JP4234414B2 - Control method of utility system - Google Patents

Control method of utility system Download PDF

Info

Publication number
JP4234414B2
JP4234414B2 JP2002361764A JP2002361764A JP4234414B2 JP 4234414 B2 JP4234414 B2 JP 4234414B2 JP 2002361764 A JP2002361764 A JP 2002361764A JP 2002361764 A JP2002361764 A JP 2002361764A JP 4234414 B2 JP4234414 B2 JP 4234414B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
steam
control point
plant
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002361764A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004190620A (en
Inventor
耕三 松尾
通浩 若松
秀樹 今林
哲次 谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2002361764A priority Critical patent/JP4234414B2/en
Publication of JP2004190620A publication Critical patent/JP2004190620A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4234414B2 publication Critical patent/JP4234414B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気,蒸気,ガス等の各エネルギ(用役)を工場等の外部施設に供給するプラントにおいて、前記プラントの運転を、無駄のない最適な状態で運転することができるように、用役システムの制御を行う制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気や蒸気等のエネルギを工場等に供給する発電プラントを効率的に制御する最適化制御方法が知られている。このような制御方法において、従来は、発電機等の用役システムの運転について、例えば約1ヶ月ごとに次月の蒸気,電力の需要・供給計画のバランスに基づき、最適な負荷配分を計算して調整する必要があり、用役及び用役費に多大な無駄が生じるという問題があった。
そこで、このような問題を解決するために、例えば、発電プラントにおいて、時々刻々と変化する蒸気、電気の需要変化に対応して、用役システムの運転条件が最適になるように演算する技術(特許文献1及び特許文献2参照)、エネルギの収支バランス及びエネルギ損失に基づいて、プラント全体についてリアルタイムに最適運転条件を演算する技術(特許文献3参照)等が提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−78749号(明細書の発明の詳細な説明の欄の記載参照)
【特許文献2】
特開2000−78750号(請求の範囲の記載参照)
【特許文献3】
特開2000−97001号(発明の要約の欄の記載参照)
【0004】
上記の各特許文献に記載された技術は、プラントがボイラやタービン等の用役システムを並列運転する場合に、並列の用役システム間での負荷配分を最適化するのに有効な手段である。
【0005】
しかし、上記の特許文献に記載した技術においても、短時間の用役バランス、例えば、蒸気,電力バランスの変化や、計画外の消費変化に対応することができず、未だに無駄が生じているというのが現状である。
すなわち、上記特許文献に記載した技術は、発電プラント等のプラント全体において燃料費や買電費、環境費等のコストを最小にする最適化には適しているものの、天候の変化や電気消費量、蒸気消費量の変動等を吸収することができず、これらの変化に伴う用役又は用役費の無駄を除去することはできない。また、最適化計算によって得られた結果に基づき、用役システムの制御を行いつつ、制御の途中における各種条件の変動を吸収するには、演算処理速度の早い高度かつ大型のコンピュータシステムが必要となり、用役システム全体の設備コストが高くなるという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、運転条件の変化に応じた最適化運転の制御を短時間で行うことが可能で、かつ、簡単なコンピュータシステムで運転条件の変化に伴って迅速に用役システムの制御を行うことが可能な、プラントにおける用役システムの制御方法の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、少なくとも蒸気発生装置と発電装置とを含む用役システムを複数有するプラントにおいて、前記プラントを最適な状態で運転できるように前記用役システムを制御する方法であって、前記用役システムの各々について予め数式化したモデルを作成するステップと、前記用役システムの各々について、制御対象となる制御ポイントを予め設定するステップと、前記プラントから、運転データを収集するステップと、収集された前記運転データに基づいて、第一の周期で、前記用役システムについて、運転条件の変更が可能かどうかを判断するステップと、運転条件の変更が可能と判断された前記用役システムの各々について、前記モデル内の変数を変更し、前記プラントの最適運転のための最適化計算を行うステップと、前記制御ポイントの中から、予め設定された手順にしたがって、第一の制御ポイントを選択するとともに、この第一の制御ポイント以外の制御ポイントを第二の制御ポイントとするステップと、前記第一の制御ポイント及び前記第二の制御ポイントに対して、前記最適化計算の結果に基づいて制御指令を出力するステップと、前記第二の制御ポイントに対して、前記第一の周期内で設定された第二の周期で、当該プラントに生じた運転条件の変化を吸収するように制御指令を出力するステップとを有し、前記第一の制御ポイント及び前記第二の制御ポイントの少なくとも一方に、前記最適化計算の結果で得られた制御値を、各々対応する第一の周期内又は第二の周期内で、複数回に分けて出力する制御方法である。
【0008】
この方法によれば、まず、外部への蒸気や電力等のエネルギ供給量を一定にした状態で、プラント全体の最適運転のための最適化計算を行う。また、これに先立ち、最適化計算の結果を利用して制御を行う制御ポイントを予め決定しておく。次に、前記制御ポイントの中から、第一の制御ポイントと第二の制御ポイントとを選択する。前記第一の制御ポイントは、予め決定された手順にしたがって任意に選択することができ、例えば、圧力制御を行っていない制御ポイント、電力調整を行っていない制御ポイントを第一の制御ポイントとして、最適化計算の度に選択することができる。前記第一の制御ポイントが決定された後、この第一の制御ポイント以外の制御ポイントを第二の制御ポイントとして決定することができる。
最適化計算の結果に基づく制御指令は、第一の制御ポイント及び第二の制御ポイントに出力されるが、制御の途中における各種条件の変動は、第二の制御ポイントの制御によって吸収される。
このように、本発明では、制御ポイントを第一の制御ポイントと第二の制御ポイントとに分け、第一の制御ポイントで最適化計算の結果に基づく制御を行いながら、第二の制御ポイントで条件の変動を吸収するようにしているので、簡単なシステムで迅速に処理を行うことが可能になる。
【0009】
前記第一の制御ポイントと前記第二の制御ポイントとは、請求項2に記載するように、一の用役システムが燃料を供給する制御ポイントを複数備え、この複数の制御ポイントのうちの一の制御ポイントを、前記第一の制御ポイント又は前記第二の制御ポイントのいずれかとし、他の制御ポイントを、残った前記第一の制御ポイント又は前記第二の制御ポイントとするように選択するとよい。
例えば、あるボイラに二種類の燃料が供給される場合に、最適化計算によって当該ボイラに供給される燃料の総量と、二種類の燃料のうちの一方の燃料の量とが決定されれば、他方の燃料の量は必然的に決定される。そのため、前記一方の燃料の供給を制御する制御ポイントを第一の制御ポイントとし、前記他方の燃料の供給を制御する制御ポイントを第二の制御ポイントとすることで、制御が容易になる。
【0010】
また、請求項1に記載するように、前記第一の制御ポイント及び前記第二の制御ポイントの少なくとも一方に、前記最適化計算の結果で得られた制御値を、各々対応する第一の周期内又は第二の周期内で、複数回に分けて出力するような制約を加えて、前記最適化計算の結果に基づく指令を出力するようにするとよい。
前記した制約としては、請求項3に記載するように、前記複数回に分けて出力される制御値は、均等な間隔をおいて出力されるとともに、前記最適化計算の結果で得られた制御値となるまで、各出力タイミング毎にほぼ同じ制御量を累加した制御値が出力されるとよい。例えば、前記最適化計算で得られた結果を十分割するとともに、前記第一の周期も十分割し、各分割周期ごとに十分割された前記結果に基づく制御指令を出力するようにする。このようにすることで、用役システムの運転変動を最小に抑制することができる。
【0011】
請求項4に記載の発明は、前記モデル内の変数の変更を、前記運転データから得られた実測値を基準とした、上限値及び/又は下限値を有する範囲内で行う制御方法である。この場合、現在の運転データを基準に、変数の変更範囲を決定するようにするとよく、このようにすることで、プラントや用役システムの運転変動を最小に抑えることができる。
最適化の計算は、各モデル内の変数を種々変更して行うが、モデルの数が多くなるほど、変更する変数の数も多くなり、最適化の計算に多大な時間を費やすことになる。そこで、変数の変更範囲に一定の制限を設けることで、最適化の計算に要する時間を短縮することができる。
【0012】
請求項5に記載の発明は、今回の最適値の計算結果と、前回の最適値の計算結果とを比較するステップをさらに有し、両者の差が予め設定された値より大きいときは、前記用役システムの運転条件の変更を一時保留する制御方法である。
蒸気・電力等のバランス変化により、一時的に最適値の計算結果が前回と今回とで大きく変化することがある。このような一時的な最適値の変化に対応して運転条件を変更すると、用役に無駄が生じることがある。
そこで、この発明では、前回と今回との最適値の計算結果の差が予め設定された値より大きいときには、最適値の変更を一時的に保留し、運転条件の変更を行わないようにしている。
【0013】
請求項6に記載の発明は、前記プラントが、蒸気圧力の異なる複数の蒸気供給ラインと、高圧側の前記蒸気供給ラインと低圧側の前記蒸気供給ラインとの間に設けられ、高圧側の前記蒸気供給ラインから供給された蒸気によって運転され、低圧側の蒸気供給ラインに圧力が低下した蒸気を供給する用役システムとを有する場合において、前記高圧側及び低圧側の少なくとも一方の蒸気圧力を、外部への圧力供給において変動が許容される範囲内で変更可能として、最適化の計算を行う制御方法である。
【0014】
高圧側の前記蒸気供給ラインと低圧側の前記蒸気供給ラインとの間に設けられる用役システムとして、例えば蒸気タービン発電機がある。このような蒸気タービン発電機においては、高圧側の蒸気圧力と低圧側の蒸気圧力との圧力差が大きいほど、発電量が大きくなる。
一方、低圧側の蒸気圧力が外部に供給されている場合、当該外部に供給される蒸気の圧力は一定範囲内で固定されているのが好ましい。
そこで、これらの条件を共に満たすために、低圧側の蒸気圧力を、外部供給の許容範囲内で変更して、最適値の計算を行うようにするとよい。
この場合、請求項7に記載するように、前記低圧側又は前記高圧側の蒸気圧を検出し、検出された蒸気圧と許容される蒸気圧の下限値との差を求め、この差に基づいて、ファジー推論により前記低圧側又は前記高圧側の蒸気の圧力を決定するようにするとよい。
【0015】
請求項8に記載の発明は、前記最適化計算の結果に基づき、前記低圧側の蒸気供給ラインを大気中に開放して蒸気を放出する制御方法である。
このようにすることで、高圧側と低圧側の圧力差を最大とすることができ、例えば用役システムが蒸気タービン発電機である場合に、最大の発電量を得ることができる。
【0016】
請求項9に記載の発明は、前記プラントが補助的な用役システムを有する場合において、この補助的な用役システムについても数式化したモデルを作成し、最適化の計算にあたって考慮する制御方法である。
例えば、プラントが、外部から燃料ガスの供給を受けて発電を行うガスタービンや、廃熱回収助燃ボイラ等の補助的な用役をシステムを有し、前記ガスタービンで発電された電力をプラントの電力供給ラインに供給し、廃熱回収助燃ボイラで発生した蒸気を蒸気供給ラインに供給する場合に、これら補助的な用役システムを最適化計算において考慮することで、より最適状態で運転を行うことができる。
この場合、前記補助的な用役システムは、請求項10に記載するように、前記プラントから補助動力として蒸気が供給されるガスタービン発電機であってもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を、図面にしたがって詳細に説明する。
図1は、本発明の制御方法が適用されるプラントの一例にかかり、その構成を説明するブロック図である。
このプラントは、プラントの外部の高圧蒸気消費装置CP11,中圧蒸気消費装置CP12,低圧蒸気消費装置CP13及び電力消費装置CP14に、蒸気及び電力を供給するためのもので、蒸気を発生させる二台のボイラ11,12を用役供給の主体として構成されている。
【0018】
ボイラ11,12によって発生させられた蒸気は、高圧蒸気回路10に供給され、その一部が高圧蒸気消費装置CP11に供給されるとともに、他の一部は、高圧蒸気回路10に接続された二台の高圧蒸気タービン14,16に供給される。
また、この二台の高圧蒸気タービン14,16に消費されて減圧された中圧の蒸気は、中圧蒸気回路20に供給され、その一部が中圧蒸気消費装置CP12に供給されるとともに、他の一部が中圧蒸気回路20に接続された中圧蒸気タービン21,23に供給される。
【0019】
さらに、この二台の低圧蒸気タービン21,23に消費されて減圧された低圧の蒸気は、低圧蒸気回路30に供給され、その一部が低圧蒸気消費装置CP13に供給されるとともに、他の一部が低圧蒸気回路30に接続された低圧蒸気タービン32に供給される。
各蒸気タービン14,16,21,23,31には、それぞれ発電機15,17,22,24,33が設けられていて、この発電機15,17,22,24,33によって発生された電力が、電力供給回路40を介して、電力消費装置CP14に供給される。
【0020】
なお、電力供給回路40には、このプラントから供給される電力の不足分を補うために、外部の電力会社から電力が供給されるようになっている。
さらに、このプラントは、ガスタービン発電機52を有していて、外部から供給されたガスを燃料とし、中圧蒸気回路20から供給された中圧蒸気を補助動力として発電を行い、電力供給回路40に電力を供給するようになっている。
またさらに、このプラントは廃熱回収助燃ボイラ51を有していて、ガスタービン発電機52の廃熱と、外部から供給された燃料とで、高圧の蒸気を発生し、高圧蒸気回路10に供給するようになっている。
図中、符号13,18,25は蒸気圧を計測する圧力計で、符号42は電力供給回路40を流れる電流を計測する電流計である。最適化制御では、原則として、これら圧力計及び電流計の計測値が変化しないように、最適値の計算と制御とが行われる。
