JPH0434162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発電プラントの効率最適化制御システ
ムに係り、特にプラント効率を最高点に維持する
のに好適な発電プラントの効率最適化制御システ
ムに関する。

発電プラントの高効率化運用制御の問題が話題
になつてから久しいが、プラントを総括的に観点
からみて、その効率向上を図つた制御システム
は、未だ実用化に至つていない。

僅かに、火力発電プラントにおいて空燃比を操
作することによるボイラ効率の最適化に関する報
告（例えば、F.Moran et al；Development
and application of self−optimi Sing contorol
to coalfired Steam−generating plant、
Proc・IEE、VoL・115、No.２（1968−２））があ
るにすぎない。

これら従来の制御システムでは、第１図に示す
ように、プラント１００からの状態フイードバツ
ク信号４に基づいて最適操作量探索手段３におい
て、最適操作量５を決定し、これに基づいて発電
プラント１００を制御するという構造的特徴をも
つている。

しかし、従来方式は、実機に適用する上で下記
に示す問題点をもつていた。

() 大きな熱時定数をもつプラントからの状態
フイードバツク信号に基づいて最適操作量を探
索するため、最大効率点即ち最適操作量を見出
すのち多大な時間を要すること。

() 効率を高精度で実測することが困難なた
め、例えば、主蒸気圧力などの挙動を効率評価
の代用とする効率インデツクス法を用いてお
り、その信憑性が低いこと。

() 実測値を用いるため、ノイズ及び検出誤差
の影響を受け易いこと。

() 状態フイードバツク信号に基づいて最大効
率点を探索するため、最適化制御を施す期間が
定常負荷運転時に限られ、負荷変動時には制御
動作の休止が余儀なくされること。

本発明の目的は、発電プラントの制御システム
において、前記従来方式の欠点を無くすると共
に、総括的な観点からみたプラントの効率向上を
可能ならしめ、特に、発電プラントに対する負荷
要求の変化に伴なつて目標整定負荷が予知できる
場合はもちろんのこと、目標整定負荷が予知でき
ない場合でも、効率に影響を及ぼす複数の操作パ
ラメータの操作量を能率良く最適化できる発電プ
ラントの過渡効率最適化制御システムを提供する
にある。

本発明は、従来方式の前記問題点を克服し、前
記目的を達成するために、第２図に示す制御シス
テム２００に内蔵させた過渡効率（以下、単に効
率という）計算用のプラントモデル２４０を用い
て、モデル規範形予測制御を施すことにより、プ
ラントの応答速度に拘束されず、じん速かつ高精
度の効率最適化を実現したものである。

第２図に示した本制御システム２００における
最適操作量探索手段２３０の基本方式は、実際に
発電プラント１００に出力する最適操作量１１を
決定する前に、プラントデル２４０に対して試行
操作量９を出力し、これに対応したプラント効率
１０を求めるという手順を繰返すことにより、最
大効率点をもたらす最適操作量を探索してゆく方
法である。

この場合、プラントモデル２４０は、任意の負
荷変動及び複数の操作パラメータの時間変化に対
応したプラント動特性を模擬することにより、当
該プラントの過度効率を求めることができるもの
である。

以下において、本発明を火力発電プラントに適
用した場合を実施例として、さらに具体的に説明
する。

第３図は本発明を適用した火力発電プラントの
効率最適化制御システムの基本構成を示す概略ブ
ロツク図である。ただし、この図は効率最適化に
特有な機能についてのみ示すもので従来方式をそ
のまま適用できる各機器のマイナ制御系及びプラ
ント制御系については図面の繁雑を避けるため
に、図示を省略した。

効率に影響を及ぼす操作パラメータは多数ある
が、本実施例では比較的効果が大きいO₂過剰率、
パラレルダンパ開度、復水器真空度の３つを選択
し、これらの操作量を最適化する制御システムに
ついて説明する。

制御システム全体の動作原理を説明する前に、
最適操作量探索手段２３０について概説してお
く。なお、その詳細については、後に、第５図を
参照して説明する。ここでは、最適操作量探索の
ための基本アルゴリズムとして、極値探索手法の
１つである公知のコンプレツクス法を利用する場
合について説明する。

第３図における最適操作量探索手段２３０の図
解では、コンプレツクス法による最大効率探索の
原理をわかり易くするために操作パラメータm₁，
m₂と効率ηとの関係についてのみ示した。

はじめに、試行パターン１に対応した試行操作
量m¹ ₁，m¹ ₂をプラントに与えた場合の効率η¹を求
める。

なお、以上において、試行操作量m¹ ₁，m¹ ₂をプ
ラントに与えた場合の効率η¹を求める。

なお、以上において、試行操作量¹ ₁，m¹ ₂は、プ
ラント負荷を、現在値から目標整定負荷まで予定
の変化率で変化させるに必要な、時間関数として
の、ある一組の操作量m₁，m₂を表わしている。

