JP3333674B2 - プラント運転計画作成方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は火力発電所等の発電
プラントの起動、停止、負荷変更、事故時の運用制御シ
ステムに係り、蒸気発生源であるボイラ、蒸気タービ
ン、ガスタービンなどに発生する熱応力などの機器使用
制限値や、プラント排出ＮＯxなどの環境規制値（以
下、これらを運転制限条件と称する）を全てクリアしな
がら最短時間でのプラント起動、停止、負荷変更、事故
処置等を可能とする最適運転スケジュールの自動作成を
可能とするプラント運転計画作成装置に関する。特に、
ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを組み
合せた各種複合サイクル発電プラントに好適である。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラントの起動の過程を取り上
げて、従来の方法を以下説明する。

【０００３】従来は、起動前の停止時間や機器の温度状
態に応じて、ボイラへの初期投入燃料量、主蒸気の昇温
及び昇圧の時間関数、タービンの昇速及び負荷上昇の時
間関数を起動スケジュールとして決定し、この起動スケ
ジュールをプラントの各系統に設けられた機器単位ある
いは系統単位の制御システムで実行するという方法が採
られていた。

【０００４】この最も代表的な方法は、Electrical Wor
ld, Vol.165, No.6 の論文 "Thermal Stress Influenc
e Starting, Loading of Boilers and Turbines"で述
べられている。この方法は、プラントの限られた部分の
初期状態によって一義的に起動スケジュールを決定する
方法である。即ち、ボイラ蒸気圧、ボイラ出口蒸気温
度、蒸気タービンケーシング温度の初期値に応じて、蒸
気タービンの昇速率、初期負荷、速度保持並びに負荷保
持による蒸気タービンの暖機時間及び負荷変化率を決定
する方法である。この方法によると、運転制限要因であ
る蒸気タービンの熱応力を管理する上で重要なボイラ発
生蒸気の昇温特性を起動前に予測できないため、その不
確定性を、起動スケジュールに余裕をもたせることによ
り吸収している。そのため、作成される起動スケジュー
ルは必要以上に長くなりがちであった。以上のことは、
ガスタービンと蒸気タービンを組み合せた複合サイクル
発電プラントにおいても同様である。この場合は、ボイ
ラへの投入燃料量の代わりにガスタービンへの投入燃料
量、即ち、ガスタービン昇速率及び負荷上昇率を決定す
ることにより、プラントへの入力エネルギーを規定して
いる。

【０００５】また、別の従来方法としては、米国特許3,
446,224号及び米国特許4,228,359号に開示のものが知ら
れている。これらは、蒸気タービンに発生する熱応力を
オンラインリアルタイムで監視しながら蒸気タービンの
急速起動を図るものであるが、前記従来方法と同様にボ
イラの起動方法に関しては何ら言及していない。

【０００６】ボイラの起動時間の短縮を目的とした従来
方法としては、特開昭５９−１５７４０２号公報に記載
のものが知られている。この方法は、ボイラに発生する
熱応力をオンラインリアルタイムで監視しながらボイラ
発生蒸気の急速昇温を図るものである。しかし、この方
式は、蒸気タービンの起動に関しては何ら言及していな
いし、ボイラから放出されるＮＯ_Xの管理あるいは制御
についても何ら言及していない。

【０００７】プラント全体の起動時間はボイラと蒸気タ
ービンの協調により短縮が可能なものであるが、以上述
べた従来の方法は、何れもボイラもしくは蒸気タービン
の片方のみに着目した急速起動方法であり、このような
個別の方法を組み合せたとしてもプラント全体の起動時
間が最短となる保証は何も無い。何故ならば、ボイラと
蒸気タービンは相互干渉が極めて強く、個々の最適化が
必ずしも全体の最適化にならないからである。ガスター
ビンと排熱回収ボイラ及び蒸気タービンからなる複合サ
イクル発電プラントにおいても同様であり、個々の運転
は機器の相互干渉により、ＮＯx排出量、排熱回収ボイ
ラ及び蒸気タービンの出力と発生熱応力に影響する。

【０００８】そこで、全体の系の基本的な特性を模擬し
た動特性シミュレータを用いて、事前に各種の起動など
の運転パターンを人間が調整しながら入力し、評価し
て、その後、実機に適用する方法が広く用いられてい
る。

【０００９】さらに、運転スケジュールの調整を人間が
行うのではなく、動特性シミュレータの中で各種の運転
制限条件を考慮しつつ、目的評価関数（例えば、起動の
場合は、起動所要時間）を最小化する最適化技法によっ
て、運転計画を提示することも考えられる。

【００１０】最適化技術としては、最大勾配法、ダイナ
ミックプログラミング法、ファジー制御法、ニューロ構
成法等々、数多くがあるが、個々の問題に適用させるた
めに各種の工夫を行っている。いずれの方法も、動特性
シミュレータを繰り返して使用することになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの方法においても、最適化技法の能力的限界、およ
び使用する計算機の速度に起因する現実的な限界のた
め、実際に最適解を得るには、問題を非常に単純化する
（たとえば操作する変数の数を少なくする）、あるいは
動特性シミュレータを簡略化して（複雑な現象を無視す
る、あるいは静特性で近似する）、短時間に答が得られ
るようにするか、あるいはこの双方を用いて対応してい
る。

【００１２】このように、従来の方法では、対象をプラ
ントの部分に限定するにしろ全系を扱うにしろ、問題を
簡略化するか、使用するシミュレータや運転制限条件を
簡略化するため、現実のプラントに直結した結論や判断
が得られない面があった。

【００１３】以上は、起動過程についての最適化の従来
例であったが、停止過程や負荷変化さらには異常や事故
時の処置過程についても、同様な技術の適用が可能であ
る。

【００１４】本発明が解決しようとする課題は、火力発
電等の発電プラントの運転制御システムにおいて、ボイ
ラと蒸気タービンに発生する熱応力や排出ＮＯ_Xなどに
関する運転制限条件および環境規制値を満たしながら、
起動や停止などの所要時間を最短化する最適運転スケジ
ュールの自動作成を現実条件下に近い形で可能とするこ
とにある。

【００１５】また、そのような最適運転スケジュールを
作成するための所要時間を、使用する計算機の能力の範
囲内でかつ現実的な労力の範囲内で、より短縮すること
も本発明が解決しようとする課題である。

【００１６】更に、実プラントでの起動時に中央給電指
令所（地域全体の給電情況を監視する場所）から環境規
制値や起動完了時刻など運転条件の変更指令があった場
合の最適修正を可能にすること、および、起動試験の効
率化も本発明が解決しようとする課題である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、大別して図１に示すように、次の
（Ａ）から（Ｄ）の４種の手段を設けている。

【００１８】（Ａ）各種操作設定に対するプラント状態
の予測精度が、計算時間はかかるものの、極めて高い動
特性シミュレータと、実機の運転制限条件を詳しく反映
し、評価出来る機能とを備えた第１の予測手段。

【００１９】（Ｂ）第１の予測手段に比べて、操作設定
に対するプラント状態の予測スピードが、精度は劣るも
のの、より速い動特性シミュレータと、運転制限条件を
より高速で簡略に、評価出来る機能とを備えた第２の予
測手段。

【００２０】（Ｃ）第２の予測手段を用いて、起動時、
停止時、負荷変化時、事故時の少なくとも１つの事象に
ついて、プラントの運転の最適操作設定内容を自動的に
探索する最適化手段（最適探索手段）。

【００２１】（Ｄ）前記の最適化手段により得られた最
適操作設定内容を、第１の予測手段に入力して得られた
結果と最適操作設定内容での第２の予測手段の結果との
差異を評価し、第２の予測手段に対して、運転制限条件
の修正や動特性シミュレータのモデルと入力定数の修
正、さらには操作設定内容の変更を指示する、そして再
度、前記の最適化手段に最適化を実施させるという一連
の手順を、第１の予測手段の結果が実機の運転制限条件
を満足し、実機に適用可能となるまで、繰り返す機能を
持つ最適運転適用調整手段。

【００２２】これらの手段は計算機のソフトウエアの機
能として実現される。それに伴う、実機データの入力手
段、運転員等への表示手段、実機プラントの制御機器へ
の出力手段は、ハードウエアおよびソウトウエアとも
に、これらに付随するものである。

【００２３】さらに（Ｂ）の第２の予測手段の中身は、
次の細目手段より構成されている。すなわち、運転スケ
ジュールを予め想定するための運転スケジュール仮定手
段と、この運転スケジュールに従ってプラントを運転し
たと仮定したきの運転特性を予測する、即ちボイラ及び
蒸気タービンに発生する熱応力とボイラからのＮＯx排
出量を定量的に算出するための高速予測手段と、この手
段より得られる熱応力特性及びＮＯx特性を運転制限条
件と比較させて評価するための運転特性評価手段と、運
転特性評価結果に基づいて、より良好な運転特性を得る
ために上記の仮定された運転スケジュールを修正するた
めの運転スケジュール修正手段と、上記の運転スケジュ
ール仮定、プラント動特性予測、運転特性評価、運転ス
ケジュール修正を繰り返す過程で運転スケジュールが最
適値に収束したか否かを判定するための最適性判定手段
と、得られた最適運転スケジュールを機器制御システム
に設定するための運転スケジュール設定手段と、運転ス
ケジュールを表示装置を介して運転員に提示するための
運転スケジュール表示手段を有する。

【００２４】本発明において上記各手段は下記のように
作用する。なお、第１の予測手段と第２の予測手段のな
かに設置する動特性シミュレータは数十倍から数百倍あ
るいはそれ以上のスピードの差があると想定している。

【００２５】まず、起動などの初期想定の運転スケジュ
ールを第２の予測手段に与える。この初期想定の運転ス
ケジュールは、起動前の停止時間および機器の温度状態
を初期条件として想定される運転スケジュールである。
機器の温度は自動的に収集されている。簡略化プラント
動特性モデルは、これに対して仮定された起動スケジュ
ールに従ってプラントを運転した場合の特性を物理モデ
ルに基づき定量的に予測することができる。なお、「初
期想定の運転スケジュール」とは、初期的に想定された
スケジュールであるのに対し、「仮定された起動スケジ
ュール」とは内側ループ内での毎回の繰り返し過程にお
ける前回に得られたスケジュールをいう。繰り返しの初
回には両者は同じになる。この定量的な予測により、プ
ラントの主要な温度、圧力、流量等の状態の応答を知る
ことはもちろん、特性評価手段によりプラント状態とし
てのボイラ及び蒸気タービンの熱応力やＮＯx排出量が
運転制限条件を満足するか否かをチェックすることがで
きる。満足しない場合に機能するスケジュール修正手段
は、運用者、設計者の思考方法と似た方法で運転スケジ
ュールを改善することが望ましい。このため、最適化手
段としては、たとえばファジィ推論を適用することと
し、上記で得られた運転特性を重み付き定性的評価結果
に変換し、運転スケジュールを修正する。このとき用い
るファジールールは、起動時の各運転特性とそれぞれの
運転に対応したスケジュール修正量との関係について、
運用者、設計者が知識としてもつ定性的因果関係情報に
基づいて作成するものである。最適化手段は上記の運転
スケジュール仮定、プラント動特性予測、運転特性評
価、運転スケジュール修正を繰り返す過程（これを最適
値探索過程と呼ぶ）で運転スケジュールが最適値に収束
したか否かも判定する。収束結果として、第２の予測手
段に対し与えられた条件の下で、起動時間などの運転に
要する時間が短く、プラント運用上の安全性が高く、環
境に優しい最適運転スケジュールが得られる。

【００２６】この得られた運転スケジュール結果を、さ
らに詳しいプラントの状態を評価できる第１の予測手段
のなかのシミュレータに入力して予測を行い、一層実機
に近い形で、熱応力や対環境適合性を含む運転制限条件
を第１の予測手段の結果により評価する。

