JPS5919242B2 - プラント制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラント制御方法に係り、特に製鉄所等で発生
するガスを燃料とするガス混焼発電所に適用して、各ユ
ニット毎のガス燃料および負荷を経済的に配分するに好
適なプラント制御方法に関する。

一般に、ガス混焼発電所では、製鉄所等で発生するガス
のほか重原油等を燃料として用いており、要求される負
荷に応じて重原油等の燃料を調整して発電を行なってい
る。

従来のガス混焼発電所では、製鉄所から供給されるガス
量および要求される負荷量（発電電力量）を変更する度
に、運転員が手計算または感に頼って、各ユニットへの
ガスおよび負荷の配分量を決定していた。

しかしながら、かかる方法では発電所の経済的な運用は
困難であり、また運転員の労力が多い反面、変動に対す
る応答が遅く、得られル効果も良くないという問題点が
あった。

従って、本発明の目的は、ガス量または負荷量の変動に
対して直ちに各ユニットへのガスおよび負荷の配分量を
決定し、その配分量でプラントの各ユニットを制御し、
プラントのより経済的な運用をはかったプラント制御方
法を提供することにある。

以下、図面に従って本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るプラント制御方法をガ
ス混焼発電所に適用した場合を例示するブロック構成図
を示すもので、同図中、Ｐ Ｕｌ ＊ＰＵ２．・・・、
ＰＵｎは第１〜第ｎ号の各発電ユニット、ＧＳは前記各
ユニットＰＵ１〜ＰＵｎに対して燃料ガスを供給するガ
ス供給源、Ｏ８は前記各ユニン）ＰＵ１〜ＰＵｎに対し
て重原油を供給する重原油タンク、Ｇ４〜Ｇｎは各ユニ
：２）ＰＵ１〜ＰＵｎへのガス供給量、ＧＴはガス供給
量０１〜Ｇｎの総和、０□〜Ｏｎは各ユニットＰＵ１〜
ＰＵｎへの重原油供給量、ＯＴは重原油供給量Ｏ１〜Ｏ
ｎの総和、Ｐ１〜Ｐｎは各ユニットＰＵ。

ＰＵｎの発電電力量（負荷）、ＰＴは発電電力量Ｐ１〜
Ｐ２の総和をそれぞれ示すものである。

以上述べた如き構成を有するガス混焼発電所の運用に当
っては、各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎへのガス供給量の総
和ＧＴおよび各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎからの発電電力
量の総和ＰＴが指定され、この要求を満足する様に燃料
ガスの他に重原油を供給して助燃させている。

この場合、各ユニン）ＰＵ□〜ＰＵｎへの燃料ガスおよ
び負荷の経済配分を行なうことは指定された条件、即ち
燃料ガスおよび負荷の総和を満足した上で助燃する重原
油を最小にする様なプラントの運用を行なう事が望まし
い。

第１図に示した各量の関係は下記の通りである。

マタ各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎのプラント運転上の制約
より下記条件が前提となる。

（ＧＬ）４ ＜Ｇｉ ＜ （ＧＨ） ４ （４
）（ＯＬ）ｉ〈Ｏｌ〈（ＯＨ）ｔｈ（５） （ＰＬ） ｉ＜Ｐｉ ＜ （ＰＨ） Ｈ（６）但し、（
ＧＬ）ｉはガス使用量の最小値、（ＧＨ）ｉはガス使用
量の最大値、（ＯＬ）ｉは重原油使用量の最小値、（Ｏ
Ｈ）ｊは重原油使用量の最大値、（ＰＬ）ｊは負荷の最
小値、（ＰＨ）ｉは負荷の最大値である。

ちなみに、ガスおよび重原油については式を簡略化する
ために熱量単位ペースで表記するものとする。

一方、各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎにおい℃は、燃料とし
てＧｉのガスとＯｌの重原油を使用してＰｉの発電を行
なっていることになる。

各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎの効率特性は種々のパラメー
タの影響を受けるが、ここでは各ユニットＰＵＩ〜ＰＵ
ｎの負荷Ｐｉおよびガス量Ｇｉの関数として定義する。

今、負荷Ｐｉおよびガス量Ｇｉの時のユニットの効率を
ｆ ｉ（Ｐ ｔ ＊ Ｇ ｔ ）とすると次式が成立す
る。

（Ｇｉ刊ｉ）、ｆｉ（Ｐｉ、Ｇｉ）＝ｋ・Ｐｉ （
７）但し、ｋは単位換算のための定数（＝８６０Ｋｃａ
ｌ／ＫＷＨ）である。

上記（７成より が成り立つ。

従って、各ユニットＰＵ１〜Ｐ［Ｊｎの−Ｂ、ｚ、およ
び負荷の配分量をそれぞれＧｉおよびＰｉとした時の重
原油供給量の総和ｏＴは次式で示される。

今、各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎの重原油のみに依る専焼
時、即ちガス供給量がａｔ Ｏ”の時の必要入熱量をＱ
ｉとすると、Ｑｉは負荷の関数で定義可能であり、（７
）式から なる式を導出できる。

