JP3666036B2 - 火力発電プラント起動制御システム及び起動制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は火力発電プラントの起動制御システム及び起動制御方法に係り、特にボイラと蒸気タービンに発生する熱応力やボイラから排出されるＮＯｘなどに対する運転制限条件や環境規制値を満足しつつ、最短時間でプラント起動を行うための最適起動スケジュールを自動作成するのに好適な火力発電プラントの起動制御システム及び起動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの起動に関する従来の方法は、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。
【０００３】
この最も代表的な方法は、Electrical World, Vol.165, No.6 の論文
“Thermal Stress Influence 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。
【０００４】
また、別の従来方法としては、USP3,446,224 及びUSP4,228,359 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。
【０００５】
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でリアルタイムに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。
【０００６】
更に、オフライン動特性予測による起動スケジュールを最適化するものとしては、特開昭63−94008 号公報が知られている。この方法は、制御システムにプラント動特性モデルを内蔵させ、実際のプラント起動前に、これを用いた起動シミュレーションを反復し、予測した蒸気タービン熱応力の発生パターンに着目したファジィ推論により起動スケジュールを修正することにより起動時間の短縮を図るものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術は、ボイラから排出されるＮＯｘ及び蒸気タービンに発生する熱応力の両方を考慮しておらず、それらのいずれか一方のみを考慮しているものであるから、プラント起動を行っている途中に熱応力及び ＮＯｘ排出量のいずれか一方が制限値を超える可能性がある。また、熱応力及びＮＯｘ排出量の両方を制限値以下に抑えようとするならば、人為的な操作を介入せざるを得なく、起動時間が必要以上に長くなる可能性もある。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、ボイラもしくは排熱回収ボイラ及び蒸気タービンに発生する熱応力や、ボイラもしくは排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量を、運転制限条件や環境規制値等の制約条件を満たしつつ起動を行うための起動スケジュールを自動的に作成してそれを実行する火力発電プラントの起動制御システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、ボイラもしくは排熱回収ボイラと蒸気タービンに発生する熱応力や、ボイラもしくは排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量を、運転制限条件や環境規制値等の制約条件を満たしつつ起動時間を最短化する最適起動スケジュールを自動的に作成してそれを実行する火力発電プラントの起動制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の第１の目的を達成するための本発明に係る火力発電プラントの起動制御システムは、蒸気を発生させるボイラ及び該ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御システムにおいて、前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記ボイラから排出される ＮＯｘ排出量との起動特性を求める動特性モデルと、該動特性モデルにより求められた前記起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求める起動特性評価手段と、該起動特性評価手段により求められた余裕値と、該余裕値と前記起動スケジュールの修正量との関係を定めた所定のファジィルールとを用いて、前記余裕値の大きさに応じて前記起動スケジュールの修正量をファジィ推論により演算する起動スケジュール修正量決定手段と、該起動スケジュール修正量決定手段により得られた起動スケジュールの修正量に基づいて、前記起動スケジュールを修正する起動スケジュール修正手段と、該起動スケジュール修正手段により得られた起動スケジュールを、前記機器を動作させるための起動スケジュールとして設定する起動スケジュール設定手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１２】
ガスタービン及び排熱回収ボイラを有するコンバインドサイクルプラントに適用する場合は、上記動特性モデルを、排熱回収ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求めるように構成すればよい。
【００１３】
また、上記本発明の第２の目的を達成するための本発明に係る火力発電プラントの起動制御方法は、
蒸気を発生させるボイラ及び該ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御方法において、
（ａ）前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求めるステップと、
（ｂ）該起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求めるステップと、
（ｃ）前記起動特性が前記所定の制約条件を満足するような前記起動スケジュールの修正量を、前記余裕値と、該余裕値と前記スケジュールの修正量との関係を定めた所定のファジィルールとを用いてファジィ推論により演算するステップと、
（ｄ）前記起動スケジュールの修正量に基づいて前記起動スケジュールを修正するステップとを有し、
前記（ａ）乃至（ｄ）のステップを所定回数繰り返して実行し、この繰り返して実行する過程で修正された所定数の起動スケジュールの中から、前記起動特性が前記所定の制約条件を満足し、かつその起動スケジュールを実行した場合の起動時間が最短となるような最適起動スケジュールを選択し、この最適起動スケジュールに従って前記機器を動作させて起動を行うことを特徴とする。
【００１４】
ガスタービン及び排熱回収ボイラを有するコンバインドサイクルプラントに適用する場合は、上記（ａ）のステップを、排熱回収ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求めるようにすればよい。
【００１５】
また、前記起動スケジュールは、前記ガスタービンの昇速率，定格速度保持時間，初負荷，初負荷保持時間，負荷上昇率，負荷保持時間、及び前記蒸気タービンの高圧タービンバイパス弁の操作速度，中圧タービンバイパス弁の操作速度，低圧タービンバイパス弁の操作速度，高圧加減弁操作速度，中圧加減弁操作速度，低圧加減弁操作速度のうち、少なくとも１つ以上のパラメータにより規定され、更に前記スケジュール修正量決定手段は、該パラメータに対する修正量を演算するようにする。
【００１６】
更に、前記所定のファジィルールは、前記排熱回収ボイラに発生する熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータの修正量との関係に基づいて定めたボイラ応力調整ルールと、前記蒸気タービンに発生する熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータ修正量との関係に基づいて定めたタービン応力調整ルールと、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータ修正量との関係に基づいて定めた排出ＮＯｘ調整ルールとを有するものであってもよい。
【００１７】
更にまた、前記所定のファジィルールは、前記ガスタービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記ガスタービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第１の調整ルールと、前記第１の調整ルールよりも少ない前記ガスタービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記ガスタービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第２の調整ルールと、前記蒸気タービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記蒸気タービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第３の調整ルールと、前記第３の調整ルールよりも少ない前記蒸気タービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記蒸気タービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第４の調整ルールとを有するものであってもよい。
【００１８】
【作用】
本発明によれば、おいて上記手段は下記のように作用する。起動スケジュール修正手段は、専門家の思考方法と似た方法で起動スケジュールを改善するために、上記起動特性評価手段で得られる起動特性を重み付き定性的評価結果に変換し、ファジィ推論を適用して起動スケジュールを修正する。このとき用いるファジィルールは、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したものである。
【００１９】
また、この起動スケジュールの最適性を判定する際に、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）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ため、収束結果として、起動時間が短く、プラント運用上の安全性が高く、環境に優しい最適起動スケジュールが得られる。このように、専門家の思考方法に似た最適起動スケジュールの探索は、最適値求解の収束性が極めて良好となるため、詳細な計算式を用いた大規模な動特性モデルを用いることが可能で、起動特性を高精度で予測することができる。また、起動スケジュール設定手段は、機器制御システムに上記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を設定することにより、最適起動シケジュールに沿って実際のプラントを起動するため制御を任せることになる。
【００２０】
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相互干渉結果として現れる起動特性である熱応力やＮＯｘ排出量などの運転制限条件を満足し、かつ起動所要時間を最小にし、中央給電指令所から指定される時刻どおりに起動を完了できる最適起動スケジュールを作成することが可能となる。また、プラント起動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起動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。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例として、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起動制御システムについて説明する。
【００２２】
図１は複合サイクル発電プラント３００と本発明を適用した起動制御システム１０００の基本構成を示すものである。
【００２３】
起動制御システム１０００は大きく分けて最適起動スケジュール探索手段100 と機器制御システム２００から成る。最適起動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，動特性モデル１３０，起動特性評価手段１２０，最適性評価手段１４０，起動スケジュール修正量決定手段１５０，ファジィルール１６０，起動スケジュール設定手段１７０，起動スケジュール表示手段１８０及びＣＲＴ表示装置２０から構成されている。機器制御システム２００は、更に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から成る。また、複合サイクル発電プラント３００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３１０，蒸気タービン設備３３０から成る。
