JP2021156260A - 制御装置、制御入力決定方法、及び制御入力決定プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
予測モデルを用いて、予測ホライズンにおける前記ガスタービンへの制御入力に対応する前記ガスタービンの将来の状態量を予測するように構成された予測部と、
前記予測部における予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行うように構成された最適化部と、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービンの作動条件ごとに示す感度情報を記憶するための記憶部と、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新するように構成された更新部と、
を備える。
予測ホライズンにおけるガスタービンへの制御入力に対応する前記ガスタービンの将来の状態量を予測モデルが予測するステップと、
前記予測ステップにおける予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行うステップと、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービンの作動条件ごとに示す感度情報を記憶部が記憶するステップと、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新するステップと、
を含む。
コンピュータに、
予測モデルを用いて、予測ホライズンにおけるガスタービンへの制御入力に対応する前記ガスタービンの将来の状態量を予測する手順、
前記予測する手順における予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行う手順、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービンの作動条件ごとに示す感度情報を記憶部に記憶させる手順、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新する手順、
を実行させる。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
以下、一実施形態に係る制御装置100の制御対象であるガスタービン2の一例について説明する。図1は、一実施形態に係るガスタービン2の構成を概略的に示す図である。図1に示すように、発電装置1は、ガスタービン2と、発電機7とを備える。
以下、一実施形態に係る制御装置100について説明する。図2は、一実施形態に係る制御装置100の構成を概略的に示すブロック図である。制御装置100は、ガスタービン2を制御するための装置である。
予測部110が使用する予測モデルについて説明する。幾つかの実施形態では、予測モデルは、以下説明するように、線形モデルで記述した状態空間モデルを用いるように構成されてもよい。
x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)・・・(1)
y(k)=Cyx(k)・・・(2)
z(k)=Czx(k)・・・(3)
(G1−G10)+τG1×d(G1−G10)/dt=k_G1_IGV×(IGVdeg-IGVdeg0)・・・(5)
(GTMW−GTMW0)+τGTMW×d(GTMW−GTMW0)/dt=k_GTMW_Gf×(Gf−Gf0)+k_GTMW_G1×(G1−G10)・・・(6)
(T1T−T1T0)+τT1T×d(T1T−T1T0)/dt=k_T1T_Gf×(Gf−Gf0)+k_T1T_G1×(G1−G10)・・・(7)
(TBP−TBP0)+τTBP×d(TBP−TBP0)/dt=k_TBP_Gf×(Gf−Gf0)+k_TBP_G1×(G1−G10)・・・(8)
(TEX−TEX0)+τTEX×d(TEX−TEX0)/dt=k_TEX_Gf×(Gf−Gf0)+k_TEX_G1×(G1−G10)・・・(9)
以下、最適化部120による最適化の一例を具体的に説明する。図3は、一実施形態に係る制御装置100が実行する最適化の原理を説明するための概略図である。図3の上のグラフは、制御量等の時間的な推移を示し、下のグラフは、制御入力の時間的な推移を示している。制御量は、例えば、ガスタービン2の出力GTMWとタービン入口温度T1Tである。なお、図3の上のグラフでは、制御量として出力GTMWの推移を示している。
以下、更新部140による予測式の係数更新の一例を具体的に説明する。上述したように、更新部140は、予測ホライズンにおいて想定される作動条件に対応する感度情報を記憶部130から読み出し、予測モデルで使用する状態量の予測式の一つ以上の係数を更新する。
以下、制御装置100の機能について説明する。図6は、一実施形態に係る制御装置100の機能を説明するためのブロック図である。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
ガスタービン(2)を制御するための制御装置であって、
予測モデルを用いて、予測ホライズンにおける前記ガスタービン(2)への制御入力に対応する前記ガスタービン(2)の将来の状態量を予測するように構成された予測部(110)と、
前記予測部(110)における予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行うように構成された最適化部(120)と、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービン(2)の作動条件ごとに示す感度情報を記憶するための記憶部(130)と、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部(130)から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新するように構成された更新部(140)と、
