JPS62232002A - 火力発電プラント低損失定刻起動方法 - 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起動損失を
最小とし、かつ指定された起動完了時刻に対して正確な
起動を行うに好適な起動方法に関する。

〔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、Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｗｏｒｌ
ｄ　Ｖｏｌ、　１６５　、　＆　６の論文”Ｔｈｅｒｎ
＋ａｌ　５ｔｒｅｓｓ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ｓｔａｒ
ｔｉｎｇ。

Ｌｏａｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｂｏｉｌｅｒｓ、　Ｔｕｒｂｉ
ｎｅｓ　”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、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。そのため、起動損失も大きくなりがちである。

また、別の従来方法としては。

Ｕ　Ｓ　Ｐ３，４４６，２２４及びＵ　Ｓ　Ｐ４，２２
８，３５９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、必ずしも
起動損失を最小とせず、指定された起動時刻を守る具体
的方法およ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、この方式も必ずしも起動損失を最小とせず、
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〕

しかしながら、従来の方法はいず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。

このような個別の方法を組合せたとしても起動損失が最
小かっ、起動完了時刻が正確となる保証は何もない。そ
れは、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。

火力発電プラントの起動システムに与えられた基選的に
題課は ■、゛（短「、間 起動時間とは、一般にボイラ点火から目標負荷（中央給
電指令所から要求される）に到達するまでの所要時間で
定義される。

■起動６了時刻定刻化　ノ刻　　） 起動完了とは、一般に目標負荷到達を意味するが、電力
系統への負荷併入をもって定義する場合もある。

■　動　失の低減（低損失起動） 起動時にプラントへ投入する全エネルギのうち、発生電
力分として寄与しない部分と定義する。

■゛転制限（制Ｒ１・）条件の高糖　　理を実現するこ
とである。

各題課の必要な理由は次の如きである。

■急速起動 各プラントの起動時間を短縮できると次なるメリットが
ある。

ｉ）電力系統の電力供給安定度（負荷追従能力）が向上
する。

ｉｔ）火力発電プラントは大容量プラント（６００ＭＷ
以上）を除いて、毎夜開停止される場合が多く、起動に
約２時間を要している。本発明によると約３０分（約２
５％）の短縮が期待できるため、運転員の負担が軽減さ
れる。

徂）起動時間と起動損失は強い相関があり、起動時間の
短縮は起動損失の低減（■）につながる。

■起動完了時刻定刻化 各プラントが中央給電指令所から指定された時間通りに
起動を完了できると次なるメリットがある。

ｉ）電力系統の経済負荷配分運用が計画通り実行できる
ため、Ｒ高効率点での運用及び潮流損失の低減が可能と
なる。

ｉｔ）運転員による状態確認及び操作業務が定刻化し、
運転員の負担が軽減されると共に、安全性が向上する。

■起動損失の低減 起動時にボイラに投入する燃料のうち１発生電力として
有効に働らくのは５〜１０％であり、大部分は損失とな
る。ちなみに、５００ＭＷクラスのプラントでは起動時
の燃料投入量は約１０ｋｇ／秒（約３６トン／時）と厖
大である。従って前記■ｉｉ）　ｆｉｔ）の理由で１本
発明を適用すると１回の起動につき１６〜１７トンの燃
料費が節約できることになる。

■運転制限条件の高精度管理 前記■■■を実現するためには、プラントのもつ潜在能
力を最大限に引き出す必要がある。そのためには、起動
過程で、タービン熱応力、メタル温度、蒸気温度などの
プロセス変数が運転制限条件を侵すことのないように高
精度で管理する必要がある。本発明は、この点を十分考
慮した方式としている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ボイラと蒸気タービンの起動特性に関
する相互作用を考慮することにより起動損失の最小化と
全体としての起動完了時間を高名１度化することのでき
る火力発電プラント低損失定刻起動方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、起動の全過程におけるプロセス状態値が運転
制限条件を満足するか否かを事前確認するプラント動特
性モデルを設け、このモデルを用いた一種の出登り法に
より最適運転方策、すなわち最小損失起動スケジュール
を決定し実行しようというものである。

