JPH06222808A

JPH06222808A - 火力発電プラント自動制御装置

Info

Publication number: JPH06222808A
Application number: JP1228093A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ouchi; 和紀大内; Masahide Nomura; 政英野村; Akira Sugano; 彰菅野; Eiji Toyama; 栄二遠山; Atsushi Yokogawa; 篤横川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】火力発電プラント自動制御装置の動的先行制御
パラメータを自動調整し、負荷指令信号変化時及び起動
停止時に主蒸気温度及び主蒸気圧力等の変動を最小限に
抑制する。【構成】負荷指令信号１に対応した静的先行制御信号
（加算器７出力）と、負荷指令信号１に対応して前記静
的制御信号を修正する動的先行制御信号（関数発生器３
出力）に応じて火力発電プラント１３の入力量（燃料
量，給水量等）を操作し、主蒸気圧力及び主蒸気温度等
の制御量を規定値に制御する火力発電プラント自動制御
装置において、火力発電プラント１３の制御量応答波形
の特徴に基づいて動的先行制御信号のパラメータを調整
する手段１４を具備することにより、火力発電プラント
自動制御装置の動的先行制御パラメータを自動調整す
る。【効果】上記を満たす効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力発電プラント自動
制御装置に係り、特に、燃料量等を操作する動的先行制
御信号を決定する制御パラメータを自動調整し、最適に
調整された動的先行制御信号により負荷指令信号変化時
及び起動停止時に主蒸気温度変化，主蒸気圧力変化など
を最小限に抑制することのできる火力発電プラント自動
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、火力発電プラント自動制御の分野
ではフィードバック制御と先行制御とにより制御性改善
に大きな成果を上げてきた。特に、制御量の応答遅れの
大きな火力発電プラントに対しては先行制御が有効であ
った。しかし、これらの制御方式における制御パラメー
タの調整は調整員が制御量の変動を観測しながら手動で
行ってきた。このため調整作業に長時間を費やすと共
に、調整結果に調整員の個人差が出る等の問題があっ
た。

【０００３】制御パラメータの自動調整に関する試み
は、フィードバック制御、特に、その大半を占めるＰＩ
Ｄコントローラの調整に見られる。「特開昭63−247801
号(株)日立製作所」に述べられている従来技術１では、
目標値変化時または該乱印加時の制御量応答形状を観測
し、オーバシュート量及び減衰係数を求めるための制御
量応答形状認識手段と、オーバシュート量及び減衰係数
を定性的に評価し、ファジィ推論によりＰＩＤ制御パラ
メータの修正値を推定するための制御パラメータ修正手
段と、上記オーバシュート量及び減衰係数が許容範囲を
超える時、上記制御パラメータ修正手段を機能させる制
御性判定手段とを備えることにより自動調整を実現して
いる。

【０００４】一方、火力発電プラント自動制御分野にお
ける先行制御方法に関しては、例えば「特公平4−29922
号（株）日立製作所」に述べられている従来技術２があ
る。この方法では、ボイラの負荷指令信号に主蒸気圧力
偏差による修正信号を加えた静的先行制御信号に応じて
ボイラの給水量，燃料量等の入力量を操作し、主蒸気圧
力を規定値に制御するボイラ自動制御装置において、負
荷指令信号の変化開始時点から負荷指令信号の変化に対
応して主蒸気圧力についての動的先行制御信号を出力し
て静的先行制御信号を修正する。また、負荷指令信号の
変化完了前の所定時点を設定し、設定された時点で前記
動的先行制御信号を遮断または収束に向かわせる。以上
の先行制御方法により負荷変化時並びに起動停止時にお
ける主蒸気圧力変化を最小限に抑制している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術１によれ
ば、目標値変化時または該乱印加時に観測される制御応
答波形形状からＰＩＤ制御パラメータを効率的に自動調
整できる。しかし、従来技術１では、制御量の応答遅れ
の大きな火力発電プラントに対し有効な先行制御を併用
した場合の制御パラメータ自動調整方法に関しては、考
慮していない。また、従来技術２によれば、先行制御を
行うことにより負荷指令信号変化時並びに起動停止時に
おける主蒸気圧力変化を最小限に抑制できる。しかし、
従来技術２では、先行制御パラメータの調整方法に関し
て考慮していない。

