JPS6396401A - 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、特にプラント
の起動前及び起動中の任意時刻に、任意のスケジュール
でプラントを起動したと仮定した場合の起動特性を予測
するのに好適な起動特性予測方法に関する。

〔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、Ｅｌｏｃｔｒｉｃａｌ　Ｗｏ
ｒｌｄ。

ＶｏＱ、１６５．Ｎｃｉ６の論文“Ｔｈｅｒｍａｌ　５
ｔｒｅｓｓＩｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ｓｔａｒｔｉｎｇ、　
Ｌｏａｄｉｎｇ　ｏｆ　ＢｏｉｌｅｒｓＴｕｒｂｉｎｅ
ｓ”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ｔＪ　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、中給と呼び
）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、起戸スケジュールを実行する上
での安全性の問題があった。

さらに、従来方法ではプラントの起動前の任意時刻及び
起動中の任意時刻において、運転員が任意に作成した起
動スケジュールに従ってプラントを起動すると仮定した
場合の起動特性を予測することは不可能であった。その
ため、中給からの起動指定時刻が変更された場合や異常
発生時などに、運転員はスケジュール変更による柔軟な
対応がとれなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前記従来方式において不可能であった
任意起動スケジュールに対する起動特性の予測を可能に
することにより、中給から起動時刻が変更された場合や
異常発生時などに、運転員が起動スケジュール変更によ
り柔軟な対応がとれることを可能に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
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。

〔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
満足するか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Ｉ＆適起動スケジュールを作成
することが可能となる。

また、基本スケジュール作成手段では、運転員から任意
の起動スケジュールが与えられると、この起動スケジュ
ールを動特性モデルに設定し、起動特性を予測すること
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。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
ラ点大から目標負荷（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１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６０００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１ｏ
ｏＯ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が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ｎ１すし、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。

Ｙヶ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
１０゜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２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１ｆＪｊ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。本図では、中給がら併入時刻（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にの様な起動特性が
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ｉ阿っている。こ
のように、本発明を適用した起動′３Ａ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薙である。

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。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
）ｔｐｐと中給からの併入指定時刻ｔｐ＋との差を停止
時間Δｔｒｓ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　（１０００ｒｐｍ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　（３６００ｒｐＩＩ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ｉ 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ｔｔｏが決定される。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 （、）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（ＨＰＴ）第１段後メタル温度（ｊ
）中圧タービン（ＩＰ”ｒ）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。

−工じ互 ＥＴＣ 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） ＴｘＭｐ　：解列後経過時間（分） Ｔｐｖｃ　：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Ｘ１（ｔｏＬ過熱器出口蒸気温度Ｘ５（ｔｏ）
、・・・・・・ドラム圧力Ｘｒｚ（ｔｏ）と（１）式か
ら得られたその標準値Ｘｚｓ（ｔｏ）、Ｘｚｓ（ｔｏ）
、−・＝Ｘｓｔｓ（ｔ、ｏ）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。図中のＥｓＭｎ（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。

Ｚ○、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　　：　
Ｐｏ５ｊｔｉｖｅ　　Ｍｅｄ、ｔｕｍＰ　Ｓ　：　Ｐｏ
５ｉｔｉｖｅ　ＳｍａｌｌＺ○：　７．ｅｒ。

Ｎ　Ｓ　：　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　ＳｍａｌｌＮ　Ｍ　：
　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｍｅｄｉｕｍ１’Ｊ　Ｂ　：　Ｎ
ｆ３ｇａｔｉｖｅ　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〜
］１）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０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ＪｔＤｒｔａ（３）を定性的に決
定するためのものである。例えば、ルールＮα３２の場
合はという意味である。

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０図中の
ＥｔＭａ（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２０
０で予測したボイラ点火時のドラム温度Ｘ　１（ｔ　ｔ
ｏ）　を過熱器出口蒸気温度Ｘ５（ｔｌｏ）　ｒ・・・
・・・ドラム圧力Ｘｘｔ（ｔｔａ）とその標準値Ｘｔ（
ｔｔａ）、Ｘｚ（ｔｒａＬ・・・・・・Ｘ１ｌ（ｔ　ｔ
ｏ）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。

λ＋ｓ（ｔ　ｒａ） 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。図中のＥｐにａ（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。

