JP3622058B2

JP3622058B2 - 火力発電プラントの自動制御装置

Info

Publication number: JP3622058B2
Application number: JP31640793A
Authority: JP
Inventors: 和紀大内; 政英野村; 美雄佐藤; 彰菅野; 栄二遠山; 篤横川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JPH07167402A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、負荷状態等の変動に対して制御量が非線形な動特性で応答するプラントを制御するプラントの自動制御装置に係り、特に、異なる負荷状態において燃料量等を操作する動的先行制御信号の制御パラメータを自動算出し、最適な動的先行制御信号により、いかなる負荷状態においても負荷指令信号変化時及び起動停止時に主蒸気温度等の制御量の変動を最小限に抑制することのできる火力発電プラントの自動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火力発電プラントの自動制御の分野ではフィードバック制御と先行制御とが用いられ、主蒸気温度の変動を抑制する等、プラント制御性の改善に大きな成果を上げてきた。特に、応答遅れの大きな火力発電プラントに対しては先行制御が有効であった。例えば、ボイラ主蒸気温度は、その変動によりタービンに過剰な熱応力を発生させるなどの悪影響を与えるため、常に一定値に保持する必要がある。しかし、実際には負荷変化時等に主蒸気温度は大きく変動する。このため燃料流量の先行制御により負荷変化時の主蒸気温度変動の抑制が行われる。すなわち、負荷変化時に、負荷に見合った蒸気流量を確保するために必要な燃料（静的先行制御量）の他に、さらにボイラの蓄熱容量などいわゆるボイラの動特性を考慮した燃料（動的先行制御量）をボイラに先行的に供給する。この先行制御を実施することにより、負荷変化時等における主蒸気温度変動を最小限に抑制することができる。
【０００３】
しかし、これらの制御方式においては、試運転時、定期検査時等に制御信号を決定する制御パラメータを適正値に調整する必要がある。しかも、火力発電プラントは、負荷状態により動特性が大きく変動するため、これら制御パラメータは各負荷状態ごとに調整する必要がある。
【０００４】
従来、これら制御パラメータは、調整員が制御量の変動を観測しながら手動で調整してきた。例えば、燃料量を操作する動的先行制御信号を決定するための制御パラメータは、主蒸気温度変動等の観測結果から長年の経験的知識に基づき調整してきた。このため調整作業に長時間を費やすと共に、調整結果に調整員の個人差が現れる等の問題があった。
【０００５】
これらの問題に対し、例えば「日立評論１９９３，ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．２，ｐｐ２５（株）日立製作所刊行」に述べられている従来技術１では、負荷指令信号変化時の制御量（主蒸気温度）の応答波形を観測し、応答波形の特徴からファジィ推論により各制御パラメータの修正値を推定する。さらに、この修正値により各制御パラメータを修正する。これら一連の動作を負荷指令変化ごとに繰り返すことにより制御パラメータを自動調整している。
【０００６】
また、フィードバック制御に限定された技術ではあるが、例えば特開平２−２１７９０２号公報に述べられている従来技術２は、非直線的な動特性を有する制御対象にプロセスの状態の異なる複数個所で同定信号を与える同定信号発生部と、この同定信号発生部から与えられた同定信号に対する制御対象の応答によりプロセスの状態の異なるそれぞれの個所に対応した複数のＰＩＤ制御定数を求めるＰＩＤ定数部と、このＰＩＤ定数部で求められた複数のＰＩＤ制御定数間を線状に補間するＰＩＤ定数補間部と、このＰＩＤ定数補間部で線状に補間された制御定数を使用して制御対象を自動制御する手段とにより構成され、非直線的な動特性を有するプロセスを対象とした自動制御装置の制御パラメータを良好に調整している。