JPH0454808B2 - - Google Patents
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- JPH0454808B2 JPH0454808B2 JP61017959A JP1795986A JPH0454808B2 JP H0454808 B2 JPH0454808 B2 JP H0454808B2 JP 61017959 A JP61017959 A JP 61017959A JP 1795986 A JP1795986 A JP 1795986A JP H0454808 B2 JPH0454808 B2 JP H0454808B2
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はプラントの起動システムに係り、特に
プラント起動過程での運転制約条件を守り、短時
間で起動を完了するために好適な起動方式に関す
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
の時間関数が起動スケジユールとして決定し、こ
の起動スケジユ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である。この最
も代表的な方法はエレクトリカルワールド
(Electrical World,Vo.165,No.6)の論文
ボイラ・タービンの起動・負荷運転の熱応力
(Thermal Stress Influence Starting,Loading
of Boilers,Turbines)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
態によつて一義的に起動スケジユールを決定する
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
方法は、ボイラ発生蒸気の昇温特性のばらつきを
起動スケジユールのマージンとして吸収している
ため、作成される起動スケジユールは必要以上に
長くなりがちである。また、別の従来方法として
は、USP3446224及びUSP4228359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がらボイラ発生蒸気の急速昇
温を図るものである。しかし、この方式はタービ
ンの起動に関しては何ら言及していない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
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る。し
かし、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。
本発明は、上記従来方法がボイラまたは蒸気タ
ービンの片方を対象としていたのに対し、両者の
起動特性を総合的に考慮してプラント全体の起動
時間の最適化、最短化を図る点が特徴である。
本発明の目的は、前記従来方法では考慮されて
いなかつた、ボイラと蒸気タービンの起動特性に
関する相互作用を考慮することにより、プラント
全体としての起動時間を最適化、最短化できるプ
ラント最適起動システム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、発電プラントの起動に必要な操作
パラメータの制御目標値を設定し発電プラントの
起動スケジユールを作成する起動スケジユール作
成手段と該起動スケジユールにしたがつて実際に
発電プラントを起動するスケジユール実行手段と
を具備するプラントの起動システムであつて、
前記起動スケジユール作成手段は発電プラント
の動特性モデルを格納する手段と、発電プラント
の起動スケジユールを家庭し該動特性モデルを使
つてボイラ応力とタービン応力を計算するプロセ
ス状態計算手段と、前記仮定した起動スケジユー
ルにしたがつてプラントを起動したときのタービ
ンの目標運転状態を前記タービン応力に応じて最
適化する手段とを有するプラントの最適起動シス
テムによつて達成される。更に具体的には火力発
電プラントの起動に必要な操作及び制御目標値設
定に関する時間的な起動スケジユールを該プラン
トの起動前に作成するための起動スケジユール作
成機能と、作成された起動スケジユールに従つて
実際にプラントを起動するスケジユール実行機能
を有する該プラントの起動システムにおいて、任
意の起動スケジユールに対応した起動特性の模擬
を可能とする動特性モデルと、実際に該プラント
を起動する前に該動特性モデルを用いて任意の起
動スケジユールに対応して変動するプロセス状態
のうち運転制約条件に関係するプロセス状態の挙
動を予測するための動特性予測機能と、該動特性
予測機能で予測したプロセス状態が運転制約的条
件を満足しているか否かを調べるための制約条件
判定機能と、該動特性予測機能により予測された
プロセス状態が全起動過程を通して制約条件を満
足し起動時間が最短となる最適起動スケジユール
を決定するための最適スケジユール探索機能と、
該最適起動スケジユールを前記スケジユール実行
機能に設定するための最適スケジユール設定機能
を有し、火力発電プラント最短起動をおこなう。
〔作用〕
起動の全過程におけるプロセス状態値が運転制
限条件を満足するか否かを事前確認するためのプ
ラント動特性モデル準備し、このモデルを用いた
一種の山登り法により最適運転方策、即ち最短起
動スケジユールを決定する。
〔実施例〕
第1図は本発明の火力発電プラント最短起動方
式の基本機能構成を示すものである。機能を大別
すると、起動スケジユール作成機能1000とス
ケジユール実行機能2000から成る。前者では
プラント起動時間を最短ならしめる最適起動スケ
ジユール信号101を作成し、後者は実際のプラ
ント3000を最適起動スケジユール通りに起動
するために時々刻々プラントに対する操作量信号
201を変更する。
起動スケジユール作成機能1000は更にスケ
ジユール最適化機能1100とプラント動特性予
測機能1200から成る。前者は更にオフライン
最適化機能1110とオンライン最適化機能11
20から成り、後者は更にプラント動特性モデル
1210、ボイラ応力計算機能1220及びター
ビン応力計算機能1230から成る。オフライン
最適化機能1110は起動スケジユール111を
仮定し、これをプラント動特性モデル1210に
設定することにより起動特性(213,211,
212)を模擬すると共に、ボイラ応力計算機能
1220及びタービン応力計算機能1230に
て、それぞれボイラ応力221及びタービン応力
231を算出する。一方、オンライン最適化機能
1120はプラント動特性モデル1210が動作
するとき、タービン応力231に応じてタービン
の目標運転状態121を逐次最適化する。オフラ
イン最適化機能1110は、この結果算出された
運転制限条件に関係するプロセス変数の挙動及び
起動所要時間を評価し、新たに起動スケジユール
111を仮定し、これをプラント動特性モデル1
210に設定する。この様な処理を繰返すことに
より、プロセス状態が運転制限を侵すことなく最
適時間で起動を完了できる最適起動スケジユール
101が決定される。決定された最適起動スケジ
ユール101はスケジユール実行機能2000に
設定され、実際にプラントを起動するための目標
値となる。ここで、プラント動特性モデル121
0、ボイラ応力計算機能1220及びタービン応
力計算機能1230は、それぞれ初期値321,
322及び323を必要とし、これらは起動前に
計測されたプロセス状態値とする。
次に、実施例における起動スケジユールを規定