【００２７】一般に、シミュレータの精度の差、および
運転制限条件の評価精度の差に起因して、上記の第２の
予測手段で得られた最適運転スケジュールが第１の予測
手段で評価した場合には、必ずしも最適ではなく、運転
制限条件を超えていたり、あるいは運転の余裕を過大に
持ちすぎたり、さらには、簡略化した第２の予測手段の
なかのシミュレータでは評価していない状態量が制限を
超えていたりすることが発生しうる。

【００２８】したがって、最適運転調整手段は、第１の
予測手段と第２の予測手段のそれぞれの条件と結果を比
較対比して、この両者の差異が小さくなるように、第２
の予測手段の中の運転制約条件の評価手段や判定基準
値、さらにはシミュレータの入力条件やモデルの入力値
などを、調整する。この調整も、繰り返し型の学習によ
って、行わせるのが効果的であり、手段としてファジィ
アルゴリズムやニューロアルゴリズム、最急勾配法など
が適用できる。

【００２９】このように、本運転計画作成装置は第２の
予測手段と最適化手段を経由する内側の繰り返し収束ル
ープと、第１の予測手段と最適運転適用調整手段を経由
する外側の繰り返し収束ループと、の二重ループで構成
される。

【００３０】また、最終的に提供された起動時の運転ス
ケジュールは、これを機器制御システムに設定すること
により、実際のプラントを運転するための制御を行うこ
とになる。起動スケジュールは上記の最適値探索過程と
その結果得られた最適起動スケジュールを運転員に提示
するためのＣＲＴ表示データを編集し、ＣＲＴ表示装置
に転送する。

【００３１】以上述べた本発明における各手段の作用に
より、プラントを構成する機器間での干渉の結果として
現れる熱応力やＮＯx排出量などの運転制限条件を満足
し、かつ起動や停止過程などの所要時間を最小にする運
転計画が示される。この構成により、実機に適用出来る
プラントの最適な運転スケジュールが、現実的な最適化
アルゴリズムの限界、および計算機によるシミュレーシ
ョン能力の限界を乗り越えて、提供できる。

【００３２】また、中央給電指令所から指定される時刻
通りに起動や停止等を完了できる最適起動スケジュール
を発電所サイトにおいて随時作成することも可能とな
る。さらに、プラント運転中に運転制限値が変更される
場合も、以上述べた各手段は同様に作用し、変更後の新
たな運転制限値に適合する最適な運転スケジュールを自
動生成し、これを実行することが可能となる。

【００３３】一方、起動試験において、予期した性能が
得られない場合は、感度解析のため、幾通りもの繰り返
し試験を行いながら、特性を調整する場合がある。この
ような 状況下においては、次の試験における運転スケ
ジュールを決めるために、丁度、外側ループの第１の動
特性シミュレータの代りに、実機プラントそのものを用
いた構成によって、試験毎に、一層精度よく運転方法を
事前に評価出来るようにすることも可能である。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態とし
て、ガスタービン、排熱回収ボイラ及び蒸気タービンか
ら成る複合サイクル発電プラントを対象とした運転制御
システムについて、特に起動過程の運転最適化を取り上
げて説明する。

【００３５】図２は複合サイクル発電プラント３００と
本発明を適用した運転制御システム１０００の基本構成
を示すものである。

【００３６】運転制御システム１０００は、大きく分け
て最適運転スケジュール探索手段１００、機器制御シス
テム２００、最適運転適用調整手段４００から成る。最
適運転スケジュール探索手段１００は、更に起動スケジ
ュール仮定手段１１０、高速予測手段５００、運転時特
性評価機能１２０、最適性評価機能１４０、起動スケジ
ュール修正手段１５０、ファジィルール１６０、起動ス
ケジュール設定手段１７０から構成されている。高速予
測手段５００は、図２では図示の都合上、最適運転スケ
ジュール探索手段１００の枠外に示してある。その他、
運転制御システム１０００は、起動スケジュール表示手
段１８０及びＣＲＴ表示装置２０も有する。

【００３７】最適運転適用調整手段４００は、高精度予
測手段４１０、実機適用判定部４３０および総合最適化
調整部４２０からなる。全系の機器を制御する機器制御
システム２００は、ガスタービン制御システム２１０と
蒸気タービン制御システム２２０とＨＲＳＧ制御システ
ム２３０から成る。また、複合サイクル発電プラント３
００は大きく分けてガスタービン設備３２０、排熱回収
ボイラ設備（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generato
r)３１０、蒸気タービン設備３３０から成る。

【００３８】この構成を図１に対応させると、高精度予
測手段４１０が第１の予測手段に対応し、高速予測手段
５００と運転時特性評価機能１２０をあわせて第２の予
測手段に対応する。したがって、予測手段４１０は、熱
応力などの制限条件も全て評価する機能を備えた総称で
ある。また、内側最適調整部が１４０、１５０、１６０
に相当し、外側最適調整部が４００、４３０、４２０に
相当する。したがって、内側ループは１１１、５３１、
１２１、１５１を経由するルートに該当し、外側ループ
は１７１より、４１０、４３０、４２０の機能ブロック
を経て、４２１にいたるルートに該当する。

【００３９】ここで、本発明の運転制御システム１００
０について説明する前に、複合サイクル発電プラント３
００の起動時を中心とした動作原理を説明する。

【００４０】ガスタービン設備３２０では、燃料３２２
を燃焼器３２３に注入し、燃焼用空気３２４をコンプレ
ッサ３２９により圧入することにより、燃焼で発生する
エネルギ−はガスタービン３２６で機械エネルギーに変
換され、これにより、共通軸３２８に接続された発電機
３３５を駆動し電気エネルギーに変換するとともに一部
はコンプレッサ３２９の駆動力となる。起動時にはガス
タービン制御システム２１０からの燃料調節弁開度指令
２１１により燃料調節弁３２１を操作し燃料流量を調節
することで、ガスタービン設備３２０及び共通軸３２８
に接続された蒸気タービン設備３３０と発電機３３５が
昇速される。

【００４１】また、ガスタービン３２６からの排ガス３
２７は排熱回収ボイラ設備３１０に導かれ、排ガス３２
７のもつ熱エネルギーが回収される。このとき、排ガス
３２７により排熱回収ボイラ設備３１０の煙洞３１４に
配置された各種熱交換器内の流体が熱を受け蒸発し、過
熱(super heated)される。本実施の形態の排熱回収ボイ
ラ設備３１０では３つの圧力レベルをもつ蒸気系統から
成り、それぞれから発生する蒸気が高圧蒸気２４１、中
圧蒸気２４２、低圧蒸気２４３である。これらの蒸気が
もつ熱エネルギーにより蒸気タービン設備３３０におい
て、それぞれ高圧タービン３３１、中圧タービン３３
２、低圧タービン３３３が駆動され、共通軸３２８に接
続された発電機３３５による発電の一翼を担う。起動時
には、排熱回収ボイラ設備３１０から発生する上記の高
圧主蒸気２４１、中圧主蒸気２４２、低圧主蒸気２４３
をそれぞれ高圧バイパス弁２３４、中圧バイパス弁２３
５、低圧バイパス弁２３６を介してバイパスさせること
により個々の圧力を所定値に制御するとともに、高圧加
減弁２３１、中圧加減弁２３２、低圧加減弁２３３を開
操作することにより高圧タービン３３１、中圧タービン
３３２、低圧タービン３３３の出力上昇がなされる。従
って、高圧バイパス蒸気２４４、中圧バイパス蒸気２４
５、低圧バイパス蒸気２４６の流量は、それぞれバイパ
ス弁２３４、２３５、２３６の開度を大きくすれば増加
し、加減弁２３１、２３２、２３３の開度を大きくする
と蒸気タービンへの蒸気流入量が増加し、その分減少す
る。これらのバイパス弁への開度指令２２１、２２２、
２２３及び加減弁への開度指令２２４、２２５、２２６
はいずれも蒸気タービン制御システム２２０より出力さ
れる。また、プラントの起動中に中圧過熱蒸気３０１と
高圧タービン排気３０２の温度偏差が所定値内に入った
とき中圧止弁２３７を開操作する。このときの、操作信
号２２７も蒸気タービン制御システム２２０より指令さ
れる。一方、ＨＲＳＧ制御システム２３０は、蒸気ドラ
ム３０６，３０７，３０８の内部の水位を制御したり、
配管２４２，２４３の蒸気の温度が上がりすぎないよう
に、配管中に水をスプレイしたりする機能を備えている
（但し、図２には、信号および操作端は図示せず）。ま
た、復水器３３４からの復水３３７は、低圧給水ポンプ
３１６、中圧給水ポンプ３１７、高圧給水ポンプ３１８
により、それぞれ低圧ドラム３０６、中圧ドラム３０
７、高圧ドラム３０８の水位を所定値内に保つように、
それぞれ低圧給水３０３、中圧給水３０４、高圧給水３
０５として流量制御される。この制御は、前述のよう
に、水位設定点の調整とともにＨＲＳＧ制御システム２
３０が担当する。

【００４２】ここで、起動のように比較的長時間にわた
ってゆっくりとプラント状態が変化するときの運転制限
要因となるのは、高圧タービン３３１と中圧タービン３
３２のロータに発生する熱応力と、高圧過熱器３１１及
び中圧過熱器３１２の細管出口にある管寄せヘッダに発
生する熱応力と、排熱回収ボイラ設備３１０の煙洞出口
３１５から大気へのＮＯx排出量である。上記の各熱応
力は、ガスタービン排ガス３２７から熱交換器のメタル
への伝熱、メタルから内部流体への伝熱、内部流体から
着目部メタルへの伝熱という大きな時間遅れを伴う動的
過程の結果として現れる。また、ボイラからのＮＯx排
出量もガスタービン自体のＮＯx排出特性と煙洞中に設
置された脱硝装置３１３の温度特性に大きく依存する。
そのため、これらの運転制限要因を精度良く管理するに
は、上記各制御操作の協調性と整合性が必要となる。

【００４３】以下に、引き続き図２を用いて、上記の複
合サイクル発電プラント３００の運転制御システム１０
００の動作原理を概説する。

【００４４】中央給電指令所あるいは運用計画者１０は
プラントに対する起動要求１１として、目標起動完了時
間と目標負荷を運転制御システム１０００に指令する。
最適運転スケジュール探索手段１００の起動スケジュー
ル仮定手段１１０は、これを受けてプラントが停止時間
していた時間および機器温度に応じて、仮の起動スケジ
ュール１１１を作成し、これを高速予測手段５００に送
る。高速予測手段５００では、機器制御システムの動特
性モデル５３２によりこの仮の起動スケジュール１１１
に沿ってガスタービンモデル５３３、ボイラモデル５３
４、蒸気タービンモデル５３５を起動制御する。このと
きの機器制御は成るべく実機における上記説明と同等な
方式でなされ、概略あたかもプラントが起動された如く
プラントの動特性５３１が得られ、次の運転時特性評価
機能１２０に送られる。なお、モデルの詳細に関して
は、T. Akiyamaらによる"Dynamic Simulation of an Ad
vanced Combined Cycle Plant with Three Pressure an
d Reheat Cycle", Proceedings of ICOPE'93 (JSME-ASM
E International Conference on Power Engineering- 9
3), pp.221-226に記載されている。運転時特性評価機能
１２０は、さらに、前記、高圧および中圧蒸気タービン
のロータに発生する熱応力を評価するためのタービン熱
応力特性評価機能１２２、前記ボイラの高圧及び中圧過
熱器出口部のヘッダに発生する熱応力を評価するための
ボイラ熱応力特性評価機能１２３、排熱回収ボイラ３１
０からの排出されるＮＯxを評価するための排出ＮＯx特
性評価機能１２４、起動所要時間評価機能１２５から成
る。運転時特性評価機能１２０は、これらの機能１２
２、１２３、１２４から得られた値と、それぞれに対す
る運転制限条件とを比較し、それらに対する余裕値を評
価するものであり、起動所要時間評価機能１２５は、ガ
スタービン起動から目標負荷到達までに要する時間を算
出するためのものである。これらの評価が終ると、次の
最適性評価機能１４０に処理が移る。ここでは、前記仮
定された起動スケジュールの最適性を判定するためのも
ので、前記起動特性の各種評価結果が運転制限条件を満
足する中で起動時間が最短となる最適起動スケジュール
を識別する。従って、通常、初回目は最適起動スケジュ
ールは決らない。前記起動特性評価結果１２１に基づき
起動スケジュールの改善を図るために、起動特性評価結
果１２１とともに次の起動スケジュール修正手段１５０
に処理が渡される。起動スケジュール修正手段１５０で
は、上記運転時特性評価機能１２０で得られる評価結果
に基づいてファジィ推論を適用して起動スケジュールを
修正する。ここで決定される起動スケジュール修正量１
５１は前述の起動スケジュール仮定手段１１０に転送さ
れ、再度起動スケジュールが仮定される。

