JP2021033751A - プラントシステム制御装置及びプラント制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】プラントシステムの外部からプラントシステムを制御可能とすることを課題とする。【解決手段】プラント２０１を有するプラントシステム２００から出力される信号値Ｆ１を取得する外部入力インタフェース１０１と、外部入力インタフェース１０１で取得された信号値Ｆ１からプラント２０１の運転特性であるプラント運転特性を推定するプラント運転特性学習部１０６と、推定されたプラント運転特性を基に、プラント２０１を制御するための指令値Ｆ２を演算する指令値演算部１０８と、プラント２０１における、指令値Ｆ２による制御の代替の実行有無を判定する制御代替判定部１０９と、制御代替判定部１０９によって、プラント２０１の代替制御が判定されると、指令値Ｆ２をプラントシステムへ出力する外部出力インタフェース１０２と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、プラントシステム制御装置及びプラント制御システムの技術に関する。

既設プラントの運転特性や制御アルゴリズムは中身が、一般的にブラックボックスである。ブラックボックスであるプラントの制御を外部から行うためには、プラントの運転特性の推定及び指令値の算出が必要である。プラントの運転特性を推定する技術としてブラックボックスモデリング、オブザーバ制御方式がある。しかし、外部からプラントの運転特性を推定する技術、及び、外部からプラントの制御を代替する技術がない。

既設のコントローラの置き換えに関する背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「運転情報データベースと運転特性計算部の組み合わせ又は機器情報データベースと機器特性計算部の組み合わせのいずれか一つを含み、前記運転特性計算部、又は機器特性計算部が計算した特性値を用いてプラントの運用コストを評価するコスト評価部と、前記コスト評価部が出力するコスト評価値が最適となるようにプラントに与える制御信号の生成方法を自律学習する操作方法学習部とを備え、前記操作方法学習部は、前記コスト評価部が出力するコスト評価値を手掛かりに操作方法を学習するように構成する」プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御装置が開示されている（要約参照）。

また、特許文献２には「ボイラプラントの計測データを入力してプラント運転特性を模擬したプラントモデルに基づいてボイラプラントへの運転操作指令値を演算して運転を行うボイラプラントの制御装置に、運転データを蓄積した運転実績データベースと、蓄積した運転データから操作量の変化傾向を演算してボイラプラントの状態を判定する運転状態判定手段と、プラントモデルで計算したプロセス値とボイラプラントの計測値との誤差を計算するモデル誤差評価手段と、蓄積された過去のデータを含むプロセス値と操作指令値との相関関係をモデル化する運転データモデル化手段と、前記誤差値を用いて操作指令候補値を計算する探索点決定手段とを備えた」ボイラプラントの制御装置が開示されている（要約参照）。

そして、特許文献３には「第１、第２及び第３のステップを持つ。第１のステップでは、監視制御装置及び既設のコントローラと通信する新設のコントローラを監視制御ネットワークに接続する。第２のステップでは、制御用データ又は状態データをコントローラへ送信する際に制御用ネットワークと監視制御ネットワークとへ送信することを既設のコントローラに対して設定する。第３のステップでは、制御用データ又は状態データを監視制御ネットワークを介して新設のコントローラへ送信する場合と、状態データを監視制御ネットワークを介して監視制御装置へ送信する場合とにおいて異なるマルチキャスト・アドレスを用いることをコントローラに対して設定する」監視制御システムの更新方法、監視制御システム及び制御方法が開示されている（要約参照）。

さらに、特許文献４には「目的関数設定部１と、プラントモデル３と、制御パラメータ最適化部２と、制御パラメータ設定部４と、物理パラメータ設定部５と、設計パラメータ設定部６とを備え、前記制御パラメータ最適化部は、発電プラント３００から抽出された制御ロジック情報に基づき、目的関数の最適化に用いる制御パラメータを最適化制御パラメータとして選定する最適化制御パラメータ選定部７と、前記目的関数が最適化されるように、前記プラントモデルを使用して前記最適化制御パラメータの値を調整する最適化制御パラメータ調整部８とを備える」制御パラメータ最適化システム及びそれを備えた運転制御最適化装置が開示されている（要約参照）。

特開２０１２−０５３５０５号公報 特開２００８−１４６３７１号公報 特開２０１８−０９７６８１号公報 特開２０１７−０１６３５３号公報

特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、プラントの運転特性を予測し、制御しているものであり、プラントの運転特性と制御特性とを合わせてのモデリングはできていない。また、既設のコントローラの制御を代替することは記載されていない。

特許文献３に記載の技術は、既設のコントローラを新設のコントローラに切り替える方法である。しかし、機器の運転特性を考慮したうえで代替するか否かの判断する機能について記載されていない。
特許文献４に記載の技術では、プラントモデルをあらかじめライブラリとして作成する必要がある。また、既設のコントローラの制御を代替することは記載されていない。

このように、従来技術では、プラントの運転特性と制御特性とを推定し、かつ、既設のコントローラを外付けで代替する機能を有するプラント制御デバイスを提供できていない。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、プラントシステムの外部からプラントシステムを制御可能とすることを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、プラントを有するプラントシステムから出力される信号値を取得する入力部と、前記入力部で取得された前記信号値から前記プラントの運転特性であるプラント運転特性を推定する推定部と、推定された前記プラント運転特性を基に、前記プラントを制御するための指令値を演算する指令値演算部と、前記プラントにおける、前記指令値による制御の代替の実行有無を判定する制御代替判定部と、前記制御代替判定部によって、前記プラントの代替制御が判定されると、前記指令値を前記プラントシステムへ出力する出力部と、を有することを特徴とする。
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。

本発明によれば、プラントシステムの外部からプラントシステムを制御可能とすることができる。

第１実施形態に係るプラント制御システムの構成図である。 学習条件設定画面の例を示す図である。 学習結果画面の例を示す図である。 効果画面の例を示す図である。 プラントの一形態である風力発電装置を示す全体概略構成図である。 第２実施形態における風力発電制御システムの構成図である。 風力発電装置における運転制御特性（ピッチ角）の一例を示す図である。 風力発電装置における運転制御特性（ロータ回転速度）の一例を示す図である。 風力発電装置における運転制御特性（発電電力）の一例を示す図である。 信号種類推定処理の手順を示すフローチャートの一例である。 ヨー角の信号種類推定処理の手順を示すフローチャートである。 風力発電装置における周速比と、パワー係数の関係を示した図である。 プラントシステムの一形態である太陽光発電システムを示す全体概略構成図である。 第３実施形態における太陽光発電制御システムの構成を示す図である。 プラント制御デバイスのハードウェア構成図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態（「実施形態」という）を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分については、その詳細な説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るプラント制御システム１の構成図である。
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るプラント制御システム１について説明する。
図１に示すように、プラント制御システム１は、プラント制御デバイス１００、プラントシステム２００、操作装置３１０、外部入力装置３３０、及び、ディスプレイ３２０を有している。
なお、本実施形態では、プラント制御デバイス１００がプラントシステム２００から受け取る情報を信号値Ｆ１と称する。また、プラント制御デバイス１００がプラントシステム２００へ送信する情報を指令値Ｆ２と称する。また、指令値Ｆ２を含む信号を制御信号と称する。

プラントシステム２００はプラント２０１、プラント制御部２０２、運転情報ＤＢ（Data Base）２０３で構成されている。プラント制御部２０２がプラント２０１の制御を行っている。また、プラント２０１の制御情報や、プラント２０１の運転に使用されたり、運転の結果出力される信号値Ｆ１が運転情報ＤＢ２０３に保存されたりする。

プラント制御デバイス１００は、演算を行う構成として、データ変換部１０４、プラント運転特性学習部１０６、制御特性学習部１０７、指令値演算部１０８、制御代替判定部１０９、制御信号生成部１１０を有している。プラント制御デバイス１００は、外部入力ＤＢ１０３、学習入力ＤＢ１０５、出力情報ＤＢ１１１、バックアップ運転情報ＤＢ１１３、学習情報ＤＢ１１４を有している。

