JPH0573885B2 - - Google Patents
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- JPH0573885B2 JPH0573885B2 JP23901786A JP23901786A JPH0573885B2 JP H0573885 B2 JPH0573885 B2 JP H0573885B2 JP 23901786 A JP23901786 A JP 23901786A JP 23901786 A JP23901786 A JP 23901786A JP H0573885 B2 JPH0573885 B2 JP H0573885B2
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Landscapes
- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は発電プラントの起動装置に係り、特に
プラントを最短時間でかつ安全に起動するのに好
適な最適起動スケジユール作成方法に関する。 〔従来の技術〕 火力発電プラントの起動に関する従来の方法
は、起動前の停止時間や機器の温度状態に応じ
て、ボイラへの初期投入燃料量、主蒸気の昇温及
び昇圧の時間関数、タービンの昇速及び負荷上昇
の時間関数を起動スケジユールとして決定し、こ
の起動スケジユールをプラントの各系統に設けら
れた制御系で実行するという方法が採られてい
た。 この最も代表的な方法は、Electrical World、
Vol.165、No.６の論文“Thermal Stress
Influence Starting、Loading of Boilers
Turbines”で述べられている。この方法は、プ
ラントの限られた部分の初期状態によつて一義的
に起動スケジユールを決定する方法である。即
ち、ボイラ蒸気圧力、ボイラ出口蒸気温度、蒸気
タービンケーシング温度の初期値に応じて、蒸気
タービンの昇速率、初負荷量、速度保持並びに負
荷保持による蒸気タービンの暖機時間及び負荷変
化率を決定する方法である。この方法によると、
運転制限要因である蒸気タービンの熱応力を管理
する上で重要なボイラ発生蒸気の昇温特性を起動
前に予測できないため、その不確定性を起動スケ
ジユールに余裕を持たせることにより吸収してい
る。そのため、作成される起動スケジユールは必
要以上に長くなりがちであつた。 また、別の従来方法としては、USP3446224及
びUSP4228359が知られている。これらは蒸気タ
ービンに発生する熱応力をオンラインリアルタイ
ムで監視しながら蒸気タービンの急速起動を図る
ものであるが、前記従来方法と同様にボイラの起
動方法に関しては何ら言及していない。 ボイラの起動時間の短縮を目的とした従来方法
としては、特開昭59−157402が知られている。こ
の方法はボイラに発生する熱応力をオンラインリ
アルタイムで監視しながらボイラ発生蒸気の急速
昇温を図るものである。しかし、この方式は蒸気
タービンの起動に関しては何ら言及していない。 プラント全体の起動時間は、ボイラと蒸気ター
ビンの協調により短縮が可能であるが、以上述べ
た従来の方法は、何れもボイラもしくは蒸気ター
ビンの片方のみに着目した急速起動方式であり、
この様な個別の方法を組合わせたとしてもプラン
ト全体の起動時間が最短となる保証は何も無い。
何故ならば、ボイラと蒸気タービンは相互干渉が
極めて強く、個々の最適化が必ずしも全体の最適
化とならないからである。 さらに、上記従来方法では、ボイラ点火直前の
プラント初期温度状態の実測値に基づいて起動ス
ケジユールを作成するため、ボイラ点火前の任意
時刻にて起動スケジユールを作成し、且つ中央給
電指令所（以下、中給と呼ぶ）から指定された起
因完了時刻に正確に起動を完了（以下、このこと
を定刻起動と呼ぶ）できる起動スケジユールを作
成することができなかつた。 このように、従来方法では起動時間が長くなり
がちであり、それに伴つて起動時のエネルギ損失
（以下、このことを起動損失と呼ぶ）が大きくな
るといつたプラント運用上の経済性の問題と、起
動スケジユールを実行する上での安全性の問題が
あつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、前記従来方式における問題点
を解決するために、ボイラと蒸気タービンの起動
特性に関する相互作用を考慮することにより、運
転制限条件を満足し、起動時間を最短にし、かつ
定刻起動を可能にする最適起動スケジユールを起
動前任意時刻にて作成可能にする発電プラント起
動装置を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、プラントの起動特性を定量的に計
算するための動特性モデルと、この動特性モデル
で使用するボイラ点火時のプラント初期温度状態
を予測するための初期値予測手段と、最短時間で
の起動を実現するために上記動特性モデルで得ら
れる起動特性を評価しながら繰返し計時手法によ
り起動スケジユールを最適化するスケジユール最
適化手段と、上記繰返し計算用の初期スケジユー
ルを決定するための基本スケジユール作成手段を
用いることにより、達成できる。 〔作 用〕 上記動特性モデルは、仮定した起動スケジユー
ルに従つてプラントを起動した場合の起動特性を
定量的に計算することができる。そのため、起動
スケジユールと起動特性の関係を、実際にプラン
トを起動する前に知ることが可能であるととも
に、プラント状態値が運転制限条件を満足するか
否かを事前に確認できるため、安全性の高い起動
スケジユールを作成できる。 初期値予測手段は、熟練運転員の思考方法と似
た方法で初期値を予測するために、フアジイ推論
を適用し、プラントの標準的な冷却特性と実際の
冷却状態との定性的な差異により初期値を予測す
る方法を採つている。これによつて、高精度の初
期値予測が可能であり、その結果、動特性モデル
による高精度な起動特性の予測が可能である。 スケジユール最適化手段は、熟練運転員の思考
方法と似た方法でスケジユールを最適化するため
に、フアジイ推論を適用し、上記動特性モデルで
得られた起動特性を定性的に評価し、スケジユー
ルを修正し、再度動特性モデルを用いて起動特性
を計算し、その結果を定性的に評価し、スケジユ
ールを修正するといつた繰返し計算手法により最
適化を行なつている。このスケジユールと起動特
性の定性的因果関係に基づいてスケジユールの修
正量を決定するところが熟練運転員の思考方法と
似ている。これにより、最適スケジユール求解の
ための収束性が極めて良好となるため、詳細な計
算式を用いた大規模な動特性モデルを用いること
が可能で、起動特性を高精度で予測することがで
きる。 基本スケジユール作成手段は、前記初期値予測
手段で得られた初期値に応じて、上記スケジユー
ル最適化が用いる初期スケジユールを作成するた
めのもので、予測した初期値と標準的な初期値と
の定性的な差異により標準的なスケジユールを修
正することにより適切な初期スケジユールが作成
される。これにより、スケジユール作成に関する
熟練運転員の思考方法を真似ることができ、上記
スケジユール最適化の収束性を向上できる。 以上述べた手段により、プラントの運転制限条
件を満足し、起動所要時間を最小にし、中給から
指定された時刻通りに起動を完了できる最適起動
スケジユールを作成することが可能となる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を説明する。 第１図は本発明を適用した発電プラント起動装
置の全体構成を示すものである。本発明は、ボイ
ラ、蒸気タービン及び発電機から成るプラント２
０００において、ボイラ点火から目標負荷（一般
的には中給から指令される負荷レベル）に到達す
るまでの全起動過程における機器の操作時期及び
制御目標を決定するための起動スケジユール作成
機能１０００と、作成された起動スケジユールに
従つてプラントを自動的に起動してゆくための起
動制御機能３０００と、プラントの運転員６００
０からのリクエストに応じてプラント起動に関す
る必要な情報を表示装置５０００に表示したり、
スケジユール作成機能１０００内の情報を書換え
たりするためユーザインターフエイス４０００か
ら構成されている。 起動スケジユール作成機能１０００は、更に、
動特性モデル１００、初期値予測機能２００、基
本スケジユール作成機能３００、スケジユール最
適化機能４００、フアジイ推論機能５００、知識
ベース６００から成る、知識ベース６００は、更
に、初期値予測ルール６１０、基本スケジユール
作成ルール６４０、スケジユール最適化ルール６
７０から成る。 上記起動スケジユール作成機能１０００を詳細
に説明する前に、各機能の目的について説明して
おく。 動特性モデル１００は、初期値予測機能２００
にて予測されたボイラ点火時のプラントの状態を
初期値２１０として、基本スケジユール作成機能
３００あるいはスケジユール最適化機能４００か
ら与えられる起動スケジユールに従つてプラント
を起動した場合の起動特性１４０を定量的に計算
するためのものである。 初期値予測機能２００は、起動前の任意時刻に
おいて、ボイラ点火時のプラント状態を予測し、
これを動特性モデル１００及び基本スケジユール
作成機能３００に設定するためのものである。 基本スケジユール作成機能３００は、スケジユ
ール最適化機能４００における最適値求解計算で
良好な収束性を得るために初期スケジユールとし
