JPH09317404A - Steam turbine start-up control device - Google Patents
Steam turbine start-up control deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】タービンロータの熱応力を規定値以下に抑えつ
つ、蒸気タービンを最小時間で起動できるうえに、ボイ
ラー条件の変化等環境変化に対応させる。
【解決手段】ボイラーから蒸気タービン２へ流入される
蒸気流入量を制御する蒸気流量調節弁４の開度を操作量
５に対応して制御するタービン制御装置６を有するプラ
ントＰについて、所定の予測時間区間内で蒸気タービン
２のロータに発生する熱応力を予測する熱応力予測手段
８と、予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、プラン
トＰの運転条件の一部を満足させ、かつ蒸気タービン２
の起動時間が最小となるように操作量の最適推移パター
ンを所定周期毎に算出する最適パターン演算手段７と、
最適推移パターンを最適化で考慮した以外の運転上の制
約条件を満足させるように修正するパターン修正手段９
と、修正パターンのうちの現時刻での値を状態量の設定
値として設定し、これに対応する測定値をこの設定値と
比較し、これら両者の偏差が解消するように操作量を所
定の制御周期毎に調整してタービン制御装置６に与える
操作量調整手段１０と、を具備している。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To suppress the thermal stress of a turbine rotor to a specified value or less, start a steam turbine in a minimum time, and respond to environmental changes such as changes in boiler conditions. SOLUTION: A predetermined prediction is made for a plant P having a turbine control device 6 that controls an opening of a steam flow control valve 4 that controls the amount of steam flowing into a steam turbine 2 from a boiler in accordance with an operation amount 5. A thermal stress predicting means 8 for predicting thermal stress generated in the rotor of the steam turbine 2 within a time section, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, satisfying a part of the operating conditions of the plant P, and steam turbine Two
An optimum pattern calculation means 7 for calculating the optimum transition pattern of the manipulated variable for each predetermined period so that the activation time of
Pattern correction means 9 for correcting the optimum transition pattern so as to satisfy the operational constraint conditions other than the consideration of the optimization.
Then, the value of the correction pattern at the current time is set as the set value of the state quantity, the measured value corresponding to this is compared with this set value, and the operation amount is set to a predetermined value so as to eliminate the deviation between the two. An operation amount adjusting means 10 which adjusts each control cycle and gives it to the turbine control device 6 is provided.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラー、蒸気タ
ービン、蒸気流量調節弁およびその弁開度を制御するタ
ービン制御装置を少なくとも有するプラントの蒸気ター
ビン起動制御装置に係り、特に発電用中間負荷運転プラ
ント等、急速かつ頻繁な起動停止運用が要求されるよう
なプラントの蒸気タービン起動制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steam turbine start-up control device for a plant having at least a boiler, a steam turbine, a steam flow control valve and a turbine control device for controlling the valve opening thereof, and particularly to an intermediate load operation for power generation. The present invention relates to a steam turbine start-up control device for a plant, etc., which requires rapid and frequent start-stop operation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、蒸気タービンの起動時には、流
入蒸気温度の上昇、および蒸気流量増大による蒸気・ロ
ータ間の熱伝達率の向上に従って、タービンロータの表
面メタル温度が上昇する。そして、タービンロータの内
部はロータ表面からの熱伝導によって表面温度より遅れ
て温度上昇するため、タービンロータの内部で温度分布
に偏差が現れ、熱応力が発生する。このとき、過大な熱
応力はタービンロータの寿命を著しく縮めてしまうの
で、発生熱応力の値は適正値に抑えられなければならな
い。また、蒸気タービンの１回の起動に対する寿命消費
はその時の熱応力のピークの大きさと回数により定量的
把握が行なえることが知られている。2. Description of the Related Art Generally, when a steam turbine is started, the surface metal temperature of the turbine rotor rises as the inflowing steam temperature rises and the heat transfer coefficient between the steam and the rotor increases due to an increase in the steam flow rate. Since the temperature inside the turbine rotor rises later than the surface temperature due to heat conduction from the rotor surface, a deviation appears in the temperature distribution inside the turbine rotor, causing thermal stress. At this time, since excessive thermal stress significantly shortens the life of the turbine rotor, the value of generated thermal stress must be suppressed to an appropriate value. Further, it is known that the life consumption per one start of the steam turbine can be quantitatively grasped by the magnitude and number of peaks of thermal stress at that time.
【０００３】ところで、近年、発電用プラントでは、急
速かつ頻繁な起動停止運用が蒸気タービンに要求されて
いる。必要以上の急速な起動は、過大な熱応力をタービ
ンロータに発生さる虞がある。したがって、蒸気タービ
ン起動時には上記熱応力を制限値以内に抑制し、かつ１
回の起動に対するロータ寿命消費も適正にするような起
動方法が必要である。By the way, in recent years, in power generation plants, rapid and frequent start / stop operations are required for steam turbines. Rapid start-up more than necessary may cause excessive thermal stress on the turbine rotor. Therefore, when the steam turbine is started, the thermal stress is suppressed within the limit value, and
It is necessary to have a startup method that also ensures proper rotor life consumption for each startup.
【０００４】次に、従来の蒸気タービンの起動方法の一
例を示す。Next, an example of a conventional steam turbine starting method will be described.
【０００５】一般に、蒸気タービン起動時に、熱応力的
に最も厳しい状況下にあるのは、高圧タービン第１段
後、および再熱部第１段後の各ロータ表面部分である。
そして、運転中にタービンロータに発生している熱応力
の値を実測することは一般的に非常に困難であるため、
ロータ内部のメタル温度を伝熱計算により求め、その温
度分布から熱応力の値を推定する。Generally, at the time of starting the steam turbine, the most severe conditions in terms of thermal stress are the rotor surface portions after the first stage of the high pressure turbine and after the first stage of the reheating section.
Since it is generally very difficult to actually measure the value of thermal stress generated in the turbine rotor during operation,
The metal temperature inside the rotor is calculated by heat transfer calculation, and the value of thermal stress is estimated from the temperature distribution.
【０００６】伝熱計算には、ロータの表面温度を計測す
る必要があるが、運転中にロータ表面温度を計測するこ
とは、困難である。しかしながら、ロータ表面温度は、
ケーシング内面メタル温度にほぼ等しく、代替が可能で
あることが知られている。したがって、以下、ロータ表
面温度は、蒸気タービンのケーシング内面ルタル温度の
計測値で代替するものとし、計測可能な量であるとして
扱う。The heat transfer calculation needs to measure the rotor surface temperature, but it is difficult to measure the rotor surface temperature during operation. However, the rotor surface temperature is
It is known that the metal temperature on the inner surface of the casing is approximately equal to that of the metal and that substitution is possible. Therefore, hereinafter, the rotor surface temperature is assumed to be a measurable amount, instead of the measured value of the inner surface lutal temperature of the casing of the steam turbine.
【０００７】そして、従来の蒸気タービンの起動方法で
は、図５に示すような起動スケジュールに沿って蒸気タ
ービンの自動起動を行なう。つまり、起動開始から定格
回転数になるまでは、回転数が指令値に等しくなるよう
に回転数制御を行なう。蒸気タービンが定格回転数に達
した後、このタービンにより駆動される発電機が負荷を
とり始めると、負荷を指令値に等しくするように、負荷
制御が行なわれる。In the conventional steam turbine starting method, the steam turbine is automatically started according to the starting schedule as shown in FIG. That is, the rotation speed is controlled so that the rotation speed becomes equal to the command value from the start of activation until the rotation speed reaches the rated rotation speed. After the steam turbine reaches the rated speed, when the generator driven by this turbine starts to take a load, load control is performed so that the load becomes equal to the command value.
【０００８】このように、図５中に折れ線で示されたよ
うな回転数と負荷の指令値のスケジュールに沿って蒸気
タービンを制御し、起動を行なう。このスケジュールを
決定するパラメータは昇速率、つまり、ロータ回転数の
変化率と、負荷上昇率、つまり、負荷の変化率と、ヒー
トソーク時間、つまり、負荷や回転数を保持する時間で
ある。発生熱応力の値を規定値に抑えるため、これらの
パラメータを適当な値に定める必要がある。As described above, the steam turbine is controlled and started in accordance with the schedule of the rotation speed and the command value of the load as shown by the broken line in FIG. The parameters that determine this schedule are the rate of speed increase, that is, the rate of change of the rotor speed, the rate of increase of the load, that is, the rate of change of the load, and the heat soak time, that is, the time for holding the load and the number of rotations. In order to suppress the value of the generated thermal stress to the specified value, it is necessary to set these parameters to appropriate values.
