JP3374108B2 - プロセス制御装置および方法 - 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、例えば火力発電プ
ラントなどに適用され、プロセスの将来の状態を予測
し、その予測結果に基づいて操作量を決定してプロセス
を制御するプロセス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プロセスの応答特性として、応答時間遅
れが大きいものがある。例えば火力発電プラントでは、
燃料投入量に変更を加えてから主蒸気温度が変化するま
での時間が長く、その時定数は数分〜２０分程度であ
る。応答時間遅れが大きい系は、通常のフィードバック
制御のみによる制御偏差（主蒸気温度偏差）の改善には
限界があった。

【０００３】これに対して、将来のプロセス状態を事前
に予測し、その予測値に基づいて操作量を決定する予測
制御方法がある。予測制御方法には、例えば以下の文献
に開示された従来技術が知られている。

【０００４】(1)特開平9-274507号公報 (2)特開平11-085214号公報 (3)特開平11-007307号公報 このうち、上記従来技術(1)には、物理式に基づく複数
の集中定数化モデルとむだ時間モデルによりプロセスモ
デルを構成して、入力変数を状態観測器により推定し、
プロセス量の将来値を計算する方法が開示されている。
上記従来技術(2)には、制御対象のプロセスの無駄時間
を無視したモデルを構成し、このモデルにフィードフォ
ワード信号を入力してプロセス量の将来値を計算する方
法が開示されている。上記従来技術(3)には、状態観測
器で得られたプロセス量の現在値と、未来の外乱量とを
モデル予測器に入力し、プロセス量の将来値を計算する
方法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、応答時間遅れ
の大きいプロセスの将来値を予測する場合、プロセス量
の将来値の予測精度が低下してプロセスの制御性能が低
下することがある。これは、プロセス量の将来値を計算
するために用いる操作量を予測しないため、プロセス量
と操作量との閉ループシステムにおいて誤差が増大した
ことが原因である。

【０００６】これに対して、上記従来技術(1)〜(3)に
は、制御対象とすべきプロセス量（制御量）の将来値の
計算手段、あるいは将来値の予測精度を向上させるため
の調整手段は記載されているが、操作量の将来値の計算
手段、あるいは操作量の将来値の予測精度を向上させる
ための手段に関しては記載されていない。これは、上記
従来技術において予測時間は数秒から数分であり、操作
量は単純な応答波形であらわされることを仮定している
ためである。

【０００７】例えば、火力発電プラントでは、蒸気温度
を制御するための操作量として燃料流量と蒸気温度減温
器のスプレ水流量などがある。このとき、蒸気温度の応
答波形を周波数分析などによって解析すると、数分から
２０分周期の温度変化は燃料流量に起因するが、５秒か
ら１分周期での温度変化はスプレ水の流量に起因してい
ることがわかる。スプレ水流量制御システムは比例積分
制御器、非線型関数、スイッチ等を組み合わせた制御系
であり、スプレ水の流量は蒸気温度に対して複雑な応答
を示す。そのため、操作量を単純な応答波形と仮定した
従来技術では、スプレ水流量の将来値における誤差が数
分から２０分先における蒸気温度の予測誤差となり制御
性能が低下する。

【０００８】本発明の目的は、応答時間遅れが数分から
２０分と長いプロセス量を精度良く制御することができ
るプロセス制御装置及び方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の手段は、制御対象とすべき制御量の将来値を
予測する予測手段と、この予測手段による予測結果に基
づいて所定の制御を実行する制御手段とを備えたプロセ
ス制御装置において、前記予測手段によって予測された
将来値に基づいて各プロセスの操作量を決定する操作量
算出手段を備え、前記予測手段は、前記予測した制御量
の将来値から前記制御手段の出力である操作量の将来値
を時系列に予測し、操作量の将来値の時系列データに基
づき操作量修正値を前記操作量算出手段に出力するよう
に構成した。

【００１０】この場合、前記操作量算出手段は、前記操
作量の将来値に加え、前記予測手段が予測した前記制御
量の将来値とから操作量の補正値を決定するように構成
することもできる。また、前記予測手段は前記操作量の
将来値を予測し、前記操作量算出手段は予測された将来
値を用いて複数の操作量の補正値を決定するように構成
することもできる。

【００１１】第２の手段は、火力発電プラントの蒸気温
度、前記プラントの燃料流量、蒸気温度減温器スプレ流
量、再循環ガス流量およびガス分配ダンパの少なくとも
１つの将来値を予測する予測手段と、前記プラントの蒸
気温度の計測値に基づいて前記プラントの燃料流量、蒸
気温度減温器スプレ流量、再循環ガス流量およびガス分
配ダンパの少なくとも１つを操作量として決定する少な
くとも１つの操作量算出手段とを有し、前記予測手段
は、燃料流量、蒸気温度減温器スプレ流量、再循環ガス
流量及びガス分配ダンパの少なくとも１つの将来値を予
測し、前記操作量算出手段は、前記予測手段によって予
測された前記少なくとも１つの将来値から前記操作量の
うち少なくとも１つの補正値を決定するように構成し
た。

【００１２】この場合、前記予測手段は、前記少なくと
も１つの将来値と、前記蒸気温度の将来値とを予測し、
前記操作量算出手段は、前記少なくとも２つの将来値か
ら前記操作量のうち少なくとも１つの補正値を決定する
ように構成することもできる。

【００１３】また、前記予測手段を複数設け、前記予測
手段は、それぞれ予測時刻及び予測周期のうち少なくと
も一方が異なる複数の操作量の予測値を演算して出力
し、前記複数の予測手段は、プロセス量の複数の将来値
を予測し、前記操作量算出手段は、前記予測された将来
値に基づいて前記操作量のうちの少なくとも１つの補正
値を決定するように構成してもよい。

【００１４】また、前記予測手段の少なくとも１つは次
回予測時刻におけるプロセス量の将来値を予測するよう
にしたり、前記予測手段は実機制御コントローラにおけ
る操作量の計測値を時系列信号として記録し、将来値計
算時には前記操作量の時系列信号を予測値として出力
し、前記操作量算出手段は、前記予測された将来値に基
づいて操作量の補正値を決定するようにすることもでき
る。

【００１５】なお、これらの場合、前記将来値は、燃料
投入量に変更を加えてから主蒸気温度が変化するまでに
対応する時間経過に基づく予測値である。

【００１６】第３の手段は、制御対象とすべき制御量の
将来値を予測し、予測された将来値に基づいて所定の制
御を実行するプロセス制御方法において、前記予測した
制御量の将来値から制御手段の出力である操作量の将来
値を時系列に予測し、予測された操作量の将来値の時系
列データに基づき操作量の補正値を決定するように構成
した。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。

【００１８】１．第１の実施形態 この第１の実施の形態は、本発明を火力発電プラントの
蒸気温度予測制御に適用した例である。以下、図を参照
して説明する。

【００１９】１．１ 石炭焚き火力発電プラントの概略
構成 本実施形態に係る石炭焚き火力発電プラント１００の基
本構成の一例を図２に示す。同図において、石炭焚き火
力発電プラント１００においては、ボイラ１５０で燃料
と空気をバーナー１６０に供給して燃焼させ、給水ポン
プ１４０により循環する供給水を火炉水壁１５２で蒸発
させる。さらに過熱器１５４で昇温して過熱状態となっ
た蒸気はタービン加減弁１２１を介して高圧タービン１
３０に導かれて高圧タービン１３０を駆動する。高圧タ
ービン１３０を通過した蒸気は再熱器１５６で再び昇温
されて低圧タービン１２０に入る。このようにして高圧
タービン１３０及び低圧タービン１２０に導入された蒸
気によって高圧タービン１３０及び低圧タービン１２０
を回転させ、この回転により発電機１１０で電力を発生
させる。