なお、ここでいう同定信号とは、ある制御信号が出力されている状態で運転が安定に行われているとき、この制御信号にある値の信号を付加し、そのときのプラントの応答状態を確認しようとする場合、前記付加されるある値の信号をいう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１によれば、負荷指令信号変化時に観測される主蒸気温度等の制御応答波形形状から、先行制御パラメータ及びＰＩＤ制御パラメータを効率的に自動調整できる。しかし、従来技術１では、火力発電プラントの負荷状態等に対する非線形な動特性に関しては、考慮していない。また、従来技術２によれば、非線形な動特性を有するプロセスに対し、ＰＩＤ制御パラメータを効率的に自動調整できる。しかし、従来技術２では、先行制御パラメータの調整方法に関して考慮していない。また、制御パラメータ調整のために同定信号を必要とするため、高度な信頼性が要求される火力発電プラントの制御には適さない。
【０００８】
本発明の目的は、負荷状態等の変化に対し制御量の応答が非線形な動特性を有するプラントにおいて、異なる負荷状態において燃料量等を操作する動的先行制御信号の制御パラメータを自動算出し、最適な動的先行制御信号により、いかなる負荷状態においても負荷指令信号変化時及び起動停止時に主蒸気温度等の制御量変動を最小限に抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、負荷状態等の変動に対し動的先行制御信号によって入力量を補正して制御量を制御する火力発電プラントの自動制御装置に、前記負荷状態を検出する手段と、前記検出した負荷状態における制御量出力の変化の特徴から、前記入力量を補正する動的先行制御信号を決定する制御パラメータを算出する手段と、検出した前記負荷状態と算出した前記制御パラメータとの対応関係を定義する関数を作成する手段と、該作成した関数を用いて前記検出された負荷状態に対応する前記制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを用いて該入力量を補正する前記動的先行制御信号を算出して出力する手段とを具備し、前記制御パラメータを算出する手段は、制御量測定値と制御量設定値の偏差の時系列変化を入力として該変化の特徴量を抽出する手段と、抽出した特徴量を入力としてメンバシップ関数及び調整ルールを用いてファジー推論によりパラメータ修正係数を算出する手段と、算出されたパラメータ修正係数と動的先行制御パラメータの現在値を乗じて次回の動的先行制御パラメータを算出、出力する手段とを含んだものとすることによって達成される。
【００１０】
また、前記火力発電プラントの自動制御装置において、前記負荷状態は、負荷、負荷変化幅、負荷変化率のいずれか一つ以上を含むこととしてもよい。
【００１１】
上記の目的はまた、複数の種類の負荷状態等に対し非線形な動特性を有する火力発電プラントを制御する火力発電プラントの自動制御装置に、前記複数の種類の負荷状態を検出する手段と、前記検出した負荷状態における制御量出力の変化の特徴から、前記火力発電プラントの入力量を補正する動的先行制御信号を決定する制御パラメータを算出する手段と、検出した前記複数の種類の負荷状態と算出した前記制御パラメータとの対応関係を定義する関数を作成する手段と、該作成した関数を用いて前記検出された複数の種類の負荷状態に対応する前記制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを用いて該火力発電プラントの入力量を補正する前記動的先行制御信号を算出して出力する手段とを具備し、前記制御パラメータを算出する手段は、制御量測定値と制御量設定値の偏差の時系列変化を入力として該変化の特徴量を抽出する手段と、抽出した特徴量を入力としてメンバシップ関数及び調整ルールを用いてファジー推論によりパラメータ修正係数を算出する手段と、算出されたパラメータ修正係数と動的先行制御パラメータの現在値を乗じて次回の動的先行制御パラメータを算出、出力する手段とを含んだものとすることによっても達成される。
【００１２】
上記火力発電プラントの自動制御装置において、前記検出した複数の種類の負荷状態と前記算出した制御パラメータとの対応関係を定義する関数を作成する手段は、該関数として、平面の組合せあるいは、曲面を表す関数を作成するものであることが好ましい。また前記複数の種類の負荷状態は、負荷、負荷変化幅、負荷変化率のうちの少なくとも二つの組合せとすることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記制御量としては、主蒸気温度、主蒸気圧力、主蒸気流量、再熱蒸気温度、再熱蒸気圧力、再熱蒸気流量、燃焼ガス温度、燃焼ガス圧力、燃焼ガス流量のいずれかまたはそのうちの二つ以上の組合せとすることができるし、入力量としては、蒸気量、燃料量、給水量、空気量、スプレ流量、再循環ガス流量のいずれかまたはそのうちの二つ以上の組合せが適用できる。
