JPH0312210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、運転時間と起動回数に制限のある複
数台の発電ユニツトの起動停止の優先順位を決定
する装置に関するものである。

〔発明の背景〕

ガスタービンの運転に際しては、(i)起動時の熱
的シヨツク、(ii)運転時間に対応した熱疲労、の２
つの大きな制約条件がある。第７図はガスタービ
ン発電機の系統を示したものである。空気圧縮機
１は空気６を吸入し、圧縮し、燃焼器４へ導く。
燃焼器４では燃料入口から燃料を取り入み燃焼さ
せて高温・高圧ガスを発生させ、そのガスをター
ビン２へ導き該タービン内で膨脹させて機械的エ
ネルギーへと変換し発電機３により更に電気的エ
ネルギーへと変える。仕事を終えたガスは排ガス
８として大気へ放出される。従つてこのような高
温・高圧ガスを扱うため前記制約条件（即ち起動
時の熱的シヨツクを評価する起動回数と、熱疲労
を表わす運転時間に対する条件）に加えて機械部
品の摩耗を考慮した制限条件が必要となる。

第８図はガスタービンの寿命消費制限曲線を示
す図表である。実線は１年間の起動回数、運転時
間の制限を表わす曲線、破線は機械部品の摩耗か
ら来る条件であり、破線９は主にライナー部の摩
耗からくる条件であり、破線１０は主にタービン
２入口ノズル５の寿命から来る条件である。従つ
てガスタービンの運転、起動・停止はこれらの条
件を満足するように運転する必要がある。通常の
ガスタービン発電所は複数台のガスタービンから
成つている。起動時間が短いというガスタービン
の特性上、発電所全体の発電電力量要求値は大き
く変化するのが通例であり、各ガスタービンの起
動・停止に優先順位を付け、上記条件を満足する
よう運転する事が必要である。また、ガスタービ
ンの定期検査を考慮すると、各ガスタービンの起
動回数、運転時間が一様であることが望ましい。

これらの状況は、近年、効率及び中間負荷運用
の面から評価され建設が促進されているコンバイ
ンド・サイクルプラントに於ても同様である。コ
ンバインド・サイクルプラントはガスタービンの
排熱を利用して、蒸気タービンを駆動し発電する
プラントでその発電効率が高いこと、及びガスタ
ービンの特性から起動時間が短いことが特長であ
る。このコンバインドサイクルプラントの運転
は、高温・高圧のガスに接しているガスタービン
部に対する条件により制限されることになり、上
述のガスタービンプラントと同一の運転時間、起
動回数の制限曲線の下で運転することになる。従
つて、複数台のコンバインドサイクルプラントか
らなる発電所に於ても、運転時間、起動回数の制
限曲線下で最適なプラントの起動停止を行う事が
重要な課題である。

従来、上記のような制限下で起動停止を行う場
合、運転員が各ガスタービンの運転時間を勘案し
運転経歴時間が短いものから起動させ、運転経歴
時間の長いものから停止させていた。しかしなが
ら１つの発電所の中でガスタービンの設置台数が
少なく起動停止の回数が少ない場合は、上記のよ
うな運転員の判断で充分対応可能であるが、ガス
タービンの台数が増え、負荷変動が頻繁な場合は
運転員の判断で最適な起動停止を行なうことは非
常に困難である。特に中間負荷運用を目的として
建設されるコンバインドサイクルプラントでは負
荷変化に対応して起動停止を頻繁に行なう事が通
例であり、また１つの発電所内に数台以上のプラ
ントが設置されているのが一般的であるから人為
的制御が難かしく、高度の熟練を要する上に誤判
断の虞れも有る。

ここで最適な運転とは、発電所の負荷運用と定
期検査スケジユールで決まる。例えば、全発電ユ
ニツトを同時期に定期検査する様な発電所では、
定期検査までの各発電ユニツトの寿命消費量を均
一化する事が望ましい。一方、一定間隔をおいて
各発電ユニツトを１台ずつ定期点検してゆく場合
には、各発電ユニツトについて、当該ユニツトの
指定された定期検査日までの寿命消費量が均一で
ある事が望まれる。又、運用を開始してから定期
検査開始までの所要期間、１台ずつ定期検査して
ゆく場合の間隔などは、発電所の負荷運用によつ
て決まるので画一的には定め難い。

しかしながら実際問題として、定期検査は、ガ
スタービンの寿命を100％消費してから行なうの
ではなく、安全率を見込んで早目に行なうのが通
例であり、そのスケジユールも電力需要動向、定
期点検工事請負者との関連などの発電所全体の総
合的な管理運営面から決定されることが多い。