【００２０】以降、高圧タービン１３０入口の蒸気を主
蒸気、低圧タービン１２０入口の蒸気を再熱蒸気と称す
る。主蒸気及び再熱蒸気の温度を制御する目的で、過熱
器１５４と再熱器１５６の入口に過熱器減温器１５４a
と再熱器減温器１５６aがある。減温器１５４a，１５６
aには給水ポンプ１４０通過後の低温の水が導かれ、減
温器スプレ水量調節弁１５４b及び１５６bをそれぞれ介
して高温の蒸気中に注入する構造になっている。再熱器
減温器１５６aは非常用であり、再熱蒸気温度が設定値
を超えた場合にのみ作動する。

【００２１】ボイラ１５０には燃焼ガスを再循環させる
ためのガス再循環ファン１４２が設けられており、これ
も蒸気温度を調整する手段の一つとなっている。また、
プラントによっては過熱器と再熱器との間に隔壁を設け
てガスの流路を二分し、それぞれのガス流量の配分を調
整するガス分配ダンパが設けられている場合もある。こ
の場合は、ガス分配ダンパも蒸気温度の調整手段とな
る。

【００２２】火力発電プラントには、上記構成機器の他
にもタービンを駆動後の蒸気を冷却水１２６により冷却
する復水器１２５や燃焼排ガス処理装置１７０などの機
器もある。排ガス処理装置１７０を通過したガスは煙突
１７５から大気へ放出される。

【００２３】１．２ 制御構成 １．２．１ 検出装置 プラント１００の運転状態は、発電機出力測定器１１
１、主蒸気温度（過熱器出口蒸気温度）測定器１２２、
過熱器入口蒸気温度測定器１２７、主蒸気圧力測定器１
２３、再熱蒸気（再熱器出口蒸気温度）温度測定器１２
４、再熱器入口蒸気温度測定器１２４a等のデータ測定
装置で計測され、運転制御装置３００へ伝送される。プ
ラントには、この他にも種々のプロセス量を計測するた
めの装置が取り付けられており、それらによる計測値も
運転制御装置３００で取込んでいる。ここでは、それら
の詳細な説明は省略する。

【００２４】１．２．２ 制御装置 １．２．２．１ 概略 運転制御装置３００はこれらのプロセスデータを基にし
て、プラントの運転状態を把握し、プラントが望ましい
状態になるように燃料流量調節弁１６２、空気流量調節
弁１６１、タービン加減弁１２１、給水ポンプ１４０な
どの機器を制御している。

【００２５】火力プラントでは蒸気温度のように、応答
時間が比較的長い制御量があり、この制御は一般に難し
いとされている。そこで、主蒸気温度の制御に、本発明
の特徴である予測制御技術を適用する。 予測制御の目
的は、時定数が大きく、応答が遅いプロセス値に対して
その将来の挙動を予測し、先行的に操作量を決定するこ
とにより、制御精度を向上させることである。

【００２６】運転制御装置３００の機能構成を説明す
る。図３に示すように、マスタ制御部３７０とそれに基
づくサブループ制御部３９０とで構成されている。マス
タ制御部３７０は通常制御コントローラ３７５と、本発
明を適用している蒸気温度予測制御コントローラ３８０
とに分かれている。マスタ制御部３７０では、負荷指令
信号に基づく各種操作量指令信号を作成し、その値に蒸
気温度、蒸気圧力、ガスＯ₂濃度などの測定値に基づく
補正を加えて操作量を決定する。

【００２７】サブループ制御部３９０には、タービン制
御コントローラ３９１、給水ポンプコントローラ３９
２、燃料流量調節弁コントローラ３９３、押込みファン
コントローラ（空気制御コントローラ）３９４、誘引フ
ァンコントローラ（排ガス制御コントローラ）３９５、
スプレ流量コントローラ３９６、ガス再循環流量コント
ローラ３９７がある。 これらのコントローラは互いに
信号伝送ネットワーク４００に接続されており、信号の
授受が可能である。サブループ制御部３９０の各コント
ローラからの出力は、プラント１００の各アクチュエー
タ１０１に送られ、機器を操作する。

【００２８】運転制御装置３００は図４に示すハードウ
エア構成になっている。すなわち、運転制御装置３００
は、外部入力インターフェイス３０１及び出力インター
フェイス３０２を介して信号伝送ネットワーク４００と
接続されている。運転制御装置３００は、さらに、演算
部３０４と記憶部３０４とを備え、受信した信号を必要
に応じて記憶装置３０３にストアしながら、演算処理装
置３０４にて各種指令信号を演算・生成する。指令信号
は出力インターフェイス３０２を介して制御対象へ送ら
れる。

【００２９】外部入力インターフェイス３０１にはキー
ボード９３０とマウス９４０とから成る外部入力装置９
００及びデータ記憶装置５００が接続されている。また
出力インターフェイス３０２には画像表示装置（ＣＲ
Ｔ）９１０と磁気ディスク装置９５０が接続されてお
り、運転員とのインターフェイスとして機能する。

【００３０】１．２．２．２ マスタ制御部 次に本発明を適用したマスタ制御部３７０について、図
１を用いて説明する。

【００３１】通常制御コントローラ３７５は数多くの制
御器を備えるが、ここでは制御量yを制御する代表的な
制御器として第１の制御器２０１と第２の制御器２０２
を示した。なお、本実施形態においてu1は燃料流量指
令、u2は減温器スプレ水流量指令に対応する。またyは
制御量であり蒸気温度に対応する。操作量及び制御量の
添字であるtは現在時刻、τは予測時間である。

【００３２】前記通常制御コントローラ３７５は、切替
手段２０３によってプラント１００の出力である制御量
y(t)あるいは予測制御コントローラ３８０の出力である
制御量予測値y(t+τ)をフィードバック信号として選択
的に入力し、第１の制御器２０１及び第２の制御器２０
２において操作量u1(t)及びu2(t)を計算する。

【００３３】第１の制御器２０１は制御量（蒸気温度）
yが目標値vに一致するよう操作量（燃料流量指令）u1を
計算するもので、本実施形態においては応答時間が数分
から20分と応答時間の遅い被制御量を制御する。第２の
制御器２０２は制御量（蒸気温度）yが目標値vに一致す
るよう操作量（減温器スプレ流量指令）u2を計算するも
ので、応答時間が数秒から数分の被制御量を制御する。
第１及び第２の制御器２０１，２０２は、従来は比例積
分制御や積分制御を実現する計算式であるが、本実施形
態ではこれらの制御器２０１，２０２の実施態様は問わ
ない。

【００３４】本実施形態では、第１の制御器２０１及び
第２の制御器２０２の出力にそれぞれ予測制御コントロ
ーラの出力である操作量修正値w1と操作量修正値w2を加
えており、操作量と操作量修正値を加えた値u’1及び
u’2を新たな操作量としてプラントに入力している。