【０００６】本発明の目的は、火力発電プラントの制御
量応答波形の特徴に基づいて、動的先行制御パラメータ
を自動調整し、最適に調整された動的先行制御信号によ
り負荷指令信号変化時及び起動停止時に主蒸気温度変
化，主蒸気圧力変化などの制御量変動を最小限に抑制す
ることのできる火力発電プラント自動制御装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、負荷指令信号
に対応した静的先行制御信号と、前記負荷指令信号に対
応して前記静的先行制御信号を修正する動的先行制御信
号に応じて火力発電プラントの入力量を操作し、主蒸気
圧力及び主蒸気温度等の制御量を規定値に制御する火力
発電プラント自動制御装置において、前記火力発電プラ
ントの制御量の応答波形の特徴に基づいて、前記動的先
行制御信号のパラメータを調整する手段を具備すること
により達成される。また、上記火力発電プラント自動制
御装置において、前記火力発電プラントの前記制御量の
応答波形の特徴からファジィ推論により前記動的先行制
御信号のパラメータ調整値を算出し、前記動的先行制御
信号のパラメータを調整する手段を具備することによっ
て達成される。

【０００８】

【作用】以上の構成を取ることにより、火力発電プラン
ト自動制御装置の動的先行制御パラメータを自動調整
し、最適に調整された動的先行制御信号により負荷指令
信号変化時及び起動停止時に主蒸気温度変化，主蒸気圧
力変化など制御量変動を最小限に抑制する作用がある。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例１を図１から図８を用
いて説明する。

【００１０】図１は本発明による火力発電プラント自動
制御装置を示す回路図、図２は本発明における負荷指令
信号と先行制御信号との関係を示す図、図３は本発明に
よる火力発電プラント自動制御装置の調整器機能構成を
示す図、図４は負荷指令信号変化時の主蒸気温度波形形
状から特徴量を求めるための図、図５はファジィ推論に
おけるメンバシップ関数を示す図、図６はファジィ推論
における調整ルールを示す図、図７はファジィ推論によ
る制御パラメータ修正係数の求め方の一例を示す図、図
８は本発明による調整シミュレーション結果を示す図で
ある。

【００１１】図１において、１は負荷指令信号設定器、
２は負荷指令信号の変化率を制限する変化率制限器、３
は主蒸気温度制御信号を修正する動的先行制御信号を負
荷指令信号の関数として発生させる関数発生器、４は負
荷指令信号変化時からの時間を計測するタイマ、５はタ
ービン加減弁制御装置、６は主蒸気圧力制御装置、７及
び１１は加算器、８は給水量制御装置、１０は主蒸気温
度制御装置、１２は燃料量制御装置、１３はボイラ，タ
ービン及び発電機から成る火力発電プラント、１４は関
数発生器３のパラメータ調整器である。

【００１２】次に、その機能について説明する。負荷指
令信号設定器１からステップ関数として出力される負荷
指令信号を変化率制限器２によりランプ関数に変換し、
発電機出力との偏差を取る。さらにタービン加減弁制御
装置５によりこの偏差に応じたタービン加減弁操作量を
出力する。また、主蒸気圧力制御装置６は主蒸気圧力と
主蒸気圧力設定値との偏差に基づき主蒸気圧力修正信号
を出力する。この修正信号と前記のランプ関数に変換さ
れた負荷指令信号（変化率制限器２の出力）を加算し、
給水量制御装置８の目標値(負荷指令信号変化に伴い必
要となる給水量)とする。給水量制御装置８はこの目標
値と給水量との偏差に基づき給水ポンプを操作する。さ
らに、主蒸気温度制御装置１０は主蒸気温度と主蒸気温
度設定値との偏差に基づき主蒸気温度修正信号を出力す
る。この主蒸気温度修正信号と、主蒸気圧力修正信号と
ランプ関数に変換された負荷指令信号の和である加算器
７の出力にゲイン９を乗じた静的先行制御信号（ゲイン
９の出力）と、負荷指令信号変化時における燃料量の過
不足分補正量である動的先行制御信号ＦＶ（関数発生器
３の出力）とを加算し、燃料量制御装置１２の目標値
（負荷指令信号変化に伴い必要となる燃料量）とする。
燃料量制御装置１２はこの目標値と燃料量との偏差に基
づき燃料量調節弁を操作する。ここに、変化率制限器２
の出力と、ゲイン９の出力及び関数発生器３の出力の関
係は図２で表される。また、関数発生器３は図に示すよ
うにパラメータＫ，Ｔａ及びＴｂにより表される次式に
基づき、動的先行制御信号ＦＶを出力する。

