JP3431306B2 - プラント・ユーティリティ最適化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラント・システムに
対する様々な要求を満足しつつ、プラント・システムの
運転状態を最適化するためのプラント・ユーティリティ
最適化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラント・ユーティリティ最適化
システムは、プラントの運転コストをコスト関数にと
り、プラントの運転条件を幾つかの等式又は不等式制約
条件に設定した後、コスト関数を最小化するために非線
形計画法あるいは線形計画法を適用していた。このよう
な手法によれば、対象とするプラントの特性によって
は、十分満足できる解を得ることができる。

【０００３】ところで、対象とするプラント中に、非凸
特性を有する要素が含まれる場合がある。例えばタービ
ンの入出力特性は、図１７のように弁点特性と呼ばれる
非凸特性を有している。これは、蒸気入力バルブが半開
状態の時に生ずる圧力低下に起因する軸出力の低下によ
るものである。従って、タービン群の総出力の下限と上
限とが与えられたとき、探索範囲は非凸領域になる。

【０００４】しかしながら、非線形計画法のアルゴリズ
ムは、探索領域が凸であることを前提としており、非凸
領域の探索では解の最適性のみならずアルゴリズムの収
束性も保証されないという問題点があった。

【０００５】そこで、このようなプラントに対し非線形
計画法を利用する場合には、探索の開始点（例えば現状
の運転状態など）を決定し、各パラメータの変域を探索
開始点の適当な近傍に限定し、逐次二次近似法等によ
り、探索開始点の近傍で局所最適解を探索することしか
できず、全探索範囲における最適解を得ることは困難で
あった。

【０００６】一方、非凸特性を有する要素を含むプラン
トに線形計画法を適用する場合、買う要素の特性、例え
ばボイラーやタービンの入出力特性をすべて線形近似し
た後、幾つかの線形拘束条件の下に、単体法などを適用
することが考えられる。しかしながら、非凸特性を線形
近似しても、その本来の特性を正確に反映して問題を解
くことは極めて困難であり、最適解を得ることはできな
かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の線形計画法によるプラント・ユーティリティ最適化
方法では、タービンの弁点特性を正確に反映する最適化
を行うことはできなかった。また、従来の非線形計画法
によるプラント・ユーティリティ最適化方法において
は、局所最適解を探索することしかできず、全探索範囲
における最適解を得ることは困難であった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、プラント・システムに対する様々な要求を満足
し、しかも、プラント要素の有する非凸特性を反映した
最適運転状態を見出すことができるプラント・ユーティ
リティ最適化方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のボイラ
ーにて発生された蒸気を組み合わせて弁点入出力特性を
有する複数のタービンを駆動して電力を発生するプラン
トの最適運転パラメータを探索するためのユーティリテ
ィ最適化方法において、２以上のタービンの排気蒸気が
入力される各タービン排気系統ごとに、該系統への蒸気
ディマンド量を満たす所定の範囲内の蒸気流量の各量夫
々に対して、同一のタービン排気系統に接続される前記
２以上のタービンの発生出力電力の総和を最大化する前
記２以上のタービンに対する蒸気流量配分を動的計画法
を用いて求める第１の処理ステップと、前記各タービン
排気系統ごとに、前記複数のタービンへの総入力蒸気流
量の各量夫々に対して、この第１の処理ステップにて各
タービン排気系統ごとに得られた、蒸気流量の各量夫々
に対する発生出力電力および蒸気流量配分の組に基づ
き、前記複数のタービンによる総発生出力電力を最大化
する前記複数のタービンに対する蒸気流量配分を動的計
画法を用いて求める第２の処理ステップと、この第２の
処理ステップにて得られた、総入力蒸気流量の各量夫々
に対する総発生出力電力および蒸気流量配分の組夫々に
対し、前記複数のボイラーに対する供給燃料配分および
総燃料コストを線形計画法または非線形計画法を用いて
求める第３の処理ステップと、この第３の処理ステップ
にて得られた総発生出力電力に対する総燃料コストに基
づき、予め与えられた総発生出力電力ディマンド量に対
する不足分の電力を外部から供給するのに要する外部コ
ストを算出し前記総燃料コストと外部コストとの総和を
最小化する総発生出力電力及び総燃料コストを決定する
第４の処理ステップとを有するものである。