〔実施例〕

第１図には、火力発電プラント最小損失起動方法の基本
機能構成が示されている。この機能を大別すると、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損失を最小な
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１０００は更にスケジュール
最適化機能１１００とプラント動特性子８１機能１２０
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１２１０に設定
することにより起動特性（２１３゜２１１．２１２）を
模擬すると共に、ボイラ応力計算機能１２２０及びター
ビン応力計算機能１２３０にて、それぞれボイラ応力２
２１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損失を評価し
、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１２１０に設定する。ここで、起動損
失は全起動過程で消費した燃料の発熱量から電気出力を
引いた値と定義する。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小損失で起
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゜３
２２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。プラントの起動損失は基本的にプラ
ントの温度特性に依存するため、プラントの昇温特性と
因果関係の強いものをバ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（Ｔｒａ）、ミル起動間隔（ＴＰＬＶ　）　、主
蒸気昇温率（Ｌ丁Ｈｓ　）及び再熱蒸気昇温率（ＴＲＨ
Ｈ）の４つのパラメータとして選定した。

イグナイタ点火間隔（Ｔ　ｒａ）とは、ボイラ点火指令
が発生されると、ボイラの各バーナ段に対応したイグナ
イタが時間間隔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
ように迂転する。その後、タービンが起動され発電機出
力が４０％に達すると通常負荷運転モードに移行し、負
荷要求に応じてミルが起動され、最大５台のミルが運転
される。各ミルが起動されるにつれ。

前記軽油バーナは消火されてゆく。

主蒸気昇温率（ＬＴＭＳ）は、通常負荷運転領域（４０
〜１００％負荷）での主蒸気温度の上昇速度を規定する
パラメータであり、スケジュール実行機能２０００で演
算される主蒸気温度目標値ＴＨＢＳ２Ｔに対して、次式
に示す働きをもつ。

・・・（１） ここで、ＴＭｇ４ｏ　　：　４０％負荷に達したときの
生気温度（’Ｃ） ＴＭＳＲ：主蒸気温度定格値（℃） Ｌ：負荷（％） 即ち、負荷がＬＴＭＳ　　（％）に達するとき主蒸気温
度を定格値に到達させることを意味する。

再熱蒸気昇温率（ＬＴＲＨ）とは、主蒸気温度と同様に
通常負荷運転領域での再熱蒸気温度の上昇速度を規定す
るパラメータであり、スケジュール実行機能２０００で
演算される再熱蒸気温度目標値Ｔ　ＲＨ５ＥＴに対して
、次式に閉す働きをもつ。

ＬＴＲＨ−４０ ・・・　（２） ここで、ＴＲＨ４０：　４０％負荷に達したときの再熱
蒸気温度（’Ｃ） ＴＲＨＲ：再熱蒸気温度定格値（”Ｃ）Ｌ：負荷（％） 即ち、負荷がＬＴＲＨ（％）に達するとき再熱蒸気温度
を定格値に到達させることを意味する。

次に、オフラインＡ適化機能１１１０における最適化ア
ルゴリズムについて詳細に述べる。

第２図は１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））’
＝　　（Ｔｒａ、　　Ｔｐｔ、ｖ、　　ＬＴＭＳ、　　
ＬＴＲ）＋１　　’　　　−（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Ｘｓには設計値Ｘ
ｏ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ＹしくＮＨｖ）　　（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　Ｊ　＜　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。ＸＪ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０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６（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））（
ＸＭＡＸ（Ｉ）−ＸＭｒＮ（Ｉ））　　　−（５）（ｃ
）延長倍率修正係数決定２６０ 操作パ゛ラメータを変更した場合の運転制限要因に対す
る感度は、第８因に示すように、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 本誌能は第１１図に示すように、に個（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）！＆良頂点（ＸＱ、　ＱＸ、Ｑ） Ｋ個の頂点のうち最小損失となる頂点に対応した操作パ
ラメータ（ＸＱ）と起動損失（Ｑ　ｘ　、　Ｑ　） ■）最悪頂点（Ｘｓ＋　Ｑｘ、ｓ） Ｋ個の頂点のうち最大損失となる頂点に対応した操作パ
ラメータ（Ｘｓ　）と起動損失（ＱＸｏｓ） ｎｉ）　２番目に悪い頂点（Ｘ５ｚｔ　Ｑｘ＊ｇｚ）Ｋ
個の頂点のうち起動損失のうち２番目に大きい頂点に対
応した操作パラメータ（Ｘｓｚ）と起動損失（Ｑｘ、５
ｚ） （４）重心計算４００ 第１２図に示すように、Ｉ＆悪頂点Ｘｓ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
ＸＯを求める。

（５）新試行点決定５００ 第１３図に示すように、新試行点をＸＫ÷１として１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Ｘｏを結ぶ直線上にあり、重心から距Ｔａ　Ｒ（Ｘ
　ｃ　−Ｘ　ｓ　）にある。ここでＲは（７）で述べる
延長倍率である。

