KR20220019826A - 기동 제어 장치, 기동 제어 방법 및 프로그램 - Google Patents

기동 제어 장치, 기동 제어 방법 및 프로그램 Download PDF

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가즈나리 이데
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요시토 나가하마
히로시 이토
유키히토 오쿠다
노부히로 오사키
쇼이치로 호소미
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

발전 플랜트의 기동중에 기동 스케줄을 조정하는 기동 제어 장치를 제공한다. 기동 제어 장치는, 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대한, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하고 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 그 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측에 근거하고, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는 판정부와, 상기 판정부가 초과한다고 판정한 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는 속도 조정부와 상기 지시에 근거한 속도로, 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는 기동 타이머를 구비한다.

Description

기동 제어 장치, 기동 제어 방법 및 프로그램
본 개시는, 기동 제어 장치, 기동 제어 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
본원은, 2019년 9월 3일에, 일본에 출원된 특원 2019-160365호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 재생 에너지의 도입이 진행되어, 전력 계통 전체에서 차지하는 비율이 증가하고 있다. 풍력 발전이나 태양광 발전은, 발전량이 기상에 따라 변동하기 때문에, 안정된 전력 공급이 어렵다. 화력 등의 발전 플랜트에는, 재생 에너지의 출력 변동을 보완하는 역할이 요구되고 있다. 그 때문에, 발전 플랜트는 최단 시간으로 기동하는 것에 가치가 요구되도록 되어 있다.
발전 플랜트의 기동 시간의 단축은, 본질적으로는 발전 플랜트에 대한 연료 투입을 급격하게 늘림으로써 행해진다. 그러나, 예를 들면, 발전 플랜트를 구성하는 보일러나 터빈 등의 기기에는 열응력의 제약이 있기 때문에, 그 제약하에서 완만하게 연료 투입량을 늘리는 것과 같은 운전이 행해지고 있다. 발전 플랜트는 자동 제어계를 갖고 있어, 발전 플랜트에 원하는 발전량을 지정하면, 그 발전량이 얻어지는 것과 같은, 연료 투입의 유량이나 증기의 온도, 압력, 터빈을 돌리기 위한 증기의 유량 등의 제어는 자동적으로 행해진다. 따라서, 발전 플랜트의 기동도 기존의 자동 제어계를 이용하여, 자동 제어계에 발전량의 상승의 스케줄을 지정함으로써 실행된다.
예를 들면, 증기 터빈을 구비하는 발전 플랜트에 있어서, 기동 시간을 단축하고자 하는 경우, 최대의 제약 사항은 증기 터빈의 열응력이다. 증기 터빈은 내부에 날개차를 갖고 있으며, 고온 고압의 증기가 갖는 열에너지를, 날개차로 발전기를 돌리는 동력으로 변환한다. 날개차는 기동 전에는, 예를 들면 상온이며, 이것에 고온의 증기가 접하면, 날개차의 표면과 내부에 온도차가 발생하고, 온도차에 의한 열확산의 차이 때문에 날개차에 열응력이 발생한다. 날개차의 열응력은, 증기 터빈에 유입하는 증기의 유량을 완만하게 증가시키면 제약 내로 억제할 수 있다. 날개차의 열응력을 제약 내로 유지하면서, 가능한 한 일찍 목표의 출력을 달성하도록 하여, 최단 시간으로의 기동을 실현하고 있다.
이와 같이 최단 시간으로의 기동을 실현하기 위하여 열응력은 중요하지만, 열응력을 직접 계측할 수는 없다. 이 때문에, 사전에 수치 모델을 이용하여, 다수의 기동 커브의 후보에 대하여, 증기의 온도나 압력, 열응력의 예측값을 산출하고, 수치적인 탐색에 의하여 최적의 기동 커브를 결정하고 있다.
도 10에 종래의 기동 스케줄의 결정 방법의 일례를 나타낸다. 도 10의 그래프(100)에, 발전 플랜트의 기동 스케줄을 나타낸다. 그래프(100)의 횡축은, 기동으로부터의 경과 시간, 종축은 발전량이다. 기동 스케줄에는, 기동으로부터의 경과 시간에 따른 목표로 하는 발전량이 정해져 있다. 이하, 이 발전량의 상승 커브를 기동 커브라고 부른다. 최적 기동 커브(101)는, 열응력 등의 제약을 충족하고 나서 최고 속도에서 발전 플랜트를 기동하는 경우의 기동 커브이다. 완화 기동 커브(102)는, 기동 속도를 완화하여 기동하는 경우의 기동 커브이다.
도 10의 그래프(200)에, 발전 플랜트 기동 중의 날개차의 열응력의 추이를 나타낸다. 이하에서는, 열응력의 추이를 응력 예측값 커브라고 부른다. 그래프(200)의 횡축은 경과 시간, 종축은 응력의 예측값이다. 그래프(100)와 그래프(200)의 횡축의 동일한 위치는, 동일한 시간을 나타내고 있다. 최적 응력 예측값 커브(201)는, 최적 기동 커브(101)에 근거하여 발전 플랜트를 기동시켰을 때에 발생하는 열응력의 예측값을 나타내고, 응력 예측값 커브(202)는, 완화 기동 커브(102)에 근거하여 발전 플랜트를 기동시켰을 때에 발생하는 열응력을 나타낸다. 최적 응력 예측값 커브(201), 응력 예측값 커브(202)는, 각각 최적 기동 커브(101), 완화 기동 커브(102)에 근거하여 발전 플랜트를 기동하는 경우의 증기 터빈 입구의 증기의 온도, 유량 등을, 소정의 응력 예측 모델에 입력하여 얻은 것이다. 증기 터빈 입구의 증기의 온도, 유량 등은, 발전 플랜트의 동작을 모의하는 시뮬레이터가 수치 모델에 근거하여 계산한 값이다.
도시하는 바와 같이 최적 응력 예측값 커브(201)는, 응력의 제한값을 나타내는 제한 라인(203) 부근까지 상승한다. 시뮬레이터가 계산에 이용하는 수치 모델에는 오차가 있어, 기동 중의 증기의 온도나 압력은 예측과 다른 것이 된다. 증기의 온도가 예상보다 높은 경우, 열응력은 사전의 예측보다도 커진다고 생각된다. 예를 들면, 최적 기동 커브(101)에 근거하여 기동하면, 실제의 응력은 제한 라인(203)을 상회할 가능성이 있다. 그와 같은 사태를 피하기 위하여, 종래의 기술에서는, 시뮬레이션 결과와 실제의 운전의 오차를 고려하여, 오차가 발생해도 제한 라인(203)을 초과하지 않도록 기동 커브를 완만하게 설정(예를 들면, 완화 기동 커브 (102))한다. 그러나, 기동 커브가 완만하면, 열응력을 제약 내에 억제할 수 있어도, 기동 시간이 길어져, 최단 시간으로의 기동을 달성할 수 없다.