【０００９】これらのパラメータの値はミスマッチチャ
ートにより決定される。ミスマッチチャートでは、起動
時の主蒸気温度から求めた高圧第１段蒸気温度を推定値
とし、この推定値と、高圧第１段落後のケーシング内面
メタル温度計測値との温度差であるミスマッチ温度から
昇速率、負荷上昇率等の全てのパラメータを幾つかのパ
ターンから選出することができる。The values of these parameters are determined by the mismatch chart. In the mismatch chart, the high-pressure first-stage steam temperature obtained from the main steam temperature at start-up is used as the estimated value, and the mismatch temperature, which is the temperature difference between this estimated value and the measured value of the metal surface inside the casing after the first high-pressure paragraph, is used. All parameters such as the speed increase rate and the load increase rate can be selected from some patterns.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の蒸気タービン起動制御装置では、タービン起
動時に、有限個のパターンから起動スケジュールを選択
する方法により行なっている。このため、タービンロー
タの最大熱応力が規定されている時に、必ずしも起動時
間が最短になるような起動スケジュールを構成できず、
この意味で最適な制御ではなかった。なお、以下、ター
ビンロータの熱応力がその規定値以下に制限されている
ときに、起動時間が最短になるような起動を最適な起動
と表現する。However, in such a conventional steam turbine start-up control device, the start-up schedule is selected from a finite number of patterns when the turbine is started up. For this reason, when the maximum thermal stress of the turbine rotor is specified, it is not always possible to configure a startup schedule that minimizes the startup time,
In this sense, it was not the optimum control. In addition, hereinafter, when the thermal stress of the turbine rotor is limited to the specified value or less, the startup that minimizes the startup time is referred to as optimum startup.
【００１１】また、タービン起動開始時に全ての起動ス
ケジュールを決定してしまうため、ボイラー条件等の変
化により蒸気条件が変化した場合、その変化に対応して
起動スケジュールを調整することができない。このた
め、タービンロータに発生する熱応力は、起動時に予測
した値と大きく異なる値をとることがあり、場合によっ
ては過大な熱応力が発生する可能性もあるという課題が
あった。Further, since all start-up schedules are determined at the start of turbine start-up, when steam conditions change due to changes in boiler conditions and the like, the start-up schedule cannot be adjusted in response to the change. Therefore, the thermal stress generated in the turbine rotor may have a value that is significantly different from the value predicted at the time of startup, and there is a problem that excessive thermal stress may occur in some cases.
【００１２】さらに、従来の方法では、起動中のボイラ
ー条件の変化を予め正確に予測することが困難であるの
で、予測値と実際の値の不確定性を考慮し、余裕をもっ
た起動スケジュールを作成する必要があった。このよう
な理由からも、起動完了まで必要以上に長い時間を要し
ていた。Further, in the conventional method, it is difficult to accurately predict the change in the boiler condition during startup in advance. Therefore, taking into consideration the uncertainty of the predicted value and the actual value, the startup schedule with a margin. Had to create. For this reason, it took an unnecessarily long time to complete the startup.
【００１３】そこで本発明はこのような事情を考慮して
なされたもので、その目的は、タービンロータの熱応力
を規定値以下に抑えつつ、蒸気タービンを最小時間で起
動できるうえに、ボイラー条件の変化等環境変化に対応
することができる蒸気タービン起動制御装置を提供する
ことにある。Therefore, the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object thereof is to suppress the thermal stress of the turbine rotor to a specified value or less and to start the steam turbine in the minimum time, and also to satisfy the boiler condition. It is an object of the present invention to provide a steam turbine start-up control device capable of coping with environmental changes such as changes in temperature.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ボイ
ラーから蒸気タービンへ流入される蒸気流入量を制御す
る調節弁の開度を操作量に対応して制御するタービン制
御装置を有するプラントについて、所定の予測時間区間
内で上記タービンのロータに発生する熱応力を予測する
熱応力予測手段と、上記予測熱応力を規定値以下に抑え
ると共に、上記プラントの運転条件を満足させ、かつ上
記タービンの起動時間が最小となるように上記操作量の
最適推移パターンを所定周期毎に算出すると共に、その
最適推移パターンのうちの現時刻での値を実際の操作量
として上記タービン制御装置に与える最適パターン演算
手段と、を具備していることを特徴とする。The invention of claim 1 is a plant having a turbine control device for controlling the opening degree of a control valve for controlling the amount of steam flowing into a steam turbine from a boiler in accordance with the manipulated variable. Regarding, regarding the thermal stress predicting means for predicting the thermal stress generated in the rotor of the turbine within a predetermined prediction time interval, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, satisfy the operating conditions of the plant, and The optimum transition pattern of the manipulated variable is calculated for each predetermined period so that the turbine startup time is minimized, and the value at the current time of the optimum transition pattern is given to the turbine control device as the actual manipulated variable. And an optimum pattern calculation means.
【００１５】本請求項１によれば、最適パターン演算手
段により、タービンロータの予測熱応力が規定値以下で
あることと、プラントの運転条件を満足させることと、
タービンの起動時間が最小となることを全て満足させる
操作量の最適推移パターンを線形計画法等で算出し、こ
の最適推移パターンの操作量に基づいて調節弁を開度制
御するので、タービンロータの熱応力を規定値以下に抑
えつつ、タービンを最小時間で起動することができる。According to the first aspect of the present invention, the predicted pattern thermal stress of the turbine rotor is equal to or less than a specified value and the operating condition of the plant is satisfied by the optimum pattern calculating means.
The optimal transition pattern of the manipulated variable that satisfies all that the turbine startup time is minimized is calculated by linear programming, etc., and the control valve opening is controlled based on this manipulated variable of the optimal transition pattern. It is possible to start the turbine in the minimum time while suppressing the thermal stress to be equal to or less than the specified value.
【００１６】また、上記操作量の最適推移パターンを求
める演算を所定の周期毎に繰り返すので、ボイラーの蒸
気条件等が急変した場合でも、常にその環境変化に対応
した最適起動を行なうことができる。Further, since the calculation for obtaining the optimum transition pattern of the manipulated variable is repeated at every predetermined cycle, even if the steam condition of the boiler suddenly changes, the optimum start can be always performed corresponding to the environmental change.
【００１７】請求項２の発明は、ボイラーから蒸気ター
ビンへ流入される蒸気流入量を制御する調節弁の開度を
操作量に対応して制御するタービン制御装置を有するプ
ラントについて、所定の予測時間区間内で上記タービン
のロータに発生する熱応力を予測する熱応力予測手段
と、上記予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、上記
プラントの運転条件を満足させ、かつ上記タービンの起
動時間が最小となるように操作量の最適推移パターンを
所定周期毎に算出する最適パターン演算手段と、上記最
適推移パターンのうちの現時刻での値を状態量の設定値
として設定し、これに対応する状態量の測定値をこの設
定値と比較し、これら両者の偏差が解消するように上記
操作量を所定の制御周期毎に調整して上記タービン制御
装置に与える操作量調整手段と、を具備していることを
特徴とする。According to a second aspect of the present invention, the plant has a turbine control device that controls the opening of a control valve that controls the amount of steam flowing into the steam turbine from the boiler in accordance with the manipulated variable. Thermal stress predicting means for predicting thermal stress generated in the rotor of the turbine within the section, while suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, satisfying the operating conditions of the plant, and starting time of the turbine is minimum. The optimum pattern calculating means for calculating the optimum transition pattern of the manipulated variable for each predetermined cycle so that the value at the current time among the optimum transition patterns is set as the set value of the state quantity, and the corresponding state The measured value of the quantity is compared with this set value, and the manipulated variable is adjusted for each predetermined control cycle so that the deviation between them is eliminated, and the manipulated variable given to the turbine control device. Characterized in that it comprises the integer unit.
【００１８】本請求項２によれば、上記請求項１の発明
と同様の作用効果を有するうえに、操作量調整手段によ
り、操作量の最適推移パターンの現在値と、これに対応
する測定値との偏差を解消させるように最適推移パター
ンをフィードバック制御するので、種々の不確定要素や
モデル化誤差の影響を低減し、起動制御精度を向上させ
ることができる。According to the second aspect of the present invention, in addition to the same operational effects as the invention of the first aspect, the operation amount adjusting means causes the present value of the optimum transition pattern of the operation amount and the measured value corresponding thereto. Since the optimum transition pattern is feedback-controlled so as to eliminate the deviation between and, it is possible to reduce the influence of various uncertainties and modeling errors and improve the startup control accuracy.
【００１９】請求項３の発明は、請求項２記載の操作量
調整手段を、最適推移パターンのうちの現時刻での変化
率を状態量の変化率設定値として設定し、これに対応す
る状態量の測定値をこの設定値と比較し、これら両者の
偏差が解消するように操作量を所定の制御周期毎に調整
して上記タービン制御装置に与える操作量調整手段に、
置換したことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, the operation amount adjusting means according to the second aspect sets the change rate at the current time of the optimum transition pattern as the change rate set value of the state quantity, and the corresponding state. The measured value of the quantity is compared with this set value, and the manipulated variable adjusting means for adjusting the manipulated variable for each predetermined control cycle so as to eliminate the deviation between the two, and providing the manipulated variable adjusting means to the turbine controller.
It is characterized by being replaced.