コンバインド発電プラントは、それぞれ独立し
た複数台の発電ユニツトにより構成される。従つ
て１台の発電ユニツトが定期点検中であつても他
の残りの発電ユニツトは、運転を継続できる事が
従来の火力発電プラントにない特徴である。従来
の発電プラントは、１〜２ケ月の定期点検期間中
は、全く発電できなくなるが、コンバインド発電
プラントは、ｎ台の発電ユニツトで構成されてい
る場合、１台ずつ定期点検してゆけば、定格負荷
のｎ−１／ｎ×100％の範囲で定期検査中も発電可能 となる。

以上の様なコンバインド発電プラントの特性を
考慮すると、コンバインド発電プラントの定期検
査は１台ずつ、一定間隔をおいて行なう事が望ま
しい。

発電ユニツトの起動停止を寿命消費量で制御
し、例えば各発電ユニツトの寿命消費量を均一化
して全発電ユニツトを同時に定期点検するような
場合は、第９図に示す様に寿命座標における全発
電ユニツトの重心から最も遠い所に寿命座標値が
在る発電ユニツトから起動停止することで、全発
電ユニツトの寿命消費の均一化を図ることができ
る。しかし、前述した様に定期点検を１つづつ順
番に行う必要のある場合は、この方法を採用する
ことはできない。これは、従来の起動停止の優先
順位決定方法が、定期点検スケジユールを考慮し
ていないためである。本来機器の寿命管理は、定
期点検スケジユールと密接に関係があり、特にガ
スタービンの様に寿命の短い機器の運用に際して
は、定期点検スケジユールを考慮する事は重要で
ある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、
ガスタービンプラント若しくはコンバインドサイ
クルプラント（以下発電ユニツトと言う）のオペ
レータが任意に設定した定期点検スケジユールに
基づいて、各発電ユニツトの対応する定期点検日
における寿命消費を均一ならしめるように、その
起動、停止の優先順位を自動的に、即ち人為的な
思考、判断を必要とせずに）決定し得る装置を提
供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、複数台の発電ユニツトの起動停止優
先順位の決定に際し、あらかじめ定められた間隔
で、１台ずつ定期点検が行なえ、かつ定期点検さ
れる発電ユニツトの運転経歴についてその寿命消
費量が均一となる様考慮する事を特徴とした起動
停止優先順位決定装置に関するものであり、オペ
レータによつて設定された定期点検スケジユール
によつて、各発電ユニツトの寿命消費量を時経列
的に正規化して、正規化座標上において、従来と
同様に、重心から最も遠い発電ユニツトから起動
停止の優先順位を決定し、見かけの寿命消費量を
均一化するという手法を用いて容易に実現可能で
ある。

発電ユニツトの運転には上記した寿命の制約条
件に加えて発電効率の向上という課題がある。発
電効率向上のためには、与えられた発電所全体の
負荷に対して最適な発電ユニツトの運転台数の選
択、及び、起動時に熱量損失が最小となるよう最
適な発電ユニツトを選択する事が重要な要素とな
る。最適な発電ユニツトの運転台数は負荷パター
ンが与えられれば、一義的に決めることは可能で
ある。また高効率が起動を行うためには、一番暖
かい状態の発電ユニツト、即ち一番最近に停止し
た発電ユニツトを起動する事が適切である事が知
られている。従つて高効率運転を最適な寿命消費
の条件下で行うには、運転ユニツト台数の変更が
必要となつた時に次の運転ユニツト台数変更迄の
予定に基づいて、考えられるすべてのケースに渡
つて各発電ユニツトの運転時間と起動回数とを模
擬し、予め定めた評価関数によつて起動停止の優
先順位を決定すればよい。

一般に発電ユニツトは定期点検を行い、寿命消
費した部品を交換してユニツト本体のリフレツシ
ユをはかり、次の運転に備える必要がある。発電
所においては、複数台発電ユニツトを有する場合
には、それぞれの定期点検時間が重複しないよう
に定期点検スケジユールを作成し、効率的にユニ
ツト本体のリフレツシユ作業を実施している。こ
の定期点検スケジユールは定期的に実施されるの
が常であるが最も効果的なのは各発電ユニツトの
寿命が尽きる少し前に定期点検に入り寿命部品を
交換することである。これを実現させる為には、
各発電ユニツトの寿命消費状態を鑑視して、定期
点検時に達したか否かの判定をしなければならな
い。ただし、各発電ユニツトの定期点検日がずれ
ていて、しかもそれぞれ定期点検期日に達したと
き、同様に寿命消費をしていることが要求され
る。これを実現させるためには、予定された定期
点検期日までの暦日期間が長い発電ユニツトは稼
動率をセーブして寿命消費を抑制し、その反対に
予定された定期点検期日までの暦日期間が短かい
発電ユニツトは稼動率を高くして寿命消費を大な
らしめる必要が有る。