특허문헌 1에는, 증기를 발생시키는 보일러와, 그 보일러에 의하여 발생된 증기에 의하여 구동되는 증기 터빈을 갖는 화력 발전 플랜트의 기동 스케줄에 대하여, 기동 시의 온도 상태에 따라 결정되는 기본 스케줄을, 플랜트의 기동 과정에 있어서의 운전 제한 요인(예를 들면 증기 터빈의 응력)의 여윳값에 근거하여 보정함으로써 산출하는 방법이 개시되어 있다. 보다 구체적으로는, 퍼지 추론에 의하여 기본 스케줄을 보정한 제1 기동 스케줄 X1과, 플랜트의 운용 조건에 따른 보정량을 출력하도록 구축된 뉴럴 네트워크가 출력한 보정량으로 기본스케줄을 보정한 제2 기동 스케줄 X2를 이용하여, (1-λ)X1+λX2에 의하여 기동 스케줄을 산출하고, 기동을 반복함에 따라 제2 기동 스케줄 X2의 채용 비율 λ를 크게 하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 방법에 의하면, 운전 제한 조건을 충족시키면서 기동 시간을 최단화하는 기동 스케줄을 자동적으로 작성할 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평8-339204호
특허문헌 1에 개시된 방법은, 기동을 반복할 때마다 예측과 현실의 오차에 근거하여, 기동 스케줄을 보정하고 최적화하는 것이지만, 그 보정이 반영되는 것은, 다음의 기동 시이다. 따라서, 실제의 기동 중의 외기 온도나 해수 온도 등의 외적인 영향이나, 보일러 전열면(傳熱面)의 오염 등 플랜트 자체의 변화의 영향 등에 의한 열응력의 예측값과 실제의 열응력의 괴리(乖離)에 배려해야 하고, 예를 들면, 도 10에 예시하는 완화 기동 커브(102)와 같은 완만한 기동을 선택하게 되어, 결국, 최단 시간으로의 기동을 달성할 수 없을 가능성이 있다.
본 개시는, 상기 과제를 해결할 수 있는 기동 제어 장치, 기동 제어 방법 및 프로그램을 제공한다.
본 개시의 기동 제어 장치는, 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 그 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는 판정부와, 상기 판정부가 초과한다고 판정한 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는 속도 조정부와, 상기 지시에 근거한 속도로, 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는 기동 타이머를 구비한다.
본 개시의 기동 제어 방법은, 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 그 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하고, 상기 판정에 있어서 초과한다고 판정된 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하며, 상기 지시에 근거한 속도로, 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시킨다.
본 개시의 프로그램은, 컴퓨터를, 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 그 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는 수단, 상기 판정에 있어서 초과한다고 판정된 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는 수단, 상기 지시에 근거한 속도로, 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는 수단으로서 기능시킨다.
상술한 기동 제어 장치, 기동 제어 방법 및 프로그램에 의하면, 발전 플랜트의 기동 스케줄을 기동 중에 조정할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 2는 제1 실시형태에 관한 기동 제어 장치의 처리의 일례를 나타내는 도이다.
도 3a는 제1 실시형태에 관한 기동 제어 방법을 설명하는 제1 도이다.
도 3b는 실시형태에 관한 기동 제어 방법을 설명하는 제2 도이다.
도 4는 제2 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 5는 제3 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 6은 제3 실시형태에 관한 기동 제어 장치의 처리의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 제4 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 8은 제4 실시형태에 관한 기동 제어 장치의 처리의 일례를 나타내는 도이다.
도 9는 제５ 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 10은 발전 플랜트의 일반적인 기동 제어 방법을 설명하는 도이다.
도 11은 각 실시형태에 관한 기동 제어 장치의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 도이다.
이하, 각 실시형태에 관한 발전 플랜트의 제어 시스템에 대하여, 도 1~도 11을 참조하면서 상세히 설명한다.
<제1 실시형태>
(구성)
도 1은, 제1 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 1에 발전 플랜트(1)와 발전 플랜트(1)의 기동을 제어하는 기동 제어 장치(10)를 나타낸다. 발전 플랜트(1)는, 예를 들면, 보일러(3)와, 보일러(3)로부터의 증기로 구동하는 증기 터빈(2)과, 증기 터빈(2)에 의하여 구동하고 발전하는 발전기(5)와, 증기 터빈(2)으로부터 배기된 증기를 물로 되돌려 보일러(3)에 공급하는 복수기(4)를 구비한다. 기동 제어 장치(10)는, 감시 수단(11)과, 응력 모델(12)과, 기동 타이머 속도 조정기(13)와, 기동 타이머(14)와, 제어 수단(15)과, 응력 예측 수단(16)을 구비하고 있다.
감시 수단(11)은, 발전 플랜트(1)에 마련된 센서가 계측한 운전 데이터를 취득한다. 예를 들면, 감시 수단(11)은, 증기 터빈(2)에 유입하는 증기의 온도, 압력, 유량의 계측값, 복수기(4)의 물의 온도나 압력의 계측값, 증기 터빈(2)의 터빈 메탈 온도의 계측값 등을 취득한다.
응력 모델(12)은, 감시 수단(11)이 취득한 운전 데이터를 입력하면, 증기 터빈(2)의 날개차에 발생하는 열응력의 추정값을 출력하는 수치 모델이다.
기동 타이머 속도 조정기(13)는, 기동 타이머(14)의 진행 속도(기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간의 진행 상태)를 제어한다.
기동 타이머(14)는, 기동 타이머 속도 조정기(13)의 속도 지령에 근거한 속도로, 발전 플랜트(1)를 기동한 후의 기동 스케줄에 있어서의 경과 시간을 진행시킨다. 초기설정에서는, 기동 타이머(14)는, 예를 들면, 실시간과 동일한 속도로 시간을 계측한다.
제어 수단(15)은, 발전 플랜트(1)의 기동 시의 운전을 제어한다. 제어 수단(15)은, 최적 기동 커브(101)를 결정한 그래프(100)를 갖고 있다. 제어 수단(15)은, 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간에 있어서의 최적 기동 커브(101)가 나타내는 발전 출력을 그때의 목표 출력이라고 정하고, 목표 출력을 달성하기 위한 제어 신호(예를 들면, 밸브의 개도 지령값, 연료 투입량의 지령값 등)를 연산한다. 제어 수단(15)은, 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간과 최적 기동 커브(101)에 근거한 목표 출력에 따른 제어 신호를 시시각각으로 연산하고, 그 제어 신호를 발전 플랜트(1)에 출력함으로써 발전 플랜트(1)의 기동을 제어한다. 최속 기동을 달성하는 경우, 기동 타이머(14)는 실시간과 동일한 속도로 시간을 계측하고, 제어 수단(15)은, 동일한 시간의 경과 속도로 최적 기동 커브(101)가 나타내는 각 시각의 목표 출력에 따른 제어 신호를 연산하여, 발전 플랜트(1)로 출력한다.
응력 예측 수단(16)은, 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간에 있어서의 증기 터빈(2)의 날개차에 발생하는 열응력의 예측값을 출력한다. 응력 예측 수단(16)은, 열응력의 예측값을 정한 그래프(200)를 갖고 있다. 최적 응력 예측값 커브(201)는, 발전 플랜트(1)가 최적 기동 커브(101)에 나타내는 최고 속도 기동을 행하는 경우에, 증기 터빈(2)의 날개차에 발생하는 열응력을 나타내고 있다. 최적 응력 예측값 커브(201)는, 최적 기동 커브(101)에 근거한 시뮬레이션에 의하여 작성된다. 응력 예측 수단(16)은, 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간에 있어서의 최적 응력 예측값 커브(201)가 나타내는 응력의 값을 열응력의 예측값으로서 출력한다. 응력 예측 수단(16)은, 열응력의 제한값(제한 라인(203))을 출력해도 된다.
(동작)
다음으로 도 2, 도 3a, 도 3b를 참조하여 기동 제어 장치(10)의 동작에 대하여 설명한다.
도 2는, 제1 실시형태에 관한 기동 제어 장치의 처리의 일례를 나타내는 도이다. 도 3a는, 제1 실시형태에 관한 기동 제어 방법을 설명하는 제1 도이다. 도 3b는, 제1 실시형태에 관한 기동 제어 방법을 설명하는 제2 도이다.