【0021】
また、ボイラ11,12に供給される燃料A,B,Cの量、高圧蒸気回路10から高圧蒸気消費装置に供給される高圧蒸気の量、中圧蒸気回路20から中圧蒸気消費装置に供給される中圧蒸気の量、低圧蒸気回路10から低圧蒸気消費装置に供給される低圧蒸気の量、電力会社から供給される電力の量(買電量)、電力供給回路40から電力消費装置CP14に供給される電力量、ガスタービン52及び廃熱回収助燃ボイラ51に供給される燃料の量等は、図示しないセンサによって常時監視されている。
【0022】
図中、符号SPは、最適値計算に基づく制御指令によって制御される制御ポイントで、バルブの開量調整等を行うものである。例えば、制御ポイントSP43〜SP48は、ボイラ11,12に供給される燃料A,B,Cの供給量の制御を行う。また、制御ポイントSP41,42は、ボイラ11,12から高圧蒸気回路10に供給される高圧蒸気の供給量を制御する。さらに、制御ポイントSP11,12は、高圧蒸気タービン14,16から中圧蒸気回路20に供給される中圧蒸気の供給量の制御を行い、制御ポイントSP21,22は、中圧蒸気タービン21,23から低圧蒸気回路30に供給される中圧蒸気の供給量の制御を行い、制御ポイントSP31は、低圧蒸気回路30から低圧蒸気タービン32に供給される低圧蒸気の供給量を制御する。またさらに、電力会社41からの買電量を調整するための制御ポイントSP71が、電力会社からの電力供給線の一部に設けられている。
【0023】
なお、この実施形態のプラントにおいては、高圧蒸気回路10と中圧蒸気回路20との間にバイパス19が設けられていて、制御ポイントSP61によってバイパス19の開閉制御が行われる。さらに、中圧蒸気回路20と低圧蒸気回路30との間にバイパス29が設けられていて、制御ポイントSP62によってバイパス29の開閉制御が行われる。
【0024】
上記した各制御ポイントには、最適化計算の結果(以下、制御値という)に従う制御指令が出力されるが、本発明では、これら制御ポイントを、第一の制御ポイントと第二の制御ポイントの二つに区分けして、異なる条件下で前記制御値による制御指令が出力されるようになっている。
すなわち、最適化計算の後に、プラントに作用する条件の変化を無視して、前記制御値に基づく制御指令のみにしたがって制御が行われる第一の制御ポイントと、前記制御値に基づく制御指令のほか、プラントに作用する条件の変化を加味して制御が行われる第二の制御ポイントとに区分けする。
【0025】
前記した第一の制御ポイントとしては、前記制御ポイントの中から任意適当に選択することができるが、例えば、圧力制御を行っていない制御ポイントや電力調整を行っていない制御ポイントを選択することが可能である。
この実施形態では、最適化計算の結果と第一の制御ポイントに出力される出力値とから、第二の制御ポイントに出力される出力値が自動的に決定されるように、第一の制御ポイント及び第二の制御ポイントを選択する。すなわち、第一の制御ポイントとして、ボイラ11及びボイラ12の制御ポイントSP42、SP44,SP45,SP46,SP47,SP48、中圧蒸気回路20の制御ポイントSP11、低圧蒸気回路30の制御ポイントSP21、ガスタービン発電機52の制御ポイントS51,52,53の他、制御ポイントSP61,SP62,SP32及び制御ポイントSP71を選択している。
また、残りの制御ポイントSP41,SP43,SP12,SP22,SP31を第二の制御ポイントとして選択している。
【0026】
次に、上記構成のプラントにおける最適化運転制御の手順について説明する。本発明の制御方法においては、まず、ボイラやタービン、発電機等の用役システムの各々について、モデル化(数値化)を行う。
[ボイラ11,12のモデル化]
各ボイラ11,12は、線形又は非線形の数式に置き換えてモデル化することで、燃料と蒸気発生のバランス計算が可能となり、非線形に対応した最適値探索法を用いて、最適運転値を得ることができる。
ボイラの数式化には、ボイラに使用される燃料の種類と、当該ボイラが単位量の蒸気を発生させるのに必要な熱量(この逆数を、「ボイラ原単位」と記載する、ボイラ原単位の単位はm/kcalやkg/kcalで示すことができる)と、理論値と実際値との間の差を補正するための補正値とから求めることができる。
【0027】
すなわち、異なる種類の三つの燃料A,B,Cを燃料とするボイラにおいて、各燃料の熱量をα1,β1,γ1とすると、単位時間当たり一台のボイラが発生させる蒸気発生量(I)は、
I=(燃料Aの消費量×α1+燃料Bの消費量×β1+燃料Cの消費量×γ1)×ボイラ原単位+補正値
で表すことができる。
また、ボイラによって発生された蒸気の中から、外部で利用可能な蒸気の量
(必要蒸気量(III))は、ボイラ蒸気発生量からボイラの自己消費量(II)を差し引いた値(III=I−II)である。ここで、自己消費量(II)は、
II=I×α2+β2 α2,β2:ボイラ固有の係数
で求めることができる。
【0028】
[蒸気タービンのモデル化]
蒸気タービンのモデル化は、蒸気消費量に対するタービン出力特性を考慮して求めることができる。
例えば、図2に示すような非線形の出力特性の場合は、弁点▲1▼〜▲2▼間の電気発生量IV▲1▼を、
IV▲1▼=蒸気消費量×α3+蒸気消費量×β3+補正値
で求めることができ、弁点▲2▼〜▲3▼間の電気発生量IV▲2▼を、
IV▲2▼=蒸気消費量×α4+蒸気消費量×β4+補正値
で求めることができ、弁点▲3▼以上の電気発生量IV▲3▼を、
IV▲3▼=蒸気消費量×α5+蒸気消費量×β5+補正値
で求めることができる。
また、線形の出力特性の場合は、比例係数をα5として、
電気発生量IV′=蒸気消費量×α6+補正値
で求めることができる。
【0029】
なお、α3〜α6,β3〜β5は、蒸気タービン固有の係数である。
また、補正値は、理論値と実際値との差で、予め実験等によって求めることができる。例えば、弁点▲1▼〜▲2▼間の電気発生量IV▲1▼における補正値は、
補正値=(蒸気消費量×α3+蒸気消費量×β3)−実際の電気発生量(実測値)
で求めることができる。
【0030】
[ガスタービン発電機のモデル化]
ガスタービン発電機の数値化は、燃料消費量に基づいて求めることができる。
電気発生量をVとすると、
V=燃料消費量×α7+β7+補正値
の式により求めることができる。なお、式中のα7及びβ7は、ガスタービン発電機の性能データや設計上のデータから求められる固有値である。
ガスタービン発電機は、図3に示すように、外気温度と、出力増加に補助的に利用される蒸気の消費量により、発電できる電気の最大量が変化する。そのため、これらの要因により発電できる電気の最大量を計算し、これを「制約条件」とする。この制約条件は、蒸気の消費量の変化にともなって、計算中においても変化する。
発電できる最大量VIは、
VI=基準の最大量−外気温度×α8+出力増加用蒸気消費量×β8
で求めることができる。なお、ここで、「基準の最大量」とは、図3のグラフに示すように、外気温度が0℃で蒸気消費量が0のときに発電できる最大量を意味する。
【0031】
[ガスタービン廃熱回収ボイラのモデル化]
ガスタービン廃熱回収ボイラは、ガスタービン発電機で発電に利用されなかったエネルギの回収を図るものであり、供給されたエネルギ(燃料消費量)と、発生したエネルギ(電気発生量)との差に基づいて求めることができる。
そして、ガスタービン廃熱回収ボイラによって発生される蒸気発生量VIIは、
VII=電気発生量(V)×α9+燃料消費量×β9+γ+補正値
で求めることができる。なお、式中のγは、ガスタービン廃熱回収ボイラの性能データや設計上のデータから求められる固有値である。
なお、補正値は、実際の蒸気発生量と理論上の値である電気発生量(V)×α9+燃料消費量×β9+γとの差に基づいて求めることができ、実験等により得ることができる
【0032】
[環境対応のモデル化]
各ボイラで消費される燃料に含有されるサルファ含有率よりSOx発生量を計算する。
例えばボイラAのSOx発生量VIIIは、
VIII=燃料Aの消費量×燃料Aのサルファ含有率+燃料Bの消費量×燃料Bのサルファ含有率+燃料Cの消費量×燃料Cのサルファ含有率
で求めることができる。
各々のボイラについてSOx発生量を求め、これらを総合したものが、このプラントの総SOx発生量である。但し、このSOx発生量は、このプラントに設けられたSOx処理装置の最大処理能力を超えるものであってはならず、この最大処理能力が、SOx発生量の制約値として設定される。
【0033】
[制約条件]
上記のようにモデル化が完了すれば、次に、個々の用役システムにおける制御上の制約条件を設定する。
この制約条件には、ボイラや蒸気発電機、タービン発電機等の装置の構成や性能等から上限値と下限値が設定される不等式制約条件と、消費エネルギと発生エネルギとのバランス、発生蒸気量と消費蒸気量とのバランス、発生電力量と消費電量のバランスによる等式制約条件とがある。
【0034】
[不等式制約条件]
不等式制約条件には、以下のものがある。
(1) ボイラ・ガスタービン発電機の燃料消費量
(2) 蒸気・ガスタービン発電機の電気発生量
(但し、ガスタービン発電機の電気発生量については、前述したように、出力増加用蒸気の消費量によって上限値は可変である)
(3) 蒸気タービンの蒸気消費量
(4) ボイラの蒸気発生量
(5) 蒸気変換弁通気量
(6) 蒸気の大気への放出量
(7) 蒸気滞留防止制約
(蒸気の流れが止まると温度が低下するため、蒸気の流れを監視する監視手段を高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気の供給ラインの蒸気の流れが滞留すると思われるところに設置し、この監視手段の上限値及び下限値を設定する。)
(8) 電気潮流制限制約
このプラントを流れる電力量に関する制約である。プラントの所定位置に電流計を設け、このプラントのトランス等の電気設備の容量及び電力の授受契約等に応じて設定する。
(9) 買電量の制約
電力会社の契約電気使用量に基づいて設定される。
(10) 環境対応制約
SOxやNOx、CO2等、環境に影響を与える物質の排出量の制約である。これらの制約値は、計算や実験等によって求めることもできるが、多くの場合、設計上予め設定されているものである。
【0035】
[等式制約条件]
▲1▼ ボイラのエネルギバランス
ボイラは、消費した燃料によって発生したエネルギの全てが、蒸気の発生に使用されるのが理想的である。
そこで、ボイラのエネルギバランスにおいては、
ボイラの蒸気発生量(エネルギ換算値)−ボイラ燃料消費量(エネルギ換算値)=0
と設定する。
▲2▼ 高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気の発生及び消費バランス
各ボイラによって発生される蒸気の全てが、蒸気消費装置で使用されるのが理想的である。
そこで、各蒸気の発生及び消費バランスにおいては、
高圧蒸気の発生量合計−高圧蒸気消費量=0
中圧蒸気の発生量合計−中圧蒸気消費量=0
低圧蒸気の発生量合計−低圧蒸気消費量=0
と設定する。
▲3▼ 発生電力量と消費電力量のバランス
電気については、発電機によって発生される電気と電力会社から供給される電気とが、全てプラント内で消費されるのが理想的である。
そこで、発生電力量と消費電力量のバランスにおいては、
電気発生量合計+買電量−電気消費量=0
と設定する。
【0036】
[目的(評価)関数]
この実施形態で評価関数は、ボイラの燃料費、ガスタービンの燃料費、買電費及び環境対策費等のコストを最小にするものとする。
ボイラ燃料費及びガスタービン燃料費は、燃料消費量と燃料単価とから求めることができる。
また、買電量は、買電量と買電単価とから求めることができる。
さらに、環境対策費は、SOx発生量とSOx賦課金とから求めることができる。
最適化計算では、前述した制約条件を満足しつつ、評価関数が最も小さくなるようなシステムの運転条件を探索する。
【0037】
[制御ブロック及び制御手順の説明]
次に、上記条件に基づいてプラントの最適化を行う制御装置の構成及びこの制御装置による処理の手順を、図4のブロック図及び図5のフローチャートを参照しながら説明する。
本発明の制御方法を実行するための制御システムは、プラント全体について最適化の計算を行って、第一の制御ポイントに制御指令を出力する第一の制御部71と、最適化計算の結果(制御値)を受け取り、この制御値に一定の制約を加えて第二の制御ポイントに制御指令を出力する第二の制御部72とを有している。
【0038】
第一の制御部71は、プラントに含まれる各用役システム(ボイラ11,12,蒸気タービン14,16等)の運転条件を判断する運転条件判断部711と、最適化を計算するにあたって各種の条件を設定する条件設定部712と、最適化計算の探索範囲を所定範囲内に制約する制御出力制約計算部713と、最適化の計算を行う最適化計算部714とを有している。
第二の制御部72は、予め選択された第二の制御ポイントを指定する制御ポイント指定部721と、指定された第二の制御ポイントに対して、最適化計算部714で計算された制御値を出力するにあたり、前記制御値に一定の制約を加えて出力を行う出力制限部722と、この出力制限部722からの出力に基づいて発電量及び買電量を計算する発電量・買電量計算部723と、買電量の制御を行う買電制御部724とを有している。
【0039】
上記の制御システムによる処理の手順のさらに詳細を、図4及び図5を参照しながら説明する。
運転開始(ステップS100)と同時に、各用役システムから運転データや環境データが収集される(ステップS101)。
このデータには、例えば、ボイラ11,12に供給される燃料A,B,Cの供給量、ボイラ11,12による蒸気発生量、ガスタービン発電機52に供給される燃料Dの供給量、蒸気タービン15,17,22,24,33及びガスタービン発電機52の発電量、廃熱助燃ボイラ51に供給される燃料Eの供給量、電力会社から供給される電力量等が含まれる。
【0040】
また、運転開始とともに経過時間の計測が開始される(ステップS102)。そして、予め設定された第一の周期(例えば10分)がタイムアップすれば、第一の制御部71の運転条件判定部711が、用役システムから送信されたデータを分析して、どの用役システムが運転していて、どの用役システムが運転を停止しているかを判断する(ステップS103)。さらに、運転条件判定部711は、各制御ポイントからのデータに基づいて、各用役システムごとに最適化が可能かどうか、すなわち、用役システムのモデル中の変数の変更が可能かどうかを判断する(ステップS104)。変数の変更が可能でない場合は、現在の運転条件における値を固定値として定義し(ステップS105)、変数の変更が可能である場合は、運転変数として定義する(ステップS106)。
【0041】
例えば、ボイラ11において、燃料Aの供給量の変更が可能であり、燃料B及び燃料Cの供給量の変更が不可能であるときは、燃料Aの供給量を運転変数として定義し、燃料B及び燃料Cの供給量を、固定値として定義する。モデル中の変数の変更が可能かどうかは、例えば、予め設定された制約条件に基づいて行うことができる。
【0042】
次に、条件設定部712では、最適化の計算にあたり、プラントから外部に供給される蒸気量及び電力量が、常に一定になるようにする(ステップS107)。外部に供給される蒸気の量は、ボイラ11,12及び廃熱回収助燃ボイラ51によって発生される蒸気発生の総量から、プラント内の蒸気タービン14,16,21,23,32で消費される蒸気の消費量を差し引いたものである。
高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気の各々について外部に供給される蒸気量は、各蒸気消費装置CP11,CP12,CP13の蒸気消費量と等しいものとし、

