JPS6394004A - 発電プラント起動装置 - 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】 〔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、特に繰返し計
算による起動スケジュール最適化の収束性を向上させる
ために好適な、初期スケジュールの作成方法に関する。

〔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ュールと
して決定し、この起動スケジュ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　ｌ１
ｏｒｌｄ。

ＶｏＱ、１６５．＆６の論文“Ｔｈｅｒｍａｌ　５ｔｒ
ｅｓｓｓＩｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ｓｔａｒｔｌｎｇ、　Ｌ
ｏａｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｂｏｉｌｅｒｓ’、、礼ｒｂｉｎ
ｅｓ　”で述べられている。この方法は、プラ；；”’
　７′ 、レトの限られた部分の初期状態によって一義的に起動
スケジュ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ュールに余
裕を持たせることにより吸収している。

そのため１作成される起動スケジュールは必要以上に長
くなりがちであった。

また、別の従来方法としては、Ｕ　Ｓ　Ｐ３，４４６，
２２４及び１７３　Ｐ４，２２８．３５９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
監視しなか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
した急速起動方法でアｌＪ、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ュールを作
成するため、ボイラ点火前の任意時刻にて起動スケジュ
ールを作成し、且つ中央給電指令所（以下、中給と呼び
）から指定された起り＝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）できる起動スケジュー
ルを作成することができなかった。

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、それに伴っ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）が大きくなるといったプラント運
用上の経済性の問題と、起動スケジュールを実行する上
での安全性の問題があった。

〔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、運転員が経験的に持っているプラント初期状
態と適切な起動スケジュールに関する定性的な知識を活
用して、繰返し計算による起動スケジュール最適化の良
好な収束性を得るために初期スケジュールの適正化を可
能と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、この動特性モデルも使用するボイ
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
計算手法により起動スケジュールを最適化するスケジュ
ール最適化手段と、上記繰返し計算用の初期スケジュー
ルを決定するための基本スケジュール作成手段を用いる
ことにより、達成できる。

上記基本スケジュール作成手段では、ファジィ推論環を
適用して、熟練運転員の思考方法と似た方法を用いるこ
とにより、繰返し計算による良好な収束性が得られる適
切な初期スケジュールを決定できる。

〔作用〕

上記動特性モデルは、仮定した起動スケジュールに従っ
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、起動スケジュールと起動特
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、ジュールを作成できる。

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、ファジィ推論を適用し、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っている。これに
よって、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。

スケジュール最適化手段は、熟練運転員の思考方法と似
た方法でスケジュールを最適化するために、ファジィ推
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、スケジュールを修正し、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、スケジュールを修正するといった繰返し計算手法に
より最適化を行なっている。このスケジュールと起動特
性の定性的因果関係に基づいてスケジュールの修正量を
決定するところが熟練運転員の思考方法とｉている。こ
れにより、最適スケジュール求解の−にめの収束性が極
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。

基本スケジュール作成手段は、前記初期値予測手段で得
られた初期値に応じて、上記スケジュール最適化が用い
る初期スケジュ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
なスケジュールを修正することにより適切な初期スケジ
ュールが作成される。これにより、スケジュール作成に
関する熟練運転員の思考方法を真似ることができ、上記
スケジュ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ュールを作成す
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。

）−１第１図は本発明を適用した発電プラント起動袋−
イ、蒸気タービン及び発電機がら成るプラント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
起動スケジュール作成機能１０００と、作成された起動
スケジュールに従っ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６０
００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、スケジュ
ール作成機能１０００内の情報を書換えたりするための
ユーザインターフェイス４０００から構成されている。

起動スケジュール作成機能１０００は、更に。

動特性モデル１００．初期値予測機能２００．基本スケ
ジュール作成機能３００．スケジュール最適化機能４０
０．ファジィ推論機能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６１
０．基本スケジュール作成ルール６４０．スケジュール
最適化ルール６７０から成る。

上記起動スケジュール作成機能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、基本スケジュール作成機能３００あるいはスケジ
ュール最適化機能４００から与えられる起動スケジュー
ルに従っ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及び基本スケジュール作成機能３００に設定
するためのものである。

基本スケジュール作成機能３００は、スケジュール最適
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ュールとしスケジュール最適化機
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ュールを修正し、再び動
特性モデル１００に起動スケジュール４１０を設定し、
起動特性を予測するといった繰返し計算手法で最適スケ
ジュール４２０を決定するものである。

