JPS62206204A - 火力発電プラント定刻最短起動方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火力発電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、指定された
起動完了時刻に対して正確な起動を可能にし、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ュールと
して決定し、この起動スケジュールをプラントの各系統
に設けられた制　１−′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（１９６６年２月第５８頁から第６２頁、　Ｅｌａｃ
ｔｒｉｃａｌ　Ｗｏｒｌ、ｄ。

Ｖｏｌ、１６５．Ｎｎ６の論文Ｔｈｅｒｍａｌ　５ｔｒ
ｅｓｓ　ＩｎｆｌｕｓｎｃａＳｔａｒｔｉｎｇ、Ｌｏａ
ｄｉｎｇｏｆ　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っ
て一義的に起動スケジュ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、プラントの起動完了時刻を正確に守るこ
とは可能であるが、ボイラ発生蒸気の昇温特性のばらつ
きを起動スケジュ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ュ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、ＬＩＳＰ３
，４４６，２２４及びＵＳＰ４，２２８，３５９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、指定された起動時刻を守る
具体的な方法及び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
視しなからボイラ発生蒸気の急速昇温を図るものである
。しかし、この方式も指定された起動時刻を守る具体的
な方法及び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３ 以上述べたように、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完了時刻が正確かつ起動時間が最短
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完了時刻の高精度化
と起動時間の最短化を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、前記従来方式では考慮されていなかったプ
ラント全系の起動特性に着目し、この起動特性を予測す
るためのモデルを用いて、一種の山登り法により最短起
動スケジュールを決定する起動スケジュール作成機能を
設けるとともに、起動完了予想時刻が指定された時刻と
一致するように起動開始時刻を調節する機能を設けるこ
とにより達成される。

〔作用〕

火力発電プラントの起動システムに内蔵させたプラント
動特性モデルは、実際にプラントが起動される前に起動
特性予測用として使用される。このプラント動特性モデ
ルに初期設定した運転制約条件°下での起動特性を予測
し、起動時間が最短となるような起動スケジュールを求
める。このときの起動完了予想時刻と指定時刻との差が
許容値以上の場合はプラントを待機させ、許容値以下と
なったとき起動を開始する。このような手続きにより起
動時間を最短に抑え、かつ指定時剣道りに起動を完了す
ることができる。

〔発明の実施例〕

第１図は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、起動スケジュー
ル作成機能１０００とスケジュール実行機能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
適起動スケジュール１０１を作成し、後者は実際のプラ
ント３０００を最適起動スケジュ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２０１を変更する
。

起動スケジュール作成機能ｉ　ｏｏｏは更にスケジュー
ル最適化機能１１００とプラント動特性予測機能Ｊ２０
０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１１２０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１
２２０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は起動スケジュール１１１
を仮定し、これをプラント動特性モデル１′Ｌ１０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１２１
０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、新たに起動スケジュール１１１を仮定し、これを
プラント動特性モデル１２１Ｏ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
ことなく最短時間が起動を完了できる最適起動スケジュ
ール１０１が決定される。決定された最適起動スケジュ
ール１０１はスケジュール実効機能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１２１０、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ュ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。

プラントの昇温時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（Ｔｔｏ）ｅミル起動間隔
（Ｔｐｔ、ｖ）　を主蒸気昇温率（ＬｔＭｓ）及び再熱
蒸気昇温率（ＴＲＨＩ（）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（Ｔ　ＩＧ）とは、ボイラ点火Ｉ１
１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Ｔｔｏ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
に従って定格流量の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（ＬｔＭｇ）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、スケジュール実行機能２０００
で演算される主蒸気温度目標値Ｔ　ＭａｓＥｒに対して
、次式に示す働きをもつ。

・・・（１） ここで、ＴＭ！１４０　：　４０％負荷に達したときの
主蒸気温度（”Ｃ） ’ｒＭｓ＊　　：’主蒸気温度定格値（’Ｃ）Ｌ　　：
負荷（％） 即ち、負荷がＬＴにＳ（％）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（Ｌ　ＴＲＩ）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、スケジュール実行機能２０００
で演算される再熱蒸気温度目標値ＴＲＨ８ｔ！Ｔに対し
て、次式に示す働きをもつ。

