JP6032847B2 - 蒸気タービン起動制御システム - Google Patents
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Description
[実施形態1]
図1は、実施形態1に係る蒸気タービン起動制御システムを示す構成図である。図1の下段に、起動制御の対象となる蒸気タービン12を示した。蒸気タービン12の駆動源である蒸気の発生を目的として、熱媒体1を熱源装置4に投入する。熱媒体1の投入経路には、熱媒体1の流量調節弁2と流量を計測する流量計3が備えられている。熱媒体1は熱源装置4に投入され、熱源装置4は化学的あるいは物理的操作により、熱媒体1に保有される熱量を熱媒体5に移動せしめ、該熱媒体5を蒸気発生の熱源として送出する。熱媒体5は蒸気発生設備6に投入され、その保有熱量は給水7に伝熱管8を介して伝えられる。伝熱管8で発生した主蒸気9は、主蒸気流量加減弁10で流量を調節される。余剰の蒸気は、主蒸気バイパス弁11の系統へ流出する。主蒸気流量加減弁10の下流で、主蒸気は蒸気タービン12に投入されてタービンを駆動し、発電機13で電気を発生せしめる。
操作量マスターカーブ28および状態量マスターカーブ20と、実起動時のプラントデータとの関係から、発明者らは以下の着想を得た。すなわち、状態量偏差23が最小になるように操作量を修正して、起動用の操作量マスターカーブ28を補正できれば、起動時の制御性向上が期待できる。
プラントなどの多入力多出力システムは、一般に入力に対する出力の応答の関係を逆にして、出力に対する入力の応答を計算できるように変換することは困難な場合が多い。理由は主として、1)入出力の応答が非線形な領域が多いことと、2)異なるスケールの様々な物理量が混在しているためである。
図11は、操作量・状態量のマスターカーブに対する偏差が生じる要因の分析結果を示す説明図である。操作量・状態量のマスターカーブに対する偏差が生じる要因を分析した結果、図11に示すように、偏差を生じる要因はすべて、加算性または乗算性のいずれか、あるいは両方の特性をもつと推定された。ここで、加算性あるいは乗算性とは、ある要因によって計画値と実績値で偏差が生じた場合に、実績値に基づいて計画値を補正するとすれば、加算か乗算のどちらの補正方法が大略適しているかを表している。
・参照番号1:「操作量・状態量の各マスターカーブ作成の基になる特性モデルの誤差」は、プラント起動計画に際して援用される、プラントの操作量入力に対する状態量出力の応答関係の計算モデル(物理式、シミュレーションなど)と、実機プラントとの違いによって生じる差異を表す。これには、1)操作量入力値の変化に対応する、状態量出力値の変化の応答性がずれている場合と、2)操作量入力値の変化によらず、状態量出力値が常に一定方向にずれている場合がある。1)の場合の補正には応答の変化幅に一定の係数を掛けるなどの乗算が適しており、2)の場合の補正は一定値を加えるなどの加算が適している。
前述の(1)の分析結果から、操作量偏差と状態量偏差23の関係は、線形とみなす余地があり、さらに(2)の分析結果から、偏差を生じさせる各要因に対する補正方法は、運転条件の変動に対しては乗算、特性モデルと実機の違いに対して加算、といった組み合わせによってある程度まで実現可能と見込まれる。
前述(3)の方針を一般化し、状態量偏差23に対応する操作量偏差(あるいは操作補正量)の応答関係を、後記する式(1a)、式(1b)に示すように計算モデル化した。式(1a)は、状態量偏差Δyと、操作量偏差(または操作補正量)Δxについて、これらの項目が複数ある場合に拡張して、それぞれ、状態量偏差ベクトルΔY、操作量偏差(または操作補正量)ベクトルΔXとして表した場合のモデル式を表している。(なお、本発明の説明において、小文字の変数はスカラー、大文字の変数はベクトルを表す)。
ΔY=PΔX+Q
