JPH0621523B2

JPH0621523B2 - 発電プラント起動装置

Info

Publication number: JPH0621523B2
Application number: JP61239019A
Authority: JP
Inventors: 弘松本; 泰男諸岡; 大造射場; 誠逸二川原; 勇佐野; 和治青柳
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPS6394009A

Description

【発明の詳細な説明】〔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
起動中の任意時刻に、任意の起動条件を設定した場合、
これを満足し、かつ起動時間を最短ならしめるのに好適
な起動スケジユール最適化方法に関する。

〔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 Star
ting,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、ＵＳＰ3,446,224及びＵ
ＳＰ4,228,359 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。

プリ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
目した急速起動方法であり、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
び）から指定された起動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。

さらに、従来方法ではプラントの起動中に運転員が任意
に設定する運転条件を満足し、かつ最短起動となるよう
な起動スケジユールの再計算は不可能であつた。そのた
め、中給からの起動条件の変更要求があつた場合や、異
常発生時などに運転員は運転条件の変更による柔軟な対
応がとれなかつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前記従来方式において不可能であつた
任意運転条件での起動スケジユール最適化を可能にする
ことにより、中給から運転条件の変更指令があつた場合
や異常発生時などに、運転員が起動スケジユールの再計
算により柔軟な対応がとれることを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、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、該発電プラントの
起動前の状態を初期値としてボイラ点火から起動完了ま
での起動パターンのパラメータを決定する起動スケジユ
ール作成手段、及び得られた起動スケジユールに従つて
該発電プラントを起動する起動制御手段とを具備する発
電プラント起動装置において、前記起動スケジューユに
従って該発電プラントを起動した場合の起動特性を定量
的に計算する動特性モデルと、得られた起動特性が制限
値を満足し起動所要時間が最短となるようにパラメータ
修正ルールを参照してフアジイ推論を実行してパラメー
タ修正量を決定するスケジュール最適化手段とを備えた
ことを特徴とする発電プラント起動装置によつて達成さ
れる。

〔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。

また、スケジユール最適化手段では、運転員から任意の
運転条件が設定されると、この運転条件を満足し、かつ
起動時間が最短となる起動スケジユールの作成が可能と
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。本装置は、ボイラ，蒸気タービ
ン及び発電機から成るプラント２０００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６０００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１０
００内の情報を書換えたりするためのユーザインターフ
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６７０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２０
０，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１００で予測されると、スケジユール最適化
機能４００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１００
０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２
００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）ｔ_PFと中給からの併入指定時刻ｔ_PIとの差を停止時
間Δｔ_TS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ｔ_IG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。

ここで、Ｔ_PFT ：プラント停止時の標準温度（℃）Ｔ_Ａ：大気温度（℃）Ｔ_IME ：解列後経過時間（分）Ｔ_ETC ：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２
３０（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（ｔ_０）で実測したドラム温度Ｘ
₁（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Ｘ
_1S（ｔ₀），Ｘ_2S（ｔ₀），……Ｘ_11S（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。

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Ｅ_SMB（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Ｄ_TIG（３）を定性的に決定するた
めのものである。例えば、ルールNo.３２の場合はＩＦ（Ｅ（２）is ＮＳ andＥ（３）is ＮＭ）ＴＨＥＮ（Ｄ_TIG（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
Ｅ_IMB（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，Ｎ
Ｓ，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Ｅ_P（１），Ｅ_P（２），……Ｅ_P
（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（ｔ_IG），過熱器出口
蒸気温度Ｘ₂（ｔ_IG），……ドラム圧力Ｘ₁₁（ｔ_IG）と
その標準値Ｘ₁（ｔ_IG）Ｘ₂（ｔ_IG），……Ｘ₁₁（ｔ_IG）
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。

