JPS61200335A - 発電ユニツトの起動停止優先順位決定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
電ユニッ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、（１）起動時の熱的シ
ョック、Ｇｉ）運転時間に対応した熱疲労、０２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、
圧縮し、燃焼器４へ導く。燃焼器４では燃料入口から燃
料を取シ込み燃焼させて高温・高圧ガスを発生させ、そ
のガス全タービン２へ導き該タービン内で膨張させて機
械的エネルギーへと変換し発電機３によシ更に電気的エ
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。従ってこのような高温・高圧ガス
を扱うため前記制約条件（即ち起動時の熱的ショックを
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全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全示す図表で
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は主にライナ一部の摩耗かｒ、くる条件であり、破
線１０は主にタービン２人口ノズル５の寿命から来る条
件である。従っ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Ｉ″ｉ複数台のガスタービンから
成っている。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
が通例であシ、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注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
る条件によシ制限されることになシ、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。従って、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と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シ、−！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
ケジュールで決まる。例えば、全発電ユニットを同時期
に定期検査する様な発電所では、定期検査までの各発電
ユニッ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ットｔ−１台ずつ定期点
検してゆく場合には、各発電ユニットについて、当該ユ
ニットノ指定された定期検査臼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って決まるので画一
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チ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アシ、そのスケ
ジュ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
の発電ユニットによ多構成される。従って１台の発電ユ
ニットが定期点検中であっても他の残シの発電ユニット
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台の発電ユニットで構成されてい
る場合、１台ずつ定期点検してゆけば、定格負荷の□ｘ
ｉｏｏｓ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［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。

この種の起動停止制御技術として特開昭５８−１６０５
０４号が公知である。

しかし上記の公知例においては、各発電ユニットの寿命
消費量の均一化について工夫されているが、定期点検ス
ケジュールをそのアルゴリズムに含めてはいない３、本
来機器の寿命管理は、定期点検スケジュールと密接に関
係があシ、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、定期点検スケジュ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グシント（
以下発電ユニットと言う）のオペレータが任意に設定し
た定期点検スケジュールに基づいて、各発電ユニットの
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９判断全必要とせ
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、複数台の発電ユニッ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ットの運
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、オペレータによって設定された定期膚検スケジ
ュールによって、各発電ユニットの寿命消費量を時経列
的に正規化して、各発電ユニット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。

発電ユニッ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
電ユニッ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ットを選択する事が重
要な要素となる。最適な発電ユニッ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。また高効率な起動を行うためには、一番暖かい状
態の発電ユニット、即ち一番最近に停止した発電ユニッ
トを起動する事か適切である事が知られている。従って
高効率運転を最適な寿命消費の条件下で行うには、運転
ユニット台数の変更が必要となった時に次の運転ユニッ
ト台数変更迄の予定に基づいて、考えられるすべてのケ
ースに渡って各発電ユニッ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って起動停止の優先順
位を法定すればよい。

一般に発電ユニットは定期点検を行い、寿命消費した部
品を交換してユニット本体のリフレッシュ金はかり、次
の運転に備える必要がある。発電所においては、複数台
発電ユニッ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ュールを作成し、
効率的にユニット本体のりフレッシュ作業を実施してい
る。この定期点検スケジュ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ットの寿命が
尽きる少し前に定期点検に入シ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、各発電ユニットの寿
命消費状態管監視して、定期点検時期に達したか否かの
判定をしなければならない。ただし、各発電ユニットの
定期点検期日がずれていて、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ットは稼動率をセ
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か短かい発電ユニットは稼動率
を高くして寿命消費を犬ならしめる必要が有る。

す々わち、横軸（Ｘ線）を起動回数とし、縦軸（Ｙ軸）
全運転時間とした座標上では定期点検期日までの暦日期
間の長い発電ユニットは寿命消費速度を小さくシカけれ
ばならないので原点（０゜Ｏ）に近い方にあシ、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ット
は寿命消費速度を太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ット
の定期点検までの日数で決定されるものである。１番目
の発電ユニットの定期点検までの日数ｋＩ）１％　　’
番目の発電ユニットの定期点検壕での日数’ｃＤムとし
番号が若い方がよ）先に定期点検時期を迎えるとすると
この比Ｄ　Ｉ／　Ｄ　ｔ　１１Ｊ、１番目の発電ユニッ
トの寿命消費ｋｔｓｒ番目の発電ユニットの寿命消費を
２１とした時１１／　ｔ　Ｉに比例する（逆比例である
）。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ットの寿命消費を各ユ
ニットごとに監視するよりも、各発電ユニットの座標位
置が１定に来るように正規化した座標内で統−監視する
方が容易であし、人為的な思考や判断を要しないので格
別の熟練ｆｒ［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（Ｘｔ　、Ｙ＋　）に前
記の日数比ＤＩ／Ｄ１を乗することによって行われるの
で、この乗算管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ットの寿命消費
量は見掛は上１点に収斂される。ただしく１１） 実運転に際しては１点に収斂していることは難かしいの
で、前述の公知例を用いて正規化座標上の重心から遠い
ものから停止する方法を実施して１点に収斂させる。・
、。