【００２０】本請求項３によれば、上記請求項２の発明
とほぼ同様に操作量調整手段により、操作量の最適推移
パターンをフィードバック制御するので、請求項２の発
明と同様の作用効果を奏することができる。According to the third aspect of the present invention, since the operation amount adjusting means feedback-controls the optimum transition pattern of the operation amount in substantially the same manner as the invention of the second aspect, the same effect as the invention of the second aspect can be obtained. Can play.
【００２１】請求項４の発明は、ボイラーから蒸気ター
ビンへ流入される蒸気流入量を制御する調節弁の開度を
操作量に対応して制御するタービン制御装置を有するプ
ラントについて、所定の予測時間区間内で上記タービン
のロータに発生する熱応力を予測する熱応力予測手段
と、上記予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、上記
プラントの運転条件の一部を満足させ、かつ上記タービ
ンの起動時間が最小となるように上記操作量の最適推移
パターンを所定周期毎に算出する最適パターン演算手段
と、上記最適推移パターンを上記最適化で考慮した以外
の運転上の制約条件を満足させるように修正すると共
に、この修正パターンのうちの現時刻での値を実際の操
作量として所定の制御周期毎に上記タービン制御装置に
与えるパターン修正手段と、を具備していることを特徴
とする。According to the invention of claim 4, a plant having a turbine control device for controlling the opening of a control valve for controlling the amount of steam flowing into the steam turbine from the boiler in accordance with the manipulated variable has a predetermined prediction time. Thermal stress predicting means for predicting thermal stress generated in the rotor of the turbine within the section, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, satisfying part of the operating conditions of the plant, and starting the turbine. Optimal pattern calculation means for calculating the optimal transition pattern of the manipulated variable for each predetermined cycle so as to minimize the time, and to satisfy the operational constraint conditions other than the optimal transition pattern considered in the optimization. In addition to the correction, the value at the current time of this correction pattern is used as the actual manipulated variable for the pattern correction operation to be given to the turbine control device every predetermined control cycle. Characterized in that it comprises the, the.
【００２２】本請求項４によれば、プラントの種々の運
転条件のうち、最適パターン演算手段により容易に演算
することができる一部をこの最適パターン演算手段で演
算させ、この制約条件以外の特定の制御条件を満足させ
るようにパターン修正手段ににより上記最適推移パター
ンを修正するので、パターン演算手段での演算の速度と
精度とを共に高めることができる。According to the present invention, of the various operating conditions of the plant, a part of the plant which can be easily calculated by the optimum pattern calculating means is operated by the optimum pattern calculating means to identify other than the constraint conditions. Since the above-mentioned optimum transition pattern is corrected by the pattern correction means so as to satisfy the control condition of, it is possible to improve both the speed and accuracy of the calculation in the pattern calculation means.
【００２３】請求項５の発明は、ボイラーから蒸気ター
ビンへ流入される蒸気流入量を制御する調節弁の開度を
操作量に対応して制御するタービン制御装置を有するプ
ラントについて、所定の予測時間区間内で上記タービン
のロータに発生する熱応力を予測する熱応力予測手段
と、上記予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、上記
プラントの運転条件の一部を満足させ、かつ上記タービ
ンの起動時間が最小となるように上記操作量の最適推移
パターンを所定周期毎に算出する最適パターン演算手段
と、上記最適推移パターンを上記最適化で考慮した以外
の運転上の制約条件を満足させるように修正するパター
ン修正手段と、この修正パターンのうちの現時刻での値
を状態量の設定値として設定し、これに対応する測定値
をこの設定値と比較し、これら両者の偏差が解消するよ
うに操作量を所定の制御周期毎に調整して上記タービン
制御装置に与える操作量調整手段と、を具備しているこ
とを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, the plant has a turbine control device that controls the opening of a control valve that controls the amount of steam flowing into the steam turbine from the boiler in accordance with the manipulated variable. Thermal stress predicting means for predicting thermal stress generated in the rotor of the turbine within the section, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, satisfying part of the operating conditions of the plant, and starting the turbine. Optimal pattern calculation means for calculating the optimal transition pattern of the manipulated variable for each predetermined cycle so as to minimize the time, and to satisfy the operational constraint conditions other than the optimal transition pattern considered in the optimization. Set the pattern correction means to be corrected and the value of this correction pattern at the current time as the set value of the state quantity, and compare the measured value corresponding to this with this set value. , Characterized in that by adjusting the operation amount so that the deviation of these two is eliminated at every predetermined control cycle is provided with an operation amount adjusting means for giving to the turbine controller.
【００２４】本請求項５によれば、上記請求項４の発明
とほぼ同様の作用効果を有するうえに、修正パターンの
現在値と、これに対応する測定値との偏差を解消させる
ように修正パターンをフィードバック制御するので、種
々の不確定要素やモデル化誤差の影響を低減し、起動制
御精度を向上させることができる。According to the fifth aspect of the present invention, in addition to having substantially the same operational effect as the invention of the fourth aspect, the correction is performed so as to eliminate the deviation between the current value of the correction pattern and the measured value corresponding thereto. Since the pattern is feedback-controlled, the influence of various uncertainties and modeling errors can be reduced, and the startup control accuracy can be improved.
【００２５】請求項６の発明は、請求項５記載の操作量
調整手段を、上記修正パターンのうちの現時刻での変化
率を状態量の変化率設定値として設定し、これに対応す
る状態量の測定値をこの設定値と比較し、これら両者の
偏差が解消するように操作量を所定の制御周期毎に調整
して上記タービン制御装置に与える操作量調整手段に、
置換したことを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, the operation amount adjusting means according to the fifth aspect sets the change rate at the current time of the correction pattern as the change rate set value of the state quantity, and the corresponding state The measured value of the quantity is compared with this set value, and the manipulated variable adjusting means for adjusting the manipulated variable for each predetermined control cycle so as to eliminate the deviation between the two, and providing the manipulated variable adjusting means to the turbine controller.
It is characterized by being replaced.
【００２６】本請求項６によれば、上記請求項５の発明
とほぼ同様に操作量の修正パターンをフィードバック制
御するので、請求項５の発明とほぼ同様の作用効果を奏
することができる。According to the sixth aspect, since the correction pattern of the manipulated variable is feedback-controlled almost in the same manner as the invention of the fifth aspect, it is possible to obtain substantially the same operational effect as the invention of the fifth aspect.
【００２７】請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の蒸気タービン起動制御装置において、操
作量を調整する際は、予め設定した操作量データテーブ
ルから、算出された操作量を超えない範囲での最大の近
似値を選択し、その選択値をタービン制御装置に与える
操作量とする手段、を具備していることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the steam turbine start-up control device according to any one of the first to sixth aspects, when the operation amount is adjusted, it is calculated from a preset operation amount data table. A means for selecting a maximum approximate value in a range not exceeding the manipulated variable and setting the selected value as a manipulated variable to be given to the turbine control device is provided.
【００２８】本請求項７によれば、操作量の算出値は各
作動条件により複雑な変化となるが、その算出値の近似
値を、データテーブルの最も不都合のない数種の値で代
表させているので、複雑化を避けることができると共
に、昇速率と負荷上昇率を操作量とする従来のタービン
制御装置に適用させることができる。According to the present invention, the calculated value of the manipulated variable varies in a complicated manner depending on each operating condition. However, the approximate value of the calculated value is represented by the least inconvenient value of the data table. Therefore, it is possible to avoid complication, and it is possible to apply to a conventional turbine control device in which the operation rates are the speed increasing rate and the load increasing rate.
【００２９】請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれ
か１項に記載の熱応力予測手段を、タービンロータの寿
命消費またはタービンロータ内部の温度差の最大値の少
なくとも一方を予測する手段に、置換したことを特徴と
する。According to an eighth aspect of the present invention, the thermal stress predicting means according to any one of the first to seventh aspects predicts at least one of the life consumption of the turbine rotor and the maximum value of the temperature difference inside the turbine rotor. It is characterized in that the means is replaced.
【００３０】本請求項８によれば、タービンロータの寿
命消費またはタービンロータ内部の温度差の最大値の少
なくとも一方の予測によっても、熱応力予測とほぼ同様
にタービンロータの健全性ないし信頼性を評価すること
ができる。According to the present invention, the soundness or reliability of the turbine rotor can be estimated almost in the same manner as the thermal stress prediction by predicting at least one of the life consumption of the turbine rotor and the maximum value of the temperature difference inside the turbine rotor. Can be evaluated.
【００３１】請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれ
か１項に記載の蒸気タービン起動制御装置において、起
動時間を最小にする条件を、所定時間後のタービンロー
タメタル温度最大、タービンロータメタル温度変化率最
大、蒸気流量最大、蒸気流量の変化率最大の各条件のう
ちの少なくともいずれかに置換することを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, in the steam turbine start-up control device according to any one of the first to eighth aspects, the conditions for minimizing the start-up time are as follows: maximum turbine rotor metal temperature after a predetermined time, turbine It is characterized in that at least one of the maximum rotor metal temperature change rate, the maximum steam flow rate, and the maximum steam flow change rate is replaced.