【００３５】１．２．２．３ 蒸気温度予測コントロー
ラ 次に、本発明を適用した蒸気温度予測コントローラ３８
０について、図１を用いて説明する。

【００３６】蒸気温度コントローラ３８０はプラント模
擬手段２１１、制御装置模擬手段２１２、及び操作量修
正値計算手段２１３を備え、これらのモデルに基づいて
各種の予測を行う。

【００３７】プラント模擬手段２１１はプラント１００
の定常特性及び過渡応答特性を微分方程式等で再現した
もので、操作量予測値u1(t+τ-Δt)及びu2(t+τ-Δt)を
入力して制御量予測値y(t+τ)を出力する。このときΔt
は計算周期とする。

【００３８】制御装置模擬手段２１２は、制御装置２０
０の定常特性及び過渡応答特性を再現したもので、制御
量目標値の予測値v(t+τ-Δt)及び制御量予測値y(t+τ-
Δt)を入力して操作量予測値u1(t+τ)及びu2(t+τ)を出
力する。v(t+τ-Δt)は発電量目標値の関数あるいは定
数として与えられており、将来値は発電量目標値の計画
値から求められる。

【００３９】操作量修正値計算手段２１３は、プラント
模擬手段２１１で計算した制御量予測値と制御装置模擬
手段２１２で計算した少なくとも１つの操作量予測値の
時系列データを入力し、操作量予測値の値から操作量u1
及びu2を修正する値w1(t)及びw2(t)を出力する。

【００４０】１．２．２．４ モデル予測制御 次に、プラント模擬手段２１１と制御装置模擬手段２１
２を用いたモデル予測制御方法について、図５のフロー
チャートを用いて説明する。

【００４１】蒸気温度予測コントローラ３８０は、時刻
t-Δtにおける制御量y(t-Δt)、操作量u1(t-Δt), u2(t
-Δt)、目標値v(t-Δt)を入力する（ステップ５０
１）。このとき、制御量及び操作量はプラント１００及
び制御装置３００の計測値である。

【００４２】次に、予測時間τを０にセットし、蒸気温
度予測コントローラ３８０を初期化する（ステップ５０
２）。このとき、プラント模擬手段２１１及び制御装置
模擬手段２１２は、時刻t-Δtにおける制御量予測値及
び操作量予測値が制御量及び操作量の計測値に一致する
よう初期化される。

【００４３】次に、プラント模擬手段２１１は関数f1を
用いて時刻t+τにおける制御量予測値y(t+τ)を計算す
る（ステップ５０３）。また、制御装置模擬手段２１２
は関数 f2, f3, f4を用いて時刻t+τにおける操作量予
測値u1(t+τ),u2(t+τ)及び目標値予測値v(t+τ)を計算
する（ステップ５０４）。関数f1からf3はプラント及び
制御装置の定常特性及び過渡応答特性を再現するための
関数であり、微分方程式や非線型関数等である。図中で
は、制御量予測値y(t+τ)と操作量予測値u1(t+τ),u2(t
+τ)を計算する関数のみ示しているが、実際にはプラン
ト及び制御装置の定常特性及び過渡応答特性を再現する
ために必要十分なプロセス量を計算するための関数を含
む。関数f4は発電量目標値の関数あるいは定数として与
えられており、将来値は発電量目標値の計画値から求め
られる。

【００４４】制御量予測値及び操作量予測値計算後、予
測時間τが予測時間の目標値Ｔ未満、すなわち予測時間
の目標値に達しない場合には（ステップ５０５でＮ
ｏ）、τにΔｔを加えて（ステップ５０６）上記の関数
f1からf4を繰り返し実行する（ステップ５０３，５０
４）。また、予測時間τが予測時間の目標値Ｔに達した
場合、すなわちτ≧Ｔの場合には（ステップ５０５でＹ
ｅｓ）繰り返し計算を終了する。プラント模擬手段２１
１及び制御装置模擬手段２１２は、計算結果として時刻
ｔから時刻ｔ＋Ｔまでの制御量予測値yと、操作量予測
値u1及びu2を時系列データとして出力する（ステップ５
０７）。

【００４５】１．２．２．５ プラント模擬手段 次に、図４及び図５に示したプラント模擬手段２１１に
ついて、図６を用いて説明する。図６は、プラント模擬
手段２１１の構成要素である微分方程式の入出力変数の
依存関係を、火力発電プラントを構成する機器毎にブロ
ック図に表したものである。ブロック図の矢印は、流量
（記号Ｇ）、圧力（記号Ｐ）、エンタルピ（記号Ｈ）な
どの複数のプロセス量をまとめて表している。ブロック
内では流量、圧力、エンタルピ（燃焼ガスではエンタル
ピの変わりに温度（記号Ｔ）を用いる）を入力し、他の
ブロックに計算値を出力する。

【００４６】また、ブロックによっては制御装置模擬手
段から操作量を入力し、プロセス量を出力する場合もあ
る。以下各ブロックについて説明する。

【００４７】燃焼計算ブロック２２０は、空気流量Ｇ
ａ、燃料流量Ｇｃ、再循環ガス流量Ｇｇｒ、再循環ガス
温度Ｔｇｒから、燃焼ガス流量Ｇｇ及び燃焼ガス温度Ｔ
ｇを計算する。燃料流量Ｇｃは、図１及び図２における
操作量u1(t+τ)に対応する。燃焼ガス流量Ｇｇ及び燃焼
ガス温度Ｔｇについては熱計算入門ＩＩＩ−燃焼計算−
（山崎正和、財団法人省エネルギーセンター、平成６年
５月）などに示された計算式を用いて求められるため、
ここでは説明しない。

【００４８】１．２．２．５．１ 水壁ブロックの模擬
方式 水壁ブロック２２１は、蒸気温度及び水壁配管温度を熱
収支計算により求めるもので、給水流量Ｇｓ、ガス温度
Ｔｇ、ガス流量Ｇｇ、過熱器圧力Ｐｓｈを入力し、水壁
蒸気流量Ｇｗｗ、水壁蒸気エンタルピＨｗｗ、出口ガス
温度Ｔｇｗｗ、出口ガス流量Ｇｇｗｗ、水壁内圧力Ｐｗ
ｗを出力する。給水の温度Ｔｓは境界条件であり一定と
する。

【００４９】水壁ブロック２２１は以下の各式を用いて
模擬できる。

【００５０】数１では給水流量及び水壁内の圧力変化分
から水壁内の流量を計算する。

【００５１】

【数１】

【００５２】数２では水壁内の圧力を計算する。水壁内
の圧力は、下流にある過熱器圧力からの圧力差を近似的
に加えている。

【００５３】

【数２】

【００５４】数３では、蒸気エンタルピと蒸気圧力から
蒸気温度を計算する。ここで関数ｆｓは蒸気表の参照を
表し、蒸気表（日本機械学会編、１９８０年）の内容を
計算機に実装したものとする。

【００５５】

【数３】

【００５６】数４では、蒸気エンタルピと蒸気圧力から
蒸気密度を計算する。

【００５７】

【数４】

【００５８】数５では、水壁内部の蒸気の熱収支から蒸
気エンタルピを計算する。

【００５９】

【数５】

【００６０】数６では、水壁配管の熱収支から配管温度
を計算する。

【００６１】

【数６】

【００６２】ここで、Ｖｗｗは水壁容積、ρｗｗは水壁
密度、Ａｗｗは水壁伝熱面積、βｗｗは水壁対流熱伝達
率、Ｔｗｗａｖは水壁内平均蒸気温度、Ｔｍは水壁配管
温度を意味する。ｆｓは蒸気表参照をあらわす。