【００１０】なお、前記第４の処理ステップにおいて、
前記総発生出力電力が前記総発生出力電力ディマンド量
を越えた場合、外部コストを０とするか、または前記総
発生出力電力が前記総発生出力電力ディマンド量を越え
た分の電力を外部に対し供給して得られる外部コストを
負の値として算出するようにしても良い。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】本発明のプラント・ユーティリティ最適化
方法によれば、動的計画法を利用した処理を２回と線形
計画法を利用した処理を１回行って、各運転状態に対す
るタービン群の出力を最適化した解（すなわち最適解の
候補）を求め、次に総コストを最小化する運転状態を最
適解として決定する。このため、プラント・システムに
おける様々な要求を満足し、しかも、タービンなどのプ
ラント要素の非凸特性を反映した最適運転状態を見出す
ことができ、運転コストの低減が可能である。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。最初に本実施例を概略的に説明する。本実施
例では、プラント・ユーティリティ最適化システムが対
象とするプラント・システムとして自家発電システムを
例にとり説明を行う。この自家発電システムは、排出さ
れた蒸気を再利用するものであり、その排出蒸気量と出
力電力量に対する要求がなされるものである。

【００１６】本実施例のプラント・ユーティリティ最適
化システムは、動的計画法を利用して、蒸気ディマンド
と電力ディマンドや各種制約条件を満足しつつ、プラン
ト・システムに要する総コストを最小化する運転状態を
見出だすものである。

【００１７】ところで、上記の動的計画法は、一般に決
定が多段階に渡って行なわれる問題であり、各段階でそ
の都度結果が規定され、しかもその結果が以後の段階の
決定問題の前提になる様な問題に対して適用される決定
問題の解法の一つである。動的計画法では、実現可能な
決定選択の系列のことを「政策（ｐｏｌｉｃｙ）」と呼
び、最終の状態変数のある特定の関数（ｃｒｉｔｅｒｉ
ｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を最大にする政策を「最適政
策（ｏｐｔｉｍａｌ ｐｏｌｉｃｙ）」と呼ぶ。そし
て、動的計画法は一貫して、「最適政策は、始発の状態
と最初の決定がどうであろうともこの最初の決定の結果
として起こった状態について以後の決定系列は最適政策
を与えるものでなければならない、という性質を持って
いる。」といった最適性原理（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏ
ｆ ｏｐｔｉｍａｌｉｔｙ）を利用する。動的計画法に
関しては、例えばベルマン（Ｒ．Ｂｅｌｌｍａｎ）によ
り著された「Ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎ
ｇ， Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐ
ｒｅｓｓ，１９５７」にて詳しく述べられている。

【００１８】本実施例で扱うような現実のプラントにお
いては、蒸気の再利用やボイラー群の存在、さらに様々
な蒸気系統の存在等のために、複雑な拘束条件の下に最
適解を見出さなければならず、従来からある動的計画法
によって最適解を導き出すことはできない。

【００１９】本実施例のプラント・ユーティリティ最適
化システムでは、プラントの構成に沿って、タービン群
出力の最適化手段に加えて、様々な最適化手段を順次有
機的に組み合わせることによって、複雑な要求を満足す
るプラントの最適運転状態を見出すようにしている。概
略的には、まず動的計画法を利用した処理を２回と線形
計画法を利用した処理を１回行って、各運転状態に対す
るタービン群の出力を最適化した解（すなわち最適解の
候補）を求め、次に総コストを最小化する運転状態を最
適解として決定するものである。