ファジィ推論機能５００は、前記、初期値予測機能２０
０．基本スケジュール作成機能３００及びスケジュール
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ュール求解の高速
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６
１ｏ。

基本スケジュール作成ルール６４ｏ、スケジュール最適
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、スケジュール最適化機能４００による基本スジ
ュールに従っ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
はスケジュール最適化後のそれぞれを示している０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
ケジュール最適化が可能である、最適化前の起動スケジ
ュールに従っ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、スケジュール最適化機能４００ではスケジュール
最適化ルール６７０を用いたファジィ推論機能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っている。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
を図っている。このように１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ュール作成機能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
イラ点大時における値で、主に温度状ｊｌ）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
困戴である。

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
って、将来のずれをかなり的確に予測できる６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
）ｔｐｒと中給からの併入指定時刻ｔｐｘ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ュール
の中から該当する起動モードを決定し、起動スケジュー
ルを選択する。ここでいう起動スケジュールとは、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　（１０００ｒｐ■において）（ｃ）
第２速度保持時間　（２８０Ｏｒｐｍにおいて）（ｄ）
第３速度保持時間　（３６００ｒｐ■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。

上記スケジュ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ｔｌｏが決°定される０
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）氷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（ＨＰ　Ｔ）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ュール作
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。

−１ひＩ Ｔ＝（Ｔｐｐｔ−Ｔ＾）ａ　　Ｔｌ！”　　＋ＴＡ　　
　　・”（１）ここで、ＴＰＦＴ　ニブラント停止時の
標準温度（℃） Ｔ＾　　：大気温度（”Ｃ） ＴＩＭＥ＋　：解列後経過時間（分） ’ｒＩ！↑Ｃ：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
慮したファジィ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（ｔｏ　）で実測したド
ラム温度Ｘｘ（ｔｏ）ｓ過熱器出口蒸気温度Ｘ１（ｔｏ
）、・・・・・・ドラム圧力Ｘｚｚ（ｔｏ）と（１）式
から得られたその標準値Ｘｔｓ（ｔｏ）、Ｘｚｓ（ｔｏ
Ｌ−°°°Ｘ五１ｓ（ｔｏ）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
ためのメンバーシップ関数である６図中のＥｓ＋ｕｓ（
ｉ）　（ｉ　＝＝１〜７）はメンバーシップ関数の形を
規定する定数であり、ＰＢ、ＰＭ、ＰＳ。

２０、ＮＳ、ＮＭ、ＮＢは偏差Ｅ（７）大ｔ！さを定性
的に評価するためにメンバーシップ関数に与えた名称で
あり、それぞれ下記の意味をもつ。

Ｐ　Ｂ　：　Ｐｏ５ｉｔｉｖｅ　ＢｉｇＰ　Ｍ　：　Ｐ
ｏ５ｉｔ１ｖｅ　Ｍｅｄｉｕ＋ｓＰ　Ｓ　：　Ｐｏ５ｉ
ｔｉｖｅ　Ｓ＋５ａｌｌＮ　Ｏ：　Ｚａｒ。

Ｎ　Ｓ　　：　　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　　Ｓ＋５ａｌｌＮ
　Ｍ　　：　Ｎａｇａｔｉｖｅ　　ＭｅｄｉｕｍＮ　Ｂ
　：　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｂｉｇまた、図の縦軸はメン
バーシップ値である。このメンバーシップ関数を用いて
、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、これに従って作成し
た初期値予測ルールの一例を第５図に示す９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ＤＴＩＱ（３）を定性的に決定する
ためのものである１例えば、ルール嵐３２の場合はＩ　
Ｆ　（Ｅ（２）　ｉｓ　ＮＳ　ａｎｄ　Ｅ（３）　ｉｓ
　ＮＭ）ＴＨＥＮ　　（Ｄ丁ｔｏ（２）　　　ｉｓ　　
ＮＳ）という意味である。

第６１ｉ！！ｌ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ップ関数である
０図中のＥｘＭａ（ｉ）（ｉ＝１〜７）はメンバーシッ
プ関数の形を規定する定数である。ＰＲ。