【００４５】ここで用いるファジィルール１６０は、タ
ービン熱応力調整ルール１６２、ボイラ熱応力調整ルー
ル１６３、排出ＮＯx調整ルール１６４から成り、起動
特性と起動スケジュール修正量との関係について専門家
が知識としてもつ定性的因果関係情報に基づいて作成す
るものである。

【００４６】前記の最適性評価機能１４０は上記の起動
スケジュール仮定、プラント動特性予測、起動特性評
価、起動スケジュール修正を繰り返す過程（これを最適
値探索過程と呼ぶ）の中で、起動スケジュールが最適値
に収束したか否かを判定する。収束結果として、起動時
間が短く、運転制限条件を満たす最適起動スケジュール
が得られる。最適性評価機能１４０により最適起動スケ
ジュールが決定されると、この最適起動スケジュールを
規定するスケジュールパラメータ（すなわち内側ループ
の最適運転スケジュール）１７１が起動スケジュール設
定手段１７０を介して最適運転適用調整手段４００に設
定される。

【００４７】最適運転適用調整手段４００では、内側ル
ープの最適運転スケジュール１７１を入力し、高精度シ
ミュレータの制御動作を決めるコントローラ部分４１２
およびＧＴ、ＨＲＳＧ、ＳＴ等の本体部分の特性を模擬
した物理モデル４１１を用いて、より詳細な再現シミュ
レーションを行う。この結果は、実機適用判定部４３０
で実際の詳細な運転制限条件と比較され、１７１で指示
されたスケジュールを、そのまま実機に適用しても大丈
夫であるかどうかが判断される。すなわちプラントの状
態が許容値を超えなければ、そのまま実機に適用するた
めに、当該スケジュールを機器制御システム２２０へ渡
す。もし状態が許容値を越えるようであれば、総合最適
化調整部４２０はスケジュールパラメータ１７１を得た
ときの、高速予測手段５００のシミュレータと高精度予
測手段４１０のシミュレータの結果の差異を認識かつ記
憶し、高速予測手段５００のパラメータ設定値、運転時
特性評価機能１２０の設定制限値、最適性評価機能１４
０の判定基準値、ファジィルール１６０の最適化ルール
を見直し、次回のシミュレーションにて、高精度予測手
段４１０の結果が制限値内に入る方向に、高速予測手段
５００および最適運転スケジュール探索手段１００のパ
ラメータを修正し、設定する。（この修正は、主とし
て、高速予測手段５００の方が優先的になろう。） 最適起動スケジュールの探索過程は起動スケジュール表
示手段１８０を介してＣＲＴ表示装置２０に表示され、
この段階での探索状況及び収束結果である最適起動スケ
ジュールを運転員に提示することができる。この場合の
表示内容は、仮定した起動スケジュール、高速予測手段
５００および最適運転適用調整手段４００の中のそれぞ
れの動特性予測結果及び運転制限値に対する余裕値、起
動所要時間、双方の差異などである。

【００４８】以上、本発明によるプラント運転計画作成
装置を複合サイクル発電プラントに適用した実施の形態
の概要を示した。以下、本実施の形態を更に具体的に説
明する。

【００４９】図３は、最適運転スケジュール探索手段１
００における起動スケジュール最適化の基本的考え方を
示すものである。高速予測手段５００から得られるプラ
ント動特性予測値より、ボイラ及び蒸気タービンの熱応
力と排出ＮＯxの特性に基づいてガスタービン起動計画
と蒸気タービン起動計画を実施する。このとき、ガスタ
ービン起動計画では、排出ＮＯxを考慮したガスタービ
ン主計画（ＧＴＰＳ：Gass Turbine Primal Scheduling
の略）と熱応力を考慮したガスタービン広域調整（ＧＴ
ＧＴ：Gass Turbine Global Tuning）を行い、蒸気ター
ビン起動計画では、熱応力を考慮した蒸気タービン主計
画（ＳＴＰＳ：Steam Turbine Primal Schedulingの
略）と排出ＮＯxを考慮した蒸気タービン局部調整（Ｓ
ＴＬＴ：Steam Turbine Local Tuning）を行う。ガスタ
ービンの起動方法は排出ＮＯx特性に直接的に大きな影
響を与えるため、ＧＴＰＳでは排出ＮＯx特性の予測値
に応じてガスタービンの起動スケジュールを全体的にき
め細かく作成する働きを持たせる。また、蒸気タービン
の起動方法は熱応力特性に直接的に大きな影響を与える
ため、ＳＴＰＳでは熱応力特性の予測値に応じて蒸気タ
ービンの起動スケジュールを全体的にきめ細かく作成す
る働きを持たせる。一方、熱応力は排熱回収ボイラの伝
熱を介して間接的にガスタービンの起動方法の影響を受
けるため、ＧＴＧＴでは熱応力特性の予測値に応じてガ
スタービンの起動スケジュールを広域的に微調整する働
きを持たせる。また、蒸気タービンの起動法により排熱
回収ボイラの熱吸収特性変化の結果として間接的により
脱硝装置の特性が変化するため、ＳＴＬＴでは排出ＮＯ
x特性の予測値に応じて蒸気タービンの起動スケジュー
ルを部分的に微調整する働きを持たせる。

【００５０】次に、図４により、プラントの起動スケジ
ュールを規定するパラメータ（以下、スケジュールパラ
メータと呼ぶ）の一例をプラントの起動過程との関係に
おいて説明する。

【００５１】図４に示すように、ガスタービン関係のス
ケジュールパラメータとしては、昇速率（DN）、定格速
度保持時間（DTNL）、初負荷（LI）、初負荷保持時間
（DTLI）、第１負荷上昇率（DL1）、負荷保持時間（DTH
L）、第２負荷上昇率（DL2）、第３負荷上昇率（DL3）
である。これらにより規定される起動スケジュールを制
御目標として、操作端である燃料調節弁３２１の開度を
調整することによりガスタービンが起動される。また、
蒸気タービン関係の操作端としては既に述べたように、
高圧バイパス弁（HPBV）、中圧バイパス弁（IPBV）、低
圧バイパス弁（LPBV）、高圧加減弁（HPCV）、中圧加減
弁（IPCV）、低圧加減弁（LPCV）、中圧止弁（ISHV）が
あり、次のスケジュールパラメータに従って制御する。
すなわち、スケジュールパラメータとしては、高圧バイ
パス弁操作速度（DAHBV）、中圧バイパス弁操作速度（D
AIBV）、低圧バイパス弁操作速度（DALBV）、低圧バイ
パス弁操作待期時間（DTLBV）、高圧加減弁第１操作速
度（DAHCV1）、高圧加減弁第２操作速度（DAHCV2）、低
圧加減弁操作速度（DALCV）である。これらのスケジュ
ールパラメータ以外の制御目標および操作タイミングは
図示の通りである。ここで、「蒸気条件」としてのTMS
は高圧主蒸気温度、PMSは高圧主蒸気圧力、PCRPは高圧
タービン排気圧力、PISは中圧主蒸気圧力、PLSは低圧主
蒸気圧力、ΔTは高圧過熱蒸気温度と高圧タービン排気
温度との偏差である。ａｔａはｋｇ／ｃｍ２を表わす。
また、図中、各弁の％表示は開度を示す。

【００５２】次に、本最適化探索手段１００で用いる、
蒸気タービン及びボイラの熱応力と排出ＮＯxを予測す
るためのための高速予測手段５００について説明する。
まず、蒸気タービンの熱応力は前記米国特許第４，２２
８，３５９号に詳しく記載されている方法でモデル化し
た。即ち、蒸気タービンの入口蒸気条件と速度および負
荷から蒸気タービン内部の蒸気条件（温度、圧力）及び
ロータ表面の熱伝達率を推定し、ロータメタル内部の非
定常温度分布を求め、ロータの表面とボアの熱応力を算
出する方式である。これを、プラント起動時に制限条件
として管理すべき高圧タービン３３１と中圧タービン３
３２の熱応力計算に適用した。ボイラの熱応力について
は、前記の特開昭59-157402号公報に詳しく記載されて
いるいる方法でモデル化した。即ち、制限条件として着
目すべき高圧過熱器出口ヘッダと中圧過熱器出口ヘッダ
の内部熱伝達率を蒸気条件（温度、圧力）と流量より推
定し、上記蒸気タービンの場合と同様にメタル内部の非
定常温度分布を求めて、ヘッダメタルの内面及び外面の
熱応力を算出する方法とした。

【００５３】排出ＮＯxについては、動特性モデルを用
いて予測する。本モデルは脱硝装置モデルと脱硝制御シ
ステムモデルで構成され、脱硝装置モデルは入口ガス温
度TG、ガス流量GG、入口ガスＮＯx濃度P1及び脱硝制御
システムモデルからのアンモニア注入量GNH3により大気
への排出ＮＯx瞬時値PSを算出する。この値が、移動平
均手段により、例えば１時間当たりの移動平均値PAとし
て変換される。

【００５４】次に、上記高速予測手段５００から得られ
たタービン熱応力特性、ボイラ熱応力特性及び排出ＮＯ
x特性を評価するための運転時特性評価機能１２０（こ
の説明の場合は起動時の熱応力、ＮＯx等の運転制限条
件との関わりを評価する）について説明する。

【００５５】図５は、タービン熱応力特性評価機能１２
２におけるタービン熱応力特性の評価方式を示すもの
で、まず、タービン起動開始から起動完了後の所定時間
経過するまでの時間帯(t1〜t6)を複数区間に分割(本例
では５分割の場合を示す)し、第ｉ区間における最小熱
応力マージンm(i)を求める。ここで、熱応力マージンm
は、制限値をSL、動特性モデルによる計算値をS(kg/mm
2)とすると、次式で定義される。

【００５６】

【数１】 ｍ＝Ｓ_L−Ｓ ------------------------- （１） 既に述べたように、実際には熱応力着目箇所が高圧ター
ビンの表面とボア及び中圧タービンの表面とボアの４箇
所であるので、求めるべき最小熱応力マージンは区間毎
に４つあり、これらをそれぞれ下記とする。