【００１３】

【数１】ＦＶ＝０（ｔ≦Ｔ１＋Ｔａ）ＦＶ＝Ｋ（Ｔ１＋Ｔａ＜ｔ≦Ｔ３）ＦＶ＝−Ｋ（ｔ−Ｔ３）／Ｔｂ＋Ｋ（Ｔ３＜ｔ≦Ｔ３＋Ｔｂ）ＦＶ＝０（Ｔ３＋Ｔｂ＜ｔ）ここに、Ｔ１は負荷指令信号変化開始時刻、Ｔ２は負荷
指令信号変化終了時刻でありＴ１、負荷指令信号の変化
幅及び負荷変化設定値より算出する。ｔは時刻Ｔ１から
の経過時間であり、タイマ４により計測される。最適な
動的先行制御信号ＦＶを出力するためには、このパラメ
ータＫ，Ｔａ及びＴｂを適正値に調整する必要がある。
この調整は調整器３により行う。次に、図３により調整
器３について説明する。

【００１４】図に示したように、調整器３は、主蒸気温
度偏差検出機能１５，整定判定機能１６，特徴量抽出機
能１７，制御性判定機能１８，パラメータ修正係数推定
機能１９，調整ルール２０及びパラメータ調整値演算機
能２１から構成される。

【００１５】主蒸気温度偏差検出機能１５は時刻Ｔ１よ
り主蒸気温度偏差を常時観測する。整定判定機能１６は
時刻Ｔ２以後再び偏差が０に整定するのを判定し、判定
した時点で特徴量抽出機能１７を動作させる。特徴量抽
出機能１７は観測した主蒸気温度偏差から主蒸気温度波
形の特徴量を求める。この主蒸気温度波形の特徴量を図
４により説明する。図４は負荷指令信号が時刻Ｔ１から
時刻Ｔ２までランプ関数で変化する場合の主蒸気温度の
代表的な変動を示したものであり、ここで主蒸気温度波
形の特徴量は次の３つである。すなわち、負荷指令信号
の変化開始時刻Ｔ１から変化終了時刻Ｔ２までの間の最
大主蒸気温度偏差Ｔｍａ，負荷信号変化終了時刻Ｔ２で
の主蒸気温度偏差Ｔｍｃ，負荷指令信号変化終了時刻Ｔ
２以後の最大主蒸気温度偏差Ｔｍｂである。

【００１６】制御性判定機能１８は得られた特徴量が各
々目標制御仕様を満足すれば、先行制御パラメータを最
適値にあるものとし調整を終結する。特徴量が目標制御
仕様を一つでも満足しない場合には、パラメータ修正係
数推定機能１９を動作させる。

【００１７】次に、ファジィ推論を用いたパラメータ修
正係数推定機能１９について説明する。ファジィ推論に
は図５に示すメンバシップ関数及び図６に示す調整ルー
ルを用いる。最初に、主蒸気温度の特徴量を定性的に評
価するための前件部メンバシップ関数(図５（ａ)）につ
いて説明する。図の横軸は最大主蒸気温度偏差Ｔｍａ，
主蒸気温度偏差Ｔｍｃ及び最大主蒸気温度偏差Ｔｍｂ、
縦軸は定性的な度合いを表わす。図中のＴｍａ１〜Ｔｍ
ａ５，Ｔｍｃ１〜Ｔｍｃ５及びTmb1〜Tmb5はそれぞれ前
件部メンバシップ関数を決定するための定数であり、Ｎ
Ｂ，ＺＥ及びＰＢはそれぞれ前件部メンバシップ関数に
与えた分類のための名称である。図５（ａ）左の最大主
蒸気温度偏差Ｔｍａの前件部メンバシップ関数定義図に
おいて、例えば、ＴｍａがＴｍａ′の時、ＴｍａはＮＢ
である度合いが０.２でありかつ、ＺＥである度合いが
０.６であることを示す。

【００１８】これら定性的に評価された特徴量に対し、
パラメータ修正係数の修正の度合いを定義するのが図６
に示す調整ルールであり、例えば、ルール３は、「Ｔｍ
ａがＰＢでありかつ、ＴｍｃがＺＥでありかつ、Ｔｍｂ
がＰＢである時、ＣｐＫはＮＢでありかつ、ＣｐＴａは
ＢＧでありかつ、ＣｐＴｂはＳＭである。」という意味
を表す。ここに、ＣｐＫ，ＣｐＴａ及びＣｐＴｂはパラ
メータ修正係数である。

【００１９】図５（ｂ）は、定性的に決定されたパラメ
ータ修正係数を定量的な値に変換するための後件部メン
バシップ関数である。図の横軸はパラメータ修正係数、
縦軸は定性的な度合いを示す。図中のＣｐ１〜Ｃｐ５は
後件部メンバシップ関数を決定するための定数であり、
ＳＭ，ＭＥ及びＢＧはそれぞれ後件部メンバシップ関数
に与えた分類のための名称である。