【００３２】本請求項９によれば、蒸気タービンの起動
時間を直接評価することが困難であるときは、タービン
ロータメタル温度最大、その変化率最大、蒸気流量最
大、その変化率最大の少なくともいずれかにより起動時
間を評価することができる。According to the present invention, when it is difficult to directly evaluate the start-up time of the steam turbine, at least one of the maximum turbine rotor metal temperature, the maximum change rate, the maximum steam flow rate, and the maximum change rate is selected. The start-up time can be evaluated depending on the above.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照して本発
明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図４中、同一
または相当部分には同一符号を付している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals.
【００３４】図１は本発明の第１実施形態の全体構成を
示すブロック図であり、この図において、蒸気タービン
起動制御装置１は蒸気タービン２を最適起動させるため
の制御装置である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the first embodiment of the present invention. In this figure, a steam turbine start control device 1 is a control device for optimally starting a steam turbine 2.
【００３５】この蒸気タービン２を有するプラントＰは
蒸気タービン２の蒸気入口に主蒸気管３を介して図示し
ないボイラー出口を接続し、この主蒸気管３の途中に介
在された蒸気流量調節弁４と、その開度を操作量５に応
じて制御する既存のタービン制御装置６と、蒸気タービ
ン２の実際のプラント状態量を測定するセンサーＴとを
具備している。In a plant P having this steam turbine 2, a boiler outlet (not shown) is connected to a steam inlet of the steam turbine 2 via a main steam pipe 3, and a steam flow control valve 4 interposed in the middle of the main steam pipe 3. An existing turbine control device 6 that controls the opening degree according to the manipulated variable 5 and a sensor T that measures the actual plant state quantity of the steam turbine 2 are provided.
【００３６】蒸気タービン起動制御装置１は、このター
ビン制御装置６に入力される操作量５を制御して蒸気タ
ービン２を最適起動させるために、最適パターン演算手
段７、熱応力予測手段８、パターン修正手段９および操
作量調整手段１０を具備している。The steam turbine starting control device 1 controls the manipulated variable 5 input to the turbine control device 6 to optimally start the steam turbine 2, so that the optimum pattern calculating means 7, the thermal stress predicting means 8 and the pattern are formed. The correction means 9 and the operation amount adjustment means 10 are provided.
【００３７】蒸気タービン起動制御装置１は、最適パタ
ーン演算手段７と熱応力予測手段８とパターン修正手段
９で算出された値が操作量調整手段１０の設定値となる
ようなカスケード構成となっている。The steam turbine start-up control device 1 has a cascade structure in which the values calculated by the optimum pattern calculation means 7, the thermal stress prediction means 8 and the pattern correction means 9 become the set values of the manipulated variable adjusting means 10. There is.
【００３８】熱応力予測手段８はロータ表面温度等のプ
ラント状態量を入力とし、将来のある期間に亘って蒸気
タービン２のロータ（以下タービンロータという）に発
生する熱応力を予測するものであり、数学モデルの熱応
力予測モデル１１を構築するものである。この熱応力予
測モデル１１を用いると、現在から未来の所定の予測区
間に亘るモデル入力（プラント状態量）を仮定したと
き、その区間内に発生する熱応力を計算することができ
る。The thermal stress predicting means 8 inputs the plant state quantity such as the rotor surface temperature and predicts the thermal stress generated in the rotor of the steam turbine 2 (hereinafter referred to as turbine rotor) over a certain future period. The thermal stress prediction model 11 of the mathematical model is constructed. When this thermal stress prediction model 11 is used, when a model input (plant state quantity) over a predetermined prediction section from the present to the future is assumed, the thermal stress generated in that section can be calculated.
【００３９】逆に、熱応力予測手段８の出力である予測
熱応力に対して、それが規定値を超えないという制限を
設定したとき、起動時間が最小になるようなプラント状
態量の推移パターンを計算することができる。On the contrary, when the restriction that the predicted thermal stress output from the thermal stress predicting means 8 does not exceed the specified value is set, the transition pattern of the plant state quantity that minimizes the startup time. Can be calculated.
【００４０】最適パターン演算手段７では、このような
プラント状態量最適推移パターン１２を最適化手法によ
り計算する。最適推移パターン通りにプラント状態量が
変化した場合、熱応力が規定値以下で、なおかつ起動時
間が最小になるような、最適な起動が実現される。The optimum pattern calculating means 7 calculates such a plant state quantity optimum transition pattern 12 by an optimization method. When the plant state quantity changes according to the optimum transition pattern, optimal start-up is realized in which the thermal stress is below the specified value and the start-up time is minimized.
【００４１】一般的に最適パターン演算手段７では、数
理計画法を利用し、熱応力予測モデル１１による予測熱
応力計算を繰り返し行なうことにより、最適な推移パタ
ーンを探索する方法が用いられるが、その他の手法によ
って最適推移パターンを計算する場合もある。In general, the optimum pattern calculating means 7 uses a mathematical programming method to repeatedly calculate predicted thermal stress by the thermal stress prediction model 11 to search for an optimum transition pattern. In some cases, the optimum transition pattern may be calculated by the method.
【００４２】一方、プラントＰには、「回転数・負荷設
定値が単調増加であること」や「昇速率・負荷上昇率あ
るいは規定値以下であること」等のような幾つかの運転
上の制約条件が存在する。最適パターン演算手段７で
は、これらの制約条件を考慮して最適化演算を行なわな
ければならない。これらの制約条件のうち、最適パター
ン演算手段７で容易に取り扱うことができない特定の制
約条件が存在する場合、この特定の制約条件以外の制約
条件を最適パターン演算手段７でまず最適演算を行い、
プラント状態量最適推移パターンを出力する。パターン
修正手段９はこのプラント状態量最適推移パターンを特
定制約条件を満足するように修正する。こうして得られ
た状態量の推移パターンは、全ての運転上の制約条件を
満たす、準最適なパターンとなっている。On the other hand, in the plant P, there are some operational conditions such as "the number of revolutions / load set value is monotonically increasing" and "the rate of speed increase / rate of load increase or below a specified value". There are constraints. The optimum pattern calculation means 7 must perform the optimization calculation in consideration of these constraints. If there is a specific constraint condition that cannot be easily handled by the optimum pattern calculation unit 7 among these constraint conditions, the optimum pattern calculation unit 7 first performs optimum calculation of constraint conditions other than this specific constraint condition,
The plant state quantity optimum transition pattern is output. The pattern modifying means 9 modifies this plant state quantity optimum transition pattern so as to satisfy the specific constraint condition. The transition pattern of the state quantity obtained in this way is a sub-optimal pattern that satisfies all operational constraints.
【００４３】上記各演算は、所定の制御周期毎に繰り返
され、常に最適な状態量パターンが計算される。このた
め、図示しないボイラーの蒸気条件等環境が急変した場
合でも、その環境変化に応じた最適な推移パターンを得
ることができる。The above calculations are repeated every predetermined control cycle, and the optimum state quantity pattern is always calculated. Therefore, even when the environment such as the steam condition of the boiler (not shown) suddenly changes, it is possible to obtain the optimum transition pattern according to the environmental change.
【００４４】パターン修正手段９で修正されたプラント
状態量最適推移パターン１２は、プラント状態量設定値
１３として比較部１４に操作量調整手段１０のための設
定値データとして与えられる。The plant state quantity optimum transition pattern 12 corrected by the pattern correcting means 9 is given to the comparing section 14 as the plant state quantity set value 13 as set value data for the manipulated variable adjusting means 10.
【００４５】比較部１４は蒸気タービン２の制御の結果
得られたプラント状態量測定値１５を、パターン修正手
段９で得られたプラント状態量設定値１３と比較し、そ
の偏差を求めて操作量調整手段１０に与えられる。The comparing section 14 compares the plant state quantity measurement value 15 obtained as a result of the control of the steam turbine 2 with the plant state quantity set value 13 obtained by the pattern correcting means 9, and calculates the deviation thereof to determine the manipulated variable. It is provided to the adjusting means 10.
【００４６】操作量調整手段１０は比較部１４で得られ
たプラント状態量偏差をゼロにするための操作量５を演
算し、これを既存のタービン制御装置６に与える。ター
ビン制御装置６は与えられた操作量５に基づいて蒸気流
量調節弁４の開度を制御して蒸気タービン２の状態量、
例えば昇速率や負荷上昇率をフィードバック制御する。The manipulated variable adjusting means 10 calculates a manipulated variable 5 for making the plant state quantity deviation obtained by the comparison section 14 zero, and supplies this to the existing turbine controller 6. The turbine control device 6 controls the opening degree of the steam flow control valve 4 based on the given operation amount 5 to control the state quantity of the steam turbine 2,
For example, feedback control is performed on the speed increase rate and the load increase rate.
【００４７】以上のルーチンによりプラント状態量はパ
ターン修正手段９により修正されたプラント状態量設定
値１３に従って推移し、熱応力が規定値以下で、かつ最
短時間起動という意味で最適な蒸気タービン２の起動を
行なうことができる。According to the above routine, the plant state quantity changes in accordance with the plant state quantity set value 13 corrected by the pattern correcting means 9, the thermal stress is equal to or less than the specified value, and the optimum steam turbine 2 is activated in the shortest time. It can be activated.