【００２４】
本発明の起動制御システム１０００について説明する前に、複合サイクル発電プラント３００の起動時を中心とした動作原理を説明する。
【００２５】
ガスタービン設備３２０では、燃料３２２を燃焼器３２３に供給し、燃焼用空気３２４をコンプレッサ３２０により圧入することにより燃焼で発生するエネルギーは、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３２０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。
【００２６】
また、ガスタービン３２６からの排ガス３２７は排熱回収ボイラ設備３１０に導かれ、排ガス３２７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、過熱される。本実施例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。
【００２７】
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３３２，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２３５，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２４５，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２２４，２２５，２２６及び加減弁への開度指令２２１，２２２，２２３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。
【００２８】
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。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３０７，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３０５として流量制御される。
【００２９】
ここで、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３３２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の出口にある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、ガスタタービン排ガス326 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。よって、既に述べたように、本発明の起動制御システム１０００では、実際にプラントを起動する前に、これらの動的挙動の予見に基づいた最適な起動スケジュールを探索する手段を設けた。
【００３０】
以下に、図１を用いて上記の複合サイクル発電プラント３００の起動制御システム１０００の動作原理を概説する。
【００３１】
中央給電指令所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起動制御システム１０００に指令する。起動制御システム1000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の停止時間に対応して仮の起動スケジュール１１１を作成し、これを動特性モデル１３０に送る。動特性モデル１３０では、機器制御システムモデル１３２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１３３，ボイラモデル１３４，蒸気タービンモデル１３５を起動制御する。このときの機器制御は実機における上記説明と等価な方式でなされ、あたかも実際のプラントが起動された如くプラント動特性１３１が得られ、次の起動特性評価手段１２０に送られる。
【００３２】
起動特性評価手段１２０は、さらに、前記高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手段１２２，前記ボイラ高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手段１２３，排熱回収ボイラ３１０からの排出されるＮＯｘを評価するための排出ＮＯｘ特性評価手段１２４，起動所要時間評価手段１２５から成る。この評価手段のうち前３者は、起動特性評価手段１２０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ためのもので、起動所要時間評価手段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、次の最適性評価手段１４０に処理が移る。
【００３３】
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約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判定する。従って、初回目は最適起動スケジュールは決らず、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量決定手段１５０に処理が渡される。起動スケジュール修正量決定手段１５０では、上記起動特性評価手段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１５１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もしくは起動スケジュールが修正される。本実施例では、起動スケジュールを修正するための機能を起動スケジュール仮定手段１１０と兼ねているが、この機能は必ずしも起動スケジュール仮定手段１１０に兼ねる必要はなく、それとは別に設けてもよい。
【００３４】
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したものである。前記の最適性判定手段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）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ため、収束結果として、起動時間が短く、運転制限条件を満たすことによりプラント運用上の安全性が高く、環境に優しい最適起動スケジュールが得られる。
【００３５】
最適性判定手段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１７１が起動スケジュール設定手段１７０を介して機器制御システム２００に設定される。また、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、運転員に探索状況及び収束結果である最適起動スケジュールを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，動特性予測結果及び運転制限値に対するマンマシン特性，起動所要時間等である。
【００３６】
以上、本発明の火力プラント起動制御システムを複合サイクル発電プラントに適用した実施例の概要を示した。以下、本実施例を更に具体的に説明してゆく。
図２は、前記最適起動スケジュール探索手段１００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。動特性モデル１３０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（ＧＴＧＴ：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（ＳＴＬＴ： 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方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ＮＯｘ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。
【００３７】
次に、図３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。
【００３８】
図３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（ＤＴＨＬ），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。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(ＤＡＩＢＶ)，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３に示す通りである。
【００３９】
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は中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。また、図中、各弁の％表示は開度を示す。
【００４０】
次に、蒸気タービン及びボイラの熱応力と排出ＮＯｘを予測するための動特性モデル１３０について説明する。まず、蒸気タービンの熱応力は前記ＵＳＰ
4,228,359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３３２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方法でモデル化した。
【００４１】
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。排出ＮＯｘについては、図４に示す動特性モデルを用いて予測する。ここで、本モデルの動作原理を説明する。本モデルは脱硝装置モデル３４と脱硝制御システムモデル４０で構成され、脱硝装置モデル３４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４０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及び排出ＮＯｘ平均値ＰＡを求める。脱硝制御システムモデル４０では、ガス流量ＧＧ，入口ガスＮＯｘ濃度Ｐ１，排出ＮＯｘ瞬時値ＰＳ，排出NOx 濃度設定値ＰＳＲ等を用いてアンモニア注入量ＧＮＨ３を求める。具体的には、まず、減算手段４１で排出ＮＯｘ瞬時値ＰＳと排出ＮＯｘ濃度設定値ＰＳＲとの偏差を求め、この偏差をＰＩ調節系４２でフィードバック制御としてのアンモニア注入量ＧＮＨ３Ｂに変換する。また、ガス流量ＧＧ，入口ガスＮＯｘ濃度Ｐ１を乗算手段４３で掛け合わせて、入口ガスＮＯｘ量Ｘを求めて、これに対応して脱硝に必要となるアンモニア注入量ＧＮＨ３Ａをフィードフォワード制御量として関数ｆ（Ｘ）４４を用いて求める。そして、加算手段４５によるＧＮＨ３ＡとＧＮＨ３Ｂの加算値ＧＮＨ３Ｃに脱硝能率Ｋが乗算手段４６で掛けられて最終的なアンモニア注入量ＧＮＨ３が決定される。脱硝装置モデル３４では、脱硝能率Ｋに影響を与える触媒温度ＴＣが入口ガス温度ＴＧの一次遅れ特性３６で表わされ、このときの遅れ時定数Ｔ１はガス流量ＧＧの関数ｆ（ＧＧ）３５となる。前記脱硝能率Ｋは、触媒温度ＴＣの関数ｆ（ＴＣ）３７として与えられるが、アンモニアが注入されると一次遅れ特性３８をもって脱硝率αが決る。このようにして求められた脱硝率αと入口ガスＮＯｘ濃度Ｐ１とから、排出ＮＯｘ算出手段３９よりその瞬時値ＰＳが定まり、この値が、移動平均手段４９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。
【００４２】
次に、上記動特性モデル１３０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ＮＯｘ特性を評価するための起動特性評価手段１２０について説明する。
【００４３】
図５は、タービン熱応力特性評価手段１２２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とすると、次式で定義する。
【００４４】
【数１】
ｍ＝ＳＬ−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。
【００４５】
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手段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手段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、それぞれ下記とする。
【００４６】
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。図６は、排出ＮＯｘ特性評価手段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手段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。