【００２０】図７にファジィ推論によるパラメータ修正
係数の求め方の一例を示す。特徴量抽出機能１７で得ら
れた主蒸気温度の特徴量Ｘ，Ｙ及びＺの定性的な度合い
を図５（ａ）に示した前件部メンバシップ関数より求め
る。ルール３では、それぞれＧＡ，ＧＣ及びＧＢ，ルー
ル４ではＧＡ′，ＧＣ′及びＧＢ′となる。ルールごと
に積集合（最小値）演算を行い、各ルールの適合度を求
める。ルール３ではＧＢが、ルール４ではＧＡ′が各々
の適合度として得られる。次に、各ルールの後件部のメ
ンバシップ関数を各ルールの適合度で重み付けし、それ
らの和集合（最大値）演算を行い、その重心の値をパラ
メータ修正係数ＧＣｐＫとする。他のパラメータ修正係
数についても同様にして求める。

【００２１】パラメータ調整値演算機能２１は、パラメ
ータ修正係数推定機能１９で得られた制御パラメータ修
正係数と制御パラメータの現在値とを乗じて次回の制御
パラメータとする。

【００２２】これら一連の調整動作は、制御性判定機能
１８において特徴量が各々目標制御仕様を満足するまで
続けられる。

【００２３】次に、本発明による火力発電プラント自動
制御装置を火力発電プラントの動特性を忠実に再現した
プラントシミュレータに対して適用した調整シミュレー
ション結果を図８に示す。本図は、負荷指令信号をある
変化率で繰り返し変化させた場合の主蒸気温度の応答を
示すものであり、負荷指令信号変化の間に負荷指令信号
上げ及び下げ時用動的先行制御パラメータを調整する。
図では、５回の負荷変化の間に負荷上げ及び下げ時用動
的先行制御パラメータの調整を完了し主蒸気温度の変動
を最小限に抑制できるようになった。

【００２４】また、実施例１において、関数発生器３は
図９に示すようにパラメータＫ，Ｔａ及びＴｂにより表
わされる次式に基づき動的先行制御信号ＦＶを出力させ
ても良い。

【００２５】

【数２】ＦＶ＝Ｋ（ｔ−Ｔ１）／Ｔａ（ｔ≦Ｔ１＋Ｔａ）ＦＶ＝Ｋ（Ｔ１＋Ｔａ＜ｔ≦Ｔ３）ＦＶ＝−Ｋ（ｔ−Ｔ３）／Ｔｂ＋Ｋ（Ｔ３＜ｔ≦Ｔ３＋Ｔｂ）ＦＶ＝０（Ｔ３＋Ｔｂ＜ｔ）ここに、Ｔ１は負荷指令信号変化開始時刻、Ｔ２は負荷
指令信号変化終了時刻でありＴ１，負荷指令信号の変化
幅及び負荷変化率設定値より算出される。ｔは時刻Ｔ１
からの経過時間であり、タイマ４により計測される。こ
のパラメータＫ，Ｔａ及びＴｂを調整器１４により調整
する。このように、関数発生器３出力を定義する式は種
々考えられ、他にも２次あるいは３次曲線等により各時
刻間を補間する方法等がある。

【００２６】以上述べてきたように、本実施例によれ
ば、火力発電プラント自動制御装置の先行制御パラメー
タを最適に自動調整でき、負荷指令信号変化時に主蒸気
温度等制御量の変動を最小限に抑制できる。また、以上
では、主蒸気温度の制御を中心に説明したが本発明によ
る先行制御パラメータの自動調整方法は、主蒸気圧力制
御，空燃比制御，再熱蒸気温度制御等他の制御ループに
おける動的先行制御パラメータの調整にも活用できる。

【００２７】次に、図１０により本発明の実施例２につ
いて説明する。本実施例における調整ガイダンス２２の
機能は、実施例１における調整器１４の機能とほぼ同様
であるが、関数発生器３のパラメータを直接調整するの
ではなく、調整のためのガイダンスを表示装置等により
パラメータ調整者に与える。調整者はガイダンスを参照
しながらパラメータ調整作業を進めることができる。こ
の結果、調整時間の短縮を図ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上記述したように、本発明によれば、
火力発電プラント自動制御装置の動的先行制御パラメー
タを自動調整し、最適に調整された動的先行制御信号に
より、負荷指令信号変化時における主蒸気温度等制御量
の変動を大幅に抑制することができる。また、本制御方
法は主蒸気温度制御のみならず蒸気圧力制御，空燃比制
御等にも適用できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による火力発電プラント自動制御装置を
示す回路図である。