【００４８】図２は本発明の第２の実施形態の構成を示
すブロック図であり、この蒸気タービン起動制御装置１
Ａは上記第１実施形態におけるプラント状態量として蒸
気タービン２のロータ表面温度を使用する点に特徴があ
る。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention. This steam turbine start control device 1
A is characterized in that the rotor surface temperature of the steam turbine 2 is used as the plant state quantity in the first embodiment.
【００４９】つまり、蒸気タービン２のロータの温度分
布に基づくロータ熱応力計算は、一般的にタービンロー
タの形状が無限円筒に近似可能であるため、ロータ表面
熱応力δs とロータボア熱応力δb とを次の数（１）式
で表されることが知られている。That is, in the rotor thermal stress calculation based on the temperature distribution of the rotor of the steam turbine 2, since the shape of the turbine rotor can be generally approximated to an infinite cylinder, the rotor surface thermal stress δs and the rotor bore thermal stress δb are calculated. It is known to be expressed by the following equation (1).
【００５０】[0050]
【数１】 [Equation 1]
【００５１】一方、タービンロータ内部の温度分布はロ
ータ軸方向の分布を無視し、半径方向のみの一次元熱伝
達問題で近似できる。この熱伝達微分方程式を解くため
に様々な手法が提案されているが、差分法による計算方
法を用いるのが一般的である。On the other hand, the temperature distribution inside the turbine rotor can be approximated by the one-dimensional heat transfer problem only in the radial direction, ignoring the distribution in the rotor axial direction. Although various methods have been proposed to solve this heat transfer differential equation, it is general to use the calculation method by the difference method.
【００５２】ロータの表面温度を入力とすると、差分法
による監視熱応力演算は、次の数（２）式の線形数学モ
デルで表現することが可能である。When the surface temperature of the rotor is input, the monitoring thermal stress calculation by the difference method can be expressed by the linear mathematical model of the following equation (2).
【００５３】式中のロータ表面温度Ｔn をプラント運転
中に実測することは非常に困難であるが、この値は第１
段落後のケーシングメタル温度とほぼ等しく、通常はこ
れで代替できることが知られている。よってロータ表面
温度は計測可能であるとして以下の説明を続ける。Although it is very difficult to actually measure the rotor surface temperature Tn in the equation during plant operation, this value is the first value.
It is known that the temperature is almost equal to the casing metal temperature after the paragraph, and this can usually be substituted. Therefore, the following description will be continued assuming that the rotor surface temperature can be measured.
【００５４】実際にはロータ表面温度の代りに第１段落
後のケーシングメタル温度を用いる。In practice, the casing metal temperature after the first paragraph is used instead of the rotor surface temperature.
【００５５】次の数（２）式の線形数学モデルを変形す
ると、熱応力予測モデル１１Ａは下記の数（３）式に示
すように導出できる。By modifying the linear mathematical model of the following equation (2), the thermal stress prediction model 11A can be derived as shown in the following equation (3).
【００５６】[0056]
【数２】 [Equation 2]
【００５７】[0057]
【数３】 (Equation 3)
【００５８】熱応力予測手段８Ａにより算出された熱応
力予測モデル１１Ａは、未来のある区間のロータ表面温
度変化を仮定したとき、その区間に発生する熱応力の値
を計算する機能を有する。The thermal stress prediction model 11A calculated by the thermal stress prediction means 8A has a function of calculating the value of the thermal stress generated in a certain section of the future, assuming a change in the rotor surface temperature in the section.
【００５９】最適パターン演算手段７Ａでは、この熱応
力予測モデル１１Ａを用いることにより、熱応力の値を
規定値以下に抑えつつ、起動時間が最短になるような、
未来のロータ表面温度の最適推移パターン１２Ａを算出
する。算出方法は、線形計画法が利用できる。そのとき
の制約条件は「予測区間内の熱応力の値が規定値を超え
ないこと」であり、評価関数は「起動時間が最小」であ
る。起動時間を直接評価することが困難であるときは、
起動時間最短化を、「ある時間区間内のロータ温度の最
高化」という条件に置き換えて計算を行なう。例えば、
制約条件と評価関数とを次の数（４）式のように設定す
る。By using this thermal stress prediction model 11A, the optimum pattern calculation means 7A keeps the value of thermal stress below a specified value and minimizes the startup time.
The optimum transition pattern 12A of the rotor surface temperature in the future is calculated. A linear programming method can be used as the calculation method. The constraint condition at that time is "the value of the thermal stress in the prediction section does not exceed the specified value", and the evaluation function is "minimum startup time". When it is difficult to evaluate the boot time directly,
The calculation is performed by replacing the minimum startup time with the condition "maximization of rotor temperature within a certain time period". For example,
The constraint condition and the evaluation function are set as in the following equation (4).
【００６０】[0060]
【数４】 (Equation 4)
【００６１】また、ボイラーの蒸気条件は刻々と変化し
ていくので、常に最適なロータ表面温度推移パターンを
求めるために、この最適化計算はある制御周期毎に行な
う。Since the steam condition of the boiler changes every moment, this optimization calculation is performed every certain control cycle in order to always obtain the optimum rotor surface temperature transition pattern.
【００６２】一方、プラント運転には、「昇速率・負荷
上昇率はある値以下でなければならない」や、「回転数
・負荷設定値は単調増加しなければならない」等の数々
の制約条件が存在する。この制約条件を満たしながら、
ロータ表面温度最適推移パターン１２Ａを最適化演算に
よって算出する。このとき、特定の制約条件を最適化演
算を行なった後、算出されたロータ表面温度の最適推移
パターン１２Ａに対して、特定の制約条件を満足するよ
うに、パターン修正手段９Ａにてパターン修正を行な
う。ここでは、「回転数・負荷設定値が単調増加する」
ための修正について、以下、図３を参照して説明する。On the other hand, in the plant operation, there are a number of constraints such as "the rate of increase in speed and the rate of increase in load must be below a certain value" and "the set values for the number of revolutions and the load must monotonically increase". Exists. While satisfying this constraint,
The rotor surface temperature optimum transition pattern 12A is calculated by an optimization calculation. At this time, after performing the optimization calculation of the specific constraint condition, the pattern modification means 9A modifies the pattern so that the calculated optimum transition pattern 12A of the rotor surface temperature satisfies the specific constraint condition. To do. Here, "rotation speed / load set value monotonically increases."
The correction for this will be described below with reference to FIG.
【００６３】蒸気タービン２の回転数と負荷は蒸気流量
に比例するので、上記の制約条件は「蒸気流量が単調増
加すること」と等価である。また蒸気・ロータ間の熱伝
達率を考えると、その値は蒸気流量に対して単調増加関
数となっている。したがって、「熱伝達率が単調増加す
る」ようにロータ表面温度推移パターンを修正すればよ
い。Since the rotation speed and the load of the steam turbine 2 are proportional to the steam flow rate, the above constraint condition is equivalent to "the steam flow rate monotonically increases". Considering the heat transfer coefficient between steam and rotor, the value is a monotonically increasing function with respect to the steam flow rate. Therefore, it suffices to modify the rotor surface temperature transition pattern so that the heat transfer coefficient monotonically increases.
【００６４】ロータ表面温度の推移パターンから、熱伝
達率の推移パターンを算出する。この熱伝達率の推移パ
ターンを単調増加するように修正する。ここで注意する
点は、図３にも示すように制御に用いるのは推移パター
ンのうちのｋ＋１時刻の値のみである点である。なお、
ここでｋは現在時刻を示す。最適推移パターンを単調増
加するように頭切りして修正したとき、熱伝達率のｋ＋
１時刻の値は予測区間内での最小値になっている。よっ
て、熱伝達率の推移パターンのうち、予測区間内での最
小値を設定値とする。この熱伝達設定値からロータ表面
温度を逆に算出する。これをロータ表面温度設定値１３
Ａとする。A heat transfer coefficient transition pattern is calculated from the rotor surface temperature transition pattern. The transition pattern of the heat transfer coefficient is modified so as to monotonically increase. The point to be noted here is that, as shown in FIG. 3, only the value at time k + 1 of the transition pattern is used for control. In addition,
Here, k indicates the current time. When the optimal transition pattern is truncated and corrected so as to increase monotonically, the heat transfer coefficient k +
The value at one time is the minimum value in the prediction section. Therefore, the minimum value in the prediction section of the heat transfer coefficient transition pattern is set as the set value. From this heat transfer set value, the rotor surface temperature is calculated in reverse. This is the rotor surface temperature setting value 13
A.
【００６５】操作量調整手段１０Ａでは、ロータ表面温
度測定値１５Ａと、ロータ表面温度設定値１３Ａを比較
部１４Ａで比較させ、両者を一致させるように操作量５
Ａの昇速率・負荷上昇率を調節する。蒸気タービン２の
昇速中は、昇速率を調節し、定格回転数に達した後は負
荷上昇率を調節する。In the manipulated variable adjusting means 10A, the rotor surface temperature measured value 15A and the rotor surface temperature set value 13A are compared by the comparison section 14A, and the manipulated variable 5 is adjusted so as to match them.