明らかなように、プラント負荷を同じように変
化させるための試行操作量m₁，m₂の組合せは、
他にも色々と存在し得る。このような組合せを
〔m² ₁，m² ₂〕，〔m³ ₁，m³ ₂〕…〔m^j ₁，m^j ₂〕…とし、
これらを試行パターン２，３…ｊ…とする。

そして、試行パターン２，３…ｊ…について
も、同様に効率η²，η³を求める。なお、この場合
のプラントの（過渡）効率η^jは、例えばつぎの積
分式で演算することができる。

η^j＝∫^tb／_taQ₀dt／∫^tb／_taQ〓dt ここに、Q〓はプラントへの入熱（kcal／sec）、
Q₀は発電機からの熱換算出力（kcal／sec）、
〔t_a／t_b〕着目する積分区間である。

これらの各試行パターンのうち、効率が最低と
なるパターンに対応する点（この場合は、試行パ
ターン１であると過程する）と残された試行パタ
ーンの重心（この場合は試行パターン２，３を結
ぶ線分２−３上にある）を結んで直線を、重心側
へ延長した線上に、新たな試行パターン４を選
び、試行操作量m⁴ ₁，m⁴ ₂の組であらわされる試行
パターンに対応した効率η⁴を求める。

なお、この場合の延長線の長さは、対象となる
プラントに応じて、実験的、経験的に決められる
ものであるが、一般には、効率が最低となる試行
パターンを代表する点（以下、単に試行パターン
ということがある）と、前記試行パターンを除い
た残りの試行パターンの重心との距離の1.3倍程
度延長するのがよいとされている。

つぎに、効率が最低の試行パターン１を除い
て、新たにできた三角形２３４から、前述と同様
にして新たな試行パターン５を求める。たゞし、
新試行パターン５が、プラント状態量の制約条件
を侵害するようになる場合は定義域内の試行パタ
ーン６に戻り、新たな三角形３４６を用いて試行
方向を決定する。

前述のような試行方法を繰返すことにより、最
大効率パターン（この場合は、試行パターン７）
に達することができる。この最後の試行パターン
に対応した操作量が最適値ｍ∧_i（この場合m⁷ ₁，
m⁷ ₂）であり、第２図において、プラント１００
に対する実際の操作出力１１となる。

このような制御動作を続行することにより、海
水温度や大気温度などの周囲条件の変動にともな
つて、最大効率点が移動しても、これに追従して
最適操作量を決定することができる。

以上は、公知のコンプレツクス法を適用した効
率最適化制御の原理説明であるが、次に実施例に
おける制御システム全体の動作原理について詳細
に説明する。なお、この場合の操作量はm₁，
m₂，m₃の３種であると仮定している。

第３図に示す負荷要求値発生手段110からは、
第４図Ａに示すように時間の関数として負荷要求
値Lr（ｔ）１３が発生され、最適操作量探索負荷
点決定手段２２０に送られる。

最適操作量探索負荷点決定手段２２０は、負荷
要求値が変化する直前の現在負荷Lr（t₀）から目
標整定負荷LrS（＝Lr（t₃））に至る負荷変化領域
内で、１個または複数の最適操作量探索負荷点L_S
（ｐ）（但し、ｐ＝１〜ｌ）を決定する。

ここでL_S（ｐ）は、過度効率計算用のプラント
モデル２４０を用いて最適操作量探索手段２３０
により最大効率即ち最適操作量を探索するたの途
中負荷点である。第４図の例では、前記最適操作
量探索負荷点は、L_S(1)，L_S(1)，L_S(3)の３点で示し
たが、この数は、負荷変化幅及び負荷変化率
（dLr／dt）に応じて任意に決定することができ
る。

このようにして決定された最適操作量探索負荷
点L_S（ｐ）は効率計算用負荷信号発生手段１６に
送られ、負荷要求値Lr（ｔ）と等価な効率計算用
負荷信号L_S（ｔ）に変換してプラントモデル２４
０に送られる。

一方、最適操作量探索手段２３０は、動作制御
信号１５によつて、その動作タイミングが過度効
率を最大ならしめる最適操作量を制御され、プラ
ントモデル２４０にｊ番目（ｊは自然数）の試行
パターンに対する負荷点別試行操作量１９−すな
わち、m^j ₁(1)，m^j ₂(1)…m^j ₁(2)，m^j ₂(2)，…，m^j ₁（ｐ
），
m^j ₂（ｐ），m^j ₃（ｐ）を伝送すると共に、プラント
モデル２４０からは前記試行パターンｊの場合の
プラント効率１０−すなわち、η^jを受取る。

このようにして、最適操作量探索手段２３０
は、負荷が現在値Lr（t₀）から目標整定負荷Lrsに
変化する間の過度効率を最大ならしめる最適操作
量１１−すなわち、ｍ∧₁（ｐ），ｍ∧₂（ｐ），ｍ∧₃
（ｐ）
を負荷点L_S（ｐ）に対応させて決定する。