【００４７】
【数２】
ｍＰＳ＝ＰＳＬ−ＰＳ …（２）
【００４８】
【数３】
ｍＰＡ＝ＰＡＬ−ＰＡ …（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。本図に示す実施例においては、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(ＤＮ，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（ＳＴＬＴ）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○印で示した。
【００４９】
図８は、前記の動特性評価手段１２０で得られたプラント動特性に基づき、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。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，ＮＳ，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：NegativeBig，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，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。
【００５０】
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。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。
【００５１】
タービン熱応力調整用ルール１６２はＳＴＰＳ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。両者は更にＨＳルールテーブル，ＨＢルールテーブル，ＩＳルールテーブル，ＩＢルールテーブルで構成されている。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（ＳＴＰＳ−ＨＳ１２，ＳＴＰＳ−ＨＳ２３， ＳＴＰＳ−ＨＳ３４，ＳＴＰＳ−ＨＳ４５）と（ＧＴＧＴ−ＨＳ１２，ＧＴＧＴ−ＨＳ２３，ＧＴＧＴ−ＨＳ３４，ＧＴＧＴ−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で、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＨＢ１２，ＳＴＰＳ−ＨＢ２３，ＳＴＰＳ−ＨＢ３４，ＳＴＰＳ−ＨＢ４５)と(ＧＴＧＴ−ＨＢ１２，ＧＴＧＴ−ＨＢ２３，ＧＴＧＴ−ＨＢ３４，ＧＴＧＴ−ＨＢ４５）から成る。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で、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＩＳ１２，ＳＴＰＳ−ＩＳ２３，ＳＴＰＳ−ＩＳ３４，ＳＴＰＳ−ＩＳ４５)と(ＧＴＧＴ−ＩＳ１２，ＧＴＧＴ−ＩＳ２３，ＧＴＧＴ−ＩＳ３４，ＧＴＧＴ−ＩＳ４５）から成る。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、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＩＢ１２，ＳＴＰＳ−ＩＢ２３，ＳＴＰＳ−ＩＢ３４，ＳＴＰＳ−ＩＢ４５)と(ＧＴＧＴ−ＩＢ１２，ＧＴＧＴ−ＩＢ２３，ＧＴＧＴ−ＩＢ３４，ＧＴＧＴ−ＩＢ４５）から成る。
【００５２】
ボイラ熱応力調整用ルール１６３はＳＴＰＳ用とＧＴＧＴ用に分けられ、STPS用については、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で、ＧＴＧＴ用については、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。両者は更にＨＨＤルールテーブル，ＩＨＤルールテーブルで構成されている。ＨＨＤルールテーブルは高圧ヘッダ熱応力の調整を目的とするもので、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＨＨＤ１２，STPS−ＨＨＤ２３，ＳＴＰＳ−ＨＨＤ３４，ＳＴＰＳ−ＨＨＤ４５）と（ＧＴＧＴ− ＨＨＤ１２，ＧＴＧＴ−ＨＨＤ２３，ＧＴＧＴ−ＨＨＤ３４，ＧＴＧＴ−ＨＨＤ４５）から成る。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、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＩＨＤ１２，ＳＴＰＳ−ＩＨＤ２３，ＳＴＰＳ−ＩＨＤ３４，ＳＴＰＳ−ＩＨＤ４５）と (ＧＴＧＴ−ＩＨＤ１２,ＧＴＧＴ−ＩＨＤ２３,ＧＴＧＴ−ＩＨＤ３４,ＧＴＧＴ−ＩＨＤ４５）から成る。
【００５３】
排出ＮＯｘ調整用ルール１６４はＧＴＰＳ用とＳＴＬＴ用に分けられ、GTPS用については、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用については、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ＰＳルールテーブル，ＰＡルールテーブルで構成されている。ＰＳルールテーブルは排出ＮＯｘ瞬時値の調整を目的とするもので、具体的には、それぞれ５つのルールテーブル（ＧＴＰＳ−ＰＳ１２，ＧＴＰＳ−ＰＳ２３，ＧＴＰＳ−ＰＳ３４，ＧＴＰＳ−ＰＳ４５，ＧＴＰＳ−ＰＳ５６）と２つのルールテーブル（ＳＴＬＴ−ＰＳ１２，ＳＴＬＴ−ＰＳ２３）から成る。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、具体的には、それぞれ５つのルールテーブル（ＧＴＰＳ−ＰＡ１２，ＧＴＰＳ−ＰＡ２３，ＧＴＰＳ−ＰＡ３４，ＧＴＰＳ−ＰＡ４５，ＧＴＰＳ−ＰＡ５６）と２つのルールテーブル（ＳＴＬＴ−ＰＡ１２，ＳＴＬＴ−ＰＡ２３）から成る。
【００５４】
次に、前記ルールテーブルの内容を具体的に説明する。図１０，図１１，図 １２，図１３は、それぞれＳＴＰＳ用，ＧＴＧＴ用，ＧＴＰＳ用，ＳＴＬＴ用のルールテーブルの具体例を示すもので、前記図９のＳＴＰＳ−ＨＳルールテーブル、ＧＴＧＴ−ＨＳルールテーブル，ＧＴＰＳ−ＰＳルールテーブル，ＳＴＬＴ−ＰＳルールテーブル及びＳＴＬＴ−ＰＡルールテーブルを代表例として示す。図１０は、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。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、ＳＴＰＳ−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)との定性的関係の組み合せよりＤＡＨＢＶとＤＡＨＣＶ１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）と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−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)と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）と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。
【００５５】
図１１は、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、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ＧＴＧＴ−ＨＳルールテーブルを例示したものである。ここでは、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 （ＤＬ２），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示す。即ち、ＧＴＧＴ−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）と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。ＧＴＧＴ−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)との定性的関係の組み合せより、 ＤＴＬＩ,ＤＬ１,ＤＴＨＬの修正量を定義している。ＧＴＧＴ−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)との定性的関係の組み合せより、ＤＬ１，ＤＴＨＬ，ＤＬ２の修正量を定義している。ＧＴＧＴ−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）と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。
【００５６】
図１２は、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ＧＴＰＳ−ＰＳルールテーブルを例示したものである。ここでは、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、ＧＴＰＳ−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）と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。GTPS−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)と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。ＧＴＰＳ−ＰＳ３４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)と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。ＧＴＰＳ−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）と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。ＧＴＰＳ−ＰＳ５６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）と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。
【００５７】
図１３は、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ＳＴＬＴ−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ＳＴＬＴ−ＰＡルールテーブルを示したものである。ここでは、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(DAHCV1)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、ＳＴＬＴ−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）と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。ＳＴＬＴ−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）と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。ＳＴＬＴ−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ＮＯｘ平均値マージンｍＰＡ（１），ｍＰＡ(２)と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。ＳＴＬＴ−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）と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。
【００５８】
次に、起動スケジュール修正量決定手段１５０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。一例として、図１４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），（ＺＯ，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。
