JP5639613B2 - プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転上の制約値を守りながら、高効率で運転することを目的としたプラントの制御装置及び火力発電プラントの制御装置に関する。

火力発電プラントの制御装置では、制御対象であるプラントから計測信号を受信し、プラントの操作端を制御するための操作信号を算出する。制御装置には、計測信号が制御目標値と一致するように、操作信号を計算するアルゴリズムが実装されている。

プラントの制御には、主にＰＩ（比例・積分（Proportional and Integral））制御アルゴリズムが用いられている。ＰＩ制御アルゴリズムは、制御目標値と計測信号の偏差に比例ゲインを乗じた値と、偏差を時間積分した値を加算することによって、操作信号を導出する。

しかし、プラントの出力を変化させる負荷変化運転を実施する際には、プラントに供給する燃料流量や給水流量などの操作量を変化させる必要があり、操作量の変化に伴って計測信号も変動する。また、出力を一定とする定常運転においても、計測ノイズなどの外乱の影響により、計測信号は変動する。

火力発電プラントには、プラントを構成する機器で使用している材料の耐熱特性などを考慮し、運転上守るべき制約条件が定められている。また、火力発電プラントには、ランニングコストを削減するため、高効率で運転することが求められている。計測信号の値が変動しても運転上の制約を守り、かつ高効率での運転を実現するには、制御目標値を適切に設定する必要がある。

特許文献１には、非線形要因による複雑な挙動を示す制御対象を制御するに当たり、上位からの運転計画に基づいて実制御時の制御目標値を決定する制御目標決定手段を備えた制御装置が開示されている。

また、特許文献２には、制御量の制約条件を考慮して最適な目標軌道を生成しながら制御対象を制御する制御装置が開示されている。

特開平０６−２６６４０４号公報 特開２００２−２０７５０３号公報

火力発電プラントでは、定常運転状態、負荷変化運転状態など、様々な運転状態をとる。運転状態が異なると、計測信号の変動幅が異なる。従って、運転状態に応じて、制約条件を守るための制御目標値の範囲も異なる。

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、プラントの運転状態毎に、プロセス値の変動幅とプラント運転上の制約値を考慮して制御目標値を設定することで、高効率運転と制約値遵守とを両立するプラントの制御装置及び火力発電プラントの制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明によるプラントの制御装置は、プラントで計測した計測信号を受信し、プラントの操作端を制御するための操作信号を送信する制御装置であって、プラントの運転状態に応じて制御目標値を決定する制御目標関数生成手段と、計測信号が制御目標値と一致するように操作信号を生成する操作信号生成手段を備え、制御目標関数生成手段は、データの類似性に基づいてデータをグループに分類するクラスタリング技術を用いて、過去の計測信号が保存されている時系列信号データベースに保存されている時系列信号を分類する運転状態分類部と、運転状態分類部で分類した運転状態毎に、計測信号の変動幅を求める計測信号変動評価部と、運転状態分類部で分類した運転状態毎に、計測信号変動評価部で求めた計測信号の変動幅とプラントの運転上の制約値とに基づいてプラントの運転効率が大きくなる制御目標値を算出する制御目標値算出部（例えば、最適設定値算出部４６０）とを有することを特徴とする。

本発明によれば、プラントにおいて、運転上の制約値を守りながら、高効率でプラントを運転することが可能となる。その結果、プラントで消費する燃料量を削減でき、ランニングコストを低減できる。

本発明の第１の実施形態によるプラントの制御装置を示すブロック図である。 プラントの制御装置の動作を示すフローチャートである。 石炭を燃料とする火力発電プラントを示す説明図であり、（ａ）はプラントの全体構成を示す図であり、（ｂ）はボイラの詳細を示す図である。 操作信号生成手段の制御手順を示すロジック図である。 操作信号生成手段の制御手順を示すロジック図である。 関数（ＦＧ）の実施例を示す説明図であり、（ａ）は、比較例の関数であり、（ｂ）は、制御目標関数生成部で、（ａ）で示した関数を補正した場合である。 最適設定値算出部を示す説明図であり、（ａ）は、最適設定値算出部で用いるデータの形態を示す図であり、（ｂ）は、最適設定値算出部の構成を示すブロック図である。 各種データベースに保存されているデータを示す説明図であり、（ａ）は時系列信号データベースの例を示す図であり、（ｂ）は設定情報データベースの例を示す図であり、（ｃ）は補正量参照データベースの例を示す図である。 操作信号生成手段の制御手順を示すロジック図である。 本発明の第２の実施形態による運転状態を自動分類する場合を示す説明図であり、（ａ）は運転状態分類部にて、時系列信号を分類した分類結果の一例を示す図であり、（ｂ）は分類した分類番号毎にプロセス値の変動幅を計算した例であり、（ｃ）は分類番号毎の変動幅、制約値を考慮して、制御目標値を求めた例である。 本発明の第３の実施形態によるプラントの制御装置を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態における操作信号生成手段の制御手順を示すロジック図である。 制御装置の画面表示装置を示す説明図であり、（ａ）は制御装置に画像表示装置を追加した場合のブロック図を示す説明図であり、（ｂ）は画像表示装置に表示する画面の実施例を示す説明図である。 負荷要求信号と蒸気温度の経時変化を説明する図であり、（ａ）は、比較例の場合であり、（ｂ）は、制御目標値を補正して制御した場合である。