なお、この場合、最適操作量探索手段２３０に
おいては、途中負荷点L_S（ｐ−１）とL_S（ｐ）の間
では、各操作量m_jは、予め定められた関係で
（例えば、直線的に）変化するものとして効率の
演算を行なう。

第５図は、最適操作量探索手段２３０における
処理手順を示すものである。以下、順を追つてそ
の制御アルゴリズムを説明する。但し、以下にお
いて用いる記号は次のように定義する。

m_j：操作量 ｉ＝１ O₂過剰率（％） ｉ＝２ パラレルダンパ開度（％） ｉ＝３ 復水器真空度（mmHg） ここで、m₂はパラレルダンパの開度を直接示
すものではなく、次の(1)式で定義する。

m₂＝G_S／G_S＋G_R×100（％） ……(1) なお、前記(1)式において、G_Sは火力発電プラ
ントのボイラ内の、１次過熱器および節炭器が配
置されているガス通路でのガス流量を表わし、ま
た、G_Rは、前記ボイラ内の１次再加熱器および
節炭器が配置されているガス通路でのガス流量を
表わす。

m_i.nax，m_i.nio：操作量の上、下限 G_{CL nax}，G_{CL nio}：復水器循環水流量の上、下
限（Kg／sec） D_Tnax：復水器循環水温度上昇幅の上限（℃） Y_nax：低圧タービン排気湿り度の上限（℃） G_{GR nax}，G_{GR nio}：ガス再循環流量の上、下限
（Kg／sec） 〔ステツプ１〕初期シンプレツクスの形成初期
試行パターンに対応する点m^j ₁（ｐ）（ｉ＝１〜３、
ｊ＝１〜ｌ）は、上記制約条件を全て満足するも
のとし、m_i（ｐ）が張る（３×ｌ）次元空間に、
第６図Ａに示すようなｋ角（第６図の場合は便宜
上ｋ＝６としたが、ｋは２×３×ｌ程度とするの
が普通）の多角形（これをシンプレツクスとい
う）を形成させ、これを初期シンプレツクスとす
る。

この初期シンプレツクスの形成に際しては、１
点は前記初期試行パターンに対応する点m¹ _i(1)と
し、残りの（ｋ−１）個の点は、一様乱数r^j（ｊ
＝２〜ｋ）を用いて、次の(2)式により決定する。

m^j _i（Ｐ）＝m_i.nio＋r^j（m_i.nax−m
_i.nio）……(2) 但し、 ０＜r^j１ ｊは試行パターン番号 ｐは最大効率（最適操作量）探索途中負荷点番号 このようにして決定したm^j _i（ｐ）は、操作量と
しての制約条件（これを陽の制約条件という）を
必ず満足するが、プロセス状態としての制約条件
（これを陰の制約条件という）は必ずしも満足し
ないから、m^j _i（ｐ）（ｉ＝１〜３、ｐ＝１〜ｌ）
を試行操作信号変換手段17に送り、時間関数m^j _i
（ｔ）に変換した値をプラントモデル２４０に与
えて確認する。

陰の制約条件を満ない場合は、その試行パター
ンに対応する点を既に決定された点の重心方向へ
中点まで移動させる。このようにして究極的には
全ての試行パターンに対応する点が決定される。

以上の試行により、それぞれの試行パターンｊ
に対応したプラント効率η^jもプラントモデル２４
０から容易に得られる。

〔ステツプ２〕 重心の計算 ここでは、シンプレツクスの各試行点のうち、
効率が最も低い試行点を除外した（ｋ−１）個の
点で定義されるシンプレツクスの重心m_Gj（ｐ）
（ｉ＝１〜３、ｐ＝１〜ｌ）を求める−第６図Ｂ。
今、効率最低点がｊ＝１の試行パターンであると
仮定すると、重心m_Gi（ｐ）は次の(3)式で表わされ
る。

また、効率最低点（この場合は、ｊ＝１の点）
から重心までの距離Δm_Gj（ｐ）は次の(4)式で表わ
される。

Δm_Gi（ｐ）＝m_Gi（ｐ）−m¹ _i（ｐ） ……(4) 〔ステツプ３〕 新試行パターンに対応する点の
決定 新たに試行する方向を、第６図Ｃの直線Ｌで示
すように、最低効率点（この例では、点１）から
重心方向にとり、両点間の距離Δm_Gi（ｐ）のα_i倍
だけ重心から延長した点を新試行パターンに対応
する点（第６図Ｃでは点７）とし、これをm^k+1 _i
（ｐ）とすると、 m^k+1 _i（ｐ）△ ＝m_Gi（ｐ）＋α_im_Gi（ｐ） ……(5) で表わされる。