【００５９】
【数４】
【００６０】
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。
【００６１】
【数５】
Ｘi+1＝Ｘi＋ＫＳＧ Ｘi（５） …（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。
【００６２】
上記方法で作成された新たな起動スケジュール１１１は、再び動特性モデル１３０に設定される。このような手順を繰り返す過程で、最適性判定手段１４０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ものを最適起動スケジュールとして採用する。
【００６３】
【数６】
（ｎ＞ｎＳ）．ＡＮＤ．（Ｍin（t ＳＣＰ（ｎ）) …（６）
ここで、ｎ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起動回数であり、ｎＳは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ｎ回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。
【００６４】
以上説明した本発明のプラント起動制御システム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１５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速過ぎたため、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。
【００６５】
以上述べた本発明の実施例では、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たが、本発明はその他のプラント、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。
【００６６】
また、本発明の実施例では、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ＮＯｘ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他部所の熱応力、排出ＳＯｘやＣＯなどを考慮した方式とすることも可能である。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。
【００６７】
さらに、本発明の実施例では、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３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。
【００６８】
また、本発明の実施例では、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ＮＯｘ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。
【００６９】
また、本発明の実施例では、中央給電指令所から指令される起動完了時刻を正確にまもり、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。
【００７０】
本発明の主要部をなす最適起動スケジュール探索手段１００は、本実施例で説明したように、実プラントの起動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、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などである。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、最適起動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り、現地での調整作業工数を大幅に削減できる。
【００７１】
また、本発明の実施例では、火力発電プラント起動制御システムを、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。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、火力発電プラントの起動制御システムにおいて前記従来方式では不可能であった機器寿命や排出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を最短化する最適起動スケジュールの自動作成と実行を可能とすることにある。これにより、運転員の負担が大幅に軽減されるとともに、起動時間の短縮に伴うエネルギー損失も低減できるため発電プラントの運用コストを大幅に低減できる。
【００７３】
本発明の第２の効果は、火力発電プラントの起動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。
【００７４】
本発明の第３の効果は、火力発電プラントの起動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】本発明の実施例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。
【図２】本発明の主要部である起動スケジュール最適化手段の基本的考え方を示す。
【図３】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。
【図４】排出ＮＯｘ予測モデルを示す。
【図５】タービン熱応力特性評価方式を示す。
【図６】排出ＮＯｘ特性評価方式を示す。
【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。
【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。
【図９】ファジィルールの全体構成を示す。
【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。
【図１１】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を示す。
【図１２】ガスタービン主計画（ＧＴＰＳ）で用いる排出ＮＯｘ調整ルールの一部を示す。
【図１３】蒸気タービン局部調整（ＳＴＬＴ）で用いる排出ＮＯｘ調整ルールの一部を示す。
【図１４】起動スケジュール修正量の決定方法を示す。
【図１５】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動作結果とその効果を示す。
【符号の説明】
１００…最適起動スケジュール探索手段、１１０…起動スケジュール仮定手段、１２０…起動特性評価手段、１３０…動特性モデル、１４０…最適性評価手段、１５０…起動スケジュール修正量決定手段、１６０…ファジィルール、１７０…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、１０００…起動制御システム。
【産業上の利用分野】
本発明は火力発電プラントの起動制御システム及び起動制御方法に係り、特にボイラと蒸気タービンに発生する熱応力やボイラから排出されるＮＯｘなどに対する運転制限条件や環境規制値を満足しつつ、最短時間でプラント起動を行うための最適起動スケジュールを自動作成するのに好適な火力発電プラントの起動制御システム及び起動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの起動に関する従来の方法は、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。
【０００３】
この最も代表的な方法は、Electrical World, Vol.165, No.6 の論文
“Thermal Stress Influence 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。
【０００４】
また、別の従来方法としては、USP3,446,224 及びUSP4,228,359 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。
【０００５】
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でリアルタイムに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。
【０００６】
更に、オフライン動特性予測による起動スケジュールを最適化するものとしては、特開昭63−94008 号公報が知られている。この方法は、制御システムにプラント動特性モデルを内蔵させ、実際のプラント起動前に、これを用いた起動シミュレーションを反復し、予測した蒸気タービン熱応力の発生パターンに着目したファジィ推論により起動スケジュールを修正することにより起動時間の短縮を図るものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術は、ボイラから排出されるＮＯｘ及び蒸気タービンに発生する熱応力の両方を考慮しておらず、それらのいずれか一方のみを考慮しているものであるから、プラント起動を行っている途中に熱応力及び ＮＯｘ排出量のいずれか一方が制限値を超える可能性がある。また、熱応力及びＮＯｘ排出量の両方を制限値以下に抑えようとするならば、人為的な操作を介入せざるを得なく、起動時間が必要以上に長くなる可能性もある。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、ボイラもしくは排熱回収ボイラ及び蒸気タービンに発生する熱応力や、ボイラもしくは排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量を、運転制限条件や環境規制値等の制約条件を満たしつつ起動を行うための起動スケジュールを自動的に作成してそれを実行する火力発電プラントの起動制御システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、ボイラもしくは排熱回収ボイラと蒸気タービンに発生する熱応力や、ボイラもしくは排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量を、運転制限条件や環境規制値等の制約条件を満たしつつ起動時間を最短化する最適起動スケジュールを自動的に作成してそれを実行する火力発電プラントの起動制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の第１の目的を達成するための本発明に係る火力発電プラントの起動制御システムは、蒸気を発生させるボイラ及び該ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御システムにおいて、前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記ボイラから排出される ＮＯｘ排出量との起動特性を求める動特性モデルと、該動特性モデルにより求められた前記起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求める起動特性評価手段と、該起動特性評価手段により求められた余裕値と、該余裕値と前記起動スケジュールの修正量との関係を定めた所定のファジィルールとを用いて、前記余裕値の大きさに応じて前記起動スケジュールの修正量をファジィ推論により演算する起動スケジュール修正量決定手段と、該起動スケジュール修正量決定手段により得られた起動スケジュールの修正量に基づいて、前記起動スケジュールを修正する起動スケジュール修正手段と、該起動スケジュール修正手段により得られた起動スケジュールを、前記機器を動作させるための起動スケジュールとして設定する起動スケジュール設定手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１２】
ガスタービン及び排熱回収ボイラを有するコンバインドサイクルプラントに適用する場合は、上記動特性モデルを、排熱回収ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求めるように構成すればよい。
【００１３】
また、上記本発明の第２の目的を達成するための本発明に係る火力発電プラントの起動制御方法は、
蒸気を発生させるボイラ及び該ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御方法において、
（ａ）前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求めるステップと、
（ｂ）該起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求めるステップと、
