JPH09317404A

JPH09317404A - 蒸気タービン起動制御装置

Info

Publication number: JPH09317404A
Application number: JP12877696A
Authority: JP
Inventors: Shoyu Nakai; 昭祐中井; Masashi Nakamoto; 政志中本; Shinji Hayashi; 真司林; Atsuyuki Kakehi; 敦行筧
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-09
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: JP3673017B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【０００４】次に、従来の蒸気タービンの起動方法の一
例を示す。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００５０】

【数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００５６】

【数２】

【００５７】

【数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。

【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。

【００６０】

【数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００７０】

【数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】図２で示すパターン修正手段の機能を示す概念
図。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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蒸気タービン起動制御装置。
【請求項２】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。
【請求項３】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
を特徴とする蒸気タービン起動制御装置。
【請求項４】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
蒸気タービン起動制御装置。
【請求項５】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
蒸気タービン起動制御装置。
【請求項６】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
を特徴とする蒸気タービン起動制御装置。
【請求項７】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
蒸気タービン起動制御装置。
【請求項８】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蒸気タービン起動制御装置。
【請求項９】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
蒸気タービン起動制御装置。