本発明の実施形態によるプラントの制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態によるプラントの制御装置は、以下に説明するようにプラントの計測信号に基づいてプラントの運転状態を判定し、判定結果に基づいて制御目標値を決定する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるプラントの制御装置を示すブロック図である。図１に示すように、制御装置２００は、火力発電プラント１００に備えられている計測器で計測した計測信号と、中央給電指令所２１０から送信される給電指令（負荷要求信号）で構成される計測信号１を受信する。また、火力発電プラント１００に備えられている操作端を制御するための操作信号２を火力発電プラント１００に送信する。

制御装置２００は、演算装置として、操作信号生成手段３００、制御目標関数生成手段４００、入力手段（不図示）を介して管理者の制御指令１３，１４を操作信号生成手段３００及び制御目標関数生成手段４００に指令する動作制御手段２５０を備え、データベースとして、時系列信号データベース５００、設計情報データベース６００、及び補正量参照データベース４７０を備える。なお、図１では、データベースを「ＤＢ」と略記している。データベースには、電子化された情報が記録されており、通常、電子ファイル（電子データ）と呼ばれる形態で情報が記録される。

制御目標関数生成手段４００は、制御目標関数生成部４１０、運転状態判定部４２０、制御目標関数補正値計算部４３０、運転状態分類部４４０、計測信号変動評価部４５０、最適設定値算出部４６０（制御目標値算出部）の演算装置と、補正量参照データベース４７０とを組み合わせて構成する。

以下、演算装置の動作内容と、データベースに保存されるデータの内容について述べる。制御装置２００が受信した計測信号１は、時系列信号データベース５００に保存される。操作信号生成手段３００では、計測信号１と制御目標関数信号１２の入力情報を用いて、火力発電プラント１００に備えられている操作端を制御するための操作信号２を計算する。

操作信号生成手段３００では、制御目標値を決定するために多数の関数を用いる。関数を規定するための関数パラメータ値は制御目標関数生成手段４００で生成する。制御目標関数生成手段４００で生成した関数パラメータ値は、制御目標関数信号１２として操作信号生成手段３００に送信される。

次に、制御目標関数生成手段４００を構成するブロックの動作内容について説明する。
運転状態判定部４２０では、計測信号１の入力情報に基づいて、火力発電プラントの運転状態を判定する。ここで運転状態とは、起動運転、停止運転、負荷変化運転、定常運転など、火力発電プラント１００の運転状況を意味する。運転状態判定部４２０で判定した結果である運転状態判定結果信号１０は、制御目標関数補正値計算部４３０に出力される。

制御目標関数補正値計算部４３０では、運転状態判定結果信号１０に基づいた補正量情報リクエスト信号９を補正量参照データベース４７０に出力し、補正量情報信号８を受信する。その後、補正量情報信号８に従って制御目標関数補正値を計算し、制御目標関数補正信号１１を制御目標関数生成部４１０に出力する。

制御目標関数生成部４１０では、計測信号１と制御目標関数補正信号１１を用いて、制御目標関数を作成し、制御目標関数信号１２を操作信号生成手段３００に出力する。

補正量参照データベース４７０には、運転状態と制御目標関数の補正量の関係が保存されている。補正量参照データベース４７０に保存される情報は、運転状態分類部４４０、計測信号変動評価部４５０、最適設定値算出部４６０を動作させて作成する。

運転状態分類部４４０では、時系列信号データベース５００に保存されている時系列信号３を基に運転状態を分類し、運転状態分類結果信号５は補正量参照データベース４７０、計測信号変動評価部４５０、最適設定値算出部４６０にそれぞれ送信される。運転状態分類結果信号５には、運転状態と該運転状態である時刻情報が含まれる。

計測信号変動評価部４５０では、時系列信号３と運転状態分類結果信号５の入力情報を基に、運転状態毎の信号の変動幅（上限値と下限値の差）を評価し、計測信号変動評価結果信号６として補正量参照データベース４７０、最適設定値算出部４６０に送信する。

最適設定値算出部４６０では、設計情報データベース６００に保存されている設計情報４、時系列信号３、運転状態分類結果信号５、計測信号変動評価結果信号６を用いて、関数パラメータ値の最適値を求め、求めた最適設定値算出結果信号７を補正量参照データベース４７０に送信する。

次に、図２を用いて本実施形態の制御装置２００の動作について説明する。図２は、プラントの制御装置の動作を示すフローチャートである。図２に示すように、制御装置２００はステップＳ１０００〜Ｓ１０８０を実行する。