기동 제어 장치(10)는, 발전 플랜트(1)의 기동 개시부터 기동 완료까지, 이하의 처리를 소정의 제어 주기로 반복하여 행한다. 그 동안, 감시 수단(11)은, 운전 데이터의 최신의 계측값을 소정의 시간 간격으로 발전 플랜트(1)로부터 취득한다. 기동 타이머(14)는, 기동 타이머 속도 조정기(13)가 지시하는 속도로 시간이 간다.
감시 수단(11)이, 발전 플랜트(1)로부터 증기 터빈(2)의 입구에서의 증기의 온도, 압력, 유량, 복수기(4)의 물의 온도, 압력, 터빈 메탈 온도 등을 취득한다. 감시 수단(11)은, 이들 값을 응력 모델(12)에 입력한다. 응력 모델(12)은, 입력된 파라미터에 근거하여 증기 터빈(2)의 날개차에 발생하고 있는 열응력을 추정하고, 응력 추정값을 기동 타이머 속도 조정기(13)에 출력한다(스텝 S11).
한편, 응력 예측 수단(16)은, 기동 타이머(14)가 계측한 기동으로부터의 경과 시간을 취득하고, 그 경과 시간에 있어서의 최적 응력 예측값 커브(201)가 나타내는 응력을 산출한다. 응력 예측 수단(16)은, 최적 응력 예측값 커브(201)에 근거하여 산출한 응력을, 응력 예측값으로서 기동 타이머 속도 조정기(13)로 출력한다(스텝 S12). 스텝 S11과 스텝 S12의 처리는 병행하여 행해지며, 처리순에 우열은 없다.
다음으로 기동 타이머 속도 조정기(13)는, 취득한 응력 예측값과 응력 추정값을 비교한다(스텝 S13). 응력 예측값이 응력 추정값 이상인 경우(스텝 S13: No), 현재, 발전 플랜트(1)로부터 취득한 계측값에 근거한 열응력의 추정값은, 최단으로 기동한 경우에 발생하는 열응력 미만인 점에서, 실제로 발생하고 있는 열응력은 허용 범위 내라고 생각된다. 따라서, 발전 플랜트(1)의 기동 속도를 완만하게 할 필요가 없고, 기동 타이머(14)는, 현재의 속도 그대로 경과 시간을 진행시키면 된다. 기동 타이머 속도 조정기(13)는, 기동 타이머(14)에 현재와 동일한 속도로 경과 시간을 진행시키도록 지시한다(혹은, 특별히 지시하지 않는다). 예를 들면, 기동 타이머 속도 조정기(13)는, 기동 타이머(14)에 1.0배의 속도 지령을 출력한다. 기동 타이머(14)는, 현재의 속도에서 기동으로부터의 경과 시간을 계측하고(진행하고), 그때그때의 경과 시간을 제어 수단(15)과 응력 예측 수단(16)으로 출력한다. 제어 수단(15)은, 최적 기동 커브(101)와 기동 타이머(14)로부터 취득한 경과 시간에 근거하여 목표 출력을 정하고, 목표 출력에 따른제어 신호를 연산한다. 제어 수단(15)은, 제어 신호를 발전 플랜트(1)로 출력한다(스텝 S15).
응력 추정값이 응력 예측값을 상회하는 경우(스텝 S13; Yes), 현재, 발생하고 있는 열응력은, 최단으로 기동한 경우에 발생하는 열응력을 상회하고 있기 때문에, 허용되는 열응력의 제약을 초과할 가능성이 있다. 따라서, 발전 플랜트(1)의 기동 속도를 완만하게 하여 열응력을 억제할 필요가 있다. 기동 타이머 속도 조정기(13)는, 기동 타이머(14)에 경과 시간을 진행시키는 진행 속도를 늦추도록 지시한다(스텝 S14). 예를 들면, 응력 추정값이 응력 예측값을 상회하는 정도에 따라, 기동 스케줄 상의 경과 시간의 진행 속도를 늦추는 비율이 미리 설정되어 있어, 기동 타이머 속도 조정기(13)는, 이 설정에 따라 속도 지령을 행한다. 예를 들면, 기동 타이머 속도 조정기(13)는, 기동 타이머(14)에 0.8배의 속도로 경과 시간을 진행시키도록 지시한다. 그러면, 기동 타이머(14)는, 경과 시간이 가는 속도를 지금까지의 0.8배로 늦춘다. 기동 타이머(14)는, 지금까지의 0.8배의 속도로 간 그때그때의 경과 시간을, 제어 수단(15)과 응력 예측 수단(16)으로 출력한다.
제어 수단(15)은, 최적 기동 커브(101)와 기동 타이머(14)로부터 취득한 경과 시간에 근거하여 목표 출력을 정하고, 목표 출력에 따른 제어 신호를 연산한다. 여기에서 도 3a, 도 3b를 참조한다. 도 3a에 최적 기동 커브(101), 도 3b에 최적 응력 예측값 커브(201)의 요부(要部)를 예시한다. 경과 시간 T1은, 하나 전의 제어 주기에 있어서 기동 타이머(14)가 계측한 경과 시간이다. 경과 시간 T2는, 시간의 진행 속도를 1.0배(현재 그대로)로 했을 때의 이번 제어 주기에 있어서 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간이다. 경과 시간 T2'는, 시간의 진행 속도를 늦추었을 때의 이번 제어 주기에서 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간이다. 응력 추정값이 응력 예측값(S) 이하인 경우(스텝 S13; No), 제어 수단(15)은, 목표 출력을 P2라고 결정하여 제어 신호를 연산한다. 한편, 응력 추정값이 응력 예측값(S)을 상회하는 경우(스텝 S13; Yes), 제어 수단(15)은, 목표 출력을 P2'라고 결정하여 제어 신호를 연산한다.
다음의 제어 주기에서도 기동 제어 장치(10)는, 스텝 S11~스텝 S15의 처리를 행한다. 스텝 S13에서는, 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간에 따른 응력 예측값(S)과, 최신의 계측값에 근거하여 추정된 응력 추정값을 비교한다. 기동 타이머(14)의 진행 속도를 늦추어 목표 출력을 저하시킴으로써, 응력 모델(12)이 출력하는 응력 추정값이 응력 예측값(S) 이하가 되면, 기동 타이머(14)의 진행 속도는 그대로 유지된다. 이로써, 열응력의 제약을 충족시키면서, 발전 플랜트(1)는, 최적 기동 커브(101)가 나타내는 기동보다는 완만하게 출력을 상승시켜 기동한다. 이 경우이더라도, 최초부터 완화 기동 커브(102)에 근거하여 기동을 행하는 것보다 단시간에 기동할 수 있을 가능성이 있다. 스텝 S13에서, 한 번도 Yes 판정되지 않았던 경우에는, 발전 플랜트(1)는, 최단으로 기동할 수 있다. 이와 같이 본 실시형태의 기동 제어 방법에 의하면, 실제의 열응력(추정값)에 따라, 가능한 한 빠르게 발전 플랜트(1)를 기동할 수 있다.
스텝 S13에서는, 응력 추정값과 응력 예측값을 비교하는 것으로 했지만, 응력 예측 수단(16)은, 제한 라인(203)이 나타내는 응력 제한값을 기동 타이머 속도 조정기(13)로 출력하고, 기동 타이머 속도 조정기(13)가 응력 추정값과 응력 제한값의 비교를 행해도 된다. 이 경우, 응력 추정값이 응력 제한값을 상회하면, 기동 타이머 속도 조정기(13)가 타이머의 진행 속도를 늦추도록 기동 타이머(14)에 지시한다.