この場合、第６図Ｃのように、この点７が陽の
制約条件を侵害するときは、新たな試行パターン
に対応する点を制約条件および線Ｌの交点上にと
り、これを正規の試行パターン７とすることにす
る。すなわち、上限m_i.naxを侵害する場合は、 m^k+1 _i（ｐ）＝m_i.nax ……(6) とし、下限m_i.nioを侵害する場合は、 m^k+1 _i（ｐ）＝m_i.nio ……(7) とする。

〔ステツプ４〕 効率計算 効率計算用のプラントモデル２４０（第３図）
を用いて、新試行パターンを代表する点m^k+1 _i
（ｐ）に対応した効率η^k+1を求める。ここで、プ
ラントモデルとしての模擬範囲は、通常負荷運転
で必要とされる系統のうち、エネルギ収支が問題
となる系統の全てを対象としている。

すなわち、タービン系統においては、抽気系統
はもとより、シール蒸気についても考慮し、ま
た、ボイラ系統においては、排ガスによる熱損失
はもち論、ボイラ壁からの熱放射も考慮してい
る。さらに、周囲条件としての海水温度、大気温
度および風速は実測値を用いることができる。

〔ステツプ５〕 制約条件監視 効率計算用のプラントモデル２４０（第３図）
で計算したプロセス状態が、陰の制約条件を侵害
しているか否かを判別し、侵害している場合は、
試行パターン（ｋ＋１）に対応する点m^k+1 _i（ｐ）
〔前述の説明における点７〕に関する情報は全て
無効とする。そして、元のステツプ３に戻り、新
試行パターンに対応する点を決定する。

この場合、操作とプロセス状態の因果関係を考
慮し、次式に従つて、前記(5)式中のα_iを修正した
後にステツプ３に戻る。

α₂△ ＝α₂／２ ……(8) 条件（G_GR＞G_{GR nax}）∪（G_GR＜G_{GR nio}） α₃△ ＝α₃／２ ……(9) 条件（G_CL＞G_{CL nax}）∪（G_CL＜G_{CL nio}） ∪（D_T＞D_{T nax}）∪（Ｙ＞Y_nax） 〔ステツプ６〕 収束判定 ステツプ５において、プロセス状態が陰の制約
条件を侵害していないと判定されたときは、ステ
ツプ６へ進む。ここでは、新試行パターンに対応
する点および元のシンプレツクスを構成する各点
に対応した効率のうちの最大及び最小の効率をそ
れぞれη_nax及びη_nioとし、効率最大点に収束（到
達）したか否かを次の(10)式に従つて判定する。

η_nax−η_nio／η_nax＜ε ……(10) 但し、(10)式において、εは効率最大点到達判定
基準である。上記(10)式が満足されれば、実用上最
大効率点に到達したといえる。

最大点に達したならば、ステツプ８にてη_naxに
対応する操作量を最適操作量ｍ∧_i（ｐ）〔第３図で
は、ｊ＝７が最適操作量であるから、m⁷ _i（ｐ）〕
として、これを操作指令値決定手段２５０に送
る。

最大点に達しなければ、ステツプ７に進んで新
シンプレツクスを形成したのちステツプ２に戻
り、新シンプレツクスについて重心計算を行な
う。そして、ステツプ３→４→５→６の順で、前
述と同様の手順をくり返す。

〔ステツプ７〕 新シンプレツクスの形成 ここでは、シンプレツクスを構成している点の
うち、最も低い効率を示す試行パターンに対応す
る点を除外し、新試行パターンに対応する点を追
加してできたｋ個の点によつて新たなシンプレツ
クスを形成し、ステツプ２に戻る。

ｐ個の最適操作量探索のための途中負荷点のそ
れぞれについて、第５図の手順で決定されたすべ
ての最適操作量１１すなわち、ｍ∧_i（ｐ）は、前
述のように、操作指令値決定手段２５０（第３
図）に送られる。

操作指令値決定手段２５０では、第４図Ｂ〜Ｄ
に示すような時間関数への変換処理を行なう。即
ち、最適操作量ｍ∧_i（ｐ）は、同図中に白丸点で
示すような不連続操作量として得られる。そこ
で、各操作量ｍ∧_i（ｐ−１）とｍ∧_i（ｐ）の間を線
形補間し、かつ時間関数としての連続操作量に変
換して操作指令値m_i（ｔ）とする。

以上のようにして得られた操作指令値１２−す
なわち、m₁（ｔ），m₂（ｔ），m₃（ｔ）は、操作指
令値決定手段２５０から、プラント１００へ供給
され、これに基づいて実際のプラント制御が実行
される。

ここで、本実施例における負荷要求値Lr（ｔ）
と最適操作量探索途中負荷点LS（ｐ）との関係及
び最適操作量探索手段２３０の動作時期との関係
について更に具体的に説明する。

最適操作量探索負荷点決定手段２２０にとつ
て、負荷要求値発生手段１１０から与えられる負
荷要求値Lr（ｔ）は、それが与えられた当初−す
なわち、第４図に示した時刻t₀において目標整定
負荷Lr_Sまでが既知の場合と未知の場合がある。