まず、ステップＳ１０００では、動作制御手段２５０が補正量参照データベース４７０に保存するデータの作成要否を判定する。ユーザ（例えば、管理者）からデータ作成のリクエストがあった場合や、制御装置２００を初めて使用する場合など、作成要の時は（ステップＳ１０００，ＹＥＳ）、ステップＳ１０１０に進み、作成する必要が無い時は（ステップＳ１０００，ＮＯ）、ステップＳ１０４０に進む。

ステップＳ１０１０，Ｓ１０２０，Ｓ１０３０では、それぞれ運転状態分類部４４０、計測信号変動評価部４５０、最適設定値算出部４６０を動作させ、補正量参照データベース４７０を作成する。

ステップＳ１０４０，Ｓ１０５０，Ｓ１０６０，Ｓ１０７０では、それぞれ運転状態判定部４２０、制御目標関数補正値計算部４３０、制御目標関数生成部４１０、操作信号生成手段３００を動作させ、操作信号２を作成し、火力発電プラント１００に送信する。

ステップＳ１０８０では、動作制御手段２５０が終了判定を実行し、終了しない場合は（ステップＳ１０８０，ＮＯ）、ステップＳ１０００に戻り、動作を継続し、終了する場合（ステップＳ１０８０，ＹＥＳ）、一連の動作を終了する。

図３は、石炭を燃料とする火力発電プラントを示す説明図であり、（ａ）はプラントの全体構成を示す図であり、（ｂ）はボイラの詳細を示す図である。図３（ａ）に示すように、制御装置２００は火力発電プラント１００からプロセス値の計測信号１を受け取り、これを使用して制御装置２００内に予めプログラムされた演算を行って火力発電プラント１００への操作信号２を送信する。火力発電プラント１００は、受け取った操作指令信号に従って、例えばバルブの開度やダンパ開度といったアクチュエータを動作させてプラントの状態をコントロールしている。

本実施形態は、ボイラ１０１で発生させた蒸気により駆動する蒸気タービン１２０を主構成要素とする火力発電プラントである（発電機は図示していない）。制御装置２００は、中央給電指令所２１０からの負荷要求信号を受信し、これに基づいてプラントを指定された負荷（発電出力）状態に制御する。なお、負荷要求指令信号は、計測信号１に含まれる。蒸気加減弁１４１の弁開度を調節することで、蒸気タービン１２０へ導かれる蒸気流量１４０が変化し発電出力が変化する。

その他にも、水・蒸気系統には、蒸気タービン１２０から出た蒸気を冷却して液体にする復水器１２１、復水器１２１で冷却された水をボイラ給水として再びボイラ１０１へ送り込む給水ポンプ１２２がある。また、図示していないが、蒸気タービン１２０の途中段から抜き出した一部の蒸気（抽気）を加熱源としてボイラ給水を予熱する給水加熱器もある。

一方、ボイラから排出される燃焼ガス１２５の系統には、排ガスを浄化するための排ガス処理装置１２３、浄化したガス１２６を放出する煙突１２４がある。

燃料１２７である石炭は燃料流量調整弁１２８を介して石炭粉砕機（ミル）１２９に送られる。石炭粉砕機１２９で粉末（微粉炭）となり、ガスで搬送されてバーナ１０２に供給される。

バーナ１０２には、石炭と石炭搬送用の空気の混合物１３０ｃと、燃焼調整用の空気１３０ｂが供給される。また、バーナ１０２の上部にはアフタエアポート１０３が配置され、アフタエアポート１０３には空気１３０ａが供給される。石炭搬送用の空気、燃焼調整用の空気、アフタエアポート１０３に供給する空気の量は、流量調整弁１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃを調整して制御できる。

次にボイラ１０１の構成について、図３（ｂ）を参照して説明する。
燃料を燃焼させるバーナがある火炉は炉内が高温になるため、壁面全体を冷却すると共に燃焼ガスの熱を回収する水壁１０４と呼ばれる冷却壁がある。ボイラ１０１内には他にも節炭器１０９、１次過熱器１０８、２次過熱器１０５、３次過熱器１０６、４次過熱器１０７からなる熱交換器があり、これらによって燃焼ガスの熱を回収して高温蒸気を生成する。

なお、図中には記載していないが、プラントには、ガスの組成、温度、圧力や、蒸気の温度、圧力などを計測するためのセンサーが多数配置されており、この計測結果は計測信号１として制御装置２００に送信される。

図３（ｂ）に示すように、蒸気の流れとしては、ボイラ給水はまず節炭器１０９に導かれ、その後水壁１０４、１次過熱器１０８、２次過熱器１０５、３次過熱器１０６、４次過熱器１０７の順に通って昇温され、主蒸気となって蒸気タービン１２０へ入る。蒸気タービン１２０で仕事をした蒸気は復水器１２１で液体となり、給水ポンプ１２２で再びボイラ１０１へ送られるというサイクルである。