본 실시형태의 기동 제어 장치(10)는, (1) 발전 플랜트(1)로부터, 시시각각, 증기 터빈(2)에 유입되는 증기의 온도, 압력, 유량 등의 최신의 계측값을 입력하고, 증기 터빈(2)의 날개차에 발생하는 그때그때의 응력의 추정값을 추정하는 응력 모델(12)과, (2) 응력 모델(12)이 출력하는 응력 추정값과, 최적 기동 커브(101)로 기동했을 때에 발생하는 응력의 예측값, 또는 응력 제한값을 입력하고, 응력 추정값과 응력 예측값의 비교, 또는, 응력 추정값과 응력 제한값의 비교를 행하여, 예를 들면, 응력 추정값이 응력 예측값을 초과한 경우에는, 기동 타이머(14)가 경과 시간을 계측하는 속도를 감속하도록 기동 타이머(14)에 속도 지령을 발하는 기동 타이머 속도 조정기(13)와, (3) 그 속도 지령에 따라 기동 스케줄상의 경과 시간을 진행시키는 기동 타이머(14)를 갖는다. 이들 구성은, 기동 도중에 리얼타임으로 기동 커브를 조정하는 작용이 있다. 리얼타임으로 기동 커브를 조정하는 작용에 의하여, 수치 모델로 예측한 플랜트의 응답과 실플랜트의 응답의 괴리를 조정할 수 있다. 특히, 발전 플랜트(1)로 계측되는 증기의 온도가 예측값보다 높게 추이되는 경우는, 날개차의 응력이 제한값을 초과할 가능성이 있지만, 그와 같은 경우에는, 기동 커브를 완화하여 응력의 초과를 방지하는 효과가 얻어진다.
도 2의 플로차트에서는, 응력 추정값이 응력 예측값이나 응력 제한값을 상회할 때에 기동 타이머 속도 조정기(13)가 타이머의 진행 속도를 늦추도록 기동 타이머(14)에 지시하는 것으로 했지만, 반대로 응력 추정값이 응력 예측값이나 응력 제한값을 하회했을 때에는, 그 괴리의 크기에 따라, 기동 타이머 속도 조정기(13)가 타이머의 진행 속도를 상승시키도록 기동 타이머(14)에 지시하도록 구성해도 된다. 이로써, 열응력의 제한 요구를 충족시키면서, 기동 속도의 저하를 방지하고, 최적 기동 커브(101)가 나타내는 기동 속도에 근접시킬 수 있다.
<제2 실시형태>
(구성)
이하, 본 개시의 제2 실시형태에 의한 기동 제어 장치(10A)에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는, 제2 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
본 개시의 제2 실시형태에 관한 구성 중, 본 개시의 제1 실시형태에 관한 기동 제어 장치(10)를 구성하는 기능부와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고, 그들의 설명을 생략한다. 제2 실시형태에 관한 기동 제어 장치(10A)는, 제1 실시형태의 구성에 더하여, 기록 수단(17), 초기 온도 계산 모델(18)을 구비하고 있다.
기록 수단(17)은, 발전 플랜트(1)의 기동 전부터의 운전 데이터의 이력을 도시하지 않은 기억부에 기록한다. 예를 들면, 기록 수단(17)은, 발전 플랜트(1)의 기동 전부터 기동을 개시할 때까지의 감시 수단(11)이 소정의 시간 간격으로 취득한 증기 터빈(2)의 입구에서의 증기의 온도, 압력, 유량의 계측값, 복수기(4)의 물의 온도나 압력의 계측값, 터빈 메탈 온도의 계측값 등을, 그들의 계측값을 취득한 시각과 함께 기억부에 기록한다.
초기 온도 계산 모델(18)은, 기록 수단(17)이 기록한 각종 파라미터를 읽어 들여, 발전 플랜트(1)의 기동 시에 있어서의 증기 터빈(2)의 날개차의 초기 온도를 계산하는 수치 모델이다.
예를 들면, 더운 날과 추운 날에서는, 증기 터빈(2)의 날개차의 초기 온도는 상이하다. 초기 온도가 상이하면, 기동 후의 날개차에 발생하는 열응력에도 차가 생긴다. 제2 실시형태에서는, 기동 전의 운전 데이터에 근거하여, 날개차의 초기 온도를 적절히 설정하고, 응력 모델(12)에 의한 열응력의 계산 정밀도를 향상시킨다.
(동작)
발전 플랜트(1)의 기동 개시 시에, 초기 온도 계산 모델(18)은, 날개차의 초기 온도를 계산한다. 초기 온도 계산 모델(18)은, 날개차의 초기 온도를 응력 모델(12)에 출력한다. 응력 모델(12)은, 날개차의 초기 온도를 이용하여, 기동 개시 후의 날개차의 열응력을 추정한다. 기동 개시 후의 다른 처리에 대해서는, 도 2에서 설명한 것과 동일하다.
본 실시형태에 관한 기동 제어 장치(10A)는, 기록 수단(17), 초기 온도 계산 모델(18)을 구비하고 있다. 이들 구성은, 응력 모델(12)에 의한 응력 계산에 있어서의, 날개차의 초기 온도를 정확하게 정하도록 작용한다. 이로써, 응력 계산의 정밀도가 개선되고, 응력 초과에 의한 손상의 리스크를 저감시키는 효과가 얻어진다.
<제3 실시형태>
(구성)
이하, 본 개시의 제3 실시형태에 의한 기동 제어 장치(10B)에 대하여 도 5~도 6을 참조하여 설명한다.
도 5는, 제3 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이 발전 플랜트(1B)는, 증기 터빈(2a)(고압), (2b)(중압), (2c)(저압)을 구비하고 있다. 기동 제어 장치(10B)는, 감시 수단(11a~11c)과, 응력 모델(12a~12c)과, 기동 타이머 속도 조정기(13a~13c)와, 기동 타이머(14B)와, 제어 수단(15a~15c)과, 응력 예측 수단(16a~16c)과, 속도 조정 수단(19)을 구비하고 있다.
제어 수단(15a)은, 증기 터빈(2a)용의 최적 기동 커브(101a)를 갖고 있다. 제어 수단(15b)은, 증기 터빈(2b)용의 최적 기동 커브(101b)를 갖고 있다. 제어 수단(15c)은, 증기 터빈(2c)용의 최적 기동 커브(101c)를 갖고 있다.
증기 터빈(2a)용의 최적 기동 커브(101a)란, 열응력의 제약을 충족시키면서, 증기 터빈(2a)을 최고 속도로 기동시킬 때의 기동으로부터의 경과 시간에 따른 발전 출력의 목푯값을 정한 기동 커브이다. 최적 기동 커브(101b, 101c)에 대해서도 동일하다.
응력 예측 수단(16a)은, 증기 터빈(2a)을 최적 기동 커브(101a)에 근거하여 기동했을 때의 증기 터빈(2a)의 날개차에 발생하는 열응력의 예측값을 나타낸 최적 응력 예측값 커브(201a)를 갖고 있다. 동일하게 응력 예측 수단(16b)은, 최적 기동 커브(101b)에 대응하는 최적 응력 예측값 커브(201b)를 갖고 있다. 동일하게 응력 예측 수단(16c)은, 최적 기동 커브(101c)에 대응하는 최적 응력 예측값 커브(201c)를 갖고 있다. 최적 응력 예측값 커브(201a)는, 발전 플랜트(1)의 동작을 모의하는 시뮬레이터를 이용하여, 최적 기동 커브(101a)의 기동을 모의했을 때에 산출된 증기 터빈(2a)의 날개차에 발생하는 열응력의 예측값의 추이이다. 최적 응력 예측값 커브(201b, 201c)에 대해서도 동일하다.