【００１５】
また、上記火力発電プラントの自動制御装置は、定義された関数を図形表示する表示手段を含んで構成することが望ましい。
【００１７】
【作用】
ここでいう負荷状態は負荷が変動している状態をいい、負荷が変動している状態は、負荷の絶対値、負荷の変動率、及び負荷の変動幅などで定義される。負荷が変動するとプラントへの入力量が負荷の変動に応じて変えられるが、その際、火力発電プラントにおける主蒸気温度などのように、負荷や入力量の変動に伴って変動する制御量がある。これらの制御量の設定値に対する計測値の偏差の変化が、負荷の変動開始から該偏差が許容範囲内の値になるまで連続的に時系列的に算出され、この変化の特徴が量的に抽出される。同時に負荷状態が検出され、記録される。予め、抽出される特徴量に基づいて、前記偏差を許容範囲内に納める方向に各入力量を補正するように、動的先行制御信号を決定するための制御パラメータを修正する手順が設定され、この手順に基づいて制御パラメータが修正され、前記検出された負荷状態に対応させて格納される。制御パラメータと負荷状態の関係を定める関数が、格納された前記制御パラメータと負荷状態とに基づいて定義される。この関数としては、負荷状態を示すパラメータが一つの場合は、二次元座標における直線の組合せもしくは曲線、負荷状態を示すパラメータが二つの場合は、三次元座標における平面の組合せもしくは曲面が適当である。すなわち、負荷の変動の都度、制御パラメータが修正され、それに基づいて前記関数が修正される。
【００１８】
一方、負荷が変わると、その負荷状態を入力として前記定義された関数を用いて制御パラメータが算出され、算出された制御パラメータを用いて動的先行制御信号が演算され、出力される。出力された動的先行制御信号によってプラントへの入力量が補正され、同時に補正された入力量での制御量の設定値からの偏差が検出されて特徴量が抽出される。抽出された特徴量に基づいて前述の手順が繰り返され、前記関数が修正される。
【００１９】
この手順の繰返しにより、各負荷状態に対応する制御パラメータは、制御量の偏差を所定の範囲内に納めるように入力量を補正する動的先行制御信号を決定するものになる。
【００２０】
抽出される特徴量に基づいて、前記偏差を許容範囲内に納める方向に各入力量を補正するように、動的先行制御信号を決定するための制御パラメータを修正する手順としては、抽出された特徴量を入力とするファジー推論を用いることにより、従来制御パラメータの修正を実施してきた熟練調整者の経験を有効に活用できる。
【００２１】
以上の構成を取ることにより、異なる負荷状態において燃料量等を操作する動的先行制御信号の制御パラメータを自動算出し、最適な動的先行制御信号により、いかなる負荷状態においても負荷指令信号変化時及び起動停止時に主蒸気温度等の変動が最小限に抑制される。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明に係る火力プラントの自動制御装置の実施例１を図１から図９を用いて説明する。
【００２３】
まず、本発明に係る火力プラントの自動制御装置について説明する前に、火力プラントの一般的な制御方法について図２及び図３を用いて説明する。図２は、火力プラントの代表的な制御装置に、本発明による動的先行制御器及び調整器を適用した火力プラントの自動制御装置である。図２に示す自動制御装置は、負荷指令信号設定器９と、該負荷指令信号設定器９の出力側に接続され負荷指令信号を受けてその変化率を制限してランプ関数として出力する変化率制限器１０と、変化率制限器１０の出力側に一方の入力側を接続された加算器１３と、該加算器１３の他方の入力側に接続された主蒸気圧力制御装置１２と、前記加算器１３の出力側に接続された倍率器（ゲイン）１５と、該倍率器（ゲイン）１５の出力側に接続された加算器１７と、該加算器１７の入力側に接続された主蒸気温度制御装置１６と、該加算器１７の出力側に接続された燃料量制御装置１８と、前記変化率制限器１０の出力側に接続され主蒸気温度制御信号を補正する動的先行制御信号を負荷指令信号の関数として出力する動的先行制御器１と、同じく前記変化率制限器１０の出力側に前記動的先行制御器１に並列に接続され動的先行制御器１の制御パラメータを調整する調整器２と、同じく前記変化率制限器１０の出力側に前記加算器１３と並列に接続されたタービン加減弁制御装置１１と、前記加算器１３の出力側に前記倍率器（ゲイン）１５と並列に接続された給水量制御装置１４と、を含んで構成されている。