（ｃ）前記起動特性が前記所定の制約条件を満足するような前記起動スケジュールの修正量を、前記余裕値と、該余裕値と前記スケジュールの修正量との関係を定めた所定のファジィルールとを用いてファジィ推論により演算するステップと、
（ｄ）前記起動スケジュールの修正量に基づいて前記起動スケジュールを修正するステップとを有し、
前記（ａ）乃至（ｄ）のステップを所定回数繰り返して実行し、この繰り返して実行する過程で修正された所定数の起動スケジュールの中から、前記起動特性が前記所定の制約条件を満足し、かつその起動スケジュールを実行した場合の起動時間が最短となるような最適起動スケジュールを選択し、この最適起動スケジュールに従って前記機器を動作させて起動を行うことを特徴とする。
【００１４】
ガスタービン及び排熱回収ボイラを有するコンバインドサイクルプラントに適用する場合は、上記（ａ）のステップを、排熱回収ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求めるようにすればよい。
【００１５】
また、前記起動スケジュールは、前記ガスタービンの昇速率，定格速度保持時間，初負荷，初負荷保持時間，負荷上昇率，負荷保持時間、及び前記蒸気タービンの高圧タービンバイパス弁の操作速度，中圧タービンバイパス弁の操作速度，低圧タービンバイパス弁の操作速度，高圧加減弁操作速度，中圧加減弁操作速度，低圧加減弁操作速度のうち、少なくとも１つ以上のパラメータにより規定され、更に前記スケジュール修正量決定手段は、該パラメータに対する修正量を演算するようにする。
【００１６】
更に、前記所定のファジィルールは、前記排熱回収ボイラに発生する熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータの修正量との関係に基づいて定めたボイラ応力調整ルールと、前記蒸気タービンに発生する熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータ修正量との関係に基づいて定めたタービン応力調整ルールと、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータ修正量との関係に基づいて定めた排出ＮＯｘ調整ルールとを有するものであってもよい。
【００１７】
更にまた、前記所定のファジィルールは、前記ガスタービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記ガスタービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第１の調整ルールと、前記第１の調整ルールよりも少ない前記ガスタービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記ガスタービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第２の調整ルールと、前記蒸気タービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記蒸気タービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第３の調整ルールと、前記第３の調整ルールよりも少ない前記蒸気タービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記蒸気タービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第４の調整ルールとを有するものであってもよい。
【００１８】
【作用】
本発明によれば、おいて上記手段は下記のように作用する。起動スケジュール修正手段は、専門家の思考方法と似た方法で起動スケジュールを改善するために、上記起動特性評価手段で得られる起動特性を重み付き定性的評価結果に変換し、ファジィ推論を適用して起動スケジュールを修正する。このとき用いるファジィルールは、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したものである。
【００１９】
また、この起動スケジュールの最適性を判定する際に、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）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ため、収束結果として、起動時間が短く、プラント運用上の安全性が高く、環境に優しい最適起動スケジュールが得られる。このように、専門家の思考方法に似た最適起動スケジュールの探索は、最適値求解の収束性が極めて良好となるため、詳細な計算式を用いた大規模な動特性モデルを用いることが可能で、起動特性を高精度で予測することができる。また、起動スケジュール設定手段は、機器制御システムに上記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を設定することにより、最適起動シケジュールに沿って実際のプラントを起動するため制御を任せることになる。
【００２０】
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相互干渉結果として現れる起動特性である熱応力やＮＯｘ排出量などの運転制限条件を満足し、かつ起動所要時間を最小にし、中央給電指令所から指定される時刻どおりに起動を完了できる最適起動スケジュールを作成することが可能となる。また、プラント起動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起動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。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例として、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起動制御システムについて説明する。
【００２２】
図１は複合サイクル発電プラント３００と本発明を適用した起動制御システム１０００の基本構成を示すものである。
【００２３】
起動制御システム１０００は大きく分けて最適起動スケジュール探索手段100 と機器制御システム２００から成る。最適起動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，動特性モデル１３０，起動特性評価手段１２０，最適性評価手段１４０，起動スケジュール修正量決定手段１５０，ファジィルール１６０，起動スケジュール設定手段１７０，起動スケジュール表示手段１８０及びＣＲＴ表示装置２０から構成されている。機器制御システム２００は、更に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から成る。また、複合サイクル発電プラント３００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３１０，蒸気タービン設備３３０から成る。
【００２４】
本発明の起動制御システム１０００について説明する前に、複合サイクル発電プラント３００の起動時を中心とした動作原理を説明する。
【００２５】
ガスタービン設備３２０では、燃料３２２を燃焼器３２３に供給し、燃焼用空気３２４をコンプレッサ３２０により圧入することにより燃焼で発生するエネルギーは、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３２０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。
【００２６】
また、ガスタービン３２６からの排ガス３２７は排熱回収ボイラ設備３１０に導かれ、排ガス３２７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、過熱される。本実施例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。
【００２７】
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３３２，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２３５，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２４５，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２２４，２２５，２２６及び加減弁への開度指令２２１，２２２，２２３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。
【００２８】
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。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３０７，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３０５として流量制御される。
【００２９】
ここで、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３３２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の出口にある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、ガスタタービン排ガス326 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。よって、既に述べたように、本発明の起動制御システム１０００では、実際にプラントを起動する前に、これらの動的挙動の予見に基づいた最適な起動スケジュールを探索する手段を設けた。
【００３０】
以下に、図１を用いて上記の複合サイクル発電プラント３００の起動制御システム１０００の動作原理を概説する。
【００３１】
中央給電指令所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起動制御システム１０００に指令する。起動制御システム1000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の停止時間に対応して仮の起動スケジュール１１１を作成し、これを動特性モデル１３０に送る。動特性モデル１３０では、機器制御システムモデル１３２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１３３，ボイラモデル１３４，蒸気タービンモデル１３５を起動制御する。このときの機器制御は実機における上記説明と等価な方式でなされ、あたかも実際のプラントが起動された如くプラント動特性１３１が得られ、次の起動特性評価手段１２０に送られる。
【００３２】
起動特性評価手段１２０は、さらに、前記高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手段１２２，前記ボイラ高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手段１２３，排熱回収ボイラ３１０からの排出されるＮＯｘを評価するための排出ＮＯｘ特性評価手段１２４，起動所要時間評価手段１２５から成る。この評価手段のうち前３者は、起動特性評価手段１２０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ためのもので、起動所要時間評価手段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、次の最適性評価手段１４０に処理が移る。
【００３３】
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約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判定する。従って、初回目は最適起動スケジュールは決らず、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量決定手段１５０に処理が渡される。起動スケジュール修正量決定手段１５０では、上記起動特性評価手段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１５１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もしくは起動スケジュールが修正される。本実施例では、起動スケジュールを修正するための機能を起動スケジュール仮定手段１１０と兼ねているが、この機能は必ずしも起動スケジュール仮定手段１１０に兼ねる必要はなく、それとは別に設けてもよい。
【００３４】