ての基本スケジユール３１０を決定し、動特性モ
デル１００に設定するためのものである。 スケジユール最適化機能４００は、動特性モデ
ル１００を用いて起動特性を予測し、その結果に
応じてスケジユールを修正し、再び動特性モデル
１００に起動スケジユール４１０を設定し、起動
特性を予測するといつた繰返し計算手法で最適ス
ケジユール４２０を決定するものである。 フアジイ推論機能５００は、前記、初期値予測
機能２００、基本スケジユール作成機能３００及
びスケジユール最適化機能４００に対して作用
し、それぞれの処理において、熟練運転員の思考
方法を模擬することにより、起動特性の予測精度
の向上と最適スケジユール求解の高速化を図るも
のである。そのために、上記３機能に対して、熟
練運転員の知識としてそれぞれ初期値予測ルール
６１０、基本スケジユール作成ルール６４０、ス
ケジユール最適化ルール６７０を準備し、これを
知識ベースとしている。 ここで、スケジユール最適化機能４００による
起動スケジユール最適化の基本的考え方を第２図
を用いて説明しておく。 第２図の中で破線はスケジユール最適化前即ち
基本スケジユールに従つてプラントを起動した場
合のタービン応力、起動パターン及び起動時間を
示している。また、実線はスケジユール最適化後
のそれぞれを示している。本図では、中給から併
入時刻（発電機を電力系統に接続する時刻）が指
定された場合を示すものであるが、起動完了時刻
を指定された場合でも本発明は基本的に同じ方法
スケジユール最適化が可能である。最適化前の起
動スケジユールに従つてプラントを起動した場
合、図のように、タービン応力は起動の前半で制
限値に対して大きな余裕があり、後半では余裕が
小さくなり部分的に制限値以上の応力が発生して
いる。この様な起動特性が前記動特性モデル１０
０で予測されると、スケジユール最適化機能４０
０ではスケジユール最適化ルール６７０を用いた
フアジイ推論機能５００を動作させ、起動の前半
では点火時刻を遅らせたり、タービンの速度保持
時間及び負荷保持時間を短縮するなどして起動時
間の短縮を図つている。また、起動の後半では負
荷保持時間を延長することによりタービン応力の
緩和を図つている。このように、本発明を適用し
た起動装置を用いると、運転制限要因であるター
ビン応力を制限値以下に抑え、かつ最短時間で中
給から指定された時刻通りに起動できることがで
きる。 以下、上記に概説した起動スケジユール作成機
能１０００について、各構成機能毎に詳細を説明
する。 (1) 初期値予測機能２００ 動特性モデル１００を用いて起動特性を高精度
で予測するためには、動特性モデルで用いるプラ
ント初期値（ボイラ点火時における値で、主に温
度状態）を高精度に予測する必要がある。しか
し、現時点での計算値に基づいて冷却特性を解析
時に求めることは、停止時の操作内容や現在プラ
ントが置かれた環境などに影響されるため困難で
ある。ところが、豊富な運転経験をもつ運転員
は、現時点での温度状態が標準的な状態からどの
程度ずれているかによつて、将来のずれをかなり
的確に予測できる。本初期値予測機能２００は、
この点に着目したもので、標準冷却特性で予測し
た値を、上記現時点でのずれに応じて、どの程度
修正するかをルール化した運転員の知識を利用す
るものである。以下、本初期値予測機能２００に
関して具体的に説明する。 前回の解列時刻（発電機を電力系統から切り離
した時刻）tPFと中給からの併入指定時刻tPIとの
差を停止時間ΔtTSとする。この停止時間に応じて
予め規定された４つの起動モード毎に準備された
標準スケジユールの中から該当する起動モードを
決定し、起動スケジユールを選択する。ここでい
う起動スケジユールとは、ボイラ点火から起動完
了までの起動パターンを規定する次のパラメータ
で定義する。 (a) ボイラ起動所要時間（点火から通気まで） (b) 第１速度保持時間（1000rpmにおいて） (c) 第２速度保持時間（2800rpmにおいて） (d) 第３速度保持時間（3600rpmにおいて） (e) 第１負荷保持時間（初負荷レベルにおいて） (f) 第２負荷保持時間（20％負荷レベルにおい
て） (g) 第３負荷保持時間（40％負荷レベルにおい
て） また、タービン昇速率（rpm／分）及び負荷変
化率（％／分）も起動モードに対応して一義的に
決定される。上記スケジユールパラメータが決ま
ると、併入時刻からの逆算により、ボイラ点火時
刻tIGが決定される。次に、起動モード毎に準備
した標準初期値（ボイラ点火時相当）の中から、
今回選択された起動モードにより該当する初期値
を選択する。ここで使用する初期値は次のプラン
ト状態に関与するものとする。 (a) ドラム温度 (b) 過熱器出口蒸気温度 (c) 再熱器出口蒸気温度 (d) 主蒸気管メタル温度 (e) 再熱蒸気管メタル温度 (f) 水壁入口内部流体温度 (g) 節炭器出口内部流体温度 (h) 節炭器入口内部流体温度 (i) 高圧タービン（HPT）第１段後メタル温度 (j) 中圧タービン（IPT）第１段後メタル温度 (k) ドラム圧力 一方、停止中のタービン及びボイラの標準冷却
特性を用いて、上記状態量に関する現在即ち起動
スケジユール作成時の標準的な値を求める。これ
を現在標準値推定機能と呼ぶことにする。なお、
上記標準冷却特性を次式で定義する。 Ｔ＝（TPFT−TA）e-TIME/TETC＋TA …(1) ここで、TPFT：プラント停止時の標準温度
（℃） TA ：大気温度（℃） TIME：解列後経過時間（分） TETC：冷却時定数（分） 上記ドラム圧力に関しても同様である。 また、同様にしてボイラ点火時の初期状態を予
測する。この予測を高精度に行なうために、現在
状態の実測値２３０（第１図参照）と(1)式による
標準値との差を考慮したフアジイ推論により上記
予測値を修正する。 以下、この修正方法を説明する。 いま、現在値偏差Ｅ(1)，Ｅ(2)，……Ｅ(11)は、そ
れぞれ、現時点（t0）で実測したドラム温度X1
（t0）、過熱器出口蒸気温度X2（t0），……ドラム圧
力X11（t0）と(1)式から得られたその標準値X1S
（t0），X2S（t0），……X11S（t0）との差を標準値で
正規化したものであり、次式で定義する。 Ｅ(i)＝Xi（t0）−XiS（t0）／XiS（t0）…(2) 第３図は、上記現在値偏差の大きさを定性的に
評価するためのメンバーシツプ関数である。図中
のESMB(i)（ｉ＝１〜７）はメンバーシツプ関数の
形を規定する定義であり、PB，PM，PS，ZO，
NS，NM，NBは偏差Ｅの大きさを定性的に評
価するためにメンバーシツプ関数に与えた名称で
あり、それぞれ下記の意味をもつ。 PB：Positive Big PM：Positive Medium PS：Positive Small ZO：Zero NS：Negative Small NM：Negative Medium NB：Negative Big また、図の縦軸はメンバーシツプ値である。こ
のメンバーシツプ関数を用いて、前記11個の状態
量に関する現在値偏差Ｅ(i)（ｉ＝１〜11）を定性
的に評価する。 第４図は、現在値偏差がボイラ点火時初期に及
ぼす影響度を定性的に整理したものであり、これ
に従つて作成した初期値予測ルールの一例を第５
図に示す。本図は、過熱器出口蒸気温度の現在値
偏差Ｅ(2)と再熱器出口蒸気温度の現在値偏差Ｅ(3)
の定性的関係において、ボイラ点火時過熱器出口
蒸気温度の予測値（(1)式で予測した値）の修正量
DTIG(3)を決定的に決定するためのものである。例
えば、ルールNo.32の場合はIF（Ｅ(2)is NS and Ｅ
(3)is NM）THEN（DTIG(2) is NS） という意味である。 第６図は、定性的に決定された初期値修正量を
定量的な値に変換するためのメンバーシツプ関数
である。図中のEIMS(i)（ｉ＝１〜７）はメンバー
シツプ関数の形を規定する定数である。PB，
PM，PS，ZO，NS，NM，NBは修正量の大き
さを定性的に表わすためにメンバーシツプ関数に
与えた名称であり、第５図の中で使用している名
称に対応している。また、図の縦軸はメンバーシ
ツプ値である。適用されたルールにより、初期値
修正量が定性的にどのメンバーシツプ関数に属す
るか決定される。或る初期値に対する修正量が複
数のルールによる複数のメンバーシツプで規定さ
れた場合は、各メンバーシツプ値に応じた加重平
均値をもつて実際の定量的修正量５１０（第１図
参照）とする。これにより各初期値を予測したこ
とになる。 (2) 基本スケジユール作成機能３００ 基本スケジユールとはスケジユール最適化の収
束計算の初期スケジユールであり、良い収束性を
得るには、できるだけ最適値の近傍に設定するの
が望ましい。豊富な運転経験をもつ運転員は、ボ
イラ点火時の初期状態に応じて起動スケジユール
をかなり的確に決定することができる。本基本ス
ケジユール作成機能３００は、この点に着目した
もので、初期状態の標準値からのずれに応じて予
め準備した標準スケジユールのパラメータをどの
程度修正するかをルール化した運転員の知識を利
用するものである。以下、本基本スケジユール作
成機能３００について具体的に説明する。 起動モードに対応して選択された前記起動スケ
ジユールは標準スケジユールの中から選ばれたも
のであり、必ずしも今回の起動条件にマツチした
ものではない。そこで、前記標準初期値と上記方
法で予測された初期値との差を考慮してスケジユ
ールを修正するのが本機能である。この修正量は