となり(ここで、ΔX,ΔYおよびQはいずれも縦ベクトルで、Pは応答を表す行列、Qはオフセットを表すものとする。)、この行列演算においては右辺で行列と乗算がなされるΔXの要素には互いに独立性の高い組み合わせが求められ、反対に従属性の高いものが含まれると多重共線性の問題が生じるためである。
実施形態2では、蒸気タービン起動制御システムの状態量として、直接計測した値ではなく、間接的に計算された状態量を用いるシステムの例を説明する。
実施形態3では、蒸気タービン起動制御システムの操作量計画値として、予め準備された計画値ではなく、逐次に操作量計画値が決定されるシステムの例を説明する。
実施形態4では、蒸気タービン起動制御システムを、ガスタービンコンバインドサイクルに適用した例を説明する。
実施形態5では、本発明の蒸気タービン起動制御システムを、ボイラーに適用した例を説明する。
実施形態6に係る蒸気タービン起動制御システムにおいて、操作補正量を計算する関数または演算回路のパラメータを時系列に記憶し、次回以降の起動制御に利用するシステムの例を説明する。
実施形態7では、本実施形態の蒸気タービン起動制御システムにおいて、操作補正量を計算する関数または演算回路のパラメータを時系列に記憶し、次回以降の起動制御に利用するシステムの別の例を説明する。
2 流量調節弁
3 流量計
4 熱源装置
6 蒸気発生設備
7 給水
8 伝熱管
9 主蒸気
10 主蒸気流量加減弁
11 主蒸気バイパス弁
12 蒸気タービン
13 発電機
14 制御装置
15 主蒸気圧力計
16 主蒸気温度計
17 蒸気タービン熱伸び差計
18 入力手段
19 タイマー
20 状態量マスターカーブ(状態量MC)
21 状態量計画値
22 状態量偏差計算器
23 状態量偏差
26,27 関数または演算ブロック(第1の演算手段)
28 操作量マスターカーブ(操作量MC)
29 操作量計画値
30 乗算ブロック(第2の演算手段)
31 加算ブロック(第2の演算手段)
32 補正操作量
33 補正操作量
34,35 関数または演算回路
36 状態量計算手段
37 操作量決定手段(操作量計算手段)
38 燃料
39 燃料流量調節弁
40 燃料流量計
41 燃焼器
42 空気
43 圧縮機
44 ガスタービン
45 発電機
46 ガスタービン排気
47 廃熱回収ボイラー
48 ボイラー
50 状態量取得手段
51 状態量演算ブロック(状態量演算手段)
52 状態量計算値
60 操作量決定手段
211 補正マスターカーブ(補正MC)
212 起動条件
220 MCDB(データベース)
221 登録I/F
222 取得I/F
231 起動条件
232 起動用MC
A 変換行列(変換値)
Claims (6)
- 蒸気タービンプラントを起動するための操作端への操作量の時系列の計画カーブである操作量マスターカーブと前記操作量に関連づけられた運転状態についての状態量の時系列の計画カーブである状態量マスターカーブとを記憶するデータベースと、
前記起動を開始すると、前記蒸気タービンプラントの前記状態量の計測器から状態量計測値を取得し、前記状態量マスターカーブから前記状態量計測値に対応する状態量計画値を取得し、取得された前記状態量計画値および前記状態量計測値に基づいてその偏差である状態量偏差を算出する状態量取得手段と、
前記状態量取得手段から前記状態量偏差を受理した場合、前記状態量偏差と所定の変換値とに基づき、前記状態量に関連づけられた前記操作量の補正量を操作補正量として算出し、前記操作量マスターカーブから操作量計画値を取得し、取得した前記操作量計画値および算出された前記操作補正量に基づいて前記操作端への操作量を決定する操作量決定手段と、を含んでなる制御装置を有し、
前記制御装置は、
前記操作量決定手段が、算出した前記操作補正量を取得し、
前記状態量取得手段が、算出した前記状態量偏差を取得し、
取得した前記操作補正量および前記状態量偏差に基づいて、前記変換値を求め、
求めた前記変換値に基づき、前記操作量マスターカーブを補正し、