ガスを混焼した場合はガス混焼の割合に応じて効率特性
が変化し、必要入熱量が変化する。

ガス混焼時の必要入熱量をｑｉ（ＰｉｔＧｉ）、ガス混
焼による熱量偏差をｒｉ（Ｐｉ ｔＧｉ）とするとなる
式が成立する。

但し、ｒｉ（Ｐｉ ｔＧｉ）はガス混焼の割合により定
まるものである。

α０式を（９）式に代入すると が得られる。

以上より、各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎへのガスおよび負
荷の経済配分を行なうためには指定されたガス総量ＧＴ
および負荷総量ｐＴに対し、条件（１）へ６）式を満足
しながら、住り式の重原油総量ｏＴを最小にする様に配
分すればよいことになる。

この場合、（１乃式が経済配分を行なうための評価関数
となる。

第２図は本発明の一実施例に係るプラント制御方法の適
用構成を示すブロック構成図である。

同図中、ＧＣはガス管理装置、ＰＣは給電指令装置、Ｐ
ＣＤはプラント制御装置、ＧＡｌは燃料ガス調節装置、
ＰＡｌは負荷制御装置、Ｐ Ｌ １はプラントをそれぞ
れ示すものである。

ちなみに、各ユニットＰＵｉのそれぞれに燃料ガス調節
装置ＧＡｉ負荷制御装置ＰＡｉ、プラントＰＬｉが設け
られる。

かかる構成において、プラント制御装置ＰｃＤはガス管
理装置ＧＣからの供給ガス指令量と給電指令装置ＰＣか
らの要求負荷指令量を受信し、それ等のいずれかが変動
した場合に、後述の方法により各ユニットＰＵ１〜ＰＵ
ｎのガスおよび負荷の配分量を決定し、各ユニットＰＵ
１〜ＰＵｎの燃料ガス調節装置ＧＡ１〜ＧＡｎおよび負
荷制御装置ＰＡ１〜ＰＡｎに出力し、これにより各プラ
ントＰＬ１〜ＰＬｎの燃料ガスおよび負荷を制御する。

なお、各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎの重原油は各ユニット
ＰＵ１〜ＰＵｎの指令負荷を達成するのに必要な熱量と
なる様に各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎ内でマイナループに
より自動調整される。

次にプラント制御装置ＰＣＤにおける各ユニットＰＵ１
〜ＰＵｎへのガスおよび負荷の配分量の決定方法につい
て説明する。

第３図は各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎへのガスおよび負荷
の経済配分点を決定する為の処理の具体例を示すフロー
チャートである。

以下、第２図示構成の具体的な動作について、第３図示
７０−チャートに従って説明する。

第１のルーチン１に於いては、ガス管理装置ＧＣからの
供給ガス指令量ＧＴおよび給電指令装置ＰＣからの要求
負荷指令量ＰＴを取り込むと、第２のルーチン２に於い
て先ず各ユニットＰＵ０〜ＰＵｎへの負荷の初期配分を
行なう。

初期配分の方法としては要求負荷指令量ＧＴを各ユニッ
トの定格負荷または現在負荷に応じて比例配分する方法
があり、例えば なる式に従って配分が行なわれる。

但しＰ。ｉは各ユニットの定格負荷または現在負荷であ
る。

次に、第３のルーチン３に於いては、上記負荷配分点に
おける各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎへのガスの最適配分、
即ち、経済配分を行なう。

ガスの最適配分の方法としては種々の方法があるが、こ
こではラグランシュの未定係数法を使用して計算する。

ガス混焼による補正項ｒｉ（Ｐｉ 、Ｇｉ）はガス混焼
の割合により定まるため、これを なる式で近似する。

これより、ラグランシュの未定係数法により（１２１式
を最小にする各ユニットＰＵ、−ＰＵｎのガス配分量を
計算すると となる。

第３のルーチン３に於いて負荷およびガスの配分が計算
されると、第４のルーチン４に於いてその配分結果を（
１湯式に代入して評価関数の計算を行なう。

次に、負荷についても最適配分となる様に、山登り法の
手法により、負荷の配分点を修正する。

出登り法においては初期配分点を起点とし、各ユニット
ＰＵ１〜ＰＵｎの負荷をあらかじめ定めた単位負荷量だ
け変更した点についても、同様の手順によって評価関数
の計算を行ない、この中で評価関数が最小となった点が
初期配分点と異なる時は、その点を新しり起点として次
々と評価関数が最小となる点を求めていく事により、最
適配分点を求めている。

ちなみに、起点の評価関係が最小であった時はその点が
最適配分点である。

この場合起点を中心として各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎの
負荷を予め定めた単位負荷量だけ変更した点の数は下記
式で示されるケース数だけである。