上記予測値の差に応じてフアジイ推論により決定
する。 以下、その修正量決定方法について説明する。 いま、点火時予測偏差EP(1)，EP(2)，……EP(11)
は、それぞれ、初期値予測機能２００で予測した
ボイラ点火時のドラム温度X1（tIG）、過熱器出口
蒸気温度X2（tIG），……ドラム圧力X11（tIG）とそ
の標準値X1（tIG），X2（tIG），……X11（tIG）との差
を標準値で正規化したものであり、次式で定義す
る。 EP(i)＝XiS（tIG）−Xi（tIG）／XiS（tIG） …(3) 第７図は、上記点火時予測偏差を定性的に評価
するためのメンバーシツプ関数である。図中の
EPMB(i)（ｉ＝１〜７）はメンバーシツプ関数の形
を規定する定数であり、PB，PM，PS，ZO，
NS，NM，NBは偏差EPの大きさを定性的に評
価するためにメンバーシツプ関数に与えた名称で
あり、意味するとろころは初期値予測機能２００
におけるものと同じである。また、図の縦軸はメ
ンバーシツプ値である。 第８図は、予測したボイラ点火時の初期値に応
じて適切な基本スケジユールを作成するための知
識を整理したものであり、点火時予測偏差に応じ
て、どのスケジユールパラメータを修正するのが
効果的であるかを整理したものである。これに従
つて作成した基本スケジユール作成ルールの一例
を第９図に示す。本図は、ボイラ点火時ドラム温
度を偏差EP(1)からボイラ起動所要時間修正量DP
(1)、第１速度保持時間修正量DP(2)，……第３負
荷保持時間修正量DP(7)を定性的に決定するため
のものである。例えば、ルールNo.６の場合は、 IF（EP(1)is PM） THIN（DP(1)is PM and DP(2)is PS and DP(3)is
PS and DP(4)is PS and DP(5) is PS DP(6) is
PS and DP(7) is PS） という意味である。 第１０図は、決定的に決定されたスケジユール
パラメータ修正量を定量的な値に変換するための
メンバーシツプ関数である。図中のDPMB(i)（ｉ
＝１〜７）はメンバーシツプ関数の形を規定する
定数である。PB，PM，PS，ZO，NS，NM，
NBは修正量の大きさを定性的に表わすためにメ
ンバーシツプ関数に与えた名称であり、第７図で
使用している名称に対応している。また、図の縦
軸はメンバーシツプ値である。適用されたルール
により、スケジユールパラメータの修正量が定性
的にどのメンバーシツプ関数に属するかが決定さ
れる。或るスケジユールパラメータに対する修正
値が複数のルールによる複数のメンバーシツプで
規定された場合は、各メンバーシツプ値に応じた
加重平均値をもつて実際の定量的修正量５２０
（第１図参照）とする。これにより基本スケジユ
ールが作成されたことになる。 (3) スケジユール最適化機能４００ 上記基本スケジユール作成機能３００により作
成された基本スケジユールを基にして、最適スケ
ジユール即ちボイラ点火から起動完了までの全起
動過程において運転制限条件を満足し、かつ起動
所要時間を最小とする前記スケジユールパラメー
タを決定するのが本スケジユール最適化機能４０
０である。第１１図に本機能の全体処理手順を示
す。 本機能能では、運転制限条件であるタービン熱
応力の起動特性を評価するためにプラントの動特
性モデル１００を用いる。起動時の熱応力パター
ンとスケジユールパラメータは大きな相関があ
り、熱応力の制限値に対する余裕（以下、マージ
ンと呼ぶ）が小さい程短時間の起動が可能とな
る。しかし、コンプレツクス法などを利用した従
来の制約条件付非線形最適化アルゴリズムを用い
ると、最適解（最適スケジユール）を得るのに、
本例のように７変数がパラメータとなる場合、少
なくとも100回適度の繰返し計算（動特性モデル
による起動特性の計算）が必要となり、現実的で
ない。そこで、フアジイ推論を応用した最適化ア
ルゴリズムとすることにより収束性の大幅な改善
を図る。 プラント運転員は、起動前に熱応力特性の予測
値を与えられた場合、そのマージンに応じてどの
パラメータをどの程度短縮できるか経験的に知つ
ている。この経験的かつ定性的な知識を活用して
最適化のためのスケジユール修正量を決定する。
具体的には、まず第１１図に示すように、基本ス
ケジユール作成機能３００から与えられたスケジ
ユールパラメータpi（ｉ＝１〜７）で定まる基本
スケジユールに従つてプラントを起動した場合の
タービン熱応力特性を動特性モデル１００を用い
て予測する。ここで、動特性モデル１００は第１
２図に示すように、スケジユールパラメータが与
えられた場合は、ボイラ点火指令、タービン速度
及び負荷の目標値を計算するためのスケジユール
計算機能１１０と、ボイラの起動特性を計算する
ためのボイラモデル１２０と、ボイラから発生す
る蒸気条件を受けてタービンの熱応力を計算する
ためのタービンモデル１３０から構成されてい
る。ここで計算するタービン熱応力は、高圧ター
ビンのロータ表面応力、同ボア応力、中圧タービ
ンのロータ表面応力、同ボア応力の４個所であ
り、いずれもタービン起動時に着目すべき重要な
運転制限要因である。第１１図に示す起動特性評
価機能１４０は、起動過程を７つの区間に分割
し、各区間毎の最小応力マージンmj（ｊ＝１〜
７）を求める。本図ではmjは区間ｊにおける高
圧ロータ表面応力と中圧ロータ表面応力のうち最
小マージンMS(j)と高圧ロータボア応力と中圧ロ
ータボア応力のうち最小マージンMB(j)の両者の
意味で示している。本起動特性評評価機能１４０
は、次に続く応力マージン評価機能１５０で熱応
力パターンの特徴を抽出するためのものである。 応力マージン評価機能１５０では、第１３図に
示すメンバーシツプ関数を用いて、ロータ表面応
力マージンMS(j)及びロータボア応力マージンMB
(j)を定性的に評価することにより、熱応力パター
ンの特徴を抽出する。図中のMMB(i)（ｉ＝１〜
６）はメンバーシツプ関数の形を規定する定数で
あり、PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NBは応
力マージンMS(j)及びMB(j)の大きさを定性的に評
価するためにメンバーシツプ関数に与えた名称で
ある。また、図の縦軸はメンバーシツプ値であ
る。 スケジユール最適化ルール６７０は、「熱応力
パターンがどの様であればどのスケジユールパラ
メータをどの程度修正すれば良い」といつた断片
的知識である。第１４図は、動特性モデル１００
を用いて予測したタービン熱応力パターンに応じ
てスケジユールを修正するための知識を整理した
ものである。本図は、起動過程の各区間における
最小マージンに応じて、どのスケジユールパラメ
ータを修正するのが効果的であるかを整理したも
のである。ここで、MS(1)，MS(2)，……MS(7)及び
MB(1)，MB(2)，……MB(7)は、それぞれ第１，第
２，……第７区間におけるロータ表面最小応力マ
ージン及びロータボア最小応力マージンである。 第１５図は、上記考え方に従つて作成したスケ
ジユール最適化ルールの一例を示すものである。
本図は、ロータ表面応力に関して、第５区間最小
応力マージンMS(5)と第６区間最小応力マージン
MS(6)からスケジユールパラメータの修正量とし
ての第３速度保持時間修正量を量DPT(4)、第１負
荷保持時間修正量DPT(5)及び第２負荷保持時間修
正量DPT(6)を定性的に決定するためのものであ
る。例えば、ルールNo.54の場合は、 IF（MS(5) is PB and MS(6) is PM）THEN
（DPT(4) is NM and DPT(5) is NM and DPT(6)
is NS という意味である。 第１６図は、定性的に決定されたスケジユール
パラメータ修正量を定量に変換するためのメンバ
ーシツプ関数である。図中のDPTMB(i)（ｉ＝１〜
７）はメンバーシツプ関数の形を規定する定数で
ある。PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NBは修
正量の大きさを定性的に表わすためにメンバーシ
ツプ関数に与えた名称である。また、図の縦軸は
メンバーシツプ値である。 第１１図に示す修正パラメータ選択機能１６０
は、応力マージン評価機能１５０により抽出され
た応力パターンの特徴とスケジユール最適化ルー
ル６７０とを照合させることにより修正パラメー
タを選択し、適用されたルールによりパラメータ
の修正量が定性的に第１６図のどのメンバーシツ
プ関数に属するかが決定される。 或るスケジユールパラメータに対する修正量が
複数のルールによる複数のメンバーシツプで規定
された場合は、各メンバーシツプ値に応じた加重
平均値をもつて実際の定量的修正量５３０（第１
図参照）とする。これを行なうのが第１１図に示
すスケジユール修正量決定機能１７０である。 以上でスケジユールパラメータの修正量が決定
され、修正されたスケジユールに従つて、プラン
トを起動した場合の起動特性を予測するために、
再び動特性モデル１００を動作させる。以上を繰
返すことにより最適起動スケジユール４２０（第
１図参照）を求めることができる。なお、第１１
図中の収束判定機能１８０は、上記繰返し計算に
おいて作成される起動スケジユールの最適性を判
定するためのものである。また、その判定基準
は、全起動過程においてタービン熱応力が制限値
以下となる起動スケジユールのうち起動所要時間
が前回までのものと比較した時間短縮率が所定値
以下となつた場合とし、その中で最も起動所要時