기동 제어 장치(10B)는, 예를 들면, 증기 터빈(2a)에 대응하여, 증기 터빈(2a)의 운전 데이터를 취득하는 감시 수단(11a)과, 증기 터빈(2a)의 날개차의 열응력을 추정하는 응력 모델(12a)과, 기동 타이머 속도 조정기(13a)와, 증기 터빈(2a)의 기동을 제어하는 제어 수단(15a)과, 응력 예측 수단(16a)을 구비하고 있다. 증기 터빈(2b, 2c)에 대해서도 동일하다. 감시 수단(11a~11c), 응력 모델(12a~12c), 기동 타이머 속도 조정기(13a~13c), 제어 수단(15a~15c), 응력 예측 수단(16a~16c)의 기능은, 제1 실시형태와 동일하다.
속도 조정 수단(19)은, 기동 타이머 속도 조정기(13a~13c)의 각각으로부터 속도 지령을 취득하고, 가장 느린 속도 지령을 선택한다. 예를 들면, 기동 타이머 속도 조정기(13a)로부터 1.0배, 기동 타이머 속도 조정기(13b)로부터 0.9배, 기동 타이머 속도 조정기(13c)로부터 0.8배의 속도 지령을 취득한 경우, 속도 조정 수단(19)은, 0.8배를 선택한다.
기동 타이머(14B)는, 속도 조정 수단(19)이 선택한 속도 지령을 취득하여, 발전 플랜트(1) 기동 후의 경과 시간의 진행 속도를 조정한다. 기동 타이머(14B)는, 계측한 경과 시간을 제어 수단(15a~15c), 응력 예측 수단(16a~16c)으로 출력한다.
발전 플랜트(1)의 기동에 있어서, 증기 터빈(2a~2c) 중, 증기 터빈(2a)의 날개차의 응력 추정값만이 응력 예측값을 상회한 경우, 증기 터빈(2a)만 기동 커브를 완만하게 하여 기동하고, 증기 터빈(2b, 2c)은 최적 기동 커브(101b, 101c)에 근거하여 기동하는 것 같은 것은 할 수 없다. 이와 같은 경우에는, 증기 터빈(2a~2c)의 모든 기동 커브를 완만한 커브로 정렬하여 동일한 시간을 들여 기동시킨다.
(동작)
도 6은, 제3 실시형태에 관한 기동 제어 장치의 처리의 일례를 나타내는 도이다.
기동 제어 장치(10B)는 이하의 처리를 소정의 제어 주기로 행한다.
먼저, 기동 제어 장치(10B)는, 증기 터빈(2a~2c)의 각각에 대하여 속도 지령을 산출한다(스텝 S21). 구체적으로는, 예를 들면, 증기 터빈(2a)에 대하여, 기동 제어 장치(10B)는, 감시 수단(11a), 응력 모델(12a), 기동 타이머 속도 조정기(13a), 응력 예측 수단(16a)을 이용하여, 도 2의 스텝 S11~스텝 S13의 처리를 행한다. 스텝 S13의 비교의 결과에 따라 기동 타이머 속도 조정기(13a)는, 속도 지령을 설정하고, 속도 지령을 속도 조정 수단(19)으로 출력한다. 증기 터빈(2b, 2c)에 대해서도 동일하다. 기동 타이머 속도 조정기(13b)는, 증기 터빈(2b)의 날개차의 열응력의 상태에 따른 속도 지령을 속도 조정 수단(19)으로 출력한다. 기동 타이머 속도 조정기(13c)는, 증기 터빈(2c)의 날개차의 열응력의 상태에 따른 속도 지령을 속도 조정 수단(19)으로 출력한다.
다음으로 속도 조정 수단(19)은, 기동 타이머 속도 조정기(13a~13c)의 각각으로부터 취득한 속도 지령 중, 가장 느린 속도 지령을 선택한다(스텝 S22). 예를 들면, 1.0배, 0.9배, 0.8배의 속도 지령을 취득한 경우, 속도 조정 수단(19)은, 0.8배를 선택한다. 속도 조정 수단(19)은, 선택한 값을 기동 타이머(14B)로 출력한다. 기동 타이머(14B)는, 속도 조정 수단(19)으로부터 지시된 속도 지령에 근거한 속도로 경과 시간을 진행시킨다. 기동 타이머(14B)는, 계측한 경과 시간을 제어 수단(15a~15c), 응력 예측 수단(16a~16c)으로 출력한다.
제어 수단(15a)은, 도 2의 스텝 S15에서 설명한 바와 같이 최적 기동 커브(101a)와, 기동 타이머(14B)로부터 취득한 경과 시간에 근거하여 목표 출력을 설정하고, 목표 출력에 따른 제어 신호를 증기 터빈(2a)에 출력한다(스텝 S23). 동일하게 제어 수단(15b)은, 최적 기동 커브(101b)와, 기동 타이머(14B)로부터 취득한 경과 시간에 근거하여 목표 출력을 설정하고, 목표 출력에 따른 제어 신호를 증기 터빈(2b)에 출력한다. 제어 수단(15c)은, 최적 기동 커브(101c)와, 기동 타이머(14B)로부터 취득한 경과 시간에 근거하여 목표 출력을 설정하고, 목표 출력에 따른 제어 신호를 증기 터빈(2c)에 출력한다.
본 실시형태에 관한 기동 제어 장치(10B)는, 발전 플랜트(1)가 구비하는 복수의 증기 터빈(2a~2c)에 대응하여, (1) 복수의 최적 기동 커브(101a~101c) 및 최적 응력 예측값 커브(201a~201c)와, (2) 복수의 기동 타이머 속도 조정기(13a~13c)와, (3) 복수의 기동 타이머 속도 조정기(13a~13c)가 출력하는 속도 지령을 조정하여 최종 속도 지령을 출력하는 속도 조정 수단(19)을 갖는다. 이로써, 복수의 증기 터빈(2a~2c)을 갖는 발전 플랜트(1)에 대해서도, 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제3 실시형태는, 제2 실시형태와 조합하는 것도 가능하다.
<제4 실시형태>
이하, 본 개시의 제4 실시형태에 의한 기동 제어 장치에 대하여 도 7~도 8을 참조하여 설명한다.
제1 실시형태~제3 실시형태에서는, 날개차의 열응력에 근거하여, 발전 플랜트(1)의 기동 속도를 제어한다. 이에 대하여, 제4 실시형태에서는, 증기 터빈(2) 입구의 증기 온도에 근거하여, 기동 속도를 제어한다.
(구성)
도 7은, 제4 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
본 개시의 제4 실시형태에 관한 구성 중, 본 개시의 제1 실시형태에 관한 기동 제어 장치(10)를 구성하는 기능부와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고, 그들의 설명을 생략한다.
제4 실시형태에 관한 기동 제어 장치(10C)는, 감시 수단(11)과, 기동 타이머 속도 조정기(13C)와, 기동 타이머(14)와, 제어 수단(15)과, 증기 온도 예측 수단(16C)을 구비하고 있다.
기동 타이머 속도 조정기(13C)는, 응력 예측값, 응력 추정값 대신에 증기 온도 예측값과 증기 온도의 계측값을 취득하여 이들을 비교한다. 기동 타이머 속도 조정기(13C)는, 증기 온도의 계측값이 증기 온도 예측값을 상회하는 경우, 기동 타이머(14)의 진행 속도를 저하시키는 속도 지령을 출력한다.