Figure 0004234414
で表される。
【0043】
このように、最適化の計算においては、各蒸気消費装置CP11,CP12,CP13の消費量に変化がないことを条件とする(ステップS107)。
また、外部に供給される電力の供給量CP14は、プラント内で発電される発電量の総量に買電量を加えたものであるが、電力消費装置CP14の電力消費量と等しいものとし。この電力消費量CP14に変化がないことを条件とする(ステップS107)。
【0044】
次いで、図示しないメモリから、補正値、制約値、評価関数等、最適値の計算に必要な条件を読み出す(ステップS109,S110,S111)。
制御出力制約計算部713は、運転変動を最小に抑え、短時間で最適化の計算が実行できるようにするために、最適化計算の探索範囲を設定する(ステップS111)。
例えば、制御出力制約計算部713は、現在の運転値に対して、運転変数の変更の範囲(探索範囲)を±10%に設定し、この範囲内で変数の変更を行なって、小さい運転変動で最適化の計算を行うようにする。
【0045】
この後、最適値計算部714が最適値の計算を行う(ステップS113)。この実施形態では、燃料A〜Eや電力会社から買う電力、環境のコストを最小にするように評価関数が設定されているので、最適化が可能な、つまり、運転変数の変更が可能な第一の制御ポイントについて、変数を種々に変更しながら、コストが最小になる最適値を探索する(ステップS112)。なお、この最適化計算は、市販の最適化ソフトを用いて実行することができる。
【0046】
最適化の計算終了後は、各制御値を送信する制御ポイントを指定して(ステップ113)、その制御ポイントが、予め設定された第一の制御ポイントであるか第二の制御ポイントであるかを判断する(ステップS114)。
第一の制御ポイントである場合は、最適化計算部714による最適化計算で得られた制御値に制限を加えて(ステップS115)、前記第一の制御ポイントの各々に出力する(ステップS116)。
第二の制御ポイントへの出力値は、最適化計算によって得られた制御値と、第一の制御ポイントの制御値とから自動的に決定される。また、前記制御ポイントが第二の制御ポイントであると判断された場合には、最適化計算の後にプラントの運転条件に変動があったかどうかを判断して(ステップS117)、運転条件の変動がなければ、自動的に決定された前記制御値に基づいて、制御指令が出力される(ステップS119)。
【0047】
運転条件に変動があったときは、最適化計算で得られた制御値を、前記運転条件の変動に応じて変更し(ステップS118)、その結果を制御指令として出力する。例えば、高圧蒸気回路10の蒸気圧が低くなったときは、蒸気圧の低下分に応じて、ボイラAに供給する燃料Aの量を増やし、バルブの開量を大きくするように、第二の制御ポイントである制御ポイントSP43及び制御ポイントSP41に制御指令を出力する。なお、運転条件の変動の検出と、この変動検出に伴う制御値の変更とは、第一の周期内の一定の周期(第二の周期)、例えば1秒間隔で細かく行うようにするとよい。このようにすることで、用役システムの全体を最適化計算の結果に基づいて制御しつつ、最適化計算後に発生した運転変動を、第二の制御ポイントによって吸収することができる。
【0048】
また、上記した制御値に加える制限としては、例えば、最適化計算で得られた制御値を10等分して制御指令を出力することが挙げられる。すなわち、ある制御ポイントに対する最適化の制御値が例えば10である場合において、前記第一の周期が10分である場合には、一回当たりの制御量を1とし、かつ、この制御量を一分間隔で前記制御ポイントに出力するようにする。
このように、制御ポイントに出力する制御値に一定の制約を設けているのは、用役システムの運転変動を最小に抑制するためである。
【0049】
発電量・買電量計算部723では、各用役システムから収集された運転データや環境データと、最適化計算部714で得られた制御値とに基づいて、必要な発電量及び買電量が計算される。
この際、発電量・買電量計算部723は、最適化計算で得られた目標買電量に対する必要な電力量を、計算する。すなわち、発電量・買電量計算部723は、前記目標買電量に対する電力の不足分を指し、現在の買電量から前記目標買電量を差し引いて求めることができる。そして、得られた結果を制御値として、第一の制御ポイントである制御ポイントSP71に制御指令を出力する。この際、前記と同様に制御出力の制限を行い、得られた制御値を例えば10等分して制御ポイントSP71に制御指令を出力する。
また、買電制御部724は、前記した必要な電力量の計算を行った後に、運転条件の変化にともなって前記電力の必要量が増加したとき、この必要量を求めて、蒸気タービン32の駆動を制御する第二の制御ポイントSP31に制御指令を出力する。前記運転条件の変化の検出と必要量の計算とは、例えば1秒おきに行われる。
なお、第一の制御部71による最適化計算の結果、蒸気の大気放出が必要である場合は、制御ポイントSP32にバルブを開くように制御指令を出力し、蒸気を大気中に放出する。
【0050】
上記の実施形態によれば、プラント全体の最適化計算を、モデル式を用いて10分間隔という短周期で行い、プラントを構成する用役システムの一部(第一の制御ポイント)について最適化計算の結果である制御値を割り付けて制御指令を出力し、他の一部(第二の制御ポイント)については、前記一部の用役システムの運転変数を固定した状態で制御を行うように制御を分散化しているので、前記他の一部で最適化計算の後に生じた運転条件の変動を吸収することができ、プラントの運転条件に応じた最適な制御を、短時間で、かつ、自動的に行うことができる。
【0051】
[第二の実施形態]
最適化計算で蒸気・電力バランスの変化により、運転条件が大きく変化することがある。この場合、大きく変化した状態で、以後この状態が安定的に維持されれば問題ないが、次の計算時に運転条件が元(一回前)の状態に復元することがある。このような場合に、変化後の計算結果に基づいて運転を行うと、多大なコストの無駄が生じる。
そこで、この実施形態では、偏差チェック処理を行い、プラントに無駄が生じるのを可能な限り防止するようにしている。
【0052】
図6は、偏差チェックを行わない場合の最適化の出力値(実線)と、偏差チェックを行った場合の最適化の出力値(二点鎖線)とを示すグラフ、図7は、偏差チェックを行う場合の処理の手順を示すフローチャートである。図6のグラフにおいては、縦軸に最適化の計算出力(制御値の出力)をとり、横軸に時間をとっている。また、図7において、図5のフローチャートと同一のステップには同一の符号を付すとともに、ステップS112より前のステップ及びステップ113より後のステップについては、図示を省略してある。
【0053】
最適値を計算(ステップS112)した後に、前回(一回前)の計算結果と今回の計算結果との差を求め(ステップS121)、この差が予め設定された値よりも大きいかどうかを判断する(ステップS122)。そして、この差が予め設定された値よりも小さいとき、指定された制御ポイント(ステップS113)に対して、制御指令を出力する。
【0054】
この差が予め設定された値よりも大きいとき、偏差が大であると判断して、得られた最適値による運転変数の変更は行わない。すなわち、前回の最適値計算で得られた結果に基づく制御内容を維持するわけである。
これを図6のグラフを参照しながら説明すると、符号I及び符号IIで示す最適値の計算時において、前回の最適値の計算結果と今回の最適値の計算結果との差がS1,S2であり、このS1,S2の値が予め設定された値より大きいときは、前回の運転条件を維持する(維持状態を図6のグラフ中、符号III,IVで示す)。
【0055】
[第三の実施形態]
この第三の実施形態では、蒸気消費装置に必要な蒸気量を供給しつつ、プラント内の電力発生量を最大にすべく、中圧蒸気を最小化するようにしている。
この第三の実施形態の制御方法を実行する制御システムのブロック図を、図8に示す。
第三の実施形態では、図4に示した第一の制御部71及び第二の制御部72に加えて、中圧蒸気圧力の極小化の計算を行う図8に示すような第三の制御部73を備えている。
【0056】
第三の制御部73は、用役システムの運転条件を判断する運転条件判定部731と、極小圧力の計算を行う極小圧力計算部732と、必要な蒸気量を確保するための蒸気圧力制御部733とを有している。
中圧蒸気の極小圧力の計算は、ファジー推論によって行われる。そのステップを、図9のフローチャートに示す。
【0057】
まず、第一の周期(10分間隔)のタイムアップとともに(ステップS200)、中圧蒸気消費装置CP12の蒸気圧を検出する(ステップS201)。中圧蒸気消費装置CP12が複数台あるときは、各々について蒸気圧を検出する。
次に、予め設定された蒸気圧下限値と、各中圧蒸気消費装置CP12の蒸気圧との差ΔPを求める(ステップS202)。複数台ある中圧蒸気消費装置CP12のうち、最小の値を示した差ΔP(特にPRと記載する)と、このPRを検出した中圧蒸気消費装置CP12(以下、当該中圧蒸気消費装置と記載する)とを抽出する(ステップS203)。
【0058】
次いで、当該中圧蒸気装置CP12の圧力変化(前回検出の蒸気圧と今回検出の蒸気圧力との差)を求め(ステップS204)、プラント内の制御ポイントSP21,SP22の中から任意の制御ポイント(例えばSP21)を選択して、この制御ポイントについて圧力変化を求める(ステップS205)。そして、両者について圧力変化の平均値(DPR)を求める(ステップS206)。
そして、上記したPRとDPRとに基づいて、ファジー推論を実行する(ステップS207)。ファジー制御規則は以下の表のとおりであり、ファジー制御のためのメンバーシップ関数は、図10に示すとおりである。
【0059】
なお、予めファジー推論の結果(PP)に上限値と下限値とを設けておき、推論の結果PPが前記上下の限界値の範囲内であるかどうかを判断する(ステップS208)。
結果PPが、前記範囲内であるときは、現在の中圧上記の目標値に対してファジー推論値を加算し(ステップS210)、新たな目標値を設定する(S211)。結果PPが前記範囲外であるときは、現在の中圧上記の目標値に対して上限値又は下限値を加算し(ステップS209)、新たな目標値を設定する(S211)。
以上で処理を終了する(ステップS212)。
【0060】
【表1】
Figure 0004234414
【0061】
このファジー推論による制御は、圧力復旧方向を優先し、圧力を下げるときはゆっくり下げ、上昇させるときは急激に上昇させるようにしている。
蒸気圧力制御部733は、高圧蒸気、中圧蒸気および低圧蒸気の蒸気量を約1秒周期で制御し、蒸気消費装置で必要とする蒸気量を確保する。
なお、高圧蒸気の制御ポイント値は、定圧(1850ポンド)に固定し、蒸気発生量はボイラ11,12で調整する。高圧蒸気センサーで蒸気圧を検出して、指定圧力になるように、燃料を制御して蒸気を発生させる。この場合の制御ポイントは、SP43〜48であり、使用する燃料は、最適蒸気・電力バランス計算を行う第一の制御部71(図4参照)が指定する。
【0062】
中圧蒸気の制御ポイントは、先に求めた蒸気圧(300ポンド前後)である。
制御ポイントは、図1の制御ポイントSP11,12であり、中圧蒸気センサーで蒸気圧力を検出して指定圧力に制御する。
低圧蒸気の制御ポイントは定圧(50ポンド)に固定してある。制御ポイントは、SP21,22であり、低圧蒸気センサーで蒸気圧力を検出して指定圧力に制御する。
【0063】
本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態によりなんら限定されるものではなく、本発明の適用範囲内で種々に変更することが可能である。
例えば、本発明が適用されるプラントは上記で説明したものに限定されず、複数の用役システムを有する他のプラントにも適用が可能である。
また、プラントの運転コストに大きな影響を与える用役システムの制御ポイントに限定して、第二の制御ポイントを選択するものとして説明したが、他の条件、例えば、環境に大きな影響を与える用役システムの制御ポイントから第二の制御ポイントを選択するものとしてもよい。
さらに、上記の第三の実施形態では、中圧蒸気を許容範囲内で変更するようにしているが、この許容範囲内での蒸気圧の変更は、高圧蒸気又は低圧蒸気のいずれかであってもよい。
【0064】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、プラント内の制御ポイントを第一の制御ポイントと第二の制御ポイントに区分けし、一方の制御ポイントで最適化計算の結果に基づく制御を行い、他方の制御ポイントで最適化計算の後に生じた運転条件の変化を吸収する制御を行うように役割を分担しているので、運転条件の微妙な変化に対応した最適化制御を短時間で行うことが可能で、かつ、簡単なコンピュータシステムで運転条件の変化に伴って迅速に用役システムの制御を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御方法が適用されるプラントの一例にかかり、その構成を説明するブロック図である。
【図2】蒸気タービンの出力特性を示すグラフである。
【図3】ガスタービン発電機の出力特性を示すグラフである。
【図4】プラントの最適化を行う制御システムの構成を示すブロック図である。
【図5】図4の制御システムによる処理の手順を示すフローチャートである。
【図6】本発明の第二の実施形態にかかり、偏差チェックを行わない場合の最適化の出力値(実線)と、偏差チェックを行った場合の最適化の出力値(二点鎖線)とを示すグラフである。
【図7】偏差チェックを行う場合の処理の手順を示すフローチャートである。
【図8】本発明の第三の実施形態にかかり、この実施形態の制御方法を実行する制御システムのブロック図である。
【図9】本は発明の第三の実施形態にかかり、中圧蒸気の極小圧力を求める手順を示すフローチャートである。
【図10】ファジー制御のためのメンバーシップ関数を示す図である。
【符号の説明】
10 高圧蒸気回路
11,12 ボイラ
13 圧力計
14,16 高圧蒸気タービン
15,17 発電機
18 圧力計
20 中圧蒸気回路
21,23 中圧蒸気タービン
22,24 発電機
25 圧力計
30 低圧蒸気回路
31 蒸気放出部
32 低圧蒸気タービン
33 発電機
40 電力供給回路
41 電力会社
42 電流計
51 廃熱回収助燃ボイラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a plant that supplies each energy (utility) such as electricity, steam, and gas to an external facility such as a factory so that the operation of the plant can be operated in an optimum state without waste. The present invention relates to a control method for controlling a utility system.
[0002]
[Prior art]
There is known an optimization control method for efficiently controlling a power plant that supplies energy such as electricity and steam to a factory or the like. In such a control method, conventionally, for the operation of a utility system such as a generator, an optimal load distribution is calculated, for example, approximately every month based on the balance of steam and power supply / supply plans for the next month. There is a problem that the utility and the utility cost are wasted.
Therefore, in order to solve such a problem, for example, in a power plant, a technique for calculating so that the operating conditions of the utility system are optimized in response to changes in demand for steam and electricity that change from moment to moment ( Patent Document 1 and Patent Document 2), and a technique (see Patent Document 3) for calculating an optimum operating condition in real time for the entire plant based on energy balance and energy loss have been proposed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-78749 A (see the description in the detailed description column of the specification)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-78750 (refer to claims)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-97001 (refer to the description in the summary section of the invention)
[0004]
The technology described in each of the above patent documents is an effective means for optimizing the load distribution between the parallel service systems when the plant operates the service systems such as boilers and turbines in parallel. .
[0005]
However, even in the technology described in the above-mentioned patent document, it is not possible to cope with a short-term utility balance, for example, a change in steam and power balance, or an unplanned consumption change, and waste is still occurring. is the current situation.
That is, although the technology described in the above-mentioned patent document is suitable for optimization to minimize the cost such as fuel cost, power purchase cost, environmental cost, etc. in the whole plant such as a power plant, the change in weather and electricity consumption, It is not possible to absorb fluctuations in steam consumption, etc., and it is not possible to eliminate the waste of utility or utility costs associated with these changes. In addition, to control the utility system based on the results obtained by the optimization calculation and absorb the fluctuations in various conditions during the control, an advanced and large computer system with a high processing speed is required. There is a problem that the equipment cost of the entire utility system becomes high.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can perform optimization operation control in response to changes in operating conditions in a short time, and the operating conditions can be controlled with a simple computer system. It is an object of the present invention to provide a utility system control method in a plant that can quickly control a utility system in accordance with a change.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention described in claim 1Including at least a steam generator and a power generatorIn a plant having a plurality of utility systems, a method for controlling the utility system so that the plant can be operated in an optimal state, whereinFormulatedFor each of the utility systems, creating a model, presetting control points to be controlled, collecting operation data from the plant, and based on the collected operation data, In the first cycle, for the utility system, a step of determining whether or not the operating condition can be changed, and for each of the utility system that is determined to be capable of changing the operating condition, a variable in the model is set. A step of performing an optimization calculation for optimal operation of the plant, and selecting a first control point from the control points according to a preset procedure, and the first control point A control point other than the second control point, and the first control point and the second control point And outputting a control command based on the result of the optimization calculation, with respect to the second control point, in a second cycle set by the first period,The plantAnd a step of outputting a control command so as to absorb the change of the operating condition generated inAt least one of the first control point and the second control point, a control value obtained as a result of the optimization calculation is applied a plurality of times within the corresponding first period or second period, respectively. Divide into outputIt is a control method.
[0008]
According to this method, first, optimization calculation for optimal operation of the entire plant is performed in a state where the amount of energy supply such as steam and electric power to the outside is constant. Prior to this, a control point for performing control using the result of the optimization calculation is determined in advance. Next, a first control point and a second control point are selected from the control points. The first control point can be arbitrarily selected according to a predetermined procedure, for example, a control point not performing pressure control, a control point not performing power adjustment as a first control point, It can be selected at every optimization calculation. After the first control point is determined, a control point other than the first control point can be determined as the second control point.
A control command based on the result of the optimization calculation is output to the first control point and the second control point, but changes in various conditions during the control are absorbed by the control of the second control point.
Thus, in the present invention, the control point is divided into the first control point and the second control point, and the control based on the result of the optimization calculation is performed at the first control point. Since variations in conditions are absorbed, processing can be performed quickly with a simple system.
[0009]
  As described in claim 2, the first control point and the second control point are:One utility system is provided with a plurality of control points for supplying fuel, and one control point of the plurality of control points is either the first control point or the second control point, and the other The control point may be selected to be the remaining first control point or the second control point.
  For example, when two types of fuel are supplied to a boiler, if the total amount of fuel supplied to the boiler and the amount of one of the two types of fuel are determined by the optimization calculation, The amount of the other fuel is inevitably determined. Therefore, the control is facilitated by setting the control point for controlling the supply of the one fuel as the first control point and the control point for controlling the supply of the other fuel as the second control point.
[0010]
  Also,Claim 1In at least one of the first control point and the second control point,The control value obtained as a result of the optimization calculation is output in a plurality of times within the corresponding first period or second period.It is preferable to output a command based on the result of the optimization calculation by adding constraints.
  As the above-mentioned constraints,Claim 3As described inThe control values output in a plurality of times are output at equal intervals, and substantially the same control amount is set for each output timing until the control value obtained as a result of the optimization calculation is obtained. Accumulated control value is outputGood. For example, the result obtained by the optimization calculation is sufficiently divided, the first period is also sufficiently divided, and a control command based on the result that is sufficiently divided for each divided period is output. By doing in this way, the driving | running | working fluctuation | variation of a utility system can be suppressed to the minimum.