以上の起動停止方法によシ目標寿命消費に見合った最適
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ット均
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
全発電ユニットの定期点検スケジュールをコンソールか
ら入力する。リクエスト情報１７は、定期点検スケジュ
ール装置１８により収集され規定フォーマットに編集し
直す。

このスケジュール情報１９は必要に応じてオペＶ−夕が
スケジュール・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。スケジュール情報１９を
もとに各ユニットの寿命消費相関予測装置２１が各発電
ユニットの寿命消費状　　　　　−況を把握する。この
各ユニットの寿命情報２２もスケジュール・寿命消費相
関表示装置２０に表示可能である。寿命情味２２は、寿
命消費の正規化装置２３において正規化関数によって各
ユニットの寿命消費に重みをつけて実際の寿命消費座標
（Ｘｔ　、Ｘｔ　）から正規化寿命消費座標（ＸＮＩ。

ＹＮＩ）に写像する。正規化寿命消費座標（ＸＮＩ。

Ｙ旧）２４を起動停止ユニット優先順位決定装置２５０
入力として各ユニットか均一寿命を消費する如く運転す
るよう、全ユニッ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、全ユニットが均一に寿命消
費をし、各ユニッ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　図ニ、’（ケジュール情報フォーマットの１例を
示す。縦軸はユニット基１〜ｉ（１台発電ユニット）横
軸は各ユニットごとの１年間の定期点検スケジュールを
表わす。この横軸でＤｌ　（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。Ａ１が最短日数で
定期点検に入ｐ４ｎが最後に点検に入ると仮定している
。全ユニット均一な寿命消費を目標としているのでＡ１
ユニッ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Ａｎユニッ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カΣ。Ｄｌｌは屋１
ユニットが定期点検に入っ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Ａ１ユニットの第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。

発電ユニッ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、各ユニットの定期点検までの運転日数
をＤとし、その平均稼動率をＲ＋とする時全ユニットの
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＋は各ユニットの寿命消費量で
ある。

ＣＸ　Ｄｉ　ＸＲｔ＝Ｌ　ｔ＝一定　　　　　　　　（
１）ただしｉ＝Ｘ〜ｎ （１）式から各ユニットの定期点検までの運転日数Ｄ＋
とその平均稼動率Ｒ＋は逆比例の関係を持つ。

各ユニットはＤＩの運転日数を持つ時、定期点検までを
平均してＲ１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図は各ユニットの実際の寿命消費状況を寿命消費座
標（Ｘｔ　、’Ｙ＋　）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御浪曲線であシ発電ユニッ
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おって発電ユニット制
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
上に各ユニットが起動停止を繰υ返して交差した時を各
ユニットの定期点検時期とする。今は、この定期点検時
期をスケジューリングしているので各ユニットが順序良
くこの曲線上に来る事になる。一度定期点検を受けて寿
命消費部品の交挨等を行なってユニットのリフレッシュ
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シ新たな寿命消費の道を歩
むことになる。第３図はＡ１ユニットが定期点＠を迎え
た時の各ユニットの寿命消費ゼロ（Ｘｔ　、’Ｙｔ　ｌ
を図示しｋものである。この時魔１ユニットは最適寿命
消費制限曲線２８上に乗ったばかりであシ他ユニットの
寿命消費位置は定期点検スケジュールに沿った一定寿命
間隔をとって前ユニットの後金追うことになる。Ａ１ユ
ニットの稼動率をＲ１、屋ｉユニットの体動′４をＲム
とした時、原点から屋１ユニット座標（Ｘｌ。