動的先行制御器１の入力側は負荷指令信号設定器９の出力側と調整器２の出力側にも接続され、出力側は加算器１７の入力側に接続されている。調整器２の入力側はまた主蒸気温度制御装置１６の出力側にも接続されている。前記タービン加減弁制御装置１１，給水量制御装置１４，及び燃料量制御装置１８の各出力側は、ボイラ、タービン及び発電機等から構成される火力プラント１９に接続されている。この実施例では、入力量として、タービン加減弁制御装置１１で制御される蒸気量，給水量制御装置１４で制御される給水量，及び燃料量制御装置１８で制御される燃料量があるが、これらの他に、ボイラ火炉に供給される空気量、蒸気過熱器を通過する蒸気に供給される水スプレー量、燃焼ガスのうち脱硝装置や脱硫装置に送りこまれるまえに火炉に再循環される再循環ガス流量なども、プラントへの入力量である。
【００２４】
次に、その概略制御フローについて説明する。負荷指令信号設定器９からステップ関数として出力される負荷指令信号ＤＰＣは、変化率制限器１０によりランプ関数ＭＷＤに変換される。タービン加減弁制御装置１１は、このランプ関数ＭＷＤに変換された負荷指令信号（変化率制限器１０の出力）と発電機出力ＭＷとの偏差に基づき入力量である蒸気量を制御するタービン加減弁制御信号ＧΦＶを出力してタービン加減弁を操作する。また、主蒸気圧力制御装置１２は、主蒸気圧力ＭＳＰと主蒸気圧力設定値ＭＳＰＳＥＴとの偏差に基づき主蒸気圧力修正信号ＷＭＳを出力する。この修正信号ＷＭＳと前記のランプ関数ＭＷＤに変換された負荷指令信号（変化率制限器１０の出力）が加算器１３で加算され、給水量制御装置１４の目標値（負荷指令信号変化に伴い必要となる給水量）ＢＩＤが出力される。
【００２５】
給水量制御装置１４は、この入力量の目標値ＢＩＤと給水量ＷＦとの偏差に基づき給水制御信号ＦＷＤを出力して給水ポンプを操作する。さらに、主蒸気温度制御装置１６は主蒸気温度ＭＳＴと主蒸気温度設定値ＭＳＴＳＥＴとの偏差に基づき、主蒸気温度偏差ＤＭＳＴを調整器２に、主蒸気温度修正信号ＦＭＳを加算器１７に、それぞれ出力する。加算器１７は、この主蒸気温度修正信号ＦＭＳと、主蒸気圧力修正信号ＷＭＳとランプ関数ＭＷＤの和である加算器１３の出力ＢＩＤに倍率器１５でゲインを乗じた静的先行制御信号ＦＢＩＤと、負荷指令信号変化時における燃料量の過不足分補正量である動的先行制御信号ＦＶ（動的先行制御器１の出力）とを加算し、燃料量制御装置１８の目標値（負荷指令信号変化に伴い必要となる燃料量）ＦＲＤを出力する。燃料量制御装置１８は、この入力量の目標値ＦＲＤと燃料量ＴＦＦとの偏差に基づき燃料量調節信号ＦＦを出力して燃料量調節弁を操作する。
【００２６】
図３に、変化率制限器１０の出力と、倍率器（ゲイン）１５の出力である静的先行制御信号ＦＢＩＤと動的先行制御器１の出力である動的先行制御信号ＦＶの関係を模式的に示す。動的先行制御器１における動的先行制御信号ＦＶの作成方法は種々考えられるが、例えば、負荷指令信号の変化時刻と、図中のパラメータＫ、Ｔａ及びＴｂにより表される次式に基づき作成することができる。
【００２７】
【数１】
ＦＶ＝Ｋ（ｔ−Ｔ１）／Ｔａ（ｔ≦Ｔ１＋Ｔａ）
ＦＶ＝Ｋ（Ｔ１＋Ｔａ＜ｔ≦Ｔ３）
ＦＶ＝−Ｋ（ｔ−Ｔ３）／Ｔｂ＋Ｋ（Ｔ３＜ｔ≦Ｔ３＋Ｔｂ）
ＦＶ＝０（Ｔ３＋Ｔｂ＜ｔ）
Ｔ３：負荷指令信号変化終了時刻
Ｔ１：負荷指令信号変化開始時刻
ｔ：ＦＶが作成される時刻
Ｋ，Ｔａ，Ｔｂ：動的先行制御パラメータ（動的先行制御信号ＦＶを決定するパラメータ）
このＴ３は負荷指令信号変化開始時刻Ｔ１、負荷指令信号の変化幅（つまり発電指令量の変化幅）及び負荷変化率設定値より算出される。
【００２８】
負荷、負荷変化幅及び負荷変化率等の負荷状態に対し非線形な動特性を示す火力プラントの自動制御装置では、最適な動的先行制御信号ＦＶを出力するために、これら動的先行制御パラメータは、各負荷状態ごとに適正値に調整する必要がある。従来、この調整作業は、調整員により行われていた。本発明に係る火力プラントの自動制御装置では、この調整は調整器２により行われる。