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したものである。前記の最適性判定手段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）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ため、収束結果として、起動時間が短く、運転制限条件を満たすことによりプラント運用上の安全性が高く、環境に優しい最適起動スケジュールが得られる。
【００３５】
最適性判定手段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１７１が起動スケジュール設定手段１７０を介して機器制御システム２００に設定される。また、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、運転員に探索状況及び収束結果である最適起動スケジュールを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，動特性予測結果及び運転制限値に対するマンマシン特性，起動所要時間等である。
【００３６】
以上、本発明の火力プラント起動制御システムを複合サイクル発電プラントに適用した実施例の概要を示した。以下、本実施例を更に具体的に説明してゆく。
図２は、前記最適起動スケジュール探索手段１００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。動特性モデル１３０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（ＧＴＧＴ：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（ＳＴＬＴ： 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方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ＮＯｘ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。
【００３７】
次に、図３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。
【００３８】
図３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（ＤＴＨＬ），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。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(ＤＡＩＢＶ)，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３に示す通りである。
【００３９】
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は中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。また、図中、各弁の％表示は開度を示す。
【００４０】
次に、蒸気タービン及びボイラの熱応力と排出ＮＯｘを予測するための動特性モデル１３０について説明する。まず、蒸気タービンの熱応力は前記ＵＳＰ
4,228,359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３３２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方法でモデル化した。
【００４１】
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。排出ＮＯｘについては、図４に示す動特性モデルを用いて予測する。ここで、本モデルの動作原理を説明する。本モデルは脱硝装置モデル３４と脱硝制御システムモデル４０で構成され、脱硝装置モデル３４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４０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及び排出ＮＯｘ平均値ＰＡを求める。脱硝制御システムモデル４０では、ガス流量ＧＧ，入口ガスＮＯｘ濃度Ｐ１，排出ＮＯｘ瞬時値ＰＳ，排出NOx 濃度設定値ＰＳＲ等を用いてアンモニア注入量ＧＮＨ３を求める。具体的には、まず、減算手段４１で排出ＮＯｘ瞬時値ＰＳと排出ＮＯｘ濃度設定値ＰＳＲとの偏差を求め、この偏差をＰＩ調節系４２でフィードバック制御としてのアンモニア注入量ＧＮＨ３Ｂに変換する。また、ガス流量ＧＧ，入口ガスＮＯｘ濃度Ｐ１を乗算手段４３で掛け合わせて、入口ガスＮＯｘ量Ｘを求めて、これに対応して脱硝に必要となるアンモニア注入量ＧＮＨ３Ａをフィードフォワード制御量として関数ｆ（Ｘ）４４を用いて求める。そして、加算手段４５によるＧＮＨ３ＡとＧＮＨ３Ｂの加算値ＧＮＨ３Ｃに脱硝能率Ｋが乗算手段４６で掛けられて最終的なアンモニア注入量ＧＮＨ３が決定される。脱硝装置モデル３４では、脱硝能率Ｋに影響を与える触媒温度ＴＣが入口ガス温度ＴＧの一次遅れ特性３６で表わされ、このときの遅れ時定数Ｔ１はガス流量ＧＧの関数ｆ（ＧＧ）３５となる。前記脱硝能率Ｋは、触媒温度ＴＣの関数ｆ（ＴＣ）３７として与えられるが、アンモニアが注入されると一次遅れ特性３８をもって脱硝率αが決る。このようにして求められた脱硝率αと入口ガスＮＯｘ濃度Ｐ１とから、排出ＮＯｘ算出手段３９よりその瞬時値ＰＳが定まり、この値が、移動平均手段４９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。
【００４２】
次に、上記動特性モデル１３０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ＮＯｘ特性を評価するための起動特性評価手段１２０について説明する。
【００４３】
図５は、タービン熱応力特性評価手段１２２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とすると、次式で定義する。
【００４４】
【数１】
ｍ＝ＳＬ−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。
【００４５】
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手段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手段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、それぞれ下記とする。
【００４６】
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。図６は、排出ＮＯｘ特性評価手段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手段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。
【００４７】
【数２】
ｍＰＳ＝ＰＳＬ−ＰＳ …（２）
【００４８】
【数３】
ｍＰＡ＝ＰＡＬ−ＰＡ …（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。本図に示す実施例においては、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(ＤＮ，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（ＳＴＬＴ）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○印で示した。
【００４９】
図８は、前記の動特性評価手段１２０で得られたプラント動特性に基づき、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。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，ＮＳ，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：NegativeBig，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，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。
【００５０】
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。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。
【００５１】
タービン熱応力調整用ルール１６２はＳＴＰＳ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。両者は更にＨＳルールテーブル，ＨＢルールテーブル，ＩＳルールテーブル，ＩＢルールテーブルで構成されている。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（ＳＴＰＳ−ＨＳ１２，ＳＴＰＳ−ＨＳ２３， ＳＴＰＳ−ＨＳ３４，ＳＴＰＳ−ＨＳ４５）と（ＧＴＧＴ−ＨＳ１２，ＧＴＧＴ−ＨＳ２３，ＧＴＧＴ−ＨＳ３４，ＧＴＧＴ−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で、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＨＢ１２，ＳＴＰＳ−ＨＢ２３，ＳＴＰＳ−ＨＢ３４，ＳＴＰＳ−ＨＢ４５)と(ＧＴＧＴ−ＨＢ１２，ＧＴＧＴ−ＨＢ２３，ＧＴＧＴ−ＨＢ３４，ＧＴＧＴ−ＨＢ４５）から成る。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で、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＩＳ１２，ＳＴＰＳ−ＩＳ２３，ＳＴＰＳ−ＩＳ３４，ＳＴＰＳ−ＩＳ４５)と(ＧＴＧＴ−ＩＳ１２，ＧＴＧＴ−ＩＳ２３，ＧＴＧＴ−ＩＳ３４，ＧＴＧＴ−ＩＳ４５）から成る。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、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＩＢ１２，ＳＴＰＳ−ＩＢ２３，ＳＴＰＳ−ＩＢ３４，ＳＴＰＳ−ＩＢ４５)と(ＧＴＧＴ−ＩＢ１２，ＧＴＧＴ−ＩＢ２３，ＧＴＧＴ−ＩＢ３４，ＧＴＧＴ−ＩＢ４５）から成る。
【００５２】
ボイラ熱応力調整用ルール１６３はＳＴＰＳ用とＧＴＧＴ用に分けられ、STPS用については、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で、ＧＴＧＴ用については、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。両者は更にＨＨＤルールテーブル，ＩＨＤルールテーブルで構成されている。ＨＨＤルールテーブルは高圧ヘッダ熱応力の調整を目的とするもので、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＨＨＤ１２，STPS−ＨＨＤ２３，ＳＴＰＳ−ＨＨＤ３４，ＳＴＰＳ−ＨＨＤ４５）と（ＧＴＧＴ− ＨＨＤ１２，ＧＴＧＴ−ＨＨＤ２３，ＧＴＧＴ−ＨＨＤ３４，ＧＴＧＴ−ＨＨＤ４５）から成る。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、具体的には、それぞれ４つのルールテーブル（ＳＴＰＳ−ＩＨＤ１２，ＳＴＰＳ−ＩＨＤ２３，ＳＴＰＳ−ＩＨＤ３４，ＳＴＰＳ−ＩＨＤ４５）と (ＧＴＧＴ−ＩＨＤ１２,ＧＴＧＴ−ＩＨＤ２３,ＧＴＧＴ−ＩＨＤ３４,ＧＴＧＴ−ＩＨＤ４５）から成る。
【００５３】
排出ＮＯｘ調整用ルール１６４はＧＴＰＳ用とＳＴＬＴ用に分けられ、GTPS用については、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用については、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ＰＳルールテーブル，ＰＡルールテーブルで構成されている。ＰＳルールテーブルは排出ＮＯｘ瞬時値の調整を目的とするもので、具体的には、それぞれ５つのルールテーブル（ＧＴＰＳ−ＰＳ１２，ＧＴＰＳ−ＰＳ２３，ＧＴＰＳ−ＰＳ３４，ＧＴＰＳ−ＰＳ４５，ＧＴＰＳ−ＰＳ５６）と２つのルールテーブル（ＳＴＬＴ−ＰＳ１２，ＳＴＬＴ−ＰＳ２３）から成る。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、具体的には、それぞれ５つのルールテーブル（ＧＴＰＳ−ＰＡ１２，ＧＴＰＳ−ＰＡ２３，ＧＴＰＳ−ＰＡ３４，ＧＴＰＳ−ＰＡ４５，ＧＴＰＳ−ＰＡ５６）と２つのルールテーブル（ＳＴＬＴ−ＰＡ１２，ＳＴＬＴ−ＰＡ２３）から成る。