起動毎に補正された前記操作量マスターカーブを、前記データベースに起動条件データとともに記憶し、
次回以降の起動において、
今回起動時の現起動条件と前記データベースに記憶されている起動条件データとの類似度を判定し、前記類似度が高い起動条件データに該当する前記操作量マスターカーブを用いる
ことを特徴とする蒸気タービン起動制御システム。 - 請求項1に記載の蒸気タービン起動制御システムにおいて、
前記状態量取得手段は、
起動開始からの時間を計測するタイマーと、前記タイマーの経過時刻の前記蒸気タービンプラントの前記状態量計測値を入力する入力手段と、前記状態量マスターカーブから前記タイマーの経過時刻の前記状態量計画値を取得し、取得された前記状態量計画値および前記状態量計測値に基づいてその偏差である状態量偏差を算出する状態量偏差計算器と、を有し、
前記操作量決定手段は、
前記操作補正量を算出する第1の演算手段と、
前記操作量マスターカーブから前記タイマーの経過時刻の前記操作量計画値を取得し、取得した前記操作量計画値および算出された前記操作補正量に基づいて前記操作端への操作量を算出する第2の演算手段と、を有する
ことを特徴とする蒸気タービン起動制御システム。 - 請求項2に記載の蒸気タービン起動制御システムにおいて、
前記状態量取得手段は、さらに、
該状態量計測値から直接計測していない他の状態量を演算し状態量計算値として出力する状態量演算手段を有し、
前記状態量偏差計算器は、前記状態量マスターカーブから前記タイマーの経過時刻の前記状態量計画値を取得し、取得された前記状態量計画値および前記状態量計測値に代えて前記状態量計算値に基づいてその偏差である状態量偏差を算出する
ことを特徴とする蒸気タービン起動制御システム。 - 蒸気タービンプラントの起動を開始すると、前記蒸気タービンプラントの運転状態を監視する状態量の計測器から取得したひとつ以上の状態量計測値に基づき、前記状態量計測値より直接計測していない他の状態量を計算し、状態量計算値として出力する状態量計算手段と、
前記状態量計算値に基づき、前記蒸気タービンプラントを起動するためのひとつ以上の操作端への操作量に対応する操作量計画値を計算する操作量計算手段と、
前記蒸気タービンプラントの運転状態についての状態量の時系列の計画カーブである状態量マスターカーブを記憶するデータベースと、
前記起動を開始すると、前記蒸気タービンプラントの前記状態量の計測器から状態量計測値を取得し、前記状態量マスターカーブから前記状態量計測値に対応する状態量計画値を取得し、取得された前記状態量計画値および前記状態量計測値に基づいてその偏差である状態量偏差を算出する状態量取得手段と、
前記状態量取得手段から前記状態量偏差を取得した場合、前記状態量偏差と所定の変換値とに基づき、前記状態量に関連づけられた前記操作量の補正量を操作補正量として算出し、前記操作量計算手段から前記操作量計画値を取得し、取得した前記操作量計画値および算出された前記操作補正量に基づいて前記操作端への操作量を決定する操作量決定手段と、を含んでなる制御装置を有する
ことを特徴とする蒸気タービン起動制御システム。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の蒸気タービン起動制御システムにおいて、
前記蒸気タービンプラントが、ガスタービンと廃熱回収ボイラーと蒸気タービンを有するガスタービンコンバインドサイクルである
ことを特徴とする蒸気タービン起動制御システム。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の蒸気タービン起動制御システムにおいて、
前記蒸気タービンプラントが、ボイラーと蒸気タービンを有するボイラシステムである
ことを特徴とする蒸気タービン起動制御システム。
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