【００２９】
次に、図１に戻り動的先行制御器１の制御パラメータを調整する調整器２について説明する。図１の調整器２は、主蒸気温度等制御量の応答波形の特徴を捕らえ、その特徴から動的先行制御パラメータを導出する動的先行制御パラメータ算出機能５と、動的先行制御パラメータテーブル修正機能６と、動的先行制御パラメータ関数作成機能７と、負荷状態を検出する負荷指令信号中心値検出機能８とを含んで構成されている。
【００３０】
動的先行制御パラメータ算出機能５は、ある負荷状態において負荷指令信号が変化した時の制御量応答波形（この場合、主蒸気温度偏差）の特徴から動的先行制御パラメータＫ，Ｔａ，Ｔｂを算出する。図４に制御量（ここでは主蒸気温度偏差）から燃料補正用動的先行制御パラメータを算出する動的先行制御パラメータ算出機能５の機能詳細を示す。図に示すように、動的先行制御パラメータ算出機能５は、主蒸気温度偏差検出機能２０、整定判定機能２１、特徴量抽出機能２２、制御性判定機能２３、パラメータ修正係数推定機能２４、調整ルール２５及びパラメータ調整値演算機能２６を含んで構成されている。
【００３１】
主蒸気温度偏差検出機能２０は、時刻Ｔ１（負荷指令信号変化開始時刻）より主蒸気温度偏差を常時観測する。整定判定機能２１は、時刻Ｔ３（負荷指令信号変化終了時刻）以後再び偏差が０に整定するのを判定し、判定した時点で特徴量抽出機能２２を動作させる。特徴量抽出機能２２は観測した主蒸気温度偏差の時系列データから主蒸気温度の波形の特徴を求める。本実施例における、この主蒸気温度波形の特徴を表す特徴量の求め方を図５により説明する。
【００３２】
図５は、下段に示される負荷指令信号が時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までランプ関数で変化し以後再び一定となる場合の、主蒸気温度の代表的な変化を上段に示したものであり、例えば、主蒸気温度波形の特徴量として次の３つを選ぶことができる。すなわち、負荷指令信号の変化開始時刻Ｔ１から変化終了時刻Ｔ２までの間の最大主蒸気温度偏差Ｔｍａ、負荷信号変化終了時刻Ｔ２での主蒸気温度偏差Ｔｍｃ、負荷指令信号変化終了時刻Ｔ２以後の最大主蒸気温度偏差Ｔｍｂである。
【００３３】
制御性判定機能２３は得られた特徴量が各々目標仕様を満足すれば、動的先行制御パラメータＫ，Ｔａ，Ｔｂが最適値にあるものとし調整を終結する。特徴量が目標仕様を一つでも満足しない場合には、制御性判定機能２３はパラメータ修正係数推定機能２４を動作させる。パラメータ修正係数推定機能２４は、特徴量抽出機能２２で得られた主蒸気温度の特徴量から、メンバシップ関数及び調整ルール２５を用いてファジィ推論によりパラメータ修正係数を算出する。
【００３４】
次に、ファジィ推論を用いたパラメータ修正係数推定機能２４について説明する。ファジィ推論には図６に示すメンバシップ関数及び図７に詳細を示す調整ルール７を用いる。最初に、主蒸気温度の特微量を定性的に評価するための前件部メンバシップ関数（図６（ａ））について説明する。図の横軸は最大主蒸気温度偏差Ｔｍａ、主蒸気温度偏差Ｔｍｃ及び最大主蒸気温度偏差Ｔｍｂ、縦軸は定性的な度合いを表わす。Ｔｍａ１〜Ｔｍａ５、Ｔｍｃ１〜Ｔｍｃ５及びＴｍｂ１〜Ｔｍｂ５はそれぞれ前件部メンバシップ関数を決定するための定数であり、ＮＢ、ＺＥ及びＰＢはそれぞれ前件部メンバシップ関数に与えた分類のための名称である。図６の（ａ）の左の最大主蒸気温度偏差Ｔｍａの前件部メンバシップ関数定義図において、例えば、ＴｍａがＴｍａ′の時、ＴｍａはＮＢである度合いが０．２でありかつ、ＺＥである度合いが０．６であることを示す。
【００３５】
これら定性的に評価された特徴量に対し、パラメータ修正係数の修正の度合いを定義するのが図７に示す調整ルールであり、例えば、ルール３は、「ＴｍａがＰＢでありかつ、ＴｍｃがＺＥでありかつ、ＴｍｂがＰＢである時、ＣｐＫはＳＭでありかつ、ＣｐＴａはＢＧでありかつ、ＣｐＴｂはＳＭである。」という意味を表す。ここに、ＣｐＫ、ＣｐＴａ及びＣｐＴｂはパラメータ修正係数である。
【００３６】