また、プラント制御デバイス１００は、外部との接続インタフェースとして、外部入力インタフェース１０１、外部出力インタフェース１０２が備えられている。

そして、プラント制御デバイス１００は、外部入力インタフェース１０１を介して、プラントシステム２００から当該プラント２０１で計測された状態量、信号、運転情報ＤＢ２０３に保存されている状態量等を信号値Ｆ１としてプラントシステム２００から取得し、外部入力ＤＢ１０３に保存する。あるいは、プラント制御デバイス１００はプラント制御部２０２がプラント２０１へ出力する指令値（既存指令値と称する）を取得する。

データ変換部１０４は、外部入力ＤＢ１０３からプラント運転特性学習部１０６及び制御特性学習部１０７で学習するために必要なデータの抽出、データが保存された行列（リスト）の整理、２次データの作成、データの単位変換等を行う。また、データ変換部１０４では、信号値Ｆ１が、どのような種類の信号値Ｆ１であるのかを推定する。これは、前記したように、プラントシステム２００の制御はブラックボックスとなっているため、信号値Ｆ１が、どのような種類の信号値Ｆ１であるのかが不明なことが多いためである。

ここで、２次データとは、外部入力インタフェース１０１が取り込んだデータを１次データとした場合、この1次データを基に生成されるデータのことである。例えば、風力発電装置４００（図５参照）をプラント２０１とし、プラント運転特性学習部１０６で必要なデータが風力発電装置４００の発電機５４３（図５参照）の回転速度や、出力電力であった場合、信号値Ｆ１から発電機５４３の回転速度や、出力電力のデータを抽出し、時系列ごとに関連づけて並び替える。データ変換部１０４で変換されたデータは学習入力ＤＢ１０５に保存される。

プラント運転特性学習部１０６は学習入力ＤＢ１０５から取得した信号値Ｆ１のうち、プラント運転特性のデータについての関係を学習することでプラント運転特性を学習する。学習には、例えば、ニューラルネットワーク、ディープラーニング、人工知能、最小２乗法等を用いることが可能である。学習されたプラント運転特性のモデル（プラントモデル）は学習情報ＤＢ１１４と指令値演算部１０８に入力される。プラント運転特性とは、プラント２０１の信号値Ｆ１の時間変化等である。例えば、風力発電の場合、発電電力と風速との関係等がプラント運転特性となる。

制御特性学習部１０７は、学習入力ＤＢ１０５から取得した信号値Ｆ１のうち、制御特性についての関係を学習することにより、プラント２０１の制御特性を学習する。学習には、例えば、ニューラルネットワーク、ディープラーニング、人工知能、最小２乗法等を用いることが可能である。また、制御特性が明らかであれば、パラメータの同定をすることで制御特性を推定することもできる。学習された制御特性は学習情報ＤＢ１１４と指令値演算部１０８に入力される。制御特性とは、例えば、定格風速以上では、発電電力を一定値に抑制する制御である。

なお、学習入力ＤＢ１０５に保存されている信号値Ｆ１が、プラント運転特性及び制御特性で分けられていない場合、プラント運転特性学習部１０６及び制御特性学習部１０７は統合されてもよい。この場合、統合されたプラント運転特性学習部１０６及び制御特性学習部１０７が、信号値Ｆ１の学習を行う。
前記したように、学習の結果、出力されるプラントモデルは、学習情報ＤＢ１１４と指令値演算部１０８とに入力される。

指令値演算部１０８について説明する。指令値演算部１０８は、プラント運転特性学習部１０６及び制御特性学習部１０７によって学習されたプラントモデルを基に指令値Ｆ２を演算する。また、指令値演算部１０８は、外部入力ＤＢ１０３に保存されている信号値Ｆ１を、学習されたプラントモデルに入力し、指令値Ｆ２を演算する。このようにすることによって、例えば、実機のプラント２０１の最適動作点の探索を仮想空間上でできるため、運転機会の逸失が避けられる。

また、指令値演算部１０８は、操作装置３１０を介して設定された目的関数を基に指令値Ｆ２を演算することもできる。例えば、プラント２０１が太陽光発電システムＳＬであり、出力抑制を実行する場合、目的となる出力電力になるよう、操作装置３１０で上限が設定される。その設定値は、指令値演算部１０８に入力され、指令値演算部１０８は、指令値Ｆ２を演算する。指令値演算部１０８で演算された指令値Ｆ２は学習情報ＤＢ１１４と制御代替判定部１０９に入力される。このようにすることによって、外部（操作装置３１０）から任意にプラントシステム２００の指令値Ｆ２を設定することができる。なお、この場合、プラント運転特性及び制御特性の学習は行われない。

制御代替判定部１０９について説明する。制御代替判定部１０９には、外部入力ＤＢ１０３からプラントシステム２００の指令値Ｆ２が入力される。また、制御代替判定部１０９には、指令値演算部１０８または学習情報ＤＢ１１４から、指令値演算部１０８で演算された指令値Ｆ２が入力される。そして、制御代替判定部１０９は、外部入力ＤＢ１０３に基づく指令値Ｆ２と、指令値演算部１０８で演算された指令値Ｆ２とを比較する。比較方法は、以下のようにして行われる。例えば、指令値Ｆ２を基に算出される代替判定評価値（発電電力、生産量、コスト、時間等）がある条件を有すると、指令値Ｆ２による代替制御を実行すると、制御代替判定部１０９が判定する。ある条件とは、最大、最小、又は、ある値に近い値を取ること等である。

例えば、プラントモデルを基に算出された指令値Ｆ２に基づく代替判定評価値と、外部入力ＤＢ１０３に保存された信号値Ｆ１に基づく代替判定評価値を制御代替判定部１０９が比較する。そして、制御代替判定部１０９は、設定されている採用条件に合う代替判定評価値を採用する。採用された代替判定評価値が指令値Ｆ２に基づく代替判定評価値である場合、制御代替判定部１０９は、プラント制御デバイス１００による代替制御を実行すると判定する。あるいは、例えば、風力発電装置４００（図５参照）の劣化に追従させて新たな制御を行いたい場合、制御代替判定部１０９は、学習の結果であるプラントモデルに基づいて発電電力指令値（指令値Ｆ２）を取得する。そして、発電電力指令値と、外部入力ＤＢ１０３に保存されている信号値Ｆ１における発電電力との大小を制御代替判定部１０９が比較する。そして、前者の方が大きければプラント制御デバイス１００による代替制御が実行される。このようにすることによって、制御代替が不要の場合、無駄にプラント制御デバイス１００による制御代替を行う必要がなくなる。この場合、代替判定評価値は、発電電力指令値そのもの、及び、発電電力そのものということになる。

また、処理部１１２が、操作装置３１０で設定するプラントシステム２００を保護するための制御値の範囲を設定する。設定された指令値Ｆ２の範囲を制御代替判定部１０９が参照する。そして、制御代替判定部１０９は、設定された指令値Ｆ２の範囲内に指令値演算部１０８から演算された指令値Ｆ２があるか否かを判定する。判定された指令値Ｆ２の範囲内に指令値演算部１０８から演算された指令値Ｆ２があれば、プラント制御デバイス１００による制御代替が実行される。このようにすることによって、プラントシステム２００の保護を実現しつつ、プラント制御デバイス１００による代替制御ができる。

また、制御信号生成部１１０は制御信号を生成する。前記したように、制御信号とは指令値Ｆ２を含む信号であり、プラントシステム２００に送信される信号である。生成された制御信号は、一旦、出力情報ＤＢ１１１に保存される。その後、外部出力インタフェース１０２は、出力情報ＤＢ１１１から制御信号を取得すると、プラントシステム２００のプラント制御部２０２と運転情報ＤＢ２０３へ出力される。制御信号には、既設のプラント制御部２０２が生成する指令値（既存指令値）を制御信号生成部１１０が生成した制御信号の指令値Ｆ２に切り替える指令も含まれる。