증기 온도 예측 수단(16C)은, 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간에 있어서의 증기 터빈(2)의 입구에서의 증기 온도의 예측값을 출력한다. 증기 온도 예측 수단(16C)은, 증기 온도의 예측값을 정한 그래프(300)를 갖고 있다. 최적 증기 온도 예측값 커브(301)는, 발전 플랜트(1)가 최적 기동 커브(101)에 나타내는 최고 속도 기동을 행하는 경우에, 증기 터빈(2)에 유입하는 증기의 온도를 시뮬레이션하여 작성된다. 증기 온도 예측 수단(16C)은, 기동 타이머(14)로부터 취득한 경과 시간에 있어서 최적 증기 온도 예측값 커브(301)가 나타내는 증기 온도를 증기 온도 예측값으로서 출력한다.
(동작)
다음으로 도 8을 참조하여 기동 제어 장치(10C)의 동작에 대하여 설명한다.
도 8은, 제4 실시형태에 관한 기동 제어 장치의 처리의 일례를 나타내는 도이다.
감시 수단(11)이, 발전 플랜트(1)로부터 증기 터빈(2)의 입구에서의 증기의 온도, 압력, 유량, 복수기(4)의 물의 온도, 압력, 터빈 메탈 온도 등을 취득한다. 감시 수단(11)은, 증기 온도의 계측값을 기동 타이머 속도 조정기(13C)에 출력한다(스텝 S31).
한편, 증기 온도 예측 수단(16C)은, 기동 타이머(14)가 계측한 경과 시간을 취득하고, 그 경과 시간에 있어서의 최적 증기 온도 예측값 커브(301)가 나타내는 증기 온도를 산출한다. 증기 온도 예측 수단(16C)은, 최적 증기 온도 예측값 커브(301)에 근거하여 산출한 증기 온도를, 증기 온도 예측값으로서 기동 타이머 속도 조정기(13C)에 출력한다(스텝 S32).
스텝 S31과 스텝 S32의 처리는 병행하여 행해지며, 처리순에 우열은 없다.
다음으로 기동 타이머 속도 조정기(13C)는, 취득한 증기 온도 예측값과 증기 온도의 계측값을 비교한다(스텝 S33). 증기 터빈(2) 입구에서의 증기 온도는, 날개차에 발생하는 열응력과 양의 상관관계가 있어, 증기 온도가 상승하면, 열응력도 커진다. 따라서, 증기 온도 예측값이 증기 온도(계측값) 이상인 경우(스텝 S33; No), 실제의 열응력은 허용 범위 내라고 생각된다. 따라서, 기동 타이머 속도 조정기(13C)는, 기동 타이머(14)에 현재와 동일한 속도로 경과 시간을 진행시키도록 지시한다. 기동 타이머(14)는, 현재의 속도로 기동으로부터의 경과 시간을 계측하고, 그때그때의 경과 시간을 제어 수단(15)과 증기 온도 예측 수단(16C)에 출력한다. 제어 수단(15)은, 최적 기동 커브(101)와 기동 타이머(14)로부터 취득한 경과 시간에 근거하여 목표 출력을 결정하고, 목표 출력에 따른 제어 신호를 발전 플랜트(1)에 출력한다(스텝 S35).
증기 온도 추정값이 증기 온도를 상회하는 경우(스텝 S33; Yes), 실제의 열응력이, 최단 기동 시의 열응력을 상회하고 있어, 열응력의 제약(제한 라인 (203))을 초과할 가능성이 있다. 기동 타이머 속도 조정기(13C)는, 기동 타이머(14)에 경과 시간의 진행 속도를 저하시키도록 지시한다. 기동 타이머(14)는, 기동 스케줄 상의 경과 시간의 진행 속도를 저하시킨다(스텝 S34). 기동 타이머(14)는, 그때그때의 경과 시간을, 제어 수단(15)과 증기 온도 예측 수단(16C)에 출력한다. 제어 수단(15)은, 최적 기동 커브(101)와 기동 타이머(14)로부터 취득한 경과 시간에 근거하여 목표 출력을 결정하고, 목표 출력에 따른 제어 신호를 발전 플랜트(1)에 출력한다(스텝 S35).
제1 실시형태와 동일하게, 기동 제어 장치(10C)는, 다음의 제어 주기에서도 스텝 S31~스텝 S35의 처리를 행한다. 예를 들면, 기동 타이머(14)의 속도를 저하시킨 경우, 스텝 S33에서는, 기동 타이머(14)가 계측하는 경과 시간에 따른 증기 온도 예측값과 최신의 증기 온도의 계측값을 비교한다. 기동 타이머(14)의 진행 속도를 늦추어 목표 출력을 저하시킴으로써, 증기 온도의 계측값이 증기 온도 예측값 이하가 되면, 기동 타이머(14)의 진행 속도는 그대로 유지된다. 혹은, 증기 온도의 계측값이 증기 온도 예측값을 크게 하회하는 것 같은 경우, 기동 타이머 속도 조정기(13C)는, 경과 시간의 진행 속도를 상승시키는 속도 지령을 기동 타이머(14)에 출력해도 된다. 증기 온도에 근거한 기동 제어이더라도, 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 기동 제어 장치(10C)는, (1) 최적 기동 커브(101)로 기동했을 때의 증기 온도의 예측값의 추이를 나타내는 최적 증기 온도 예측값 커브(301)와, (2) 실제의 증기 온도를 입력하여 양자를 비교하고, 예를 들면, 증기 온도의 계측값이 증기 온도의 예측값을 초과한 경우에는, 기동 타이머(14)의 진행 속도를 감속하도록 기동 타이머(14)에 속도 지령을 출력하는 기동 타이머 속도 조정기(13C)를 갖고 있다. 이로써, 열응력의 제약을 충족시키면서, 고속으로 발전 플랜트(1)를 기동할 수 있다. 제1 실시형태~제3 실시형태의 응력 모델(12)에 의한 응력 계산은 계산 부하가 높다. 이에 대하여, 제4 실시형태에 의하면, 리얼타임으로 응력 계산을 행할 필요가 없기 때문에, 실용성이 향상된다.
<제5 실시형태>
제3 실시형태에서 설명한 복수의 증기 터빈을 포함하는 발전 플랜트(1B)에 대하여, 제4 실시형태의 기동 제어 장치(10C)에 의한 기동 제어 방법을 적용하는 것도 가능하다.
(구성)
이하, 본 개시의 제５ 실시형태에 의한 기동 제어 장치(10D)에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는, 제５ 실시형태에 관한 발전 플랜트의 기동 제어 장치의 구성예를 나타내는 도이다.
기동 제어 장치(10D)는, 감시 수단(11a~11c)과, 기동 타이머 속도 조정기(13C1~13C3)와, 기동 타이머(14B)와, 제어 수단(15a~15c)과, 증기 온도 예측 수단(16C1~16C3)과, 속도 조정 수단(19)을 구비하고 있다.
증기 온도 예측 수단(16C1)은, 증기 터빈(2a)을 최적 기동 커브(101a)에 근거하여 기동했을 때의 증기 터빈(2a) 입구의 증기 온도의 예측값을 나타낸 최적 증기 온도 예측값 커브(301a)를 갖고 있다. 증기 온도 예측 수단(16C2, 16C3)에 대해서도 동일하다. 기동 타이머 속도 조정기(13C1~13C3)는, 제4 실시형태의 기동 타이머 속도 조정기(13C)와 동일한 기능을 갖고 있다.