【００６３】１．２．２．５．２ 過熱器減温器スプレ
ブロック及び再熱器減温器スプレブロックの模擬方式 過熱器減温器スプレブロック２２２は、２種類の流体の
混合モデルとしてあらわされ、制御装置模擬手段からの
スプレ流量指令Ｇｓ１と、水壁ブロック２２１で計算し
た蒸気流量Ｇｗｗ、蒸気エンタルピＨｗｗとから、過熱
器減温器スプレ出口流量Ｇｓｐ１と出口エンタルピＨｓ
ｐ１を出力する。ブロックの出力であるスプレ出口流量
Ｇｓｐ１及びスプレ出口エンタルピＨｓｐ１は、次式で
計算できる。

【００６４】数７では、２種類の流体の熱量から過熱器
減温器出口の蒸気エンタルピを計算する。

【００６５】

【数７】

【００６６】数８では、２種類の流体の合計流量を計算
する。

【００６７】

【数８】

【００６８】なお、再熱器減温器スプレブロック２２５
も同様の構成である。

【００６９】１．２．２．５．３ 過熱器ブロック及び
再熱器ブロックの模擬方式 過熱器ブロック２２３は、過熱器減温器スプレ出口蒸気
流量Ｇｓｐ１、スプレ出口蒸気エンタルピＨｓｐ１、水
壁出口燃焼ガス流量Ｇｇｗｗ、水壁出口燃焼ガス温度Ｔ
ｇｗｗ、高圧タービン加減弁蒸気流量Ｇｈｔを入力して
過熱器出口蒸気流量Ｇｓｈ、過熱器出口蒸気エンタルピ
Ｈｓｈ、過熱器出口ガス流量Ｇｇｓｈ、過熱器出口ガス
温度Ｔｇｓｈ、過熱器蒸気圧力Ｐｓｈを出力する。

【００７０】数９では、過熱器の上流及び下流を流れる
蒸気流量の差から過熱器内の蒸気圧力を計算する。

【００７１】

【数９】

【００７２】数１０では、過熱器内蒸気平均エンタルピ
と蒸気圧力とから、平均蒸気温度を計算する。

【００７３】

【数１０】

【００７４】数１１では、過熱器出口蒸気エンタルピと
蒸気圧力とから、蒸気密度を計算する。

【００７５】

【数１１】

【００７６】数１２では、過熱器入口ガス温度と出口ガ
ス温度とから、平均ガス温度を計算する。

【００７７】

【数１２】

【００７８】数１３では、過熱器内部の蒸気の熱収支か
ら蒸気エンタルピを計算する。

【００７９】

【数１３】

【００８０】数１４では、過熱器配管の熱収支から配管
温度を計算する。

【００８１】

【数１４】

【００８２】数１５では、過熱器外部の燃焼ガスの熱収
支からガス温度を計算する。

【００８３】

【数１５】

【００８４】ここで、Ｖｓｈは過熱器容積、ρｓｈは過
熱器蒸気密度、Ａｓｈは過熱器伝熱面積、βｓｈは水壁
対流熱伝達率、Ｔｓｈａｖは過熱器内平均蒸気温度、Ｍ
ｓｈは過熱器配管質量、Ｃｓｈは過熱器配管比熱、Ｔｍ
ｓｈは過熱器配管温度、γｓｈはガスから水壁への対流
熱伝達率、Ｔｇｓｈａｖは過熱器内平均ガス温度、Ｖｇ
ｓｈは過熱器ガス容積、ρｇｓｈは過熱器ガス密度、Ｃ
ｇｓｈは過熱器ガス比熱を意味する。ｆｓは蒸気表の参
照をあらわす。

【００８５】なお、再熱器ブロック２２６も同様の構成
であらわされる。

【００８６】１．２．２．５．４ 高圧タービンブロッ
ク及び中低圧タービンの模擬方式 次に、高圧タービンブロック２２４について説明する。
高圧タービンブロック２２４は、過熱器出口蒸気エンタ
ルピＨｓｈと過熱器出口圧力Ｐｓｈを入力してタービン
蒸気流量Ｇｔｏ及びタービン出口蒸気エンタルピＨｔｏ
を計算する。

【００８７】数１６は、蒸気圧力及びタービン加減弁開
度から主蒸気流量を計算する。このとき、主蒸気温度に
よる圧力変動を補正している。

【００８８】

【数１６】

【００８９】数１７、数１８、数１９は蒸気エンタルピ
及びタービン効率から出口蒸気エンタルピを計算する。
タービン効率ηは、蒸気のエネルギーがタービン駆動に
要される割合を示しており、蒸気タービン種類あるいは
プラントによって異なる定数である。

【００９０】

【数１７】

【００９１】

【００９２】

【数１８】

【００９３】

【００９４】

【数１９】

【００９５】数２０はタービン入口蒸気エンタルピ、出
口蒸気エンタルピ及び蒸気流量から発電量を計算する。

【００９６】

【数２０】

【００９７】ここで、Ｆｃｖｈはタービン加減弁開度、
ｆｈｔはタービン圧力流量特性関数、Ｔｂはタービン基
準温度、Ｓｓｈは蒸気エントロピ、Ｈ‘ｔｏはタービン
出口基準エンタルピ、Ｈｔｏはタービン出口蒸気エンタ
ルピ、ηはタービン効率である。また、ｆｓは蒸気表の
参照を意味する。

【００９８】中低圧タービンブロック２２７も同様の構
成で模擬出来るが、中低圧タービンにおいてタービン加
減弁開度は常に１００％である。

【００９９】プラントの発電量は、高圧タービンの発電
量Ｅｈ及び中低圧タービンの発電量Ｅｌから次式で計算
できる。

【０１００】

【数２１】

【０１０１】１．２．２．５．５ 再循環ファンブロッ
クの模擬方式 次に、再循環ファンブロック２２８について説明する。
再循環ファンブロック２２８は、再熱器出口ガス温度Ｔ
ｇｒｈと再循環流量指令ＧｇｒＤを入力して、再循環ガ
ス温度Ｔｇｒ及び再循環流量Ｇｇｒを出力する。再循環
ガス温度Ｔｇｒは再熱器出口ガス温度Ｔｇｒｈに等し
く、また再循環流量Ｇｇｒは再循環流量指令ＧｇｒＤに
等しい。

【０１０２】プラント模擬手段２１１は、以上に述べた
ブロックに示された微分方程式の連立により記述され、
計算周期Δt毎にこれらの微分方程式を一回実行してプ
ロセス量を計算する。また、これらプロセス量の中から
制御量予測値であるy(t+τ+Δt)を制御装置模擬手段２
１２あるいは操作量修正値計算手段２１３に出力する。

【０１０３】１．２．２．６ 制御装置模擬手段 次に、図４及び図５に示した制御装置模擬手段２１２に
ついて説明する。制御装置模擬手段２１２は、前記通常
制御コントローラ３７５の定常特性及び過渡応答特性に
一致するよう調整したものであるが、前記制御コントロ
ーラ３７５の構成がブロック図等から既知の場合、ある
いは前記制御コントローラ３７５のブロック図がプログ
ラムなどによって記述されている場合には、この構成を
そのまま制御装置模擬手段２１２に実装するのが望まし
い。このとき、ブロック図に不要な部分あるいはプラン
ト模擬手段のモデリング範囲外にある制御量が含まれる
場合には制御装置模擬手段２１２と前記制御コントロー
ラ３７５が対象となる運転範囲内で等価な値を出力する
ために必要十分な系統を残して不要な部分を取り去る
か、あるいは制御装置模擬手段２１２に対してこれらの
プロセス量を模擬する信号を入力すればよい。