【００５４】
次に、前記ルールテーブルの内容を具体的に説明する。図１０，図１１，図 １２，図１３は、それぞれＳＴＰＳ用，ＧＴＧＴ用，ＧＴＰＳ用，ＳＴＬＴ用のルールテーブルの具体例を示すもので、前記図９のＳＴＰＳ−ＨＳルールテーブル、ＧＴＧＴ−ＨＳルールテーブル，ＧＴＰＳ−ＰＳルールテーブル，ＳＴＬＴ−ＰＳルールテーブル及びＳＴＬＴ−ＰＡルールテーブルを代表例として示す。図１０は、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。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、ＳＴＰＳ−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)との定性的関係の組み合せよりＤＡＨＢＶとＤＡＨＣＶ１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）と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−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)と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）と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。
【００５５】
図１１は、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、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ＧＴＧＴ−ＨＳルールテーブルを例示したものである。ここでは、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 （ＤＬ２），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示す。即ち、ＧＴＧＴ−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）と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。ＧＴＧＴ−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)との定性的関係の組み合せより、 ＤＴＬＩ,ＤＬ１,ＤＴＨＬの修正量を定義している。ＧＴＧＴ−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)との定性的関係の組み合せより、ＤＬ１，ＤＴＨＬ，ＤＬ２の修正量を定義している。ＧＴＧＴ−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）と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。
【００５６】
図１２は、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ＧＴＰＳ−ＰＳルールテーブルを例示したものである。ここでは、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、ＧＴＰＳ−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）と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。GTPS−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)と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。ＧＴＰＳ−ＰＳ３４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)と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。ＧＴＰＳ−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）と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。ＧＴＰＳ−ＰＳ５６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）と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。
【００５７】
図１３は、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ＳＴＬＴ−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ＳＴＬＴ−ＰＡルールテーブルを示したものである。ここでは、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(DAHCV1)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、ＳＴＬＴ−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）と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。ＳＴＬＴ−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）と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。ＳＴＬＴ−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ＮＯｘ平均値マージンｍＰＡ（１），ｍＰＡ(２)と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。ＳＴＬＴ−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）と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。
【００５８】
次に、起動スケジュール修正量決定手段１５０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。一例として、図１４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），（ＺＯ，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。
【００５９】
【数４】
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。
【００６１】
【数５】
Ｘi+1＝Ｘi＋ＫＳＧ Ｘi（５） …（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。
【００６２】
上記方法で作成された新たな起動スケジュール１１１は、再び動特性モデル１３０に設定される。このような手順を繰り返す過程で、最適性判定手段１４０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ものを最適起動スケジュールとして採用する。
【００６３】
【数６】
（ｎ＞ｎＳ）．ＡＮＤ．（Ｍin（t ＳＣＰ（ｎ）) …（６）
ここで、ｎ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起動回数であり、ｎＳは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ｎ回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。
【００６４】
以上説明した本発明のプラント起動制御システム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１５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速過ぎたため、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。
【００６５】
以上述べた本発明の実施例では、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たが、本発明はその他のプラント、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。
【００６６】
また、本発明の実施例では、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ＮＯｘ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他部所の熱応力、排出ＳＯｘやＣＯなどを考慮した方式とすることも可能である。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。
【００６７】
さらに、本発明の実施例では、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３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。
【００６８】
また、本発明の実施例では、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ＮＯｘ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。
【００６９】
また、本発明の実施例では、中央給電指令所から指令される起動完了時刻を正確にまもり、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。
【００７０】
本発明の主要部をなす最適起動スケジュール探索手段１００は、本実施例で説明したように、実プラントの起動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、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などである。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、最適起動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り、現地での調整作業工数を大幅に削減できる。
【００７１】
また、本発明の実施例では、火力発電プラント起動制御システムを、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。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、火力発電プラントの起動制御システムにおいて前記従来方式では不可能であった機器寿命や排出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を最短化する最適起動スケジュールの自動作成と実行を可能とすることにある。これにより、運転員の負担が大幅に軽減されるとともに、起動時間の短縮に伴うエネルギー損失も低減できるため発電プラントの運用コストを大幅に低減できる。
【００７３】
本発明の第２の効果は、火力発電プラントの起動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。
【００７４】
本発明の第３の効果は、火力発電プラントの起動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】本発明の実施例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。
【図２】本発明の主要部である起動スケジュール最適化手段の基本的考え方を示す。
【図３】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。
【図４】排出ＮＯｘ予測モデルを示す。
【図５】タービン熱応力特性評価方式を示す。
【図６】排出ＮＯｘ特性評価方式を示す。
【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。
【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。
【図９】ファジィルールの全体構成を示す。
【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。