Ｎ＝２ Ｘ （ｎ−１） ！ （１Ｇ
）ユニット数ｎが小さい時はケース数Ｎも小さくあまり
問題ないが、ｎがある程度大きくなるとケース数は非常
に大きくなり（例えばｎ＝６の時はＮ＝２４０）オンラ
インで山登り法を使用して計算する事は事実上困難とな
る。

そのためここでは、先ず初回であるか否かを第５のルー
チン５で判定して、初回の場合各ユニン）ＰＵ１％ＰＵ
ｎの負荷変化に対する入熱量の変化の割合を第６のルー
チン６に於いて計算し、第７のルーチン７に於いて変化
の割合の最も大きいユニットの負荷を単位負荷量だけ増
大し、変化の割合の最も小さいユニットの負荷を単位負
荷量だけ減少させた点を新しい負荷配分点とする様にし
て演算の高速化をはかつている。

各ユニットＰＵ、−ＰＵｎの負荷変化に対する入熱量変
化の割合はα０式より なる式で表わす事が出来る。

α０式に（１４）式を代入すると が得られる。

第７のルーチン７で求めた新しい負荷配分点に対し、第
３．第４のルーチン３，４によりガスの最適配分を行な
い、評価関数の計算を行なう。

次に、第５のルーチン５に於い℃、初回でない事を判別
して、第８のルーチン８に移行し、この評価関数の計算
値と前回の配分点における評価関数を比較し、前回の評
価関数の方が小さい時は、第９のルーチン９に於いて前
回の配分点を最適配分点とする。

もし今回の評価関数の方が小さい時は、未だ山登りの途
中であるので、今回の配分点を起点とし、第６のルーチ
ン６にもどって新しい負荷配分点を求める。

以上述べた動作を通じて、ガスおよび負荷の最適配分、
即ち経済配分を決定する事が出来るものである。

なお、各ユニットＰＵ１〜ＰＵｎのガスおよび負荷の配
分量にはプラントＰＬ１〜ＰＬｎの運転上より（４）
Ｉ （５） 、 （６）式に示す制約条件がある。

最適配分点の決定の途中で、いずれかのユニットＰＵ１
〜ＰＵｎの配分量が（４） 、 （５） 、 （６）式
で示す制約条件を逸脱した場合は、当該ユニットを制約
条件のりミツト値におさえ、残りのユニットにより再配
分計算を行なうことにより、制約条件を満足した最適配
分点とすることができる。

以上述べた如く、本発明によれば各ユニットへノカスお
よび負荷の経済配分を行なうことにより経済的なプラン
ト運用を可能ならしめた新規のプラント制御方法を得る
ことができるものである。

なお、上記実施例に於いては、ガス混焼発電所を対象と
して例示したが、本発明の実施はこれに限定されるもの
ではなく、上記実施例中のガス供給量Ｇ１〜Ｇｎおよび
その総量ＧＴをｔｔ Ｏｎとし、ガスに対する最適配分
の処理環を削除すれば、ガス混焼を行なわない一般の発
電所における経済負荷配分を可能ならしめる事が出来る
もので、その有用性極めて大なるものである。

また、上記実施例に於いては、プラントの負荷として電
気負荷を想定し、発電電力量を負荷として取り扱った場
合を例示したが、本発明９手法を応用することによりプ
ラントの負荷として電気負荷を取り扱う場合においても
、経済配分を行なうことにより経済的なプラント運用を
可能ならしめる事が出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るプラント制御方法をガ
ス混焼発電所に適用した場合を例示するブロック構成図
、第２図は本発明の一実施例に係るプラント制御方法の
適用構成を示すブロック構成図、第３図は各ユニットへ
のガスおよび負荷の経済配分点を決定する為の処理の具
体例を示す７０−チャートである。 ＰＵ１〜ＰＵｎ・・・・・・ユニット、ＧＣ・・・・・
・ガス管理装置、ＰＣ・・・・・・給電指令装置、ＰＣ
Ｄ・・・・・・プラント制御装置、ＧＡｌ−ＧＡｎ・・
・・・・燃料ガス調節装置、ＰＡ１〜ＰＡｎ・・・・・
・負荷制御装置、ＰＬ１〜ＰＬｎ・・・・・°プラント
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比較的安価なガス燃料と比較的高価な重油燃料との
   混焼をおこなうガス混焼発電所を複数有すル発電プラン
   トの制御方法におイテ、 該複数の発電プラントで使用するガスのガス燃料管理装
   置からのガス燃料総和信号と給電指令装置からの該複数
   混焼発電所に対する総要求負荷指令信号をプラント制御
   装置入力し、 該総要求負荷指令信号が変化したとき、該複数発電プラ
   ントの定格負荷あるいは現状の負荷の値に応じて該総要
   求負荷指令信号の変化分を配分し、該負荷配分された負
   荷における該複数発電プラントへの該ガス燃料量を該助
   燃をおこなう重油燃料量ができるだけ小さくなるように
   再配分し１該再配分されたガス燃料量重油燃料量で発電
   をおこなうように燃料量制御をおこなうことを特徴とす
   るプラント制御方法。