【００５７】ｍＨＳ（ｉ） ：区間ｉにおける高圧ター
ビン表面最小熱応力マージン mHB(i) ：区間ｉにおける高圧タービンボア最小熱応力
マージン mIS(i) ：区間ｉにおける中圧タービン表面最小熱応力
マージン mIB(i) ：区間ｉにおける中圧タービンボア最小熱応力
マージン ボイラ熱応力特性評価機能１２３における評価方式も、
基本的には上記タービン熱応力特性評価機能１２２の場
合と同様である。但し、着目すべき熱応力箇所は高圧過
熱器と中圧過熱器のヘッダ内面の２箇所である。これ
は、ヘッダの場合、外面に発生する熱応力が内面のそれ
と比較して小さいため、内面のみに着目すれば十分であ
るためである。従って、求めるべき最小熱応力マージン
は区間毎に２つあり、それぞれ下記のとおりとする。

【００５８】mHHD(i) ：区間ｉにおける高圧過熱器ヘッ
ダ内面最小熱応力マージン mIHD(i) ：区間ｉにおける中圧過熱器ヘッダ内面最小熱
応力マージン 次に、排出ＮＯx特性の評価方式について説明する。

【００５９】図６は、排出ＮＯx特性評価機能１２４に
おける排出ＮＯx特性の評価方式を示すものである。本
方式もタービン熱応力特性評価機能１２２と同様に、ま
ず、ガスタービン起動開始からプラント起動完了後の所
定時間経過するまでの時間帯(t1〜t7)を複数区間に分割
(本例では６分割の場合を示す)し、第ｉ区間における最
小排出ＮＯx瞬時値マージンmPS(i)と最小排出ＮＯx平均
値マージンmPA(i)を求める。ここで、排出ＮＯx瞬時値
マージンmPS及び排出ＮＯx平均値マージンmPAは、それ
ぞれの制限値をPSL、PAL、動特性モデルによる計算値を
PS、PAとすると、次式で定義する。

【００６０】

【数２】 ｍ_PS＝Ｐ_SL−Ｐ_S ---------------- (2)

【００６１】

【数３】 ｍ_PA＝Ｐ_AL−Ｐ_A ---------------- (3) 図７は、上記動特性の評価結果を用いて起動スケジュー
ルを修正するためのファジィルール１６０と修正用スケ
ジュールパラメータの関係を示すものである。本図に示
す実施の形態においては、修正用スケジュールパラメー
タとして、蒸気タービン関係では特に効果的と考えられ
る４つのパラメータ(DAHBV、DAIBV、DAHCV1、DAHCV2)を
対象とし、ガスタービン関係では８つのパラメータ(D
N、DTNL、LI、DTLI、DL1、DTHL、DL2、DL3)を対象とし
ている。タービン熱応力調整ルール１６２及びボイラ応
力調整ルール１６３は蒸気タービン主計画(ＳＴＰＳ)と
ガスタービン広域調整(ＧＴＧＴ)の両者にて使用され、
排出ＮＯx調整ルール１６４は蒸気タービン局部調整(Ｓ
ＴＬＴ)とガスタービン主計画(ＧＴＰＳ)に使用され
る。また、ＳＴＰＳ、ＧＴＧＴ、ＳＴＬＴ、ＧＴＰＳに
より修正の対象となるパラメータを図中○印で示した。

【００６２】図８は、ファジィルール１６０で使用する
メンバーシップ関数を示す。この関数は、前記の運転時
特性評価機能１２０で得られたプラント動特性に基づき
定められる。図８(1)は、ＳＴＰＳ用メンバーシップ関
数を示すもので、(a)はファジィルールの条件部で用い
る熱応力マージン評価用メンバーシップ関数であり４つ
関数(ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＢ)より成り、(b)は結論部
で用いる蒸気タービン関係スケジュールパラメータ修正
用メンバーシップ関数であり、５つの関数(ＮＢ、Ｎ
Ｓ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＢ)より成る。ここで、各メンバー
シップ関数の意味付けは、ＮＢ：Negative Big、ＮＳ：
Negative Small、ＺＯ：Zero、ＰＳ：Positive Small、
ＰＢ：Positive Bigである。 図８(2)は、ＧＴＧＴ用
メンバーシップ関数を示すもので、(a)はファジィルー
ルの条件部で用いる熱応力マージン評価用メンバーシッ
プ関数であり４つ関数(ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＢ)より成
り、(b)は結論部で用いるガスタービン関係スケジュー
ルパラメータ修正用メンバーシップ関数であり、３つの
関数(ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ)より成る。上記(1)(2)における
熱応力マージン評価用メンバーシップ関数は、タービン
熱応力とボイラ熱応力の両者に対して共通に適用され
る。図８(3)は、ＧＴＰＳ用メンバーシップ関数を示す
もので、(a)及び(b)は、それぞれファジィルールの条件
部で用いる排出ＮＯx瞬時値マージン評価用メンバーシ
ップ関数及び排出ＮＯx平均値マージン評価用メンバー
シップ関数であり、それぞれ４つ関数(ＮＢ、ＮＳ、Ｚ
Ｏ、ＰＳ)及び(ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＢ)より成り成
る。また、(c)は結論部で用いるガスタービン関係スケ
ジュールパラメータ修正用メンバーシップ関数であり、
５つの関数(ＮＢ、ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＢ)より成る。
図８(4)は、ＳＴＬＴ用メンバーシップ関数を示すもの
で、(a)及び(b)は、それぞれファジィルールの条件部で
用いる排出ＮＯx瞬時値マージン評価用メンバーシップ
関数及び排出ＮＯx平均値マージン評価用メンバーシッ
プ関数であり、それぞれ４つ関数(ＮＢ、ＮＳ、ＺＯ、
ＰＳ)及び(ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＢ)より成り成る。ま
た、(c)は結論部で用いる蒸気タービン関係スケジュー
ルパラメータ修正用メンバーシップ関数であり、５つの
関数(ＮＢ、ＮＳ、ＺＯ、ＰＳ、ＰＢ)より成る。

【００６３】次に、上記メンバーシップ関数を用いたフ
ァジィルールについて説明する。

【００６４】図９は、ファジィルール１６０の全体構成
を示すもので、既に述べたように、大きく分けてタービ
ン熱応力調整用ルール１６２、ボイラ熱応力調整用ルー
ル１６３、排出ＮＯx調整用ルール１６４から成る。

【００６５】タービン熱応力調整用ルール１６２はＳＴ
ＰＳ用とＧＴＧＴ用に分けられ、ＳＴＰＳ用について
は、タービン熱応力の調整を目的として蒸気タービンの
起動スケジュールパラメータを修正するためのもので、
ＧＴＧＴ用については、タービン熱応力の調整を目的と
してガスタービンの起動スケジュールパラメータを修正
するためのものである。図９に示すように、両者は更に
４種のルールテーブル（ＨＳ、ＨＢ、ＩＳ、ＩＢ）で構
成されている。ＨＳルールテーブルは高圧タービンロー
タ表面熱応力の調整を目的とするもので、具体的には、
それぞれ４つのルールテーブル（ＨＳ１２、ＨＳ２３、
ＨＳ３４、ＨＳ４５）から成る。ＨＢルールテーブルは
高圧タービンロータボア熱応力の調整を目的とするも
の、ＩＳルールテーブルは中圧タービンロータ表面熱応
力の調整を目的とするもの、ＩＢルールテーブルは中圧
タービンロータボア熱応力の調整を目的とするもので、
それぞれ４種のルールテーブルから成る。

【００６６】ボイラ熱応力調整用ルール１６３はＳＴＰ
Ｓ用とＧＴＧＴ用に分けられ、ＳＴＰＳ用は、ボイラ熱
応力の調整を目的として蒸気タービンの起動スケジュー
ルパラメータを修正するためのもの、ＧＴＧＴ用は、ボ
イラ熱応力の調整を目的としてガスタービンの起動スケ
ジュールパラメータを修正するためのものである。更に
２種のルールテーブル（ＨＨＤ、ＩＨＤ）で構成されて
いる。ＨＨＤルールテーブルは高圧ヘッダ熱応力の調整
を目的とし、ＩＨＤルールテーブルは中圧ヘッダ熱応力
の調整を目的とするもので、さらに４種のルールテーブ
ルから成る。

【００６７】排出ＮＯx調整用ルール１６４はＧＴＰＳ
用とＳＴＬＴ用に分けられ、ＧＴＰＳ用は、排出ＮＯx
の調整を目的としてガスタービンの起動スケジュールパ
ラメータを修正するためのもので、ＳＴＬＴ用は、排出
ＮＯxの調整を目的として蒸気タービンの起動スケジュ
ールパラメータを修正するためのものである。両者は更
にルールテーブル、（ＰＳ、ＰＡ）で構成されている。
ＰＳルールテーブルは排出ＮＯx瞬時値の調整を目的と
し、ＰＡルールテーブルは排出ＮＯx平均値の調整を目
的とするもので、さらに５種のルールテーブルに分けら
れる。

【００６８】次に、前記ルールテーブルの内容を代表例
で具体的に説明する。

【００６９】図１０は、ＳＴＰＳ用、ＧＴＧＴ用、ＧＴ
ＰＳ用、ＳＴＬＴ用のルールテーブルの具体例を示した
もので、前記図９のＳＴＰＳ−ＨＳルールテーブルを代
表例として示す。ここでは、蒸気タービン主計画（ＳＴ
ＰＳ）で用いるタービン熱応力調整ルールの一部分とし
て、高圧タービンロータ表面最小熱応力マージンを調整
するためのＳＴＰＳ−ＨＳルールテーブルを例示したも
のである。本テーブルで、ＨＳ２３など、ＨＳの後に続
く２数字は、影響を考える２種類の時間区間（この例で
は２番目と３番目）の番号を示す。ここでは、４つの修
正用スケジュールパラメータとしての高圧バイパス弁操
作速度(DAHBV)、中圧バイパス弁操作速度(DAIBV)、高圧
加減弁第１操作速度(DAHCV1)、高圧加減弁第２操作速度
(DAHCV2)を、図５で示した５つの着目区間における高圧
タービンロータ表面最小熱応力マージンとの関係におい
て修正するためのファジィルールを示す。即ち、ＳＴＰ
Ｓ−ＨＳ１２ルールテーブルでは、第１区間及び第２区
間における高圧タービンロータ表面最小熱応力マージン
mHS(1)、mHS(2)の定性的関係の組み合せよりDAHBVとDAH
CV1の修正量を定義している。ＳＴＰＳ−ＨＳ２３ルー
ルテーブルでは、第２区間及び第３区間におけるマージ
ンmHS(2)、mHS(3)の定性的関係の組み合せより、同じく
DAHBVとDAHCV1の修正量を定義している。ＳＴＰＳ−Ｈ
Ｓ３４ルールテーブルでは、第３区間及び第４区間にお
けるマージンmHS(3)、mHS(4)の定性的関係の組み合せよ
り、DAHBV、DAHCV1、DAHCV2の修正量を定義している。
ＳＴＰＳ−ＨＳ４５ルールテーブルでは、第４区間及び
第５区間におけるマージンmHS(4)、mHS(5)の定性的関係
の組み合せより、DAHCV2の修正量を定義している。但
し、ルールテーブルの空白部は、上記各熱応力マージン
とスケジュールパラメータの因果関係が小さいか殆ど無
いことを意味する。