このようにすることによって、プラントシステム２００におけるプラント制御部２０２の既存指令値が、プラント制御デバイス１００から送信された指令値Ｆ２に書き換えられる。この結果、プラント２０１を代替制御可能にできる。また、プラント制御部２０２を介さず制御特性学習部１０７で学習した制御特性をプラント２０１に適用することも可能である。このようにすることによって、プラント制御部２０２がデータの書き換えを受け付けなくても、制御特性を受け付ければ、プラント２０１を制御することができる。

外部入力装置３３０は、マウス３３１、キーボード３３２、タッチパネル装置３３３、音声認識システム３３４で構成される。

プラント制御デバイス１００の操作員は、外部入力装置３３０とディスプレイ３２０を用いることにより、操作装置３１０を介してプラント制御デバイス１００を制御できる。このようにすることによって、操作員は、プラント制御デバイス１００における、それぞれのＤＢ１０３，１０５，１１１，１１３，１１４に保存されたデータを確認できる。また、操作員は、プラント制御デバイス１００の起動を行ったり、処理部１１２での設定を行ったり、制御代替判定部１０９における採用条件の設定を行ったりすることができる。

操作装置３１０は、外部入力インタフェース３１３、外部出力インタフェース３１１、データ送受信処理部３１２で構成されている。外部入力装置３３０から入力されたデータは、まず、外部入力インタフェース３１３に入力された後、データ送受信処理部３１２に入力される。データ送受信処理部３１２は、プラント制御デバイス１００の外部入力インタフェース１０１へ外部入力装置３３０から入力されたデータを送信したり、プラント制御デバイス１００の外部出力インタフェース１０２からデータを受け取ったりする。このようにすることによって、操作員はプラント制御デバイス１００を操作することができる。
また、データ送受信処理部３１２からは外部出力インタフェース３１１を介して画像情報がディスプレイ３２０に送られる。ディスプレイ３２０は、送られた画像情報を出力する。

（通信途絶時の制御方法）
プラント制御デバイス１００と操作装置３１０あるいはプラントシステム２００との間で通信が途絶した場合におけるプラント２０１の制御方法について説明する。
操作装置３１０とプラント制御デバイス１００との間の通信が途絶した場合、バックアップ運転情報ＤＢ１１３からプラントシステム２００の信号値Ｆ１に対応する指令値Ｆ２がプラントシステム２００に出力される。つまり、プラント制御デバイス１００は、操作装置３１０による操作員の操作によらず、信号値Ｆ１に対応する指令値Ｆ２を出力する。この場合、取得した信号値Ｆ１について、プラント運転特性及び制御特性の学習が新たに行われてもよいし、行われなくてもよい。信号値Ｆ１に対応する指令値Ｆ２は、バックアップ運転情報ＤＢ１１３に信号値−指令値対応表として保存されている。このバックアップ運転情報ＤＢ１１３の信号値−指令値対応表はプラント２０１の学習時に随時作成される。なお、信号値−指令値対応表は、学習前の信号値Ｆ１を基に作成されてもよい。この場合、データ変換部１０４で、推定された信号値Ｆ１の種類に基づいて信号値−指令値対応表が作成される。

プラントシステム２００とプラント制御デバイス１００との通信が途絶した場合、基本的には、既存のプラント制御部２０２がプラントシステム２００を制御することになる。しかし、信号値‐指令値対応表を、通信途絶前にプラントシステム２００の運転情報ＤＢ２０３に予め記憶させておき、プラント制御部２０２が運転情報ＤＢ２０３の信号値‐指令値対応表を参照して制御を行うようにすることも可能である。このようにすることによって、プラント制御デバイス１００と操作装置３１０あるいはプラントシステム２００との間での通信が途絶した場合でも、プラントシステム２００を制御することができる。

なお、プラント制御デバイス１００を操作する操作員はプラント２０１の操作許可を得たものだけとする。また、プラント制御デバイス１００と外部との通信を暗号化して行うこともある。このようにすることによって、プラント制御デバイス１００は外部からの悪意のある操作を受け付けないようにすることができる。なお、暗号化されて送られてきた信号値Ｆ１の複号化は外部入力インタフェース１０１で行われ、指令値Ｆ２の暗号化は外部出力インタフェース１０２で行われる。

処理部１１２は、プラント２０１の機械的応答時間をカウントすることも可能である。例えば、外部出力インタフェース１０２は、ステップ関数をプラントシステム２００に入力する。そして、処理部１１２は、プラントシステム２００が応答するまでの時間をカウントすることも可能である。このようにすることによって、プラント２０１を系統に接続した際において、応答時間を考慮に入れた全体制御（太陽光発電システムＳＬであれば出力抑制）を実行することができる。

プラント制御デバイス１００において、外部入力ＤＢ１０３、学習入力ＤＢ１０５、学習情報ＤＢ１１４、出力情報ＤＢ１１１のそれぞれを省略することができる。このようにすることによって、プラント制御デバイス１００の処理時間が速くなり、プラントシステム２００のリアルタイムの制御が可能になる。

（学習条件設定画面Ｐ１００）
図２は、学習条件設定画面Ｐ１００の例を示す図である。
学習条件設定画面Ｐ１００は、プラント運転特性学習部１０６と、制御特性学習部１０７との学習条件を設定する際にディスプレイ３２０に表示される画面である。
学習に関する設定は学習設定領域Ｐ１１０で行われる。学習における入力値の最大値と最小値はそれぞれ、最大入力値入力欄Ｐ１１１、最小入力値入力欄Ｐ１１２に入力される。学習の値の変化ステップ時間は入力値ステップ時間入力欄Ｐ１１３に入力される。学習のサンプリング数はサンプリング数入力欄Ｐ１１４に入力される。

学習パラメータ設定領域Ｐ１２０では学習方法の設定が行われる。学習方法選択欄Ｐ１２１ではプラント制御デバイス１００に実装されている学習方法が選択される。選択される学習方法として、例えば、ニューラルネットワーク、ディープラーニング、人工知能、最小２乗法が挙げられる。反復回数入力欄Ｐ１２２では学習の回数が設定される。このようにすることによって、プラント運転特性学習部１０６と制御特性学習部１０７とによる学習が不十分でプラントシステム２００を模擬できていない場合、学習設定、学習パラメータを変更して、再学習を実施することができる。

そして、操作員が外部入力装置３３０を介して実行ボタンＰ１３１を選択入力すると、学習条件設定画面Ｐ１００で設定された条件で学習が実行される。

（学習結果画面Ｐ２００）
図３は、学習結果画面Ｐ２００の例を示す図である。
学習結果画面Ｐ２００は、プラント運転特性学習部１０６と制御特性学習部１０７による学習結果をディスプレイ３２０に表示する画面である。
学習結果画面Ｐ２００は、学習結果表示領域Ｐ２１０及び学習情報判断領域Ｐ２２０を有している。
学習結果表示領域Ｐ２１０には、時間軸を横軸、出力値軸を縦軸とするグラフが表示されている。そして、このグラフには、プラントシステム２００から得られる出力値（既存出力値と称する）のプロット（プラント出力値プロットＰ２１１）と、プラント運転特性学習部１０６または制御特性学習部１０７による学習後出力値プロットＰ２１２が表示される。既存出力値は、データ変換部１０４において、信号値Ｆ１の種類が出力値と推定された信号値Ｆ１である。

操作員は学習結果表示領域Ｐ２１０の結果をもとに再学習するか否かを検討する。精度が十分であり、再学習の必要がない場合、操作員は、学習情報判断領域Ｐ２２０に表示されている決定ボタンＰ２２１を選択入力する。再学習の必要がある場合、操作員は拒否ボタンＰ２２２を選択入力する。拒否ボタンＰ２２２が選択されると、図２に示す学習条件設定画面Ｐ１００に戻り、学習条件が再設定された後、再度学習が行われる。

（効果画面Ｐ３００）
図４は効果画面Ｐ３００の例を示す図である。
効果画面Ｐ３００は、プラント制御デバイス１００による代替制御の効果をディスプレイ３２０に表示する画面である。図４に示す効果画面Ｐ３００は、プラント制御デバイス１００による、プラントシステム２００の代替制御実行後に表示される画面である。
効果画面Ｐ３００は、効果表示領域Ｐ３１０及び代替制御判断領域Ｐ３２０を有している。