すなわち、横軸（Ｘ線）を起動回数とし、縦軸
（Ｙ軸）を運転時間とした座標上では定期点検期
日までの暦日期間の長い発電ユニツトは寿命消費
速度を小さくしなければならないので原点（０，
０）に近い方にあり、その反対に定期点検期日ま
での暦日期間の短かい発電ユニツトは寿命消費速
度を大きくしなければならないので寿命制限曲線
に近い方に位置することになる。

これらの座標の相対的な位置はそれぞれの発電
ユニツトの定期点検までの日数で決定されるもの
である。１番目の発電ユニツトの定期点検までの
日数をD₁、ｉ番目の発電ユニツトの定期点検ま
での日数をD_iとし番号が若い方がより先に定期点
検時期を迎えるとするとこの比D_i／D₁は、１番
目の発電ユニツトの寿命消費をl₁i番目の発電ユ
ニツトの寿命消費をl_iとした時l₁／l_iに比例する
（逆比列である）。ここで横軸（Ｘ軸）起動回数、
縦軸（Ｙ軸）運転時間の寿命消費座標中で各発電
ユニツトの寿命消費を各ユニツトごとに監視する
よりも、各発電ユニツトの座標位置が１定に来る
ように正規化した座標内で統一監視する方が容易
であり、人為的な思考や判断を要しないので格別
の熟練を要せず、しかも人為的ミスの混入する虞
れが無い。

上記の正規化は、寿命消費座標（X_i，Y_i）に前
日の日数比D_i／D₁を乗ずることによつて行われ
るので、この乗算を自動演算する手段を設ければ
自動的に正規化が行われる。

上に述べた正規化座標上では全発電ユニツトの
見かけの寿命消費量が一点に収斂するように、つ
まり、重心位置から最も遠いものから停止させる
様に、優先順位を決定する。

以上の起動停止方法により目標寿命消費に見合
つた最適運転が可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、オペレータリクエスト機能を持つ発電ユ
ニツト均一寿命消費起動方法を第１図により説明
する。オペレータリクエスト装置１６によりオペ
レータが１年先までの全発電ユニツトの定期点検
スケジユールをコンソールから入力する。リクエ
スト情報１７は、定期点検スケジユール装置１８
により収集され規定フオーマツトに編集し直す。
このスケジユール情報１９は必要に応じてオペレ
ータがスケジユール・寿命消費相関表示装置２０
に表示し運転監視用として参照可能である。スケ
ジユール情報１９をもとに各ユニツトの寿命消費
相関予測装置２１が各発電ユニツトの寿命消費状
況を把握する。この各ユニツトの寿命情報２２も
スケジユール・寿命消費相関表示装置２０に表示
可能である。寿命情報２２は、寿命消費の正規化
装置２３において正規化関数によつて各ユニツト
の寿命消費に重みをつけて実際の寿命消費座標
（X_i，Y_i）から正規化寿命消座標（X_Ni，Y_Ni）に
写像する。正規化寿命消費座標（X_Ni，Y_Ni）２４
を起動停止ユニツト優先順位決定装置２５の入力
として各ユニツトが均一寿命を夫々の定期点検日
までに消費する如く運転するよう、全ユニツトの
寿命消費座標から求めた重心からの距離が離れて
いるものから停止する運転方式を採用する。この
一連の手順により、全ユニツトが均一に寿命消費
をし、各ユニツトの定期点検がオペレータの意志
に沿い、重複することなく円滑な運転をすること
が可能となる。

第２図にスケジユール情報フオーマツトの１例
を示す。縦軸はユニツトNo.１〜ｉ（ｉ台発電ユニ
ツト）横軸は各ユニツトごとの１年間の定期点検
スケジユールを表わす。この横軸でD_i（ｉ＝１〜
ｎ）は起動してから定期点検までの日数を示して
いる。No.１が最短日数で定期点検に入りNo.ｎが最
後に点検に入ると仮定している。全ユニツト均一
な寿命消費を目標としているのでNo.１ユニツトが
最も稼動率が高く既定の寿命を短時間で消費する
ことになる。逆にNo.ｎユニツトは最も稼動率が低
く低寿命消費率の運転をすることになる。D_Sは
No.１ユニツトが定期点検に入つてから再起動する
までの定期点検期間である。さらにD₁′はNo.１ユ
ニツトの第１回定期点検時期から第２回定期点検
時期までの期間を表わしている。