を備える。
前記状態量を予測する処理と、前記一つ以上の係数を更新する処理と、前記制御入力を最適化する処理とを制御周期ごとに実行するように構成される。
前記最適化部(120)は、前記予測ホライズンより短い制御ホライズンにおける前記制御入力については値が変化するように前記制御入力を決定し、前記予測ホライズンのうち前記制御ホライズン以降における前記制御入力については値が一定となるように前記制御入力を決定し、決定した前記予測ホライズンにおける前記制御入力を前記予測部(110)に入力する。
前記状態量のうち、少なくとも一つのパラメータの目標値軌道を取得するように構成された目標値軌道取得部(160)を備え、
前記最適化部(120)は、評価関数が小さくなるように最適な前記制御入力を決定し、
前記評価関数は、前記予測ホライズンにおける前記目標値軌道と制御量との誤差を示す第1項目と、制御ホライズンにおける前記制御入力の変化量の累積値を示す第2項目とを含む。
前記状態量は、前記ガスタービン(2)における、燃料流量、空気流量、出力、タービン入口温度、ブレードパス温度、又は排ガス温度のうち少なくとも一つの情報を含み、
前記制御入力は、燃料流量指令とインレットガイドベーン開度制御指令との少なくとも一方の指令を含む。
前記制御装置(100)は、前記状態量のうち、前記ガスタービン(2)の出力とタービン入口温度との少なくとも一方のパラメータの目標値軌道を取得するように構成された目標値軌道取得部(160)を備え、
前記最適化部(120)は、前記目標値軌道と前記パラメータとの偏差に依存する評価関数に基づいて、前記制御入力の最適化を行う。
前記制御装置(100)は、前記ガスタービン(2)の前記状態量を取得するように構成された状態量取得部(150)をさらに備え、
前記記憶部(130)は、前記ガスタービン(2)の性能テーブルを前記感度情報として記憶し、
前記性能テーブルは、大気温度を示す情報と、インレットガイドベーン開度を示す情報と、前記ガスタービン(2)の出力を示す情報と、タービン入口温度を示す情報と、排ガス温度を示す情報とを前記状態量として互いに関連付けた情報テーブルであり、
前記作動条件は、前記性能テーブルに含まれる前記状態量のうち、前記状態量取得部(150)が取得した3つの前記状態量を示す情報である。
前記性能テーブルを実運用時に取得した実績データに基づいて更新するテーブル更新部(170)を備える。
前記状態量は、前記ガスタービン(2)における、燃料流量、空気流量、出力、タービン入口温度、ブレードパス温度、又は排ガス温度のうち少なくとも一つの情報を含み、
前記更新部(140)は、前記タービン入口温度に対する燃焼効率の変化率に基づいて、前記出力、前記タービン入口温度、前記ブレードパス温度、及び前記排ガス温度のうち一つ以上の前記状態量の前記燃料流量の変化に対する感度を示す係数を補正する。
前記最適化部(120)は、前記制御入力の変化率と、前記制御入力の絶対値と、前記状態量の絶対値との何れか一つ以上を制約するための制約条件に基づいて前記制御入力の最適化する。
前記最適化部(120)が最適化した前記制御入力に応じて、ガスタービン(2)の制御を実行するように構成される。
予測ホライズンにおけるガスタービン(2)への制御入力に対応する前記ガスタービン(2)の将来の状態量を予測モデルが予測するステップと、
前記予測するステップにおける予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行うステップと、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービン(2)の作動条件ごとに示す感度情報を記憶部(130)が記憶するステップと、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部(130)から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新するステップと、
を含む。
コンピュータに、
予測モデルを用いて、予測ホライズンにおけるガスタービン(2)への制御入力に対応する前記ガスタービン(2)の将来の状態量を予測する手順、
前記予測する手順における予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行う手順、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービン(2)の作動条件ごとに示す感度情報を記憶部(130)に記憶させる手順、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部(130)から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新する手順、
を実行させる。
2 ガスタービン
3 コンプレッサ
4 燃焼器
5 タービン
7 発電機
8A,8B 回転軸
100 制御装置
110 予測部
120 最適化部
130 記憶部
140 更新部
150 状態量取得部
160 目標値軌道取得部
170 テーブル更新部
Claims (13)
- ガスタービンを制御するための制御装置であって、
予測モデルを用いて、予測ホライズンにおける前記ガスタービンへの制御入力に対応する前記ガスタービンの将来の状態量を予測するように構成された予測部と、