また、蒸気の流れの中には、蒸気温度を制御することを目的に、１次スプレ１６０、２次スプレ１６１、３次スプレ１６２にて蒸気にスプレ水を噴霧する。スプレ水の流量は、スプレ量調節弁１５０、１５１、１５２を調整して制御できる。

次に、操作信号生成手段３００の実施例を、図４、図５を用いて説明する。
図４および図５は、操作信号生成手段の制御手順を示すロジック図である。操作信号生成手段３００は、図４、図５に示すロジックを用いて、火力発電プラント１００の操作端を制御する。なお、適宜図１、図３を参照して説明する。

図４（ａ）は、蒸気加減弁１４１の開度を制御するための蒸気加減弁開度、給水ポンプ１２２で供給する給水流量を制御するための給水流量指令、燃料流量調整弁１２８を制御するための燃料流量指令を決定するためのロジック図である。

図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ３次スプレ調節弁１５２の開度を制御するための３次スプレ弁開度指令、２次スプレ調節弁１５１の開度を制御するための２次スプレ弁開度指令、１次スプレ調節弁１５０の開度を制御するための１次スプレ弁開度指令を決定するためのロジック図である。

なお、図中の「○」は加減算器であり、「＋」の記号で記載した信号を加算し、「−」の記号で記載した信号を減算するモジュールである。「ＦＧ（Function Generator）」は、入力信号をｘとすると、関数ｆ（ｘ）を出力するモジュールである。「ＰＩ（Proportional and Integral）」は、入力信号をｘ’とすると、
Ｐｘ’＋（１／Ｉ）∫ｘ’ｄｔ
の比例積分演算した結果を出力するモジュールである。ここで、Ｐは比例ゲイン、Ｉは積分時間である。「ＬＧ（Ｌａｇ）」は、１次遅れモジュールである。

図４（ａ）に示すように、発電出力目標値は、負荷要求信号を入力としたＬＧモジュールの出力で作成する。また、主蒸気圧力目標値は、負荷要求信号を入力としたＦＧモジュールの出力で主蒸気圧力設定値を計算し、この主蒸気圧力設定値を入力としたＬＧモジュールの出力で作成する。

本方式では、発電出力とその目標値の偏差を入力としたＰＩモジュールの出力で蒸気加減弁開度を制御し、主蒸気圧力とその目標値の偏差を入力としたＰＩモジュールの出力でボイラ入力信号（ＢＩＤ）を決定する。

ボイラ入力信号を入力としたＦＧモジュールの出力で給水流量基準指令値と燃料流量基準指令値を決める。また、ボイラ入力信号を入力としたＦＧモジュールの出力で主蒸気温度目標値を決定する。そして、主蒸気温度とその目標値の偏差を入力としたＰＩモジュールの出力で、燃料流量を補正する。

また、給水流量、燃料流量には、負荷変化中の制御性能を向上させるため、ボイラ入力加速度信号（ＢＩＲ）と呼ばれる信号（給水ＢＩＲ、燃料ＢＩＲ）を加算して、給水流量指令および燃料流量指令を作成する。

図４（ｂ）に３次スプレ弁開度指令を決定するロジック図を示す。ボイラ入力信号を入力としたＦＧモジュールの出力で、３次スプレ基準流量、および主蒸気温度目標値を決定する。そして、主蒸気温度とその目標値の偏差を入力としたＰＩモジュールの出力で、３次スプレ基準流量を補正する。また、ＢＩＲ信号（スプレＢＩＲ）を加算して、３次スプレ流量目標値を計算する。３次スプレ流量とその目標値の偏差を入力としたＰＩモジュールの出力で、３次スプレ弁開度指令を作成する。

このようにスプレ弁開度を制御することで、主蒸気温度がその目標値と一致するように、スプレ流量を決定できる。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ２次スプレ弁開度指令、１次スプレ弁開度指令のロジック図である。ロジックの基本構成は、図４（ｂ）と同じである。３次過熱器出口蒸気温度がその目標値と一致するように２次スプレ弁開度を制御し、２次過熱器出口蒸気温度がその目標値と一致するように１次スプレ弁開度を制御する。

このように、操作信号生成手段３００を構成するロジック図には、蒸気温度、蒸気圧力の目標値を決定するための関数（ＦＧ）が多数備えられている。本実施形態の制御目標関数生成手段４００では、これらの関数を規定するための関数パラメータ値を決定する。

図６は、関数（ＦＧ）の実施例を示す説明図であり、（ａ）は、比較例の関数であり、（ｂ）は、制御目標関数生成部で、（ａ）で示した関数を補正した場合である。
図６（ａ）は、比較例の関数であり、ボイラ入力信号の入力に対して温度目標値を出力するＦＧモジュールの実施例である。関数パラメータＸ１〜Ｘ７、Ｙ１〜Ｙ７を設定することで関数が折れ線の関数が生成される。制御目標関数生成部４１０では、予め定められた値と、制御目標関数補正値計算部４３０で計算した制御目標関数補正信号１１を用いて、これらの関数パラメータ値を生成する。図６（ｂ）の補正については後述する。