【０１０４】次に、通常制御コントローラ３７５の制御
系統図が未知の場合について図７を用いて説明する。通
常制御コントローラ３７５の系統図が未知の場合、制御
装置の規範モデル２４０を構築し、実機運転結果と規範
モデル２４０との誤差を制御器同定手段２４１で同定す
る。

【０１０５】規範モデル２４０は、第１の制御器２４０
ａ及び第２の制御器２４０ｂを備え、通常制御コントロ
ーラ３７５の定常特性が再現できるよう事前に第１の制
御器２４０ａ及び第２の制御器２４０ｂの制御定数を調
整する。第１及び第２の制御器２４０ａ，２４０ｂの構
成は、プラントの運転計画書などに記載されたプラント
制御方式に沿って構築するのが望ましい。

【０１０６】次に制御器同定手段２４１について説明す
る。該制御器同定手段２４１は、制御系同定と制御系推
定の２種類の運用モードがある。最初に制御系同定時の
運用方法について述べる。制御系同定時には、規範モデ
ルの操作量u1a(t)及びu2a(t)との差から規範モデルにお
ける制御系誤差Δu1(t)とΔu2(t)を計算する。制御器同
定手段２４１は、制御偏差Δy(t)、制御系誤差Δu1
(t)、Δu2(t)を入力し、最小二乗法などを用いて制御偏
差Δy(t)から誤差Δu1(t)及びΔu2(t)を出力するよう制
御器同定手段２４１の内部パラメータを調整する。制御
器同定手段２４１の出力Δu1a(t)、Δu2a(t)はΔu1
(t)、Δu2(t)をそのまま出力し、制御装置模擬手段２１
２が制御コントローラ３７５と同じ応答を出力する。

【０１０７】予測制御コントローラ３８０が予測制御を
開始した場合、制御器同定手段２４１は制御系推定モー
ドで動作する。制御器同定手段２４１は、制御偏差Δy
(t)を入力し、制御系誤差推定値Δu1a(t)、Δu2a(t)を
出力する。このとき、制御系誤差Δu1(t)とΔu2(t)は入
力されるが値は無視される。

【０１０８】制御系推定モードにおいて、制御装置模擬
手段２１２の出力値は次式によって得られる。

【０１０９】

【数２２】

【０１１０】

【数２３】

【０１１１】制御器同定手段２４１の実現方法として
は、一般的なプラント同定手段であるＡＲＭＡＸ(Auto
Regressive Moving Average eXogenius)モデルやニュー
ラルネットワークなどを用いることができる。ＡＲＭＡ
Ｘモデルの実現方法はＦＯＲＴＲＡＮ７７時系列解析プ
ログラミング（北川源四郎、岩波書店、９４年４月）に
詳しい。また、ニューラルネットワークによる実現方法
はニューロコンピュータ（桐谷滋ら、技術評論社、８９
年２月）に詳しい。

【０１１２】１．２．２．７ 操作量修正値計算手段 次に、図１における操作量修正値計算手段２１３につい
て図８を用いて説明する。操作量修正値計算手段２１３
は操作量予測値u1(t),...,u1(t+T)を入力し、u1の波形
を分析してu1, u2に対する操作量修正値w1(t)及びw2(t)
を出力するもので、操作量波形分離手段２５０と、第１
及び第２のゲイン補償手段２５１ａ，２５１ｂと、位相
補償手段２５２と、第１及び第２のデータ出力手段２５
４ａ，２５４ｂからなる。

【０１１３】波形分離手段２５０は、操作量予測値u1
(t), ..., u1(t+T)の時系列データと操作量基準値usと
から、操作量予測値の基準値からの偏差を求め、この偏
差を分離目標周波数ｆＨｚ以上の周波数成分のデータp1
(t), ..., p1(t+T)と周波数ｆＨｚ未満の周波数成分の
データp2(t), ..., p2(t+T)に分離する。本実施形態に
おいてu1は過熱器減温器スプレ流量であることから、ス
プレ流量の予測値がスプレ流量の低周波成分p1とスプレ
流量の高周波成分p2に分離されたことになる。波形分離
手段２５０の実現方法には、高速フーリエ変換、ウェー
ブレット変換、低周波フィルタなどを用いる方式などが
あり、本実施形態ではいずれの方式を用いても良い。

【０１１４】第１のゲイン補償手段２５１ａは、分離し
た操作量p1の高周波成分に対し、ゲイン補償を加える。
ゲインＫａはスプレ流量に対する温度の感度から次式で
求められる。

【０１１５】

【数２４】

【０１１６】ここで、ゲインＫａはプラントの設計値あ
るいは運転実績から計算しても良い。また、ゲインＫａ
を発電負荷の関数とし、発電負荷毎にゲインを変更して
も良い。操作量p1のゲイン補償により操作量ｑ１は次式
で求められる。

【０１１７】

【数２５】

【０１１８】数２５で計算した操作量ｑ１は時系列デー
タであることから、データ出力手段２５４ａに時系列デ
ータを一旦記録し時刻ｔ＋τ毎にw1(t)として出力す
る。

【０１１９】一方、第２のゲイン補償手段２５１ｂは、
分離した操作量p2の低周波成分に対し同様にゲイン補正
を加える。ゲインＫｂは燃料流量に対する温度の感度か
ら次式で求められる。

【０１２０】

【数２６】

【０１２１】ここで、ゲインＫｂはプラントの設計値あ
るいは運転実績から計算しても良い。また、ゲインＫｂ
を発電負荷の関数とし、発電負荷毎にゲインを変更して
も良い。操作量p2のゲイン補償により操作量ｑ２は次式
で求められる。

【０１２２】

【数２７】

【０１２３】操作量ｑ２はスプレ流量の低周波成分であ
ることから、本実施形態ではさらにｑ２に位相補償を加
えてスプレ流量の位相を燃料流量の補正値に変換する。
ここでは、燃料流量に対する蒸気温度の位相差をＴＬと
し、操作量ｑ２がこの位相差ＴＬを補償するよう位相進
み補償を追加することにより操作量ｒ２を得る。操作量
ｒ２は次式で求められる。

【０１２４】

【数２８】

【０１２５】ここで、

【０１２６】

【数２９】

【０１２７】位相進み補償は操作量ｑ２の時間微分値あ
るいは不完全微分値を用いても良い。

【０１２８】数２９によって求めた操作量ｒ２は時系列
データであることから、データ出力手段２５４ｂにその
値を一旦記録し時刻ｔ＋τ毎にw2(t)として出力する。

【０１２９】以上に示した実施形態例により、操作量修
正値w1(t)及びw2(t)は、時刻ｔから目標時刻Ｔまでの修
正値を計算する。そのため、操作量修正値計算手段２１
３を含む予測制御コントローラ３８０は負荷変化直後１
回のみ動作し、その後時刻Ｔまでの修正値を出力する運
用となる。