【００７０】ガスタービン広域調整（ＧＴＧＴ）で用い
るタービン熱応力調整ルールの一部分として、図１０と
全く同様の考え方に基づき、高圧タービンロータ表面最
小熱応力マージンを調整するためのＨＳルールテーブル
では、６つの修正用スケジュールパラメータとしての昇
速率（DN）、初負荷保持時間（DTLI）、第１負荷上昇率
（DL1）、負荷保持時間（DTHL）、第２負荷上昇率（DL
2）、第３負荷上昇率（DL3）を、図５で示した５つの着
目区間における高圧タービンロータ表面最小熱応力マー
ジンとの関係において修正するためのファジィルールを
規定する。即ち、ＨＳ１２ルールテーブルでは、第１区
間及び第２区間における高圧タービンロータ表面最小熱
応力マージンmHS(1)、mHS(2)の定性的関係の組み合せよ
りDN、DTLI、DL1の修正量を定義している。ＨＳ２３ル
ールテーブルでは、第２区間及び第３区間におけるマー
ジンmHS(2)、mHS(3)の定性的関係の組み合せより、DTL
I、DL1、DTHLの修正量を定義している。ＨＳ３４ルール
テーブルでは、第３区間及び第４区間におけるマージン
mHS(3)、mHS(4)の定性的関係の組み合せより、DL1、DTH
L、ＤL2の修正量を定義している。ＨＳ４５ルールテー
ブルでは、第４区間及び第５区間におけるマージンmHS
(4)、mHS(5)の定性的関係の組み合せより、DTHL、ＤL
2、ＤL3の修正量を定義している。この場合も、ルール
テーブルの空白部は、前と同様、因果関係が小さいか殆
ど無いことを意味する。

【００７１】ガスタービン主計画（ＧＴＰＳ）で用いる
排出ＮＯx調整ルールの一部分として、最小排出ＮＯx瞬
時値マージンを調整するためのＰＳルールテーブルで
は、８つの修正用スケジュールパラメータとしての昇速
率（DN）、定格速度保持時間（DTNL）、初負荷（LI）、
初負荷保持時間（DTLI）、第１負荷上昇率（DL1）、負
荷保持時間（DTHL）、第２負荷上昇率（DL2）、第３負
荷上昇率（DL3）を、図６で示した６つの着目区間にお
ける最小排出ＮＯx瞬時値マージンとの関係において修
正するためのファジィルールを示す。即ち、ＰＳ１２ル
ールテーブルでは、第１区間及び第２区間における最小
排出ＮＯx瞬時値マージンmPS(1)、mPS(2)の定性的関係
の組み合せよりDN、DTNL、LI、DTLI、DL1、DTHL、DL2、
DL3の修正量を定義している。ＰＳ２３ルールテーブル
では、第２区間及び第３区間におけるマージンmPS(2)、
mPS(3)の定性的関係の組み合せより、DTNL、LI、DTLI、
DL1、DTHL、DL2、DL3の修正量を定義している。ＰＳ３
４ルールテーブルでは、第３区間及び第４区間における
マージンmPS(3)、mPS(4)の定性的関係の組み合せより、
LI、DTLI、DL1、DTHL、DL2、DL3の修正量を定義してい
る。ＰＳ４５ルールテーブルでは、第４区間及び第５区
間におけるマージンmPS(4)、mPS(5)の定性的関係の組み
合せより、DTHL、DL2、DL3の修正量を定義している。Ｐ
Ｓ５６ルールテーブルでは、第５区間及び第６区間にお
けるマージンmPS(5)、mPS(6)の定性的関係の組み合せよ
り、DTHL、DL2、DL3の修正量を定義している。この場合
も、ルールテーブルの空白部は、上記各排出ＮＯxマー
ジンとスケジュールパラメータの因果関係が小さいか殆
ど無いことを意味する。

【００７２】蒸気タービン局部調整（ＳＴＬＴ）で用い
る排出ＮＯx調整ルールの一部分として、最小排出ＮＯx
瞬時値マージンを調整するためのＰＳルールテーブルと
最小排出ＮＯx平均値マージンを調整するためのＰＡル
ールテーブルでは、３つの修正用スケジュールパラメー
タとしての高圧バイパス弁操作速度(DAHBV)、中圧バイ
パス弁操作速度(DAIBV)、高圧加減弁第１操作速度(DAHC
V1）を、図６で示した３つの着目区間における最小排出
ＮＯx瞬時値マージン及び最小排出ＮＯx平均値マージン
との関係において修正するためのファジィルールを示
す。即ち、ＰＳ１２ルールテーブルでは、第１区間及び
第２区間における最小排出ＮＯx瞬時値マージンmPS
(1)、mPS(2)の定性的関係の組み合せよりDAHBV、DAIB
V、DAHCV1の修正量を定義している。ＰＳ２３ルールテ
ーブルでは、第２区間及び第３区間におけるマージンmP
S(2)、mPS(3)の定性的関係の組み合せより、DAHBV、DAI
BV、DAHCV1の修正量を定義している。ＰＡ１２ルールテ
ーブルでは、第１区間及び第２区間における最小排出Ｎ
Ｏx平均値マージンmPA(1)、mPA(2)の定性的関係の組み
合せよりDAHBV、DAIBV、DAHCV1の修正量を定義してい
る。ＰＡ２３ルールテーブルでは、第２区間及び第３区
間におけるマージンmPA(2)、mPA(3)の定性的関係の組み
合せより、DAHBV、DAIBV、DAHCV1の修正量を定義してい
る。

【００７３】次に、起動スケジュール修正量決定手段１
５０について説明する。本手段は、前記ファジィルール
１６０より得られたルール別結論１６１（該当するメン
バーシップ関数およびメンバーシップ値の全て）を修正
用スケジュールパラメータ毎に総合評価することによ
り、スケジュールパラメータの修正量１５１を決定す
る。

【００７４】一例として、図１１に蒸気タービン関係ス
ケジュールパラメータの修正量ＫＳの総合評価方法を示
す。本図の例では、或スケジュールパラメータについ
て、４つのルールからの結論としてメンバーシップ関数
とメンバーシップ値がそれぞれ（ＮＳ、0.6）、（Ｚ
Ｏ、0.8）、（ＰＳ、0.4）、（ＰＢ、0.2）が得られた
場合を示す。総合評価は、それぞれのメンバーシップ値
で定まる台形部の重さＷ(ｉ）と位置ＫＳ（ｉ)の重心位
置ＫＳＧで定義する。即ち、Ｗ(１)＝0.126、Ｗ(２)＝
0.096、Ｗ(３)＝0.096、Ｗ(４)＝0.09であり、ＫＳ(１)
＝−0.15、ＫＳ(２)＝0、ＫＳ(３)＝0.15、ＫＳ(４)＝
0.35であるから、ＫＳＧは次のように算出される。

【００７５】

【数４】

【００７６】従って、この起動ケジュールパラメータに
対する修正量ＫＳＧは0.0662 である。この値は次の起
動スケジュール仮定手段１１０に渡され、次式に従って
元のスケジュールパラメータを修正することにより新た
な起動スケジュールを作成する。

【００７７】

【数５】 Ｘi+1 ＝ Ｘi ＋ ＫＳＧ ・Ｘi --------------------- (5) ここで、スケジュールパラメータＸi は前回値、Ｘi+1
は修正後の値であり、ｉ＝０は初期値を意味し、予め
定めた値を用いる。

【００７８】上記方法で作成された新たな起動スケジュ
ール１１１は、再び高速予測手段５００に設定される。
このような手順を繰り返す過程で、最適性評価機能１４
０において起動スケジュールの最適性をその都度判定す
る。ここでは、次の判定条件を満足するものを最適探索
過程で得られた最適起動スケジュールとして採用する。

【００７９】

【数６】 （ｎ ＞ ｎＳ） ．ＡＮＤ ．（Min（ｔSCP（ｎ）） ----------- (6) ここで、ｎは起動探索の回数であり、ｎＳは起動過程で
全ての運転制限条件を満足すると予測された予め設定し
ておく所定回数（例えばｎＳ＝10）であり、ｔSCP
（ｎ）は上記第ｎ回目の起動ケースにおける起動所要時
間であり、その中から起動時間が最短となるものが最適
起動スケジュールとして最終的に採用される。

【００８０】以上説明した内側最適化ループを動作させ
たときのプラント動特性の予測結果と本発明の効果を図
１２に示す。本図では、起動スケジュールとして、最適
化前の２ケースと最適化後の１ケースを示す。尚、図中
の排出ＮＯxは移動平均値を示し、熱応力は高圧タービ
ンのロータ表面応力を代表して示したが、その他の着目
応力も同様な傾向を示す。ケース１では、ガスタービン
の立ち上げが早過ぎたため、排出ＮＯxが制限値を超過
し、一方、負荷上昇の後半が遅いため熱応力は制限値を
満足しているが蒸気タービン負荷の定格到達が遅れ、結
果的に起動時間が長くなっている。ケース２では、ケー
ス１と逆に、ガスタービンの立ち上げが遅いため、排出
ＮＯxは制限値を満足しているが、一方、負荷上昇の後
半が急激なため熱応力が制限値を超過し、かつ、蒸気タ
ービン負荷の定格到達が遅れ、結果的に起動時間が長く
なっている。両ケースとも、排出ＮＯxもしくは熱応力
が制限値を超過しているにもかかわらず、片方には大き
なマージンを残すというアンバランスで無駄のある起動
スケジュールとなっている。ケース３は、本発明を適用
して起動スケジュールの最適化を図った結果であり、排
出ＮＯxと熱応力の両者とも制限値を満足し、かつケー
ス１、２よりも短時間で起動を完了できることを示して
いる。ただし、この結論は内側ループすなわち高速予測
手段５００および最適運転スケジュール探索手段１００
を用いて得られたものである。これは簡略化および高速
化したモデルと評価方法を用いているとはいえ、この段
階でも、従来よりも格段に、大局的に、かつ定量的に、
運転スケジュールを、状況の変化に即応する形で示唆す
ることが出来るものであり、これで充分な場合もある。
本発明は、得られる運転スケジュールの適用信頼性をさ
らに高め、かつ即応性を損なわない為にさらに工夫を行
ったものであり、現実に直面する計算機能力の限界から
来る種々の障害を乗り越えようとするものである。

【００８１】その方策は、内側ループでの結論を即採用
するのではなく、さらに詳しいシミュレータで評価し、
さらに現実的な運転制限条件に照らして結論の妥当性を
確認し、不適合の場合には、再度条件を整え直して最適
化探索を行わせるようにしたものである。換言すれば、
内側のループで繰り返しの多い最適化探索を行わせ、外
側のループで現実を正確に反映した条件を設定して、最
終的な信頼性を高めかつ即応性も高める方式である。

【００８２】以下具体的な外側ループの構成例を示す。
第ｎ回の外側ループの繰り返し時点の運転スケジュール
１７１が提示されると、コントローラ部分４１２はこれ
を、可能な限り実機に近い制御アルゴリズムや設定内容
制御に置き換えて各種の弁等のアクチュエータモデルを
動かし、物理モデル４１１のＧＴ、ＨＲＳＧ、ＳＴ等の
可能な限り詳しい物理モデルを駆動して、プラントの熱
水力挙動をシミュレートする。

【００８３】この得られたｍ１箇の結果Ｒ１と、繰り返
しの最終段階で高速予測手段５００で得られたｍ２箇の
結果Ｒ２は、入力が同じであるにも関わらず、一般には
一致しない（図１３の（１）ａと（２）の差異がこれに
相当する）。その原因は、モデルおよび制約条件の精粗
の差異に基づく。その差異の状況は実機適用判定部４３
０（図２）で把握され、評価される。結果として、結果
Ｒ２は運転制限条件Ｌ２に入っていても、結果Ｒ１は大
きくオーバしている項目があるかも知れないし、逆に結
果Ｒ２は、ぎりぎりで、制限Ｌ２に入って入るが、結果
Ｒ１は制限Ｌ１に対して充分すぎるぐらいの余裕がある
項目がある場合もある（図１３の（１）ｂに相当す
る）。内側ループの運転制限条件Ｌ２と外側ループの運
転制限条件Ｌ１に関しては、その評価項目の種類は、制
限Ｌ１の方が現実のものを全て反映しているため多い
（ｍ１≧ｍ２）。なお、ここでは、各予測手段の評価項
目と結果とは１対１に対応する場合を想定しているが、
対応しない場合も考えられる。