効果表示領域Ｐ３１０には複数の評価項目Ｐ３１１が表示されている。また、効果表示領域Ｐ３１０には、制御が代替される前の効果判定評価値である代替制御前プロットＰ３１２、及び、制御が代替された後の効果判定評価値である代替制御後プロットＰ３１３がそれぞれの評価項目Ｐ３１１でプロットされている。効果判定評価値とは、前記した代替判定評価値とは異なる評価値であり、プラントシステム２００の作動効率等を判定するための評価値である。操作員は、効果表示領域Ｐ３１０の結果からプラント制御デバイス１００による代替制御を実施するか否かを判断する。代替制御を実行する場合、操作員は、代替制御判断領域Ｐ３２０の決定ボタンＰ３２１を選択入力する。代替制御を実行しない場合、操作員は、拒否ボタンＰ３２２を選択入力する。

なお、指令値演算部１０８が、学習されたプラントモデルについて、仮想的な信号値Ｆ１をスイープすることで、指令値Ｆ２が最大値、最小値、あるいは、ある最適な任意の値となる信号値Ｆ１を探索することも可能である。そして、指令値演算部１０８が、探索した信号値Ｆ１に基づく指令値Ｆ２を算出することも可能である。このようにすることによって、例えば、プラント２０１の劣化によるプラント運転特性等の変化にも追従した制御を提供できる。また、プラント制御デバイス１００は、指令値Ｆ２の変化に基づいて、プラント２０１の劣化を評価することも可能である。

本実施形態によれば、ブラックボックスとなっているプラントシステム２００について、学習などによって、プラントシステム２００の制御を推定することにより、ブラックボックスとなっているプラントシステム２００の制御を行うことが可能となる。また、本実施形態によれば、プラント制御デバイス１００をプラントシステム２００に接続するだけで、プラントシステム２００の制御を行うことが可能となる。この結果、プラントシステム２００の構成を変更せずに、ブラックボックスとなっているプラントシステム２００について、劣化に伴う制御や、効率的なプラントシステム２００の運用が可能となる。さらに、制御特性学習部１０７を有することにより、制御特性の書き換えも可能となる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、プラント２０１として風力発電装置４００を適用した例を示す。
図５は、プラント２０１の一形態である風力発電装置４００を示す全体概略構成図である。
図５に示すように、風力発電装置４００は、地上又は洋上に設置された基礎４０５や、基礎４０５の上に設置されるタワー４０４を有している。また、風力発電装置４００は、タワー４０４の頂部に取り付けられるナセル４０３や、ナセル４０３の内部の主軸（図示せず）に取り付けられたハブ４０２を有している。さらに、ロータ４０６は、ハブ４０２と、ハブ４０２に取り付けられた複数のブレード４０１とで構成されるものである。

主軸には増速機（図示せず）を介して発電機５４３が連結されており、ロータ４０６の回転力が増速機を介して発電機５４３に伝達するよう構成されている。ブレード４０１が風を受けることでハブ４０２（すなわち、ロータ４０６）が回転する。そして、ロータ４０６の回転力によって発電機５４３を回転し、電力が発生する。ブレード４０１は、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）製の外皮（外表面と称する場合もある）と、この外皮の内側に配置される主桁（図示せず）とを備えて構成される。

（風力発電制御システム６）
図６は、風力発電制御システム６の構成図である。
風力発電制御システム６は、図１のプラント制御システム１のプラント２０１に風力発電装置４００が適用された例である。
図６の例において、風力発電制御システム６は、プラント制御デバイス１００、風力発電システム計測部５００、風力発電システム制御部５５１、風力発電システム駆動部５４０を有する。風力発電システム計測部５００、風力発電システム制御部５５１、風力発電システム駆動部５４０が、図１のプラントシステム２００に相当する。また、風力発電システム制御部５５１が、図１のプラント制御部２０２に相当する。図６において、図１に示す操作装置３１０、ディスプレイ３２０、外部入力装置３３０は図示省略している。

風力発電システム計測部５００は、風況計測部５１０、発電状態計測部５２０、風力発電システム状態計測部５３０を有している。
風況計測部５１０は、風力発電装置４００に流入する風向を計測する風向計５１１と、風速を計測する風速計５１２とを有する。これらによる計測結果（風向、風速）は風力発電システム制御部５５１に入力される。風向計５１１及び風速計５１２はナセル４０３に設置されている。
また、発電状態計測部５２０は電圧計５２１と電流計５２２とを有する。電圧計５２１は発電機５４３の電圧値を計測し、電流計５２２は発電機５４３の電流値を計測する。そして、電圧計５２１及び電流計５２２のそれぞれは、計測結果を風力発電システム制御部５５１に入力する。また、発電機５４３内には電力計（図示せず）が設けられてもよい。

風力発電システム状態計測部５３０はロータ回転速度センサ５３１、ヨー角検出センサ５３２、ピッチ角検出センサ５３３、アジマス角検出センサ５３４を有する。ロータ回転速度センサ５３１、ヨー角検出センサ５３２、ピッチ角検出センサ５３３、アジマス角検出センサ５３４のそれぞれは、ロータ４０６または発電機５４３の回転速度、ヨー角、ピッチ角、アジマス角を計測し、計測結果を風力発電システム制御部５５１に入力する。

また、風力発電システム駆動部５４０は、ピッチ駆動部５４１、ヨー駆動部５４２、発電機５４３を有し、風力発電装置４００のブレード４０１のピッチ角、ヨー角の制御、及び、発電機５４３による発電の制御を行う。
ピッチ駆動部５４１は、個々のブレード４０１毎に、風に対するブレード４０１の角度（ピッチ角）を調整する。ピッチ駆動部５４１がブレード４０１のピッチ角を変更することによりブレード４０１の受ける風力（風量）を調整して、風に対するロータ４０６の回転エネルギが変更される。

また、ヨー駆動部５４２は、ナセル４０３の向きであるヨー角を制御する。すなわち、ヨー駆動部５４２は、ナセル４０３の向き、すなわち、ロータ４０６の回転面の向きを制御する。

このような構成を有することにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。

風力発電システム制御部５５１は、ピッチ角、ヨー角、発電機５４３の出力電力を制御する。ピッチ角は定格出力以下では０度に設定される。これによって、発電機５４３の出力電力が定格出力以上では出力電力が定格出力になるようにピッチ角が増加し、ロータ４０６が受ける風のエネルギが減少する。ヨー角は風向計５１１によって得られる風向にロータ面を向けるように制御される。発電機５４３の出力電力が定格出力以下の場合、発電機５４３の回転速度の２乗と、シミュレーション上であらかじめ決定した係数ＫＯｐｔとの積でトルク指令値を算出する。なお、ＫＯｐｔは以下の（１）で表される。

ＫＯｐｔ＝π・ρ・Ｒ^５・ＣｐＯｐｔ／（２・ｒ^３・λＯｐｔ^３・η） ・・・ （１）

ここで、πは円周率、ρは空気密度、Ｒはロータ４０６の半径、ＣｐＯｐｔは図１０で後記する最適運転点６１１のパワー係数、ｒは増速比、λＯｐｔは最適運転点６１１の周速比、ηは増速機効率である。ここで、パワー係数とは、風のエネルギを風力発電装置４００によっていくら取り出せるかを示すものである。風力発電システム制御部５５１は、トルク指令値と発電機５４３の回転速度との積で発電機５４３の出力電力の指令値Ｆ２を算出する。そして、風力発電システム制御部５５１は、発電機５４３の出力電力が定格出力以上の場合、発電機５４３の回転速度を定格回転速度Ｎｒ（図７Ｂ参照）に保つように制御する。制御は主にＰＩ(比例・積分)制御で実行される。

プラント制御デバイス１００は風況計測部５１０から風向・風速のデータを信号値Ｆ１として取得する。また、プラント制御デバイス１００は発電状態計測部５２０から発電機５４３の電圧・電流のデータを信号値Ｆ１として取得する。さらに、プラント制御デバイス１００は風力発電システム状態計測部５３０からロータ４０６の回転速度、ブレード４０１のヨー角、ピッチ角を信号値Ｆ１として取得する。ただし、これらの信号値Ｆ１は、プラント制御デバイス１００が取得した時点では、どのような信号であるのかが不明な状態である。