Ｙｓ）ｔでの距離をＬｌ、原点からＡｉユニット座標（
Ｘｔ　、’Ｙｉ　）までの距離を１＋とすれば（２）式
の関係が成立する。

ここで、’−１．７＋は（８）、（４）式で表わせる。

αはＸ座標（起動回数の単位音Ｙ座標（運転時間）の単
位に一致させるための係数とする。

ｔ　ｌ　＝＝ｖ’　α２Ｘｔ”　＋Ｙ１２　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（８）ｔＩ−（７ＹＴ
百７（４） さらに定期点検までの運転日数Ｄ＋とその平均稼動率Ｒ
ｔが比例することから（５）式が成立する。

（２）〜（５）式から（６）式を得る。

ここで全ユニッ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（Ｘｔ　、Ｙｔ　）を正規化座標（ＸＮ
Ｉ、　ＹＮＩ）に変換する。正規化方法は、全ユニット
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（ＸＮ　、　ＹＮ　）上
で一点（ＸＮＩ、Ｙ旧）に全ユニットの座標が集中する
ように正規化係数（７）式をとる。

この正規化係数はＡ１ユニットが定期点検に入るまで有
効である。寿命消費量＊　（Ｘｔ　、Ｙｔ　）と正規化
座標（ＸＮＩ　、　ＹＮ　Ｉ）との関係は（８）、（９
）式％式％ （８）式よシ　　＝　（Ｘｔ　　、　Ｙｔ　）　　　　
　　　　　　（９）正規化座標上では、全ユニットの寿
命消費量が見掛は上同じとなるからα０式が成立する。

＝一定値　　　　　　　　ＱＯ この各ユニットの正規化座標（ＸＮＩ　、　ＹＮｓ　）
　’ｆｒ公知例の起動ユニット優先１１位決定装置への
入力とじて、全ユニッ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ってオペレータの意
図した定期点検スケジュールに沿った発電ユニットの起
動停止か効率的に実施可能となる。

次に当初予定してい友屋１ユニットが定期点検に入った
後の処理方法を示す。前記の様に一旦定期点検に入つｆ
ｃ場合、その寿命消費はリセットされるから定期点検期
間（Ｄｓ　）中は原点（０，Ｏ）に位置することになる
。第５図は、煮１ユニットが定期点検中でＡ２ユニット
が定期点検に入る前の状態を図示する。この時はＡ２を
基準として正規化係数を（圧式のように決定する。

１）　Ｉ −口＝２〜ｎ　）　　　　　　　（１１）屋１ユニット
に関しては定期点検中なので起動はあシ得ないからＡ１
ユニットを除いて起動停止スケジュールを作成すること
になる。第６図には屋１ユニットが再起動してＡ２ユニ
ットが定期点検に入ろうとする時の状態を図示しである
。この時屋１ユニットは定期点検期間（Ｄａ　）の後に
再起動しておｐ第１回目定期点検から第２回１定期点検
までの期間をＤ＋’とすると、再起動してから第２回１
定期点検までの期間は（１２）式で表わせる。

Ｄ＋’　　Ｄｓ　　　　　　　　　　　　　（１２）Ａ
２ユニットが定期点検しようとする時のＡ１ユニットの
正規化係数は（１３）式で、他ユニットについては（１
４）式で表わせる。

以下順々に各ユニットが定期点検に入る場合にはそのユ
ニッ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、発電ユニットの
オペレータが任意に定期点検のスケジュールを設定する
ことができ、しかも人為的な思考や判断を伴わずに各発
電ユニット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
、発電ユニットの定期点検スケジュールを示す図表、第
３図は、Ａ１ユニットが定期点検、・に入るときの各ユ
ニッ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（ＸＮ　、　ＹＮ　
）を示す図表、第５図は、犀１ユニットが定期点検中の
ときの各ユニットのの各ユニッ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、各発電ユニットの寿命消費
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、１１・・
・屋１ユニットの位置、１２・・・屋２ユニットの位置
、１３・・・Ａ３ユニットの位置、１４・・・４４ユニ
ツトの位置、１５・・・慮１〜屋４０重心位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、運転時間および起動回数を制約された複数台の発電
   ユニットを、プラント全体の効率を最良ならしめるよう
   に起動・停止を制御する装置において、各発電ユニット
   がそれぞれの定期点検時に均等に寿命消費しているよう
   に各発電ユニットの運転時間及び起動回数の最適目標値
   を設定する手段と、各発電ユニットが上記の目標値に収
   斂するように起動停止の優先順位を決定する手段とを設
   けたことを特徴とする発電ユニッ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ットの起動停止優先順位決
   定装置。