[0011]
  Claim 4In the invention described in the above, the change of the variable in the model is based on the actual measurement value obtained from the operation data., Having an upper limit and / or a lower limitThis is a control method performed within the range. In this case, it is preferable to determine the variable change range based on the current operation data, and in this way, operation fluctuations of the plant and the utility system can be minimized.
  The optimization calculation is performed by changing various variables in each model. However, as the number of models increases, the number of variables to be changed increases, and much time is spent on the optimization calculation. Therefore, by providing a certain limit to the variable change range, the time required for the optimization calculation can be shortened.
[0012]
  Claim 5The invention described in (1) further includes a step of comparing the calculation result of the current optimum value with the calculation result of the previous optimum value, and when the difference between the two is larger than a preset value, the utility system This is a control method for temporarily suspending the change of the operating condition.
  Due to changes in the balance of steam, power, etc., the calculation result of the optimum value may change greatly between the previous time and this time. If the operating condition is changed in response to such a temporary change in the optimum value, the utility may be wasted.
  Therefore, in the present invention, when the difference between the calculation results of the optimum value between the previous time and the current value is larger than a preset value, the change of the optimum value is temporarily suspended and the operation condition is not changed. .
[0013]
  Claim 6In the invention described in the paragraph, the plant is provided between a plurality of steam supply lines having different steam pressures, the high-pressure side steam supply line, and the low-pressure side steam supply line, and the high-pressure side steam supply line. And a utility system that supplies steam having a reduced pressure to a low-pressure side steam supply line, the steam pressure of at least one of the high-pressure side and the low-pressure side isFluctuations are allowed in the external pressure supplyIt is a control method for performing optimization calculation so that it can be changed within a range.
[0014]
  As a utility system provided between the steam supply line on the high pressure side and the steam supply line on the low pressure side, for example, there is a steam turbine generator. In such a steam turbine generator, the amount of power generation increases as the pressure difference between the steam pressure on the high pressure side and the steam pressure on the low pressure side increases.
  On the other hand, when the steam pressure on the low pressure side is supplied to the outside, the pressure of the steam supplied to the outside is preferably fixed within a certain range.
  Therefore, in order to satisfy both of these conditions, the optimum value may be calculated by changing the steam pressure on the low pressure side within an allowable range of external supply.
  in this case,Claim 7As described in the low pressure sideOr the high-pressure sideAnd the difference between the detected vapor pressure and the lower limit value of the allowable vapor pressure is obtained, and based on this difference, the low pressure side is obtained by fuzzy inference.Or the high-pressure sideIt is advisable to determine the steam pressure.
[0015]
  Claim 8The invention described in 1 is a control method for releasing steam by opening the steam supply line on the low-pressure side to the atmosphere based on the result of the optimization calculation.
  By doing so, the pressure difference between the high pressure side and the low pressure side can be maximized. For example, when the utility system is a steam turbine generator, the maximum power generation amount can be obtained.
[0016]
  Claim 9When the plant has an auxiliary service system, the invention described inFormulatedThis is a control method that creates a model and takes it into account when calculating optimization.
  For example, a plant has a system having auxiliary functions such as a gas turbine that receives power from an external fuel gas to generate power and a waste heat recovery auxiliary combustion boiler, and the power generated by the gas turbine is When supplying steam to the power supply line and steam generated in the waste heat recovery auxiliary combustion boiler to the steam supply line, operation is performed in a more optimal state by considering these auxiliary utility systems in the optimization calculation. be able to.
  In this case, the auxiliary utility system isClaim 10As described above, it may be a gas turbine generator to which steam is supplied as auxiliary power from the plant.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an example of a plant to which the control method of the present invention is applied.
This plant is for supplying steam and electric power to the high-pressure steam consuming device CP11, the medium-pressure steam consuming device CP12, the low-pressure steam consuming device CP13 and the power consuming device CP14 outside the plant. The boilers 11 and 12 are configured as the mains of utility supply.
[0018]
The steam generated by the boilers 11 and 12 is supplied to the high-pressure steam circuit 10, a part of which is supplied to the high-pressure steam consumption device CP 11, and the other part is connected to the high-pressure steam circuit 10. The high pressure steam turbines 14 and 16 are supplied.
Further, the intermediate pressure steam that has been consumed and reduced in pressure by the two high pressure steam turbines 14 and 16 is supplied to the intermediate pressure steam circuit 20, and a part thereof is supplied to the intermediate pressure steam consumption device CP12. The other part is supplied to the intermediate pressure steam turbines 21 and 23 connected to the intermediate pressure steam circuit 20.
[0019]
Furthermore, the low-pressure steam that has been consumed and reduced in pressure by the two low-pressure steam turbines 21 and 23 is supplied to the low-pressure steam circuit 30, a part of which is supplied to the low-pressure steam consumption device CP 13, and another The unit is supplied to a low pressure steam turbine 32 connected to a low pressure steam circuit 30.
Each steam turbine 14, 16, 21, 23, 31 is provided with a generator 15, 17, 22, 24, 33, and the electric power generated by this generator 15, 17, 22, 24, 33. Is supplied to the power consuming device CP14 via the power supply circuit 40.
[0020]
The power supply circuit 40 is supplied with power from an external power company in order to compensate for the shortage of power supplied from the plant.
Further, this plant has a gas turbine generator 52, which uses the gas supplied from the outside as fuel, generates power using the intermediate pressure steam supplied from the intermediate pressure steam circuit 20 as auxiliary power, and an electric power supply circuit. Power is supplied to 40.
Furthermore, this plant has a waste heat recovery auxiliary combustion boiler 51, which generates high-pressure steam from the waste heat of the gas turbine generator 52 and fuel supplied from the outside and supplies it to the high-pressure steam circuit 10. It is supposed to be.
In the figure, reference numerals 13, 18 and 25 are pressure gauges for measuring the vapor pressure, and reference numeral 42 is an ammeter for measuring the current flowing through the power supply circuit 40. In the optimization control, as a rule, calculation and control of optimum values are performed so that the measured values of these pressure gauges and ammeters do not change.
[0021]
Also, the amount of fuel A, B, C supplied to the boilers 11, 12, the amount of high-pressure steam supplied from the high-pressure steam circuit 10 to the high-pressure steam consumption device, and supplied from the intermediate-pressure steam circuit 20 to the medium-pressure steam consumption device The amount of medium-pressure steam that is supplied, the amount of low-pressure steam that is supplied from the low-pressure steam circuit 10 to the low-pressure steam consumption device, the amount of power that is supplied from the power company (the amount of power purchased), and the power supply circuit 40 The amount of power supplied, the amount of fuel supplied to the gas turbine 52 and the waste heat recovery auxiliary combustion boiler 51, etc. are constantly monitored by a sensor (not shown).
[0022]
In the figure, the symbol SP is a control point controlled by a control command based on the optimum value calculation, and performs valve opening adjustment and the like. For example, the control points SP43 to SP48 control the supply amounts of the fuels A, B, and C supplied to the boilers 11 and 12. The control points SP41 and 42 control the amount of high-pressure steam supplied from the boilers 11 and 12 to the high-pressure steam circuit 10. Furthermore, the control points SP11 and 12 control the supply amount of intermediate pressure steam supplied from the high pressure steam turbines 14 and 16 to the intermediate pressure steam circuit 20, and the control points SP21 and 22 control the intermediate pressure steam turbines 21 and 23. The control point SP31 controls the supply amount of the low-pressure steam supplied from the low-pressure steam circuit 30 to the low-pressure steam turbine 32. Furthermore, a control point SP71 for adjusting the amount of power purchased from the power company 41 is provided in a part of the power supply line from the power company.
[0023]
In the plant of this embodiment, the bypass 19 is provided between the high-pressure steam circuit 10 and the intermediate-pressure steam circuit 20, and the opening / closing control of the bypass 19 is performed by the control point SP61. Further, a bypass 29 is provided between the intermediate pressure steam circuit 20 and the low pressure steam circuit 30, and opening / closing control of the bypass 29 is performed by the control point SP62.
[0024]
A control command according to the result of optimization calculation (hereinafter referred to as a control value) is output to each control point described above. In the present invention, these control points are defined as the first control point and the second control point. A control command based on the control value is output under two different conditions.
That is, after the optimization calculation, ignoring changes in conditions that affect the plant, in addition to the first control point in which control is performed only in accordance with the control command based on the control value, and the control command based on the control value Then, it is divided into the second control points where the control is performed in consideration of the change of the conditions acting on the plant.
[0025]
As the first control point, it can be arbitrarily selected from the control points. For example, it is possible to select a control point not performing pressure control or a control point not performing power adjustment. Is possible.
In this embodiment, the first control is performed such that the output value output to the second control point is automatically determined from the result of the optimization calculation and the output value output to the first control point. Select point and second control point. That is, as the first control point, the control points SP42, SP44, SP45, SP46, SP47, SP48 of the boiler 11 and the boiler 12, the control point SP11 of the intermediate pressure steam circuit 20, the control point SP21 of the low pressure steam circuit 30, the gas turbine In addition to the control points S51, 52, 53 of the generator 52, the control points SP61, SP62, SP32 and the control point SP71 are selected.
Further, the remaining control points SP41, SP43, SP12, SP22, and SP31 are selected as the second control points.
[0026]
Next, an optimization operation control procedure in the plant having the above configuration will be described. In the control method of the present invention, first, modeling (numericalization) is performed for each utility system such as a boiler, a turbine, and a generator.
[Modeling of boilers 11 and 12]
The boilers 11 and 12 can be modeled by replacing them with linear or non-linear mathematical formulas, thereby making it possible to calculate the balance between fuel and steam generation, and using the optimal value search method corresponding to non-linearity to obtain the optimal operating values. Can do.
In the boiler formula, the type of fuel used in the boiler and the amount of heat necessary for the boiler to generate a unit amount of steam (the reciprocal number is described as “boiler unit” Unit is m3/ Kcal or kg / kcal) and a correction value for correcting the difference between the theoretical value and the actual value.
[0027]
That is, in a boiler using three different types of fuels A, B, and C as fuel, if the heat amounts of each fuel are α1, β1, and γ1, the steam generation amount (I) generated by one boiler per unit time is ,
I = (consumption amount of fuel A × α1 + consumption amount of fuel B × β1 + consumption amount of fuel C × γ1) × boiler basic unit + correction value
Can be expressed as
The amount of steam that can be used externally from the steam generated by the boiler
(Required steam amount (III)) is a value (III = I-II) obtained by subtracting the boiler self-consumption amount (II) from the boiler steam generation amount. Where self-consumption (II) is
II = I × α2 + β2 α2, β2: Boiler specific coefficients
Can be obtained.
[0028]
[Steam turbine modeling]
The modeling of the steam turbine can be obtained in consideration of the turbine output characteristics with respect to the steam consumption.
For example, in the case of non-linear output characteristics as shown in FIG. 2, the amount of electricity generated IV (1) between the valve points (1) to (2) is
IV ▲ 1 ▼ = Steam consumption2× α3 + steam consumption × β3 + correction value
The amount of electricity generated between valve points (2) to (3) IV (2)
IV ▲ 2 ▼ = Steam consumption2X α4 + Steam consumption x β4 + Correction value
The amount of electricity generation IV ▲ 3 ▼ above the valve point ▲ 3 ▼,
IV ▲ 3 ▼ = Steam consumption2X α5 + Steam consumption x β5 + Correction value
Can be obtained.
In the case of linear output characteristics, the proportionality coefficient is α5,
Electricity generated IV '= Steam consumption x α6 + Correction value
Can be obtained.
[0029]