発電ユニツトの寿命消費量はその運転日数と稼
動率の積に比例する。今、各ユニツトの定期点検
までの運転日数をD_iとし、その平均稼動率をR_iと
する時全ユニツトの寿命消費が均一になるような
運転を実施するならば(1)式の関係式が成立する。
Ｃは変換定数である。L_iは各ユニツトの寿命消費
量である。

Ｃ×D_i×R_i＝L_i＝一定 (1) ただしｉ＝１〜ｎ (1)式から各ユニツトの定期点検までの運転日数
D_iとその平均稼動率R_iは逆比例の関係を持つ。各
ユニツトはD_iの運転日数を持つ時、定期点検まで
を平均してR_iの稼動率になるように運転方針を決
定する必要がある。

第３図は各ユニツトの実際の寿命消費状況を寿
命消費座標（X_i，Y_i）で示している。外側の実線
２６は１年間に消費可能な寿命制限曲線であり発
電ユニツトはこの範囲内で運転を実施する必要性
がある。斜線領域２７は、寿命消費危険ゾーンで
あつて発電ユニツト制御不可能な領域である。内
側の曲線２８は最適寿命消費制限曲線でありこの
曲線上に各ユニツトが起動停止を繰り返して交差
した時を各ユニツトの定期点検時期とする。今
は、この定期点検時期をスケジユーリングしてい
るので各ユニツトが順序良くこの曲線上に乗る事
になる。一度定期点検を受けて寿命消費部品の交
換等を行なつてユニツトのリフレツシユをはかれ
ば寿命消費ゼロの状態に復帰できるから、寿命消
費座標上では最適寿命消費制限曲線２８上から原
点（０，０）に復元することになり新たな寿命消
費の道を歩むことになる。第３図はNo.１ユニツト
が定期点検を迎えた時の各ユニツトの寿命消費座
標（X_i，Y_i）を図示したものである。この時No.１
ユニツトは最適寿命消費制限曲線２８上に乗つた
ばかりであり他ユニツトの寿命消費位置は定期点
検スケジユールに沿つた一定寿命間隔をとつて前
ユニツトの後を追うことになる。No.１ユニツトの
稼動率をR_i、No.ｉユニツトの稼動率をR_iとした
時、原点からNo.１ユニツト座標（X₁，Y₁）まで
の距離をl₁、原点からNo.ｉユニツト座標（X_i，
Y_i）までの距離をl_iとすれば(2)式の関係が成立す
る。

R₁／R_i＝l₁／l_i（ｉ＝２〜ｎ） (2) ここでl₁、l_iは(3)、(4)式で表わせる。αはＸ座
標（起動回数）の単位をＹ座標（運転時間）の単
位に一致させるための係数とする。

l₁＝√² ₁ ²＋₁ ² (3) l_i＝√² _i ²＋_i ² (4) さらに定期点検までの運転日数D_iとその平均稼
動率R_iが比例することから(5)式が成立する。

R₁／R_i＝D_i／D₁ (5) (2)〜(5)式から(6)式を得る。

ここで全ユニツトの寿命消費率を統一的に管理
するために寿命消費座標（X_i，Y_i）を正規化座標
（X_Ni，Y_Ni）に変換する。正規化方法は、全ユニ
ツトの寿命消費量が同じになるように正規化係数
をとる。すなわち第４図に示す正規化座標（X_N，
Y_N）上で一点（X_Ni，Y_Ni）に全ユニツトの座標
が集中するように正規化係数(7)式をとる。

D_i／D₁ (7) この正規化係数はNo.１ユニツトが定期点検に入
るまで有効である。寿命消費座標（X_i，Y_i）と正
規化座標（X_Ni，Y_Ni）との関係は(8)、(9)式で表わ
せる。

（X_N1，Y_N1）＝（X₁，Y₁） (8) （X_Ni，Y_Ni）＝（D_i／D₁X_i，D_i／D₁Y_i） ＝（R₁／R_iX_i，R₁／R_iY_i） ＝（X_N1，Y_N1） (8)式より ＝（X₁，Y₁） (9) 正規化座標上では、全ユニツトの寿命消費量が
見掛け上同じとなるから(10)式が成立する。