【０１３０】なお、上記の運用は予測制御コントローラ
３８０の一運用方法であり、各計算刻み時間毎に制御量
及びプロセス量を予測し、その結果修正値を逐次計算し
ても良い。各計算刻み時間毎に修正値を逐次計算する運
用では上記の運用に比べて精度の高い予測が可能だが、
予測制御コントローラ３８０の計算負荷が高くなる。そ
のため、計算機の処理能力に合わせて予測方法を選択す
るのが望ましい。

【０１３１】１．２．３ 予測コントローラによる予測
制御 本実施形態に示した予測制御コントローラ３８０による
予測制御の結果の一例を、図９を用いて説明する。この
実施形態では、通常制御コントローラ３７５は制御器に
蒸気温度の計測値を入力し、予測制御コントローラ３８
０は過熱器蒸気温度の予測値ｙから過熱器減温器スプレ
流量修正値w1(t)及び燃料流量修正値w2(t)を計算した。
したがって、図９は操作量修正値w1(t)及びw2(t)による
先行制御の結果を示している。

【０１３２】図９において、プラントの発電負荷が変動
する際に過熱器蒸気温度目標値ｖがランプ状に変化する
運転計画値が与えられており、予測制御コントローラ３
８０は過熱器蒸気温度将来値ｙ、過熱器減温器スプレ流
量将来値u1、燃料流量将来値u2を予測する。図より過熱
器蒸気温度の将来値ｙは負荷変化時に一旦温度が低下し
た後上昇する特性を示し、正方向にθup℃、負方向にθ
low℃の制御偏差が生じると予測される。これは負荷変
化直後のスプレ流量の感度が高く、スプレ水の流量を過
度に投入しているためと考えられる。そこで、本実施形
態ではこの制御偏差の縮小を目的に、操作量修正値計算
手段２１３にスプレ流量将来値u1を入力し、燃料流量修
正値w2及び過熱器減温器スプレ流量修正値w1を求める。

【０１３３】図１０に、前記操作量修正値計算手段２１
３における燃料流量修正値w2及び過熱器減温器スプレ流
量修正値w1の計算結果を示す。前記波形分離手段２５０
は過熱器減温器スプレ流量u1からp2及びp1を分離し、前
記ゲイン補償手段によってq1及びq2をそれぞれ求める。
また、位相補償手段２５２はq2を入力しr2を計算する。
第１及び第２のデータ出力手段２５４ａ，２５４ｂには
ｑ１及びq2が入力され、操作量修正値w1及びw2を通常制
御コントローラ３７５にそれぞれ出力する。

【０１３４】図１１に、操作量修正値w1(t)及びw2(t)に
よる過熱器蒸気温度の制御結果を示す。

【０１３５】操作量修正値w1(t)及びw2(t)により、燃料
流量及び減温器スプレ流量はu’2及びu’1に示す波形に
修正され、結果として過熱器蒸気温度の制御偏差は正方
向にθ’up、負方向にθ’lowまで縮小された。これ
は、燃料流量及び減温器スプレ流量の過渡状態における
流量を同時に補正したためであり、一方に対してのみ補
正を加えた場合には燃料流量による温度上昇効果と、減
温器スプレ流量による温度上昇抑制効果の相対的なバラ
ンスが崩れて過熱器蒸気温度の制御偏差は従来程度ある
いは拡大方向となる。

【０１３６】２．第２の実施形態 本発明における第２の実施形態について図１２ないし図
１４を用いて説明する。この実施形態は第１の実施形態
における操作量修正値計算手段２１３を図８に示した構
成から図１２に示した構成に変更し、複数の操作量に対
して波形分離を行うことによって複数の操作量の相互非
干渉化を狙ったものである。その他の各部の構成は前述
の第１の実施形態と同等に構成されているので、重複す
る説明は省略する。

【０１３７】図１２から分かるように、本実施形態に係
る操作量修正値計算手段２１３は、第１の実施形態にお
ける波形分離手段２５０に代えて第１及び第２の波形分
離手段２５０ａ，２５０ｂ、位相補償手段２５２に代え
て第１及び第２の位相補償手段２５２ａ，２５２ｂと
し、さらに第１及び第２のゲイン補償手段２５１ａ，２
５１ｂに対して第３及び第４のゲイン補償手段２５１
ｃ，２５２ｄを加え、さらに波形合成手段２５３ａ，２
５３ｂを加えたものである。この構成により、第１のゲ
イン補償手段２５１ａで得られた信号と、第２のゲイン
補償手段２５１ｂの出力に対して位相補償手段２５２ａ
で得られた信号とを波形合成手段２５３ａで波形合成
し、第４のゲイン補償手段２５１ｄで得られた信号と第
３のゲイン補償手段２５１ｃの出力に対して位相補償手
段２５２ｂで得られた信号とを波形合成手段２５４ｂで
波形合成し、これらの波形合成によって操作量修正値w1
およびw2を求め、第１及び第２のデータ出力手段２５４
ａ，２５４ｂから出力する。

【０１３８】なお、この実施形態の説明では、複数の操
作量の予測値を入力としたが、一方の入力をプラントの
制御量の予測値としてもよい。また、本発明におけるプ
ラント模擬手段２１１はプラントの状態観測器としても
機能する。そのため、プラントで観測不能なプロセス量
の予測値を図１２における一方の入力としてもよい。

【０１３９】また、本発明において制御装置模擬手段２
１２はインタロック、上下限設定などによる操作量の変
動も予測する。そのため、操作量修正値計算手段２１３
には、インタロックの発生有無、操作量あるいは制御量
の上下限値逸脱の有無などの情報を入力しても良い。こ
のとき、操作量修正値計算手段２１３にプラント異常事
象や、通常制御コントローラの誤動作による制御ミスを
早期検出するための手段を追加し、異常事象を解消する
ための先行操作量を出力してもよい。

【０１４０】また、本発明において制御装置模擬手段２
１２は、過去における操作量の運転データを蓄積し、制
御量目標値によって対応する運転データを操作量予測値
として出力しても良い。操作量修正値計算手段２１３は
操作量予測値と制御量予測値とを入力し、これらの値か
ら操作量修正値を出力する。

【０１４１】３．第３の実施形態 以上に述べた第１及び第２の実施形態では、プラント模
擬手段２１１及び制御装置模擬手段２１２は、予測制御
コントローラ３８０内にそれぞれ一つづつ備えている
が、プラント模擬手段２１１及び制御装置模擬手段２１
２は予測制御コントローラ３８０にそれぞれ２つ以上具
備する構成も考えられる。この場合の予測制御コントロ
ーラ３８０の実施形態を図１３に示す。なお、その他の
各部の構成は前述の第１の実施形態もしくは第２の実施
形態と同等に構成されているので、重複する説明は省略
する。

【０１４２】図１３では、図１に述べた予測制御コント
ローラ３８０は第１のプラント模擬手段２１１及び第２
のプラント模擬手段２１１ａと、第１の制御装置模擬手
段２１２及び第２の制御装置模擬手段２１２ａと、操作
量修正値計算手段２１３とを備える。

【０１４３】第２のプラント模擬手段２１１ａは第１の
プラント模擬手段２１１と同様に、プラント１００の定
常特性及び過渡応答特性を微分方程式等で再現したもの
で、操作量予測値u1(t+τ2-Δt)及びu2(t+τ2-Δt)を入
力して制御量予測値y(t+τ2)を出力する。このときΔt
は計算周期とする。