【図１１】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を示す。
【図１２】ガスタービン主計画（ＧＴＰＳ）で用いる排出ＮＯｘ調整ルールの一部を示す。
【図１３】蒸気タービン局部調整（ＳＴＬＴ）で用いる排出ＮＯｘ調整ルールの一部を示す。
【図１４】起動スケジュール修正量の決定方法を示す。
【図１５】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動作結果とその効果を示す。
【符号の説明】
１００…最適起動スケジュール探索手段、１１０…起動スケジュール仮定手段、１２０…起動特性評価手段、１３０…動特性モデル、１４０…最適性評価手段、１５０…起動スケジュール修正量決定手段、１６０…ファジィルール、１７０…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、１０００…起動制御システム。
Claims (15)
- 蒸気を発生させるボイラ及び該ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御システムにおいて、
前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求める動特性モデルと、
該動特性モデルにより求められた前記起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求める起動特性評価手段と、
該起動特性評価手段により求められた余裕値と、該余裕値と前記起動スケジュールの修正量との関係を定めた所定のファジィルールとを用いて、前記余裕値の大きさに応じて前記起動スケジュールの修正量をファジィ推論により演算する起動スケジュール修正量決定手段と、
該起動スケジュール修正量決定手段により得られた起動スケジュールの修正量に基づいて、前記起動スケジュールを修正する起動スケジュール修正手段と、
該起動スケジュール修正手段により得られた起動スケジュールを、前記機器を動作させるための起動スケジュールとして設定する起動スケジュール設定手段と、
を設けたことを特徴とする火力発電プラントの起動制御システム。 - 蒸気を発生させるボイラ及び該ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御方法において、
（ａ）前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記ボイラから排出されるＮＯｘ排出量との起動特性を求めるステップと、
（ｂ）該起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求めるステップと、
（ｃ）前記起動特性が前記所定の制約条件を満足するような前記起動スケジュールの修正量を、前記余裕値と、該余裕値と前記スケジュールの修正量との関係を定めた所定のファジィルールとを用いてファジィ推論により演算するステップと、
（ｄ）前記起動スケジュールの修正量に基づいて前記起動スケジュールを修正するステップとを有し、
前記（ａ）乃至（ｄ）のステップを所定回数繰り返して実行し、この繰り返して実行する過程で修正された所定数の起動スケジュールの中から、前記起動特性が前記所定の制約条件を満足し、かつその起動スケジュールを実行した場合の起動時間が最短となるような最適起動スケジュールを選択し、この最適起動スケジュールに従って前記機器を動作させて起動を行うことを特徴とする火力発電プラントの起動制御方法。 - ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンとを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御システムにおいて、
前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記排熱回収ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性を求める動特性モデルと、
該動特性モデルにより求められた起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求める起動特性評価手段と、
該起動特性評価手段により求められた余裕値と、該余裕値と前記起動スケジュールの修正量との関係を定めた所定のファジィルールとを用いて、前記余裕値の大きさに応じて前記起動スケジュールの修正量をファジィ推論により演算する起動スケジュール修正量決定手段と、
該起動スケジュール修正量決定手段により得られた起動スケジュールの修正量に基づいて、前記起動スケジュールを修正する起動スケジュール修正手段と、
該起動スケジュール修正手段により得られた起動スケジュールを、前記機器を動作させるための起動スケジュールとして設定する起動スケジュール設定手段と、
を設けたことを特徴とする火力発電プラントの起動制御システム。 - ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生された蒸気により駆動される蒸気タービンとを有する火力発電プラントを起動させるための起動スケジュールを作成し、この起動スケジュールに従って前記プラントを構成する機器を動作させて起動を行う火力発電プラントの起動制御方法において、
（ａ）前記起動スケジュールに従って前記プラントを起動したと仮定したときの、前記排熱回収ボイラ及び前記蒸気タービンに発生する熱応力と、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性を求めるステップと、
（ｂ）該起動特性の所定の制約条件に対する余裕値を求めるステップと、
（ｃ）前記起動特性が前記所定の制約条件を満足するような前記起動スケジュールの修正量を、該余裕値と、前記余裕値と前記スケジュールの修正量との関係を定めた所定ファジィルールとを用いてファジィ推論により演算するステップと、
（ｄ）前記起動スケジュールの修正量に基づいて前記起動スケジュールを修正するステップとを有し、
前記（ａ）乃至（ｄ）のステップを所定回数繰り返して実行し、この繰り返して実行する過程で修正された所定数の起動スケジュールの中から、前記熱応力及びＮＯｘ排出量が前記所定の制約条件を満足し、かつその起動スケジュールを実行した場合の起動時間が最短となるような最適起動スケジュールを選択し、この最適起動スケジュールに従って前記機器を動作させて起動を行うことを特徴とする火力発電プラントの起動制御方法。 - 請求項３に記載の火力発電プラントの起動制御システムにおいて、前記起動スケジュールは、前記ガスタービンの昇速率，定格速度保持時間，初負荷，初負荷保持時間，負荷上昇率，負荷保持時間、及び前記蒸気タービンの高圧タービンバイパス弁の操作速度，中圧タービンバイパス弁の操作速度，低圧タービンバイパス弁の操作速度，高圧加減弁操作速度，中圧加減弁操作速度，低圧加減弁操作速度のうち、少なくとも１つ以上のパラメータにより規定され、更に前記スケジュール修正量決定手段は、該パラメータに対する修正量を演算することを特徴とする火力発電プラント起動制御システム。
- 請求項５に記載の火力発電プラントの起動制御システムにおいて、前記所定のファジィルールは、
前記排熱回収ボイラに発生する熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータの修正量との関係に基づいて定めたボイラ応力調整ルールと、
前記蒸気タービンに発生する熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータ修正量との関係に基づいて定めたタービン応力調整ルールと、
前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と前記パラメータ修正量との関係に基づいて定めた排出 ＮＯｘ調整ルールと、
を有することを特徴とする火力発電プラントの起動制御システム。 - 請求項５に記載の火力発電プラント起動制御システムにおいて、前記所定のファジィルールは、
前記ガスタービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記ガスタービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第１の調整ルールと、
前記第１の調整ルールよりも少ない前記ガスタービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記ガスタービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第２の調整ルールと、
前記蒸気タービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記熱応力の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記蒸気タービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第３の調整ルールと、
前記第３の調整ルールよりも少ない前記蒸気タービンに関するパラメータを修正の対象とし、前記排熱回収ボイラから排出されるＮＯｘ排出量の起動特性の、前記所定の制約条件に対する余裕値と、前記蒸気タービンに関するパラメータの修正量との関係を定めた第４の調整ルールと、
を有することを特徴とする火力発電プラント起動制御システム。 - 請求項３に記載の火力発電プラント起動制御システムにおいて、前記動特性モデルは、前記排熱回収ボイラの熱応力として高圧過熱器出口ヘッダ及び中圧過熱器出口ヘッダに発生するの熱応力を予測し、かつ蒸気タービンの熱応力として高圧及び中圧タービンのロータに発生する熱応力を予測するものであって、前記起動特性評価手段は、前記熱応力予測値に対してはプラント起動過程を複数区間に分割した各区間毎に前記所定の制約条件である運転制限値に対する余裕値を求め、前記排出ＮＯｘ予測値に対しては、該排出ＮＯｘの瞬時値と時間平均値を求め、前記プラント起動過程を複数区間に分割した各区間毎に前記所定の制約条件である環境規制値に対する余裕値を求めることを特徴とする火力発電プラント起動制御システム。
- 請求項７に記載の火力発電プラント起動制御システムにおいて、前記各ファジィルールは、前記起動特性評価により予測された起動特性のうち、連続する複数区間の評価結果を条件部に入力し、結論部からは修正対象となる前記パラメータとその修正量を出力するものであって、前記スケジュール修正量決定手段に用いられるファジィ推論は、該各ファジィルールを用いて前記パラメータの修正量を演算することを特徴とする火力発電プラント起動制御システム。
- 前記選択された最適起動スケジュールに、排出ＮＯｘ，起動所要時間，起動に伴うエネルギー損失，機器寿命消費量に対して加重値を掛けることによって、その起動スケジュールの最適性を総合的に評価判定するとともに、季節あるいは一日の時間帯など電力需要や環境保護条件からくる必要性に応じて該加重値の変更を可能としたことを特徴とする請求項２及び４のいずれかに記載の火力発電プラント起動制御方法。
- 実際に前記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時刻、前記所定の制約条件である運転制限値及び環境規制値が変更されたときに、再度起動起動スケジュールを作成可能にしたことを特徴とする請求項１及び３のいずれかに記載の火力発電プラント起動制御システム。
- 実際に前記プラントが起動開始後、該プラントが異常により当初の起動スケジュールから実際の起動がずれたとき、その異常復旧後に再度前記起動スケジュールを作成可能にしたことを特徴とする請求項１及び３のいずれかに記載の火力発電プラント起動制御システム。
- 請求項１及び３のいずれかに記載の火力発電プラント起動制御システムにおいて、前記起動スケジュールの開始基準時刻を、ボイラあるいはガスタービン点火時刻，負荷併入時刻，目標負荷到達時刻，定格負荷到達時刻の何れかにしたことを特徴とする火力発電プラント起動制御システム。
- 請求項１，３，５，６及び７項のいずれかに記載の火力発電プラント起動制御システムを、ガス化複合サイクル発電プラント、常圧および加圧流動層ボイラ発電プラントに用いて起動を行うことを特徴とする火力発電プラント起動制御システム。
- 請求項１及び３に記載の火力発電プラント起動制御システムを、プラント運転訓練用シミュレータにおける起動スケジュール作成手段として用いることを特徴とする火力発電プラント起動制御システム。
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-
1994
- 1994-11-04 JP JP27089194A patent/JP3666036B2/ja not_active Expired - Lifetime
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