・・・（２） ここで、ＴＲＨ４Ｑ　：　４０％負荷に達したときの再
熱蒸気温度（’Ｃ） ＴＲ）ＩＲ：再熱蒸気温度定格値（”Ｃ）Ｌ　　：負荷
（％） 即ち、負荷がＬ　ＴＲＩ　（％）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における最厘化ア
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
プレックス法を適用した起動スケジュール最適化アルゴ
リズムの基本処理手順を示す、ここで、スケジュールパ
ラメータは ｘ＝　［ｘ（１）、ｘ（２）、Ｘ（３）、Ｘ（４）］　
ｔ＝　　［’ｒｒｏ＊　　ＴｐｔＬＩ　　ＬＴＭＳ、Ｌ
ＴＲ）１１　　’　　−（３）と表記する。以下、各処
理機能について説明する。

（１）イニシャライズ１００ 最適化アルゴリズムで使用する定数及びイニシャル値に
関して、その記号、値、単位及び意味を第３図に示す。

（２）初期シンプレックス形成２００ 処理手順を第４図に示す。初期試行点ＸＩには設定値ｘ
Ｄを設定し、シミュレーションを実行する。この場合の
シミュレーションとはプラント動特性予測機能１２００
を動作させ、起動スケジュールＸｏに従ってプラントが
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、Ｘｌに対する運転制限要因Ｙ　（ＮＭｖ）が陰的
制約条件ＹＬ（Ｎにｖ）　　（第５図参照）を侵害して
いなければ、次式に従ってｘｌの近傍で初期シンプレッ
クスを形成する。

ここで、ＢＪは−１，＜Ｂ、＋＜１．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。

Ｘａが陰的制約条件を侵害する場合は第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術から５番目に現われる数
字を利用する方法である。

（ｂ）初期シンプレックス修正２４０ 延長倍率修正係数Ｄ　（Ｉ）に従って、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（Ｉ））
（ＸＭｘ（Ｉ）−ＸＭＩＮ（Ｉ））・・・（５） （ｅ）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。従って、どの運転制限要因が陰的制約条件（
第５図参照）を侵害したかによって、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
っ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図に示すように、Ｋ個（本例ではに＝８
）からなるシンプレッ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。

ｉ）最良頂点（Ｘｓ、　Ｔｘ、　ｅ） 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（Ｘ　ｏ　）と起動時間（Ｔｘｔｅ） ■）最悪頂点（Ｘａｚ　ＴＸｙ　ａ） 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（Ｔ　ｘ　ｅ　ｓ　）ｎｉ
）　２番目に悪い頂点（Ｘｓｚｓ　ＴＸ＃　ａｘ）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（Ｘａｚ）と起動時間（Ｔに、Ｓり （４）重心計算４００ 第１２図に示すように、最悪頂点Ｘ３を除く（Ｋ−１）
個の頂点からなるシンプレックスの幾何学的重心座標Ｘ
ｏ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Ｘｘ＋ｘ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Ｘａを結ぶ直線上にあり、重心から距離Ｒ（Ｘａ−
Ｘｓ）にある、ここでＲは（７）で述べる延長倍率であ
る。

ＸＫ＋１　＝　Ｘａ＋　Ｒ（Ｘｏ　−Ｘａ）　　　　　
−（６）但Ｌ１．　Ｘ阿ｘｎ＜Ｘｘ＋ｔ＜ＸＨｈｘ（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，ＩＲ。

となったとき後退は中止し、シンプレックス全体を縮退
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χに＋１における起動時間ＴＸ、に＋１が、そ
れまでの最短時間Ｔｘ、ｅ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Ｘｉ◆１における起動時間Ｔｘ、ｘ＋ｔが。

それまでの２初目に長い時間Ｔｘ、ａｘ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ＴｘｔＫ＋１（Ｔｘ、ｓの場合
は試行点を重心方向へ中間まで後退（Ｒを０．５　Ｒと
する）させ、Ｔｘ、ｘ÷１〉Ｔｘ、ａの場合は大きく後
退（Ｒ冨−０，５とする）させる、このときの試行点を
Ｘｃとする。