既知の場合とは、時刻t₀において、負荷変化率
（dLr／dt）と目標整定負荷Lr_Sとが、最適操作量
探索負荷点決定手段２２０に与えられる場合であ
る。一方、未知の場合とは、時刻t₀において負荷
変化率のみしかわからない場合である。

既知の場合は、既に、第４図を参照して説明し
たように、Lr（t₀）から目標整定負荷Lr_Sに至る負
荷変化域における、複数の負荷点L_S(1)，L_S(2)…
を、最適操作量探索途中負荷点とする方法以外に
も、次のような方法が可能である。

その１つは、目標整定負荷Lr_Sのみを最適操作
量探索負荷点とする方法であり、他の１つは、
Lr（t₀）からLr_Sに至る途中の一点を、とりあえず
最適操作量探索負荷点として決定し、これに基づ
いて最適操作量を演算・出力し、その後、時間の
経過と共に新たな最適操作量探索負荷点を決定
し、同様の演算・出力を実行する方法である。

前者は、負荷変動幅〔Lr_S−Lr（t₀）〕が比較的
小さい場合、あるいは負荷変化率が比較的大きい
場合−通常の制御では、負荷変動幅が小さいとき
は、負荷変化率は大きく設定される−に有効であ
る。また、後者は負荷変化率が比較的小さい場合
に有効である。

さらに、上記３方式を併用し、負荷要求値の変
化率、変動幅、操作量などに応じて使い分けする
ことも、もち論可能である。

未知の場合は、時刻t₀で得られた負荷変化率
が、その後の予定時間だけ継続するものとして、
前記予定時間後の負荷点、またはその途中の負荷
点を最適操作量探索途中負荷点として、前述と同
様の演算・出力を実行する。

上に述べた実施例では、最適操作量探索負荷点
決定手段２２０は、負荷要求値発生手段１１０か
らの負荷要求値Lr（ｔ）が、実際に変化してしま
つた後に動作することを前提とした。

しかし、負荷要求値Lr（ｔ）が変化する前、即
ち、プラントが定常負荷で運転されている間に予
め準備した負荷変化予測値に対応して最適操作量
探索負荷点を仮定し、これらを最適操作量探索手
段２３０に与えて、同様の演算を実行させておく
ことも可能である。

すなわち、前述のように仮定された負荷点に対
応した最適操作量を、最適操作量探索手段２３０
において、前記と同様の手法により求めておき、
実際に負荷要求値Lr（ｔ）が操作指令決定手段２
５０に与えられたとき、この最適操作量を、前記
負荷予測値と負荷要求値Lr（ｔ）との差異に応じ
て修正し、実際の操作指令値とすることがでる。

以下、この方法について、さらに具体的に説明
する。

いま、最適操作量探索負荷点決定手段２２０に
おいて、第７図に示すように、時刻t₀における定
常負荷状態Lr（t₀）から負荷変化要求があるもの
と仮定し、これを４つの負荷変化予測値L_F1（ｔ），
L_F2（ｔ），L_F3（ｔ），L_F4（ｔ）で表わす。

これらの予測値は、予め負荷変化幅〔La−Lr
（t₀）〕，〔Lb−Lr（t₀）〕と負荷変化率βa，βbとを
準備しておくことにより得られる。

最適操作量探索手段２３０では、前記の４つの
負荷変化予測値のそれぞれについて、前述の手法
により最適操作量を求める。ここで得られる最適
操作量を、それぞれ、 (イ) L_F1（ｔ）に対しては、 ｍ∧_i（１、１），ｍ∧_i（１、２），…ｍ∧_i（１、ｐ
），
…ｍ∧_i（１、ｌ） (ロ) L_F2（ｔ）に対しては、 ｍ∧_i（２、１），ｍ∧_i（２、２），…ｍ∧_i（２、ｐ
），
…ｍ∧_i（２、ｌ） (ハ) L_F3（ｔ）に対しては、 ｍ∧_i（３、１），ｍ∧_i（３、２），…ｍ∧_i（３、ｐ
），
…ｍ∧_i（３、ｌ） (ニ) L_F4（ｔ）に対しては、 ｍ∧_i（４、１），ｍ∧_i（４、２），…ｍ∧_i（４、ｐ
），
…ｍ∧_i（４、ｌ） とする。

このように、負荷変化予測値に対する最適操作
量の予測・演算を、プラントの定常負荷運転時に
実施しておけば、実際の負荷要求値Lr（ｔ）が発
生した場合、実際の最適操作量ｍ∧^* _i（ｐ）を迅速
かつ容易に求めることができる。

第８図は、実際の最適操作量ｍ∧^* _i（ｐ）を求め
る手法の１例として、内挿法によるｍ∧^* _i（ｐ）の
求め方を示すものである。

なお、ここでは、実際の負荷変化が、第７図に
太線Lr（ｔ）で示すように、負荷変化幅〔Lr_S−
Lr（t₀）〕、負荷変化率βで表わされ、かつ実際の
目標整定負荷Lr_SとLaとLbの中間にあり、また変
化率βは、βaとβbの中間にあると仮定する。換
言すれば、そのような関係にある４個の負荷変化
予測値を選択する。