前記予測部における予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行うように構成された最適化部と、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービンの作動条件ごとに示す感度情報を記憶するための記憶部と、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新するように構成された更新部と、
を備える制御装置。 - 前記状態量を予測する処理と、前記一つ以上の係数を更新する処理と、前記制御入力を最適化する処理とを制御周期ごとに実行するように構成された
請求項1に記載の制御装置。 - 前記最適化部は、前記予測ホライズンより短い制御ホライズンにおける前記制御入力については値が変化するように前記制御入力を決定し、前記予測ホライズンのうち前記制御ホライズン以降における前記制御入力については値が一定となるように前記制御入力を決定し、決定した前記予測ホライズンにおける前記制御入力を前記予測部に入力する
請求項1又は2に記載の制御装置。 - 前記状態量のうち、少なくとも一つのパラメータの目標値軌道を取得するように構成された目標値軌道取得部を備え、
前記最適化部は、評価関数が小さくなるように最適な前記制御入力を決定し、
前記評価関数は、前記予測ホライズンにおける前記目標値軌道と制御量との誤差を示す第1項目と、制御ホライズンにおける前記制御入力の変化量の累積値を示す第2項目とを含む
請求項1乃至3の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記状態量は、前記ガスタービンにおける、燃料流量、空気流量、出力、タービン入口温度、ブレードパス温度、又は排ガス温度のうち少なくとも一つの情報を含み、
前記制御入力は、燃料流量指令とインレットガイドベーン開度制御指令との少なくとも一方の指令を含む
請求項1乃至4の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記状態量のうち、前記ガスタービンの出力とタービン入口温度との少なくとも一方のパラメータの目標値軌道を取得するように構成された目標値軌道取得部を備え、
前記最適化部は、前記目標値軌道と前記パラメータとの偏差に依存する評価関数に基づいて、前記制御入力の最適化を行う
請求項1乃至5の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記ガスタービンの前記状態量を取得するように構成された状態量取得部をさらに備え、
前記記憶部は、前記ガスタービンの性能テーブルを前記感度情報として記憶し、
前記性能テーブルは、大気温度を示す情報と、インレットガイドベーン開度を示す情報と、前記ガスタービンの出力を示す情報と、タービン入口温度を示す情報と、排ガス温度を示す情報とを前記状態量として互いに関連付けた情報テーブルであり、
前記作動条件は、前記性能テーブルに含まれる前記状態量のうち、前記状態量取得部が取得した3つの前記状態量を示す情報である
請求項1乃至6の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記性能テーブルを実運用時に取得した実績データに基づいて更新するテーブル更新部を備える
請求項7に記載の制御装置。 - 前記状態量は、前記ガスタービンにおける、燃料流量、空気流量、出力、タービン入口温度、ブレードパス温度、又は排ガス温度のうち少なくとも一つの情報を含み、
前記更新部は、前記タービン入口温度に対する燃焼効率の変化率に基づいて、前記出力、前記タービン入口温度、前記ブレードパス温度、及び前記排ガス温度のうち一つ以上の前記状態量の前記燃料流量の変化に対する感度を示す係数を補正する
請求項1乃至8の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記最適化部は、前記制御入力の変化率と、前記制御入力の絶対値と、前記状態量の絶対値との何れか一つ以上を制約するための制約条件に基づいて前記制御入力の最適化する
請求項1乃至9の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記最適化部が最適化した前記制御入力に応じて、ガスタービンの制御を実行するように構成された
請求項1乃至10の何れか一項に記載の制御装置。 - 予測ホライズンにおけるガスタービンへの制御入力に対応する前記ガスタービンの将来の状態量を予測モデルが予測するステップと、
前記予測するステップにおける予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行うステップと、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービンの作動条件ごとに示す感度情報を記憶部が記憶するステップと、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新するステップと、
を含む制御入力決定方法。 - コンピュータに、
予測モデルを用いて、予測ホライズンにおけるガスタービンへの制御入力に対応する前記ガスタービンの将来の状態量を予測する手順、
前記予測する手順における予測結果を用いて、前記予測ホライズンの少なくとも一部における前記制御入力の最適化を行う手順、
前記状態量の変化速度に対する前記制御入力の感度を前記ガスタービンの作動条件ごとに示す感度情報を記憶部に記憶させる手順、
前記予測ホライズンにおいて想定される前記作動条件に対応する前記感度情報を前記記憶部から読み出し、前記予測モデルで使用する前記状態量の予測式の一つ以上の係数を更新する手順、
を実行させるための制御入力決定プログラム。
Priority Applications (6)
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