（１０）シンプレックスの縮退１３００最悪点Ｘｓと重
心Ｘａを結ぶ直線上で特性改善点が見つからない場合（
Ｔｘ＊　ｏ（Ｔｘ、ａとなるＸｃがない場合）は、シン
プレックスの大きさ最良点Ｘｅ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１７２とす
るが、各頂点が制約条件を侵害する場合は縮退率を３７
４とする。それでも制約条件を侵害する頂点は元の位置
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ＸＨｈｘ、Ｘ＋ｍｗ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ュレーション
を実行する。

（１１）最悪点除外１４２Ｇ、　１４４０．１４６０第
２０図に示すようにＸＥ、Ｘに＋１あるいはＸ　’ｃが
Ｘｓよりも改善された点であればＸＳを除外し、ＸＢ、
Ｘに＋１あるいはＸｃを追加することにより新たなシン
プレックスを形成する。

（１２）探索回数制限到達判定１５００探索回数とはシ
ミュレーションの回数であり、これを制限することによ
り１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。

８丁　＝全シミニレ−２３ン回数 ＮａＤ：シミュレーション結果がシンプレックスの頂点
として使用された回数 ＮＮＯ：シミュレーション結果がシンプレックスの頂点
として使用されなかった回数 ＮＫＡＤ　：　Ｘｅｃ◆五がシンプレックスの頂点とし
て使用された回数 Ｎｇ＾Ｄ：ｘεがシンプレックスの頂点として使用され
た回数 ＮｃＡｏ：Ｘｃがシンプレックスの頂点として使用され
た回数 Ｎ８＾Ｄニシンプレツクス縮退のためのシミュレーショ
ン結果がシンプレックスの頂点 として使用された回数 ＮＫＮＯ：ＸＫ÷１がシンプレックスの頂点として使用
されなかった回数 ＮＢｎｏ　：　ＸＥがシンプレックスの頂点として使用
されなかった回数 Ｎｃｓｏ　　：　Ｘｃがシンプレックスの頂点として使
用されなかった回数 Ｎ５ｓａ　ニシンプレックス縮退のためのシミュレーシ
ョン結果がシンプレックスの頂点 として使用されなかった回数 （１３）シミュレーション１６００ シミユレーシヨンの基本的手順を第２２図に示す。シミ
ュレーションでは、プラント起動過程をボイラ起動、昇
速、負荷上昇の３つのフェーズに分けた。ボイラ起動フ
ェーズは、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
フェーズは、昇速制御機能を含むメタルマツチ制御機能
により定格速度まで界速し、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
フェーズは、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ュールは次式を満足するＸ
ｅとする。

ＴＸ、Ｑ このときのＸＱをＸｏｐ丁と表記する。

以上でオフライン最適化機能１１１Ｏの詳細説明を完了
した。次に、オンライン最適化機能１１２０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）ドラム蒸気温度変化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って表われる。

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、且つ最大昇速率を逐次決定することにより、最
短時間が昇速を完了させる。

（４）併入可能条件果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の処理方式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、内部流化率を許
容値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っ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。

オ 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速通気制御対
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。昇速か完了すると、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、
直ちに負荷上昇フェ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（熱応力十遠
心応力）を許容値以下に抑え、体の温度変化に伴って熱
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ればならない。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Ｔ　ＳＡＴの関係１１２３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）をと表記
し、飽和温度変化率許容値をαムとすれば、圧力Ｐにお
ける許容圧力変化率β（Ｐ）１１２４は 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ック線図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Ｔ
　ＭＭＣＦＩＰ　　（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ＰｏｓｉｔｉｖｅＭａｘと呼ぶ）より
も高い場合は、主蒸気の昇温か早過ぎたことになり、高
圧タービン通気による負荷上昇が不可能なため、もはや
中圧タービンによる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ＴＨｓ＞　ＴＭＭＣ
ＨＰとなっ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Ｔ　ＭＭＣＨＮ　（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Ｎｅｇａｔｉｖ
ｅ　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、Ｔ　Ｍ８　：＞　Ｔ　ＭＭＣＨＮと
なりメタルマツチ条件が確立すれば、負荷上昇フェーズ
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、
シミュレーション時間を制限（ＴシｔＭｔｔ）　Ｌ７、
起動失敗と見做す。

