステップ１０７に遷移し（経路ｅ）、ステップ１０７以降の処理を前述の通り実行する。

図１１は、本実施例に係る画面表示部５に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。

図１１において、起動スケジュール選択画面５ａには、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案のそれぞれの起動完了予定時刻及び熱応力制限値と、起動スケジュール計算部３に起動スケジュール変更案の計算を指示するための計算ボタン５６と、起動スケジュール計算部３に起動スケジュール変更案への切替を指示する決定ボタン５７とが表示される。

熱応力制限値入力欄５８には、指示入力部６の操作を介して入力した起動スケジュール変更案の熱応力制限値が表示される。起動完了予定時刻表示欄５９には、起動スケジュール変更案の起動完了予定時刻が表示されるが、起動スケジュール変更案が計算される前は何も表示されない。熱応力制限値入力欄５８に熱応力制限値を入力した後に計算ボタン５６をクリック、タップ等すると、起動スケジュール変更案が計算され、図１２に示すように、起動スケジュール変更案の起動完了予定時刻が起動完了予定時刻表示欄５９に表示される。その後、決定ボタン５７をクリック、タップ等すると、現行の起動スケジュールが起動スケジュール変更案に切り替わる。

ここで、計算ボタン５６を操作してから決定ボタン５７が操作されるまでにタイムラグが生じると、その間に機器状態量が変化することにより、起動完了予定時刻に大きな誤差が生じるおそれがある。

そこで、決定ボタン５７は、起動スケジュール変更案の計算終了後（図１０において、ステップ１０３からステップ１０７への遷移後）から所定の時間（例えば５分間）に限り操作可能となり、当該所定の時間経過後に操作不能となるように構成してもよい。これにより、起動スケジュール変更案を計算してから所定の時間が経過した後は、改めて現在点の機器状態量に基づいて起動スケジュール変更案を計算することが余儀なくされ、起動スケジュール変更案の計算終了時点から起動スケジュール変更への切替時点までのタイムラグの発生を防ぐことが可能となる。

本実施例に係る起動制御装置１によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、オペレータの指定した制約条件に基づいて起動スケジュール変更案が計算されると共に、オペレータは、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案のそれぞれの起動完了予定時刻を比較勘案した上で、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案への切替を実行するか否かを判断することができる。

（第７の実施例）
次に、本発明の第７の実施例を説明する。

本実施例は、第６の実施例において、オペレータによる指定項目を、起動スケジュール変更案の制約条件から起動スケジュール変更案の起動完了予定時刻に置き換えたものに相当する。

以下、第６の実施例との相違点を中心に説明する。

図１３は、本実施例に係る起動制御装置１の動作フローを示す図である。

図１３において、信号待ち受け処理（ステップ１０７）の実行中、指示入力部６の操作を介して起動完了予定時刻が入力され、起動スケジュール変更案の計算が指示されると（経路ｄ）、起動スケジュール計算部３で起動完了予定時刻を受け付け（ステップ１１３）、起動制御パラメータ記憶部２に記憶させる（ステップ１１４）。続いて、機器状態量と現行の制約条件とに基づいて現行の起動スケジュールを計算すると共に、現在点の機器状態量と指定された起動完了予定時刻とに基づいて起動スケジュール変更案を計算する（ステップ１０３）。このとき、起動スケジュール変更案の制約条件を計算し、起動制御パラメータ記憶部２に記憶させる（ステップ１１２）。ステップ１１２に続いて、ステップ１０７に遷移し（経路ｅ）、ステップ１０７以降の処理を前述の通り実行する。

図１４は、本実施例に係る画面表示部５に表示される起動スケジュール選択画面の一例を示す図である。

図１４において、起動スケジュール選択画面５ａには、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案のそれぞれの起動完了予定時刻及び寿命消費率と、起動スケジュール計算部３に起動スケジュール変更案の計算を指示するための計算ボタン５６と、起動スケジュール計算部３に起動スケジュール変更案への切替を指示する決定ボタン５７とが表示される。

起動完了予定時刻入力欄６０には、指示入力部６の操作を介して入力された起動完了予定時刻が表示される。寿命消費率表示欄６１には、起動スケジュール変更案の寿命消費率が表示されるが、起動スケジュール変更案が計算される前は何も表示されない。起動完了予定時刻入力欄６０に起動完了予定時刻を入力した後、計算ボタン５６をクリック、タップ等すると起動スケジュール変更案が計算され、図１５に示すように、起動スケジュール変更案の寿命消費率が寿命消費率表示欄６１に表示される。その後、決定ボタン５７をクリック、タップ等すると、現行の起動スケジュールが起動スケジュール変更案に切り替わる。

本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、オペレータの指定した起動完了予定時刻に基づいて起動スケジュール変更案が計算されると共に、オペレータは、現行の起動スケジュール及び起動スケジュール変更案のそれぞれの寿命消費率を比較勘案した上で、現行の起動スケジュールから起動スケジュール変更案への切替を実行するか否かを判断することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、あるいは、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

また、上記した実施例は、コンバインドサイクル発電プラントの起動制御を対象としたものであるが、本発明はこれに限定されず、原子力発電所、化石燃料を用いたコージェネレーションプラント、ボイラー等の起動に時間を要する産業プラントにも適用可能である。