間が小さくなる起動スケジユールを最適スケジユ
ール４２０（第１図参照）とする。 ここで決定された最適スケジユール４２０は、
第１図に示したように、ユーザインターフエイス
４０００を介して表示装置５０００に表示される
と共に、起動制御機能３０００に設定される。起
動制御機能３０００に設定された最適スケジユー
ル４２０は運転員６０００からの実行指令４３０
を受けて実行される。起動制御機能３０００は、
これを実行するためにプラント２０００からのプ
ロセス入力３０１０を受けて、制御出力３０１０
をプラントに与える。 運転員６０００は、知識ベース６００の追加、
変更、削除が必要となつた場合は、ユーザインタ
ーフエイスを介して知識ベース管理情報６９０に
より、これらを実行する。 第１７図は、フアジイ推論を応用したスケジユ
ール最適化機能４００におけるスケジユール最適
化過程を示すものである。図中の番号は繰返し計
算の第１、３、５、20回目に作成された起動スケ
ジユールとそのときの起動特性を示す。ここで、
第１回目は基本スケジユールに対応し、20回目は
最適スケジユールに対応する。本図からわかるよ
うに、５回目でほぼ最適値に近いスケジユールが
得られており、本アルゴリズムによる収束性は極
めて良好である。また、作成された起動スケジユ
ールは併入指定時刻（本図では解列時刻からの経
過時間で示してあり480分（８時間）通りに起動
できることを示している。タービンの熱応力マー
ジンが大きな起動前半では速度保持や負荷保持を
省略することにより起動時間の短縮する方向でス
ケジユールが修正されており、熱応力マージンが
負となる起動後半では負荷保持を延長することに
より熱応力の緩和を図つている。このように、本
スケジユール最適化機能４００によると、運転制
限条件を満足し、最短起動時間で指定時刻通りの
起動が可能となる。 （発明の変形例） 以上述べた本発明の実施例では、スケジユール
パラメータとしてボイラ起動所要時間とタービン
速度保持時間及び負荷保持時間に着目している
が、必ずしもこれらに限る必要はなく、タービン
速度変化率や負荷変化率あるいはボイラ昇温速度
や昇圧速度などプラントの起動パターンを代表す
るパラメータであれば本発明は基本原理を変える
ことなく実施できることは明らかである。 また、本発明の実施例では、運転制限条件とし
てタービン熱応力に着目しているが、必ずしもこ
れだけに限る必要はなく、タービン入口蒸気温度
及びその変化速度、あるいはタービンケーシング
温度などタービン熱応力を間接的に推定できる状
態量、あるいは、タービン伸び差、ボイラ蒸気圧
力上昇速度、ボイラ燃焼ガス温度など運転上重要
となる制限要因はプラントにより異なるから、必
要に応じて考慮すれば良く、本発明は本質を変え
ることなく実施できることは明らかである。 また、本発明の実施例では中央給電指令所から
指定される併入時刻を正確にまもつた起動スケジ
ユールを作成する方法を例に説明したが、本発明
を実施するにあたり、必ずしも併入時刻が指定さ
れる必要はなく、プラントに応じてボイラ点火時
刻、タービン通気時刻、目標負荷到達時刻などで
あつても本発明の本質が変らないのは明らかであ
る。 また、本実施例でプラント初期値として着目し
ている状態は、本発明を実施するプラントの機器
構成及び計測位置に応じて適宜選定すべきもので
必ずしも本実施例と同じものを使う必要のないこ
とは勿論であり、これにより本発明の本質が変わ
るものではない。 また、本実施例では、プラント冷却特性を解列
時刻からの時間関数として表わしているが、ボイ
ラ消火時刻などプラント冷却過程に移行する時刻
を基準とした時間関数で表わしたとしても、本発
明の実施にあたり本質が変わるものではない。 また、本実施例のスケジユール最適化機能にお
ける収束判定方法を必ずしも採用する必要はな
く、繰返し計算を所定回数だけ実施し、その中で
運転制限条件を満足し、起動所要時間が最小とな
る起動スケジユールを最適値と見做す方法、ある
いは運転制限条件を満足する所定個の起動スケジ
ユール候補が得られるまで繰返し計算を実施し、
その中で起動所要時間が最小となるものを最適値
と見倚す方法を採用しても、本発明の本質が変わ
らないのは勿論である。 さらに、本実施例で用いているメンバーシツプ
関数は全て三角型としたが、必ずしもこの形に拘
わる必要はなく、プラントの特性及び運転員の知
識に応じて、２次曲線や指数曲線を採用しても、
本発明の本質が変わるものではない。また、メン
バーシツプ関数の形だけでなく、その数も任意に
設定しても、本発明の本質が変わるものではな
い。 〔発明の効果〕 本発明によれば、プラントの起動所要時間を従
来方式と比較して約30％短縮することができるた
め、負荷需要の変動に伴い発電プラントの頻繁な
起動停止が必要となる電力系統の安定かつ経済的
な運用が可能となる。また、これにより運転員の
負担が大幅に軽減される。また、起動所要時間に
短縮に伴つて起動時のエネルギー損失も約15％低
減できるため発電プラントの運用コストを大幅に
低減できる。さらに、運転制限条件および指定時
刻を忠実に守つた起動ができるため、プラント運
用上の安全性を向上し、電力系統への正確な電力
供給が可能となる。
プラントを最短時間でかつ安全に起動するのに好
適な最適起動スケジユール作成方法に関する。 〔従来の技術〕 火力発電プラントの起動に関する従来の方法
は、起動前の停止時間や機器の温度状態に応じ
て、ボイラへの初期投入燃料量、主蒸気の昇温及
び昇圧の時間関数、タービンの昇速及び負荷上昇
の時間関数を起動スケジユールとして決定し、こ
の起動スケジユールをプラントの各系統に設けら
れた制御系で実行するという方法が採られてい
た。 この最も代表的な方法は、Electrical World、
Vol.165、No.６の論文“Thermal Stress
Influence Starting、Loading of Boilers
Turbines”で述べられている。この方法は、プ
ラントの限られた部分の初期状態によつて一義的
に起動スケジユールを決定する方法である。即
ち、ボイラ蒸気圧力、ボイラ出口蒸気温度、蒸気
タービンケーシング温度の初期値に応じて、蒸気
タービンの昇速率、初負荷量、速度保持並びに負
荷保持による蒸気タービンの暖機時間及び負荷変
化率を決定する方法である。この方法によると、
運転制限要因である蒸気タービンの熱応力を管理
する上で重要なボイラ発生蒸気の昇温特性を起動
前に予測できないため、その不確定性を起動スケ
ジユールに余裕を持たせることにより吸収してい
る。そのため、作成される起動スケジユールは必
要以上に長くなりがちであつた。 また、別の従来方法としては、USP3446224及
びUSP4228359が知られている。これらは蒸気タ
ービンに発生する熱応力をオンラインリアルタイ
ムで監視しながら蒸気タービンの急速起動を図る
ものであるが、前記従来方法と同様にボイラの起
動方法に関しては何ら言及していない。 ボイラの起動時間の短縮を目的とした従来方法
としては、特開昭59−157402が知られている。こ
の方法はボイラに発生する熱応力をオンラインリ
アルタイムで監視しながらボイラ発生蒸気の急速
昇温を図るものである。しかし、この方式は蒸気
タービンの起動に関しては何ら言及していない。 プラント全体の起動時間は、ボイラと蒸気ター
ビンの協調により短縮が可能であるが、以上述べ
た従来の方法は、何れもボイラもしくは蒸気ター
ビンの片方のみに着目した急速起動方式であり、
この様な個別の方法を組合わせたとしてもプラン
ト全体の起動時間が最短となる保証は何も無い。
何故ならば、ボイラと蒸気タービンは相互干渉が
極めて強く、個々の最適化が必ずしも全体の最適
化とならないからである。 さらに、上記従来方法では、ボイラ点火直前の
プラント初期温度状態の実測値に基づいて起動ス
ケジユールを作成するため、ボイラ点火前の任意
時刻にて起動スケジユールを作成し、且つ中央給
電指令所（以下、中給と呼ぶ）から指定された起
因完了時刻に正確に起動を完了（以下、このこと
を定刻起動と呼ぶ）できる起動スケジユールを作
成することができなかつた。 このように、従来方法では起動時間が長くなり
がちであり、それに伴つて起動時のエネルギ損失
（以下、このことを起動損失と呼ぶ）が大きくな
るといつたプラント運用上の経済性の問題と、起
動スケジユールを実行する上での安全性の問題が
あつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、前記従来方式における問題点
を解決するために、ボイラと蒸気タービンの起動
特性に関する相互作用を考慮することにより、運
転制限条件を満足し、起動時間を最短にし、かつ
定刻起動を可能にする最適起動スケジユールを起
動前任意時刻にて作成可能にする発電プラント起
動装置を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、プラントの起動特性を定量的に計
算するための動特性モデルと、この動特性モデル
で使用するボイラ点火時のプラント初期温度状態
を予測するための初期値予測手段と、最短時間で
の起動を実現するために上記動特性モデルで得ら
れる起動特性を評価しながら繰返し計時手法によ
り起動スケジユールを最適化するスケジユール最
適化手段と、上記繰返し計算用の初期スケジユー
ルを決定するための基本スケジユール作成手段を
用いることにより、達成できる。 〔作 用〕 上記動特性モデルは、仮定した起動スケジユー