これにより、シミュレーショ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。

ｊ）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Ｎｅ
ｇａｔｉｖｅ　Ｍａｘ値（ＴＲＭＣ！ＨＮ）の算出手順
を示す。本例では１通気時の中間タービンボール内蒸気
温度のメタルマツチ下限温度ＴＲｓＭｔｓを、ボール温
度Ｔｔａｏよりも５０℃だけ低い値に設定しである。同
図に示す処理は、ボール内蒸気温度がＴＲａＭＩＮとな
るような再熱蒸気温度ＴＲ８ＭＩＮを算出するためのも
のである０本処理は、タービン応力計算機能１２３０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Ｔ
１１ＮからＴ　ＲＭＣＨＮを求める方法としている。

ｉｔ）高圧タービンに対するＰｏ５ｉｔｉｖｅ　ＭＱＸ
値（ＴＭＭＣＨＰ　）　１６１２ 第２８図は、高圧タービンに対する主蒸気温度のＰｏ５
ｉｔｉｖｅ　Ｍａｘ（’ｒ＋Ｍｃｏｐ）の算出手順を示
す。本例では、通気時の高圧タービン第１没後蒸気温度
のメタルマツチ上限温度ＴＭａＭ＾Ｘ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である。同図に示す処理は、第１
没後蒸気温度がＴにｓＭ＾Ｘとなるような主蒸気温度Ｔ
　ＭＭｃｎｐ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最後蒸気温度を算出
する方法）を共用し、収束計算により逆にＴ　ＮＳＭＡ
ＸからＴ　Ｍｓｃｓｐを算出する方式とした。

■）高圧タービンに対するＮｅｇａｔｉｖｅ　Ｍａｘ値
（ＴＭＭＯＨＮ　）　１６１３ 第２９図は、高圧タービンに対する主蒸気温度のＮｅｇ
ａｔｉｖｅ　Ｍａｘ値（ＴＭＭＯＨＮ　）の算出手順を
示す１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ＴＭａＭＩＮに対応する主蒸気温度Ｔ　Ｍ
ＮＣＨＮ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。

１）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。

ｉｔ）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ＤＮ　（１）で昇速し、その後は速度保持
したと仮定し１時刻ＴＸＭＥｏＴＮｕｐ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ＤＮ　（
１）で時刻ＴＩＭＥＯ＋　Ｔ　ＮＩ／ＡＲＹまで実際（
起動のシミュレーションとして）に昇速する。逆に、予
測値が許容値以上となった場合は、１ランク下の昇速率
ＤＮ　（２）をモデルに設定し１発生応力を予測する。

ＤＮ　（３）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ＤＮ　（４）を設定して速度保持状態
とする。

この様にして１時刻ＴＩＭｆｌＯからＴＮＶＡＲＹに達
すると、この時刻を再び基準時刻ＴＩＭｆ！ｏと置き、
同様の処理を行う１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１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１６ｚＯ 第３１は、併入可能条件判定のための処理手順を示す０
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。

ｉ）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、これが全予測区装置において、
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。

ｉ）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Ｔｃ５（次に状態予測を実施するまでの時間）だけ
待つ、この間に、圭蒸気温度ＴＭａ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
ｉ）の処理にもどっ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０本
方式では、基準時刻Ｔ！Ｍｌ！ｏがらＴｌ、ｖＡＲＴの
間を最大負荷変化率Ｄ’Ｌ（１）で負荷上昇し。

その後は負荷保持したと仮定し、時刻ＴＩＭＩ！Ｏ十Ｔ
　ＬｕＰ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ＤＬ　（１）で時刻ＴｘＨｇｏ
＋　ＴＬＶＡＲＹまで実際（起動シミュレーションとし
て）に負荷上昇する。逆に、予測値が許容値以上となっ
た場合は、１ランク下の負荷変化率ＤＬ　（２）をモデ
ルに設定し、発生応力を予測する。ＤＬ　（３）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Ｄ
Ｌ（４）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Ｔｘｓｇｏ＋ＴＬＶＡＲＹ
に達すると、この時刻を再び基準時刻ＴＩＭＥＯと置き
、同様の処理を行う０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
起動時間をＴＸとする。