するパラメータを定義する。プラントの起動時間
は基本的にプラントの温度特性に依存するため、
プラントの昇温特性と因果関係の強いものをパラ
メータとして選定すべきである。このような基本
的考え方に基づいて、イグナイタ点火間隔
(TIG)、ミル起動間隔(TPLV)、主蒸気昇温率
(LTMS)及び再熱蒸気昇温率(TRHH)の4つをパ
ラメータとして選定した。
イグナイタ点火間隔(TIG)とは、ボイラ点火
指令が発生されると、ボイラの各バーナ段に対応
したイグナイタが時間間隔TIGで順次点火され軽
油バーナが点火されてゆく間隔である。
ミル起動間隔((TPLV)とは、軽油バーナが全
て点火された後、微粉炭ミルが順次起動されてゆ
くときの時間間隔である。この場合、2台目まで
のミルは運用基準に従つて定格流量の50%の微粉
炭を供給する。3台目のミルが起動されると、ボ
イラへ投入される微粉炭の全流量が定格値の40%
(各ミルの分担量は67%)となるように運転する。
その後、タービンが起動され発電機出力が40%に
達すると通常負荷運転モードに移行し、負荷要求
に応じてミルが起動され、最大5台のミルが運転
される。各ミルが起動されるにつれ、前記軽油バ
ーナは消火されてゆく。
主蒸気昇温率(LTMS)は、通常負荷運転領域
(40〜100%負荷)での主蒸気温度の上昇速度を規
定するパラメータであり、スケジユール実行機能
2000で演算される主蒸気温度目標値TMSSETに
対して、次式に示す働きをもつ。
TMSSET=MIN〔{TMS40+TMSR−TMS40/LTMS−40(L−4
0)},
TMSR〕 ……(1)
ここで、TMS40:40%負荷に達したときの主蒸
気温度(℃)
TRHR:主蒸気温度定格値(℃)
L:負荷(%)
即ち、負荷がLTMS(%)に達するとき主蒸気温
度を定格値に到達させることを意味する。
再熱蒸気昇温率(LTRHとは、主蒸気温度と同様
に通常負荷運転領域での再熱蒸気温度の上昇速度
を規定するパラメータであり、スケジユール実行
機能2000で演算される再熱蒸気温度目標値
TRHSETに対して、次式に示す働きをもつ。
TRHSET=MIN〔{TRH40+TRHR−TRH40/LTRH−40(L−4
0)},
TRHR〕 ……(2)
ここで、TRH40:40%負荷に達したときの再熱
蒸気温度(℃)
TRHR:再熱蒸気温度定格値(℃)
L:負荷(%)
即ち、負荷がLTRH(%)に達するとき再熱蒸気
温度を定格値に到達させることを意味する。
次に、オフライン最適化機能1110における
最適化アルゴリズムについて詳細に述べる。
第2図は、本発明に非線形最適化手法の一つで
あるコンプレツクス法を適用した起動スケジユー
ル最適化アルゴリズムの基本処理手順を示す。こ
こで、スケジユールパラメータは
X=〔X(1),X(2),X(3),X(4)〕t
=〔TIG,TPLV,LTMS,LTRH〕t ……(3)
と表記する。以下、各処理機能について説明す
る。
(1) イニシヤライズ100
最適化アルゴリズムで使用する定数及びイニシ
ヤル値に関して、その記号、値、単位及び意味を
第3図に示す。
(2) 初期シンプレツクス形成200
処理手順を第4図に示す。初期試行点X1には
設計値XDを設定し、シミユレーシヨンを実行す
る。この場合のシミユレーシヨンとはプラント動
特性予測機能1200を動作させ、起動スケジユ
ールXDに従つてプラントが起動される場合の起
動特性を予測することである。このとき、X1に
対する運転制限要因Y(NMV)が陰的制約条件YL
(NMV)(第5図参照)を満足していれば、次式に
従つてX1の近傍で初期シンプレツクスを形成す
る。
XJ=X1+BJXMAX−MMIN/10 ……(4)
ここで、BJは−1BJ1を満足する擬似乱
数であり、第6図に示す手順で決定する。XJが
陰的制約条件を満足していない場合は第7図に示
す手順で試行点を修正する。
(a) 乱数発生220
第6図はMを変数とする擬似乱数の算出手順で
ある。本アルゴリズムは平方根の最上桁から5番
目に現われる数字を利用する方法である。
(b) 初期シンプレツクス修正240
延長倍率修正係数D()に従つて、試行点X
(I,J)を次式のように修正する。
X(I,J)=X(I,J)+(1−D())(XMAX
()
−MMIN()) ……(5)
(c) 延長倍率修正係数決定260
操作パラメータを変更した場合の運転制限要因
に対する感度は、第8図に示すように、大,中,
小及び零と種々異なる。従つて、どの運転制限要
因が陰的制約条件(第5図参照)を満足しなかつ
たかによつて、試行点の延長倍率を修正した方が
画一的に修正するよりも最適値の探索効率が高く
なると考えられる。第9図は、この考え方に従つ
て陰的制約条件の監視アルゴリズム(第10図参
照)を基に延長倍率修正係数を決定するアルゴリ
ズムを示す。
(3) 特性評価順位付け300
本機能は第11図A,Bに示すように、K個
(本例ではK=8)からんるシンプレツクスの頂
点の中から特徴的な次の3点を決定するためのア
ルゴリズムである。
最良頂点(XQ,TX,Q)
K個の頂点のうち最短起動となる頂点に対応し
た操作パラメータ(XQ)と起動時間(TX,Q)
最悪頂点(XS,TX,S)
K個の頂点のうち最長起動となる頂点に対応し
た操作パラメータ(XS)と起動時間(TX,S)
2番目に悪い頂点(XS2,TX,S2)
K個の頂点のうち起動時間が2番目に長い頂点
に対応した操作パラメータ(XS2)と起動時間
(TX,S2)
(4) 重心計算400
第12図に示すように、最悪頂点XSを除く
(K−1)個の頂点からなるシンプレツクスの幾
何学的重心座標XGを求める。
(5) 新試行点決定500
第13図に示すように、新試行点をXK+1とし
て、次式を満足する座標で定義する。この点は最
悪頂点XSと重心XGを結ぶ直線上にあり、重心か
ら距離R(XG−XS)にある。ここでRは(7)で述べ
る延長倍率である。
XK+1=XG+R(XG−XS) ……(6)
但し、XMINXK+1XMAX
(6) 試行点後退不可判定600
延長倍率の修正が発生すると、次の試行点は重
心方向に後退するが、無制限に後退させるのでは
なく、第14図に示すように、R−0.1R0とな
つたとき後退は中止し、シンプレツクス全体を縮
退させ、新たな探索方向を見出す。この縮退方法
に関しては(9)で説明する。
(7) 延長倍率修正700
陰的制約条件が侵害された場合は、第15図に
示す方法で延長倍率Rを修正する。
(8) 新試行点延長800
新試行点XK+1における起動時間TX,K+1が、それ
までの最短時間TX,Qよりも短い場合は、第16図
に示すように、更に同一方向に延長して最適点へ
の接近を図る。この再延長点をXEとする。
(9) 試行点後退900
新試行点XK+1における起動時間TX,K+1が、それ
までの2番目に長い時間TX,S2よりも長い場合は
XK+1が最適点を飛び越した可能性がある。そこ
で、第17図に示すように、TX,K+1TX,Sの場合
は試行点を重心方向へ中間まで後退(Rを0.5R
とする)させ、TX,K+1>TX,Sの場合は大きく後退
(R=−0.5とする)させる。このとき試行点をXC
とする。
(10) シンプレツクスの縮退1300
最悪点XSと重心XGを結ぶ直線上で特性改善点
で見つからない場合(TX,C<TX,SとなるXCがない
場合)は、シンプレツクスの大きさを最良点XQ
の方向に縮小させることにより、新たに最適点へ
の接近の可能性を見出す。この場合、第18図に
示すように最初は縮退率を1/2とするが、各頂点
が制約条件を満足しない場合は縮退率を3/4とす
る。それでも制約条件を満足しない場合は頂点は
