JPS6394005A - 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、特に動特性モ
デルを用いた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、スケジュール最適
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　Ｗｏ
ｒｌｄｇＶ０１２．１６５，８１６の論文“Ｔｈｅｒｍ
ａｌ　ＳｔｒｅｓｓＩｎｆｌｕｅｎｃｅ　　Ｓｔａｒｔ
ｉｎｇ，　　Ｌｏａｄｌｎｇ　　ｏｆ　　Ｒｏｉｌａｒ
ｓＴｕｒｂｉｎｅｓ”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、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Ｕ　Ｓ　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ュールを作
成するため、ボイラ点大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、中給と呼ぶ
）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起動スケジュー
ルとプラント起動特性の因果関係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ことが可能な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、この動特性モデルで使用するボイ
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
ぐを決定す６た″。基本″″″ゞ°−ル作成手段２叩い
ることにより、達成できる。

上記スケジュール最適化手段では、ファジィ推論を適用
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を得ることが可能
となる。

〔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、プラント状態値が運転制限条件を
満足するが否かを事前に確認できるため、安全性の高い
起動スケ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
方法と似ている。これにより、最適スケジュール求解の
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吟のもので、予測した
初期値と標準的な初期値と６Ｉ定性的な差異により標準
的なスケジュールを修７′・ 主′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、中給がら指定された時刻
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。

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０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６’ｏ　ｏ　ｏ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ｉ！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４００．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６１０．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′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ての基本スケジュール
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、初期値予測ノ機”能
２００．基本スケジュール作成機能３００及−〇スケジ
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６１０゜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６７０ｔ！：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による起動スケ
ジュ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ュール最適化前即ち基本スジ
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１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、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汽る。

”メ 、（’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
って、将来のずれをかなり的確に予測できる０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１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
）ｔｐｐと中給からの併入指定時刻ｔｐｒとれた標準ス
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＋ｓ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、ボイラ点火側した標準初期値（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８ＴＣ Ｔ　：＋　（ＴＰＦＴ−ＴＡ）　ｅ　　　　　＋　Ｔ’
Ａ　　　　”・（１）ここで、ＴＰＦＴ　　ニブラント
停止時の標準温度（”Ｃ） ＴＡ　　：大気温度（’Ｃ） ＴＩＭＥ：解列後経過時間（分） Ｔｐｔｃ　：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）、過熱看出口蒸気温度Ｘ１（ｔｏ
）、・・・・・・ドラム圧力Ｘｚｚ（ｔｏ）と（１）式
から得られたその標準値Ｘｘｓ（ｔ　ｏＬ　Ｘｚｓ（ｔ
　ｏ）、・・・・・・Ｘ５１ｓ（ｔ　ｏ）：、どの差を
標準値で正規化したものであり１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０図中のＥｓＭＢ（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、ＰＲ，ＰＭ、ＰＳ。

２０、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
ｏ５ｉｔｉｖｅ　ＭｅｄｉｕｍＰ　Ｓ　：　Ｐｏ５ｉｔ
ｉｖｅ　ＳｍａｌｌＺ　Ｏ：　Ｚｅｒ。

Ｎ　Ｓ　：　Ｎｅｇａｔｌｖｅ　ＳｍａｌｌＮ　Ｍ　：
　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　ＭｅｄｉｕｍＮ　Ｂ　：　Ｎｅｇ
ａｔｉｖｅ　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大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０本図は、過
熱鼎出口蒸気温度の現在値偏差Ｅ（２）と再熱製出口蒸
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ＤＴＴＧ（３）を定性的に決定する
ためのものである０例えば、ルールＮα３２の場合はＩ
　Ｆ　（Ｅ（２）　ｉｓ　ＮＳ　ａｎｄ　Ｅ（３）　ｉ
ｓ　ＮＭ）ＴＨＥＮ　（Ｄｔｒａ（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ップ関数である。図中の
Ｅ夏５Ｂ（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、２０．ＮＳ、ＮＭ、ＮＢは修正量の一シッ
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５
１ｏ（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
スケジュールのパラメータをどの、程麿修、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Ｘｘ（ｔｌｏ
Ｌ過熱器出口蒸気温度Ｘ　ｚ（ｔ　ｔｏ）　＊・・・・
・・ドラム圧力Ｘ　ｚｔ（ｔ　ｔｏ）とその標準値Ｘｘ
（ｔｔａＬ　ＸＩＬ（ｔｘｏ）。

・・・・・・Ｘ工ｔ（ｔＩａ）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ＥｐＭａ（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、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１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６例えば、ルール＆６の場
合は、 ＩＦ（Ｅｐ（１）ｉｓ　ＰＭ） ＴＨＩ　Ｎ（Ｄｐ（１）　ｉｓ　ＰＭ　ａｎｄ　Ｄｐ（
２）　ｉｓ　Ｐ　５ａｎｄ　Ｄｐ（３）　ｉｓ　Ｐ　Ｓ
　ａｎｄ　Ｄｐ（４）　ｉｓ　Ｐ　５ａｎｄ　Ｄｐ（５
）　ｉｓ　ＰＳ　ａｎｄ　Ｄｐ（６）　ｉｓ　ＰＳａｎ
ｄ　Ｄｐ（７）　ｉｓ　Ｐ　Ｓ） 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１図中のＤｐＭａ（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，Ｐ
Ｍ、ＰＳ、２０．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ツブ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
イラ点大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１００を
用いる。起動時の熱溶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ｐ＋（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ｍａ（ｊ＝１〜
７）を求める８本図ではｍ−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で熱溶カバターンの特徴を抽出するため
のものである。

＼模カマージン評価機能１５０では、第１３図に薄’ｔ
メンバーシップ関数を用いて、ロータ表面応カマージン
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１図中のＭＯＢ　（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、Ｐ
Ｍ、ＰＳ、　ＺＯ，ＮＳ。