このような条件の下で、実際の最適操作量ｍ∧^* _i
（ｐ）を内挿法で求めるには、まず、負荷変化予
測値L_F1（ｔ）およびL_F2（ｔ）に基づく最適操作量
ｍ∧_i（１、ｐ）およびｍ∧_i（２、ｐ）から、下記の
（11）式により中間点ｍ∧_i（12、ｐ）を求める。

つぎに、負荷変化予測値L_F3（ｔ），L_F4（ｔ）に
基づく最適操作量ｍ∧_i（３、ｐ）およびｍ∧_i（４、
ｐ）から、下記の（12）式により、中間点ｍ∧_i
（34、ｐ）を求める。

ｍ∧_i（12、ｐ）＝ｍ∧_i（１、ｐ）＋
（∂ｍ／∧_i／∂β_La（β−βa）……（11） ｍ∧_i（34、ｐ）＝ｍ∧_i（３、ｐ）＋
（∂ｍ／∧_i／∂β_Lb（β−βa）……（12） さらに、（11）（12）式で求めた２つの中間点ｍ∧
_ｉ（12、ｐ），ｍ∧_i（34、ｐ）に、同様の内挿法を適
用すれば、つぎの（13）式によつて、実際の負荷
要求値Lr（ｔ）に対する最適操作量ｍ∧^* _i（ｐ）が
求められる。

ｍ∧_i（ｐ）＝ｍ∧_i（12、ｐ）＋Lr_S−La／L
b−La〔ｍ∧_i（34、ｐ）−ｍ∧_i（12、ｐ）〕……（13
） また、他の方法として、つぎのようにしてもよ
い。

(1) 負荷変化予測値L_F1（ｔ）およびL_F3（ｔ）に基
づく最適操作量ｍ∧_i（１、ｐ）、およびｍ∧_i（３、
ｐ）から、下記（14）式により、第１の中間点
ｍ∧_i（13、ｐ）を求める。

ｍ∧_i（13、ｐ）＝ｍ∧_i（１、ｐ）＋∂
ｍ／∧_i／∂Lr_S）〓_a（Lr_S−La）……（14） (2) 負荷変化予測値L_F2（ｔ）およびL_F4（ｔ）に基
づく最適操作量ｍ∧_i（２、ｐ）、およびｍ∧_i（４、
ｐ）から、下記（15）式により、第２の中間点
ｍ∧_i（24、ｐ）を求める。

ｍ∧_i（24、ｐ）＝ｍ∧_i（２、ｐ）＋∂
ｍ／∧_i／∂Lr_S）〓_b（Lr_S−La）……（15） (3) 以上のようにして求めた２つの中間点ｍ∧_i
（13、ｐ）およびｍ∧_i（24、ｐ）に内挿法を適用
し、つぎの（16）式から、実際の負荷要求値
Lr（ｔ）に対する最適操作量ｍ∧_i（ｐ）を求め
る。

ｍ∧^* _i（ｐ）＝ｍ∧_i（13、ｐ）＋β−βa／
βb−βa〔ｍ∧_i（24、ｐ）−ｍ∧_i（13、ｐ）〕……（
16） 以上において （∂ｍ／∧_i／∂β）_La＝ｍ／∧_i（２、ｐ）−ｍ／∧_i
（１、ｐ）／βb−βa ……（17） （∂ｍ／∧_i／∂β）_Lb＝ｍ／∧_i（４、ｐ）−ｍ／∧_i
（３、ｐ）／βb−βa ……（18） （∂ｍ／∧_i／∂Lr_S）〓_a＝ｍ／∧_i（３、ｐ）−ｍ／∧
_i（１、ｐ）／Lb−La ……（19） （∂ｍ／∧_i／∂Lr_S）〓_b＝ｍ／∧_i（４、ｐ）−ｍ／∧
_i（２、ｐ）／Lb−La ……（20） であるから、（13）および（16）式の右辺は等価
であり、結局ｍ∧^* _i（ｐ）は次の（21）式で表わさ
れる。

ｍ∧^* _i（ｐ）＝ｍ∧_i（１、ｐ）＋（β−βa）（Lr_S−L
a）／（βb−βa）（Lb−La）ｍ∧_i（１、ｐ）＋ ｍ∧_i（４、ｐ）−ｍ∧_i（２、ｐ）−ｍ∧_i（３、ｐ
）……（21） 以上の方法は第７図に示したような負荷上昇方
向のみでなく、負荷降下方向についても同様に適
用できる。

以上の方法で求めた最適操作量ｍ∧^* _i（ｐ）を、
操作指令値決定手段２５０（第３図）で時間関数
m_i（ｔ）に変換することは、第４図に関して既に
説明したとおりである。