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ップ関数に与えた
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ップ値である。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
バーシップ関数に属するか決定される。成る初期値に対
する修正量が複数のルールによる複数のメンバーシップ
で規定された場合は、各メンバーシップ値に応じた加重
平均値をもっ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）基本スケジュール作成機能３００基本スケジュー
ルとはスケジュール最適化の収束計算の初期スケジュー
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ュ
ールをかなり的確に決定することができる０本基本スケ
ジュール作成機能３００は、この点に着目したもので、
初期状層の標準値からのずれに応じて予め準備した標準
スケジュ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
基本スケジュール作成機能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ュール
は標準スケジュールの中から選ｉｆ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ュ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ァジィ推論に
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２
００で予測したボイラ点火時のドラム温度Ｘｔ（ｔｘａ
）。

過熱器出口蒸気温度Ｘｚ（ｔ’ｒｏ）　ｔ・・・・・・
ドラム圧力１１ｚ（ｔｒｏ）とその標準値Ｘｚ（ｔＩａ
）、Ｘ５（ｔｒｏＬ・・・・・・Ｘｘｚ（ｔｗｏ）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
のメンバーシップ関数である１図中のＥＰＭＢ（ｉ）（
ｉ＝１〜７）はメンバーシップ関数の形を規定する定数
であり、ＦＢ、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ッ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ップ値で
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
な基本スケジュールを作成するための知識を整理したも
のであり１点火時予測偏差に応じて、どのスケジュール
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。これに従って作成した基本スケジュール作成
ルールの一例を第９図に示す０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０例えば、ルールＮａ６の
場合は、 Ｉ　Ｆ（Ｅｐ（１）ｉｓ　ＰＭ） ＴＨＩ　Ｎ（Ｄｐ（１）　１ｓ　　ＰＭ　ａｎｄ　Ｄｐ
（２）　ｉｓ　Ｐ　５ａｎｄ　Ｄｐ（３）　ｉｓ　ＰＳ
　ａｎｄ　Ｄｐ（４）　ｉｓ　Ｐｇａｎｄ　Ｄｐ（５）
　ｉｓ　Ｐ　Ｓ　ａｎｄ　Ｄｐ（６）　１ｓ　Ｐ　５ａ
ｎｄ　Ｄｐ（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ュールパラメー
タ修正量を定量的な値に変換するためのメンバーシップ
関数である０図中のＤｐＭｎ（ｉ）（ｉ＝１〜７）はメ
ンバーシッ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
ンバーシッ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
シップ値である。適用されたルールにより、スケジュー
ルパラメータの修正量が定性的にどのメンバーシップ関
数に属するかが決定される。成るスケジュールパラメー
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
シップで規定された場合は１、各メンバーシップ値に応
じた加重平均値をもっ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ュールが作成
されたことになる。

（３）スケジュール最適化機能４００ 上記基本スケジュール作成機能３００により作成された
基本スケジュールを基にして、最適スケジュール即ちボ
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
ケジュールパラメータを決定するのが本スケジュール最
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１０
０を用いる。起動時の熱応カバターンとスケジュールパ
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、コンプレッ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（最適スケジュール）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、ファジィ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っている。この経験的か
つ定性的なｍｍを活用して最適化のためのスケジュール
修正量を決定する。

具体的には、まず第１１図に示すように、基本スケジュ
ール作成機能３００から与えられたスケジュールパラメ
ータｐｉ　　（ｉ＝１〜７）で定まる基本スケジュール
に従っ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、スケジュール
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ュール
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め・る１本図ではｍＪ　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Ｍａ（ｊ）の両者の
意味で示している０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で熱応カバターンの特
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
バーシップ関数を用いて、ロータ表面応カマ−ジンＭｓ
（ｊ）及びロータボア応カマージンＭａ（ｊ）を定性的
に評価することにより、熱溶カバターンの特徴を抽出す
る０図中のＭＭａ（ｉ）（ｉ＝１〜６）はメンバーシッ
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Ｍｎ（ｊ）の
大きさを定性的に評価するためにメンバーシップ関数に
与えた名称である。また、図の縦軸はメンバーシップ値
である。

スケジュール最適化ルール６７０は、「熱応力’、：；
４！ｉｐ　ニンがどの様であればどのスケジュールパラ
メータをどの程度修正すれば良い」といった断片的知識
である。第１４図は、動特性モデル１００を用いて予測
したタービン熱溶カバターンに応じてスケジュールを修
正するための知識を整理したものである０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
ジュ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、Ｍｇ（１）　、　Ｍａ（２
）　、−−Ｍｇ（７）及びＭａ（１）、Ｍａ（２）−・
・・・・・Ｍｕ（７）は。