【００２０】以下、本実施例のプラント・ユーティリテ
ィ最適化システムをさらに詳しく説明する。まず、図１
に、本実施例に係るプラント・エネルギー系統の概略を
示す。図のように、ＢＴＧ（ボイラー・タービン・ゲネ
レータ）による自家発電装置１１と外部電力入力装置１
２と蒸気系統１３からなるプラント・システム６、これ
らを制御するプラント制御装置４、このプラント制御装
置４に接続され、プラント・システム６の各コンポーネ
ントの最適運転パラメータを求めプラント制御装置４に
転送するプラント・ユーティリティ最適化システム２に
て構成される。なお、プラント・ユーティリティ最適化
システム２は、プラント・システム６に接続せずに、プ
ラント・ユーティリティ最適化システム２に対するデー
タの入出力を磁気ディスクなどの情報記憶媒体を用いて
行っても良い。

【００２１】図２に、プラント・ユーティリティ最適化
システム２に関する概略的な処理の流れの一例を示す。
プラント・ユーティリティ最適化システム２にプラント
・システム６の詳細なシステム構成の情報を入力する
（ステップＳ１１）。

【００２２】電力ディマンド・蒸気ディマンドを決定
し、その値をプラント制御装置４に入力する（ステップ
Ｓ１２）。プラント制御装置４からプラント・ユーティ
リティ最適化システム２に対し、電力ディマンド・蒸気
ディマンドを送信するとともに、最適化処理の実行を要
求する（ステップＳ１３）。

【００２３】プラント・ユーティリティ最適化システム
２は、最適解の探索を行う（ステップＳ１４）。プラン
ト・ユーティリティ最適化システム２は、プラント制御
装置４に対し、探索した最適解を送信する（ステップＳ
１５）。

【００２４】プラント制御装置４を、与えられた最適解
に基づいて、プラント・システム６の制御を行う（ステ
ップＳ１６）。図３は、図１中のプラント・システム６
をより詳細に示した構成図である。

【００２５】本実施例では、４台の蒸気発生ボイラー
（以下、ボイラーと呼ぶ）Ｂ１〜Ｂ４と、５台の蒸気タ
ービン（以下、タービンと呼ぶ）Ｔ１〜Ｔ５と、５台の
発電機Ｇを備えている。

【００２６】各ボイラーＢ１〜Ｂ４は、供給される燃料
を用いて蒸気を発生する。各ボイラーＢ１〜Ｂ４に供給
される燃料の量をそれぞれｆ１〜ｆ４とし、各ボイラー
Ｂ１〜Ｂ４が発生する蒸気量をそれぞれＳ１〜Ｓ４とす
る。

【００２７】Ｌ１およびＬ２は、互いに圧力の異なる蒸
気系統である（Ｌ１の方が高圧側である）。また、Ｓ５
およびＳ６は、それぞれ減圧装置２０の入力蒸気量およ
び出力蒸気量である。

【００２８】各タービンＴ１〜Ｔ５は、それぞれ入力蒸
気量−出力電力特性関数ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５
を持ち、入力蒸気量に応じた電力を発生する。各タービ
ンＴ１〜Ｔ５への入力蒸気量をそれぞれｓ１〜ｓ５とす
る。

【００２９】各タービンＴ１〜Ｔ５の排出蒸気は、圧力
の異なる蒸気系統Ｌ３，Ｌ４に接続される。そして、蒸
気系統Ｌ３からは蒸気量Ｓ１´が、蒸気系統Ｌ４からは
蒸気量Ｓ２´が出力される。

【００３０】一方、各タービンＴ１〜Ｔ５にて発生され
た電力は、結合され出力される。ここで、各ボイラーＢ
１〜Ｂ４に投入する燃料量ｆ１〜ｆ４についてはそれぞ
れ、その上限値と下限値が定められる。なお、各ボイラ
ーＢ１〜Ｂ４で現在燃焼している燃料の量に基づいた燃
料投入量の上限値と下限値の制約がさらに付け加えられ
ることがある。