これらの信号値Ｆ１の取得は、それぞれの計測機器５１１，５１２，５２１，５２２，５３１〜５３４にプラント制御デバイス１００を直接接続する方法等がある。あるいは、それぞれの計測機器５１１，５１２，５２１，５２２，５３１〜５３４から信号値Ｆ１を一括で保存する装置、または、風力発電システム計測部５００と風力発電システム制御部５５１の間を繋ぐＩ／Ｏボードにプラント制御デバイス１００を接続する方法等がある。

プラント制御デバイス１００は、取得した風向・風速、発電機５４３の電圧・電流、発電機５４３の回転速度・ヨー角・ピッチ角それぞれの信号値Ｆ１を基に、発電電力、ヨー角、ピッチ角それぞれの指令値Ｆ２を算出する。

（フローチャート）
次に、図７Ａ〜図９を参照して、図６のプラント制御デバイス１００におけるデータ変換部１０４の処理を説明する。
ここでは、前記したように、発電状態計測部５２０、風力発電システム状態計測部５３０等から取得される信号値Ｆ１が、どのような信号であるのかが不明な状況下で、取得した信号値Ｆ１が、何の信号なのかを判定する処理を説明する。

（運転制御特性）
図７Ａ〜図７Ｃは風力発電装置４００における運転制御特性の一例を示す図である。
図７Ａは、風速と、ブレード４０１のピッチ角との制御関係を示すピッチ角制御マップ５６１であり、図７Ｂは、風速と、ロータ回転速度との関係を示すロータ回転速度制御マップ５６２であり、図７Ｃは、風速と、発電電力との関係を示す発電電力制御マップ５６３である。
まず、図７Ａに示すように、ピッチ角は定格風速Ｖｒまで０度であり、定格風速Ｖｒ以上において、０度から９０度まで制御される。
また、図７Ｂに示すように、ロータ回転速度は、カットイン風速Ｖｉｎ未満ではゼロである。そして、ロータ回転速度は、カットイン風速Ｖｉｎ以上で増加し、定格風速Ｖｒ以上になると、定格回転速度Ｎｒと呼ばれる一定値を出力するように制御される。
また、図７Ｃに示すように、発電電力は、カットイン風速Ｖｉｎ以上で増加し、定格風速Ｖｒ以上になると、定格電力Ｐｒと呼ばれる一定値を出力するように制御される。
データ変換部１０４は、図７Ａ〜図７Ｃに示すような運転制御特性と、取得した信号値Ｆ１とを比較することで信号値Ｆ１の種類を推定する。
なお、ピッチ角制御マップ５６１、ロータ回転速度制御マップ５６２、発電電力制御マップ５６３は、予め外部入力ＤＢ１０３に保存されている。

（フローチャート）
図８は信号種類推定処理の手順を示すフローチャートの一例である。
まず、外部入力インタフェース１０１は、風速計５１２、又は、後付けの風向風速計（図示せず）から風速を取得する（Ｓ１０１）。
それとともに、外部入力インタフェース１０１は、風力発電システム状態計測部５３０から信号値Ｆ１を取得する（Ｓ１０２）。この信号値Ｆ１は、ロータ回転速度センサ５３１、ヨー角検出センサ５３２、ピッチ角検出センサ５３３、アジマス角検出センサ５３４それぞれから取得される信号が含まれる。信号値Ｆ１は、その信号が観測された時の風速に対応付けられて送られる。なお、前記したように、この時点では、信号値Ｆ１が、どのような信号であるのかはわからない。

次に、ステップＳ１０１で取得された風速と、ステップＳ１０２で取得された信号値Ｆ１は時系列で関連付けられて、外部入力ＤＢ１０３に保存される（Ｓ１０３）。
次に、データ変換部１０４は、ピッチ角判定処理を行う（Ｓ１１１）ピッチ角判定処理では、まず、データ変換部１０４は、定格風速Ｖｒを設定する。次に、データ変換部１０４は、以下の（Ａ１）、（Ａ２）の２つの条件について、（Ａ１）かつ（Ａ２）を満たすか否かを判定する。
（Ａ１）もし、Ｖ＜Ｖｒであれば、「０」である。
（Ａ２）もし、Ｖ≧Ｖｒであれば、０≦Ｓｉｇ≦９０である。
ここで、Ｖは風速、Ｓｉｇは信号値Ｆ１の値を示す。これは、図７Ａに示すピッチ角のふるまいを示している。

ステップＳ１１１の結果、（Ａ１）かつ（Ａ２）の条件を満たしていれば（Ｓ１１１→Ｙｅｓ）、データ変換部１０４は取得した信号値Ｆ１をピッチ角の信号値Ｆ１と判定する（Ｓ１１２）。

ステップＳ１１１の結果、（Ａ１）又は（Ａ２）の条件を満たしていない場合（Ｓ１１１→Ｎｏ）、データ変換部１０４は、取得した信号値Ｆ１は、定格風速Ｖｒ以上で一定値であるか否かを判定する（Ｓ１２１）。
ステップＳ１２１の結果、取得した信号値が、定格風速Ｖｒ以上で一定値でない場合（Ｓ１２１→Ｎｏ）、データ変換部１０４は処理を終了する。定格風速Ｖｒ以上で一定値でない場合は、図７Ｂに示すロータ回転速度のふるまいにも、図７Ｃに示す発電電力のふるまいにも合致しないためである。

ステップＳ１２１の結果、定格風速Ｖｒ以上で一定値である場合（Ｓ１２１→Ｙｅｓ）、データ変換部１０４は、発電電力判定処理を行う（Ｓ１３１）。
ステップＳ１３１において、データ変換部１０４は、以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）の２つの条件について、（Ｂ１）及び（Ｂ２）の少なくとも一方を満たすか否かを判定する。
（Ｂ１）信号値Ｆ１の値ｓｉｇ、空気密度ρ、ブレード４０１における受風面積Ａ、風速計５１２で計測される風速Ｖが、以下の式（２）を満たす。

ｓｉｇ／（１／２・ρ・Ａ・Ｖ^３） ＜ ０．５９３ ・・・ （２）

ここで、式（２）において、以下の式（３）の部分はパワー係数Ｃ_pである。

Ｃ_p ＝ Ｐ／（１／２・ρ・Ａ・Ｖ^３） ・・・ （３）

ここで、Ｐは発電電力、ρは空気密度、Ａは受風面積、Ｖは風速である。
さらに、パワー係数Ｃ_ｐは、以下の式（４）で表される理論限界が決まっている。

Ｃ_p ＜ ０．５９３ ・・・ （４）

従って、式（３）の発電電力Ｐに、信号値Ｆ１の値ｓｉｇを代入し、算出されるパワー係数Ｃ_ｐが式（４）で示される条件内であれば信号値発電電力の信号値Ｆ１であると判断することができる。これが、式（２）の意味である。

（Ｂ２）定格電力Ｐｒが既知であれば、定格風速Ｖｒ以上で、信号値Ｆ１と定格電力Ｐｒとが同等である。

ステップＳ１３１の結果、（Ｂ１）及び（Ｂ２）の少なくとも一方の条件を満たしていれば（Ｓ１３１→Ｙｅｓ）、データ変換部１０４は取得した信号値Ｆ１が発電電力の信号値Ｆ１と判定する（Ｓ１３２）。
ステップＳ１３１の結果、（Ｂ１）及び（Ｂ２）の条件を満たしていない場合（Ｓ１３１→Ｎｏ）、図７Ｃのふるまいと合致しないため、データ変換部１０４は信号値Ｆ１が発電電力ではないと判定する。続いて、データ変換部１０４は、ロータ回転速度判定を行う（Ｓ１４１）。
ステップＳ１４１では、データ変換部１０４は、以下の（Ｃ１）、（Ｃ２）の２つの条件について、（Ｃ１）及び（Ｃ２）の少なくとも一方を満たすか否かを判定する。
（Ｃ１）以下の式（５）を満たす。
λｍｉｎ ≦ （２πＲ・ｓｉｇ）／Ｖ ≦ λｍａｘ ・・・（５）