(동작)
기동 제어 장치(10D)는, 증기 터빈(2a~2c)의 각각에 대하여 도 8의 스텝 S31~S33의 처리를 행하여 속도 지령을 산출한다. 다음으로 속도 조정 수단(19)은, 기동 타이머 속도 조정기(13C1~13C3)의 각각으로부터 취득한 속도 지령 중, 가장 느린 속도 지령을 선택하고, 선택한 값을 기동 타이머(14B)에 출력한다. 기동 타이머(14B)는, 속도 조정 수단(19)으로부터 지시된 속도 지령에 근거한 속도로 경과 시간을 진행시킨다. 기동 타이머(14B)는, 계측한 경과 시간을 제어 수단(15a~15c), 증기 온도 예측 수단(16C1~16C3)에 출력한다.
이로써, 복수의 증기 터빈(2a~2c)의 각각에 유입하는 증기 온도의 제약을 충족시키면서, 최단으로 증기 터빈(2a~2c)을 기동할 수 있다.
도 11은, 실시형태에 관한 제어 장치의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 도이다.
컴퓨터(900)는, CPU(901), 주기억 장치(902), 보조 기억 장치(903), 입출력 인터페이스(904), 통신 인터페이스(905)를 구비한다.
상술한 제어 장치(10, 10A, 10B, 10C, 10D)는, 컴퓨터(900)에 실장된다. 그리고, 상술한 각 기능은, 프로그램의 형식으로 보조 기억 장치(903)에 기억되어 있다. CPU(901)는, 프로그램을 보조 기억 장치(903)로부터 독출하여 주기억 장치(902)에 전개하고, 당해 프로그램에 따라 상기 처리를 실행한다. CPU(901)는, 프로그램에 따라, 기억 영역을 주기억 장치(902)에 확보한다. CPU(901)는, 프로그램에 따라, 처리 중인 데이터를 기억하는 기억 영역을 보조 기억 장치(903)에 확보한다.
기동 제어 장치(10, 10A, 10B, 10C, 10D)의 전부 또는 일부의 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록하여, 이 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 읽어 들여, 실행함으로써 각 기능부에 의한 처리를 행해도 된다. 여기에서 말하는 "컴퓨터 시스템"이란, OS나 주변기기 등의 하드웨어를 포함하는 것으로 한다. "컴퓨터 시스템"은, WWW 시스템을 이용하고 있는 경우이면, 홈페이지 제공 환경(혹은 표시 환경)도 포함하는 것으로 한다. "컴퓨터 판독 가능한 기록 매체"란, CD, DVD, USB 등의 휴대용 매체, 컴퓨터 시스템에 내장(內藏) 되는 하드 디스크 등의 기억장치를 말한다. 또, 이 프로그램이 통신 회선에 의하여 컴퓨터(900)에 전송되는 경우, 전송을 받은 컴퓨터(900)가 당해 프로그램을 주기억 장치(902)에 전개하고, 상기 처리를 실행해도 된다. 상기 프로그램은, 상술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 되고, 또한 상술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것이어도 된다.
기동 제어 장치(10~10D)는, 각각 통신 가능한 복수의 컴퓨터(900)에 의하여 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 기동 제어 장치(10, 10A)에 있어서 응력 모델(12)을 다른 컴퓨터(900)에 실장해도 된다. 예를 들면, 기동 제어 장치(10B, 10D)에 있어서, 증기 터빈(2a~2c)마다 제어 기능(예를 들면, 기동 제어 장치(10B)의 증기 터빈(2a)의 경우, 감시 수단(11a), 기동 타이머 속도 조정기(13a), 제어 수단(15a), 응력 예측 수단(16a))을 상이한 컴퓨터(900)에 실장하고, 추가로 응력 모델(12a~12c)의 각각을 다른 컴퓨터(900)에 실장해도 된다.
이상에 나타내는 바와 같이, 본 개시에 관한 몇 개의 실시형태를 설명했지만, 이들 모든 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하고 있지 않다. 이들 실시형태는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태 및 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 동일하게, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
<부기>
각 실시형태에 기재된 기동 제어 장치(10~10D), 기동 제어 방법 및 프로그램은, 예를 들면 이하와 같이 파악된다.
(1) 제1 양태에 관한 기동 제어 장치(10~10D)는, 발전 플랜트(1)의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량(날개차의 열응력, 증기 터빈(2)에 유입하는 증기 온도)에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄(최적 기동 커브(101))에 근거하여 상기 발전 플랜트(1)를 기동했을 때의 그 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값(응력 예측 수단(16)이 출력하는 응력 예측값, 증기 온도 예측 수단(16C)이 출력하는 증기 온도의 예측값)과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값(응력 모델(12)이 출력하는 응력 추정값, 감시 수단(11)이 출력하는 증기 온도)에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는 판정부(기동 타이머 속도 조정기(13, 13C))와, 상기 판정부가 초과한다고 판정한 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는 속도 조정부(기동 타이머 속도 조정기(13, 13C))와, 상기 지시에 근거한 속도로, 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는 기동 타이머(14, 14B)를 구비한다.
이로써, 발전 플랜트(1)의 최적 기동 커브(101)를, 실제의 기동 시(기동 중)로 조정할 수 있다. 이로써, 최적 기동 커브(101)를 정할 때에 이용한 수치 모델의 예측과, 실제의 플랜트의 응답의 오차를 조정하는 것이 가능해진다. 최적 기동 스케줄에 근거하여 조정하기 때문에, 고속으로 발전 플랜트(1)를 기동할 수 있다. 발전 플랜트(1)의 기동 중에, 기동 스케줄의 조정이 가능하기 때문에, 안전을 확보한 완만한 출력 상승 커브를 그리는 기동 스케줄에 근거하여 발전 플랜트(1)를 기동할 필요가 없어진다. 관측값은, 감시 수단(11)이 취득한 계측값과 응력 모델(12)이 추정한 추정값을 포함한다.
(2) 제2 양태에 관한 기동 제어 장치(10~10B)는, (1)의 기동 제어 장치(10~10B)이며, 상기 발전 플랜트(1)의 기동 중에 계측한 운전 데이터에 근거하여 상기 물리량(열응력)의 관측값을 추정하는 추정 모델(응력 모델(12))을 더 구비하고, 상기 판정부는, 상기 추정 모델이 추정하는 상기 관측값과 상기 예측값에 근거하여 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정한다.
이로써, 발전 플랜트(1)의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량 중, 계측할 수 없는 물리량(열응력)을 추정할 수 있다. 계측값에 근거하여 추정한 물리량을 이용하여, 제약을 충족시키는지 어떤지를 판단하기 때문에, 기동 중의 발전 플랜트(1)의 실제의 상태에 따라 기동 스케줄의 조정이 가능해진다.
(3) 제3 양태에 관한 기동 제어 장치(10~10B)는, (2)의 기동 제어 장치(10~10B)이며, 상기 추정 모델은, 증기 터빈(2)의 입구의 증기의 온도, 압력 및 유량의 계측값을 포함하는 입력 파라미터에 근거하여, 상기 증기 터빈의 날개차에 발생하는 열응력의 관측값을 출력하고, 상기 판정부는, 상기 열응력의 상기 관측값이, 상기 열응력의 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정한다.
이로써, 증기 터빈(2)의 날개차의 열응력의 실제의 상태에 따라, 기동 스케줄의 조정이 가능해진다.