Adjust the speed increase rate and load increase rate of A. The speed increase rate is adjusted during the speed increase of the steam turbine 2, and the load increase rate is adjusted after the rated speed is reached.
【００６６】これにより、プラント状態量はパターン修
正手段９Ａで算出された、運転条件を満足する準最適な
推移パターンに従って変化するので、タービンロータの
熱応力の値を規定値以下に抑えつつ、起動時間が最短な
起動を行なうことができる。As a result, the plant state quantity changes in accordance with the sub-optimal transition pattern which is calculated by the pattern correcting means 9A and which satisfies the operating conditions. Start-up can be performed in the shortest time.
【００６７】また、ボイラ条件の変化等によって、蒸気
条件が変化した場合でも、最適パターン演算手段７Ａに
よってその時に最適なロータ表面温度推移パターンを常
時算出するので、ボイラー等環境の変化に柔軟に対応で
きる。Further, even when the steam condition changes due to the change of boiler condition or the like, the optimum pattern calculating means 7A constantly calculates the optimum rotor surface temperature transition pattern at that time, so that it is possible to flexibly cope with the change of the environment such as the boiler. it can.
【００６８】図４は本発明の第３の実施形態の構成を示
すブロック図であり、この蒸気タービン起動制御装置１
Ｂは上記第２の実施形態に差分演算手段２０を設けた点
に特徴がある。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment of the present invention. This steam turbine start control device 1
B is characterized in that the difference calculating means 20 is provided in the second embodiment.
【００６９】つまり、差分演算手段２０は最適なロータ
表面温度の推移パターンから現在時刻のロータ表面温度
変化２１を算出する。そして、プラント状態量の設定値
として、ロータ表面温度変化２１を用いる。ロータ表面
温度変化設定値１３Ｂと実際の表面温度測定値から計算
されるロータ表面温度変化２１を比較部１４Ｂで比較
し、両者を一致させるように操作量５Ａである昇速率
と、負荷上昇率を操作量調整手段１０Ａで調節する。そ
の調節のアルゴリズムは例えば、次の数（５）式に従う
ものを用いる。That is, the difference calculating means 20 calculates the rotor surface temperature change 21 at the present time from the optimum rotor surface temperature transition pattern. Then, the rotor surface temperature change 21 is used as the set value of the plant state quantity. The comparison part 14B compares the rotor surface temperature change set value 13B with the rotor surface temperature change 21 calculated from the actual surface temperature measured value, and compares the speed increase rate, which is the operation amount 5A, and the load increase rate so as to match the two. It is adjusted by the operation amount adjusting means 10A. As the adjustment algorithm, for example, an algorithm according to the following equation (5) is used.
【００７０】[0070]
【数５】 (Equation 5)
【００７１】なお、本発明は昇速率と負荷上昇率のデー
タテーブルを使用してもよい。つまり、上記各実施例に
おいて、昇速率・負荷上昇率を算出した後、予め別に用
意した昇速率・負荷上昇率のデータテーブルから算出値
を超えない範囲で一番近い値を選択し、操作量５Ａとし
て用いる。例えば、昇速率に対して、０，６０，１２
０，１８０，２４０，３６０ rpm／min というデータテ
ーブルが用意されており、昇速率の算出値が１５５ rpm
／min のときは、その算出値を超えないテーブル内の最
大値１２０ rpm／min をテーブルルックアップして実際
の操作量５Ａとしてタービン制御装置６に与えてもよ
い。The present invention may use a data table of the speed increasing rate and the load increasing rate. In other words, in each of the above-mentioned examples, after calculating the speed increase rate / load increase rate, select the closest value within the range not exceeding the calculated value from the separately prepared speed increase rate / load increase rate data table, Used as 5A. For example, for the speed increase rate, 0, 60, 12
A data table of 0, 180, 240, 360 rpm / min is prepared, and the calculated acceleration rate is 155 rpm.
In the case of / min, the maximum value 120 rpm / min in the table that does not exceed the calculated value may be looked up in the table and given to the turbine controller 6 as the actual manipulated variable 5A.
【００７２】以上説明したように、各実施形態によれ
ば、プラント状態量の設定値と実際の測定値との偏差を
ゼロにするようにフィードバック制御するので、様々な
不確定要素やモデル化誤差の影響を低減することができ
る。As described above, according to each embodiment, the feedback control is performed so that the deviation between the set value of the plant state quantity and the actual measured value becomes zero, so that various uncertain factors and modeling errors are generated. The influence of can be reduced.
【００７３】また、ボイラー条件等の急変が起こった場
合でも、その環境変化に応じたプラント状態の最適推移
パターンを毎周期毎に再計算し、更新するので、蒸気タ
ービン２を常に最適起動することができる。Even when a sudden change in the boiler condition or the like occurs, the optimum transition pattern of the plant state corresponding to the environmental change is recalculated and updated every cycle, so that the steam turbine 2 should always be optimally started. You can
【００７４】また、蒸気タービンの起動時には複数のタ
ービンロータに発生する熱応力が問題になるときがある
が、一般の火力発電所においても、高圧タービンと中圧
タービンの両方のロータに発生する熱応力が問題にな
る。このよなう場合、本実施形態によれば、問題になる
タービンロータそれぞれに対して熱応力予測モデルを構
築し、状態量の最適推移パターン計算も双方の予測モデ
ルに従って行ない、同じ現時刻において、それぞれに対
してプラント状態量の設定値を算出し、それに応じた昇
速率・負荷上昇率を計算する。そして、蒸気タービン２
の実際の起動時に用いる昇速率または負荷上昇率は、そ
れらの値の最小値を用いる。このような、保守的な選択
を行なうことによって、複数のタービンに発生する熱応
力を全て規定値以下に抑えることができる。In some cases, thermal stress generated in a plurality of turbine rotors at the time of starting the steam turbine poses a problem. However, in a general thermal power plant, heat generated in both rotors of the high pressure turbine and the intermediate pressure turbine is also generated. Stress becomes a problem. In such a case, according to the present embodiment, a thermal stress prediction model is constructed for each turbine rotor in question, optimal state transition pattern calculation is also performed according to both prediction models, and at the same current time, The set value of the plant state quantity is calculated for each of them, and the rate of increase in speed and the rate of increase in load are calculated accordingly. And the steam turbine 2
The minimum value of those values is used as the speed-up rate or load increase rate that is used at the time of actual startup of the. By performing such a conservative selection, it is possible to suppress all the thermal stresses generated in the plurality of turbines to the specified values or less.
【００７５】また、複数の蒸気タービン２の熱応力予測
モデル１１に対して、それぞれ異なった値の熱応力規定
値を設定し、最適化演算を行なうことも可能である。こ
れによって、異なる箇所の熱応力と規定値をタービン部
材や形状の違い等から決定される適正値に設定すること
が可能となる。It is also possible to set different thermal stress stipulated values for the thermal stress prediction models 11 of the plurality of steam turbines 2 and perform the optimization calculation. As a result, it becomes possible to set the thermal stress and the specified value at different locations to appropriate values determined by differences in turbine members, shapes, and the like.
【００７６】そして、本発明の他の変形例としては、既
存のタービン制御装置６への融合を容易にするために、
上記各実施形態では、昇速率・負荷上昇率の値を調節す
る場合について説明したが、本発明では、蒸気流量を直
接制御したり、回転数や負荷の設定値を変更することと
しても同様であり、本質的には変りはない。Then, as another modification of the present invention, in order to facilitate the integration into the existing turbine control device 6,
In each of the above-described embodiments, the case of adjusting the values of the rate of increase in speed and the rate of increase in load has been described. Yes, there is essentially no change.
【００７７】また、タービンロータの熱応力の最大値か
らロータの寿命消費率は即座に計算可能である。よって
熱応力予測モデルの代りにロータ寿命消費、またはター
ビンロータ内部の温度差の最大値の少なくとも一方を予
測する予測モデルを構築し、その規定値を設定してもよ
い。Further, the life consumption rate of the rotor can be immediately calculated from the maximum value of the thermal stress of the turbine rotor. Therefore, instead of the thermal stress prediction model, a prediction model for predicting at least one of the rotor life consumption and the maximum value of the temperature difference inside the turbine rotor may be constructed and the specified value may be set.
【００７８】さらに、上記各実施形態では、熱応力予測
モデルとして線形数学モデルを用い、線形計画法により
最適プラント状態量推移パターンを算出したが、熱応力
予測モデルとしては非線形な数学モデルを用いることも
可能である。この場合、最適プラント状態量推移パター
ンを算出するための最適化手法としては、公知の種々の
非線形最適化手法を用いることができる。Further, in each of the above embodiments, the linear mathematical model is used as the thermal stress prediction model and the optimum plant state quantity transition pattern is calculated by the linear programming method. However, a nonlinear mathematical model is used as the thermal stress prediction model. Is also possible. In this case, various known non-linear optimization methods can be used as the optimization method for calculating the optimum plant state quantity transition pattern.