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、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Ｅ：ｐ（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Ｎα
６の場合は、 Ｔ　Ｆ（Ｆ、ｐ（１）　ｉｓ　ＰＭ） ’１＝ＨＩ　Ｎ（Ｄｐ（１）　、ｔＳＰＭ　１１ｎｄ　
Ｄｐ（２）　、ｔｓ　Ｐ　５ａｎｄ　Ｄｐ（３）　ｉｓ
　ＰＳ　ａｎｄ　Ｄｐ（４）　ｉｓ　ＰＳａｎｄ　Ｄｐ
（５）　ｉｓ　Ｐ　Ｓ　ａｎｄ　Ｄｐ（６）　、ｔｓ　
Ｐ　５ａｎｄ　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。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，
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１００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４１！ｌ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ｐｌ（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１
３０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８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ｍＪ　（ｊ＝１
〜７）を求める。本図ではｍｉ　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ＭＲ（ｊ）の両者の意味で示して
いる１本起動特性評価機能１４０は１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Ｍ［５（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。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、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。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ｖｉ理したもので
ある。ここで、Ｍｓ（１）、Ｍｓ（２）、・・・・・・
Ｍｓ（７）及びＭＢ（１）、　ＭＢ（２）、−−Ｍａ（
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負荷保持時間修正景ＤＰＴ（５）及び第２負荷保持
時間修正量ＤＰ？（６）を定性的に決定するためのもの
である。例えば、ルールＮ１１５４の場合は、Ｉ　Ｆ　
（Ｍｓ（５）　ｉｓ　Ｐ　１３　ａｎｄ　Ｍｓ（６）　
ｉ、ｓ　ＰＭ）’１７ＨＥＮ　（ＤＰＴ（４）　ｊｓ　
ＮＭ　ａｎｄ　Ｄｐｔ（５）ｉｓＮＭ　ａｎｄ　Ｄｐｖ
（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６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。ＰＢ、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、
−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。

）１成ろ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ｔ５３０（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４．Ｓ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’Ｏを動作させる。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Ａ２０（第１図参照）とする。

菟 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３００
０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３０】Ｏ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。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。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。

運転員６０００は、中給から起動時刻の変更通知を受け
た場合やプラントに異常が発生するなどして、起動スケ
ジュールの修正が必要となった場合、次の方法で任意の
スケジュールに対応した起動特性１５０を予測し、その
妥当性を事前に評価することができる。

まず、起動開始前に任意時刻にて起動特性を予測する場
合について説明する。運転員６０００は入力機構付きの
表示装置５０００とユーザインターフェイス４０００を
介し、任意スケジュール３２０を基本スケジュール作成
機能３００の中のスケジュールパラメータ格納部に格納
する。この格納されたスケジュールパラメータがらボイ
ラ点火時刻が一義的に定まるため、ボイラ点火時のプラ
ント初期状態は初期値子ａ１１機能２００にて既に述べ
た方法で予測する。予測された初期値と前記任意スケジ
ュールパラメータを動特性モデル１００に設定すること
により、必要とする起動特性を予測することができる。

この予測された起動特性はユーザインターフェイス４０
００を介して表示袋［５０００に表示される。

次に、起動中の任意時刻にて起動特性を予８：すする場
合について説明する。運転員６００ｏは上記起動前の場
合と同様に、表示装置Ｉ￥５０００とユーザインターフ
ェイス４０００を介し、任意スケジノ亙−ルを基本スケ
ジュール作成機能３００の中のスケジュールパラメータ
格納部に格納する。その後、現在のプラント状態値と任
意スケジュールパラメータを動特性モデル１００に設定
することにより、必要とする起動特性を予測することが
できる。この予測された起動特性は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。

（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、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７１ｉ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。

また、本実施例でプラント初期値として着［１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、とけ勿論であり、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１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、中給から起動指定時刻の変更
指令を受けた場合や、プラントに異常が発生した場合に
、運転員は動特性子４１すに基づきスケジュールを任意
に修正できるため、柔軟なかつ安全なプラント運用及び
電力系統の運用が可能と゛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６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６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。

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
   起動前任意時刻にて、運転員により設定される任意の起
   動スケジュールに従つて該発電プラントを起動すると仮
   定した場合の起動特性を予測計算するための動特性モデ
   ルと、該動特性モデルにて得られた起動特性に関する情
   報を該運転員に提示するための表示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項記載の該発電プラントにおい
   て、該発電プラントの起動中の任意時刻にて、運転員に
   より設定される任意の起動スケジュールに従つて該発電
   プラントの起動を継続すると仮定した場合の起動特性を
   予測計算するための動特性モデルと、該動特性モデルに
   て得られた起動特性に関する情報を該運転員に提示する
   ための表示手段を有することを特徴とする発電プラント
   起動装置。