図６の（ｂ）は、定性的に決定されたパラメータ修正係数を再び定量的な値に変換するための後件部メンバシップ関数である。図の横軸はパラメータ修正係数、縦軸は定性的な度合いを示す。Ｃｐ１〜Ｃｐ５は後件部メンバシップ関数を決定するための定数であり、ＳＭ、ＭＥ及びＢＧはそれぞれ後件部メンバシップ関数に与えた分類のための名称である。
【００３７】
図８にファジィ推論によるパラメータ修正係数の求め方の一例を示す。特徴量抽出機能２２で得られた主蒸気温度の特徴量Ｘ、Ｙ及びＺの定性的な度合いを図６の（ａ）に示した前件部メンバシップ関数より求める。ルール３では、それぞれＧＡ、ＧＣ及びＧＢ、ルール４ではＧＡ′、ＧＣ′、及びＧＢ′となる。ルールごとに積集合（最小値）演算を行い、各ルールの適合度を求める。ルール３ではＧＢが、ルール４ではＧＡ′が各々のルール適合度として得られる。次に、各ルールに記述される後件部メンバシップ関数を各ルール適合度で重み付けし、それらの和集合（最大値）演算を行い、その重心の値をパラメータ修正係数ＧＣｐＫとする。他のパラメータ修正係数についても同様にして求める。
【００３８】
パラメータ調整値演算機能２６は、パラメータ修正係数推定機能２４で得られた制御パラメータ修正係数と動的先行制御パラメータの現在値とを乗じて次回の動的先行制御パラメータとし、後述する動的先行制御パラメータテーブル修正機能６に出力する。動的先行制御パラメータの現在値は、後述する動的先行制御パラメータテーブル修正機能６の負荷状態と動的先行制御パラメータとの関係を記述するテーブルから、該動的先行制御パラメータテーブル修正機能６に入力される負荷状態に応じて、パラメータ調整値演算機能２６に出力される。前記テーブルに、動的先行制御パラメータテーブル修正機能６に入力される負荷状態に対応した動的先行制御パラメータが格納されていない場合、格納済の動的先行制御パラメータを用い、挿間法により算出した値を該当する負荷状態における動的先行制御パラメータの現在値とする。なお、プラントの最初の起動で前記テーブルに動的先行制御パラメータが格納されていない段階では、図示されていない入力手段を調整器２に接続し、従来経験的に知られている値を初期値として格納しておく。
【００３９】
これら一連の調整動作は、ある負荷状態において負荷指令信号が変化する度に行われ、制御性判定機能２３において特徴量が各々目標仕様を満足するまで続けられる。
【００４０】
次に、負荷状態と動的先行制御パラメータとの関係を定義する機能（図１の６，７，８に相当）について説明する。負荷指令信号中心値検出機能８は、負荷状態として現在の負荷を検出する。負荷としては、火力プラントが負荷指令信号通りの負荷を出力するものとして負荷指令信号を用いる。さらに、動的先行制御パラメータ算出機能５が動作する間の負荷指令信号の最大値と最小値の平均値を現在の負荷とする。動的先行制御パラメータテーブル修正機能６は、負荷状態と動的先行制御パラメータとの関係を記述するテーブルを持ち、動的先行制御パラメータが前記パラメータ調整値演算機能２６から入力される度に、負荷指令信号中心値検出機能８から出力される現在の負荷に対応する動的先行制御パラメータを入力された動的先行制御パラメータに書き替える。動的先行制御パラメータ関数作成機能７は、動的先行制御パラメータテーブル修正機能６において作成された負荷（負荷状態）と動的先行制御パラメータとの関係を記述するテーブルから負荷と各動的先行制御パラメータとの関係とを定義する関数を作成する。関数の作成方法としては、直線、直線の組合せ、曲線による補間あるいは近似による方法等が考えられる。なお、これら一連の負荷状態と動的先行制御パラメータとの関係を定義する機能についての概略を図９に示した。
【００４１】
動的先行制御器１では、負荷，負荷変化幅−パラメータ変換機能４において、負荷と各動的先行制御パラメータとの関係とを定義する関数を用い、現在の負荷に最適な動的先行制御パラメータを選択する。動的先行制御出力演算機能３は選択された動的先行制御パラメータを用い、動的先行制御信号ＦＶを演算出力する。これにより、動的先行制御器１は、現在の負荷に最適な動的先行制御信号を出力することができる。
【００４２】