ルに従つてプラントを起動した場合の起動特性を
定量的に計算することができる。そのため、起動
スケジユールと起動特性の関係を、実際にプラン
トを起動する前に知ることが可能であるととも
に、プラント状態値が運転制限条件を満足するか
否かを事前に確認できるため、安全性の高い起動
スケジユールを作成できる。 初期値予測手段は、熟練運転員の思考方法と似
た方法で初期値を予測するために、フアジイ推論
を適用し、プラントの標準的な冷却特性と実際の
冷却状態との定性的な差異により初期値を予測す
る方法を採つている。これによつて、高精度の初
期値予測が可能であり、その結果、動特性モデル
による高精度な起動特性の予測が可能である。 スケジユール最適化手段は、熟練運転員の思考
方法と似た方法でスケジユールを最適化するため
に、フアジイ推論を適用し、上記動特性モデルで
得られた起動特性を定性的に評価し、スケジユー
ルを修正し、再度動特性モデルを用いて起動特性
を計算し、その結果を定性的に評価し、スケジユ
ールを修正するといつた繰返し計算手法により最
適化を行なつている。このスケジユールと起動特
性の定性的因果関係に基づいてスケジユールの修
正量を決定するところが熟練運転員の思考方法と
似ている。これにより、最適スケジユール求解の
ための収束性が極めて良好となるため、詳細な計
算式を用いた大規模な動特性モデルを用いること
が可能で、起動特性を高精度で予測することがで
きる。 基本スケジユール作成手段は、前記初期値予測
手段で得られた初期値に応じて、上記スケジユー
ル最適化が用いる初期スケジユールを作成するた
めのもので、予測した初期値と標準的な初期値と
の定性的な差異により標準的なスケジユールを修
正することにより適切な初期スケジユールが作成
される。これにより、スケジユール作成に関する
熟練運転員の思考方法を真似ることができ、上記
スケジユール最適化の収束性を向上できる。 以上述べた手段により、プラントの運転制限条
件を満足し、起動所要時間を最小にし、中給から
指定された時刻通りに起動を完了できる最適起動
スケジユールを作成することが可能となる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を説明する。 第１図は本発明を適用した発電プラント起動装
置の全体構成を示すものである。本発明は、ボイ
ラ、蒸気タービン及び発電機から成るプラント２
０００において、ボイラ点火から目標負荷（一般
的には中給から指令される負荷レベル）に到達す
るまでの全起動過程における機器の操作時期及び
制御目標を決定するための起動スケジユール作成
機能１０００と、作成された起動スケジユールに
従つてプラントを自動的に起動してゆくための起
動制御機能３０００と、プラントの運転員６００
０からのリクエストに応じてプラント起動に関す
る必要な情報を表示装置５０００に表示したり、
スケジユール作成機能１０００内の情報を書換え
たりするためユーザインターフエイス４０００か
ら構成されている。 起動スケジユール作成機能１０００は、更に、
動特性モデル１００、初期値予測機能２００、基
本スケジユール作成機能３００、スケジユール最
適化機能４００、フアジイ推論機能５００、知識
ベース６００から成る、知識ベース６００は、更
に、初期値予測ルール６１０、基本スケジユール
作成ルール６４０、スケジユール最適化ルール６
７０から成る。 上記起動スケジユール作成機能１０００を詳細
に説明する前に、各機能の目的について説明して
おく。 動特性モデル１００は、初期値予測機能２００
にて予測されたボイラ点火時のプラントの状態を
初期値２１０として、基本スケジユール作成機能
３００あるいはスケジユール最適化機能４００か
ら与えられる起動スケジユールに従つてプラント
を起動した場合の起動特性１４０を定量的に計算
するためのものである。 初期値予測機能２００は、起動前の任意時刻に
おいて、ボイラ点火時のプラント状態を予測し、
これを動特性モデル１００及び基本スケジユール
作成機能３００に設定するためのものである。 基本スケジユール作成機能３００は、スケジユ
ール最適化機能４００における最適値求解計算で
良好な収束性を得るために初期スケジユールとし
ての基本スケジユール３１０を決定し、動特性モ
デル１００に設定するためのものである。 スケジユール最適化機能４００は、動特性モデ
ル１００を用いて起動特性を予測し、その結果に
応じてスケジユールを修正し、再び動特性モデル
１００に起動スケジユール４１０を設定し、起動
特性を予測するといつた繰返し計算手法で最適ス
ケジユール４２０を決定するものである。 フアジイ推論機能５００は、前記、初期値予測
機能２００、基本スケジユール作成機能３００及
びスケジユール最適化機能４００に対して作用
し、それぞれの処理において、熟練運転員の思考
方法を模擬することにより、起動特性の予測精度
の向上と最適スケジユール求解の高速化を図るも
のである。そのために、上記３機能に対して、熟
練運転員の知識としてそれぞれ初期値予測ルール
６１０、基本スケジユール作成ルール６４０、ス
ケジユール最適化ルール６７０を準備し、これを
知識ベースとしている。 ここで、スケジユール最適化機能４００による
起動スケジユール最適化の基本的考え方を第２図
を用いて説明しておく。 第２図の中で破線はスケジユール最適化前即ち
基本スケジユールに従つてプラントを起動した場
合のタービン応力、起動パターン及び起動時間を
示している。また、実線はスケジユール最適化後
のそれぞれを示している。本図では、中給から併
入時刻（発電機を電力系統に接続する時刻）が指
定された場合を示すものであるが、起動完了時刻
を指定された場合でも本発明は基本的に同じ方法
スケジユール最適化が可能である。最適化前の起
動スケジユールに従つてプラントを起動した場
合、図のように、タービン応力は起動の前半で制
限値に対して大きな余裕があり、後半では余裕が
小さくなり部分的に制限値以上の応力が発生して
いる。この様な起動特性が前記動特性モデル１０
０で予測されると、スケジユール最適化機能４０
０ではスケジユール最適化ルール６７０を用いた
フアジイ推論機能５００を動作させ、起動の前半
では点火時刻を遅らせたり、タービンの速度保持
時間及び負荷保持時間を短縮するなどして起動時
間の短縮を図つている。また、起動の後半では負
荷保持時間を延長することによりタービン応力の
緩和を図つている。このように、本発明を適用し
た起動装置を用いると、運転制限要因であるター
ビン応力を制限値以下に抑え、かつ最短時間で中
給から指定された時刻通りに起動できることがで
きる。 以下、上記に概説した起動スケジユール作成機
能１０００について、各構成機能毎に詳細を説明
する。 (1) 初期値予測機能２００ 動特性モデル１００を用いて起動特性を高精度
で予測するためには、動特性モデルで用いるプラ
ント初期値（ボイラ点火時における値で、主に温
度状態）を高精度に予測する必要がある。しか
し、現時点での計算値に基づいて冷却特性を解析
時に求めることは、停止時の操作内容や現在プラ
ントが置かれた環境などに影響されるため困難で
ある。ところが、豊富な運転経験をもつ運転員
は、現時点での温度状態が標準的な状態からどの
程度ずれているかによつて、将来のずれをかなり
的確に予測できる。本初期値予測機能２００は、
この点に着目したもので、標準冷却特性で予測し
た値を、上記現時点でのずれに応じて、どの程度
修正するかをルール化した運転員の知識を利用す
るものである。以下、本初期値予測機能２００に
関して具体的に説明する。 前回の解列時刻（発電機を電力系統から切り離
した時刻）tPFと中給からの併入指定時刻tPIとの
差を停止時間ΔtTSとする。この停止時間に応じて
予め規定された４つの起動モード毎に準備された
標準スケジユールの中から該当する起動モードを
決定し、起動スケジユールを選択する。ここでい
う起動スケジユールとは、ボイラ点火から起動完
了までの起動パターンを規定する次のパラメータ
で定義する。 (a) ボイラ起動所要時間（点火から通気まで） (b) 第１速度保持時間（1000rpmにおいて） (c) 第２速度保持時間（2800rpmにおいて） (d) 第３速度保持時間（3600rpmにおいて） (e) 第１負荷保持時間（初負荷レベルにおいて） (f) 第２負荷保持時間（20％負荷レベルにおい
て） (g) 第３負荷保持時間（40％負荷レベルにおい
て） また、タービン昇速率（rpm／分）及び負荷変
化率（％／分）も起動モードに対応して一義的に
決定される。上記スケジユールパラメータが決ま
ると、併入時刻からの逆算により、ボイラ点火時
刻tIGが決定される。次に、起動モード毎に準備
した標準初期値（ボイラ点火時相当）の中から、
今回選択された起動モードにより該当する初期値
を選択する。ここで使用する初期値は次のプラン
ト状態に関与するものとする。 (a) ドラム温度 (b) 過熱器出口蒸気温度 (c) 再熱器出口蒸気温度 (d) 主蒸気管メタル温度 (e) 再熱蒸気管メタル温度 (f) 水壁入口内部流体温度 (g) 節炭器出口内部流体温度 (h) 節炭器入口内部流体温度 (i) 高圧タービン（HPT）第１段後メタル温度 (j) 中圧タービン（IPT）第１段後メタル温度 (k) ドラム圧力 一方、停止中のタービン及びボイラの標準冷却
特性を用いて、上記状態量に関する現在即ち起動
スケジユール作成時の標準的な値を求める。これ
を現在標準値推定機能と呼ぶことにする。なお、