ＮＭ、ＮＢは応力マージンＭｓ（ｊ）及びＭＢ（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８７０は、「熱溶カバターン
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照
応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。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、Ｍｓ（１）、Ｍｓ（２）＝　−”・）・、 Ｍ−ａ　（７）及びＭｕ（１）　、　ＭＢ（２Ｌ・・・
・・・ＭＲ（７）は、−８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Ｍａ（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景Ｄｐｔ（４Ｌ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ＮＱ５４の場合は、Ｉ　Ｆ　（Ｍａ（５）　ｉｓ　
Ｐ　Ｂ　ａｎｄ　Ｍｓ（６）　ｉｓ　ＰＭ）ＴＨＥ　Ｎ
　（ＤＰＴ（４）　、ｉｓ　ＮＭ　ａｎｄ　Ｄｐｔ（５
）ｉｓＮＭ　ａｎｄ　Ｄｐｔ（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ＤＰＴＭＲ（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、ＰＭ、
ＰＳ、　ＺＯ，ＮＳ、ＮＭ。

ＮＲ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
ルによりバラメー、り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。

成るスケジュ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１７
０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、プラン再び動特性モ
デル１００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４２０（第１図参照）とする
。

ここで決定された最適スケジュール４２０は、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
て表示袋Ｗ５０００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レ４２０は運転員６０００からの
実行指令４３０′どれを実行するためにプラント２００
０からのプロセス人力３０１０を受けて、制御出力３０
１．０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、第１回目は基本スケジュールに対
応し、２００回目最適スケジュールに対応する０本図か
られかるように、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。

スケジュール誤差監視機能７００について次に説明する
。スケジュール誤差監視機能７００は次の２つの機能で
スケジュール誤差の発生を監視する。

１つは、実際にスケジュール誤差が発生したことを監視
する誤差検知機能であり、別の１は、実際に誤差が発生
する前に誤差の発生を予測する誤差予測機能である。

誤差検知機能は、起動前に作成された起動スケジュール
パラメータで規定される起動パターンが実際の起動中に
正確に遂行されているか否かを監視するものである。し
たがって、この起動パターンのずれを監視するものであ
る。

一方、誤差予測機能は、起動パターンのずれとなって現
われる前に、ずれの原因となるプラント状態量の挙動を
監視しておき、起動スケジュール作成時に動特性モデル
１００で予測したプラント状態量の挙動と比較し、その
差が所定値以上となったとき、スケジュール誤差の発生
を予言するものである。

上記２つの機能でスケジュール誤差を監視し、誤差発生
を検知あるいは予測できた場合は、その旨７１０を関連
するプラント状態量と共にユーザインターフェイス４０
００を介し、表示装置５０００に表示する。これにより
、運転員６０００は速かに対応処置をすることが可能と
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
タとしてボイラ起勘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刻、タービン通気時刻、目標負荷到
達時刻などであっても本発明の本質が変らないのは明ら
かである。

門た、本実施例でプラント初期値として着目し′℃いる
状態は、本発明を実施するプラントの機器祷成及び計測
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、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
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、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
とすることができる。

【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第３０ 第５０ ネ刀期ｆ＆’ｆ：’ＩＪ恨−ｒし：　Ｅ（Ｚ）　、　Ｅ
（３）　ｙもＤＴＬｑ（Ｚ）＠；ノ：＊すｊＬ−ＩＬｚ
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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、交換された該
   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
   起動前に機器の操作時期及び制御目標値を決定する起動
   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、起動前のプラント初期温度状態に応じて
   起動スケジュールを作成する基本スケジュール作成手段
   と、該基本スケジュールに従つてプラントを起動すると
   仮定した場合のプラント起動特性を計算するための動特
   性モデルと、該動特性モデルから得られたプラント起動
   特性の運転制限条件に対する余裕値を求めるための余裕
   値計算手段と、該余裕値に応じて該基本スケジュールを
   修正するためのスケジュール最適化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項記載の該スケジュール最適化
   手段において、該余裕値に応じて修正された該基本スケ
   ジュールに従つてプラントを起動すると仮定した場合の
   プラント起動特性を再び該動特性モデルを用いて計算し
   、該余裕値計算手段により得られた余裕値に応じて再び
   スケジュールを修正するといつた繰返し演算を行なうた
   めの繰返し演算手段と、該繰返し演算を行なう過程で、
   スケジュールの最適性を判定するための収束判定手段を
   有することを特徴とする発電プラント起動装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の該スケジュール最適化
   手段において、該余裕値の大きさを定性的に評価するた
   めの余裕値評価手段と、定性的に評価された該余裕値と
   の関係において、予め準備した修正ルールを適用して該
   基本スケジュールを修正するための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。 ４、特許請求の範囲第１項記載のスケジュール最適化手
   段において、該プラント起動特性を起動過程における複
   数の時間帯に分割し、各時間帯別に該余裕値を定性的に
   評価するための時間帯別余裕値評価手段と、定性的に評
   価された該時間帯別余裕値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基本スケジュールを修正する
   ための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。 ５、特許請求の範囲第２項記載のスケジュール最適化手
   段において、該余裕値の大きさを定性的に評価するため
   の余裕値評価手段と、定性的に評価された該余裕値との
   関係において予め準備した修正ルールを適用して該基本
   スケジュールを修正するための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。 ６、特許請求の範囲第２項記載のスケジュール最適化手
   段において、該プラント起動特性を起動過程における複
   数の時間帯に分割し、各時間帯別に該余裕値を定性的に
   評価するための時間帯別余裕値評価手段と、定性的に評
   価された該時間帯別余裕値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基本スケジュールを修正する
   ための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。