以上述べてきたように、本実施例によれば、動的先行制御パラメータを修正する一連の調整動作は、ある負荷状態において負荷指令信号が変化する度に行われ、制御性判定機能２３において特徴量、上記の説明における主蒸気温度偏差Ｔｍａ，Ｔｍｂ，Ｔｍｃが各々目標仕様を満足するまで続けられ、いかなる負荷状態においても火力プラント自動制御装置の動的先行制御パラメータを最適に自動調整できるので、負荷指令信号変化時に主蒸気温度変動を最小限に抑制できる。また、以上の説明では制御量として主蒸気温度を取上げ、主蒸気温度の制御を中心に説明したが、本発明による先行制御パラメータの自動調整方法は、制御量として主蒸気温度の他に、主蒸気圧力、主蒸気流量、再熱蒸気温度、再熱蒸気圧力、再熱蒸気流量、燃焼ガス温度、燃焼ガス圧力、燃焼ガス流量などを対象にし、主蒸気圧力制御、空燃比制御、再熱蒸気温度制御等、他の制御ループにおける動的先行制御パラメータの調整にも同様に適用できる。なお、上記実施例では、主蒸気温度のみを対象として説明したが、主蒸気温度と主蒸気流量、あるいは主蒸気圧力と主蒸気流量と再熱蒸気温度というように、複数の制御量の偏差を検出し、それら偏差から抽出した特徴量を用いて蒸気量と燃料量の二つの入力量に対する制御パラメータ修正係数をファジー推論により別々に算出することも可能であり、このようにすれば、複数の制御量に影響する入力量を効率的に先行制御できる。また、この場合、複数の制御量の偏差から抽出する特徴量の少なくとも一部を、各一方の入力量のためのパラメータ修正係数算出のためにのみ使用するようにしてもよい。このように組合せを種々に変えることにより、よりきめこまかい制御が可能になる。
【００４３】
また、実施例１において動的先行制御パラメータを規定する負荷状態をより一層厳密に表現するためには、負荷状態として負荷（負荷の絶対値もしくは全負荷を１００として比率で表した値、以下同じ）の他に、負荷変化幅、負荷変化率等を含めることが好ましい。図１０は、負荷状態として負荷指令信号中心値検出機能８から出力される負荷の他に、負荷変化幅を活用した例である。負荷変化幅は、動的先行制御パラメータ算出機能５が動作する間の負荷指令信号の最大値と最小値との差であり、負荷指令信号ＤＰＣの変化を観測することにより求められる。負荷状態として、負荷、負荷変化幅を用いる場合、動的先行制御パラメータ関数作成機能７で作成される負荷状態と各動的先行制御パラメータとの関係とを定義する関数は、平面、平面の組合せ、曲面により補間あるいは近似される。図１１は、関数を曲面で近似した場合の例を示すものである。負荷状態としては、上に述べた負荷と負荷変化幅の組合せだけでなく、負荷と負荷変化率、負荷変化幅と負荷変化率、負荷と負荷変化幅と負荷変化率、の各組合せを用いることができる。これらの組合せのなかでは、負荷と負荷変化幅と負荷変化率を組み合わせた場合が一番きめ細かい制御が可能であり、好ましい。
【００４４】
次に、本発明の実施例２を図１２を用いて説明する。本実施例における調整器２の機能は実施例１における調整器２の機能とほぼ同様であるが、動的先行制御器１に格納された動的先行制御パラメータと負荷状態の関係を定義する関数を直接、自動調整するのではなく、調整器２に接続して負荷−制御パラメータ関数表示機能２７が接続され、動的先行制御器１に負荷−制御パラメータ関数表示機能２８及び入力手段２９が設けられており、調整者に対し、負荷状態と各動的先行制御パラメータとの関係とを定義する関数を図形的にガイダンスとして表示する。他の構成要素は前記図１，２に示されたものと同一であり、調整者は表示されたガイダンスを参照しながら入力手段を介して負荷−パラメータ変換機能４に格納された負荷−制御パラメータ関数を修正しつつパラメータ調整作業を進めることができる。この結果、調整器２内部での機械的な繰返しやデータが不十分な段階での関数化を避け、かつ調整時間の短縮を図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、負荷、負荷変化幅、負荷変化率等の負荷状態等に対し非線形な動特性を有する火力プラントを制御する火力プラント自動制御装置の動的先行制御パラメータを自動調整し、最適に調整された動的先行制御信号により、負荷変化時における主蒸気温度、主蒸気圧力、空燃比等の制御量変動を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の部分の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明における負荷指令信号と動的先行制御信号との関係の例を示す説明図である。
【図４】図１に示す本発明の実施例の部分の詳細構成例を示すブロック図である。