【００７９】さらにまた、最適プラント状態量推移パタ
ーンの計算周期と操作量調整の制御周期とを異なった値
に設定することも可能である。Furthermore, it is possible to set the calculation cycle of the optimum plant state quantity transition pattern and the control cycle of the manipulated variable adjustment to different values.
【００８０】また、蒸気タービン２の起動時間を最小に
する条件を直接評価することが困難であるときは、所定
時間後のロータメタル温度最大、その変化率最大、蒸気
流量最大、その変化率最大のうちの少なくともいずれか
の条件に置換して計算してもよい。Further, when it is difficult to directly evaluate the condition for minimizing the start-up time of the steam turbine 2, the maximum rotor metal temperature, the maximum change rate, the maximum steam flow rate, and the maximum change rate are obtained after a predetermined time. The calculation may be performed by substituting at least one of the above conditions.
【００８１】[0081]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、最適パターン演算手段により、タービンロータ
の予測熱応力が規定値以下であることと、プラントの運
転条件を満足させることと、タービンの起動時間が最小
となることを全て満足させる操作量の最適推移パターン
を線形計画法等で算出し、この最適推移パターンの操作
量に基づいて調節弁を開度制御するので、タービンロー
タの熱応力を規定値以下に抑えつつ、タービンを最小時
間で起動することができる。。As described above, according to the first aspect of the invention, the optimum pattern calculating means ensures that the predicted thermal stress of the turbine rotor is equal to or less than the specified value, and that the operating conditions of the plant are satisfied. , The optimum transition pattern of the manipulated variable that satisfies all that the startup time of the turbine is minimized is calculated by linear programming or the like, and the control valve opening is controlled based on the manipulated variable of this optimum transition pattern. It is possible to start the turbine in a minimum time while suppressing the thermal stress of 1 to a specified value or less. .
【００８２】また、上記操作量の最適推移パターンを求
める演算を所定の周期毎に繰り返すので、ボイラーの蒸
気条件等が急変した場合でも、常にその環境変化に対応
した最適起動を行なうことができる。Further, since the calculation for obtaining the optimum transition pattern of the manipulated variable is repeated at every predetermined cycle, even if the steam condition of the boiler changes suddenly, it is possible to always perform the optimum start corresponding to the environmental change.
【００８３】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明と同様の作用効果を有するうえに、操作量調整手段
により、操作量の最適推移パターンの現在値と、これに
対応する規定値との偏差を解消させるように最適推移パ
ターンをフィードバック制御するので、種々の不確定要
素やモデル化誤差の影響を低減し、起動制御精度を向上
させることができる。According to the invention of claim 2, in addition to the same effect as the invention of claim 1, the operation amount adjusting means causes the present value of the optimum transition pattern of the operation amount and the regulation corresponding thereto. Since the optimum transition pattern is feedback-controlled so as to eliminate the deviation from the value, it is possible to reduce the influence of various uncertainties and modeling errors and improve the startup control accuracy.
【００８４】請求項３の発明によれば、上記請求項２の
発明とほぼ同様に操作量制御手段により、操作量の最適
推移パターンをフィードバック制御するので、請求項２
の発明と同様の作用効果を奏することができる。According to the invention of claim 3, the operation amount control means feedback-controls the optimum transition pattern of the operation amount in substantially the same manner as in the invention of claim 2 described above.
The same operation and effect as those of the invention can be obtained.
【００８５】請求項４の発明によれば、プラントの種々
の運転条件のうち、最適パターン演算手段により容易に
演算することができる一部をこの最適パターン演算手段
で演算させ、この制約条件以外の特定の制御条件を満足
させるようにパターン修正手段ににより上記最適推移パ
ターンを修正するので、パターン演算手段での演算の速
度と精度とを共に高めることができる。According to the fourth aspect of the present invention, out of various operating conditions of the plant, a part of the plant which can be easily calculated by the optimum pattern calculating means is calculated by the optimum pattern calculating means, and other than the constraint condition. Since the optimum transition pattern is corrected by the pattern correction means so as to satisfy the specific control condition, both the speed and accuracy of the calculation by the pattern calculation means can be increased.
【００８６】請求項５の発明によれば、上記請求項４の
発明とほぼ同様の作用効果を有するうえに、修正パター
ンの現在値と、これに対応する測定値との偏差を解消さ
せるように修正パターンをフィードバック制御するの
で、種々の不確定要素やモデル化誤差の影響を低減し、
起動制御精度を向上させることができる。According to the invention of claim 5, in addition to having substantially the same effect as the invention of claim 4, the deviation between the current value of the correction pattern and the measured value corresponding thereto is eliminated. Feedback control of the correction pattern reduces the effects of various uncertainties and modeling errors,
The startup control accuracy can be improved.
【００８７】請求項６の発明によれば、上記請求項５の
発明とほぼ同様に操作量の修正パターンをフィードバッ
ク制御するので、請求項５の発明とほぼ同様の作用効果
を奏することができる。According to the sixth aspect of the present invention, the correction pattern of the manipulated variable is feedback-controlled in substantially the same manner as in the fifth aspect of the invention, and therefore, it is possible to obtain substantially the same operational effect as the fifth aspect of the invention.
【００８８】請求項７の発明によれば、操作量の算出値
は各作動条件により複雑な変化となるが、その算出値の
近似値を、データテーブルの最も不都合のない数種の値
で代表させているので、複雑化を避けることができると
共に、昇速率と負荷上昇率を操作量とする従来の制御装
置に適用させることができる。According to the invention of claim 7, the calculated value of the manipulated variable changes in a complicated manner depending on each operating condition, but the approximate value of the calculated value is represented by the most inconvenient values of the data table. Therefore, it is possible to avoid complication, and it is possible to apply to a conventional control device that uses the speed increasing rate and the load increasing rate as the manipulated variables.
【００８９】請求項８の発明によれば、タービンロータ
の寿命消費またはタービンロータ内部の温度差の最大値
の少なくとも一方の予測によっても、熱応力予測とほぼ
同様にタービンロータの健全性ないし信頼性を評価する
ことができる。According to the eighth aspect of the present invention, the soundness or reliability of the turbine rotor can be estimated almost in the same manner as the thermal stress prediction by predicting at least one of the consumption of the turbine rotor and the maximum value of the temperature difference inside the turbine rotor. Can be evaluated.
【００９０】請求項９の発明によれば、蒸気タービンの
起動時間を直接評価することが困難であるときは、ター
ビンロータメタル温度最大、その変化率最大、蒸気流量
最大、その変化率最大の少なくともいずれかにより起動
時間を評価することができる。According to the ninth aspect of the invention, when it is difficult to directly evaluate the start-up time of the steam turbine, at least the turbine rotor metal temperature maximum, the maximum change rate, the steam flow rate maximum, and the maximum change rate are set. The startup time can be evaluated by either of them.
【図１】本発明の第１の実施形態に係るタービン起動制
御装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a turbine startup control device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施形態に係るタービン起動制
御装置の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a turbine startup control device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】図２で示すパターン修正手段の機能を示す概念
図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing the function of the pattern correction means shown in FIG.
【図４】本発明の第３の実施形態に係るタービン起動制
御装置の構成を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a turbine startup control device according to a third embodiment of the present invention.
【図５】従来技術によるタービン起動スケジュールの一
例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of a turbine startup schedule according to a conventional technique.
１，１Ａ，１Ｂ 蒸気タービン起動制御装置 ２ 蒸気タービン ３ 主蒸気管 ４ 蒸気流量調節弁 ５，５Ａ 操作量 ６ タービン制御装置 ７，７Ａ 最適パターン演算手段 ８，８Ａ 熱応力予測手段 ９，９Ａ パターン修正手段 １０，１０Ａ 操作量調整手段 １１，１１Ａ 熱応力予測モデル １２ プラント状態量最適推移パターン １２Ａ ロータ表面温度最適推移パターン １３ プラント状態量設定値 １３Ａ ロータ表面温度設定値 １３Ｂ ロータ表面温度変化設定値 １４，１４Ａ，１４Ｂ 加算部 １５ プラント状態量測定値 １５Ａ ロータ表面温度測定値 ２０ 差分演算手段 1,1A, 1B Steam turbine start control device 2 Steam turbine 3 Main steam pipe 4 Steam flow control valve 5,5A Operation amount 6 Turbine control device 7,7A Optimal pattern calculation means 8,8A Thermal stress prediction means 9,9A Pattern correction Means 10, 10A Operation amount adjusting means 11, 11A Thermal stress prediction model 12 Plant state quantity optimum transition pattern 12A Rotor surface temperature optimum transition pattern 13 Plant state quantity set value 13A Rotor surface temperature set value 13B Rotor surface temperature change set value 14, 14A, 14B Addition unit 15 Plant state quantity measurement value 15A Rotor surface temperature measurement value 20 Difference calculation means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筧 敦行 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Atsushi Kakei, No. 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Toshiba Corporation Fuchu factory
Claims (9)
蒸気流入量を制御する調節弁の開度を操作量に対応して
制御するタービン制御装置を有するプラントについて、
所定の予測時間区間内で上記タービンのロータに発生す
る熱応力を予測する熱応力予測手段と、 上記予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、上記プラ
ントの運転条件を満足させ、かつ上記タービンの起動時
間が最小となるように上記操作量の最適推移パターンを
所定周期毎に算出すると共に、その最適推移パターンの
うちの現時刻での値を実際の操作量として上記タービン
制御装置に与える最適パターン演算手段と、を具備して
いることを特徴とする蒸気タービン起動制御装置。1. A plant having a turbine control device for controlling the opening of a control valve for controlling the amount of steam flowing into a steam turbine from a boiler in accordance with the manipulated variable,
Thermal stress predicting means for predicting thermal stress generated in the rotor of the turbine within a predetermined prediction time interval, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, while satisfying the operating conditions of the plant, and of the turbine The optimum transition pattern of the operation amount is calculated for each predetermined cycle so that the startup time is minimized, and the value at the current time of the optimum transition pattern is given to the turbine control device as the actual operation amount. A steam turbine start-up control device comprising: a computing unit.