Ｘｘ＋５＝Ｘｏ＋Ｒ（Ｘａ−Ｘｓ）　　　　　・”（６
）但し、ＸＭＩＮ＜　ＸＫ＋１＜　ＸＨＡｘ（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＜−０，１Ｒｏ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ＸＫ＋１における起動損失Ｑｘ、に＋１が。

そ九までの最小損失Ｑに、Ｑよりも小さい場合は、第１
６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Ｘ２とする。

（９）試行点後退９００ 新試行点χに＋１における起動損失ＱｘｅＫ＋ｔが。

それまでの２番目に大きい損失Ｑ　ｘ　ｖ　ａ　ｚより
も大きい場合はχに＋１が最適点を飛び館した可能性が
ある。そこで、第１７図に示すようにＱ　ｘ　＋に＋Ｉ
ＫＱｘ＋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、Ｑ　ｘ　ｅ　Ｋ÷ｚ＞
Ｑｘ＋ｓの場合は大きく後退（Ｒ＝−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（
Ｑｘ、ｃ＜Ｑｘ、ｇとなるＸｃがない場合）は、シンプ
レックスの大きさを最良点ＸＱの方向に縮小させること
により、新たに最適点への接近の可能性を見出す。この
場合、第１８図に示すように最初は縮退率を１／２とす
るが、各頂点が制約条件を侵害する場合は縮退率を３／
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ＸＨＡＸ　ｒ　ＸＭｒ
Ｎ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１４２０．１４４０．１４６０第２
０図に示すように、Ｘｅ　、Ｘｘ＋工あるいはＸｃがＸ
ｓよりも改善された点であればＸｓを除外し、ＸＥ　、
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、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。

Ｎ↑　二全シミュレーション回数 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 Ｎｓａ：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：Ｘに＋１がシンプレックスの頂点として使用
された回数 ＮＥＡＤ：ＸＥ！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 Ｎ５Ａｏ、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た回数 ＮＫＮＯ：Ｘに＋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 Ｎｅｎａ：Ｘ１１！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 Ｎ５ＮＯ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、イク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昇速し、且つ高圧タービンのメタ
ルマツチ条件が成立するまでの起動過程を示す。

負荷上昇フェーズは、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）　ｉ滴点収束判定１７００ 最適点、即ち最小損失となる起動スケジュールは次式を
満足するＸＱとする。

ＱＸＩＳ−ＱＸ、Ｑ このときのＸＱをＸ　ａｐｔと表記する。

以上でオフライン最適化機能１１１０の詳側説明を完了
した１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率を許容値以下とする必
要がある０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。これによ
り。

昇圧に要する時間を最小にする。

（２）最適メタルマツチ条件算出による昇期通気制御対
象であるプラントは、中圧起動（中圧タービンにより昇
速する方式）とした。メタルマツチ条件は高圧タービン
と中圧タービンの両者を考慮する必要がある。本発明で
は、中圧タービンのメタル温度から定まる通気可能温度
に再熱蒸気温度に達すると、直ちに中圧タービンに通気
し昇速する。昇速か完了すると、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の制御を進める。

これにより、タービンの通気待ち時間を必要最小限にと
どめる。

（３）中圧タービンの応力を考慮した急速昇速中圧ター
ビンのロータ表面及びボアに発生する応力（熱応力＋遠
心応力）を許容値以下に抑え、且つ最大昇速率を逐次決
定することにより、最短時間で昇速を完了させる。

（４）併入可能条件判定による早期併入併入直後はボイ
ラ発生蒸気温度が急上昇する。

この現象を考慮せず、高圧タービンのメタルマツチ条件
確立のみで併入してしまうと、負荷保持にもかかわらず
、ロータには過大な熱応力が発生する方式とする。これ
により、併入のための待ち時間を最小にし、起動時間の
短縮を図る。

（５）高圧及び中圧タービンの応力を考慮した急速負荷
上昇 高圧及び中圧タービンのロータ表面及びボアに発生する
応力（熱応力＋遠心応力）を許容値以下に抑え、且つ最
大負荷上昇率を逐次決定することにより、最短時間で負
荷を完了させる。