以上に説明した方法により、最短起動スケジュールＸｅ
と起動時間Ｔｘ、ｅが求まったことになるが、定刻起動
を実現するために次の処理を行う。

第２図に示すように、現在時刻Ｔｏにおいてボイラを点
火し、最短起動スケジュールＸＱに従って起動したとき
の起動完了予想時刻ＴＰＯはＴｐｏ＝Ｔｏ＋Ｔｘ、　ｅ
　　　　　　　　・＝（１０）となる。従って、起動完
了指定時刻Ｔ　ａＩ！ｒと上記Ｔｐｏの誤差が許容値ｉ
以下となるまでプラントはΔＴｎの時間刻みで待機する
ことになる。誤差が許容値Ｅ以下となったとき、最短起
動スケジュールＸａは最適起動スケジュールＸｏｐ↑と
してスケジュール実行機能２０００に設定される。しか
し、指定時刻ＴＲＩ！Ｔと予想時刻Ｔｐｏの誤差が所定
値ＴＬ以上の場合は、このまま待機すると起動スケジュ
ールの最適性が保証できなくなるため１時間刻みΔｔ２
だけ待機し、再度最適起動スケジュールを求める。但し
、ΔＴｚ＜Ｔｓｉｙｒ−Ｔｐｏとする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラントの定刻起動と急速起動を同時
に実現できるため、電力系統における負荷調整精度が向
上し、電力供給の信頼性が向上するという効果がある。

更に、各発電プラントにおいては、起動時間の短縮に伴
い起動損失が低減し。

運転員の負担が軽減するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は火力発電プラント最短起動方式の基本機能構成
を、第２図はコンプレックス法を適用した起動スケジュ
ール最適化アルゴリズムの基本処理手順を、第３図は記
号の意味を、第４図は処理手順を、第５図は運転条件を
、第６図、第７図は処理手順を、第８図は運転制限要因
に対する感度を。 第９図、第１０図、第１１図は監視アルゴリズムの説明
フロー図を、第１２図は重心計算フローを、。 第１３図は新試行点決定フローを、第１４図は試行点後
退不可判定フローを、第１５図〜第２１図は延長倍率修
正などの処理フローを、第２２図はシミュレーションの
手順フローを、第２３図は圧力Ｐと飽和感度Ｔ　ａＡｔ
の関係を、第２４図は応力Ｐとβ（Ｐ）の関係を、第２
５図は制御ブロック図を、第２６図はメタルマツチ制御
の基本手順を。 第２７図は再熱蒸気温度の算出手順を、第２８図は主蒸
気温度の算出手順を、第２９図〜第３２図は主蒸気温度
はかの処理手順フローを示している。 １０００・・・起動スケジュール作成機能、２０００　
：スケジュール、３０００　：実プラント、１１００　
：スケジュール最適機能ブロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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ュールを該プラント
   の起動前に作成するための起動スケジュール作成機能と
   、作成された起動スケジュールに従つて実際にプラント
   を起動するスケジュ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、前記起動スケジュール作成部を
   スケジュール最適化部とプラント動特性予測部とで構成
   し、前記スケジュール最適化部は起動時刻を守るという
   条件のもとで起動時間を最短化するスケジュールを探索
   し、動特性予測部は動特性モデル及び応力計算部を内蔵
   し、該モデル及び応力計算により起動時のプロセス状態
   値を前記スケジュール最適化部に出力することを特徴と
   する火力発電プラント定刻最短起動方式。 ２、特許請求の範囲第１項記載の火力発電プラントの起
   動システムにおいて、任意の起動スケジュールに対応し
   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
   の起動スケジュ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部と、該動特性予測部で予測した
   プロセス状態が運転制約条件を外れているか否かを調べ
   るための制約条件侵害判定部と、該動特性予測部により
   予測されたプロセス状態が全起動過程を通して制御条件
   を侵害することなく起動時間が最短となる最適起動スケ
   ジュールを決定するための最適スケジュール探索部と、
   該最適起動スケジュールを実行したと仮定した場合の起
   動完了予想時刻と指定された時刻との誤差が許容値以下
   となるまでプラントを待機させ、許容値以下となつたと
   き該最適起動スケジュールを前記スケジュール実行部に
   設定することを特徴とする火力発電プラント定刻最短起
   動方式。