Note that α3 to α6 and β3 to β5 are coefficients inherent to the steam turbine.
The correction value is a difference between a theoretical value and an actual value, and can be obtained in advance by an experiment or the like. For example, the correction value for the electricity generation amount IV (1) between the valve points (1) to (2) is
Correction value = (steam consumption2× α3 + steam consumption × β3) -actual electricity generation (measured value)
Can be obtained.
[0030]
[Modeling of gas turbine generator]
The numerical value of the gas turbine generator can be obtained based on the fuel consumption.
If the amount of electricity generated is V,
V = fuel consumption x α7 + β7 + correction value
It can obtain | require by the type | formula. Note that α7 and β7 in the equation are eigenvalues obtained from performance data and design data of the gas turbine generator.
As shown in FIG. 3, in the gas turbine generator, the maximum amount of electricity that can be generated varies depending on the outside air temperature and the consumption of steam that is supplementarily used to increase the output. Therefore, the maximum amount of electricity that can be generated by these factors is calculated, and this is set as a “constraint condition”. This constraint condition changes during the calculation as the steam consumption changes.
The maximum amount VI that can be generated is
VI = standard maximum amount−outside temperature × α8 + steam consumption for output increase × β8
Can be obtained. Here, the “standard maximum amount” means the maximum amount that can be generated when the outside air temperature is 0 ° C. and the steam consumption is 0, as shown in the graph of FIG.
[0031]
[Modeling of gas turbine waste heat recovery boiler]
The gas turbine waste heat recovery boiler recovers energy that was not used for power generation by the gas turbine generator. The difference between the supplied energy (fuel consumption) and the generated energy (electricity generation) Can be determined based on
And the steam generation amount VII generated by the gas turbine waste heat recovery boiler is
VII = Electricity generation (V) × α9 + fuel consumption × β9 + γ + correction value
Can be obtained. In the equation, γ is an eigenvalue obtained from performance data and design data of the gas turbine waste heat recovery boiler.
The correction value can be obtained based on the difference between the actual steam generation amount and the theoretical value of electricity generation amount (V) × α9 + fuel consumption amount × β9 + γ, and can be obtained by experiments or the like.
[0032]
[Modeling for the environment]
The amount of SOx generated is calculated from the sulfur content contained in the fuel consumed in each boiler.
For example, the SOx generation amount VIII of boiler A is
VIII = consumption of fuel A × sulfur content of fuel A + consumption of fuel B × sulfur content of fuel B + consumption of fuel C × sulfur content of fuel C
Can be obtained.
The total SOx generation amount of this plant is obtained by obtaining the SOx generation amount for each boiler and combining them. However, this SOx generation amount must not exceed the maximum processing capability of the SOx processing apparatus provided in this plant, and this maximum processing capability is set as a constraint value for the SOx generation amount.
[0033]
[Restrictions]
If the modeling is completed as described above, then the control constraint conditions in each utility system are set.
These constraints include inequality constraints where upper and lower limits are set based on the configuration and performance of equipment such as boilers, steam generators, and turbine generators, the balance between energy consumption and generated energy, and the amount of generated steam And the amount of steam consumed, and there are equality constraints based on the balance between the amount of generated power and the amount of consumed power.
[0034]
[Inequality constraints]
Inequality constraints include:
(1) Fuel consumption of boiler / gas turbine generator
(2) Electricity generation of steam / gas turbine generator
(However, as described above, the upper limit of the amount of electricity generated by the gas turbine generator is variable depending on the consumption of the steam for increasing the output)
(3) Steam consumption of steam turbine
(4) Boiler steam generation
(5) Steam conversion valve ventilation rate
(6) Amount of steam released to the atmosphere
(7) Restriction of steam retention prevention
(Since the flow of steam stops, the temperature drops, so a monitoring means for monitoring the flow of steam is installed in the place where the flow of steam in the supply line of high-pressure steam, medium-pressure steam, and low-pressure steam is likely to stay. (Set the upper and lower limits of the means.)
(8) Electric power flow restriction
This is a restriction on the amount of power flowing through this plant. An ammeter is provided at a predetermined position in the plant, and is set according to the capacity of electric equipment such as a transformer of the plant and a power transfer contract.
(9) Restriction on power purchase
It is set based on the contracted electricity usage of the power company.
(10) Environmental support restrictions
This is a restriction on the emission amount of substances that affect the environment, such as SOx, NOx, and CO2. Although these constraint values can be obtained by calculation, experiment, or the like, in many cases, these constraint values are preset in design.
[0035]
[Equal constraints]
▲ 1 ▼ Boiler energy balance
Ideally, the boiler uses all of the energy generated by the consumed fuel to generate steam.
Therefore, in the energy balance of the boiler,
Boiler steam generation (energy conversion value)-boiler fuel consumption (energy conversion value) = 0
And set.
(2) Balance of generation and consumption of high-pressure steam, medium-pressure steam, and low-pressure steam
Ideally, all of the steam generated by each boiler is used in a steam consuming device.
Therefore, in the generation and consumption balance of each steam,
Total amount of high-pressure steam generated-High-pressure steam consumption = 0
Total amount of medium-pressure steam generated-Medium-pressure steam consumption = 0
Total amount of low-pressure steam-Low-pressure steam consumption = 0
And set.
(3) Balance between generated energy and consumed energy
As for electricity, ideally, electricity generated by the generator and electricity supplied by the electric power company are all consumed in the plant.
Therefore, in the balance between the amount of generated power and the amount of power consumed,
Total amount of electricity generated + amount of electricity purchased-electricity consumption = 0
And set.
[0036]
[Objective (evaluation) function]
In this embodiment, the evaluation function minimizes costs such as boiler fuel costs, gas turbine fuel costs, electricity purchase costs, and environmental measures costs.
The boiler fuel cost and the gas turbine fuel cost can be obtained from the fuel consumption and the fuel unit price.
Further, the amount of power purchase can be obtained from the amount of power purchased and the unit price of power purchase.
Furthermore, the environmental measure cost can be obtained from the SOx generation amount and the SOx charge.
In the optimization calculation, a system operating condition that minimizes the evaluation function is searched while satisfying the above-described constraints.
[0037]
[Description of control block and control procedure]
Next, the configuration of the control device that optimizes the plant based on the above conditions and the procedure of processing by this control device will be described with reference to the block diagram of FIG. 4 and the flowchart of FIG.
The control system for executing the control method of the present invention performs optimization calculation for the entire plant, outputs a control command to the first control point, and results of optimization calculation ( And a second control unit 72 that outputs a control command to the second control point by applying a certain restriction to the control value.
[0038]
The first control unit 71 includes an operation condition determination unit 711 that determines an operation condition of each utility system (boilers 11 and 12, steam turbines 14 and 16, etc.) included in the plant. It has a condition setting unit 712 that sets conditions, a control output constraint calculation unit 713 that constrains the search range for optimization calculation within a predetermined range, and an optimization calculation unit 714 that performs optimization calculation.
The second control unit 72 includes a control point designating unit 721 that designates a second control point selected in advance, and a control value calculated by the optimization calculating unit 714 for the designated second control point. Output limit unit 722 that performs output by adding a certain restriction to the control value, and a power generation amount / power purchase amount calculation unit that calculates a power generation amount and a power purchase amount based on the output from the output limit unit 722 723 and a power purchase control unit 724 that controls power purchase amount.
[0039]
Further details of the processing procedure by the control system will be described with reference to FIGS.
Simultaneously with the start of operation (step S100), operation data and environmental data are collected from each utility system (step S101).
This data includes, for example, the supply amounts of fuels A, B, and C supplied to the boilers 11 and 12, the amount of steam generated by the boilers 11 and 12, the supply amount of fuel D supplied to the gas turbine generator 52, and the steam The power generation amount of the turbines 15, 17, 22, 24, 33 and the gas turbine generator 52, the supply amount of the fuel E supplied to the waste heat auxiliary boiler 51, the power amount supplied from the power company, and the like are included.
[0040]
Moreover, the measurement of elapsed time is started with a driving | operation start (step S102). When the preset first period (for example, 10 minutes) is up, the operation condition determination unit 711 of the first control unit 71 analyzes the data transmitted from the utility system and determines which one is used. It is determined which utility system is in operation and which utility system has stopped operating (step S103). Furthermore, the operating condition determination unit 711 determines whether optimization for each utility system is possible based on data from each control point, that is, whether a variable in the utility system model can be changed. (Step S104). If the variable cannot be changed, the value under the current operating condition is defined as a fixed value (step S105), and if the variable can be changed, it is defined as an operating variable (step S106).
[0041]
For example, in the boiler 11, when the supply amount of the fuel A can be changed and the supply amount of the fuel B and the fuel C cannot be changed, the supply amount of the fuel A is defined as an operation variable, and the fuel B The supply amount of fuel C is defined as a fixed value. Whether or not a variable in the model can be changed can be determined based on, for example, a preset constraint.
[0042]
Next, in the optimization calculation, the condition setting unit 712 always keeps the amount of steam and the amount of power supplied from the plant to the outside constant (step S107). The amount of steam supplied to the outside is the steam consumed by the steam turbines 14, 16, 21, 23, 32 in the plant from the total amount of steam generated by the boilers 11, 12 and the waste heat recovery auxiliary combustion boiler 51. Less consumption.
The amount of steam supplied to the outside for each of the high-pressure steam, medium-pressure steam, and low-pressure steam is assumed to be equal to the steam consumption of each steam consuming device CP11, CP12, CP13,
Figure 0004234414
It is represented by
[0043]
Thus, in the calculation of optimization, it is on condition that there is no change in the consumption of each steam consumption device CP11, CP12, CP13 (step S107).
The supply amount CP14 of power supplied to the outside is the total amount of power generated in the plant plus the power purchase amount, but is assumed to be equal to the power consumption amount of the power consumption device CP14. The condition is that there is no change in the power consumption CP14 (step S107).
[0044]
Next, conditions necessary for calculating optimum values such as correction values, constraint values, and evaluation functions are read from a memory (not shown) (steps S109, S110, and S111).
The control output constraint calculation unit 713 sets a search range for optimization calculation in order to minimize the operation variation and execute the optimization calculation in a short time (step S111).
For example, the control output constraint calculation unit 713 sets a change range (search range) of the operation variable to ± 10% with respect to the current operation value, changes the variable within this range, and performs a small operation fluctuation. To perform optimization calculations.
[0045]
Thereafter, the optimum value calculation unit 714 calculates an optimum value (step S113). In this embodiment, since the evaluation function is set so as to minimize the costs of the fuels A to E and the power purchased from the power company and the environment, the optimization is possible, that is, the operation variable can be changed. For one control point, an optimal value that minimizes the cost is searched for while changing the variable in various ways (step S112). This optimization calculation can be executed using commercially available optimization software.
[0046]
After the optimization calculation is completed, a control point for transmitting each control value is designated (step 113), and whether the control point is a preset first control point or a second control point. Is determined (step S114).
If it is the first control point, the control value obtained by the optimization calculation by the optimization calculation unit 714 is limited (step S115) and output to each of the first control points (step S116). .
The output value to the second control point is automatically determined from the control value obtained by the optimization calculation and the control value of the first control point. If it is determined that the control point is the second control point, it is determined whether or not there has been a change in the operating condition of the plant after the optimization calculation (step S117), and there should be no change in the operating condition. For example, a control command is output based on the automatically determined control value (step S119).