ここでλｍｉｎは、最小周速比、λｍａｘは最大周速比、πは円周率、Ｒはロータ半径、ｓｉｇは信号値Ｆ１である。周速比は、ブレード４０１の先端の速度と風速の比である。
式（５）について詳細に説明する。

一般に、以下の式（６）によって算出される周速比λが１〜２５程度の値に収まる。

λ ＝ ２・π・Ｒ・ｎ／Ｖ ・・・ （６）

ここで、λは、周速比、πは円周率、Ｒはロータ半径、ｎはロータ回転速度、Ｖは風速Ｖである。一般的に最小周速比は１〜５程度、最大周速比は２５程度である。従って、データ変換部１０４は、式（６）のロータ回転速度ｎに、信号値Ｆ１の値ｓｉｇを代入し、算出される周速比λが最小周速比〜最大周速比の範囲内であれば、信号値Ｆ１の値ｓｉｇがロータ回転速度の信号値Ｆ１であると判断できる。これが式（５）の意味である。

（Ｃ２）定格回転速度Ｎｒが既知であれば、定格風速Ｖｒ以上で、信号値Ｆ１とロータ４０６の定格回転速度Ｎｒとが同等である。

ステップＳ１４１の結果、（Ｃ１）及び（Ｃ２）の少なくとも一方を満たす場合（Ｓ１４１→Ｙｅｓ）、データ変換部１０４は、信号値Ｆ１がロータ回転速度の信号値Ｆ１であると判定する（Ｓ１４２）。
ステップＳ１４１の結果、（Ｃ１）及び（Ｃ２）を満たさない場合（Ｓ１４１→Ｎｏ）、データ変換部１０４は、信号値Ｆ１がピッチ角にも、発電電力にも、ロータ回転速度にも合致しないと判定し、処理を終了する。

そして、データ変換部１０４は、ステップＳ１１２，Ｓ１３２，Ｓ１４２それぞれピッチ角、発電電力、ロータ回転速度と判定された信号値Ｆ１を、それぞれの信号種類に関する情報とともに学習入力ＤＢ１０５に保存する（Ｓ１５２）。
このような処理を行うことにより、信号値Ｆ１から、ピッチ角、発電電力、ロータ回転速度のデータを抽出することができる。

図９はヨー角の信号種類推定処理の手順を示すフローチャートである。
まず、外部入力インタフェース１０１は、風向計５１１、又は、後付けの風向風速計（図示せず）から風向を取得する（Ｓ２０１）。
それとともに、外部入力インタフェース１０１は、風力発電システム状態計測部５３０から信号値Ｆ１を取得する（Ｓ２０２）。この信号値Ｆ１は、ロータ回転速度センサ５３１、ヨー角検出センサ５３２、ピッチ角検出センサ５３３、アジマス角検出センサ５３４それぞれから取得される信号値Ｆ１が含まれる。信号値Ｆ１は、その信号値Ｆ１が観測された時の風向に対応付けられて送られる。この時点では、信号値Ｆ１が、どのような信号であるのかはわからない。ちなみに、ステップＳ２０２で取得される信号値Ｆ１は、図８のステップＳ１０２で取得される信号値Ｆ１と同じものでもよい。
そして、ステップＳ２０１で取得された風向と、ステップＳ２０２で取得された信号値Ｆ１とを時系列で関連付けられ、外部入力ＤＢ１０３に保存される（Ｓ２０３）。

次に、データ変換部１０４は、信号値Ｆ１の値ｓｉｇが０＜｜ｓｉｇ｜＜３６０を満たすか否かを判定する（Ｓ２１１）。
ステップＳ２１１の結果、信号値の値ｓｉｇが０＜｜ｓｉｇ｜＜３６０を満たさない場合（Ｓ２１１→Ｎｏ）、データ変換部１０４は、信号値Ｆ１がヨー角ではないと判定し、処理を終了する。

ステップＳ２１１の結果、信号値Ｆ１の値ｓｉｇが０＜｜ｓｉｇ｜＜３６０を満たす場合（Ｓ２１１→Ｙｅｓ）、データ変換部１０４は、以下の式（７）を満たすか否かを判定する（Ｓ２１２）。

ｓｉｇ_Δｔ ＝ α_Δｔ ・・・ （７）

ここで、Δｔは任意の時間、ｓｉｇ_Δｔは任意の時間Δｔにおける信号値Ｆ１の変化量、α_Δｔは、任意の時間ΔｔにおけるステップＳ２０１で計測した風向の変化量である。

ステップＳ２１１の結果、式（７）を満たす場合（Ｓ２１１→Ｙｅｓ）、データ変換部１０４は、信号値Ｆ１がヨー角の信号値Ｆ１であると判定し（Ｓ２１３）、当該信号値Ｆ１をヨー角の信号値Ｆ１であることを示す情報とともに外部入力ＤＢ１０３に保存する（Ｓ２１４）。
ステップＳ２１１の結果、式（７）を満たさない場合（Ｓ２１１→Ｎｏ）、信号値Ｆ１がヨー角ではないと判定し、処理を終了する。
このような処理が行われることにより、信号値Ｆ１からヨー角に関するデータを抽出することができる。

指令値演算部１０８は、学習の結果、生成されるプラントモデルを基に、最適なピッチ角指令値、ヨー角指令値等を指令値Ｆ２として算出する。

ここで、制御代替判定部１０９によって行われる、風力発電装置４００に対して、プラント制御デバイス１００による代替制御を実行するか否かの条件について説明する。制御代替判定部１０９は、学習の結果生成される発電電力のプラントモデルに、図８及び図９の処理で判定されたロータ回転速度、ピッチ角、ヨー角の影響を考慮した際の発電電力（これをモデル発電電力と称する）を算出する。

次に、制御代替判定部１０９は、プラントシステム２００から取得され、図８の処理で発電電力と判定された信号値Ｆ１と、モデル発電電力との大小を比較する。そして、制御代替判定部１０９は、モデル発電電力の方が大きければプラント制御デバイス１００による代替制御を実行すると判定する。ピッチ角指令値に関して、制御代替判定部１０９は、定格風速Ｖｒ以下では前記したように出力「０」であるが、定格風速Ｖｒ以上ではより、定格電力Ｐｒに近い発電電力になるようなピッチ角指令値を採用する。このようにすることで、効果を得られる指令値Ｆ２を出力することができる。

（劣化追従）
図１０は風力発電装置４００における周速比と、パワー係数の関係を示した図である。
図１０には、周速比軸を横軸に、パワー係数軸を縦軸に有する座標に風力発電装置４００における経年劣化前のパワー係数を示す劣化前プロット６１０と、経年劣化後におけるパワー係数の劣化後プロット６２０が示されている。図１０に示すように、風力発電装置４００はある最適周速比で最大パワー係数になる最適運転点６１１を有する。ここで、最適運転点６１１は、経年劣化前におけるものである。このような最適運転点６１１はブレード４０１の形状や、長さや、回転時における摩擦等によって変化する。ブレード４０１の性能が経年劣化等によって変化（劣化）すると、劣化前プロット６１０は、劣化後プロット６２０へ移行する。これとともに、最適運転点６１１は劣化後最適運転点６２１に移行する。一方、制御に対して何もしなければ、劣化後においても、風力発電システム制御部５５１は経年劣化前の最適運転点６１１で運転し続ける。これでは、発電効率が悪い。