図１４は、負荷要求信号と蒸気温度の経時変化を説明する図であり、（ａ）は、比較例の場合であり、（ｂ）は、制御目標値を補正して制御した場合である。図１４（ａ）は負荷一定の状態において、熱交換器に付着した灰を落とすためのスートブロワ噴射運転を実施した後、負荷を低下させる負荷変化運転を実施した時の負荷要求信号と蒸気温度を示している。図１４（ａ）に示すように、蒸気温度は時間とともに変化するが、運転状態に応じてその変動幅は異なる。

火力発電プラント機器に用いる材料の耐熱性能などから蒸気温度には制約値（上限値）が設けられている。蒸気温度が変動しても、この制約値を逸脱しないように蒸気温度目標値は決定する。そのため、蒸気温度目標値は蒸気温度の最大値が制約値以下となるように設定する。

一方、蒸気タービン１２０に供給する主蒸気の温度を高く設定すれば、タービン効率が向上し、同じ出力を得るのに用いる燃料流量を削減できる。

本実施形態では、図１４（ｂ）に示すように、定常運転のとき、蒸気温度の変動が小さいので、図１４（ａ）の比較例と比較して、蒸気温度目標値を高く設定することが可能となることに着目し、制御目標関数生成手段４００は、運転状態に応じて制御目標値を補正することで、制約値を守りながら高効率で運転することができる。具体的には、図１４（ａ）の比較例に対して、図１４（ｂ）においては、定常状態では蒸気温度目標値を高く設定して運転している。なお、図１４では、蒸気温度の制御目標値の例として蒸気温度目標値をあげている。

制御目標値の補正量は、運転状態分類部４４０、計測信号変動評価部４５０、最適設定値算出部４６０を動作させて決定する。まず、運転状態分類部４４０では、時系列信号データベース５００に保存されている時系列データを用いて、運転状態を分類する。例えば、負荷要求信号が一定でスートブロワ噴射ＯＮ／ＯＦＦ信号がＯＦＦの場合は定常運転、負荷要求信号が一定でスートブロワ噴射信号がＯＮの場合はスートブロワ運転、負荷要求信号が変化している時は負荷変化運転中である、など、あらかじめ定められた条件に従って、運転状態を分類する。

次に、計測信号変動評価部４５０では、図１に示すように、時系列信号３と運転状態分類結果信号５の入力情報を基に、運転状態毎の信号の変動幅（上限値と下限値の差）を評価する。

そして、最適設定値算出部４６０では、図１に示すように、設計情報データベース６００に保存されている設計情報４、時系列信号３、運転状態分類結果信号５、計測信号変動評価結果信号６を用いて、関数パラメータ値の最適値を求める。詳細については、図７を参照して説明する。

図７は、最適設定値算出部を示す説明図であり、図７（ａ）は、最適設定値算出部で用いるデータの形態を示す図であり、図７（ｂ）は、最適設定値算出部の構成を示すブロック図である。図７（ａ）に示すように運転状態分類結果信号５を用いて運転状態（列４４１）を定義し、運転状態分類結果信号５、時系列信号３、計測信号変動評価結果信号６を用いてプロセス値の変動幅（列４５１）が定まり、設計情報４を用いてプロセス値の制約値（列６０１）が定まる。なお、図７（ａ）では主蒸気温度の制約値を記載しているが、一般には全ての蒸気温度に制約値が定められている。

最適設定値算出部４６０は、図７（ｂ）に示すように、プラントモデル４６１と最適化処理部４６２を組み合わせて実行する。プラントモデル４６１は、火力発電プラント１００の特性を模擬するモデルである。

最適化処理部４６２から模擬操作信号４６４をプラントモデル４６１に出力する。プラントモデル４６１では、模擬操作信号４６４の入力に対して、模擬計測信号４６３を最適化処理部４６２に出力する。最適化処理部４６２では、模擬計測信号４６３が所望の値となるような模擬操作信号４６４を生成するように働く。

最適化処理部４６２は、強化学習法、遺伝的アルゴリズムなど、各種の最適化手法を用いて構成する。最適化処理部４６２は、図７（ａ）の制約条件を満足する範囲で、プラント効率が最大となる制御目標値を決定する。最適設定値算出部４６０で算出した制御目標値の補正値は補正量参照データベース４７０に保存される。

その後、制御目標関数補正値計算部４３０（図１参照）で計算した補正値が制御目標関数生成部４１０に送信される。そして、制御目標関数生成部４１０で、図６（ａ）で示した関数を、図６（ｂ）に示すように補正する。