この各ユニツトの正規化座標（X_Ni，Y_Ni）を公
知例の起動ユニツト優先順位決定装置への入力と
して、全ユニツトの正規化座標が同じ位置をとる
ように起動停止を制御することによつてオペレー
タの意図した定期点検スケジユールに沿つた発電
ユニツトの起動停止が効率的に実施可能となる。

次に当初予定していたNo.１ユニツトが定期点検
に入つた後の処理方法を示す。前記の様に一旦定
期点検に入つた場合、その寿命消費はリセツトさ
れるから定期点検期間（D_S）中は原点（０，０）
に位置することになる。第５図は、No.１ユニツト
が定期点検中でNo.２ユニツトが定期点検に入る前
の状態を図示する。この時はNo.２を基準として正
規化係数を(11)式のように決定する。

D_i／D₂（ｉ＝２〜ｎ） (11) No.１ユニツトに関しては定期点検中なので起動
はあり得ないからNo.１ユニツトを除いて起動停止
スケジユールを作成することになる。第６図には
No.１ユニツトが再起動してNo.２ユニツトが定期点
検に入ろうとする時の状態を図示してある。この
時No.１ユニツトは定期点検期間（D_S）の後に再
起動しており第１回目定期点検から第２回目定期
点検までの期間をD₁′とすると、再起動してから
第２回目定期点検までの期間は(12)式で表わせる。

D₁′−D_S (12) No.２ユニツトが定期点検しようとする時のNo.１
ユニツトの正規化係数は（13）式で、他ユニツト
については（14）式で表わせる。

D_i′−D_S／D₂ （13） D_i／D₂（ｉ＝２〜ｎ） （14） 以下順々に各ユニツトが定期点検に入る場合に
はそのユニツトを基準に正規化関数を決定して寿
命消費座標の正規化をはかつていく。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、発電ユ
ニツトのオペレータが任意に定期点検のスケジユ
ールを設定することができ、しかも人為的な思考
や判断を伴わずに各発電ユニツトの夫々の定期点
検までの寿命消費を均一ならしめるように起動，
停止を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の全体構成図を示す系統図、
第２図は、発電ユニツトの定期点検スケジユール
を示す図表、第３図は、No.１ユニツトが定期点検
に入るときの各ユニツトの寿命消費座標位置を示
す図表、第４図は、寿命消費座標を正規化した正
規化座標（X_N，Y_N）を示す図表、第５図は、No.
１ユニツトが定期点検中のときの各ユニツトの寿
命消費座標位置を示す図表、第６図は、No.１ユニ
ツトが再起動しNo.２ユニツトが定期点検に入ると
きの各ユニツトの寿命消費座標位置を示す図表で
ある。第７図は、ガスタービンプラントの概要的
な系統図、第８図は、ガスタービンの寿命消費制
限曲線を示す図表、第９図は、従来の各発電ユニ
ツトの寿命消費を示す図表である。 １……空気圧縮機、２……タービン、３……発
電機、４……燃焼器、５……タービン入口ノズ
ル、６……空気、７……燃料、８……排ガス、１
１……No.１ユニツトの位置、１２……No.２ユニツ
トの位置、１３……No.３ユニツトの位置、１４…
…No.４ユニツトの位置、１５……No.１〜No.４の重
心位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 定期点検日が夫々異なる複数の発電ユニツト
   を、発電プラント全体の効率を最良ならしめ且つ
   各発電ユニツトが夫々の定期点検に入る時の寿命
   消費量が均一となるように、各発電ユニツトの起
   動停止の優先順位を決定する装置であつて、各発
   電ユニツトの夫々の定期点検日までの期間D_iと最
   初に定期点検に入る発電ユニツトの定期点検日ま
   での期間D_jの比D_i／D_jを各発電ユニツトの実際の
   寿命消費量に乗算して各発電ユニツトの見かけの
   寿命消費量を求める手段と、発電ユニツトの起動
   回数と運転時間で表される寿命座標上の前記各見
   かけの寿命消費量の重心位置から最も遠い発電ユ
   ニツトから起動停止の優先順位を決定する手段と
   を備えることを特徴とする発電ユニツトの起動停
   止優先順位決定装置。 ２ 前記の優先順位決定手段は、決定した順位を
   表示する手段を備えたものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の発電ユニツトの
   起動停止優先順位決定装置。