【００８４】従って、実機適用判定部４３０で比較する
場合、結果Ｒ１とＲ２には、次の２種類の種別がある。

【００８５】第一の種類は、制限Ｌ１とＬ２のなかで同
じ項目が評価されており、おたがいに直接比較できるも
ので、本例ではタービン熱応力とする（図１３の場
合）。

【００８６】第二の種類は、第１の予測手段すなわち高
精度シミュレータの中では評価しているが、第２の予測
手段すなわち高速シミュレータの中では、演算時間やモ
デルの複雑さのためモデルが省略されおり、結果Ｒ１が
制限Ｌ１のみで評価されている種のもので、本例では、
図２のドラム内の水位３０６、３０７、３０８がこれに
相当するとする。

【００８７】従って、図２の総合最適化調整部４２０で
は、次回の内側ループの最適化に対する境界条件とし
て、次のケースに分けた指示を４２１として出力する機
能を持たせる。

【００８８】ケース１Ａは、ｋ番目（ｋ＝１，ｍ１）の
評価項目の結果Ｒ１（ｋ）が上記の第１の種類であっ
て、Ｌ１（ｋ）内に入っている（図１３の曲線（１）ｂ
に相当）。このとき、δＬ（ｋ）［＝Ｌ１（ｋ）−Ｒ１
（ｋ）］に対し、０＜δＬ（ｋ）＜ε（ｋ）が成立、す
なわち、あらかじめ定めた適切な余裕値ε（ｋ）を持っ
て、実際の制限値Ｌ１内に在る場合は、結果Ｒ１（ｋ）
の観点からは、なんら次回の内側最適化の境界条件を変
更する要求はしない。そして、全てのｋについてケース
１Ａとなったときが、実機適用可能な信頼性の高い解が
得られたことになる。しかし、δＬ（ｋ）≧ε（ｋ）≧
０のとき、すなわち、あまりに制限値に対して余裕が在
りすぎる場合は、この影響は、他の変数に影響を及ぼす
ので、次回の最適化に対し、大きな余裕が発生している
時間区間（ｉ）およびそれ以前の区間に対して、結果Ｒ
２の制限Ｌ２をより緩やかな方向に変更するファジィル
ールを構成する。本例では、（１）式のタービン熱応力
制限値ＳLを、第１区間から第ｉ区間まで重みをつけて
緩めることを指示する。

【００８９】ケース１Ｂは、ケース１Ａと同じ属性の結
果Ｒ１（ｋ）であるが、制限条件Ｌ１（ｋ）内に入って
いない場合である。このときは、さらに制限をオーバし
ている時間領域が、高速シミュレータの結果Ｒ２と同じ
時間区間であるか否かによって、内側ループへの指示の
やり方を変更する方式をファジイルールにいれることも
可能である。たとえば、図１３の状況（ａ）では、曲線
（１）と曲線（２）が同じ領域でピークを持っているの
で、モデルの本質的な差異は少ないと見て、次回には第
（ｉ）領域の制約条件だけをより厳しく設定する。状況
（ｂ）では曲線（１）ａの方が次の時間区間（ｉ＋１）
でピークを持っているので、モデルの誤差は比較的大き
いと見て、より感度の低い方向に、関連するゲインを設
定し、また制限条件も第（ｉ＋１）区間は緩やかに、第
（ｉ）以前の区間は厳しくして、次回の結果Ｒ２のピー
クを区間（ｉ＋１）に追い込むようにする。また、繰り
返し回数（ｎ−１、ｎ−２、．．．）毎の変化も考慮に
入れながら、δＬ（ｋ）［＝Ｌ１（ｋ）ーＲ１（ｋ）］
の評価を基に、次回の内側の最適化の境界条件を変更す
ることも有効である。状況（ｃ）では区間（ｉ−１）に
曲線（１）ａのピークがあるため、上記状況（ｂ）と全
く逆の指示を発行するように構成する。

【００９０】ケース１Ｂの例では、ケース１Ａとは逆
に、式（１）のタービン熱応力制限値ＳLを、領域にま
たがって再設定し、第１の予測シミュレータの制限条件
が全て満足される方向に第２の予測手段のモデル及び制
限条件を変更する。ただし、第１の予測手段の制限条件
は不変である。

【００９１】ケース２Ａは、ｊ番目の評価項目の結果Ｒ
１（ｊ）が上記の第二の種類であって、Ｌ１（ｊ）内に
納まっている。このとき、δＬ（ｊ）［＝Ｌ１（ｊ）ー
Ｒ１（ｊ）］に対し、０＜δＬ（ｊ）＜ε（ｊ）が成
立、すなわち、あらかじめ定めた適切な余裕値ε（ｊ）
を持って実際の制限Ｌ１内に在る場合は、結果Ｒ１
（ｊ）の観点からは、なんら次回の内側最適化の境界条
件を変更する要求はしない。しかし、δＬ（ｋ）≧ε
（ｋ）≧０、のとき、すなわち、あまりに制限値に対し
て余裕が在りすぎる場合は、次回の最適化に対しは、つ
ぎに述べるケース２Ｂの間接方法２Ａを指示する。

【００９２】ケース２Ｂは、ケース２Ａと同じ属性の結
果Ｒ１（ｊ）であるが、制限Ｌ１（ｊ）内に納まってい
ない場合である。このときは、δＬ（ｊ）［＝Ｌ１
（ｊ）ーＲ１（ｊ）］の評価は出来るが、この結果を直
接内側のループに反映する評価量を持たない。換言すれ
ば、内側のループは、モデルおよび制約条件として、結
果Ｒ１、制限Ｌ１に対応した状態のＲ２、Ｌ２を持たな
い。

【００９３】従って、次に述べる間接方法２Ｂによっ
て、内側ループの次回境界条件を与える。間接方法２Ｂ
としては、まずδ（ｊ）の発生状況とその大きさを、時
間区間（ｉ）毎に把握し、他の操作量との関わりの実体
を物理現象に関する知見から評価する。本例の具体例で
あるドラム水位で言えば、ドラム水位Ｒ１（ｊ）が時間
区間（ｉ）で急上昇し、安全上限値Ｌ１（ｊ）を越える
状況が第ｎ回の外側ループのシミュレーションで発生し
たとする。ただし、この場合は、プラントがトリップす
るシミュレーションを行うわけではない。このとき図１
４の物理現象に対する知見を活用して、この例では、時
間間隔（ｉ）以前の、第２の予測手段のＧＴの出力変化
率上限値をより小さく、また、主蒸気配管流量を増大さ
せる弁操作の最大スピード（ＣＶ弁最大開速度）をより
小さく設定するなど、内側ループの運転制限条件を変更
する。図１４の、因果関係のうちどの操作量に対する制
限値をどの程度変更するかは、ファジィ関係のマップと
ルールあるいはニューロを組み合わせた方式により、内
側ループでとった施策と同じ構成でも可能である。よ
り、簡単に "If....,then ..." というルールによる変
更でも良いし、より複雑にジェネリックアルゴリズムや
簡単な最適探索法など、参考文献、例えば、計測自動制
御学会編、「ニューロ・ファジー・ＡＩハンドブック」
オーム社、平６−５、第２編および第２編に記載の各種
方法も適用可能である。この場合でも、時間区間にわた
る挙動を、取り込んだルールの方が効果的であろう。

【００９４】ここで、間接方法２Ａとしては、上記間接
方法２Ｂと同じ考え方に基づき、丁度逆の操作を、内側
ループに指示し、高速シミュレータに、より緩やかな運
転制限条件を与える。

【００９５】この例で示したファジー理論の適用のため
の定式化では、シミュレータを繰り返して計算機上で走
らせる必要がある。得られた最適運転計画案を実際のプ
ラントに適用するには、結果の信頼度が重要なファクタ
ーである。信頼度の高い結果を得るためには、実際のプ
ラントに出来るだけ近い特性をもつ動特性シミュレータ
および運転制限の評価機能を用いることが望ましい。し
かしながら、プラント全体の動特性と運転制限条件を詳
しく扱うことの出来るシミュレータおよび評価機能を繰
り返して用いることになれば、現状の計算機でも最適解
を得るまでには多大な時間を要する。たとえば、起動時
間の短縮化を狙った運転スケジュールの最適化の問題で
は、プラントシミュレータは０％から最適運転スケジュ
ール探索手段１００％出力までの強い非線形をもつ現象
を模擬し、評価項目も各部熱応力とプラントのＮＯxや
ＣＯ2等の排ガス特性など多岐にわたるため、場合によ
っては数十分から数時間を要する場合もある。最適解に
収束するまでの繰り返し必要回数は、最適化技法や定式
化および初期想定状態等によって大きく変化するが、一
般に十数回から数十回を要することを考慮すると、実際
に適用する場合の現実的な障害となる。本発明はこの障
害を乗り越えるための構成および手段を提供するもので
ある。

【００９６】まず、第２の予測手段で用いる動特性シミ
ュレータの高速化を計るため次の方法を用いる。（１）
対象とするプラント事象に限定し特化させたモデルとす
ることでモデルの軽量化、すなわち全体の小型化を計
る、（２）評価する項目の特性に応じた簡略なモデルを
用いる。たとえば静特性で動特性を近似する等。（３）
起動／停止／負荷変化／事故時等の現象に応じて特定の
状態量の評価を省略する。

【００９７】また、プラント熱応力や排ガス特性の運転
制限条件の評価も出来るだけ高速化を計るため、簡略な
ものとすることが望ましい。熱応力の計算は比較的時間
刻み幅が大きくとれるため、詳しいモデルでも第２の予
測手段で活用できる。排ガスの計算では制御動作の簡略
化等を導入する。

【００９８】一方、第１の予測手段のなかで用いるシミ
ュレータおよび運転制限条件の評価機能は実機の特性と
運転条件に出来るかぎり近いものとして構成し、得られ
た状態量の評価が相当程度の信頼度をもって、実機に適
用可能であるレベルとする。

【００９９】この結果、第１と第２の予測手段のスピー
ドは数十倍程度あるいはそれ以上の差を持つように構成
できることになる。

【０１００】ここで、この最適化に要する計算機の所要
時間をみると、図１に示すように、中央操作室（その発
電所の運転を行う場所）からの司令を受けて、第２の予
測手段が動特性を初期時間ｔ0から終了時間ｔｆまで、
一度実行するのに要する演算時間をΔＴ２、次の最適探
索方向を決める所要時間をΔＳ２、収束するまでの回数
をＮ２とする。同様に、第１の予測手段がｔ０からｔｆ
までのシミュレーションに要する時間をΔＴ１、最適運
転スケジュール調整に必要な時間ΔＳ１、収束するまで
の回数をＮ１とする。全体としての最適化に要する時間
は、次式となる。

【０１０１】Ｔｎｅｗ＝（Ｎ２（ΔＴ２＋ΔＳ２）＋
（ΔＴ１＋ΔＳ１））Ｎ１ 一方、本発明に依る階層構造をとらず、詳細な第１の予
測手段に対して、最適化を直接実施したとすると、その
所要時間は、次式となる。

【０１０２】 Ｔｏｌｄ＝Ｎ２ａ（ΔＴ１ ＋ ΔＳ２ａ） ここで、ΔＳ２ａ：より多いパラメータについて探索す
る必要があるため、ΔＳ２よりも大きい（ΔＳ２ａ≧Δ
Ｓ２）。

【０１０３】Ｎ２ａ ：より多いパラメータについて繰
り返す必要があるため、Ｎ２よりも大きい（Ｎ２ａ≧Ｎ
２）。

【０１０４】よって、本発明のメリットを享受できるの
は、Ｔｎｅｗ＜Ｔｏｌｄの場合である。言い換えれば、
速度比（＝ΔＴ１/ΔＴ2)が十分大きく、かつ外側ルー
プの最適化調整に要する所要回数Ｎ２が小さいほど、有
効である。