上記標準冷却特性を次式で定義する。 Ｔ＝（TPFT−TA）e-TIME/TETC＋TA …(1) ここで、TPFT：プラント停止時の標準温度
（℃） TA ：大気温度（℃） TIME：解列後経過時間（分） TETC：冷却時定数（分） 上記ドラム圧力に関しても同様である。 また、同様にしてボイラ点火時の初期状態を予
測する。この予測を高精度に行なうために、現在
状態の実測値２３０（第１図参照）と(1)式による
標準値との差を考慮したフアジイ推論により上記
予測値を修正する。 以下、この修正方法を説明する。 いま、現在値偏差Ｅ(1)，Ｅ(2)，……Ｅ(11)は、そ
れぞれ、現時点（t0）で実測したドラム温度X1
（t0）、過熱器出口蒸気温度X2（t0），……ドラム圧
力X11（t0）と(1)式から得られたその標準値X1S
（t0），X2S（t0），……X11S（t0）との差を標準値で
正規化したものであり、次式で定義する。 Ｅ(i)＝Xi（t0）−XiS（t0）／XiS（t0）…(2) 第３図は、上記現在値偏差の大きさを定性的に
評価するためのメンバーシツプ関数である。図中
のESMB(i)（ｉ＝１〜７）はメンバーシツプ関数の
形を規定する定義であり、PB，PM，PS，ZO，
NS，NM，NBは偏差Ｅの大きさを定性的に評
価するためにメンバーシツプ関数に与えた名称で
あり、それぞれ下記の意味をもつ。 PB：Positive Big PM：Positive Medium PS：Positive Small ZO：Zero NS：Negative Small NM：Negative Medium NB：Negative Big また、図の縦軸はメンバーシツプ値である。こ
のメンバーシツプ関数を用いて、前記11個の状態
量に関する現在値偏差Ｅ(i)（ｉ＝１〜11）を定性
的に評価する。 第４図は、現在値偏差がボイラ点火時初期に及
ぼす影響度を定性的に整理したものであり、これ
に従つて作成した初期値予測ルールの一例を第５
図に示す。本図は、過熱器出口蒸気温度の現在値
偏差Ｅ(2)と再熱器出口蒸気温度の現在値偏差Ｅ(3)
の定性的関係において、ボイラ点火時過熱器出口
蒸気温度の予測値（(1)式で予測した値）の修正量
DTIG(3)を決定的に決定するためのものである。例
えば、ルールNo.32の場合はIF（Ｅ(2)is NS and Ｅ
(3)is NM）THEN（DTIG(2) is NS） という意味である。 第６図は、定性的に決定された初期値修正量を
定量的な値に変換するためのメンバーシツプ関数
である。図中のEIMS(i)（ｉ＝１〜７）はメンバー
シツプ関数の形を規定する定数である。PB，
PM，PS，ZO，NS，NM，NBは修正量の大き
さを定性的に表わすためにメンバーシツプ関数に
与えた名称であり、第５図の中で使用している名
称に対応している。また、図の縦軸はメンバーシ
ツプ値である。適用されたルールにより、初期値
修正量が定性的にどのメンバーシツプ関数に属す
るか決定される。或る初期値に対する修正量が複
数のルールによる複数のメンバーシツプで規定さ
れた場合は、各メンバーシツプ値に応じた加重平
均値をもつて実際の定量的修正量５１０（第１図
参照）とする。これにより各初期値を予測したこ
とになる。 (2) 基本スケジユール作成機能３００ 基本スケジユールとはスケジユール最適化の収
束計算の初期スケジユールであり、良い収束性を
得るには、できるだけ最適値の近傍に設定するの
が望ましい。豊富な運転経験をもつ運転員は、ボ
イラ点火時の初期状態に応じて起動スケジユール
をかなり的確に決定することができる。本基本ス
ケジユール作成機能３００は、この点に着目した
もので、初期状態の標準値からのずれに応じて予
め準備した標準スケジユールのパラメータをどの
程度修正するかをルール化した運転員の知識を利
用するものである。以下、本基本スケジユール作
成機能３００について具体的に説明する。 起動モードに対応して選択された前記起動スケ
ジユールは標準スケジユールの中から選ばれたも
のであり、必ずしも今回の起動条件にマツチした
ものではない。そこで、前記標準初期値と上記方
法で予測された初期値との差を考慮してスケジユ
ールを修正するのが本機能である。この修正量は
上記予測値の差に応じてフアジイ推論により決定
する。 以下、その修正量決定方法について説明する。 いま、点火時予測偏差EP(1)，EP(2)，……EP(11)
は、それぞれ、初期値予測機能２００で予測した
ボイラ点火時のドラム温度X1（tIG）、過熱器出口
蒸気温度X2（tIG），……ドラム圧力X11（tIG）とそ
の標準値X1（tIG），X2（tIG），……X11（tIG）との差
を標準値で正規化したものであり、次式で定義す
る。 EP(i)＝XiS（tIG）−Xi（tIG）／XiS（tIG） …(3) 第７図は、上記点火時予測偏差を定性的に評価
するためのメンバーシツプ関数である。図中の
EPMB(i)（ｉ＝１〜７）はメンバーシツプ関数の形
を規定する定数であり、PB，PM，PS，ZO，
NS，NM，NBは偏差EPの大きさを定性的に評
価するためにメンバーシツプ関数に与えた名称で
あり、意味するとろころは初期値予測機能２００
におけるものと同じである。また、図の縦軸はメ
ンバーシツプ値である。 第８図は、予測したボイラ点火時の初期値に応
じて適切な基本スケジユールを作成するための知
識を整理したものであり、点火時予測偏差に応じ
て、どのスケジユールパラメータを修正するのが
効果的であるかを整理したものである。これに従
つて作成した基本スケジユール作成ルールの一例
を第９図に示す。本図は、ボイラ点火時ドラム温
度を偏差EP(1)からボイラ起動所要時間修正量DP
(1)、第１速度保持時間修正量DP(2)，……第３負
荷保持時間修正量DP(7)を定性的に決定するため
のものである。例えば、ルールNo.６の場合は、 IF（EP(1)is PM） THIN（DP(1)is PM and DP(2)is PS and DP(3)is
PS and DP(4)is PS and DP(5) is PS DP(6) is
PS and DP(7) is PS） という意味である。 第１０図は、決定的に決定されたスケジユール
パラメータ修正量を定量的な値に変換するための
メンバーシツプ関数である。図中のDPMB(i)（ｉ
＝１〜７）はメンバーシツプ関数の形を規定する
定数である。PB，PM，PS，ZO，NS，NM，
NBは修正量の大きさを定性的に表わすためにメ
ンバーシツプ関数に与えた名称であり、第７図で
使用している名称に対応している。また、図の縦
軸はメンバーシツプ値である。適用されたルール
により、スケジユールパラメータの修正量が定性
的にどのメンバーシツプ関数に属するかが決定さ
れる。或るスケジユールパラメータに対する修正
値が複数のルールによる複数のメンバーシツプで
規定された場合は、各メンバーシツプ値に応じた
加重平均値をもつて実際の定量的修正量５２０
（第１図参照）とする。これにより基本スケジユ
ールが作成されたことになる。 (3) スケジユール最適化機能４００ 上記基本スケジユール作成機能３００により作
成された基本スケジユールを基にして、最適スケ
ジユール即ちボイラ点火から起動完了までの全起
動過程において運転制限条件を満足し、かつ起動
所要時間を最小とする前記スケジユールパラメー
タを決定するのが本スケジユール最適化機能４０
０である。第１１図に本機能の全体処理手順を示
す。 本機能能では、運転制限条件であるタービン熱
応力の起動特性を評価するためにプラントの動特
性モデル１００を用いる。起動時の熱応力パター
ンとスケジユールパラメータは大きな相関があ
り、熱応力の制限値に対する余裕（以下、マージ
ンと呼ぶ）が小さい程短時間の起動が可能とな
る。しかし、コンプレツクス法などを利用した従
来の制約条件付非線形最適化アルゴリズムを用い
ると、最適解（最適スケジユール）を得るのに、
本例のように７変数がパラメータとなる場合、少
なくとも100回適度の繰返し計算（動特性モデル
による起動特性の計算）が必要となり、現実的で
ない。そこで、フアジイ推論を応用した最適化ア
ルゴリズムとすることにより収束性の大幅な改善
を図る。 プラント運転員は、起動前に熱応力特性の予測
値を与えられた場合、そのマージンに応じてどの
パラメータをどの程度短縮できるか経験的に知つ
ている。この経験的かつ定性的な知識を活用して
最適化のためのスケジユール修正量を決定する。
具体的には、まず第１１図に示すように、基本ス
ケジユール作成機能３００から与えられたスケジ
ユールパラメータpi（ｉ＝１〜７）で定まる基本
スケジユールに従つてプラントを起動した場合の
タービン熱応力特性を動特性モデル１００を用い
て予測する。ここで、動特性モデル１００は第１
２図に示すように、スケジユールパラメータが与
えられた場合は、ボイラ点火指令、タービン速度
及び負荷の目標値を計算するためのスケジユール
計算機能１１０と、ボイラの起動特性を計算する
ためのボイラモデル１２０と、ボイラから発生す
る蒸気条件を受けてタービンの熱応力を計算する
ためのタービンモデル１３０から構成されてい
る。ここで計算するタービン熱応力は、高圧ター
ビンのロータ表面応力、同ボア応力、中圧タービ
ンのロータ表面応力、同ボア応力の４個所であ
り、いずれもタービン起動時に着目すべき重要な
運転制限要因である。第１１図に示す起動特性評
価機能１４０は、起動過程を７つの区間に分割
し、各区間毎の最小応力マージンmj（ｊ＝１〜
７）を求める。本図ではmjは区間ｊにおける高