元の位置にもどす。ここで、陽的制約条件とは最
適化パラメータ自身の上下限値であり、それぞれ
XMAX,XMINである。第19図に示すように全パ
ラメータが陽的制約条件を満足していることを確
認した上でシミユレーシヨンを実行する。
(11) 最悪点除外1420,1440,146
0
第20図A〜Cに示すように、XE,XK+1ある
いはXCがXSよりも改善された点であればXSを除
外し、XE,XK+1あるいはXCを追加することによ
り新たなシンプレツクスを形成する。
(12) 探索回数制限到達判定1500
探索回数とはシミユレーシヨンの回数であり、
これを制限することにより、本アルゴリズムが無
限ループに陥らないようにする。第21図はその
ための処理手順であり、記号の意味は次の通りで
ある。
NT: 全シミユレーシヨン回数
NAD: シミユレーシヨン結果がシンプレツク
スの頂点として使用された回数
NNG: シミユレーシヨン結果がシンプレツク
スの頂点として使用されなかつた回数
NKAD: XK+1がシンプレツクスの頂点として
使用された回数
NEAD: XEがシンプレツクスの頂点として使
用された回数
NCAD: XCがシンプレツクスの頂点として使
用された回数
NSAD: シンプレツクス縮退のためのシミユ
レーシヨン結果がシンプレツクスの頂点とし
て使用された回数
NKNG: XK+1がシンプレツクスの頂点として
使用されなかつた回数
NENG: XEがシンプレツクスの頂点として使
用されなかつた回数
NCNG: XCがシンプレツクスの頂点として使
用されなかつた回数
NSNG: シンプレツクス縮退のためのシミユ
レーシヨン結果がシンプレツクスの頂点とし
て使用されなかつた回数
(13) シミユレーシヨン1600
シミユレーシヨンの基本的手順を第22図に示
す。シミユレーシヨンでは、プラント起動過程を
ボイラ起動,昇速,負荷上昇の3つのフエーズに
分けた。ボイラ起動フエーズは、イグナイタ点火
から昇圧制御(本機能はプラント動特性モデルに
内蔵されている)を実行し、起動時設定圧力(主
蒸気は94.9ata、再熱蒸気圧力は8.16ata)に到達
するまでの起動過程を示す。昇速フエーズは、昇
速制御機能を含むマタルマツチ制御機能により定
格速度で昇速し、且つ高圧タービンのメタルマツ
チ条件が成立するまでの起動過程を示す。負荷上
昇フエーズは、併入条件判定機能により負荷併入
し、負荷上昇制御機能により定格負荷(実運用に
おいては目標負荷)に達するまでの起動過程を示
す。
(14) 最適点収束判定1700
最適点、即ち最短起動スケジユールは次式を満
足するXQとする。
TX,S−TX,Q/TX,Q<ε ……(7)
このときのXQをXOPTと表記する。
以上でオフライン最適化機能1110の詳細説
明を完了した。次に、オンライン最適化機能11
20について詳細を説明する。
オンライン最適化により急速起動を実現するた
めに、次の点に着目した。
(1) ドラム蒸気温度頒価率を考慮した急速昇圧
主蒸気圧力の上昇はドラム圧力の上昇を意味
し、ドラム圧力の上昇は圧力で定まる飽和温度の
上昇となつて表われる。更に、ドラム蒸気温度が
変化するとドラムには熱応力が発生する。このド
ラム熱応力を許容値以下にするためには蒸気温度
の変化率を許容蒸以下とする必要がある。本発明
では圧力と飽和温度の関係が非線形性をもつてい
ることを考慮して、常に最大許容温度変化率とな
るように目標圧力を決定する方式とする。これに
より、昇圧に要する時間を最小にする。
(2) 最適メタルマツチ条件算出による昇期通気
制御対象であるプラントは、中圧起動(中圧タ
ービンにより昇速する方式)とした。メタルマツ
チ条件は高圧タービンと中圧タービンの両者を考
慮する必要がある。本発明では、中圧タービンの
メタル温度から定まる通気可能温度に再熱蒸気温
度に達すると、直ちに中圧タービンに通気し昇速
する。昇速が完了すると、高圧タービンのメタル
温度から定まる通気可能温度に主蒸気温度が達す
ると、直ちに負荷上昇フエーズへ制御を進める。
これにより、タービンの通気待ち時間を必要最小
限にとどめる。
(3) 中圧タービンの応力を考慮した急速昇速
中圧タービンのロータ表面及びボアに発生する
応力(熱応力+遠心応力)を許容値以下に抑え、
且つ最大昇速率を逐次決定することにより、最短
時間で昇速を完了させる。
(4) 併入可能条件判定による早期併入
併入直後はボイラ発生蒸気温度が急上昇する。
この現象を考慮せず、高圧タービンのメタルマツ
チ条件確立のみで併入してしまうと、負荷保持に
もかかわらず、ロータには過大な熱応力が発生す
る方式とする。これにより、併入のための待ち時
間を最小にし、起動時間の短縮を図る。
(5) 高圧及び中圧タービンの応力を考慮した急
速負荷上昇
高圧及び中圧タービンのロータ表面及びボアに
発生する応力(熱応力+遠心応力)を許容値以下
に抑え、且つ最大負荷上昇率を逐次決定すること
により、最短時間で負荷上昇を完了させる。
以上に述べた基本的考え方に基づいて作成され
たオンライン最適化機能1120の処理方法につ
いて詳細を述べる。
(1) 昇圧制御
プラント起動時のボイラのドラムには、内部流
体の温度変化に伴なつて熱応力が発生する。この
とき過大熱応力の発生を防ぐには、内部流体温度
の変化率を許容値以下に抑えなけらばならない。
内部流体温度は、そのときの圧力で一義的に定ま
る飽和温度と見做されるため、許容温度変化率は
許容圧力変化率で表わすことができる。第23図
に示すように、圧力Pと飽和温度TSATの関係11
23は非線形である。いま、圧力Pにおける飽和
温度変化率の集合α(P)を
α(P)=(dTSAT/dt)p ……(8)
と表記し、飽和温度変化率許容値をαLとすれば、
圧力Pにおける許容圧力変化率β(P)1124
は
β(P)=Max(dP/dt|α(P)<αL) ……(9)
で表わされ、第24図に示す特性曲線が得られ
る。この特性は圧力レベルが高くなるほど許容圧
力変化率は大きくなることを示している。昇圧制
御にこの特徴を生かしたのが第25図に示す制御
系ブロツク線図1125である。
(2) メタルマツチ制御1610
メタルマツチ制御の基本処理手順を第26図に
示す。本プラントは中圧タービン起動方式を採用
しているため、再熱蒸気温度TRHがTRMCHN(中圧タ
ービンのメタルマツチ条件下限温度を再熱蒸気温
度に換算した値であり、以下、中圧タービンに対
するNegative Maxと呼ぶ)よりも高い場合はメ
タルマツチ条件が確立したことになり、中圧ター
ビンによる昇速が可能となる。低い場合は、その
状態で温度上昇を待つ。しかし、メタルマツチ条
件が確立した時点での主蒸気温度TMSがTMMCHP
(高圧タービンのメタルマツチ条件上限温度を主
蒸気温度に換算した値であり、以下、高圧タービ
ンに対するPositive Maxと呼ぶ)よりも高い場
合は、主蒸気の昇温が早過ぎたことになり、高圧
タービン通気により負荷上昇が不可能なため、も
はや中圧タービンにより昇速は無意味となる。即
ち、メタルマツチ失敗である。また、昇速中に
TMS>TMMCHPとなつた場合もメタルマツチ失敗で
ある。昇速完了後の主蒸気温度TMSがTMMCHN(高
圧タービンのメタルマツチ条件下限温度を主蒸気
温度に換算した値であり、以下、高圧タービンに
対するNegative Max値と呼ぶ)よりも低い場合
は、主蒸気昇温待ちとなる。その後、TMS>
TMMCHNとなりメタルマツチ条件が確立すれば、
負荷上昇フエーズの併入可能条件判定機能へ処理
は移行する。昇速完了後、いつまでもメタルマツ
チ条件確立待ちとなる場合は、シミユレーシヨン