[0047]
When there is a change in the operating condition, the control value obtained by the optimization calculation is changed according to the change in the operating condition (step S118), and the result is output as a control command. For example, when the vapor pressure of the high-pressure steam circuit 10 becomes low, the second amount of fuel A supplied to the boiler A is increased and the valve opening amount is increased in accordance with the decrease in the vapor pressure. A control command is output to control point SP43 and control point SP41 which are control points. It should be noted that the detection of fluctuations in operating conditions and the change of the control value accompanying this fluctuation detection may be performed finely at a constant period (second period) within the first period, for example, at intervals of 1 second. By doing in this way, the driving | running | working fluctuation | variation which generate | occur | produced after optimization calculation can be absorbed by a 2nd control point, controlling the whole utility system based on the result of optimization calculation.
[0048]
Moreover, as a restriction | limiting added to an above-described control value, for example, the control value obtained by optimization calculation is divided into 10 equal parts, and a control command is output. That is, when the optimization control value for a certain control point is 10, for example, when the first period is 10 minutes, the control amount per time is set to 1, and this control amount is set to 1 Output to the control point at minute intervals.
As described above, the reason why the control value output to the control point has a certain restriction is to minimize the operation fluctuation of the utility system.
[0049]
The power generation amount / power purchase amount calculation unit 723 calculates the necessary power generation amount and power purchase amount based on the operation data and environmental data collected from each utility system and the control value obtained by the optimization calculation unit 714. Is done.
At this time, the power generation / power purchase amount calculation unit 723 calculates a necessary power amount for the target power purchase amount obtained by the optimization calculation. That is, the power generation amount / power purchase amount calculation unit 723 indicates a shortage of power with respect to the target power purchase amount, and can be obtained by subtracting the target power purchase amount from the current power purchase amount. Then, using the obtained result as a control value, a control command is output to the control point SP71 which is the first control point. At this time, the control output is limited in the same manner as described above, and the obtained control value is divided into ten equal parts, for example, and a control command is output to the control point SP71.
In addition, the power purchase control unit 724 calculates the necessary amount of electric power and then calculates the necessary amount of the steam turbine 32 when the necessary amount of electric power increases as the operating condition changes. A control command is output to the second control point SP31 that controls driving. The detection of the change in the operating condition and the calculation of the necessary amount are performed, for example, every second.
As a result of the optimization calculation by the first control unit 71, when it is necessary to release the steam to the atmosphere, a control command is output to open the valve to the control point SP32 and the steam is released into the atmosphere.
[0050]
According to the above embodiment, the optimization calculation of the entire plant is performed in a short cycle of 10 minutes using the model formula, and the part of the utility system (first control point) constituting the plant is optimized. The control value that is the result of the calculation is assigned and a control command is output, and the other part (second control point) is controlled with the operating variables of the part of the utility system fixed. Since the control is decentralized, it is possible to absorb fluctuations in the operating conditions that occur after the optimization calculation in the other part, and to perform optimal control according to the operating conditions of the plant in a short time, and It can be done automatically.
[0051]
[Second Embodiment]
Operating conditions may change significantly due to changes in steam / power balance in optimization calculations. In this case, there is no problem as long as this state is maintained stably in a state where the state has changed greatly, but the operating condition may be restored to the original state (one time before) in the next calculation. In such a case, if operation is performed based on the calculation result after the change, a great amount of cost is wasted.
Therefore, in this embodiment, deviation check processing is performed to prevent wasteful generation of the plant as much as possible.
[0052]
FIG. 6 is a graph showing an optimization output value (solid line) when the deviation check is not performed and an optimization output value (two-dot chain line) when the deviation check is performed, and FIG. 7 shows the deviation check. It is a flowchart which shows the procedure of the process in the case of performing. In the graph of FIG. 6, the vertical axis represents optimization calculation output (control value output), and the horizontal axis represents time. In FIG. 7, the same steps as those in the flowchart of FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the steps before step S112 and the steps after step 113 are not shown.
[0053]
After calculating the optimum value (step S112), the difference between the previous (one time before) calculation result and the current calculation result is obtained (step S121), and it is determined whether this difference is larger than a preset value. (Step S122). When this difference is smaller than a preset value, a control command is output to the designated control point (step S113).
[0054]
When this difference is larger than a preset value, it is determined that the deviation is large, and the operating variable is not changed by the obtained optimum value. That is, the control content based on the result obtained by the previous optimum value calculation is maintained.
This will be described with reference to the graph of FIG. 6. When calculating the optimum values indicated by reference symbols I and II, the difference between the previous optimal value calculation result and the current optimal value calculation result is S1 and S2. Yes, when the values of S1 and S2 are larger than a preset value, the previous operating condition is maintained (the maintenance state is indicated by symbols III and IV in the graph of FIG. 6).
[0055]
[Third embodiment]
In the third embodiment, medium pressure steam is minimized in order to maximize the amount of power generated in the plant while supplying the necessary steam amount to the steam consuming apparatus.
A block diagram of a control system for executing the control method of the third embodiment is shown in FIG.
In the third embodiment, in addition to the first control unit 71 and the second control unit 72 shown in FIG. 4, the third control as shown in FIG. A portion 73 is provided.
[0056]
The third control unit 73 includes an operation condition determination unit 731 that determines the operation condition of the utility system, a minimum pressure calculation unit 732 that calculates a minimum pressure, and a steam pressure control unit that secures a necessary amount of steam. 733.
The calculation of the minimum pressure of medium pressure steam is performed by fuzzy inference. The steps are shown in the flowchart of FIG.
[0057]
First, with the time-up of the first cycle (10-minute interval) (step S200), the vapor pressure of the intermediate-pressure vapor consumption device CP12 is detected (step S201). When there are a plurality of medium pressure steam consumption devices CP12, the steam pressure is detected for each.
Next, a difference ΔP between the vapor pressure lower limit value set in advance and the vapor pressure of each intermediate-pressure vapor consumption device CP12 is obtained (step S202). Among the plurality of intermediate pressure steam consumption devices CP12, a difference ΔP (in particular, described as PR) indicating the minimum value and an intermediate pressure steam consumption device CP12 (hereinafter referred to as the intermediate pressure steam consumption device) that detects the PR. Are described (step S203).
[0058]
Next, the pressure change of the intermediate pressure steam device CP12 (difference between the steam pressure detected last time and the steam pressure detected this time) is obtained (step S204), and any control point (control point SP21, SP22 in the plant) For example, SP21) is selected, and a pressure change is obtained for this control point (step S205). And the average value (DPR) of a pressure change is calculated | required about both (step S206).
Then, fuzzy inference is executed based on the above PR and DPR (step S207). The fuzzy control rules are as shown in the following table, and the membership function for fuzzy control is as shown in FIG.
[0059]
Note that an upper limit value and a lower limit value are set in advance in the fuzzy inference result (PP), and it is determined whether the inference result PP is within the upper and lower limit values (step S208).
If the result PP is within the above range, the fuzzy inference value is added to the current intermediate pressure above the target value (step S210), and a new target value is set (S211). When the result PP is out of the range, the upper limit value or the lower limit value is added to the current intermediate pressure above the target value (step S209), and a new target value is set (S211).
Thus, the process ends (step S212).
[0060]
[Table 1]
Figure 0004234414
[0061]
The control based on this fuzzy inference gives priority to the pressure recovery direction, and when the pressure is lowered, it is slowly lowered, and when it is raised, it is rapidly raised.
The steam pressure control unit 733 controls the steam amounts of high-pressure steam, medium-pressure steam, and low-pressure steam at a cycle of about 1 second to ensure the steam amount required by the steam consuming device.
The control point value of the high-pressure steam is fixed at a constant pressure (1850 pounds), and the amount of steam generated is adjusted by the boilers 11 and 12. The vapor pressure is detected by a high-pressure steam sensor, and steam is generated by controlling the fuel so that it becomes a specified pressure. The control points in this case are SP43 to SP48, and the fuel to be used is designated by the first control unit 71 (see FIG. 4) that performs the optimum steam / power balance calculation.
[0062]
The control point for medium pressure steam is the previously determined steam pressure (around 300 pounds).
The control points are the control points SP11 and SP12 in FIG. 1, and the steam pressure is detected by an intermediate pressure steam sensor and controlled to a specified pressure.
The low pressure steam control point is fixed at a constant pressure (50 pounds). The control points are SP21 and SP22, and the steam pressure is detected by a low-pressure steam sensor and controlled to a specified pressure.
[0063]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
For example, the plant to which the present invention is applied is not limited to that described above, and can be applied to other plants having a plurality of utility systems.
Although the second control point has been described as being limited to the control points of the utility system that have a large impact on the plant operating cost, other utilities, for example, utilities that have a significant impact on the environment. A second control point may be selected from the system control points.
Further, in the above third embodiment, the medium pressure steam is changed within the allowable range, but the change of the vapor pressure within the allowable range is either high pressure steam or low pressure steam. Also good.
[0064]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, the control point in the plant is divided into the first control point and the second control point, and control based on the result of the optimization calculation is performed at one control point, and the other control point is controlled. Since the role is shared to control the changes in operating conditions that occur after optimization calculation at the point, it is possible to perform optimization control corresponding to subtle changes in operating conditions in a short time. In addition, the utility system can be quickly controlled with a change in operating conditions with a simple computer system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an example of a plant to which a control method of the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing output characteristics of a steam turbine.
FIG. 3 is a graph showing output characteristics of a gas turbine generator.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system that optimizes a plant.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure by the control system of FIG. 4;
FIG. 6 shows an optimization output value (solid line) when the deviation check is not performed and an optimization output value (two-dot chain line) when the deviation check is performed according to the second embodiment of the present invention. It is a graph which shows.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing procedure when a deviation check is performed.
FIG. 8 is a block diagram of a control system according to a third embodiment of the present invention, which executes the control method of this embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for obtaining a minimum pressure of medium-pressure steam according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a membership function for fuzzy control.
[Explanation of symbols]
10 High-pressure steam circuit
11,12 boiler
13 Pressure gauge
14,16 High-pressure steam turbine
15, 17 Generator
18 Pressure gauge
20 Medium pressure steam circuit
21,23 Medium pressure steam turbine
22,24 Generator
25 Pressure gauge
30 Low pressure steam circuit
31 Vapor discharge part
32 Low pressure steam turbine
33 Generator
40 Power supply circuit
41 Electric power company
42 Ammeter
51 Waste heat recovery auxiliary combustion boiler