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Ｅ_PMB（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Ｅ_Ｐ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Ｅ_P（１）からボイラ起動所要時間修正
量Ｄ_P（１），第１速度保持時間修正量Ｄ_P（２），……
第３負荷保持時間修正量Ｄ_P（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（Ｅ_P（１）is ＰＭ）ＴＨＩＮ（Ｄ_P（１）is ＰＭ and Ｄ_P（２）is Ｐ
Ｓ and Ｄ_P（３）is ＰＳ and Ｄ_P（４）is ＰＳ and Ｄ_P（５）is ＰＳ and Ｄ_P（６）is ＰＳ and Ｄ_P（７）is ＰＳ）という意味である。

第１０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Ｄ_PMB （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，Ｐ
Ｍ，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４００である。第１１図に本機能の全体処理手
順を示す。

本機能では、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回程
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ｐ_ｉ（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１２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、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ｍ_ｊ（ｊ＝１〜７）を
求める。本図ではｍ_ｊを区間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Ｍ
_S（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Ｍ_B（ｊ）の両者の意味で示してい
る。本起動特性評価機能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Ｍ_S
（ｊ）及びロータボア応力マージンＭ_B（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Ｍ_MB（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，Ｚ
Ｏ，ＮＳ，ＮＭ，ＮＢは応力マージンＭ_S（ｊ）及びＭ_B
（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、Ｍ_S（１），Ｍ_S（２），……Ｍ_S（７）及
びＭ_B（１），Ｍ_B（２），……Ｍ_B（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、ロータ表
面応力に関して、第５区間最小応力マージンＭ_s（５）
と第６区間最小応力マージンＭ_s（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Ｄ_PT（４），第１負荷保持時間修正量Ｄ_PT（５）及
び第２負荷保持時間修正量Ｄ_PT（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（Ｍ_s（５） is ＰＢ and M_s（６） is PM）ＴＨＥＮ（Ｄ_PT（４） is ＮＭ and Ｄ_PT（５）is
ＮＭ and Ｄ_PT（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パーシツプ関数で
ある。図中のＤ_PTMB（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，Ｐ
Ｓ，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１７
０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１０
０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３００
０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。

運転員６０００は、プラントの起動中に中給から運転条
件、例えば、タービン熱応力制限値などの変更指令を受
けた場合や異常が発生するなどして、起動条件の修正が
必要となつた場合、次の方法で任意の起動条件を満足
し、かつ起動時間が最短となるスケジユール最適化が可
能となる。

運転員６０００は入力機構付きの表示装置５０００とユ
ーザインターフエイス４０００を介し、任意起動条件４
５０をスケジユール最適化機能４００の中の起動条件格
納部に格納する。スケジユール最適化機能４００では、
この起動条件を満足し、かつ、起動時間を最短とする起
動スケジユールを既に述べたと同じ方法で作成する。こ
の作成された起動スケジユールは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。

（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
ンヲ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員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、ボイラ消化時刻などプ
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
見做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ップ関数は全
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、起動所要時間の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、運転制御条件および指定
時刻を忠実に守つた起動ができるため、プラント運用上
の安定性を向上し、電力系統への正確な電力供給が可能
となる。

さらに本発明によれば、プラントの起動中において、中
給から起動条件の変更指令があつた場合やプラントに異
常が発生した場合に、起動条件を変更して、再度スケジ
ユールの最適化が可能なため、柔軟かつ安全なプラント
運用及び電力系統の運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

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１５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。

フロントページの続き (72)発明者射場大造茨城県日立市大みか町５丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者二川原誠逸東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者佐野勇千葉県千葉市生実町1145−57 (72)発明者青柳和治千葉県浦安市海楽２−22−12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、該発電プラントの
起動前の状態を初期値としてボイラ点火から起動完了ま
での起動パターンのパラメータを決定する起動スケジユ
ール作成手段、及び得られた起動スケジユールに従つて
該発電プラントを起動する起動制御手段とを具備する発
電プラント起動装置において、前記起動スケジュールに
従って該発電プラントを起動した場合の起動特性を定量
的に計算する動特性モデルと、得られた起動特性が制限
値を満足し起動所要時間が最短となるようにパラメータ
修正ルールを参照してフアジイ推論を実行してパラメー
タ修正量を決定するスケジュール最適化手段とを備えた
ことを特徴とする発電プラント起動装置。