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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1795986A JPS62178704A (ja) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | プラントの最適起動システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1795986A JPS62178704A (ja) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | プラントの最適起動システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62178704A JPS62178704A (ja) | 1987-08-05 |
| JPH0454808B2 true JPH0454808B2 (ja) | 1992-09-01 |
Family
ID=11958282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1795986A Granted JPS62178704A (ja) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | プラントの最適起動システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62178704A (ja) |
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 (ja) * | 1983-06-08 | 1984-12-19 | Hitachi Ltd | 火力プラント制御方法 |
-
1986
- 1986-01-31 JP JP1795986A patent/JPS62178704A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62178704A (ja) | 1987-08-05 |
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