Claims (10)

少なくとも蒸気発生装置と発電装置とを含む用役システムを複数有するプラントにおいて、前記プラントを最適な状態で運転できるように前記用役システムを制御する方法であって、
前記用役システムの各々について予め数式化したモデルを作成するステップと、
前記用役システムの各々について、制御対象となる制御ポイントを予め設定するステップと、
前記プラントから、運転データを収集するステップと、
収集された前記運転データに基づいて、第一の周期で、前記用役システムについて、運転条件の変更が可能かどうかを判断するステップと、
運転条件の変更が可能と判断された前記用役システムの各々について、前記モデル内の変数を変更し、前記プラントの最適運転のための最適化計算を行うステップと、
前記制御ポイントの中から、予め設定された手順にしたがって、第一の制御ポイントを選択するとともに、この第一の制御ポイント以外の制御ポイントを第二の制御ポイントとするステップと、
前記第一の制御ポイント及び前記第二の制御ポイントに対して、前記最適化計算の結果に基づいて制御指令を出力するステップと、
前記第二の制御ポイントに対して、前記第一の周期内で設定された第二の周期で、当該プラントに生じた運転条件の変化を吸収するように制御指令を出力するステップと、
を有し、
前記第一の制御ポイント及び前記第二の制御ポイントの少なくとも一方に、前記最適化計算の結果で得られた制御値を、各々対応する第一の周期内又は第二の周期内で、複数回に分けて出力することを特徴とする用役システムの制御方法。
In a plant having a plurality of utility systems including at least a steam generator and a power generator, a method of controlling the utility system so that the plant can be operated in an optimum state,
Creating a pre- formulated model for each of the utility systems;
Presetting control points to be controlled for each of the utility systems;
Collecting operational data from the plant;
Determining whether or not the driving condition can be changed for the utility system in a first period based on the collected driving data;
For each of the utility systems determined to be capable of changing operating conditions, changing variables in the model and performing optimization calculations for optimal operation of the plant;
A step of selecting a first control point from the control points according to a preset procedure and setting a control point other than the first control point as a second control point;
Outputting a control command to the first control point and the second control point based on the result of the optimization calculation;
Outputting a control command so as to absorb a change in operating conditions generated in the plant in the second cycle set in the first cycle with respect to the second control point;
Have
At least one of the first control point and the second control point, a control value obtained as a result of the optimization calculation is applied a plurality of times within the corresponding first period or second period, respectively. The utility system control method is characterized in that output is divided into two .
一の用役システムが燃料を供給する制御ポイントを複数備え、この複数の制御ポイントのうちの一の制御ポイントを、前記第一の制御ポイント又は前記第二の制御ポイントのいずれかとし、他の制御ポイントを、残った前記第一の制御ポイント又は前記第二の制御ポイントとすることを特徴とする請求項1記載の用役システムの制御方法。 One utility system is provided with a plurality of control points for supplying fuel, and one control point of the plurality of control points is either the first control point or the second control point, and the other 2. The utility system control method according to claim 1 , wherein the control point is the remaining first control point or the second control point . 前記複数回に分けて出力される制御値は、均等な間隔をおいて出力されるとともに、前記最適化計算の結果で得られた制御値となるまで、各出力タイミング毎にほぼ同じ制御量を累加した制御値が出力されることを特徴とする請求項1又は2記載の用役システムの制御方法。 The control values output in a plurality of times are output at equal intervals, and substantially the same control amount is set for each output timing until the control value obtained as a result of the optimization calculation is obtained. 3. The utility system control method according to claim 1 , wherein an accumulated control value is output . 前記モデル内の変数の変更を、前記運転データから得られた実測値を基準とした、上限値及び/又は下限値を有する範囲内で行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の用役システムの制御方法。Changes in variables in the model, with reference to the measured value obtained from the operation data, any one of claims 1 to 3 you and performing in a range having an upper limit and / or the lower limit value A method for controlling the utility system described in 1. 今回の最適化の計算結果と、前回の最適化の計算結果とを比較するステップをさらに有し、両者の差が予め設定された値より大きいときは、前記用役システムの運転条件の変更を一時保留することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の用役システムの制御方法。The method further includes a step of comparing the calculation result of the current optimization with the calculation result of the previous optimization, and when the difference between the two is larger than a preset value, the operating condition of the utility system is changed. The service system control method according to claim 1 , wherein the service system is temporarily suspended. 前記プラントが、蒸気圧力の異なる複数の蒸気供給ラインと、高圧側の前記蒸気供給ラインと低圧側の前記蒸気供給ラインとの間に設けられ、高圧側の前記蒸気供給ラインから供給された蒸気によって運転され、低圧側の蒸気供給ラインに圧力が低下した蒸気を供給する用役システムとを有する場合において、
前記高圧側及び低圧側の少なくとも一方の蒸気圧力を、外部への圧力供給において変動が許容される範囲内で変更可能として、最適化の計算を行うことを特徴とする請求項1〜 のいずれかに記載の用役システムの制御方法。
The plant is provided between a plurality of steam supply lines having different steam pressures, the steam supply line on the high-pressure side and the steam supply line on the low-pressure side, and the steam supplied from the steam supply line on the high-pressure side In the case of having a utility system that is operated and supplies steam with reduced pressure to the steam supply line on the low pressure side,
At least one of the vapor pressure of the high pressure side and low pressure side, as may be modified within the scope of variation in the pressure supply to the outside is allowed, more of claims 1-5, characterized in that the calculation of optimization A method for controlling the utility system according to claim 1.
前記低圧側又は前記高圧側の蒸気圧を検出するステップと、検出された蒸気圧と許容される蒸気圧の下限値との差を求めるステップと、この差に基づいて、ファジー推論により前記低圧側又は前記高圧側の蒸気の圧力を決定するステップとを有することを特徴とする請求項6に記載の用役システムの制御方法。A step of detecting the vapor pressure on the low pressure side or the high pressure side , a step of obtaining a difference between the detected vapor pressure and a lower limit value of the allowable vapor pressure, and based on this difference, the low pressure side by fuzzy inference or control method of the utilities system according to claim 6, characterized in that it comprises the steps of determining the pressure of the high-pressure side steam. 前記最適化計算の結果に基づき、前記低圧側の蒸気供給ラインを大気中に開放して蒸気を放出することを特徴とする請求項6に記載の用役システムの制御方法。7. The utility system control method according to claim 6 , wherein the steam is released by opening the low-pressure side steam supply line to the atmosphere based on the result of the optimization calculation. 前記プラントが補助的な用役システムを有する場合において、この補助的な用役システムについても前記モデルを作成し、最適化計算にあたって考慮することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の用役システムの制御方法。In the case where the plant has an auxiliary utilities system, according to any one of claims 1 to 8 this for auxiliary utilities systems create the model, characterized in that considered in the optimization calculation To control the utility system. 前記補助的な用役システムが、前記プラントから補助動力として蒸気が供給されるガスタービン発電機であることを特徴とする請求項9に記載の用役システムの制御方法。The method according to claim 9 , wherein the auxiliary utility system is a gas turbine generator to which steam is supplied as auxiliary power from the plant.
JP2002361764A 2002-12-13 2002-12-13 Control method of utility system Expired - Lifetime JP4234414B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002361764A JP4234414B2 (en) 2002-12-13 2002-12-13 Control method of utility system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002361764A JP4234414B2 (en) 2002-12-13 2002-12-13 Control method of utility system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004190620A JP2004190620A (en) 2004-07-08
JP4234414B2 true JP4234414B2 (en) 2009-03-04