【０１４４】第２の制御装置模擬手段２１２ａは第１の
制御装置模擬手段２１２と同様に、制御装置２００の定
常特性及び過渡応答特性を再現したもので、制御量目標
値の予測値v(t+τ2-Δt)及び制御量予測値y(t+τ2-Δt)
を入力して操作量予測値u1(t+τ2)及びu2(t+τ2)を出力
する。v(t+τ2-Δt)は発電量目標値の関数あるいは定数
として与えられており、将来値は発電量目標値の計画値
から求められる。すなわち、第１の制御装置模擬手段２
１２と第１のプラント模擬手段２１１はt+τ1時におけ
る閉ループ回路を構成し、第２の制御装置模擬手段２１
２ａと第２のプラント模擬手段２１１ａはt+τ2時にお
ける閉ループ回路を構成していることになる。

【０１４５】このような予測制御コントローラ３８０で
は、２つの閉ループ回路を独立して動作させることによ
りそれぞれ異なる時刻、異なる計算刻み時間によるプロ
セス量及び操作量が計算できる。

【０１４６】本実施形態では、第１の制御装置模擬手段
２１２及び第１のプラント模擬手段２１１は時刻t+Ｔ1
におけるプロセス量及び操作量の将来値を計算する。ま
た、第２の制御装置模擬手段２１２ａ及び第２のプラン
ト模擬手段２１１ａは時刻ｔ＋Δｔにおけるプロセス量
及び操作量すなわち次周期におけるプロセス量及び操作
量を計算する。このとき、第２の制御装置模擬手段２１
２ａは時刻ｔ＋Δｔ秒後において制御装置模擬手段にお
ける全てのプロセス量U(t+Δt)を第１の制御装置模擬手
段２１２に入力し、時刻ｔ＋Δｔ秒後における第１の制
御装置模擬手段２１２の計算状態を第２の制御装置模擬
手段２１２ａに一致させる。同様に、第２のプラント模
擬手段２１１ａは時刻ｔ＋Δｔ秒後においてプラント模
擬手段における全てのプロセス量Y(t+Δt)を第１のプラ
ント模擬手段２１１に入力し、時刻ｔ＋Δｔ秒後におけ
る第１のプラント模擬手段２１１の状態を第２のプラン
ト模擬手段２１１ａに一致させる。

【０１４７】上述した第２のプラント模擬手段２１１ａ
及び第２の制御装置模擬手段２１２ａの動作により、第
１の制御装置模擬手段２１２及び第１のプラント模擬手
段２１１は計算周期Δｔ毎に予測計算を実施する場合に
必要とするプロセス量の初期値を得ることができ、計算
周期Δｔ毎の予測計算が可能となる。

【０１４８】なお、この実施形態では、２つのプラント
模擬手段２１１，２１１ａ、及び２つの制御装置模擬手
段２１２，２１２ａを備えた例を示しているが、さらに
多くの模擬手段を配置することができることはいうまで
もない。

【０１４９】４．第４の実施形態 本発明における予測制御コントローラ３８０のさらに他
の実施形態を図１４に示す。この実施形態は第３の実施
形態における予測制御コントローラ３８０にプラント調
整手段２１４を設けたもので、その他の各部は第１ない
し第３の実施形態と同等に構成されているので、重複す
る説明は省略する。

【０１５０】図１４では、プラント１００の制御量y(t)
及び通常制御コントローラ３７５の操作量u1(t)及びu2
(t)を入力し、プラント調整手段２１４において第２の
プラント模擬手段２１１ａの出力である制御量予測値と
プラント１００及び通常制御コントローラ３７５の計測
値yR,u1R,u2Rの制御量とが一致するよう調整パラメータ
αを変更する。調整パラメータαは第１のプラント模擬
手段２１１に入力してプラントの経年変化による予測精
度の低下を抑制する。

【０１５１】なお、プラント調整手段２１４の詳細は、
ＡＣＣプラント動特性シミュレータの自動調整（大澤、
松本他３名、日本機械学会第７４期通常総会講演会講演
論文集（ＩＩＩ）、ｐｐ８３〜８４）に詳しいためここ
では省略する。

【０１５２】以上に述べた実施形態では本発明を火力発
電プラントの蒸気温度予測制御に適用しているが、本発
明は蒸気温度予測制御に限定されるものではなく、応答
遅れ時間の長い制御量を有する多くのプラント制御方式
にも対応できる。たとえば、石炭をガス化してガスター
ビン燃料あるいは燃料電池用燃料を生成する石炭ガス化
プラントにおける石炭ガスのガス組成の変動や、ゴミ燃
焼によって得られた熱エネルギーで発電するゴミ発電プ
ラントの蒸気温度変動なども応答遅れ時間の長い制御量
であるが、本発明はこれらの制御にも適用できる。

【０１５３】このように、これらの各実施形態によれ
ば、予測制御コントローラ３８０は制御量の将来の予測
値と操作量の将来の予測値とを出力し、操作量修正値計
算手段２１３は前記複数の予測値を用いて操作量の修正
値を決定するので、通常制御コントローラ３７５の全体
特性を考慮した予測制御が可能となる。

【０１５４】また、前記操作量修正値計算手段２１３が
計算した操作量修正値は、従来の通常制御コントローラ
３７５の出力を補正するので、従来の通常制御コントロ
ーラ３７５に容易に追加設置が可能となる。

【０１５５】また、前記操作量修正値計算手段２１３が
計算した操作量修正値は、従来の通常制御コントローラ
３７５における動的先行制御指令としても利用できるの
で、調整員が動的先行制御指令を手作業で調整すること
なく最適な動的先行制御指令を自動的に計算することが
できる。

【０１５６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、予測手
段によって予測された将来値に基づいて各プロセスの操
作量を決定する操作量算出手段を備え、前記予測手段は
予測した制御量の将来値から前記制御手段の出力である
操作量の将来値を時系列に予測し、操作量の将来値の時
系列データに基づき操作量修正値を前記操作量算出手段
に出力するので、また、前記操作量算出手段は、前記操
作量の将来値に加え、前記予測手段が予測した前記制御
量の将来値とから操作量の補正値を決定するので、ま
た、前記操作量算出手段は予測された将来値を用いて複
数の操作量の補正値を決定するので、応答時間遅れの大
きいプロセスの将来値を予測して精度よく制御すること
が可能になる。特に、応答時間遅れが数分から２０分と
長いプロセス量を精度良く制御することができる。

【０１５７】さらに、本発明によれば、火力発電プラン
トの蒸気温度、前記プラントの燃料流量、蒸気温度減温
器スプレ流量、再循環ガス流量およびガス分配ダンパの
少なくとも１つの将来値を予測する予測手段と、前記プ
ラントの蒸気温度の計測値に基づいて前記プラントの燃
料流量、蒸気温度減温器スプレ流量、再循環ガス流量お
よびガス分配ダンパの少なくとも１つを操作量として決
定する少なくとも１つの操作量算出手段とを有し、前記
予測手段は、燃料流量、蒸気温度減温器スプレ流量、再
循環ガス流量及びガス分配ダンパの少なくとも１つの将
来値を予測し、前記操作量算出手段は、前記予測手段に
よって予測された前記少なくとも１つの将来値から前記
操作量のうち少なくとも１つの補正値を決定するので、
火力発電プラントにおいて、応答時間遅れの大きいプロ
セスの将来値を予測して精度よく制御することが可能に
なる。特に、燃料投入に変更を加えてから主蒸気温度が
変化するまでの時間が長い火力発電プラント、石炭ガス
化プラントにおける石炭ガスのガス組成の変動、ゴミ燃
焼によって得られた熱エネルギーで発電するゴミ発電プ
ラントなどのように、応答時間遅れが数分から２０分と
長いプロセス量を精度良く制御することができる。