【図５】負荷指令信号変化時の主蒸気温度波形形状の特徴量の例を示す概念図ある。
【図６】ファジィ推論におけるメンバシップ関数の例を示す概念図である。
【図７】ファジィ推論における調整ルールの例を示す図である。
【図８】ファジィ推論による制御パラメータ修正係数の求め方の一例を示す概念図である。
【図９】本発明の実施例における負荷−動的先行制御パラメータ関数作成手順を示す説明図である。
【図１０】図１に示す実施例において、負荷状態として負荷及び負荷変化幅を用いる例を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す実施例における負荷−動的先行制御パラメータ関数の例を示す概念図である。
【図１２】本発明の第２の実施例の部分の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１動的先行制御器２調整器
３動的先行制御出力演算機能４負荷−制御パラメータ変換機能
５動的先行制御パラメータ算出機能
６動的先行制御パラメータテーブル修正機能
７動的先行制御パラメータ関数作成機能
８負荷指令信号中心値検出機能
９負荷指令信号設定器１０変化率制限器
１１タービン加減弁制御装置１２主蒸気圧力制御装置
１３加算器１４給水量制御装置
１５倍率器１６主蒸気温度制御装置
１７加算器１８燃料量制御装置
１９火力プラント２０主蒸気温度偏差検出機能
２１整定判定機能２２特徴量抽出機能
２３制御性判定機能２４パラメータ修正係数推定機能
２５メンバシップ関数及び調整ルール２６パラメータ調整値演算機能
２７，２８負荷−制御パラメータ関数表示機能
２９入力手段

Claims

負荷状態等の変動に対し動的先行制御信号によって入力量を補正して制御量を制御する火力発電プラントの自動制御装置において、前記負荷状態を検出する手段と、前記検出した負荷状態における制御量出力の変化の特徴から、前記入力量を補正する動的先行制御信号を決定する制御パラメータを算出する手段と、検出した前記負荷状態と算出した前記制御パラメータとの対応関係を定義する関数を作成する手段と、該作成した関数を用いて前記検出された負荷状態に対応する前記制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを用いて該入力量を補正する前記動的先行制御信号を算出して出力する手段とを具備してなり、前記制御パラメータを算出する手段は、制御量測定値と制御量設定値の偏差の時系列変化を入力として該変化の特徴量を抽出する手段と、抽出した特徴量を入力としてメンバシップ関数及び調整ルールを用いてファジー推論によりパラメータ修正係数を算出する手段と、算出されたパラメータ修正係数と動的先行制御パラメータの現在値を乗じて次回の動的先行制御パラメータを算出、出力する手段とを含んでなることを特徴とする火力発電プラントの自動制御装置。
請求項１記載の火力発電プラントの自動制御装置において、前記負荷状態は、負荷、負荷変化幅、負荷変化率のいずれか一つ以上を含むことを特徴とする火力発電プラントの自動制御装置。
複数の種類の負荷状態等に対し非線形な動特性を有する火力発電プラントを制御する火力発電プラントの自動制御装置において、前記複数の種類の負荷状態を検出する手段と、前記検出した負荷状態における制御量出力の変化の特徴から、前記火力発電プラントの入力量を補正する動的先行制御信号を決定する制御パラメータを算出する手段と、検出した前記複数の種類の負荷状態と算出した前記制御パラメータとの対応関係を定義する関数を作成する手段と、該作成した関数を用いて前記検出された複数の種類の負荷状態に対応する前記制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを用いて該火力発電プラントの入力量を補正する前記動的先行制御信号を算出して出力する手段とを具備してなり、前記制御パラメータを算出する手段は、制御量測定値と制御量設定値の偏差の時系列変化を入力として該変化の特徴量を抽出する手段と、抽出した特徴量を入力としてメンバシップ関数及び調整ルールを用いてファジー推論によりパラメータ修正係数を算出する手段と、算出されたパラメータ修正係数と動的先行制御パラメータの現在値を乗じて次回の動的先行制御パラメータを算出、出力する手段とを含んでなることを特徴とする火力発電プラントの自動制御装置。