【００３１】タービンＴ１〜Ｔ５への入力蒸気量ｓ１〜
ｓ５についてもそれぞれ、その上限値と下限値が定めら
れる。このようなプラント・システム６について、各蒸
気系統Ｌ３，Ｌ４それぞれに対する蒸気ディマンドＳＤ
１，ＳＤ２（Ｓ１´が満足すべき最小値およびＳ２´が
満足すべき最小値）と、電力ディマンドＥＤが決定され
る。全ボイラーＢ１〜Ｂ４による総発電量では電力ディ
マンドを満足できない場合は、外部から買電を行って補
う。なお、全ボイラーＢ１〜Ｂ４による総発電量が電力
ディマンドを越える場合は、超過分を捨てたり、あるい
は売電するなどの措置が取られる。

【００３２】なお、本実施例のプラント・システム６に
おいては、タービンＴ１〜Ｔ５は抽気を持たないものと
しているが、抽気タービンを含むプラント・システムに
関しても、抽気タービンを複数の抽気を持たないタービ
ンが複数並列に接続されたものと見倣すことにより、図
３と同様の抽気タービンを含まないプラント・システム
構成に帰着させることができる。

【００３３】図４に、本発明の一実施例に係るプラント
・ユーティリティ最適化システム２の要部概略構成を示
す。図のように、本実施例のプラント・ユーティリティ
最適化システムは、流体ディマンド系最適化部２１、リ
スト変換部２２、リスト保持部２３、流体入力系最適化
部２４、電力・流体ディマンド入力部２５、プラント・
データ保持部２６、流体発生最適化部２７、リスト検索
部２８、最適解出力部２９を備えている。

【００３４】プラント・データ保持部２６は、各ボイラ
ーＢ１〜Ｂ４への投入燃料量ｆ１〜ｆ４の上限値および
下限値、各タービンＴ１〜Ｔ５への入力蒸気量（蒸気排
出量）ｓ１〜ｓ５の上限値および下限値、各タービンＴ
１〜Ｔ５の入力蒸気量−出力電力特性関数ｐ１，ｐ２，
ｐ３，ｐ４，ｐ５、その他各ボイラーＢ１〜Ｂ４の入出
力特性関数など必要な各種定数や関数を格納する。この
プラント・データ保持部２６は、後述するように、流体
ディマンド系最適化部２１、リスト変換部２２、流体入
力系最適化部２４、流体発生系最適化部２７に対し、要
求された数値や関数を与える。

【００３５】まず、流体ディマンド系最適化部２１は、
蒸気系統Ｌ３の蒸気流量を各値に仮定した場合につい
て、動的計画法を用いて、蒸気系統Ｌ３に継るタービン
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４による総出力電力を最大化するよう
に、各タービンＴ１，Ｔ２，Ｔ４の蒸気排出量ｓ１，ｓ
２，ｓ４を決定する。

【００３６】この場合の流体ディマンド系最適化部２１
の動作の一例を、図５および図６に示す。図５，６中、
ｐ１，ｐ２，…，ｐ５は各タービンの特性関数であり、
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ４は、各タービンＴ１，Ｔ２，Ｔ４の排
出蒸気量の上限値である。説明を簡単にするため、Ｍ
１，Ｍ２，Ｍ４は整数であるものとし、各タービンＴ
１，Ｔ２，Ｔ４の排出蒸気量の下限値はすべて０と仮定
する。また、ＴおよびＴ´は配列を表し、ＴおよびＴ´
の後の最初の［ ］は行を、次の［ ］は列を、次の
［０］［１］［２］は当該行／列内の第１〜第３要素を
表す。

【００３７】ここでは、蒸気流量を０からＭ１＋Ｍ２＋
Ｍ４までの間の各整数値に仮定した場合についてそれぞ
れ求めている。図５および図６に示す動作によって、図
７に示すような表ａが得られる。

【００３８】同様にして、流体ディマンド系最適化部２
１は、蒸気系統Ｌ４の蒸気流量を各値に仮定した場合に
ついて、動的計画法を用いて、蒸気系統Ｌ４に継るター
ビンＴ３，Ｔ５による総出力電力を最大化するように、
各タービンＴ３，Ｔ５の蒸気排出量ｓ３，ｓ５を決定す
る。