時間を制限(TLIMIT)し、起動失敗と見做す。こ
れにより、シミユレーシヨンの計算時間を節約す
る。
次に、上記メタルマツチ条件の算出手順を説明
する。
中圧タービンに対するNegative Max
値
(TRMCHN)1611
第27図は、中圧タービンに対する再熱蒸気温
度のNegative Max値(TRMCHN)の算出手順を示
す。本例では、通気時の中圧タービンボール内蒸
気温度のメタルマツチ下限温度TRSMINを、ボール
温度TIBOよりも50℃だけ低い値に設定してある。
同図に示す処理は、ボール内蒸気温度がTRSMINと
なるような再熱蒸気温度TRSMINを算出するための
ものである。本処理は、タービン応力計算機能1
230に含まれる計算ルーチン(再熱蒸気温度か
らボウル内蒸気温度を計算する方法)を共用し、
収束計算により逆にTRSMINからTRMCHNを求める方
法としている。
高圧タービンに対するPositive Max値
(TMMCHP)1612
第28図は、高圧タービンに対する主蒸気温度
のPositive Max値(TMMCHP)の算出手順を示す。
本例では、通気時の高圧タービン第1段後蒸気温
度のメチルマツチ上限温度TMSMAXを、ロータ表
面温度(ケーシング内壁温度と等しいと見做す)
よりも50℃だけ高い値に設定してある。同図に示
す処理は、第1段後蒸気温度がTMSMAXとなるよ
うな主蒸気温度TMMCHPを算出するためのものであ
る。本処理も、前項と同様、タービン応力計算機
能1230に含まれる計算ルーチン(主蒸気温度
から第1段後蒸気温度を算出する方法)を共用
し、収束計算により逆にTMSMAXからTMMCHPを算出
する方式とした。
高圧タービンに対するNegative Max値
(TMMCHN)1613
第29図は、高圧タービンに対する主蒸気温度
のNegative Max値(TMMCHN)の算出手順を示
す。本処理手順は、前項と全く同じであり、メタ
ルマツチ下限温度TMSMINに対応する主蒸気温度
TMMCHNを求めるものである。
(3) 昇速制御1640
第30図は、昇速制御の処理手順を示す。この
処理の特徴は、次の点である。
中圧タービンに発生する応力を予測し、
この予測値が許容値以下となる最大昇速率
を逐次求めることにより、昇速時間が最短
となる昇速パターンでタービンを起動でき
ること。
応力予測の精度を高めるために、プラン
トモデルをそのまま予測に用いること。
本方式では、基準時刻TIMEOからTNVARYの間を
最大昇速率DN1で昇速し、その後は速度保持し
たと仮定し、時刻TIMEO+TNUPまでタービンに発
生する応力を予測する。その結果、応力の予測値
がどの時点においても許容値以下であれば、昇速
率DN1で時刻TIMEO+TNVARYまで実際(起動のシ
ミユレーシヨンとして)に昇速する。逆に、予測
値が許容値以上となつた場合は、1ランク下の昇
速率DN2をモデルに設定し、発生応力を予測す
る。DN3の場合でも、なお応力予測値が許容値
以下にならない場合はDN4を設定して速度保持
状態とする。この様にして、時刻TIMEO+TNVARY
に達すると、この時刻を再び基準時刻TIMEOと置
き、同様の処理を行なう。以上の処理を繰返すこ
とにより定格速度に達すると昇速制御が完了し、
次の併入可能条件判定の処理に移行する。
(4) 併入可能条件判定1620
第31図は、併入可能条件判定のための処理手
順を示す。本処理内容は同図の破線で示すよう
に、大きく分けて次の2つから成る。
併入後の状態予測
初負荷(L=3%)を投入した後の発生応力を
プラントモデルを用いて予測し、これが全予測区
間TILにおいて、許容値以下となるか否かを判定
する部分。許容値以下であれば、負荷併入が実施
される。
併入条件待ち
前項での予測結果が否の場合(予測応力が許容
値以上となる場合)、負荷併入を実施せず無負荷
運転のまま制御周期TCS(次に状態予測を実施す
るまでの時間)だけ待つ。この間に、主蒸気温度
TMSが高圧タービンのメタルマツチ条件の上限温
度TMMCHPを越す場合はメタルマツチ失敗であり、
起動失敗となる。メタルマツチ失敗とならなけれ
ば、次の制御周期に再び)の処理にもどつて併
入後の状態を予測する。併入可能条件が成立すれ
ば次の負荷上昇制御に移行する。
(5) 負荷上昇制御1630
第32図は、負荷上昇制御の処理手順を示す。
本制御方式は基本的には昇速制御方式と同じであ
る。本方式では、基準時刻TIMEOからTLVARYの間
を最大負荷変化率DL1で負荷上昇し、その後は
負荷保持したと仮定し、時刻TIMEO+TLUPまでタ
ービンに発生する応力を予測する。その結果、応
力の予測値がどの時点においても許容値以下であ
れば、負荷変化率DL1で時刻TIMEO+TLVARYまで
実際(起動シミユレーシヨンとして)に負荷上昇
する。逆に、予測値が許容値以上となつた場合
は、1ランク下の負荷変化率DL2をモデルに設
定し、発生応力を予測する。DL3の場合でも、
なお応力予測値が許容値以下にならない場合は
DL4を設定して負荷保持状態とする。この様に
して、時刻が次の制御周期であるTIMEO+TNVARY
に達すると、この時刻を再び基準時刻TIMEOと置
き、同様の処理も行なう。以上の処理を繰返すこ
とにより目標負荷に到達すると起動完了となる。
以上の様にして、ボイラ点火から目標負荷到達
に要した起動時間TをXとする。
〔発明の効果〕
本発明によれば、起動時間即ちボイラ点火から
定格負荷到達に要する時間は、従来方式による場
合と比較して大幅に短縮でき、毎日起動停止を行
なうプラントにおいては40%の短縮が可能とな
る。起動時間が短縮できることにより、電力系統
における負荷調整能力が向上し、電力の供給安定
性が向上するという効果がある。また、各発電プ
ラントにおいては、起動時間の短縮に伴ない起動
損失が低減でき、運転員の負担が軽減されるとい
う付随効果もある。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a plant startup system, and particularly to a startup method suitable for observing operational constraints during the plant startup process and completing startup in a short time. [Prior Art] The conventional method for starting a thermal power plant is based on the initial amount of fuel input to the boiler, the time function of main steam temperature and pressure rise, the turbine In this method, the time function of speed increase and load increase is determined as a startup schedule, and this startup schedule is executed by a control system provided in each system of the plant. The most typical method is the Thermal Stress Influence Starting, Loading of Boilers and Turbines (Electrical World, Vo. 165, No. 6).