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、内部流体の温度
変化に伴なって熱応力が発生・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αＬ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＠　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Ｔｌ１）ｌがＴ　ＲＭ（！ＨＮ　　（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Ｎｅｇ
ａｔｉｖｅ　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
速か可能となる。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ＴＨ５がＴ　ＭＭ（！Ｈ
Ｐ　　（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Ｐｏ５ｉｔｉｖｅ　Ｍａｘと呼ぶ）よりも高い場合
は、主蒸気の昇温が早過ぎたことになり、高圧タービン
通気による負荷上昇が不可能なため、もはや中圧タービ
ンによる昇進は無意味となる。即ち、メタルマツチ失敗
である。また、昇速中にＴ）Ｉｓ＞ＴＭＭＣ）ＩＰ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ＴｓｓがＴ　ＭＭＣ）ＩＮ　　（高圧タービンの
メタルマツチ条件下限温度を主蒸気温度に換算した値で
あり、以下、高圧タービンに対するＮｅｇａｔｉｖｅ　
Ｍａｘ値と呼ぶ）よりも低い場合は、主蒸気昇温待ちと
なる。その後。

Ｔ　ｓｓ　＞　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（ＴＬ、Ｉ旧Ｔ）し、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。

ｉ）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　Ｍ８ｘ値（ＴＲＭＣ）ＩＮ　）の算出手
順を示す。本例では１通気時の中圧タービンボール内蒸
気温度のメタルマツチ下限温度ＴＩＮＳＭＩＮを、ボー
ル温度Ｔｒａｏ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ＴＲＳＭＩＮとなるような再熱蒸気
温度ＴＲｓＭｒｓを算出するためのものである。

本処理は、タービン応力計算機能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ＴＲＳＭＩＮ
からＴ　ＩＩＭｃＩＩＮ　を求める方法としている。

１ｉ）ｎ圧タービンに対するＰｏ５ｉｔｉｖｅ　Ｍａｘ
値（ＴＭＭＣＩＩＰ　）　１６１２ 第２８図は、高圧タービンに対する主蒸気温度のＰｏ５
ｉｔｉｖｅ　Ｍａｘ値（ＴＨｓｃｏｐ　）の算出手順を
示す０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ＴＭＳ１４＾にを、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’Ｍ、ＳＭ＾Ｘとなるような主蒸
気温度Ｔ　ＭＭｃｏｐを算出するためのものである０本
処理も、前項と同様、タービン応力計算機能１２３ｏに
含まれる計算ルーチン（主蒸気温度から第１没後蒸気温
度を算出する方法）を共用し、収束計算により逆にＴ　
Ｈ５ＭＡＸからＴＨｓｃｕｐを算出する方式とした。

ｎｉ）高圧タービンに対するＮｅｇａｔｉｖｅ　Ｍａｘ
値（ＴｓｓｃＨｓ　）　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（Ｔ　ＭＭＣ）ＩＮ　）の算出手
順を示す。本処理手順は、前項と全く同じであり、メタ
ルマツチ下限温度ＴＭｓＨｒｓに対応する主蒸気温度Ｔ
ＭＨｃＩＩＮを求めるものである。

（３）昇速制御１６４０ 第３０図は、ｎ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。

ｉ）中圧タービンに発生する応力を予測し、この予測値
が許容値以下となる最大昇速率を逐次求めることにより
、昇速時間が最短となる昇速パターンでタービンを起動
できること。

…）応力予測の糖度を高めるために、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’ｒｒｓａｏがらＴｓν＾ＲＹ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、時刻Ｔ　ｒｓｃｏ＋　ＴＮＵＰまでタ
ービンに発生する応力を予測する。その結果、応力の予
測値がどの時点においても許容値以下であれば、昇速＄
ＤＮ（１）で時刻ＴＩＭＥＯ＋Ｔ　ＮＶＡＲＹ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、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、時刻ＴｒＭＩ！ｏ＋Ｔ　ＮｖＡｕ
ｙに達すると、この時刻を再び基準時刻Ｔ＋ＨＥｏと置
き、同様の処理を行なう１以上の処理を緑返すことによ
り定格速度に達すると昇速制御が完了し、次の併入可能
条件判定の処理に移行する。

（４）併入可能条件判定１６２０ 第３１図は、併入可能条件判定のための処理手順を示す
。本処理内容は同図の破線で示すように、大きく分けて
次の２つから成る。

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、二九が全予測区間Ｔｒシにおい
て、許容値以下となるか否かを判定する部分６許容値以
下であれば、負荷併入が実施される。

ｉｉ）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（次の状態予測を実施するまでの時間）だけ
待つ。この間に、主蒸気温度Ｔｓｓ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１次の制御同期に再び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６水
力式では、基準時刻ＴｒｐｔＥｏからＴＬＶＡＲＹの間
を最大負荷変化率ＤＬ　（１）で負荷上昇し、その後は
負荷保持したと仮定し１時刻Ｔ　ＩＨＥ！Ｏ＋　ＴＬＩ
ＪＰ　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ＴＩＨｅｏ＋ＴＬＶ
ＡＲＹ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ＤＬ　（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Ｔ　■ＭＦ！
ａ　＋　Ｔ　ＮＶＡＲＹに達すると、この時刻を再び基
準時刻Ｔｒ＋ｓｏと置き、同様の処理を行なう。