【００３９】この場合の流体ディマンド系最適化部２１
の動作は、例えば図５のＭ１およびＭ２をＭ３およびＭ
５と修正し、ステップＳ２７でｎｏの場合に「Ａへ」を
終了と修正したものとなる。

【００４０】ここでも、蒸気流量を０からＭ３＋Ｍ５ま
での間の各整数値に仮定した場合についてそれぞれ求め
ることになる。この動作によって、蒸気系統Ｌ４の各蒸
気流量に対して、タービンＴ３，Ｔ５の最適蒸気配分と
出力電力を記した図８に示すような表ｂを得る。

【００４１】これら表ａおよび表ｂは、次のリスト変換
部２２に送られる。ここで、ボイラーＢ１〜Ｂ４からＬ
１系統およびＬ２系統に供給される蒸気量を各々σ１，
σ２とする。すなわち、 σ１＝Ｓ１＋Ｓ２ σ２＝Ｓ３＋Ｓ４ である。

【００４２】しかして、次の関係式が成立する。 ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＝σ１−Ｓ５ ｓ４＋ｓ５＝σ２＋Ｓ６ ここで、Ｓ５とＳ６の間には線形関係、Ｓ５＝λ・Ｓ６
があるので、 ｕ＋ｖ＝σ なる式が成立する。

【００４３】ここで、 ｕ＝ｓ１＋ｓ２＋λ・ｓ４ ｖ＝ｓ３＋λ・ｓ５ σ＝σ１＋λ・σ２ である。σは、高圧蒸気で換算した発生蒸気の総量であ
る。

【００４４】リスト変換部２２は、表ａの各列に上記の
ｕの値を付け加え、表ｂにｖの値を付け加えて、図９に
示すような表ｃと図１０に示すような表ｄを作成する。
表ｃ中のｕ_M の値は、Ｍ１＋Ｍ２＋λ・Ｍ４を越えない
最大の刻値であり、表ｄ中のｖ_M の値は、Ｍ３＋λ・Ｍ
５を越えない最大の刻値である。リスト変換部２２は、
これら表ｃおよび表ｄをリスト保持部２３に送る。

【００４５】ところで、蒸気系統Ｌ３の各蒸気量や蒸気
系統Ｌ４の各蒸気量から計算したｕの値やｖの値を、単
に表ａや表ｂに付け加えて、表ｃと表ｄを作成したので
は、ｕの値やｖの値は必ずしも等間隔には並ばない。

【００４６】そこで、ｕの値やｖの値の刻幅を一定にす
るために、リスト変換部２２は、ｕの値やｖの値の刻幅
を決め、各ｕの値やｖの値に対する蒸気量、最適蒸気配
分、出力電圧を、表ａや表ｂの値に基づいて適宜補間し
ていくのが好ましい。補間の方法としては、例えば次の
ようなものなどが考えられる。１つは、ｕの値やｖの値
に対応する総蒸気量が表ａや表ｂのＬ３，Ｌ４の蒸気量
の行に存在する場合はその列をそのまま採用し、存在し
ない場合はその総蒸気量と等しいかまたはそれを越える
もので最小の値の列を採用する方法である。他の方法
は、ｕの値やｖの値に対応する総蒸気量が表ａや表ｂに
存在する場合はその列をそのまま採用し、存在しない場
合はその総蒸気量を越えるもので最小の値の列とその総
蒸気量未満のもので最大の値の列を用いて線形補間する
方法である。