【０１０５】通常はΔＴ２は、使用するモデルの扱う機
器の範囲の拡大、対象とする事象の広範囲化、現象の複
雑さの増大等によって、大きくなりがちであるので、目
的や事象を限定し、小規模なものを多種準備して、これ
に応じて選択的に用いることが望ましい。一方、第１の
予測手段は、検証の役割を担うので、ある程度時間がか
かっても現実の状況を正確に表現したものがよく、その
正確な情報を、効率よく内側ループに伝えて、少ない最
適化回数で、全体を収束させることが肝要で、ここでも
ファジイ推論やニューロなどは有効な手法である。

【０１０６】以上の例は、最適化の手法として主として
ファジー理論を適用して実現した例であるが、他にもニ
ューロや最大傾斜法などに示される各種の技法が適用で
きるものであり、適用する最適化技法とそのための問題
の定式化によって、本発明の適用範囲が影響を受けるも
のではない。

【０１０７】以上述べた本発明の実施の形態では、複合
サイクル発電プラントを対象として具体的に説明し、蒸
気タービン及び排熱回収ボイラヘッダの熱応力と排出Ｎ
Ｏxを運転制限要因として扱ったが、適用プラントの特
質に応じて、他の要因、例えば、蒸気タービンのロータ
とケーシングの延び差、排熱回収ボイラのドラム等の他
の部位の熱応力、排出ＳＯxやＣＯ2などである。また、
熱応力を必ずしも予測しなくても、蒸気温度やメタル温
度の変化率や変化幅などを、間接的な制限値管理とする
ことも本発明の本質を変えることなく実施できることは
明らかである。

【０１０８】さらに、本発明の実施の形態では、最適化
の過程で修正対象とする起動スケジュールパラメータを
ガスタービン関係で８個、蒸気タービン関係で４個とし
たが、必ずしもこれらに限定する必要はなく、図４に示
した他のパラメータ、例えば、加減弁の開操作タイミン
グ条件や蒸気圧力制御用設定値など、プラントの起動パ
ターンを規定するパラメータであれば本発明は基本原理
を変えることなく実施できることは明らかである。

【０１０９】また、本発明の実施の形態では、起動スケ
ジュールの最適性を判断するに当たり、熱応力や排出Ｎ
Ｏxを制限条件とした起動所要時間のみで評価したが、
起動に伴うエネルギー損失や機器寿命消費量も起動所要
時間と共に加重評価する方式とし、季節や時間帯など電
力需要や環境条件からくる必要性に応じて加重値を変更
することにより、柔軟に起動スケジュールを作成するこ
とも本発明を適用すれば容易に実現できる。

【０１１０】また、本発明の実施の形態では、中央給電
指令所から指令される起動完了時刻を正確に守り、かつ
最短時間の起動スケジュールを作成できるが、中央給電
指令所から指令される起動完了時刻の代りに、ガスター
ビン点火時刻、負荷併入時刻、目標負荷到達時刻などで
あっても、基準時刻をシフトするのみで本発明の原理を
変えることなく実施できることは明らかである。さら
に、実際にプラントが起動開始後、中央給電指令所から
の指令により起動完了時刻が変更される場合や、起動中
のプラント異常によりガスタービンの速度保持や負荷保
持が発生し、その後、異常復旧して起動を続行する場合
の再スケジューリングによる最適化も本発明によると、
動特性モデルを用いて容易に実施することができる。

【０１１１】本発明の主要部をなす運転制御システム１
０００は、本実施の形態で説明したように、実プラント
の運転制御システム用として利用するのみでなく、その
他、種々の活用が可能である。例えば、プラント基本運
用方式設計時のエンジニアリングツール、プラント設計
時の各種エンジニアリングツール、運転訓練用シミュレ
ータ、マイナ制御系設計及びチューニング用，或は起動
試験を支援する基本方式である。プラント基本運用方式
設計時のエンジニアリングツールとしては、プラントの
動特性を考慮した無理のない運転方法や長期にわたる運
用計画の策定などに利用できる。プラント設計時のエン
ジニアリングツールとしては、シミュレーションによ
り、機器の構造や強度、容量、材質などに関する極限設
計をコスト、安全性、環境適合性、制御性を勘案して実
施できる。また、運転訓練用として利用すると、起動ス
ケジュールとプラント動特性の関連性を理解しながら異
常時や緊急時における迅速かつ適切な操作方法について
シミュレータを用いて習得することができる。マイナ制
御系設計及びチューニング用として利用すると、最適運
転スケジュールを実行するときに、ドラムレベル制御系
や蒸気温度制御系などのマイナ制御系を適切に設計し、
それらの制御パラメータを事前にチューニングすること
が可能となる。

【０１１２】さらに、図２の第１の予測手段４１０の高
精度シミュレータそのものを実機プラント３００で置き
換えたシステムに拡張する事により、現地での度重なる
起動試験を次々と学習する形で、最適化が行え、調整作
業工数を大幅に削減できる。

【０１１３】また、本発明の実施の形態では、火力発電
プラント運転制御システムを、主に、ボイラと蒸気ター
ビンから成る通常の火力発電プラントとガスタービンと
排熱回収ボイラと蒸気タービンから成る複合サイクル発
電プラントへの適用について説明したが、ガスタービン
用燃料を生成するための石炭ガス化炉を有するガス化複
合サイクル発電プラントや、通常のバーナの代りに流動
層の中で石炭を燃焼させるボイラを用いた常圧あるいは
加圧流動層ボイラ発電プラントにおいても、本発明の基
本原理を変えることなく容易に実施できる。

【０１１４】本発明はその他の発電プラント、例えば、
ボイラ、蒸気タービン、発電機から成る通常の発電プラ
ントや、石炭ガス化発電プラント、常圧あるいは加圧流
動層ボイラ発電プラントにも適用可能なことは勿論であ
る。また、使用燃料としても、石炭、石油、ＬＮＧなど
を限定しないことも明らかである。

【０１１５】さらには、火力発電にとどまらず、一層複
雑な原子力発電プラントに対しても、参考文献、例え
ば、秋山著「原子プラント工学」、コロナ社、昭５４、
第３章に記載のような核的なモデルやそれに伴う制限条
件を適切に与えれば全く同様に本発明を適用できる。

【０１１６】たとえば沸騰水型原子力発電所は、原子炉
圧力容器及び格納容器、及び発生した蒸気を回転エネル
ギーに換える蒸気タービン、および蒸気を復水する復水
器、復水を原子炉に戻す給水系、発電機おゆび出力をコ
ントロールする再循環系などから構成されており、運転
制限条件として、すくなくとも、核反応ぺリオド、制御
棒の移動速度、核反応出力変化速度、全燃料棒の被覆管
の耐性限界値、炉水水素発生濃度、炉水酸素濃度、再循
環ポンプ流量変化速度、原子炉圧力と変化率、原子炉圧
力容器の温度変化率、浄化系の流量と温度、主塞止弁前
後差圧と温度差、蒸気タービンのロータ内外熱応力およ
び、および湿分分離器内水位変化幅、主蒸気配管熱応
力、原子炉水位変化幅、最大給水流量、主蒸気系制御弁
及び止め弁の開閉速度、主蒸気最大圧力値、給水加熱器
管内最大流速、復水器温排水温度変化幅、の全てあるい
は一部が、それぞれの規定範囲内に入るように起動時間
の短縮化や高経済運転法の達成などを目的にしたプラン
トの運転計画の作成に有用である。

【０１１７】また、加圧水型原子力発電所で言えば、原
子炉圧力容器及び格納容器、蒸気発生器、蒸気タービ
ン、復水器、復水を蒸気発生器に戻す給水系、および発
電機などから構成され、運転制限条件として、すくなく
とも、核反応ぺリオド、制御棒の移動速度、ほう酸水注
入出流量、核反応出力変化速度、全燃料棒の被覆管の耐
性限界値、炉水水素発生濃度、炉水酸素濃度、一次冷却
材ポンプ流量変化速度、原子炉及び蒸気発生器の圧力と
変化率、原子炉圧力容器の温度変化率、浄化系の流量と
温度、主塞止弁前後差圧と温度差、蒸気タービンのロー
タ内外熱応力、給水加熱器内水位変化幅、一次低温側お
よび高温側配管熱応力、主蒸気配管熱応力、蒸気発生器
内水位変化幅、最大給水流量、主蒸気系制御弁及び止め
弁の開閉速度、主蒸気最大圧力値、給水加熱器管内最大
流速、復水器温排水温度変化幅、の全てあるいは一部
が、それぞれの規定範囲内に入るようにしながら、起動
時間の短縮化、高経済運用を目的としたプラント運転計
画作成装置としても拡張可能である。

【０１１８】以上述べたように、本発明に依れば、発電
システムなど、正面から取り組むにはあまりに複雑で、
大規模なシステムの運用計画、制御方式策定、緊急対応
処置の最適化にさいして、高精度と高速型の二種類のシ
ミュレータを、それぞれ外側（上位）と内側（下位）に
配し、内側ループ最適化と外側ループ最適化を、適切な
最適化手法の選択と負荷の配分によって達成することが
できる。

【０１１９】

【発明の効果】本発明の第１の効果は、発電プラントの
運転制御システムにおいて、機器寿命や排出ＮＯ_Xなど
運転制限条件や環境規制値を同時に満しながら起動時間
の最短化、停止時間の最短化、負荷変化の即応化、事故
時処置の安定化を図る最適運転スケジュールの自動作成
と実行を現実的な計算機の能力を限界を考慮しつつ、実
現できることにある。これにより、運用計画者や、運転
員の負担が大幅に軽減されると共に、軌道時間などの短
縮に伴うエネルギー損失も低減できるための発電プラン
トの運用コストを大幅に低減できる。

【０１２０】本発明の第２の効果は、発電プラントの起
動試験過程において、機器寿命や排出ＮＯxなど運転制
限条件や環境規制値を同時に満しながら起動時間の最短
化、停止時間の最短化、負荷変化の即応化、事故時処置
の安定化を図る最適運転スケジュールの現地調整の迅速
化を可能にできることである。これにより、運転員や設
計者の負担が大幅に軽減されるとともに、起動試験時の
調整の短縮に伴うエネルギー損失も低減できる。

【０１２１】本発明の第３の効果は、発電プラントの運
転制御システムにおいて、機器寿命や排出ＮＯxなど運
転制限条件や環境規制値を同時に満しながら、中央給電
指令所から指定される時刻通りに起動や停止を完了でき
ることにある。これにより、電力需要の変動に伴い発電
プラントの頻繁な起動停止が必要となる電力系統への安
定かつ正確な電力供給が可能となる。

【０１２２】本発明の第４の効果は、発電プラントの運
転制御システムにおいて、プラント起動中に運転制限値
が変更されたり、中央給電指令所より起動／停止の完了
指定時刻が変更されたり、異常復旧後や緊急時に再スケ
ジューリングが必要となる場合でも、最適な起動／停止
スケジュールを自動生成し、これを実行することが可能
なことである。これにより、柔軟かつ安全なプラント運
用及び電力系統の運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本構成を説明した処理フロー図で
ある。