【図２】本発明における負荷指令信号と先行制御信号と
の関係を示す図である。

【図３】本発明による火力発電プラント自動制御装置の
調整器機能構成を示す図である。

【図４】負荷指令信号変化時の主蒸気温度波形形状から
特徴量を求めるための図である。

【図５】ファジィ推論におけるメンバシップ関数を示す
図である。

【図６】ファジィ推論における調整ルールを示す図であ
る。

【図７】ファジィ推論による制御パラメータ修正係数の
求め方の一例を示す図である。

【図８】本発明による調整シミュレーション結果を示す
図である。

【図９】本発明による負荷指令信号と先行制御信号との
関係の他の例を示す図である。

【図１０】本発明による火力発電プラントの自動制御装
置の他の例を示す回路図である。

【符号の説明】

１…負荷指令信号設定器、２…変化率制限器、３…関数
発生器、４…タイマ、５…タービン加減弁制御装置、６
…主蒸気圧力制御装置、７…加算器、８…給水量制御装
置、９…倍率器、１０…主蒸気温度制御装置、１１…加
算器、１２…燃料量制御装置、１３…火力発電プラン
ト、１４…調整器、１５…主蒸気温度偏差検出機能、１
６…整定判定機能、１７…特徴量抽出機能、１８…制御
性判定機能、１９…パラメータ修正係数推定機能、２０
…調整ルール、２１…パラメータ調整値演算機能、２２
…調整ガイダンス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 11/32 Ａ 7531−3ＨＧ０５Ｄ 27/02 8610−3Ｈ (72)発明者遠山栄二茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者横川篤茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷指令信号に対応した静的先行制御信号
と、前記負荷指令信号に対応して前記静的先行制御信号
を修正する動的先行制御信号とに応じて火力発電プラン
トの入力量を操作し、制御量を規定値に制御する火力発
電プラント自動制御装置において、前記火力発電プラン
トの制御量応答波形の特徴に基づいて、前記動的先行制
御信号のパラメータを調整する手段を具備することを特
徴とする火力発電プラント自動制御装置。
【請求項２】負荷指令信号と主蒸気圧力偏差とによる修
正信号に対応した静的先行制御信号と、前記負荷指令信
号に対応して前記静的先行制御信号を修正する動的先行
制御信号とに応じて火力発電プラントの入力量を操作
し、制御量を規定値に制御する火力発電プラント自動制
御装置において、前記火力発電プラントの制御量応答波
形の特徴に基づいて、前記動的先行制御信号のパラメー
タを調整する手段を具備することを特徴とする火力発電
プラント自動制御装置。
【請求項３】請求項１または２記載の火力発電プラント
自動制御装置において、前記火力発電プラントの前記制
御量の応答波形の特徴からファジィ推論により前記動的
先行制御信号のパラメータ調整値を算出し、前記動的先
行制御信号のパラメータを調整する手段を具備すること
を特徴とする火力発電プラント自動制御装置。
【請求項４】請求項１または２記載の火力発電プラント
自動制御装置において、前記動的先行制御信号のパラメ
ータは、前記動的先行制御信号の入力時期，ゲイン，収
束時間であることを特徴とする火力発電プラント自動制
御装置。
【請求項５】請求項１または２記載の火力発電プラント
自動制御装置において、前記動的先行制御信号の制御パ
ラメータは、前記動的先行制御信号の立ち上げ時間，ゲ
イン，収束時間であることを特徴とする火力発電プラン
ト自動制御装置。
【請求項６】請求項１または２記載の火力発電プラント
自動制御装置において、前記制御量応答波形は、主蒸気
温度の波形であり、前記特徴は、前記負荷指令信号の変
化の開始時点から完了時点までの最大主蒸気温度偏差
と、前記負荷指令信号変化完了時点での主蒸気温度偏差
と、前記負荷指令信号変化完了時以後の最大主蒸気温度
偏差であることを特徴とする火力発電プラント自動制御
装置。
【請求項７】請求項１または２記載の火力発電プラント
自動制御装置において、前記火力発電プラントの入力量
は、蒸気量，燃料量，給水量，空気量，スプレ流量，再
循環ガス流量のいずれかまたはその組合わせであること
を特徴とする火力発電プラント自動制御装置。
【請求項８】請求項１から７記載の先行制御パラメータ
調整手段による先行制御パラメータ調整方法。
【請求項９】請求項１から７記載の先行制御パラメータ
調整手段を具備することを特徴とする先行制御パラメー
タ調整装置。
【請求項１０】請求項１から７記載の先行制御パラメー
タ調整手段と、調整ガイダンスを表示する手段とを具備
することを特徴とする調整ガイダンス装置。