【００４７】リスト保持部２３は、与えられた表ｃおよ
び表ｄを格納する。プラント・システムが決定された時
点で、ここまでの処理を行うことができる。

【００４８】次に、プラント制御装置４から与えられた
電力ディマンドと蒸気ディマンドは、電力・流体ディマ
ンド入力部２５から流体入力系最適化部２４に送られ
る。そして、流体入力系最適化部２４は、リスト保持部
２３から前述のようにして既に作成済みの表ｃおよび表
ｄを受け取ると、表ｃから、蒸気系統Ｌ３の蒸気量がＬ
３系統に対する蒸気ディマンドＳＤ１を満足する列を切
り出す。同様に、表ｄからＬ４系統に対する蒸気ディマ
ンドＳＤ２を満足する列を切り出す。

【００４９】この操作により、図１１に示すような表ｅ
と図１２に示すような表ｆが得られる。ただし、表ｅの
中で、Ｌ３ｌ，Ｌ３ｕは、Ｌ３系統に対する蒸気ディマ
ンドを満足する様な、表ｃのＬ３蒸気量の下限値および
上限値である。また、Ｕｍ，（ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ
４）およびＥｍ３は、各々Ｌ３ｌの列のｕ，（ｓ１，ｓ
２，ｓ４）および出力電力の値である。ＵＭ，（ｓＭ
１，ｓＭ２，ｓＭ４），ＥＭ３についても同様である。
表ｆ中の各記号の意味も、表ｅと同様である。

【００５０】次に、流体入力系最適化部２４は、表ｅと
表ｆに基づいて、高圧換算での総入力蒸気量を各値に仮
定した場合について、動的計画法を用いて、全タービン
Ｔ１〜Ｔ５による総出力電力を最大化するように、各タ
ービンＴ１〜Ｔ５の蒸気排出量ｓ１〜ｓ５を決定する。

【００５１】表ｅと表ｆを各々４×ｌ１，４×ｌ２の二
次元配列とみなして、その配列をＡ，Ｂと称する。ただ
し、ｌ１，ｌ２は、各々、表ｅ，表ｆの長さである。例
えば、Ａ［０］［ｌ１−１］は、ＵＭである。

【００５２】流体入力系最適化部２４の動作を、図１３
に示す。図１３中、Ｔは配列を表し、Ｔの後の最初の
［ ］は行を、次の［ ］は列を、次の［０］［１］は
当該行／列内の第１要素、第２要素を表す。

【００５３】なお、図１３中でＡ［２］［ｊ］＋Ｂ
［２］［ｋ］とあるのは、リストＡ［２］［ｊ］にリス
トＢ［２］［ｋ］をマージする操作を示す。例えば、リ
ストＡ［２］［ｊ］の要素が（ａ１，ａ２，ａ４）であ
り、リストＢ［２］［ｋ］の要素が（ａ３，ａ５）の場
合、マージ操作の結果、Ａ［２］［ｊ］＋Ｂ［２］
［ｋ］の要素は（ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５）とな
る。

【００５４】図１３の動作によって、配列Ｔとして、図
１４に示すような表ｇが得られる。この表ｇは、流体発
生最適化部２７に送られる。ここで、表ｇでは、各列
（すなわち各総入力蒸気量）に対して総電力出力を最大
とする蒸気配分（ｓ１，…，ｓ５）が得られているの
で、各総入力蒸気量に対するＬ１，Ｌ２の各系統を流れ
る蒸気量σ１，σ２が一意に決定される。

【００５５】流体発生系最適化部２７は、表ｇの各列す
なわち各総入力蒸気量に対して、ボイラー燃焼燃料の量
ｆ１〜ｆ４の下限値と上限値を満足し、Ｌ１，Ｌ２の各
系統にσ１，σ２の蒸気を供給すると言う条件の下で、
燃料コストを最小化する燃料配分を求める。各ボイラー
Ｂ１〜Ｂ４のボイラー特性はいずれも線形関数であり、
燃料コストも燃料の線形関数であるので、上記燃料配分
や燃料コストは、線形計画法または非線形計画法を用い
て求めることができる。

【００５６】これによって、表ｇの各列に対して、Ｓ１
〜Ｓ６およびｆ１〜ｆ４の各値が求まる。流体発生系最
適化部２７は、これらの値を表ｇに付け加えて、図１５
に示すような表ｈを作成する。