最適操作量探索負荷点決定手段２２０に対する
負荷要求値として、目標整定負荷が未知の場合
は、次の様にして最適操作量ｍ∧^* _i（ｐ）を求める。

即ち、負荷変化予測値としては、ある予定の負
荷まで変化率γaで変化する負荷変化予測値L_Fa
（ｔ）と、変革率γbで変化する負荷変化予測値
L_Fb（ｔ）の２つを準備しておき、それぞれにつ
き、最適操作量探索手段２３０において、前記と
同様の手法によつて最適操作量を求める。ここで
得られる最適操作量を、それぞれ (イ) L_Fa（ｔ）に対しては、 ｍ∧_i（ａ、１），ｍ∧_i（ａ、２），…ｍ∧_i（ａ、ｐ
），
…ｍ∧_i（ａ、ｌ） (ロ) L_Fb（ｔ）に対しては、 ｍ∧_i（ｂ、１），ｍ∧_i（ｂ、２），…ｍ∧_i（ｂ、ｐ
），
…ｍ∧_i（ｂ、ｌ） とする。

実際の負荷要求値Lr（ｔ）が発生したときは、
負荷変化開始直後の負荷変化率γで所定幅だけ負
荷変化するものと仮定し、予め求めておいた最適
操作量ｍ∧_i（ａ、ｐ）およびｍ∧_i（ｂ、ｐ）を用い
て次式に示す内挿法により実際に使用する最適操
作量ｍ∧^* _i（ｐ）を求めることができる。

ｍ∧^* _i（ｐ）＝ｍ∧_i（ａ、ｐ）＋γ−γa／
γb−γa（ｍ∧_i（ｂ、ｐ）−ｍ∧_i（ａ、ｐ））……（
22） 以上においては、本発明を火力発電プラントに
適用した場合のみについて説明したが、本発明の
適用範囲は必ずしも火力発電プラントに限られる
わけでない。すなわち、負荷変化を伴なつて運転
される他の発電プラント、例えば原子力発電プラ
ントや水力発電プラントなどにも適用可能であ
る。

また、発電プラントでなくとも、効率が操業状
態の良否の評価基準となり、生産量や機器運転台
数などの操業条件が時々刻々変化するプロセスに
対しても本発明は適用可能である。

また、本発明の実施例における操作指令値決定
手段２５０としては、第４図に関して説明したよ
うに、時間的に不連続関数として与えられた最適
操作量ｍ∧_i（ｐ）を連続関数である操作指令値m_i
（ｔ）に変換するために、ｍ∧_i（ｐ−１）とｍ∧_i
（ｐ）の間で線形補間するものを示したが、補間
は必ずしも線形補間でなくともよく、２次あるい
３次補間などの非線形補間によつてもよい。ま
た、連続関数に変換しないで、時刻t_p-1−t_p間の
操作量としてｍ∧_i（ｐ）を代表として用いる方法
によつても、本発明は本質的な違い無しに実施可
能である。

さらに、負荷変化予測値に関する本発明の実施
例では、負荷の上昇方向（または、降下方向）に
２つの負荷変化率を準備する方式について説明し
たが、他の方法として、負荷の上昇方向または／
および降下方向に１つの負荷変化率を準備する方
式としても基本的な動作原理はかわらない。

また、本発明では、負荷の上昇方向と降下方向
の両者を常に考慮して最適操作量を予め求めてお
く必要はなく、プラント起動過程あるいは停止過
程などのように、負荷変化方向が明らかな場合
は、負荷変化予測値を負荷上昇方向あるいは降下
方向に限定することも可能である。

本発明による第１の効果は、制御システムに内
蔵したプラントモデルを用いて、プラントの定常
負荷運転時のみならず、負荷変動時にも、効率最
適化機能を動作させることが可能なため、頻繁に
負荷変化がなされる発電プラントにおいても、定
常負荷運転時のみを対象とする従来方式と比較し
て、大幅な効率向上が可能となることである。

即ち、近年の火力プラントは電力系統の負荷調
整用としてのニーズが高く、定常負荷運転の機会
はむしろ少ないと言える。したがつて、定常負荷
運転時のみを効率最適化の守備範囲としていた従
来方式と比較して大幅に効率を向上できる点で、
本発明を火力発電プラントに適用する効果は大き
い。

本発明による第２の効果は、発電プラントに対
する負荷要求値の目標整定負荷が制御システムに
与えられる場合に、負荷変化開始直前の現在負荷
から目標整定負荷に至る任意の負荷点に到達する
までの過渡効率を最大にすることのできる最適操
作量を決定できる点にある。