圧ロータ表面応力と中圧ロータ表面応力のうち最
小マージンMS(j)と高圧ロータボア応力と中圧ロ
ータボア応力のうち最小マージンMB(j)の両者の
意味で示している。本起動特性評評価機能１４０
は、次に続く応力マージン評価機能１５０で熱応
力パターンの特徴を抽出するためのものである。 応力マージン評価機能１５０では、第１３図に
示すメンバーシツプ関数を用いて、ロータ表面応
力マージンMS(j)及びロータボア応力マージンMB
(j)を定性的に評価することにより、熱応力パター
ンの特徴を抽出する。図中のMMB(i)（ｉ＝１〜
６）はメンバーシツプ関数の形を規定する定数で
あり、PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NBは応
力マージンMS(j)及びMB(j)の大きさを定性的に評
価するためにメンバーシツプ関数に与えた名称で
ある。また、図の縦軸はメンバーシツプ値であ
る。 スケジユール最適化ルール６７０は、「熱応力
パターンがどの様であればどのスケジユールパラ
メータをどの程度修正すれば良い」といつた断片
的知識である。第１４図は、動特性モデル１００
を用いて予測したタービン熱応力パターンに応じ
てスケジユールを修正するための知識を整理した
ものである。本図は、起動過程の各区間における
最小マージンに応じて、どのスケジユールパラメ
ータを修正するのが効果的であるかを整理したも
のである。ここで、MS(1)，MS(2)，……MS(7)及び
MB(1)，MB(2)，……MB(7)は、それぞれ第１，第
２，……第７区間におけるロータ表面最小応力マ
ージン及びロータボア最小応力マージンである。 第１５図は、上記考え方に従つて作成したスケ
ジユール最適化ルールの一例を示すものである。
本図は、ロータ表面応力に関して、第５区間最小
応力マージンMS(5)と第６区間最小応力マージン
MS(6)からスケジユールパラメータの修正量とし
ての第３速度保持時間修正量を量DPT(4)、第１負
荷保持時間修正量DPT(5)及び第２負荷保持時間修
正量DPT(6)を定性的に決定するためのものであ
る。例えば、ルールNo.54の場合は、 IF（MS(5) is PB and MS(6) is PM）THEN
（DPT(4) is NM and DPT(5) is NM and DPT(6)
is NS という意味である。 第１６図は、定性的に決定されたスケジユール
パラメータ修正量を定量に変換するためのメンバ
ーシツプ関数である。図中のDPTMB(i)（ｉ＝１〜
７）はメンバーシツプ関数の形を規定する定数で
ある。PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NBは修
正量の大きさを定性的に表わすためにメンバーシ
ツプ関数に与えた名称である。また、図の縦軸は
メンバーシツプ値である。 第１１図に示す修正パラメータ選択機能１６０
は、応力マージン評価機能１５０により抽出され
た応力パターンの特徴とスケジユール最適化ルー
ル６７０とを照合させることにより修正パラメー
タを選択し、適用されたルールによりパラメータ
の修正量が定性的に第１６図のどのメンバーシツ
プ関数に属するかが決定される。 或るスケジユールパラメータに対する修正量が
複数のルールによる複数のメンバーシツプで規定
された場合は、各メンバーシツプ値に応じた加重
平均値をもつて実際の定量的修正量５３０（第１
図参照）とする。これを行なうのが第１１図に示
すスケジユール修正量決定機能１７０である。 以上でスケジユールパラメータの修正量が決定
され、修正されたスケジユールに従つて、プラン
トを起動した場合の起動特性を予測するために、
再び動特性モデル１００を動作させる。以上を繰
返すことにより最適起動スケジユール４２０（第
１図参照）を求めることができる。なお、第１１
図中の収束判定機能１８０は、上記繰返し計算に
おいて作成される起動スケジユールの最適性を判
定するためのものである。また、その判定基準
は、全起動過程においてタービン熱応力が制限値
以下となる起動スケジユールのうち起動所要時間
が前回までのものと比較した時間短縮率が所定値
以下となつた場合とし、その中で最も起動所要時
間が小さくなる起動スケジユールを最適スケジユ
ール４２０（第１図参照）とする。 ここで決定された最適スケジユール４２０は、
第１図に示したように、ユーザインターフエイス
４０００を介して表示装置５０００に表示される
と共に、起動制御機能３０００に設定される。起
動制御機能３０００に設定された最適スケジユー
ル４２０は運転員６０００からの実行指令４３０
を受けて実行される。起動制御機能３０００は、
これを実行するためにプラント２０００からのプ
ロセス入力３０１０を受けて、制御出力３０１０
をプラントに与える。 運転員６０００は、知識ベース６００の追加、
変更、削除が必要となつた場合は、ユーザインタ
ーフエイスを介して知識ベース管理情報６９０に
より、これらを実行する。 第１７図は、フアジイ推論を応用したスケジユ
ール最適化機能４００におけるスケジユール最適
化過程を示すものである。図中の番号は繰返し計
算の第１、３、５、20回目に作成された起動スケ
ジユールとそのときの起動特性を示す。ここで、
第１回目は基本スケジユールに対応し、20回目は
最適スケジユールに対応する。本図からわかるよ
うに、５回目でほぼ最適値に近いスケジユールが
得られており、本アルゴリズムによる収束性は極
めて良好である。また、作成された起動スケジユ
ールは併入指定時刻（本図では解列時刻からの経
過時間で示してあり480分（８時間）通りに起動
できることを示している。タービンの熱応力マー
ジンが大きな起動前半では速度保持や負荷保持を
省略することにより起動時間の短縮する方向でス
ケジユールが修正されており、熱応力マージンが
負となる起動後半では負荷保持を延長することに
より熱応力の緩和を図つている。このように、本
スケジユール最適化機能４００によると、運転制
限条件を満足し、最短起動時間で指定時刻通りの
起動が可能となる。 （発明の変形例） 以上述べた本発明の実施例では、スケジユール
パラメータとしてボイラ起動所要時間とタービン
速度保持時間及び負荷保持時間に着目している
が、必ずしもこれらに限る必要はなく、タービン
速度変化率や負荷変化率あるいはボイラ昇温速度
や昇圧速度などプラントの起動パターンを代表す
るパラメータであれば本発明は基本原理を変える
ことなく実施できることは明らかである。 また、本発明の実施例では、運転制限条件とし
てタービン熱応力に着目しているが、必ずしもこ
れだけに限る必要はなく、タービン入口蒸気温度
及びその変化速度、あるいはタービンケーシング
温度などタービン熱応力を間接的に推定できる状
態量、あるいは、タービン伸び差、ボイラ蒸気圧
力上昇速度、ボイラ燃焼ガス温度など運転上重要
となる制限要因はプラントにより異なるから、必
要に応じて考慮すれば良く、本発明は本質を変え
ることなく実施できることは明らかである。 また、本発明の実施例では中央給電指令所から
指定される併入時刻を正確にまもつた起動スケジ
ユールを作成する方法を例に説明したが、本発明
を実施するにあたり、必ずしも併入時刻が指定さ
れる必要はなく、プラントに応じてボイラ点火時
刻、タービン通気時刻、目標負荷到達時刻などで
あつても本発明の本質が変らないのは明らかであ
る。 また、本実施例でプラント初期値として着目し
ている状態は、本発明を実施するプラントの機器
構成及び計測位置に応じて適宜選定すべきもので
必ずしも本実施例と同じものを使う必要のないこ
とは勿論であり、これにより本発明の本質が変わ
るものではない。 また、本実施例では、プラント冷却特性を解列
時刻からの時間関数として表わしているが、ボイ
ラ消火時刻などプラント冷却過程に移行する時刻
を基準とした時間関数で表わしたとしても、本発
明の実施にあたり本質が変わるものではない。 また、本実施例のスケジユール最適化機能にお
ける収束判定方法を必ずしも採用する必要はな
く、繰返し計算を所定回数だけ実施し、その中で
運転制限条件を満足し、起動所要時間が最小とな
る起動スケジユールを最適値と見做す方法、ある
いは運転制限条件を満足する所定個の起動スケジ
ユール候補が得られるまで繰返し計算を実施し、
その中で起動所要時間が最小となるものを最適値
と見倚す方法を採用しても、本発明の本質が変わ
らないのは勿論である。 さらに、本実施例で用いているメンバーシツプ
関数は全て三角型としたが、必ずしもこの形に拘
わる必要はなく、プラントの特性及び運転員の知
識に応じて、２次曲線や指数曲線を採用しても、
本発明の本質が変わるものではない。また、メン
バーシツプ関数の形だけでなく、その数も任意に
設定しても、本発明の本質が変わるものではな
い。 〔発明の効果〕 本発明によれば、プラントの起動所要時間を従
来方式と比較して約30％短縮することができるた
め、負荷需要の変動に伴い発電プラントの頻繁な
起動停止が必要となる電力系統の安定かつ経済的
な運用が可能となる。また、これにより運転員の
負担が大幅に軽減される。また、起動所要時間に
短縮に伴つて起動時のエネルギー損失も約15％低
減できるため発電プラントの運用コストを大幅に
低減できる。さらに、運転制限条件および指定時
刻を忠実に守つた起動ができるため、プラント運
用上の安全性を向上し、電力系統への正確な電力
供給が可能となる。
第１図は発電プラント起動装置の全体構成を示
す。第２図は起動スケジユール最適化の基本的考
え方を示す。第３図は現在値偏差評価用メンバー