of Boilers, Turbines). This method uniquely determines the startup schedule based on the initial state of a limited portion of the plant. That is, the steam turbine speed increase rate, initial load amount, speed maintenance, steam turbine warm-up time by load maintenance, and load change rate are determined according to the initial values of boiler steam pressure, boiler outlet steam temperature, and steam turbine casing temperature. This is the way to do it. Since this method absorbs variations in the temperature rise characteristics of boiler-generated steam as a margin for the startup schedule, the created startup schedule tends to be longer than necessary. Further, as other conventional methods, USP3446224 and USP4228359 are known. These methods attempt to quickly start up a steam turbine while monitoring the thermal stress generated in the steam turbine online in real time, but, like the conventional methods described above, there is no mention of a method for starting the boiler. Japanese Patent Laid-Open No. 157402/1984 is known as a conventional method aimed at shortening the startup time of a boiler. This method aims to rapidly raise the temperature of the steam generated by the boiler while monitoring the thermal stress generated in the boiler online in real time. However, this method makes no mention of starting the turbine. [Problems to be Solved by the Invention] All conventional methods are rapid startup methods that focus on only one side of the boiler or steam turbine. However, even if such individual methods are combined, there is no guarantee that the start-up time of the entire plant will be the shortest. This is because the boiler and the steam turbine have extremely strong mutual interference, and individual optimization does not necessarily result in overall optimization. The present invention is characterized in that, while the conventional method described above targets either the boiler or the steam turbine, the startup time of the entire plant is optimized and minimized by comprehensively considering the startup characteristics of both. be. An object of the present invention is to provide an optimal plant startup system that can optimize and shorten the startup time of the entire plant by considering the interaction regarding the startup characteristics of the boiler and steam turbine, which was not considered in the conventional method. It is about providing. [Means for Solving the Problems] The above purpose is to provide a startup schedule creation means for setting control target values of operating parameters necessary for startup of a power generation plant and creating a startup schedule for the power generation plant, and a method for creating a startup schedule in accordance with the startup schedule. A plant start-up system comprising schedule execution means for actually starting up a power generation plant, wherein said start-up schedule creation means includes means for storing a dynamic characteristic model of a power generation plant, and a means for storing a power generation plant start-up schedule and executing said start schedule. process state calculation means for calculating boiler stress and turbine stress using a characteristic model; and means for optimizing a target operating state of the turbine when the plant is started according to the assumed start-up schedule in accordance with the turbine stress. This is achieved by an optimal start-up system for the plant. More specifically, it includes a startup schedule creation function for creating a temporal startup schedule regarding operations and control target value settings necessary for startup of a thermal power plant before starting the plant, and In a plant startup system that has a schedule execution function to actually start up the plant, there is a dynamic characteristics model that can simulate startup characteristics corresponding to an arbitrary startup schedule, and a dynamic characteristics model that can simulate startup characteristics that correspond to an arbitrary startup schedule. A dynamic characteristic prediction function that uses a model to predict the behavior of process states related to operational constraints among process conditions that fluctuate in response to an arbitrary startup schedule, and a process state predicted by the dynamic characteristic prediction function. A constraint judgment function to check whether the operational constraints are satisfied, and an optimal start-up in which the process state predicted by the dynamic characteristic prediction function satisfies the constraints throughout the entire start-up process and the start-up time is the shortest. An optimal schedule search function for determining the schedule,
It has an optimum schedule setting function for setting the optimum start schedule in the schedule execution function, and starts the thermal power plant in the shortest possible time. [Operation] A plant dynamic characteristics model is prepared to confirm in advance whether the process state values during the entire process of startup satisfy the operation limit conditions, and a kind of hill-climbing method using this model is used to find the optimal operation policy, that is, the shortest Determine the startup schedule. [Embodiment] FIG. 1 shows the basic functional configuration of the shortest startup method for a thermal power plant of the present invention. Broadly speaking, the functions are comprised of a startup schedule creation function 1000 and a schedule execution function 2000. The former creates an optimal startup schedule signal 101 that minimizes the plant startup time, and the latter changes the manipulated variable signal 201 for the plant from time to time in order to start the actual plant 3000 according to the optimal startup schedule. The startup schedule creation function 1000 further includes a schedule optimization function 1100 and a plant dynamic characteristic prediction function 1200. The former further includes an offline optimization function 1110 and an online optimization function 11.
20, the latter further comprising a plant dynamic characteristic model 1210, a boiler stress calculation function 1220, and a turbine stress calculation function 1230. The offline optimization function 1110 assumes the startup schedule 111 and sets it in the plant dynamic characteristic model 1210 to determine the startup characteristics (213, 211,
212), and the boiler stress 221 and turbine stress 231 are calculated by the boiler stress calculation function 1220 and the turbine stress calculation function 1230, respectively. On the other hand, the online optimization function 1120 sequentially optimizes the target operating state 121 of the turbine according to the turbine stress 231 when the plant dynamic characteristic model 1210 operates. The offline optimization function 1110 evaluates the behavior of process variables related to the operational limit conditions calculated as a result and the required startup time, assumes a new startup schedule 111, and converts this into the plant dynamic characteristic model 1.
Set to 210. By repeating such processing, an optimal startup schedule 101 is determined that allows startup to be completed in an optimal time without causing the process state to violate operational restrictions. The determined optimal startup schedule 101 is set in the schedule execution function 2000, and becomes a target value for actually starting the plant. Here, the plant dynamic characteristic model 121
0, the boiler stress calculation function 1220 and the turbine stress calculation function 1230 each have an initial value of 321,
322 and 323 are required, and these are process state values measured before startup. Next, parameters defining the startup schedule in the embodiment will be defined. Since the plant start-up time basically depends on the temperature characteristics of the plant,
Parameters that have a strong causal relationship with the temperature increase characteristics of the plant should be selected. Based on this basic concept, four factors are defined: igniter ignition interval (T IG ), mill start interval (T PLV ), main steam temperature rise rate (L TMS ), and reheat steam temperature rise rate (T RHH ). selected as a parameter. The igniter ignition interval (T IG ) is the interval at which, when a boiler ignition command is generated, the igniters corresponding to each burner stage of the boiler are sequentially ignited at time intervals T IG and the light oil burner is ignited. The mill start-up interval ((T PLV ) is the time interval when the pulverized coal mills are started up in sequence after all the light oil burners have been ignited. In this case, the mills up to the second one are started according to the operational standards. When the third mill is started, the total flow rate of pulverized coal input to the boiler is 40% of the rated value.
(Each mill's share is 67%).
After that, when the turbine is started and the generator output reaches 40%, it shifts to normal load operation mode, and the mills are started according to the load request, and up to five mills are operated. As each mill is started up, the light oil burner is extinguished. The main steam temperature increase rate (L TMS ) is a parameter that defines the rate of increase in main steam temperature in the normal load operation region (40 to 100% load), and is the main steam temperature target value calculated by the schedule execution function 2000. For T MSSET , it has the function shown in the following equation. T MSSET =M IN [{T MS40 +T MSR −T MS40 /L TMS −40(L−4
0)}, T MSR ] ...(1) Here, T MS40 : Main steam temperature when 40% load is reached (℃) T RHR : Main steam temperature rated value (℃) L: Load (%) i.e. , means to make the main steam temperature reach the rated value when the load reaches L TMS (%). The reheat steam temperature increase rate (L TRH) is a parameter that defines the rate of increase in the reheat steam temperature in the normal load operation region, similar to the main steam temperature, and the reheat steam temperature calculated by the schedule execution function 2000. Target value
It has the function shown in the following equation for T RHSET . T RHSET =M IN [{T RH40 +T RHR −T RH40 /L TRH −40(L−4