本発明による第２の効果は、発電プラントに対
する負荷要求値が制御システムに与えられる前に
負荷変化予測値に基づいて過渡効率を最大ならし
める最適操作量を予め形定できる点にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の発電プラントの効率最適化制
御システムの基本原理を示すブロツク図、第２図
は、本発明の発電プラントの過渡効率最適化制御
システムの基本原理を示すブロツク図、第３図は
本発明の発電プラントの過渡効率最適化制御シス
テムの一実施例のブロツク図、第４図は第３図中
の最適操作量探索負荷点決定手段および操作指令
値決定手段における処理方法を説明するための
図、第５図は本発明における最適操作量探索の処
理手順を示す、第６図は第５図の処理手順におけ
るシンプレツクスの変遷の一例を示す図、第７図
は負荷変化予測値に基づく過渡効率最適化制御の
一手法を説明するための図、第８図は内挿法によ
る最適操作量の求め方を説明するための図であ
る。 ９……試行操作量、１０……プラント過渡効
率、１１……最適操作量、１２……操作指令値、
１３……負荷要求値、１４……最適操作量探索負
荷点信号、１５……動作制御信号、１００……発
電プラント、２００……制御システム、２３０…
…最適操作量探索手段、２４０……プラントモデ
ル、２５０……操作指令値決定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発電プラントの過渡特性を計算する動的なプ
   ラントモデルを含み、負荷要求値及び操作量を当
   該プラントモデルに入力してモデルの動的挙動を
   予測し、プラントの過渡効率を演算する過渡効率
   計算手段と、 プラントに操作量を出力する前に、試行の操作
   量を前記過渡効率計算手段に出力して過渡効率を
   計算する手順を、許容操作量範囲内で、前記負荷
   要求値に対応する過渡効率を最大ならしめるため
   の最適操作量が得られるまで繰り返す最適操作量
   探索手段と、 該発電プラントに与えられた負荷要求値の変化
   に対応して、予定時間後における負荷要求値を、
   最適操作量探索負荷点として、少なくとも１個決
   定し、その信号を該過渡効率計算手段に供給する
   最適操作量探索負荷点決定手段と、 該少なくとも１個の最適操作量探索負荷点に対
   応して求められた最適操作量および操作量の現在
   値に基づいて、時間関数としての操作指令値を決
   定する操作指令値決定手段とを具備したことを特
   徴とする発電プラントの過渡効率最適化制御シス
   テム。 ２ 負荷要求値の変化が、予定時間後の目標整定
   負荷として与えられ、最適操作量探索負荷点決定
   手段は、該目標整定負荷を含んで、少なくとも１
   個の最適操作量探索負荷点を決定することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の発電プラント
   の過渡効率最適化制御システム。 ３ 負荷要求値の変化が、負荷変化率として与え
   られ、最適操作量探索負荷点決定手段は、その後
   予定時間の間、負荷要求値が同一の変化率で変化
   するものとして少なくとも１つの最適操作量探索
   負荷点を決定することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の発電プラントの過渡効率最適化制
   御システム。 ４ 発電プラントの過渡特性を計算する動的なプ
   ラントモデルを含み、負荷要求値及び操作量を当
   該プラントモデルに入力してモデルの動的挙動を
   予測し、プラントの過渡効率を演算する過渡効率
   計算手段と、 プラントに操作量を出力する前に、試行の操作
   量を前記過渡効率計算手段に出力して過渡効率を
   計算する手順を、許容操作量範囲内で、前記負荷
   要求値に対応する過渡効率を最大ならしめるため
   の最適操作量が得られるまで繰り返す最適操作量
   探索手段と、 該発電プラントの定常負荷運転時に、負荷変化
   を予測する手段と、 該予測された負荷変化に基づいて、予定時間後
   における負荷変化予測値を、最適操作量探索負荷
   点として、少なくとも１個決定し、その信号を該
   過渡効率計算手段に供給する最適操作量探索負荷
   点決定手段と、 実際に発電プラントに与えられる負荷要求値が
   変化した場合、該負荷要求値の変化および負荷変
   化予測値を比較し、両者の差異に基づいて、該負
   荷変化予測値に対応して予め求められた最適操作
   量を修正し、実際の負荷要求値変化に対応する最
   適操作量探索負荷点での最適操作量を求める手段
   と、 前記最適操作量および操作量の現在地に基づい
   て、時間関数としての操作指令値を決定する操作
   指令値決定手段とを具備したことを特徴とする発
   電プラントの過渡効率最適化制御システム。 ５ 負荷変化予測値が、予定時間後の目標整定負
   荷として与えられ、最適操作量探索負荷点決定手
   段は、該目標整定負荷を含んで、少なくとも１個
   の最適操作量探索負荷点を決定することを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の発電プラントの
   過渡効率最適化制御システム。 ６ 負荷変化予測値が、負荷変化率として与えら
   れ、最適操作量探索負荷点決定手段は、その後予
   定時間の間、負荷要求値が同一の変化率で変化す
   るものとして、少なくとも１個の最適操作量探索
   負荷点を決定することを特徴とする特許請求の範
   囲第４項記載の発電プラントの過渡効率最適化制
   御システム。