シツプ関数を示す。第４図は現在値偏差がボイラ
点火時初期値へ及ぼす影響度を示す。第５図は初
期予測ルールの一例を示す。第６図は初期値修正
量変換用メンバーシツプ関数を示す。第７図は点
火時予測偏差評価用メンバーシツプ関数を示す。
第８図は点火時予測偏差と修正対象スケジユール
パラメータの関係を示す。第９図は基本スケジユ
ール作成のルールの一例を示す。第１０図はスケ
ジユールパラメータ修正用メンバーシツプ関数を
示す。第１１図はスケジユール処理機能における
全体処理手順を示す。第１２図は動特性モデルを
示す。第１３図は応力マージン評価用メンバーシ
ツプ関数を示す。第１４図は応力マージンと修正
対象スケジユールパラメータの関係を示す。第１
５図はスケジユール最適化ルールの一例を示す。
第１６図はスケジユールパラメータ修正用メンバ
ーシツプ関数を示す。第１７図はスケジユール最
適化過程を示す。
す。第２図は起動スケジユール最適化の基本的考
え方を示す。第３図は現在値偏差評価用メンバー
シツプ関数を示す。第４図は現在値偏差がボイラ
点火時初期値へ及ぼす影響度を示す。第５図は初
期予測ルールの一例を示す。第６図は初期値修正
量変換用メンバーシツプ関数を示す。第７図は点
火時予測偏差評価用メンバーシツプ関数を示す。
第８図は点火時予測偏差と修正対象スケジユール
パラメータの関係を示す。第９図は基本スケジユ
ール作成のルールの一例を示す。第１０図はスケ
ジユールパラメータ修正用メンバーシツプ関数を
示す。第１１図はスケジユール処理機能における
全体処理手順を示す。第１２図は動特性モデルを
示す。第１３図は応力マージン評価用メンバーシ
ツプ関数を示す。第１４図は応力マージンと修正
対象スケジユールパラメータの関係を示す。第１
５図はスケジユール最適化ルールの一例を示す。
第１６図はスケジユールパラメータ修正用メンバ
ーシツプ関数を示す。第１７図はスケジユール最
適化過程を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料の燃焼により発生する熱により蒸気を発
生させるためのボイラと、発生した蒸気の熱エネ
ルギを機械エネルギに変換するための蒸気タービ
ンと、変換された該機械エネルギを電気エネルギ
に変換するための発電機とで構成される発電プラ
ントにおいて、該発電プラントの起動前初期温度
状態に応じて機器の操作時期及び制御目標を決定
するための起動スケジユール作成手段を有し、該
発電プラントが停止された後の実際の冷却状況と
標準的冷却特性との差を定性時に評価し、これに
基づいて起動時の初期温度状態を予測する初期値
予測手段と、複数の標準的初期温度状態に対応し
て予め準備した標準スケジユールの中から実際に
予測した初期温度状態が該標準値と最も近いもの
に対応した標準スケジユールを選択するための標
準スケジユール選択手段と、該標準初期温度と予
測された該初期温度との差を定性的に評価し、こ
れに基づいて該標準スケジユールを修正するため
の基本スケジユール作成手段と、該基本スケジユ
ールに従つてプラントを起動すると仮定した場合
のプラントの起動特性を計算するための動特性モ
デルと、該動特性モデルから得られた起動特性の
運転制限条件に対する余裕値を定性的に評価し、
これに基づいて該基本スケジユールを修正するた
めのスケジユール最適化手段を有することを特徴
とする発電プラント起動装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の該初期値予測手
段において、プラント停止時間の長さに応じて予
め定義された複数の起動モードの中から実際のプ
ラント停止時間により該当する起動モードを選択
するための起動モード選択手段と、選択された該
起動モードに対応した標準スケジユールにより起
動開始時刻を算出するための起動開始時刻決定手
段と、プラント停止後のプラント冷却特性を時間
関数で表わした標準冷却特性関数と、現在時刻即
ち該起動スケジユールを作成する時刻におけるプ
ラント温度状態を実測するための現在状態実測手
段と、該標準冷却特性関数を用いて現在時刻のプ
ラント温度状態を推定するための現在状態推定手
段と、該標準冷却特性関数を用いて起動開始時刻
のプラント温度状態を予測するための第１の初期
値予測手段と、該現在状態推定手段にて得られた
推定現在値と該現在状態実測手段にて得られた実
測現在値との差である現在値推定誤差を求めるた
めの現在値推足誤差計算手段と、該現在値推定誤
差の大きさを定性的に評価するための現在値推定
誤差評価手段と、定性的に評価された該現在値推
定誤差との関係において予め準備した修正ルール
を適用して該第１の初期値予測手段にて得られた
予測値の修正量を決定するための予測値修正手段
を有することを特徴とする発電プラント起動装
置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の該基本スケジユ
ール作成手段において、該選択された標準スケジ
ユールに対応した該標準初期温度状態と実際の初
期温度状態との差を求めるための温度偏差計算手
段と、該温度偏差の大きさを定性的に評価するた
めの温度偏差評価手段と、定性的に評価された該
温度偏差との関係において予め準備した修正ルー
ルを適用して該選択された標準スケジユールの修
正量を決定するための標準スケジユール修正手段
を有することを特徴とする発電プラント起動装
置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の該スケジユール
最適化手段において、該余裕値に応じて修正され
た該基本スケジユールに従つてプラントを起動す
ると仮定した場合のプラント起動特性を再び該動
特性モデルを用いて計算し、該余裕値計算手段に
より得られた余裕値に応じて再びスケジユールを
修正するといつた繰返し演算を行なうための繰返
し演算手段と、該繰返し演算を行なう過程で、ス
ケジユールの最適性を判定するための収束判定手
段を有することを特徴とする発電プラント起動装
置。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の該スケジユール
最適化手段において、該余裕値の大きさを定性的
に評価するための余裕値評価手段と、定性的に評
価された該余裕値との関係において予め準備した
修正ルールを適用して該基本スケジユールを修正
するためのスケジユール修正手段を有することを
特徴とする発電プラント起動装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の該スケジユール
最適化手段において、該プラント起動特性を起動
過程における複数の時間帯に分割し、各時間帯別
に該余裕値を定性的に評価するための時間帯別余
裕値評価手段と、定性的に評価された該時間帯別
余裕値との関係において予め準備した修正ルール
を適用して該基本スケジユールを修正するための
スケジユール修正手段を有することを特徴とする
発電プラント起動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23901786A JPS6394008A (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 発電プラント起動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23901786A JPS6394008A (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 発電プラント起動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6394008A JPS6394008A (ja) | 1988-04-25 |
| JPH0573885B2 true JPH0573885B2 (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=17038653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23901786A Granted JPS6394008A (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 発電プラント起動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6394008A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2678216B2 (ja) * | 1988-12-29 | 1997-11-17 | 株式会社日立製作所 | 火力発電プラント起動時運転支援装置 |
| US9140192B2 (en) * | 2012-01-11 | 2015-09-22 | Alstom Technology Ltd. | Startup method for large steam turbines |
-
1986
- 1986-10-09 JP JP23901786A patent/JPS6394008A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6394008A (ja) | 1988-04-25 |
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