図１４（ｂ）は、制御目標値を補正して制御した結果を説明する図である。定常運転のときは、蒸気温度の変動幅が小さいので、蒸気温度目標値を高く設定し、図１４（ａ）に示す比較例より高効率で運転できる。

図８は、各種データベースに保存されているデータを示す説明図である。図８（ａ）は時系列信号データベースの例を示す図であり、図８（ｂ）は設定情報データベースの例を示す図であり、図８（ｃ）は補正量参照データベースの例を示す図である。

図８（ａ）は、時系列信号データベース５００（図１参照）に保存されているデータを示す図である。時系列信号データベース５００には、火力発電プラント１００で計測した運転データである計測信号（例えば、データ項目Ａ，Ｂ，Ｃ）の値が、サンプリング周期（縦軸の時刻）毎に保存される。データの表示画面５０１において、縦横に移動可能なスクロールボックス５０２及び５０３を用いることにより、広範囲のデータをスクロールして表示することができる。

図８（ｂ）は、設計情報データベース６００（図１参照）に保存されているデータを示す図である。設計情報データベース６００には、各種プロセス値の制約条件などの情報が保存されている。なお、図８（ｂ）には図示していないが、火力発電プラント１００を構成する機器の設計図、設計値、及び火力発電プラント１００の特性を模擬するモデルを作成するために必要な情報も設計情報データベース６００に保存されている。設計情報データベース６００に保存されているデータは、表示画面６０２に表示することができる。

図８（ｃ）は、補正量参照データベース４７０（図１参照）に保存されているデータを示す図である。補正量参照データベース３３０には、運転状態、制御目標値（関数パラメータの値）が関連付けられて保存されている。補正量参照データベース４７０に保存されているデータは、表示画面４７１に表示することができる。

図８（ｃ）に示した補正量参照データベース４７０のデータを用いて制御目標値を補正することで、図６（ｂ）に示した蒸気温度目標値を図１４（ｂ）に示したように補正し、高効率での運転を実現する。

なお、前述の実施形態では、制御目標関数生成手段４００から操作信号生成手段３００に関数パラメータ情報を送信する方法を採用した。この他にも、図９に示すように、制御目標関数生成手段４００から操作信号生成手段３００に送信する情報を制御目標値とし、操作信号生成手段３００では受信した制御目標値（温度目標信号３５０）を用いて制御するような構成としてもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態の運転状態判定部４２０、運転状態分類部４４０では、予め設定された条件に基づいて運転状態を判定、及び分類していた。しかし、火力発電プラント１００は様々な運転状態があるため、予め条件を設定するのは難しいことがある。

そこで、本発明の第２の実施形態では、データクラスタリングを用いることで、予め条件を設定することなく自動的に運転状態を判定、及び分類する。データクラスタリング技術では、データの類似性に基づいてデータを自動的にグループに分類する。

データクラスタリング技術としては、適応共鳴理論、ベクトル量子化など様々な技術を用いることができる。運転状態の判定、及び分類に用いるデータ項目としては、発電出力、発電出力変化率、スートブロワのＯＮ／ＯＦＦ信号などがあり、ユーザによって予め設定されたデータ項目を用いる。

図１０は、本発明の第２の実施形態による運転状態を自動分類する場合を示す説明図であり、図１０（ａ）は運転状態分類部にて、時系列信号を分類した分類結果の一例を示す図であり、図１０（ｂ）は分類した分類番号毎にプロセス値の変動幅を計算した例であり、図１０（ｃ）は分類番号毎の変動幅、制約値を考慮して、制御目標値を求めた例である。適宜図１を参照して説明する。

図１０（ａ）は、運転状態分類部４４０にて、時系列信号３を分類した分類結果の一例を示す図である。図１０（ａ）では、時系列信号３のうちの２項目（項目Ａと項目Ｂ）を表示しており、２次元のグラフで表記した。データの分類結果は、分類番号１〜４と記された４つの円で表される。

本実施形態では、計測信号は４つのグループに分類されている。分類番号１は、項目Ａの値が大きく、項目Ｂの値が小さいグループであり、分類番号２は、項目Ａと項目Ｂの値が共に小さいグループであり、分類番号３は項目Ａの値が小さく、項目Ｂの値が大きいグループであり、分類番号４は項目Ａと項目Ｂの値が共に大きいグループである。

本実施形態の計測信号変動評価部４５０では、図１０（ｂ）に示すように運転状態分類部４４０で分類したグループ（分類番号）毎にプロセス値の変動幅を計算する。

そして、最適設定値算出部４６０では、図１０（ｃ）に示すように分類番号毎の変動幅、制約値を考慮して、制御目標値を求める。このように、運転状態判定部４２０、運転状態分類部４４０にデータクラスタリング技術を用いることで、プラントの運転状態を自動的に分類し、分類結果に応じて制御目標値を定めることが可能となる。その結果、火力発電プラント１００の様々な運転状態に応じて制御目標値を設定できる。