0)}, T RHR ] ...(2) Here, T RH40 : Reheat steam temperature when 40% load is reached (℃) T RHR : Reheat steam temperature rated value (℃) L: Load (% ) That is, it means that the reheat steam temperature reaches the rated value when the load reaches L TRH (%). Next, the optimization algorithm in the offline optimization function 1110 will be described in detail. FIG. 2 shows the basic processing procedure of the startup schedule optimization algorithm to which the complex method, which is one of the nonlinear optimization methods, is applied to the present invention. Here, the schedule parameters are : X = [ X ( 1), X (2), X (3 ) , It is written as. Each processing function will be explained below. (1) Initialization 100 Figure 3 shows the symbols, values, units, and meanings of the constants and initial values used in the optimization algorithm. (2) Initial simplex formation 200 The processing procedure is shown in FIG. The design value X D is set at the initial trial point X 1 and the simulation is executed. Simulation in this case means operating the plant dynamic characteristic prediction function 1200 to predict the startup characteristics when the plant is started according to the startup schedule XD . At this time, the operation limiting factor Y (N MV ) for X 1 is the implicit constraint Y L
(N MV ) (see FIG. 5), an initial simplex is formed in the vicinity of X 1 according to the following equation. X J = X 1 + B J If X J does not satisfy the implicit constraints, modify the trial points using the procedure shown in Figure 7. (a) Random number generation 220 FIG. 6 shows the procedure for calculating pseudorandom numbers using M as a variable. This algorithm is a method that uses the fifth number appearing from the highest digit of the square root. (b) Initial simplex correction 240 Trial point X according to extension magnification correction coefficient D()
(I, J) is modified as shown below. X(I,J)=X(I,J)+(1-D())(X MAX
() -M MIN ()) ...(5) (c) Determination of extension magnification correction coefficient 260 As shown in Figure 8, the sensitivity to the operation limiting factor when changing the operating parameters is large, medium,
Different from small and zero. Therefore, depending on which operation limiting factor does not satisfy the implicit constraint condition (see Figure 5), it is better to modify the extension magnification of the trial point than to uniformly modify it. is considered to be higher. FIG. 9 shows an algorithm for determining the extension magnification correction coefficient based on the implicit constraint monitoring algorithm (see FIG. 10) in accordance with this idea. (3) Characteristic evaluation ranking 300 As shown in Figure 11A and B, this function selects the following three characteristic points from among the vertices of a simplex consisting of K (K = 8 in this example). This is an algorithm for making decisions. Best vertex (X Q , T X,Q ) Operation parameters ( X Q ) and activation time ( T ) Operation parameters (X S ) and activation time (T X,S ) corresponding to the vertex with the longest activation among K vertices Second worst vertex (X S2 , T Operation parameters ( X S2 ) and startup time ( T ) Find the geometric centroid coordinates X G of a simplex consisting of vertices. (5) New trial point determination 500 As shown in FIG. 13, a new trial point is defined as X K+1 with coordinates that satisfy the following equation. This point is on the straight line connecting the worst vertex X S and the center of gravity X G , and is at a distance R (X G −X S ) from the center of gravity. Here, R is the extension magnification described in (7). X K+1 = X G + R ( X G −X S ) ...(6) However, X MIN The point retreats in the direction of the center of gravity, but instead of retreating indefinitely, as shown in Figure 14, when R-0.1R 0 is reached, the retreat is stopped, the entire simplex is degenerated, and a new search direction is started. Find out. This degeneracy method will be explained in (9). (7) Extension magnification correction 700 If the implicit constraint condition is violated, the extension magnification R is corrected by the method shown in FIG. (8) New trial point extension 800 If the startup time T X,K+1 at the new trial point X K+ 1 is shorter than the previous minimum time T Extend in the same direction to approach the optimal point. Let this re-extension point be XE . (9) Trial point regression 900 If the startup time T X,K+1 at the new trial point X K +1 is longer than the previous second longest time T X,S2
There is a possibility that X K+1 has jumped over the optimal point. Therefore, as shown in Fig. 17, in the case of T X,K+1 T
), and if T X,K+1 >T X,S , it is greatly retreated (R = -0.5). At this time, set the trial point to X C
shall be. (10) Simplex degeneracy 1300 If no characteristic improvement point is found on the straight line connecting the worst point X S and the center of gravity X G (if there is no X C such that T X,C < T The best point is the size of Q
By shrinking in the direction of , we find a new possibility of approaching the optimal point. In this case, as shown in FIG. 18, the degeneracy rate is initially set to 1/2, but if each vertex does not satisfy the constraint conditions, the degeneracy rate is set to 3/4. If the constraint condition is still not satisfied, the vertex is returned to its original position. Here, the explicit constraints are the upper and lower limits of the optimization parameters themselves, and
X MAX and X MIN . As shown in FIG. 19, the simulation is executed after confirming that all parameters satisfy the explicit constraints. (11) Worst point exclusion 1420, 1440, 146
0 As shown in Figures 20 A to C, if X E , X K+1 or X C is improved over X S , exclude X S and A new simplex is formed by adding . (12) Judgment of reaching the limit on the number of searches 1500 The number of searches is the number of simulations,
By limiting this, we prevent our algorithm from falling into an infinite loop. FIG. 21 shows the processing procedure for this purpose, and the meanings of the symbols are as follows. N T : Total number of simulations N AD : Number of times a simulation result was used as a vertex of a simplex N NG : Number of times a simulation result was not used as a vertex of a simplex N KAD : X K+1 as a vertex of a simplex Number of times used N EAD : Number of times X E is used as a vertex of a simplex N CAD : Number of times X C is used as a vertex of a simplex N SAD : Simulation result for simplex degeneracy is a vertex of a simplex N KNG : Number of times X K+1 was not used as a vertex of a simplex N ENG : Number of times X E was not used as a vertex of a simplex N CNG : Number of times X C was not used as a vertex of a simplex Number of times not used N SNG : Number of times a simulation result for simplex degeneracy was not used as a vertex of a simplex (13) Simulation 1600 The basic procedure of simulation is shown in FIG. In the simulation, the plant startup process was divided into three phases: boiler startup, speed increase, and load increase. In the boiler startup phase, pressure increase control (this function is built into the plant dynamic characteristic model) is executed from igniter ignition to reach the startup set pressure (94.9ata for main steam, 8.16ata for reheat steam pressure). This shows the startup process. The speed-up phase indicates a startup process in which the speed is increased to the rated speed by the metal match control function including the speed-up control function, and the metal match condition for the high-pressure turbine is satisfied. The load increase phase indicates a startup process in which a load is added by the addition condition determination function and the load increase control function reaches the rated load (target load in actual operation). (14) Optimum point convergence determination 1700 The optimal point, that is, the shortest startup schedule is assumed to be X Q that satisfies the following equation. T X,S −T X,Q /T X,Q <ε ...(7) X Q at this time is written as X OPT . This completes the detailed explanation of the offline optimization function 1110. Next, online optimization function 11
20 will be explained in detail. In order to achieve rapid startup through online optimization, we focused on the following points. (1) Rapid pressure increase considering the drum steam temperature distribution rate An increase in main steam pressure means an increase in drum pressure, and an increase in drum pressure is reflected in an increase in the saturation temperature determined by the pressure. Additionally, changes in drum steam temperature create thermal stresses in the drum. In order to keep this drum thermal stress below a permissible value, it is necessary to keep the rate of change in steam temperature below a permissible steam temperature. In the present invention, in consideration of the nonlinearity of the relationship between pressure and saturation temperature, a method is adopted in which the target pressure is determined so that the maximum allowable rate of temperature change is always achieved. This minimizes the time required for boosting. (2) Increased ventilation by calculating optimal metal match conditions The plant to be controlled was set to medium-pressure startup (speed-up method using an intermediate-pressure turbine). For metal match conditions, it is necessary to consider both the high-pressure turbine and the intermediate-pressure turbine. In the present invention, when the reheated steam temperature reaches the ventilable temperature determined from the metal temperature of the intermediate pressure turbine, the intermediate pressure turbine is immediately vented to increase the speed. When the speed increase is completed and the main steam temperature reaches the ventilable temperature determined from the metal temperature of the high-pressure turbine, control immediately advances to the load increase phase.
This keeps the turbine ventilation waiting time to the necessary minimum. (3) Rapid speed increase taking into account the stress of the intermediate pressure turbine The stress (thermal stress + centrifugal stress) generated on the rotor surface and bore of the intermediate pressure turbine is kept below the allowable value, and
Moreover, by sequentially determining the maximum speed-up rate, speed-up is completed in the shortest possible time. (4) Early annexation based on determination of conditions for annexation Immediately after annexation, the boiler generated steam temperature rises rapidly.