(4) 제4 양태에 관한 기동 제어 장치(10A)는, (3)의 기동 제어 장치(10A)이며, 증기 터빈(2)의 입구의 증기의 온도, 압력 및 유량의 계측값을 포함하는 입력 파라미터에 근거하여, 상기 발전 플랜트의 기동 시에 있어서의 상기 증기 터빈의 날개차의 초기 온도를 계산하는 초기 온도 계산 모델(18)을 더 구비한다.
이로써, 증기 터빈(2)의 날개차의 열응력의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 발전 플랜트(1)의 기동 중에 날개차의 열응력이 제약의 범위를 초과하는 리스크를 저감시킬 수 있다.
(5) 제5 양태에 관한 기동 제어 장치(10C, 10D)는, (1)의 기동 제어 장치(10C, 10D)이며, 상기 판정부(기동 타이머 속도 조정기(13C))가, 상기 최적 기동 스케줄에 근거한 상기 기동으로부터의 경과 시간에 따른 증기 터빈의 증기 온도의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 계측한 상기 증기 터빈의 증기 온도의 계측값에 근거하여, 상기 증기 온도의 계측값이 상기 증기 온도의 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하고, 상기 속도 조정부(기동 타이머 속도 조정기(13C))가, 상기 판정부가 상기 증기 온도의 계측값이 상기 증기 온도의 예측값을 초과한다고 판정한 경우, 상기 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시한다.
열응력의 계산을 행하지 않아도 되기 때문에, 기동 중인 기동 제어 장치(10C)의 계산 부하를 저감시키고, 처리를 고속화할 수 있다. 또, 도입하는 컴퓨터의 대수를 줄이는 등 비용 삭감 효과가 얻어진다.
(6) 제6 양태에 관한 기동 제어 장치(10B, 10D)는, (1) 내지 (5)의 기동 제어 장치(10B, 10D)이며, 상기 판정부가, 상기 발전 플랜트가 구비하는 복수의 플랜트 기기(증기 터빈(2a~2c))마다 상기 물리량의 상기 관측값이 상기 물리량의 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하고, 상기 판정부의 판정에 근거하여, 상기 속도 조정부가, 상기 플랜트 기기마다 지시한 속도 지령 중 가장 감속의 정도가 큰 상기 속도 지령을 선택하고, 상기 기동 타이머에 선택한 상기 속도 지령을 출력하는 속도 조정부(속도 조정 수단(19))를 더 구비한다.
이로써, 발전 플랜트(1)가 동일한 시간을 들여 기동해야 하는 복수의 플랜트 기기를 포함하는 경우에서도, 발전 플랜트(1)의 기동 중에 기동 스케줄을 조정할 수 있다. 최적 기동 스케줄에 근거하여 조정하기 때문에, 고속으로 발전 플랜트(1)를 기동할 수 있다.
(7) 제7 양태에 관한 기동 제어 방법은, 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 그 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하고, 상기 판정에 있어서 초과한다고 판정된 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하며, 상기 지시에 근거한 속도로, 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시킨다.
(8) 제8 양태에 관한 프로그램은, 컴퓨터를, 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 그 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는 수단, 상기 판정에 있어서 초과한다고 판정된 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는 수단, 상기 지시에 근거한 속도로, 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는 수단으로서 기능시킨다.
산업상 이용가능성
상술한 기동 제어 장치, 기동 제어 방법 및 프로그램에 의하면, 발전 플랜트의 기동 스케줄을 기동 중에 조정할 수 있다.
1, 1B 발전 플랜트
2, 2a, 2b, 2c 증기 터빈
3 보일러
4 복수기
5 발전기
10, 10A~10D 기동 제어 장치
11, 11a~11c 감시 수단
12, 12a~12c 응력 모델
13, 13a~13c, 13C, 13C1~13C3 기동 타이머 속도 조정기
14, 14B 기동 타이머
15, 15a~15c 제어 수단
16, 16a~16c 응력 예측 수단
16C, 16C1~16C3 증기 온도 예측 수단
17 기록 수단
18 초기 온도 계산 모델
19 속도 조정 수단
100, 200 그래프
101, 101a~101c 최적 기동 커브
102 완화 기동 커브
201 최적 응력 예측값 커브
202 응력 예측값 커브
203 제한 라인
900 컴퓨터
901 CPU
902 주기억 장치
903 보조 기억 장치
904 입출력 인터페이스
905 통신 인터페이스

Claims (8)

  1. 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 상기 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는 판정부와,
    상기 판정부가 초과한다고 판정한 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는 속도 조정부와,
    상기 지시에 근거하는 속도로 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는 기동 타이머를 구비하는 기동 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전 플랜트의 기동 중에 계측한 운전 데이터에 근거하여 상기 물리량의 관측 값을 추정하는 추정 모델을 더 구비하며,
    상기 판정부는, 상기 추정 모델이 추정하는 상기 관측값과, 상기 예측값에 근거하여 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는, 기동 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 추정 모델은, 증기 터빈의 입구의 증기의 온도, 압력 및 유량의 계측값을 포함하는 입력 파라미터에 근거하여, 상기 증기 터빈의 날개차에 발생하는 열응력의 상기 관측값을 출력하며,
    상기 판정부는, 상기 열응력의 상기 관측값이, 상기 열응력의 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는, 기동 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    증기 터빈의 입구의 증기의 온도, 압력 및 유량의 계측값을 포함하는 입력 파라미터에 근거하여, 상기 발전 플랜트의 기동 시에 있어서의 상기 증기 터빈의 날개차의 초기 온도를 계산하는 초기 온도 계산 모델을 더 구비하는 기동 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 판정부가, 상기 최적 기동 스케줄에 근거하는 상기 기동으로부터의 경과 시간에 따른 증기 터빈의 증기 온도의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 계측한 상기 증기 터빈의 증기 온도의 계측값에 근거하여, 상기 증기 온도의 계측값이 상기 증기 온도의 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하고,
    상기 판정부가, 상기 증기 온도의 계측값이 상기 증기 온도의 예측값을 초과한다고 판정한 경우, 상기 속도 조정부가 상기 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는, 기동 제어 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정부가, 상기 발전 플랜트가 구비하는 복수의 플랜트 기기마다 상기 물리량의 상기 관측값이 상기 물리량의 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하고, 상기 판정부의 판정에 근거하여, 상기 속도 조정부가, 상기 플랜트 기기마다 지시한 속도 지령 중 가장 감속의 정도가 큰 상기 속도 지령을 선택하여, 상기 기동 타이머에 선택한 상기 속도 지령을 출력하는 속도 조정부를 더 구비하는 기동 제어 장치.
  7. 발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 상기 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하고,
    상기 판정에 있어서 초과한다고 판정된 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하며,
    상기 지시에 근거하는 속도로 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는, 기동 제어 방법.
  8. 컴퓨터를,
    발전 플랜트의 기동의 제약이 되는 소정의 물리량에 대하여, 소정의 최적 기동 스케줄에 근거하여 상기 발전 플랜트를 기동했을 때의 상기 기동으로부터의 경과 시간에 따른 상기 물리량의 예측값과, 상기 발전 플랜트의 기동 중에 취득한 상기 물리량의 관측값에 근거하여, 상기 관측값이 상기 예측값을 초과하는지 아닌지를 판정하는 수단,
    상기 판정에 있어서 초과한다고 판정된 경우, 상기 최적 기동 스케줄에 있어서의 상기 기동으로부터의 경과 시간의 진행 속도를 감속하도록 지시하는 수단,
    상기 지시에 근거하는 속도로 상기 기동으로부터의 경과 시간을 진행시키는 수단으로서 기능시키기 위한 프로그램.
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