（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態によるプラントの制御装置を示すブロック図である。本実施形態は、図１に示した構成に予測手段７００を追加し、予測結果信号７０１を操作信号生成手段３００、及び時系列信号データベース５００に送信する。予測手段７００では、火力発電プラント１００の特性を模擬するモデルを用いて、計測信号の将来値を予測する。

火力発電プラント１００の特性を模擬する方法としては、伝熱・流体の方程式などを用いて物理モデルを構築して模擬する方法、ニューラルネットワーク・カルマンフィルタなどの統計モデルを用いて模擬する方法がある。

図１２は、本発明の第３の実施形態における操作信号生成手段の制御手順を示すロジック図である。図１２に示すように、本発明の操作信号生成手段３００では、プロセス値の予測値（将来値）３６０を用いてフィードバック制御する。計測信号の変化を前倒して検出して制御するので、プロセス値の変動を抑制する。このような制御方式を、予測制御と呼ぶ。予測制御を用いてプロセス値の変動を抑制する技術については、特開２０００−５６８０５号公報などに記載されており、これらの技術を用いて予測手段７００を実現することが可能となる。

プロセス値の変動を抑制する予測制御と、本発明の制御目標関数生成手段４００を組み合わせることにより、主蒸気温度の目標値を高く設定でき、より高効率での運転が可能となる。

また、運転状態分類部４４０では、予測手段７００で求めた予測結果信号を用いて運転状態を分類する。その結果、計測信号の変動幅の予測値が、制約値の範囲に入るかどうかを考慮した分類が可能となる。その結果、最適設定値算出部４６０では、予測値が制約条件を逸脱する場合には操作の余裕を確保するように制御目標値を決定するように動作する。その結果、火力発電プラント１００をより安全に運転することが可能となる。

図１３は、制御装置の画面表示装置を示す説明図であり、図１３（ａ）は制御装置に画像表示装置を追加した場合のブロック図を示す説明図であり、図１３（ｂ）は画像表示装置に表示する画面の実施例を示す説明図である。

図１３（ａ）を参照して、第１の実施形態〜第３の実施形態の制御装置２００に、画像表示装置９００を追加した場合のブロック図について説明する。制御装置２００内で処理した信号、及び各種データベースに保存されている制御装置情報３１は、画像表示装置９００に表示することができる。また、画像表示装置９００で表示された画面上での操作結果である外部入力情報３２を用いて、制御装置２００の動作を制御できる。

図１３（ｂ）を参照して、画像表示装置９００に表示する画面の実施例を説明する。設定値ガイダンス画面には、燃料削減予想量９３０、各目標値に対する推奨値と制約値、実行ボタン９５０、キャンセルボタン９６０が表示される。各目標値に対する推奨値と制約値として、出力目標値に対する推奨値９１０ａと制約値９２０ａ、主蒸気温度目標値に対する推奨値９１０ｂと制約値９２０ｂ、３次過熱器出口蒸気温度目標値に対する推奨値９１０ｃと制約値９２０ｃ、２次過熱器出口蒸気温度目標値に対する推奨値９１０ｄと制約値９２０ｄ、１次過熱器出口蒸気温度目標値に対する推奨値９１０ｅと制約値９２０ｅがある。ユーザ（例えば、管理者）は、ガイダンス表示された内容に制御目標値を変更する場合は実行ボタン９５０をクリック（押下）する。制御目標値変更の許可信号が外部入力情報３２として制御装置２００に送信され、操作信号生成手段３００における制御目標値が変更される。

なお、設定値ガイダンス画面の推奨値９１０ａ，９１０ｂ，９１０ｃ，９１０ｄ，９１０ｅは、個別に選択できるようにしておいてもよい。この場合、例えば、主蒸気温度目標値の推奨値９１０ｂだけクリックにより選択され、実行ボタン９５０がクリックされると、選択された推奨値９１０ｂだけが変更される。

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。前記した実施形態は、本発明をわかりやすく説明するために詳細に記載したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、前記の各構成、機能、処理部、及び処理手段などは、これらの一部または全部を集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、前記の各構成や機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル、計測信号、及び算出情報などの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、またはＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤカード及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記憶媒体に格納することができる。よって、各処理と各構成は、処理ユニットやプログラムモジュールとして実現可能である。

また、図面において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示している。従って、必ずしも製品に必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成要素が相互に接続されていると考えてもよい。