【００５７】この表ｈは、リスト検索部２８に送られ
る。この時点で、各制約条件や蒸気ディマンドを満足し
た上での、各燃料コストに対する、総電力出力を最大と
する運転パラメータを得ることができる。すなわち、各
列は夫々、求めるべき最適解の候補ということができ
る。

【００５８】リスト検索部２８は、次のようにして表ｈ
の各最適解候補のうちから最適解を決定する。まず、リ
スト検索部２８は、表ｈの値に基づいて、各列すなわち
各最適解候補ごとに、総コストを計算する。

【００５９】総コストは、例えば次の式によって定めら
れる。 （総コスト）＝（総燃料コスト）＋ｅ（ＥＤ−（総出力
電力）） ただし、ｅは買電単価であり、ＥＤは電力ディマンド量
である。

【００６０】この場合は、量総出力電力が電力ディマン
ド量を下回ることを前提としているが、総出力電力が電
力ディマンド量を上回った場合、例えば（ＥＤ−（総出
力電力））を０としても良い。あるいは、電力ディマン
ド量を越えた分を売ることができる場合は、ｅ´を売電
単価とし、ＥＤ≧総出力電力の場合は、 （総コスト）＝（総燃料コスト）＋ｅ（ＥＤ−（総出力
電力））とし、 ＥＤ＜総出力電力の場合は、 （総コスト）＝（総燃料コスト）＋ｅ´（ＥＤ−（総出
力電力））として計算しても良い。

【００６１】リスト検索部２８は、表ｈの各列に、算出
した総コストを付け加え、図１５に示すような表ｉを作
成する。そして、表ｉから、総コスト最小の列を見出
し、この列を構成する各種値の組をシステム全体に関す
る最適解として、最適解出力部２９に与える。

【００６２】最適解出力部２９は、リスト検索部２８か
ら送られて来た最適解を保持する。そして、適宜、最適
解に含まれる各値のうち必要な情報を最適運転パラメー
タとしてプラント制御装置４に送信する。

【００６３】このように本実施例のプラント・ユーティ
リティ最適化システムによれば、プラント・システムに
おける様々な要求を満足し、しかも、タービンの非凸特
性を反映した最適運転状態を見出すことができる。従っ
て、従来に比べ、運転コストの大幅な低減が可能であ
る。

【００６４】なお、本実施例では、図３のプラント・シ
ステムに即したプラント・ユーティリティ最適化システ
ムの動作を説明したが、ボイラーやタービンの台数、蒸
気系統の種類数が変わっても本発明を適用することが可
能である。さらに、図３のプラント・システムに他の要
素が加えられても、プラント・ユーティリティ最適化シ
ステムを適宜修正すれば最適解を得ることができる。ま
た、本実施例のような自家発電システムに限らず、非凸
特性を有する要素を含むプラント・システムに一般的に
本発明は適用することができる。また、本発明は上述し
た各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明のプラント・ユーティリティ最適
化システムによれば、非凸特性を反映できる動的計画法
を２回と線形計画法を１回用いる処理によって、第１の
ディマンド量を満足した上で、最適解の候補を求めた後
に、各最適解の候補について第２のディマンド量を満足
した場合の総コストを求め、これを最小化する最適解の
候補を最適解として決定するようにしたので、プラント
・システムにおける様々な要求を満足し、しかも、ター
ビンなどのプラント要素の非凸特性を反映した最適運転
状態を見出すことができる。従って、従来のシステムに
比べ、運転コストの大幅な低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプラント・エネルギー
系統の概略を示す図