以上の処理を繰返すことにより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Ｔにとする。

以上に説明した方法により、Ｉｋ小損失起動スケジュー
ルＸｅと起動時間Ｔｘ、Ｑ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なう。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、最小
損失起動スケジュールＸＱに従って起動したときの起動
完了予想時刻Ｔｐｏは Ｔｐｏ＝Ｔｏ＋Ｔｘｅｅ　　　　　　＝・（１０）とな
る。従って、起動完了指定時刻ＴｓεＴと上記Ｔｐｏの
誤差が許容値Ｅ以下となるまでプラントはΔＴｌの時間
刻みで待機することになる。

誤差が許容値ε以下となったとき、最小損失起動スケジ
ュールＸｅは最適起動スケジュールＸ　ＯＰＴ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ＴＳＥＴと予想時刻ＴＰｏの誤差が所定値Ｔし以
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
＜Ｔｓｒｒ−Ｔｐｏ　とする。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、プラントの起動
損失最小化と定刻起動を同時に実現できるため、プラン
トの実効熱効率が向上し、を力系統におけろ負荷製精度
が向上するという効果がある。また、定刻起動は更に運
転員の負担を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小損失起動方法の基本機能
構成図、第２図は起動スケジュール最適化アルゴリズム
フローチャート、ｍ３図は最適化アルゴリズムで使用す
る記号・値・単位および意味を示す図、第４図は第２図
図爪切期シンプレックス形成のフローチャート、第５図
は運転制限要因と陰的制約条件の関係を示す図、第６図
はＭを変数とする擬似乱数の算出手順を示す図２第７図
は陰的制約条件を侵害する場合の処理手順を示す図、第
８図は運転制限要因に対する感度を示す図、第９図は延
長倍率修正係数を決定するアルゴリズム、第１０図は陰
的制約条件の監視アルゴリズム、第１１図は最良最悪２
番目に悪い頂点を決定するアルゴリズム、第１２図は幾
何学的重心座標を求めるフローチャート、第１３図は第
２図図示新試打点決定のフローチャート、第１４図は第
２図図爪状行点後退不可判定のフローチャート、第１５
図は第２図図示延長倍率修正のフローチャート。 第１６図は第２図図示延長行点延長のフローチャート、
第１７図は第２図図爪状行点後退のフローチャート、第
１８図は第２図図示シンプレックス縮退のフローチャー
ト、第１９図は第１８図図示陽的制約条件侵害のフロー
チャート、第２０図は第２図図示最悪点除外のフローチ
ャート、第２１図は第２図図示探索回数制限到達判定の
フローチャート、第２２図は第２図図示シュミレーショ
ンのフローチャート、第２３図は圧カー飽和温度特性図
、第２４図は圧力−許容圧力変化率特性図。 第２５図は制御系ブロック線図、第２６図は第２２図図
示メタルマツチ制御のフローチャート。 第２７図は第２６図図示ＩＰＴメタルマツチ条件のフロ
ーチャート、第２８図は第２６図図示＋１ＰＴメタルマ
ツチ条件のフローチャート、第２９図は第２図図示延長 ャート、第３０図は第２６図図示昇速制御のフローチャ
ート、第３１図は第２２図図示併入可能条件判定のフロ
ーチャート、第３２図は第２２図図示負荷上昇制御フロ
ーチャートである。 １１００・・・オフライン最適化機能、　１１２０・・
・オンライン最適化機能、　１２１０・・・プラント動
特性モデル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、火力発電プラントの起動に必要な操作および制御目
   標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
   、該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とを有する火力発電
   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、実際に上記プラントを起動する前に前記動特性モ
   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
   るプロセス状態から、起動過程で発生するエネルギ損失
   を算出する起動損失計算機能と、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動特性予測機能と、該
   動特性予測で予測したプロセス状態が運転制約条件を侵
   害しているか否かを調べるための制約条件侵害判定機能
   と、前記動特性予測機能により予測されたプロセス状態
   が全起動過程を通して制約条件を侵害することなく起動
   損失が最小となる最適起動スケジュールを決定する最適
   スケジュール探索機能とを設け、前記最適起動スケジュ
   ールを実行したと仮定した場合の起動完了予測時刻と指
   定された時刻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前記最適起動スケジ
   ュールを前記スケジュール実行機能に設定することを特
   徴とする火力発電プラント低損失定刻起動方法。