本発明は、プラントの制御装置および制御方法として、各種プラントに広く適用可能である。すなわち、プラントで計測した計測信号を受信し、プラントの操作端を制御するための操作信号を送信するプラントの制御装置２００は、プラントの運転状態に応じて制御目標値を決定する制御目標関数生成手段４００と、計測信号が制御目標値と一致するように操作信号を生成する操作信号生成手段３００とを備え、制御目標関数生成手段４００は、過去の計測信号が保存されている時系列信号データベース５００に保存されている時系列信号を用いてプラントの運転状態を、予め定められた条件に従って、少なくとも定常運転状態、負荷変化運転状態に分類する運転状態分類部４４０と、運転状態分類部４４０で分類した運転状態毎に、計測信号の変動幅を求める計測信号変動評価部４５０と、運転状態分類部４４０で分類した運転状態毎に、計測信号変動評価部４５０で求めた計測信号の変動幅とプラントの運転上の制約値とに基づいてプラントの運転効率が大きくなる制御目標値を算出する最適設定値算出部４６０（制御目標値算出部）とを有する。

また、プラントで計測した計測信号を受信し、プラントの操作端を制御するための操作信号を送信する制御装置２００は、プラントの運転状態に応じて制御目標値を決定する制御目標関数生成手段４００と、計測信号が制御目標値と一致するように操作信号を生成する操作信号生成手段３００を備え、制御目標関数生成手段４００は、データの類似性に基づいてデータをグループに分類するクラスタリング技術を用いて、過去の計測信号が保存されている時系列信号データベース５００に保存されている時系列信号を分類する運転状態分類部４４０と、運転状態分類部で分類した運転状態毎に、計測信号の変動幅を求める計測信号変動評価部４５０と、運転状態分類部４４０で分類した運転状態毎に、計測信号変動評価部４５０で求めた計測信号の変動幅とプラントの運転上の制約値とに基づいてプラントの運転効率が大きくなる制御目標値を算出する最適設定値算出部４６０（制御目標値算出部）とを有する。

本実施形態によれば、プラントの運転状態毎に、プロセス値の変動幅とプラント運転上の制約値とに基づいて制御目標値を設定することで、高効率運転と制約値遵守とを両立することができる。

１ 計測信号
２ 操作信号
３ 時系列信号
４ 設計情報
５ 運転状態分類結果信号
６ 計測信号変動評価結果信号
７ 最適設定値算出結果信号
８ 補正量情報信号
９ 補正量情報リクエスト信号
１０ 運転状態判定結果信号
１１ 制御目標関数補正信号
１２ 制御目標関数信号
１００ 火力発電プラント
２００ 制御装置
２１０ 中央給電指令所
２５０ 動作制御手段
３００ 操作信号生成手段
４００ 制御目標関数生成手段
４１０ 制御目標関数生成部
４２０ 運転状態判定部
４３０ 制御目標関数補正値計算部
４４０ 運転状態分類部
４５０ 計測信号変動評価部
４６０ 最適設定値算出部（制御目標値算出部）
４７０ 補正量参照データベース（補正量参照ＤＢ）
５００ 時系列信号データベース（時系列信号ＤＢ）
６００ 設計情報データベース（設計情報ＤＢ）
９００ 画面表示装置

Claims (5)

1. プラントで計測した計測信号を受信し、前記プラントの操作端を制御するための操作信号を送信する制御装置は、
   前記プラントの運転状態に応じて制御目標値を決定する制御目標関数生成手段と、前記計測信号が前記制御目標値と一致するように前記操作信号を生成する操作信号生成手段を備え、
   前記制御目標関数生成手段は、
   データの類似性に基づいてデータをグループに分類するクラスタリング技術を用いて、過去の計測信号が保存されている時系列信号データベースに保存されている時系列信号を分類する運転状態分類部と、
   前記運転状態分類部で分類した運転状態毎に、計測信号の変動幅を求める計測信号変動評価部と、
   前記運転状態分類部で分類した運転状態毎に、前記計測信号変動評価部で求めた前記計測信号の変動幅と前記プラントの運転上の制約値とに基づいてプラントの運転効率が大きくなる制御目標値を算出する制御目標値算出部とを有する
   ことを特徴とするプラントの制御装置。
2. 前記制御装置は、さらに、
   前記プラントの特性を模擬するモデルを用いて、前記計測信号の将来値を予測する予測手段を備え、
   前記操作信号生成手段は、前記予測手段で予測した前記計測信号の将来値が前記制御目標値と一致するように操作信号を生成し、
   前記計測信号変動評価部は、前記予測手段で予測した前記計測信号の将来値の変動幅を算出し、
   前記制御目標値算出部は、前記予測手段で予測した前記計測信号の将来値が前記発電プラントの運転上の制約範囲内でプラントの運転効率が大きくなる制御目標値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラントの制御装置。
3. 前記運転状態分類部は、前記計測信号と前記予測手段で予測した前記計測信号の将来値の時系列データを用いてプラントの運転状態を分類する
   ことを特徴とする請求項２に記載のプラントの制御装置。
4. 前記制御目標関数生成手段は、
   前記算出した制御目標値を推奨値として画像表示装置に表示し、
   前記画像表示装置に表示された前記制御目標値の推奨値が可であることを受理すると、前記推奨値に基づいて、前記制御目標値として決定する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラントの制御装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラントの制御装置を、火力発電プラントに用いる
   ことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。

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