ここで、経年劣化による最適点追従のための方法を説明する。プラント制御デバイス１００を用いて、風力発電システム制御部５５１に入力するブレード４０１の回転速度値を変更することで、最適運転点追従が行われる。最適運転点追従を行うと、発電電力も変化するが、変化した発電電力の値も経時的にプラント制御デバイス１００に信号値Ｆ１として入力される。そして、プラント制御デバイス１００は、最大となる発電電力を検出する。さらに、プラント制御デバイス１００は、学習によって生成されたプラントモデルを参照し、最大となる発電電力となるブレード４０１の回転速度を劣化後最適運転点６２１とする。そして、プラント制御デバイス１００は、回転速度が劣化後最適運転点６２１となるよう、ピッチ角指令値や、ヨー角指令値などの指令値Ｆ２を風力発電システム制御部５５１に入力する。具体的には、指令値Ｆ２を受け取った風力発電システム制御部５５１が、指令値Ｆ２に従って、ブレード４０１のピッチ角や、ナセル４０３のヨー角を制御する。このようにすることによって、経年劣化したことにより最適運転点６１１からずれてしまった風力発電装置４００を、劣化後における劣化後最適運転点６２１で制御できる。

また、処理部１１２で設定される指令値Ｆ２の範囲を、ロータ４０６を保護するために設定されているロータ回転速度の範囲としてもよい。このようにすることで、ロータ４０６の故障を防ぐことができる。

第２実施形態によれば、風力発電装置４００の代替制御を行うことが可能となる。

［第３実施形態］
図１１は、プラントシステム２００の一形態である太陽光発電システムＳＬを示す全体概略構成図である。
図１１に示すように、太陽光発電システムＳＬは、太陽光パネル７０４、インバータ７０２、太陽光発電システム制御部７０１を有する。太陽光パネル７０４は、太陽の光エネルギを電気エネルギに変換し、インバータ７０２は、太陽光パネル７０４で発電された直流電力を交流電力に変換し、電力系統７０３へ出力する。

太陽光発電システム制御部７０１は、太陽光パネル７０４とインバータ７０２との間に流れる直流電力、インバータ７０２と電力系統７０３との間の交流電力を取得する。そして、太陽光発電システム制御部７０１は、インバータ７０２に直流電力、交流電力それぞれに電圧・電流指令値（既存指令値）を送信する。

（太陽光発電制御システム７）
図１２は、第３実施形態における太陽光発電制御システム７の構成を示す図である。
太陽光発電制御システム７は、図１のプラント制御システム１のプラント２０１として太陽光パネル７０４を適用したものである。図１２において、太陽光発電システム計測部７００、インバータ７０２、外部指令装置７０５が図１のプラントシステム２００に相当する。また、図１２において、太陽光発電システム制御部７０１が、図１のプラント制御部２０２に相当する。

太陽光発電システム計測部７００は直流電力計測部７１０、交流電力計測部７２０を有する。直流電力計測部７１０は電圧計７１１、電流計７１２を有する。電圧計７１１は、インバータ７０２に入力される直流電力の電圧を計測する。また、電流計７１２は、インバータ７０２に入力される直流電力の電流を計測する。交流電力計測部７２０は電圧計７２１、電流計７２２を有する。電圧計７２１は、インバータ７０２のから出力される交流電力の電圧を計測する。電流計７２２は、インバータ７０２のから出力される交流電力の電流を計測する。図１２において、操作装置３１０、ディスプレイ３２０、外部入力装置３３０は図示省略している。また、図１２において、太陽光パネル７０４は図示省略している。

太陽光発電システム制御部７０１は、外部指令装置７０５から入力されるインバータ７０２に対する出力抑制等の出力電力指令値（既存指令値）を受信する。そして、太陽光発電システム制御部７０１は、受信した出力抑制の出力電力指令値に応じた電力をインバータ７０２から出力するようにするため、インバータ７０２に出力電力指令値を出力する。また、太陽光発電システム制御部７０１は、電力系統７０３の系統電圧の電圧値と、インバータ７０２から電力系統７０３へ流れる出力電流の電流値を取得する。そして、太陽光発電システム制御部７０１は、インバータ７０２が電力系統７０３へ出力する出力電力が、出力電力指令値と一致するような有効電力制御を行うよう、インバータ７０２への出力電力指令を出力する。なお、出力電力指令には、出力電力指令値が含まれる。

また、太陽光発電システム制御部７０１は、太陽光パネル７０４の出力電圧の電圧値と出力電流の電流値を取得する。さらに、太陽光発電システム制御部７０１は、太陽光パネル７０４の出力電力が最大になるように最大電力追従制御を行うことで太陽光パネル７０４の出力電圧指令値（既存指令値）を演算する。そして、太陽光発電システム制御部７０１は、太陽光パネル７０４の出力電圧が出力電圧指令値と一致するように直流電圧制御を行うよう、インバータ７０２への出力電流指令を出力する。なお、出力電流指令には、出力電圧指令値が含まれている。

ここで、プラント制御デバイス１００は、直流電力計測部７１０、交流電力計測部７２０から電圧・電流値、太陽光発電システム制御部７０１から既存指令値として出力される出力電力指令値、出力電流指令値を取得する。

直流電力制御の場合、プラント制御デバイス１００は、直流電力計測部７１０から得られる電圧値、電流値、太陽光発電システム制御部７０１から既存指令値として出力される出力電力指令値、出力電流指令値を信号値Ｆ１として取得とする。そして、プラント制御デバイス１００は、学習によって生成されたプラントモデルを基に、新たに出力電力指令値、出力電流指令値を算出し、指令値Ｆ２としてインバータ７０２に出力する。ここでのプラントモデルとは、インバータ７０２のプラント運転特性及び制御特性の学習結果である。制御の代替方法は前記した手法と同様であるため、ここでの説明を省略する。このようにすることによって、インバータ７０２の直流電力制御をプラント制御デバイス１００で代替できる。

交流電力制御の場合、プラント制御デバイス１００は、交流電力計測部７２０から得られる電圧値、電流値、太陽光発電システム制御部７０１から既存指令値として出力される出力電力指令値、出力電流指令値を信号値Ｆ１として取得とする。そして、プラント制御デバイス１００は、学習によって生成されたプラントモデルを基に、新たに電圧値指令値、電流指令値を算出し、指令値Ｆ２としてインバータ７０２に出力する。ここでのプラントモデルとは、インバータ７０２のプラント運転特性及び制御特性の学習結果である。制御の代替方法は前記した手法と同様であるため、ここでの説明を省略する。このようにすることによって、インバータ７０２の交流電力制御をプラント制御デバイス１００で代替できる。

第３実施形態によれば、太陽光発電における出力の代替制御を行うことが可能となる。

［ハードウェア構成］
図１３は、図１に示すプラント制御デバイス１００のハードウェア構成図である。
図１３に示すように、プラント制御デバイス１００は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ１５１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５２、ＨＤ（Hard Disk）等の記憶装置１５３、ＮＩＣ（Network Interface Card）等の通信装置１５４を有する。
そして、記憶装置１５３に格納されたプログラムが、メモリ１５１にロードされ、ＣＰＵに１５２によって実行される。これにより、図１に示す各部１０４，１０６，１０７、０８〜１１０，１１２が具現化する。なお、図１における各ＤＢ１０３，１０５，１１１，１１３，１１４は、図１３の記憶装置１５３に対応する。さらに、図１の外部入力インタフェース１０１、外部出力インタフェース１０２は、図１３の通信装置１５４に対応する。

本発明は前記した実施形態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、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、前記した各構成、機能、各部１０４，１０６〜１１０，１１２、各ＤＢ１０３，１０５，１１１，１１３，１１４等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図１３に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ１５２等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤに保存すること以外に、メモリ１５１や、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に保存することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１ プラント制御システム
１００ プラント制御デバイス（プラントシステム制御装置）
１０１ 外部入力インタフェース（入力部、複号化部）
１０２ 外部出力インタフェース（出力部、暗号化部）
１０４ データ変換部（信号値推定部）
１０６ プラント運転特性学習部（推定部）
１０７ 制御特性学習部（推定部）
１０８ 指令値演算部
１０９ 制御代替判定部
１１２ 処理部（保護設定部、応答時間測定部）
２００ プラントシステム
２０１ プラント
２０２ プラント制御部
４００ 風力発電装置
４０１ ブレード
４０２ ハブ
４０３ ナセル
４０４ タワー
５４３ 発電機
５５１ 風力発電システム制御部（風力発電制御装置）
７０１ 太陽光発電システム制御部（電力変換制御装置）
７０２ インバータ
Ｆ１ 信号値
Ｆ２ 指令値