【０１５８】加えて、本発明によれば、制御対象とすべ
き制御量の将来値を予測し、予測された将来値に基づい
て所定の制御を実行する際、前記予測した制御量の将来
値から制御手段の出力である操作量の将来値を時系列に
予測し、予測された操作量の将来値の時系列データに基
づき操作量の補正値を決定するので、応答時間遅れの大
きいプロセスの将来値を予測して精度よく制御するプロ
セス制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る火力発電プラン
トの予測コントローラの構成を表すブロック図である。

【図２】第１の実施形態に係る火力発電プラントの構成
を示す説明図である。

【図３】第１の実施形態における制御装置の構成とプラ
ントの関係を示すブロック図である。

【図４】第１の実施形態における制御装置のハード構成
を示すブロック図である。

【図５】第１の実施形態におけるプラント模擬手段及び
制御装置模擬手段の処理手順を表すフローチャートであ
る。

【図６】第１の実施形態におけるプラント模擬手段の構
成を示すブロック図である。

【図７】通常制御コントローラの系統が不明の場合の制
御装置模擬手段の実現例を示すブロック図である。

【図８】第１の実施形態における操作量修正値計算手段
の構成を示すブロック図である。

【図９】第１の実施形態におけるプラント模擬手段及び
制御装置模擬手段の予測結果の一例を示す説明図であ
る。

【図１０】第１の実施形態における操作量修正値計算手
段の計算結果の一例を示す説明図である。

【図１１】第１の実施形態におけるプラント制御結果の
一例を示す説明図である。

【図１２】第２の実施形態に係る操作量修正値計算手段
の構成を示すブロック図である。

【図１３】第３の実施形態に係る予測制御コントローラ
の構成を示すブロック図である。

【図１４】第４の実施形態に係る予測制御コントローラ
の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１００ プラント ２０１，２０２ 制御器 ２０３ 切換手段 ２１１，２１１ａ プラント模擬手段 ２１２，２１２ａ 制御装置模擬手段 ２１３ 操作量修正値計算手段 ２２０ 燃焼計算ブロック ２２１ 水壁モデル ２２２ 過熱器減温器スプレモデル ２２３ 過熱器モデル ２２４ 高圧タービンモデル ２２５ 再熱器減温器スプレモデル ２２６ 再熱器モデル ２２７ 中低圧タービンモデル ２２８ 再循環ファンモデル ２５０，２５０ａ，２５１ｂ 波形分離手段 ２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ ゲイン補償
手段 ２５２，２５２ａ，２５２ｂ 位相補償手段 ２５４ａ、２５４ｂ データ出力手段 ３００ 運転制御装置 ３７５ 通常制御コントローラ ３８０ 予測制御コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 昭彦 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 研究所内 (72)発明者 大澤 陽 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 研究所内 (72)発明者 原嶋 敏彦 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株式会社 日立製作所 大みか事業所内 (72)発明者 菊池 信也 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株式会社 日立製作所 大みか事業所内 (56)参考文献 特開 平７−244502（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−244501（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−274507（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−7307（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 13/02 G05B 13/04

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象とすべき制御量の将来値を予測
   する予測手段と、この予測手段による予測結果に基づい
   て所定の制御を実行する制御手段とを備えたプロセス制
   御装置において、 前記予測手段によって予測された将来値に基づいて各プ
   ロセスの操作量を決定する操作量算出手段を備え、 前記予測手段は、前記予測した制御量の将来値から前記
   制御手段の出力である操作量の将来値を時系列に予測
   し、操作量の将来値の時系列データに基づき操作量修正
   値を前記操作量算出手段に出力することを特徴とするプ
   ロセス制御装置。
2. 【請求項２】 前記操作量算出手段は、前記操作量の将
   来値に加え、前記予測手段が予測した前記制御量の将来
   値とから操作量の補正値を決定することを特徴とする請
   求項１記載のプロセス制御装置。
3. 【請求項３】 前記予測手段は前記操作量の将来値を予
   測し、 前記操作量算出手段は予測された将来値を用いて複数の
   操作量の補正値を決定することを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のプロセス制御装置。
4. 【請求項４】 火力発電プラントの蒸気温度、前記プラ
   ントの燃料流量、蒸気温度減温器スプレ流量、再循環ガ
   ス流量およびガス分配ダンパの少なくとも１つの将来値
   を予測する予測手段と、 前記プラントの蒸気温度の計測値に基づいて前記プラン
   トの燃料流量、蒸気温度減温器スプレ流量、再循環ガス
   流量およびガス分配ダンパの少なくとも１つを操作量と
   して決定する少なくとも１つの操作量算出手段と、 を有し、 前記予測手段は、燃料流量、蒸気温度減温器スプレ流
   量、再循環ガス流量及びガス分配ダンパの少なくとも１
   つの将来値を予測し、 前記操作量算出手段は、前記予測手段によって予測され
   た前記少なくとも１つの将来値から前記操作量のうち少
   なくとも１つの補正値を決定することを特徴とするプロ
   セス制御装置。
5. 【請求項５】 前記予測手段は、前記少なくとも１つの
   将来値と、前記蒸気温度の将来値とを予測し、 前記操作量算出手段は、前記少なくとも２つの将来値か
   ら前記操作量のうち少なくとも１つの補正値を決定する
   ことを特徴とする請求項４記載のプロセス制御装置。
6. 【請求項６】 前記予測手段を複数備え、 前記予測手段は、それぞれ予測時刻及び予測周期のうち
   少なくとも一方が異なる複数の操作量の予測値を演算し
   て出力し、 前記複数の予測手段は、プロセス量の複数の将来値を予
   測し、 前記操作量算出手段は、前記予測された将来値に基づい
   て前記操作量のうちの少なくとも１つの補正値を決定す
   ることを特徴とする請求項４または５記載のプロセス制
   御装置。
7. 【請求項７】 前記予測手段の少なくとも１つは次回予
   測時刻におけるプロセス量の将来値を予測することを特
   徴とする請求項６記載のプロセス制御装置。
8. 【請求項８】 前記予測手段は実機制御コントローラに
   おける操作量の計測値を時系列信号として記録し、将来
   値計算時には前記操作量の時系列信号を予測値として出
   力し、 前記操作量算出手段は、前記予測された将来値に基づい
   て操作量の補正値を決定することを特徴とする請求項１
   ないし６のいずれか１項に記載のプロセス制御装置。
9. 【請求項９】 前記将来値は、燃料投入量に変更を加え
   てから主蒸気温度が変化するまでに対応する時間経過に
   基づく予測値であることを特徴とする請求項１ないし８
   のいずれか１項に記載のプロセス制御装置。
10. 【請求項１０】 制御対象とすべき制御量の将来値を予
    測し、予測された将来値に基づいて所定の制御を実行す
    るプロセス制御方法において、 前記予測した制御量の将来値から制御手段の出力である
    操作量の将来値を時系列に予測し、予測された操作量の
    将来値の時系列データに基づき操作量の補正値を決定す
    ることを特徴とするプロセス制御方法。