１…蒸気タービン起動制御装置（起動制御装置）、２…起動制御パラメータ記憶部、３…起動スケジュール計算部、４…機器状態予測プログラム、５…画面表示部、５ａ…起動スケジュール選択画面、６…指示入力部、７…機器操作量計算部、８…機器状態量取得部、１１…制御信号、１２…計測信号、２１〜２４…出力曲線、２５〜２７…起動完了予定時刻、３１…熱応力制限値（第１の制約条件）、３２…熱応力制限値（第２の制約条件）、３３…熱応力制限値（第２の制約条件）、３４〜３７…熱応力曲線、５１，５２…選択ボタン、５３…起動モード区分選択欄、５４…起動スケジュール選択欄、５５…決定ボタン、５６…計算ボタン、５７…決定ボタン、５８…熱応力制限値入力欄、５９…起動完了予定時刻表示欄、６０…起動完了予定時刻入力欄、６１…寿命消費率表示欄、２００…蒸気タービン発電プラント（発電プラント）、２０１…熱源装置（ガスタービン）、２０２…蒸気発生装置、２０３…蒸気タービン、２０４…発電機、２０５…熱源媒体、２０６…低温媒体、２０７…高温媒体、２０８…蒸気、２１１…流量計（プラント計器類）、２１２…圧力計（プラント計器類）、２１３…温度計（プラント計器類）、２１４…熱源媒体量調整装置（プラント機器類）、２１５…主蒸気加減弁（プラント機器類）、３００…寿命消費率曲線

Claims (14)

1. 蒸気タービンを備えた発電プラントの起動制御装置において、
   前記発電プラントの機器状態量を取得する機器状態量取得部と、
   前記機器状態量と所定の第１の制約条件とに基づいて現行の起動スケジュールを計算すると共に、前記機器状態量と所定の第２の制約条件とに基づいて起動スケジュール変更案を計算する起動スケジュール計算部と、
   前記現行の起動スケジュールに基づいて前記発電プラントの機器操作量を計算する機器操作量計算部と、
   前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、起動完了予定時刻を表示する画面表示部と、
   操作者による入力操作に応じて、前記現行の起動スケジュールから前記起動スケジュール変更案への切替指令を前記起動スケジュール計算部に出力する指示入力部と
   を備えたことを特徴とする発電プラントの起動制御装置。
2. 請求項１に記載の発電プラントの起動制御装置において、
   前記画面表示部は、前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、前記蒸気タービンが備えるタービンロータの寿命消費率を更に表示することを特徴とする発電プラントの起動制御装置。
3. 請求項１に記載の発電プラントの起動制御装置において、
   前記画面表示部は、前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、起動完了までの燃料消費量を更に表示することを特徴とする発電プラントの起動制御装置。
4. 請求項１に記載の発電プラントの起動制御装置において、
   前記画面表示部は、前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、当年度の残起動回数と当該残起動回数に対する寿命消費率超過分とを更に表示することを特徴とする発電プラントの起動制御装置。
5. 請求項１に記載の発電プラントの起動制御装置において、
   前記画面表示部は、前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、前記蒸気タービンの出力曲線を更に表示することを特徴とする発電プラントの起動制御装置。
6. 請求項１に記載の発電プラントの起動制御装置において、
   前記第２の制約条件は、前記指示入力部への入力操作を介して設定されることを特徴とする発電プラントの起動制御装置。
7. 請求項１に記載の発電プラントの起動制御装置において、
   前記指示入力部は、前記操作者による入力操作に応じて、所定の起動完了時刻を設定し、
   前記第２の制約条件は、前記所定の起動完了予定時刻に基づいて前記起動スケジュール計算部によって計算されることを特徴とする発電プラントの起動制御装置。
8. 蒸気タービンを備えた発電プラントの起動制御方法において、
   前記発電プラントの機器状態量を取得し、
   前記機器状態量と所定の第１の制約条件とに基づいて現行の起動スケジュールを計算すると共に、前記機器状態量と所定の第２の制約条件とに基づいて起動スケジュール変更案を計算し、
   前記現行の起動スケジュールに基づいて前記発電プラントの機器操作量を計算し、
   前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、起動完了予定時刻を画面表示部に表示させ、
   操作者による指示入力部への入力操作に応じて、前記現行の起動スケジュールから前記起動スケジュール変更案への切替を行うことを特徴とする発電プラントの起動制御方法。
9. 請求項８に記載の発電プラントの起動制御方法において、
   前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、前記蒸気タービンが備えるタービンロータの寿命消費率を前記画面表示部に更に表示させることを特徴とする発電プラントの起動制御方法。
10. 請求項８に記載の発電プラントの起動制御方法において、
    前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、起動完了までの燃料消費量を前記画面表示部に更に表示させることを特徴とする発電プラントの起動制御方法。
11. 請求項８に記載の発電プラントの起動制御方法において、
    前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、当年度の残起動回数と当該残起動回数に対する寿命消費率超過分とを前記画面表示部に更に表示させることを特徴とする発電プラントの起動制御方法。
12. 請求項８に記載の発電プラントの起動制御方法において、
    前記現行の起動スケジュール及び前記起動スケジュール変更案のそれぞれについて、前記蒸気タービンの出力曲線を前記画面表示部に更に表示させることを特徴とする発電プラントの起動制御方法。
13. 請求項８に記載の発電プラントの起動制御方法において、
    前記指示入力部への入力操作を介して前記第２の制約条件を設定することを特徴とする発電プラントの起動制御方法。
14. 請求項８に記載の発電プラントの起動制御方法において、
    前記指示入力部への入力操作を介して所定の起動完了時刻を設定し、
    前記所定の起動完了予定時刻に基づいて前記第２の制約条件を計算することを特徴とする発電プラントの起動制御方法。

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