If this phenomenon is not taken into consideration and the metal match condition is established for the high pressure turbine, excessive thermal stress will be generated in the rotor even though the load is maintained. This minimizes the waiting time for merging and shortens the startup time. (5) Rapid load increase taking into account the stress of high-pressure and intermediate-pressure turbines The stress (thermal stress + centrifugal stress) generated on the rotor surface and bore of high-pressure and intermediate-pressure turbines can be suppressed to below allowable values, and the maximum load increase rate can be reduced. By making sequential decisions, the load increase can be completed in the shortest possible time. The processing method of the online optimization function 1120 created based on the basic idea described above will be described in detail. (1) Pressure increase control When the plant starts up, thermal stress occurs in the boiler drum as the temperature of the internal fluid changes. In order to prevent excessive thermal stress from occurring at this time, the rate of change in internal fluid temperature must be kept below a permissible value.
Since the internal fluid temperature is regarded as the saturation temperature uniquely determined by the pressure at that time, the allowable temperature change rate can be expressed by the allowable pressure change rate. As shown in Fig. 23, the relationship between pressure P and saturation temperature TSAT11
23 is nonlinear. Now, if we write the set α(P) of saturation temperature change rate at pressure P as α(P) = (dT SAT /dt)p...(8) and let α L be the saturation temperature change rate tolerance, then
Allowable pressure change rate β(P) at pressure P 1124
is expressed as β(P)= Max (dP/dt|α(P)<α L ) (9), and the characteristic curve shown in FIG. 24 is obtained. This characteristic indicates that the higher the pressure level, the greater the allowable pressure change rate. A control system block diagram 1125 shown in FIG. 25 takes advantage of this feature in boost control. (2) Metal match control 1610 The basic processing procedure of metal match control is shown in FIG. This plant uses an intermediate pressure turbine startup method, so the reheat steam temperature T RH is T RMCHN (the value obtained by converting the metal match condition limit temperature of the intermediate pressure turbine to the reheat steam temperature, hereinafter referred to as the intermediate pressure turbine If it is higher than Negative Max), it means that the metal match condition has been established, and it is possible to increase the speed using the intermediate pressure turbine. If it is low, wait for the temperature to rise. However, when the metal match condition is established, the main steam temperature T MS is T MMCHP
(This is the value obtained by converting the metal match condition upper limit temperature of the high-pressure turbine to the main steam temperature, and is hereinafter referred to as the Positive Max for the high-pressure turbine). Since it is impossible to increase the load due to ventilation, increasing the speed using the intermediate pressure turbine is no longer meaningful. In other words, the metal match has failed. Also, during acceleration
If T MS > T MMCHP , it is also a metal match failure. If the main steam temperature T MS after completion of speed increase is lower than T MMCHN (the value obtained by converting the metal match condition limit temperature of the high-pressure turbine to the main steam temperature, hereinafter referred to as the negative max value for the high-pressure turbine), the main steam temperature Waiting for the steam to heat up. Then TMS >
If T MMCHN and the metal match condition is established,
The process moves to a function that determines the conditions that allow the addition of the load increase phase. If the engine continues to wait for the metal match condition to be established after completing the speed increase, the simulation time will be limited (T LIMIT ) and it will be treated as a startup failure. This saves simulation calculation time. Next, the procedure for calculating the metal match condition will be explained. Negative Max for medium pressure turbine
Value (T RMCHN ) 1611 FIG. 27 shows the procedure for calculating the negative maximum value (T RMCHN ) of the reheat steam temperature for the intermediate pressure turbine. In this example, the metal match lower limit temperature T RSMIN of the steam temperature in the intermediate pressure turbine ball during ventilation is set to a value that is 50° C. lower than the ball temperature T IBO .
The process shown in the figure is for calculating the reheating steam temperature T RSMIN such that the steam temperature in the bowl becomes T RSMIN . This process is carried out by the turbine stress calculation function 1.
230 (a method for calculating the steam temperature in the bowl from the reheat steam temperature),
The method is to calculate T RMCHN from T RSMIN using convergence calculation. Positive Max Value (T MMCHP ) for High Pressure Turbine 1612 FIG. 28 shows a procedure for calculating the Positive Max value (T MMCHP ) of main steam temperature for the high pressure turbine.
In this example, the methyl match upper limit temperature T MSMAX of the steam temperature after the first stage of the high-pressure turbine during ventilation is assumed to be the rotor surface temperature (equal to the casing inner wall temperature).
The value is set to 50°C higher than the actual temperature. The process shown in the figure is for calculating the main steam temperature T MMCHP such that the first stage post-stage steam temperature becomes T MSMAX . Similar to the previous section, this process also uses the calculation routine included in the turbine stress calculation function 1230 (method for calculating the first stage post-steam temperature from the main steam temperature), and conversely calculates T MMCHP from T MSMAX using convergence calculation. We decided to do this. Negative Max Value (T MMCHN ) for the High Pressure Turbine 1613 FIG. 29 shows a procedure for calculating the Negative Max Value (T MMCHN ) of the main steam temperature for the high pressure turbine. This processing procedure is exactly the same as the previous section, and the main steam temperature corresponding to the metal match lower limit temperature T MSMIN is
This is to find T MMCHN . (3) Speed-up control 1640 FIG. 30 shows the processing procedure of speed-up control. The characteristics of this processing are as follows. Predict the stress generated in intermediate pressure turbines,
By successively determining the maximum speed increase rate at which this predicted value is less than or equal to the allowable value, the turbine can be started with a speed increase pattern that provides the shortest speed increase time. To improve the accuracy of stress prediction, use the plant model as is for prediction. In this method, it is assumed that the speed is increased at the maximum speed increase rate DN1 between the reference time T IMEO and T NVARY , and the speed is maintained thereafter, and the stress generated in the turbine is predicted until the time T IMEO +T NUP . As a result, if the predicted stress value is less than the allowable value at any time, the speed is actually increased (as a simulation of startup) at the speed increase rate DN1 until the time TIMEO +T NVARY . On the other hand, if the predicted value is greater than or equal to the allowable value, the acceleration rate DN2, which is one rank lower, is set in the model to predict the generated stress. Even in the case of DN3, if the predicted stress value does not fall below the allowable value, set DN4 to maintain the speed. In this way, the time T IMEO + T NVARY
When this time is reached, this time is set as the reference time TIMEO again and the same process is performed. By repeating the above process, the speed increase control is completed when the rated speed is reached.
The process moves on to the next combinability condition determination process. (4) Judgment of merging possible conditions 1620 FIG. 31 shows a processing procedure for determining merging possible conditions. The contents of this process are roughly divided into the following two parts, as shown by the broken line in the figure. Predicting the state after application The part that uses the plant model to predict the stress that will occur after applying the initial load (L = 3%) and determines whether this will be below the allowable value in the entire prediction interval TIL . . If it is below the allowable value, load addition is performed. Waiting for combination conditions If the prediction result in the previous section is negative (the predicted stress is greater than or equal to the allowable value), the control cycle T CS (until the next state prediction is performed) is not performed and the no-load operation continues. time). During this time, the main steam temperature
If T MS exceeds the upper limit temperature T MMCHP of the high-pressure turbine metal match condition, the metal match has failed.
Startup fails. If the metal match does not fail, the process returns to () again in the next control cycle and the state after the merging is predicted. If the conditions for concurrent use are satisfied, the process moves to the next load increase control. (5) Load increase control 1630 FIG. 32 shows the processing procedure for load increase control.