【図２】同実施例に係るプラント・ユーティリティ最適
化システムに関する概略的な処理の流れの一例を示す図

【図３】同実施例に係るプラント・システムの要部構成
を示す図

【図４】同実施例に係るプラント・ユーティリティ最適
化システムの要部概略構成を示す図

【図５】流体ディマンド系最適化部の動作の一例を示す
フローチャート

【図６】流体ディマンド系最適化部の動作の一例を示す
フローチャート

【図７】各蒸気量に対する最適蒸気配分と出力電力の関
係を示す図

【図８】各蒸気量に対する最適蒸気配分と出力電力の関
係を示す図

【図９】各蒸気量に対する最適蒸気配分と出力電力の関
係を示す図

【図１０】各蒸気量に対する最適蒸気配分と出力電力の
関係を示す図

【図１１】各蒸気量に対する最適蒸気配分と出力電力の
関係を示す図

【図１２】各蒸気量に対する最適蒸気配分と出力電力の
関係を示す図

【図１３】流体入力系最適化部の動作の一例を示すフロ
ーチャート

【図１４】総入力蒸気量に対する最適蒸気配分と総出力
電力の関係を示す図

【図１５】総入力蒸気量に対する最適蒸気配分、総出力
電力、燃料配分、総燃料コストの関係を示す図

【図１６】各最適解候補を示す図

【図１７】タービンの入出力特性を示す図

【符号の説明】

２…プラント・ユーティリティ最適化システム、４…プ
ラント制御装置、６…プラント・システム、１１…自家
発電装置、１２…外部電力入力装置、１３…蒸気系統、
２１…流体ディマンド系最適化部、２２…リスト変換
部、２３…リスト保持部、２４…流体入力系最適化部、
２５…電力・流体ディマンド入力部、２６…プラント・
データ保持部、２７…流体発生最適化部、２８…リスト
検索部、２９…最適解出力部、Ｂ１〜Ｂ４…蒸気発生ボ
イラー、Ｔ１〜Ｔ５…蒸気タービン、Ｇ…発電機、…蒸
気系統Ｌ１，Ｌ２、２０…減圧装置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のボイラーにて発生された蒸気を組
   み合わせて弁点入出力特性を有する複数のタービンを駆
   動して電力を発生するプラントの最適運転パラメータを
   探索するためのユーティリティ最適化方法において、 ２以上のタービンの排気蒸気が入力される各タービン排
   気系統ごとに、該系統への蒸気ディマンド量を満たす所
   定の範囲内の蒸気流量の各量夫々に対して、同一のター
   ビン排気系統に接続される前記２以上のタービンの発生
   出力電力の総和を最大化する前記２以上のタービンに対
   する蒸気流量配分を動的計画法を用いて求める第１の処
   理ステップと、 前記各タービン排気系統ごとに、前記複数のタービンへ
   の総入力蒸気流量の各量夫々に対して、この第１の処理
   ステップにて各タービン排気系統ごとに得られた、蒸気
   流量の各量夫々に対する発生出力電力および蒸気流量配
   分の組に基づき、前記複数のタービンによる総発生出力
   電力を最大化する前記複数のタービンに対する蒸気流量
   配分を動的計画法を用いて求める第２の処理ステップ
   と、 この第２の処理ステップにて得られた、総入力蒸気流量
   の各量夫々に対する総発生出力電力および蒸気流量配分
   の組夫々に対し、前記複数のボイラーに対する供給燃料
   配分および総燃料コストを線形計画法または非線形計画
   法を用いて求める第３の処理ステップと、 この第３の処理ステップにて得られた総発生出力電力に
   対する総燃料コストに基づき、予め与えられた総発生出
   力電力ディマンド量に対する不足分の電力を外部から供
   給するのに要する外部コストを算出し前記総燃料コスト
   と外部コストとの総和を最小化する総発生出力電力及び
   総燃料コストを決定する第４の処理ステップとを有する
   プラント・ユーティリティ最適化方法。
2. 【請求項２】 前記第４の処理ステップにおいて、前記
   総発生出力電力が前記総発生出力電力ディマンド量を越
   えた場合、外部コストを０とするか、または前記総発生
   出力電力が前記総発生出力電力ディマンド量を越えた分
   の電力を外部に対し供給して得られる外部コストを負の
   値として算出する請求項１に記載のプラント・ユーティ
   リティ最適化方法。