蒸気流入量を制御する調節弁の開度を操作量に対応して
制御するタービン制御装置を有するプラントについて、
所定の予測時間区間内で上記タービンのロータに発生す
る熱応力を予測する熱応力予測手段と、 上記予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、上記プラ
ントの運転条件を満足させ、かつ上記タービンの起動時
間が最小となるように上記操作量の最適推移パターンを
所定周期毎に算出する最適パターン演算手段と、上記最
適推移パターンのうちの現時刻での値を状態量の設定値
として設定し、これに対応する状態量の測定値をこの設
定値と比較し、これら両者の偏差が解消するように上記
操作量を所定の制御周期毎に調整して上記タービン制御
装置に与える操作量調整手段と、を具備していることを
特徴とする蒸気タービン起動制御装置。2. A plant having a turbine control device for controlling the opening of a control valve for controlling the amount of steam flowing into a steam turbine from a boiler in accordance with the manipulated variable,
Thermal stress predicting means for predicting thermal stress generated in the rotor of the turbine within a predetermined prediction time interval, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, while satisfying the operating conditions of the plant, and of the turbine Optimal pattern calculation means for calculating the optimum transition pattern of the operation amount for each predetermined cycle so that the startup time is minimized, and the value at the current time of the optimum transition pattern is set as the setting value of the state quantity, The measured value of the state quantity corresponding to this is compared with this set value, and the manipulated variable adjusting means for adjusting the manipulated variable for each predetermined control cycle so as to eliminate the deviation between the two and the manipulated variable adjusting means. A steam turbine start-up control device comprising:
変化率設定値として設定し、これに対応する状態量の測
定値をこの設定値と比較し、これら両者の偏差が解消す
るように操作量を所定の制御周期毎に調整して上記ター
ビン制御装置に与える操作量調整手段に、置換したこと
を特徴とする蒸気タービン起動制御装置。3. The operation amount adjusting means according to claim 2, wherein the change rate at the current time of the optimum transition pattern is set as a change rate set value of the state quantity, and the measured value of the state quantity corresponding to this is set. Compared with this set value, the steam turbine starter is characterized in that it is replaced with an operation amount adjusting means for adjusting the operation amount for each predetermined control cycle so as to eliminate the deviation between the two, and giving it to the turbine control device. Control device.
蒸気流入量を制御する調節弁の開度を操作量に対応して
制御するタービン制御装置を有するプラントについて、
所定の予測時間区間内で上記タービンのロータに発生す
る熱応力を予測する熱応力予測手段と、 上記予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、上記プラ
ントの運転条件の一部を満足させ、かつ上記タービンの
起動時間が最小となるように上記操作量の最適推移パタ
ーンを所定周期毎に算出する最適パターン演算手段と、 上記最適推移パターンを上記最適化で考慮した以外の運
転上の制約条件を満足させるように修正すると共に、こ
の修正パターンのうちの現時刻での値を実際の操作量と
して所定の制御周期毎に上記タービン制御装置に与える
パターン修正手段と、を具備していることを特徴とする
蒸気タービン起動制御装置。4. A plant having a turbine control device that controls the opening of a control valve that controls the amount of steam flowing into a steam turbine from a boiler in accordance with the manipulated variable.
Thermal stress predicting means for predicting thermal stress generated in the rotor of the turbine within a predetermined prediction time period, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, and satisfying part of the operating conditions of the plant, and Optimal pattern calculation means for calculating the optimal transition pattern of the manipulated variable for each predetermined cycle so as to minimize the startup time of the turbine, and operational constraint conditions other than the optimal transition pattern considered in the optimization. And a pattern correction means for correcting the value to the turbine control device at a predetermined control cycle as an actual operation amount of the correction pattern at the present time. Steam turbine start-up control device.
蒸気流入量を制御する調節弁の開度を操作量に対応して
制御するタービン制御装置を有するプラントについて、
所定の予測時間区間内で上記タービンのロータに発生す
る熱応力を予測する熱応力予測手段と、 上記予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、上記プラ
ントの運転条件の一部を満足させ、かつ上記タービンの
起動時間が最小となるように上記操作量の最適推移パタ
ーンを所定周期毎に算出する最適パターン演算手段と、 上記最適推移パターンを上記最適化で考慮した以外の運
転上の制約条件を満足させるように修正するパターン修
正手段と、 この修正パターンのうちの現時刻での値を状態量の設定
値として設定し、これに対応する測定値をこの設定値と
比較し、これら両者の偏差が解消するように操作量を所
定の制御周期毎に調整して上記タービン制御装置に与え
る操作量調整手段と、を具備していることを特徴とする
蒸気タービン起動制御装置。5. A plant having a turbine control device that controls the opening of a control valve that controls the amount of steam flowing into a steam turbine from a boiler in accordance with the manipulated variable,
Thermal stress predicting means for predicting thermal stress generated in the rotor of the turbine within a predetermined prediction time period, and suppressing the predicted thermal stress to a specified value or less, and satisfying part of the operating conditions of the plant, and Optimal pattern calculation means for calculating the optimal transition pattern of the manipulated variable for each predetermined cycle so as to minimize the startup time of the turbine, and operational constraint conditions other than the optimal transition pattern considered in the optimization. The pattern correction means for correcting so as to satisfy the condition, and the value of the correction pattern at the current time is set as the set value of the state quantity, and the measured value corresponding to this is compared with this set value to determine the deviation between the two. And a manipulated variable adjusting means for adjusting the manipulated variable for each predetermined control cycle so as to solve the above problem, and providing the turbine controller with the manipulated variable. Apparatus.
変化率設定値として設定し、これに対応する状態量の測
定値をこの設定値と比較し、これら両者の偏差が解消す
るように操作量を所定の制御周期毎に調整して上記ター
ビン制御装置に与える操作量調整手段に、置換したこと
を特徴とする蒸気タービン起動制御装置。6. The operation amount adjusting means according to claim 5, wherein the change rate at the current time of the correction pattern is set as a change rate set value of the state quantity, and the corresponding measured value of the state quantity is set. Compared with this set value, the steam turbine starter is characterized in that it is replaced with a manipulated variable adjusting means for adjusting the manipulated variable for each predetermined control cycle so as to eliminate the deviation between these two and giving it to the turbine control device. Control device.
気タービン起動制御装置において、 操作量を調整する際は、予め設定した操作量データテー
ブルから、算出された操作量を超えない範囲での最大の
近似値を選択し、その選択値をタービン制御装置に与え
る操作量とする手段、を具備していることを特徴とする
蒸気タービン起動制御装置。7. The steam turbine start-up control device according to claim 1, wherein when adjusting the operation amount, the operation amount calculated from a preset operation amount data table is not exceeded. A steam turbine start-up control device comprising: means for selecting a maximum approximate value in the range and using the selected value as an operation amount to be given to the turbine control device.
応力予測手段を、 タービンロータの寿命消費またはタービンロータ内部の
温度差の最大値の少なくとも一方を予測する手段に、置
換したことを特徴とする蒸気タービン起動制御装置。8. The thermal stress prediction means according to any one of claims 1 to 7 is replaced with a means for predicting at least one of a life consumption of the turbine rotor and a maximum value of a temperature difference inside the turbine rotor. A steam turbine startup control device characterized by the above.
気タービン起動制御装置において、 起動時間を最小にする条件を、所定時間後のタービンロ
ータメタル温度最大、タービンロータメタル温度変化率
最大、蒸気流量最大、蒸気流量の変化率最大の各条件の
うちの少なくともいずれかに置換することを特徴とする
蒸気タービン起動制御装置。9. The steam turbine start-up control device according to claim 1, wherein the conditions for minimizing the start-up time are as follows: maximum turbine rotor metal temperature after a predetermined time and turbine rotor metal temperature change rate. A steam turbine start-up control device, characterized in that at least one of the maximum, the maximum steam flow rate, and the maximum change rate of the steam flow rate is replaced.
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