Claims (16)

1. プラントを有するプラントシステムから出力される信号値を取得する入力部と、
   前記入力部で取得された前記信号値から前記プラントの運転特性であるプラント運転特性を推定する推定部と、
   推定された前記プラント運転特性を基に、前記プラントを制御するための指令値を演算する指令値演算部と、
   前記プラントにおける、前記指令値による制御の代替の実行有無を判定する制御代替判定部と、
   前記制御代替判定部によって、前記プラントの代替制御が判定されると、前記指令値を前記プラントシステムへ出力する出力部と、
   を有することを特徴とするプラントシステム制御装置。
2. 請求項１に記載のプラントシステム制御装置であって、
   前記推定部は、前記信号値から前記プラントの制御特性を推定し、
   前記出力部は、前記推定部により推定された前記制御特性を前記プラントシステムへ出力する
   ことを特徴とするプラントシステム制御装置。
3. 請求項１に記載のプラントシステム制御装置であって、
   前記指令値が、前記プラントの保護機能として設定されている保護設定値の範囲を設定する保護設定部を
   有し、
   前記制御代替判定部は、前保護設定値の範囲内である場合、前記出力部が、前記指令値を前記プラントシステムへ出力する
   ことを特徴とするプラントシステム制御装置。
4. 請求項１に記載のプラントシステム制御装置であって、
   前記プラントシステムに送る前記指令値を暗号化する暗号化部と、
   前記プラントシステムから送られ、暗号化されている前記信号値を複号化する複号化部と、
   を有することを特徴とするプラントシステム制御装置。
5. 請求項１に記載のプラントシステム制御装置であって、
   前記プラントシステムの機械的応答時間を測定する応答時間測定部
   を有することを特徴とするプラントシステム制御装置。
6. プラントを有するプラントシステムと、
   前記プラントシステムを制御するプラントシステム制御装置と、
   を有し、
   前記プラントシステム制御装置は、
   前記プラントシステムから出力される信号値を取得する入力部と、
   前記入力部で取得された前記信号値から前記プラントの運転特性であるプラント運転特性を推定する推定部と、
   推定された前記プラント運転特性を基に、前記プラントを制御するための指令値を演算する指令値演算部と、
   前記プラントにおける、前記指令値による代替制御の実行有無を判定する制御代替判定部と、
   前記制御代替判定部によって、前記プラントの制御の代替が判定されると、前記指令値を前記プラントシステムへ出力する出力部と、
   を有し、
   前記プラントシステムは、プラントシステム自身の指令値を、前記プラントシステム制御装置から送られた前記指令値に置き換える
   ことを特徴とするプラント制御システム。
7. 請求項６に記載のプラント制御システムであって、
   前記推定部は、前記信号値から前記プラントの制御特性を推定し、
   前記出力部は、前記推定部により推定された前記制御特性を前記プラントシステムへ出力し、
   前記プラントシステムは、プラントシステム自身の制御特性を、前記プラントシステム制御装置から送られた前記制御特性に置き換える
   ことを特徴とするプラント制御システム。
8. 請求項６に記載のプラント制御システムであって、
   前記プラントシステムは、
   前記信号値と、前記指令値との関係を、記憶部に格納しており、
   前記プラントシステムとの通信が途絶した場合、前記関係を基に前記プラントを制御する
   ことを特徴とするプラント制御システム。
9. 請求項６に記載のプラント制御システムであって、
   前記プラントは、
   風を受けて回転するブレードと、
   前記ブレードの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、
   前記ブレードを支持するハブと、
   前記ハブを支持するナセルと、
   前記ナセルを支持するタワーと、を備えた風力発電装置であり、
   前記プラントシステムは、
   前記風力発電装置と、
   前記風力発電装置における、前記ブレードのピッチ角と、前記ナセルのヨー角と、を制御する風力発電制御装置と、
   を有し、
   前記推定部は、
   前記風力発電装置の回転速度、ヨー角、ピッチ角それぞれと発電電力との関係から前記風力発電装置の運転特性を推定する
   ことを特徴とするプラント制御システム。
10. 請求項９に記載のプラント制御システムであって、
    前記制御代替判定部は、前記指令値を前記推定部で推定した前記風力発電装置の運転特性に入力した時の発電電力が、前記風力発電装置から取得した発電電力より大きくなる場合、前記代替制御の実行を判定する
    ことを特徴とするプラント制御システム。
11. 請求項９に記載のプラント制御システムであって、
    前記風力発電装置のロータを保護するために設定されているロータ回転速度の範囲を設定する保護設定部と、
    前記制御代替判定部は、前記指令値が、前記ロータ回転速度の範囲内の値である場合、前記代替制御の実行を判定する
    ことを特徴とするプラント制御システム。
12. 請求項９に記載のプラント制御システムであって、
    前記プラントシステム制御装置は、
    取得した前記信号値が、定格風速未満であれば０であり、かつ、定格風速以上であれば、０から９０までの値であれば、前記信号値の種類はピッチ角であると推定する信号値推定部
    を有することを特徴とするプラント制御システム。
13. 請求項９に記載のプラント制御システムであって、
    前記プラントシステム制御装置は、
    取得した前記信号値が、定格風速以上で一定値であることが満たされている場合、以下の式（１）が満たされ、及び、定格風速以上で定格電力と略同じである、のうち、少なくとも一方を満たす場合、前記信号値の種類は発電電力であると推定する信号値推定部
    を有することを特徴とするプラント制御システム。
    ｓｉｇ／（１／２・ρ・Ａ・Ｖ^３） ＜ ０．５９３ ・・・ （１）
    ここで、ｓｉｇは、前記信号値、ρは空気密度、Ａは前記ブレードの受風面積、Ｖは前記風力発電装置に備えられる風速計で計測される風速である。
14. 請求項９に記載のプラント制御システムであって、
    前記プラントシステム制御装置は、
    取得した前記信号値が、定格風速以上で一定値であることが満たされている場合、以下の式（２）が満たされ、及び、定格風速以上で前記信号値とロータの定格回転速度Ｎｒとが略同じである、のうち、少なくとも一方を満たす場合、前記信号値の種類はロータ回転速度であると推定する信号値推定部
    を有することを特徴とするプラント制御システム。
    λｍｉｎ ≦ （２πＲ・ｓｉｇ）／Ｖ ≦ λｍａｘ ・・・（２）
    ここでλｍｉｎは最小周速比、λｍａｘは最大周速比、πは円周率、Ｒはロータ半径、ｓｉｇは信号値である。
15. 請求項９に記載のプラント制御システムであって、
    前記プラントシステム制御装置は、
    取得した信号値が、以下の式（３）を満たし、かつ、式（４）を満たす場合、前記信号値の種類はヨー角であると推定する信号値推定部
    を有することを特徴とするプラント制御システム。
    ０＜｜ｓｉｇ｜＜３６０ ・・・ （３）
    ｓｉｇ_Δｔ ＝ α_Δｔ ・・・ （４）
    ここで、ｓｉｇは信号値、Δｔは任意の時間、ｓｉｇ_Δｔは任意の時間Δｔにおける状態信号値の変化量、α_Δｔは、任意の時間Δｔにおける風向の変化量である。
16. 請求項６に記載のプラント制御システムであって、
    前記プラントシステムは、
    直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    前記インバータの直流電力側と交流電力側の電圧、電流を制御する電力変換制御デバイスと、
    を有し、
    前記推定部は、
    前記インバータの直流電力側と交流電力側の電圧、電流と直流電力と交流電力の関係から前記インバータの前記運転特性を推定し、
    前記指令値演算部は、
    推定された前記インバータの前記運転特性を基に、前記インバータの指令値を演算し、
    前記制御代替判定部は、
    前記インバータの前記指令値による前記インバータの制御の代替実行を判定し、
    前記電力変換制御デバイスの指令値を、前記指令値演算部で演算された前記指令値に置き換える
    ことを特徴とするプラント制御システム。

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