それぞれ第１．第２．・・・・・・第７区間におけるロ
ータ表面最小応カマージン及びロータボア最小応カマー
ジンである。

第１５図は、上記考え方に従って作成したスケジュール
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
）からスケジュ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０例えば、ルール＆５４の場合は、Ｉ　Ｆ　（Ｍ
ａ（５）　ｉｓ　Ｐ　Ｂ　ａｎｄ　Ｍｓ（６）　ｉｓ　
ＰＭ）ＴＨＥＮ　（ＤＰＴ（４）　ｉｓ　ＮＭ　ａｎｄ
　Ｄｐｔ（５）ｉｓＮＭ　ａｎｄ　Ｄｐｒ（６）ｉｓ　
Ｎ　Ｓという意味である。

第１６図は、定性的に決定されたスケジュールパラメー
タ修正量を定量に変換するためのメンバーシップ関数で
ある０図中のＤｐｔＭａ（ｉ）（ｉ＝＋１〜７）はメン
バーシップ関数の形を規定する定数である。ＰＲ，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
シップ関数に与えた名称である。また、図の縦軸はメン
バーシップ値である。

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カバターン
の特徴とスケジュール最適化ルール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
メンバーシップ関数に属するかが決定される。

−された場合は、各メンバーシップ値に応じた加重平均
値をもっ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図に示すスケジュール修
正量決定機能１７０である。

以上でスケジュールパラメータの修正量が決定され、修
正されたスケジュールに従って、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０以上を繰返すことにより最適起動スケ
ジュール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ュールの最適性を判
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
スケジュ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った場合とし、その
中で最も起動所要時間が小さくなる起動スケジュールを
最適スケジュール第１図に示したように、ユーザインタ
ーフェイス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ュール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からのブロセス入力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、削除が必要となった場合は、ユーザインターフェ
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、ファジィ推論を応用したスケジュール最適
化機能４００におけるスケジュール最適化過程を示すも
のである０図中の番号は繰返し計算の第１．３，５．２
００回目作成された起動スケジュールとそのときの起動
特性を示す、ここで、一８ ように、５回目でほぼ最適値に近いスケジュールが得ら
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ュールは併入指定時
刻（本図では解列時刻からの経過時間で示してあり４８
０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
方向でスケジュ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
熱応力の緩和を図っている。このように、本スケジュー
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、スケジュールパラメー
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、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〈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雇量、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〈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った起動スケジュールを作成す
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１本実施例のスケジュ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ュールを最適値と
見做す方法、あるいは運転制限条件を満足する所定個の
起動スケジュー）ル、候補が得られるまで繰返し計算を
実施し、その′吊′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、メンバーシッ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っ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
を忠実に守っ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。

さらに１本発明によれば、起動スケジュール最適化計算
における計算所要時間を短縮できるため。

演算性能の高い高価な計算機を使用する必要がなく、安
価な起動装置とすることが可能となる。

【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
図は起動スケジュ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ップ関数を示す、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ップ関数を示す、第７
図は点火時予測偏差評価用メンバーシップ関数を示す。 第８図は点火時予測偏差と修正対象スケジュールパラメ
ータの関係を示す、第９図は基本スケジュール作成のル
ールの一例を示す、第１０図はスケジュールパラメータ
修正用メンバーシップ関数を示す、第１１図はスケジュ
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
ンバーシップ関数を示す、第１４図は応力マージンと修
正対象スケジュールパラメータの関係を示す、第１５図
はスケジュール最適化ルールの一例を示す。 第１６図はスケジュールパラメータ修正用メンバーシッ
プ関数を示す、第１７図はスケジュール最適化過程を示
す。 ＠８６子１１ｔ−ル：Ｅ（２）、Ｅ（う）ＴＩ３１Ｄｎ
ｃ（２））；ＪＪｔｌルールｉＰＭ９（リ　　Ｅｐｐｑ
Ｂ（Ｂ）　　　ＥＰＭ８（５ン　　　とｆＭＢ（ｑ〕第
９０

Claims (1)

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
   標値を決定するための起動スケジュール作成手段を有し
   、該起動スケジュールを作成するために、プラントの停
   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
   動モードに対応して標準スケジュールを選択する標準ス
   ケジュール選択手段と、選択された該標準スケジュール
   に対応した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、該温度偏差に応
   じて選択された該標準スケジュールを修正し、新たなス
   ケジュールを作成するための基本スケジュール作成手段
   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項記載の該基本スケジュール作
   成手段において、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ュールの修正量を決定する
   ための標準スケジュ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。