This control method is basically the same as the acceleration control method. In this method, it is assumed that the load is increased at the maximum load change rate DL1 between the reference time T IMEO and T LVARY , and the load is maintained thereafter, and the stress generated in the turbine is predicted until the time T IMEO +T LUP . As a result, if the predicted stress value is less than the allowable value at any time, the load is actually increased (as a startup simulation) at the load change rate DL1 until time TIMEO +T LVARY . On the other hand, if the predicted value is greater than or equal to the allowable value, the load change rate DL2, which is one rank lower, is set in the model to predict the generated stress. Even in the case of DL3,
If the predicted stress value does not fall below the allowable value,
Set DL4 to enter load holding state. In this way, T IMEO + T NVARY whose time is the next control period
When this time is reached, this time is set as the reference time TIMEO again and the same processing is performed. By repeating the above process, when the target load is reached, the startup is completed. As described above, the startup time T required from boiler ignition to reaching the target load is defined as X. [Effects of the Invention] According to the present invention, the startup time, that is, the time required from boiler ignition to reaching the rated load, can be significantly shortened compared to the conventional method, and can be reduced by 40% in a plant that starts and stops every day. becomes possible. Since the startup time can be shortened, the load adjustment ability of the power system is improved, and the stability of power supply is improved. Additionally, in each power plant, there is an accompanying effect that the start-up loss can be reduced as the start-up time is shortened, and the burden on operators is reduced.
第1図は本発明の基本機能ブロツク構成図を、
第2図は本発明に非線形最適化手法の一つである
コンプレツクス法を適用した起動スケジユール最
適化アルゴリズムの基本処理手順を、第3図は定
数、イニシヤライズ値の定義を、第4図は第2図
初期コンプレツクス形成の処理手順を、第5図は
制約条件、第6図はその擬似乱数の算出処理フロ
ー、第7図はその修正手順を、第8図〜第10図
は操作パラメータを変更したときの運転制限要因
感度の説明と監視フロー図を、第11図A,Bは
特性評価順位付け機能説明フロー図を、第12図
は第2図の重心計算400の詳細フロー図を、第
13図は第2図新試行点決定500の詳細フロー
図を、第14図は第2図試行点後退不可判定60
0のフロー図を、第15図〜第17図は第2図の
ブロツク700,800,900の詳細フロー図
を、第18図は第2図シンプレツクス縮退130
0の詳細フロー図を、第19図は第18図のステ
ツプ130の詳細フロー図を、第20図は第2図の
ステツプ1420,1440,1460の詳細フロー図を、第
21図は第2図ステツプ1500の詳細フロー図を、
第22図は第2図のステツプ1600のシミユレーシ
ヨンの詳細フロー図を、第23図は圧力と飽和温
度の関係を、第24図は圧力と許容圧力変化率と
の関係を、第25図は昇圧制御ブロツク図を、第
26図はメタルマツチ制御の手順フロー図を、第
27図は中圧タービンに対する再熱蒸気温度の算
出手順を、第28図は第27図と同様高圧タービ
ンに対する算出手段を、第29図は高圧タービン
に対する主蒸気温度の算出手順を、第30図は昇
速制御の処理手順を、第31図は併入可能条件判
定のための処理手順を、第32図は負荷上昇制御
の処理手順を、それぞれ示す。
1000……起動スケジユール作成機能ブロツ
ク、2000……スケジユール実行機能ブロツ
ク、3000……プラント。
Figure 1 shows the basic functional block configuration diagram of the present invention.
Figure 2 shows the basic processing procedure of the startup schedule optimization algorithm to which the complex method, which is one of the nonlinear optimization methods, is applied to the present invention, Figure 3 shows the definition of constants and initialization values, and Figure 4 shows the Figure 2 shows the processing procedure for initial complex formation, Figure 5 shows the constraints, Figure 6 shows the process flow for calculating pseudo-random numbers, Figure 7 shows the correction procedure, and Figures 8 to 10 show the operating parameters. 11A and 11B are flowcharts explaining the characteristic evaluation ranking function, and FIG. 12 is a detailed flowchart of the center of gravity calculation 400 in FIG. 2. FIG. 13 is a detailed flowchart of the new trial point determination 500 in FIG. 2, and FIG.
0, FIGS. 15 to 17 are detailed flow diagrams of blocks 700, 800, and 900 in FIG. 2, and FIG.
19 is a detailed flow diagram of step 130 in FIG. 18, FIG. 20 is a detailed flow diagram of steps 1420, 1440, and 1460 in FIG. Detailed flow diagram of step 1500,
Figure 22 shows a detailed flowchart of the simulation of step 1600 in Figure 2, Figure 23 shows the relationship between pressure and saturation temperature, Figure 24 shows the relationship between pressure and allowable pressure change rate, and Figure 25 shows the pressure increase. 26 is a flowchart of the procedure for metal match control, FIG. 27 is a procedure for calculating reheat steam temperature for an intermediate pressure turbine, and FIG. 28 is a calculation means for a high pressure turbine similar to FIG. 27. Fig. 29 shows the procedure for calculating the main steam temperature for the high-pressure turbine, Fig. 30 shows the processing procedure for speed-up control, Fig. 31 shows the processing procedure for determining conditions that allow combination, and Fig. 32 shows the load-increase control procedure. The processing steps are shown below. 1000...Startup schedule creation function block, 2000...Schedule execution function block, 3000...Plant.
Claims (1)
の制御目標値を設定し発電プラントの起動スケジ
ユールを作成する起動スケジユール作成手段と該
起動スケジユールにしたがつて実際に発電プラン
トを起動するスケジユール実行手段とを具備する
プラントの起動システムであつて、 前記起動スケジユール作成手段は発電プラントの
動特性モデルを格納する手段と、発電プラントの
起動スケジユールを仮定し該動特性モデルを使つ
てボイラ応力とタービン応力を計算するプロセス
状態計算手段と、前記仮定した起動スケジユール
にしたがつてプラントを起動したときのタービン
の目標運転状態を前記タービン応力に応じて最適
化する手段とを有することを特徴とするプラント
の最適起動システム。[Scope of Claims] 1. Startup schedule creation means for setting control target values of operating parameters necessary for startup of the power generation plant and creating a startup schedule for the power generation plant, and actually starting up the power generation plant in accordance with the startup schedule. A plant start-up system comprising a schedule execution means, the start-up schedule creation means storing a dynamic characteristic model of a power generation plant, and a means for storing a power generation plant dynamic characteristic model and calculating boiler stress by assuming a power generation plant startup schedule and using the dynamic characteristic model. and a process state calculation means for calculating turbine stress; and means for optimizing a target operating state of the turbine when the plant is started according to the assumed startup schedule in accordance with the turbine stress. Optimal start-up system for plants.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1795986A JPS62178704A (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Thermoelectric power plant shortest starting system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1795986A JPS62178704A (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Thermoelectric power plant shortest starting system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62178704A JPS62178704A (en) | 1987-08-05 |
| JPH0454808B2 true JPH0454808B2 (en) | 1992-09-01 |
Family
ID=11958282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1795986A Granted JPS62178704A (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Thermoelectric power plant shortest starting system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62178704A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8069077B2 (en) | 2003-06-11 | 2011-11-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electric-power-generating-facility operation management support system, electric-power-generating-facility operation management support method, and program for executing support method, and program for executing operation management support method on computer |
| US8005575B2 (en) * | 2006-06-01 | 2011-08-23 | General Electric Company | Methods and apparatus for model predictive control in a real time controller |
| US10267182B2 (en) | 2015-07-01 | 2019-04-23 | Emerson Process Management Power & Water Solutions, Inc. | Methods and apparatus to optimize steam turbine ramp rates |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59226211A (en) * | 1983-06-08 | 1984-12-19 | Hitachi Ltd | Controlling method of thermal power plant |
-
1986
- 1986-01-31 JP JP1795986A patent/JPS62178704A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62178704A (en) | 1987-08-05 |
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