【図２】 本発明の実施の形態である複合サイクル発電
プラントの起動制御システムの基本構成と機器構成を示
すブロック図である。

【図３】 本発明の内側ループの起動スケジュール最適
化手段の基本的考え方を示す概念図である。

【図４】 プラント起動過程と起動スケジュールパラメ
ータの関係を示す（内側ループ）説明図である。

【図５】 タービン熱応力特性評価方式を示すグラフで
ある。

【図６】 排出ＮＯx特性評価方式を示すグラフであ
る。

【図７】 起動スケジュール最適化のためのファジィル
ールと修正用スケジュールパラメータの関係を示す（内
側ループ）説明図である。

【図８】 ファジィルールで使用するメンバーシップ関
数を示す（内側ループ）説明図である。

【図９】 ファジィルールの全体構成を示す（内側ルー
プ）説明図である。

【図１０】 蒸気タービン主計画（ＳＴＰＳ）で用いる
タービン熱応力調整ルールの一部を示す（内側ループ）
説明図である。

【図１１】 起動スケジュール修正量の決定方法を示す
説明図である。

【図１２】 本発明を適用した複合サイクル発電プラン
ト起動制御システムの内側ループの動作結果とその効果
を示す説明図である。

【図１３】 第１の予測手段（外側ループ）と第２の予
測手段（内側ループ）の結果と制限条件の比較のための
説明図である。

【図１４】 第２の予測手段（内側ループ）に修正量を
指示するための物理現象に対する知見の一例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０…運転計画者、１００…最適運転スケジュール探索
手段、１２０…運転時特性評価機能、１２２…タービン
熱応力特性評価機能、１２３…ボイラ熱応力特性評価機
能、１２４…排出ＮＯx特性評価機能、１２５…起動所
要時間評価機能、１４０…最適性評価機能、１５０…起
動スケジュール修正手段、１６０…ファジィルール、１
７０…起動スケジュール設定手段、１８０…起動スケジ
ュール表示手段、２００…機器制御システム、３００…
複合サイクル発電プラント、３１０…排熱回収ボイラ設
備、３２０…ガスタービン設備、３３０…蒸気タービン
設備、４００…最適運転適用調整手段、４１０…最適運
転適用調整手段、４１１…物理モデル、４１２…コント
ローラ部分、４２０…総合最適化調整部、４３０…実機
適用判定部、５００…高速予測手段、５３２…動特性モ
デル、５３３…バスタービンモデル、５３４…ボイラモ
デル、５３５…蒸気タービンモデル、…１０００…運転
制御システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−302318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−200100（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−94010（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−196793（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−120364（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 13/02 - 13/04

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラントの運転計画を立案し、提示する装
   置において、 操作設定に対するプラント状態の予測精度が高い動特性
   シミュレータと、実機の運転制限条件を詳しく評価する
   機能とを備えた第１の予測手段と、 操作設定に対するプラント状態の予測スピードがより速
   い動特性シミュレータと、運転制限条件をより高速で評
   価する機能とを備えた第２の予測手段と、 前記第２の予測手段を用いて、起動時、停止時、負荷変
   化時、事故時の少なくとも１つの事象に関し、プラント
   の運転の最適操作設定内容を自動的に探索する最適探索
   手段と、 前記最適探索手段により得られた最適操作設定内容を前
   記第１の予測手段に入力して得られた結果と前記最適操
   作設定内容での前記第２の予測手段の結果との差異を評
   価し、前記第２の予測手段に対して、運転制限条件の修
   正、および／または、動特性シミュレータのモデルと入
   力定数の修正、および／または、操作設定内容の変更を
   指示し、再度、前記最適探索手段に最適化を実施させる
   という一連の手順を、前記第１の予測手段の結果が実機
   の運転制限条件を満足するまで繰り返す機能を持つ最適
   運転適用調整手段と、 を備えることを特徴とするプラント運転計画作成装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、 前記第２の予測手段のなかで用いる動特性シミュレータ
   および運転制限条件の評価機能を、最適化を行う事象お
   よび最適化の目標に応じた種類だけ用意し、そのいずれ
   かを選択的に用いる、 ことを特徴とするプラント運転計画作成装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の装置において、 最適化を行う事象、および／または、最適化の目標に応
   じて、前記最適探索手段を複数用意し、そのいずれかを
   選択的に用いる、 ことを特徴とするプラント運転計画作成装置。
4. 【請求項４】請求項１、２および３のうちのいずれか１
   項に記載の装置において、 最適化を行う事象、および／または、最適化の目標に応
   じて、前記最適運転適用調整手段を複数用意し、そのい
   ずれかを選択的に用いる、 ことを特徴とするプラント運転計画作成装置。
5. 【請求項５】請求項１、２、３および４のうちのいずれ
   か１項に記載の装置において、 前記プラントは、ガスタービン、ガスタービンの排気ガ
   ス熱により蒸気を発生するボイラ、発生した蒸気を回転
   エネルギーに換える蒸気タービン、蒸気を復水してボイ
   ラに戻す復水器、および発電機を備え、前記運転制限条
   件として、蒸気タービンの熱応力およびプラント排ガス
   成分およびボイラ配管熱応力およびガスタービンへの燃
   料供給量変化率、ガスタービン回転速度変化率、ガスタ
   ービンパージ運転時間、ガスタービン回転数保持レベル
   と保持時間、ガスタービン負荷変化率、蒸気ドラム内水
   位変動幅、最大給水流量、主蒸気系制御弁および止め弁
   の開閉速度、主蒸気最大圧力値、主蒸気温度変化幅、復
   水器温排水温度変化幅、の少なくとも一部がそれぞれの
   範囲に入るようにした、 ことを特徴とするプラント運転計画作成装置。
6. 【請求項６】請求項１、２、３および４のうちのいずれ
   か１項に記載の装置において、 前記プラントは、ガスタービン、石炭の燃焼にともなう
   生成ガスをガスタービンに燃料として供給する火炉、ガ
   スタービンの排気ガス熱により蒸気を発生するボイラ、
   発生した蒸気を回転エネルギーに換える蒸気タービン、
   蒸気を復水してボイラに戻す復水器、および発電機を備
   え、前記運転制限条件として、火炉生成ガスの体積流量
   および温度の変化幅と変化率、蒸気タービンのロータ内
   外熱応力およびプラント排ガス成分、ガスタービン回転
   速度変化率、ガスタービンパージ運転時間、ガスタービ
   ン回転数保持レベルと保持時間、ガスタービン負荷変化
   率、ボイラ配管熱応力蒸気ドラム内水位変動幅、最大給
   水流量、主蒸気系制御弁および止め弁の開閉速度、主蒸
   気最大圧力値、主蒸気温度変化幅、復水器温排水温度変
   化幅、の少なくとも一部がそれぞれの規定範囲に入るよ
   うにした、 ことを特徴とするプラント運転計画作成装置。
7. 【請求項７】請求項１、２、３および４のうちのいずれ
   か１項に記載の装置において、 前記プラントは、沸騰水型原子炉および格納容器、発生
   した蒸気を回転エネルギーに換える蒸気タービン、蒸気
   を復水する復水器、復水を原子炉に戻す給水系、および
   発電機を備え、前記運転制限条件として、核反応ぺリオ
   ド、制御棒の移動速度、核反応出力変化速度、全燃料棒
   の被覆菅の耐性限界値、炉水水素発生濃度、炉水酸素濃
   度、再循環ポンプ流量変化速度、原子炉圧力と変化率、
   原子炉圧力容器の温度変化率、浄化系の流量と温度、主
   塞止弁前後差圧と温度差、蒸気タービンのロータ内外熱
   応力、湿分分離器内水位変化幅、主蒸気配管熱応力、原
   子炉水位変化幅、最大給水流量、主蒸気系制御弁および
   止め弁の開閉速度、主蒸気最大圧力値、給水加熱器管内
   最大流速、復水器温排水温度変化幅、の少なくとも一部
   がそれぞれの規定範囲に入るようにした、 ことを特徴とするプラント運転計画作成装置。
8. 【請求項８】請求項１、２、３および４のうちのいずれ
   か１項に記載の装置において、 前記プラントは、加圧水型原子炉圧力容器、格納容器、
   蒸気発生器、蒸気タービン、復水器、復水を蒸気発生器
   に戻す給水系、および発電機を備え、前記運転制限条件
   として、核反応ぺリオド、制御棒の移動速度、ほう素水
   注入出流量、核反応出力変化速度、全燃料棒の被覆菅の
   耐性限界値、炉水水素発生濃度、炉水酸素濃度、一次冷
   却材ポンプ流量変化速度、原子炉および蒸気発生器の圧
   力と変化率、原子炉圧力容器の温度変化率、浄化系の流
   量と温度、主塞止弁前後差圧と温度差、蒸気タービンの
   ロータ内外熱応力、給水加熱器内水位変化幅、一次低温
   側および高温側配管熱応力、主蒸気配管熱応力、蒸気発
   生器内水位変化幅、最大給水流量、主蒸気系制御弁およ
   び止め弁の開閉速度、主蒸気最大圧力値、給水加熱器管
   内最大流速、復水器温排水温度変化幅、の少なくとも一
   部がそれぞれの規定範囲に入るようにした、 ことを特徴とするプラント運転計画作成装置。
9. 【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６、７および
   ８のうちのいずれか１項に記載の装置において、 前記第２の予測手段は、 プラントの運転スケジュールを予め想定するため運転ス
   ケジュール仮定手段と、 前記運転スケジュールにしたがってプラントを運転した
   と仮定したときの運転特性を予測する高速予測手段と、 前記高速予測手段により得られる運転特性を運転制限条
   件と比較して評価する運転特性評価手段と、 前記運転特性評価手段により得られる運転特性評価結果
   に基づいて、より良好な運転特性を得るために前記仮定
   された運転スケジュールを修正するための運転スケジュ
   ール修正手段と、 前記運転スケジュール仮定、プラント運転特性予測、運
   転特性評価、運転スケジュール修正を繰り返す過程で運
   転スケジュールが最適値に収束したか否かを判定するた
   めの最適性判定手段と、 得られた最適運転スケジュールを前記最適操作設定内容
   として機器制御システムに設定するための運転スケジュ
   ール設定手段と、 前記運転スケジュールを表示装置を介して運転員に提示
   するための運転スケジュール表示手段と、 を有することを特徴とするプラント運転計画作成装置。
10. 【請求項１０】操作設定に対するプラント状態の予測精
    度が高い動特性シミュレーションと、実機の運転制限条
    件を詳しく評価する機能とを備えた第１の予測手段と、 操作設定に対するプラント状態の予測スピードがより速
    い動特性シミュレータと、運転条件をより高速で評価す
    る機能とを備えた第２の予測手段と、 を用いて、プラントの運転計画を立案し、提示する方法
    であって、 (ａ１)起動時、停止時、負荷変化時、事故時の少なくと
    も１つの事象に関し、初期条件に応じた初期想定の運転
    スケジュールを前記第２の予測手段に入力して、プラン
    トの動特性を予測し、 (ａ２)前記予測されたプラントの動特性を運転制限条件
    に照らして評価し、 (ａ３)前記評価結果が運転制限条件を満足しない場合に
    は前記運転スケジュールを修正して、工程(ａ１)に戻
    り、 (ａ４)前記評価結果が運転制限条件を満足する場合に
    は、前記運転スケジュールをプラント運転の最適操作設
    定内容として、次の工程(ｂ１)に進み、 (ｂ１)前記最適操作設定内容を前記第１の予測手段に入
    力してプラントの動特性を予測し、 (ｂ２)前記予測されたプラントの動特性を実機の運転条
    件に照らして評価し、 (ｂ３)前記評価結果が運転制限条件を満足しないと判定
    されたとき、工程(ｂ２)で得られた評価結果と、前記最
    適操作設定内容に対して工程(ｂ２)で得られた評価結果
    との差異に基づき、該差異が小さくなる方向へ、前記第
    ２の予測手段に関する運転制限条件の修正、および／ま
    たは、動特性シミュレータのモデルと入力定数の修正、
    および／または、操作設定内容の修正を行い、工程(ａ
    １)に戻り、 (ｂ４)工程(ｂ２)で評価結果が実機の運転制限条件を満
    足したと判定されたとき、当該最適操作設定内容を最終
    的な実機の操作設定内容とする、 ことを特徴とするプラント運転計画作成方法。