Family

ID=32760388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002361764A Expired - Lifetime JP4234414B2 (en) 2002-12-13 2002-12-13 Control method of utility system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4234414B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106068590A (en) * 2014-06-20 2016-11-02 株式会社东芝 Equipment operation setting device and equipment operation setting value determination procedure

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5017019B2 (en) * 2007-08-22 2012-09-05 株式会社東芝 Plant optimum operation control system
CN107870567B (en) * 2017-12-17 2021-03-30 北京世纪隆博科技有限责任公司 Design method of PID controller of PID (proportion-differentiation) advanced generalized intelligent internal model set
CN108132596B (en) * 2017-12-17 2021-06-25 北京世纪隆博科技有限责任公司 Design method of differential advanced generalized intelligent internal model set PID controller
CN108107713B (en) * 2017-12-17 2021-06-29 北京世纪隆博科技有限责任公司 Design method of proportional-differential advanced intelligent model set PID controller
CN112928958B (en) * 2019-12-06 2022-10-14 新疆金风科技股份有限公司 Method for controlling the voltage at the converter side and corresponding controller
US11703844B2 (en) * 2021-10-07 2023-07-18 One Trust Llc Limiting usage of physical emissions sources by utilizing a modified gradient descent model

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106068590A (en) * 2014-06-20 2016-11-02 株式会社东芝 Equipment operation setting device and equipment operation setting value determination procedure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004190620A (en) 2004-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2871334B1 (en) Steam turbine power plant and method for activating steam turbine power plant
CN105700494B (en) Model-based combined cycle power plant load control
JP5501893B2 (en) Plant operation evaluation system
JP4234414B2 (en) Control method of utility system
CN103282726B (en) Cooling system
CN114294708B (en) Method for adjusting heat storage of long-distance heat supply pipe network
JP2016205678A (en) Boiler system
CN102830662B (en) Monitoring system and method of flow industrial pipe network system
JP4327325B2 (en) Optimal operation control system for combined heat and power plant
CN109858125A (en) A kind of fired power generating unit net coal consumption rate calculation method based on radial base neural net
CN103728055B (en) A kind of real-time estimation method of thermal power unit boiler furnace outlet flue gas energy
JP4953217B2 (en) Fuel cell device
JP2006325336A (en) Controller for dispersed energy system, method, and program
CN110994639B (en) Simulation constant volume method, device and equipment for power plant energy storage auxiliary frequency modulation
JP3984204B2 (en) Operation method and operation control system for fuel consuming equipment, and energy trading system
CN110610276B (en) Comprehensive energy system scheduling method and system containing generalized predictive control
JP2005223964A (en) Operation control system for cogeneration system
Long et al. Optimization strategy of CCHP integrated energy system based on source-load coordination
KR102327833B1 (en) Damper Opening Ratio Control System Predictable Quantity of Heat of Waste Gas
KR102327830B1 (en) Damper Opening Ratio Control System Predictable Temperature of Waste Gas
JP2007255198A (en) Optimal operation system, method and program of energy plant
JP6045383B2 (en) Thermal power plant system for private power generation
CN114374203B (en) Source charge storage scheduling decision system and method based on electricity price guidance and willingness
CN115525041B (en) Fault diagnosis method, system, equipment and medium for evaluating performance indexes of power plant
JP2023017323A (en) Control method and system for steam plant

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20040907

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050627

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080729

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080926

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081202

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081211

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4234414

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141219

Year of fee payment: 6

EXPY Cancellation because of completion of term