JPS6394010A - 発電プラント起動装置 - 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〕 本発明は発電プラントの起動装置に係り、特にスケジュ
ール誤差が所定以上となった場合に、その旨を関連する
プラント状態量と共に運転員に知らせるのに好適なスケ
ジュール誤差監視方法に関する。

〔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を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が採られてい
た。

この最も代表的な方法は、Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｗｏ
ｒｌｄ。

ＶｏＱ、１６５．＆６の論文“Ｔｈｅｒｍａｌ　５ｔｒ
ｅｓｓＩｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ｓｔａｒｔｉｎｇ、　Ｌｏ
ａｄｉｎｇ　ｏｆ　ＢｏｉｌｅｒｓＴｕｒｂｉｎｅｓ”
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。この方法によると、運転制限要因
である蒸気タービンの熱応力を管理する上で重要なボイ
ラ発生蒸気の昇温特性を起動前に予測できないため、そ
の不確定性を起動スケジュールに余裕を持たせることに
より吸収している。

そのため、作成される起動スケジュールは必要以上に長
くなりがちであった。

また、別の従来方法としては、　ＵＳ　Ｐ３，４４６，
２２４及びＵ　Ｓ　Ｐ４，２２８，３５９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、前記従来方法と同様にボイラの起
動方法に関しては何ら言及していない。

ボイラの起動時間の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、この方式は蒸気タービンの起動に関しては
何ら言及していない。

プラント全体の起動時間は、ボイラと蒸気タービンの協
調により短縮が可能であるが、以上述べた従来の方法は
、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り。

この様な個別の方法を組合わせたとしてもプラント全体
の起動時間が最短となる保証は何も無い。

何故ならば、ボイラと蒸気タービンは相互干渉が極めて
強く、個々の最適化が必ずしも全体の最適化とならない
からである。

さらに、上記従来方法では、ボイラ点火直前のプラント
初期温度状態の実測値に基づいて起動スケジュールを作
成するため、ボイラ点人前の任意時刻にて起動スケジュ
ールを作成し、且つ中央給電指令所（以下、中給と呼び
）から指定された起動完了時刻に正確に起動を完了（以
下、このことを定刻起動と呼ぶ）できる起動スケジュー
ルを作成することができなかった。

このように、従来方法では起動時間が長くなりがちであ
り、それに伴って起動時のエネルギ損失（以下、このこ
とを起動損失と呼ぶ）が大きくなるといったプラント運
用上の経済性の問題と、起動スケジュールを実行する上
での安全性の問題があった。

さらに、従来方法では起動前に作成した起動スケジュー
ルが実際に遂行される起動過程において、発生するスケ
ジュール誤差を監視する機能を有していない、そのため
、スケジュール誤差発生要因が異常監視対象の状態量に
まで影響が波及した時始めて運転員はスケジュール誤差
の発生に気がつき、対応が遅れがちであった。そのため
、スケジュール誤差が大きくなりがちであり、中給から
指定される起動時刻を守れない場合があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前記従来方式にない起動中のスケジュ
ール監視機能を設けることにより、スケジュール誤差発
生の早期発見を可能にし、中給から指定される起動時刻
をまもるための早期対策を運転員がとり易くする発電プ
ラント起動装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、プラントの起動特性を定量的に計算するた
めの動特性モデルと、この動特性モデルで使用するボイ
ラ点火時のプラント初期温度状態を予測するための初期
値予測手段と、最短時間での起動を実現するために上記
動特性モデルで得られる起動特性を評価しながら繰返し
計算手法により起動スケジュールを最適化するスケジュ
ール最適化手段と、上記繰返し計算用の初期スケジュー
ルを決定するための基本スケジュール作成手段と、上記
スケジュール最適化手段により作成された起動スケジュ
ールと実際の起動過程で遂行される起動スケジュールと
の誤差を監視するスケジュール誤差監視手段を用いるこ
とにより、達成される。

〔作用〕

上記動特性モデルは、仮定した起動スケジュールに従っ
てプラントを起動した場合の起動特性をトを起動する前
に知ることが可能であるとともに、プラント状態値が運
転制限条件を満足するか否かを事前に確認できるため、
安全性の高い起動スケジュールを作成できる。

初期値予測手段は、熟練運転員の思考方法と似た方法で
初期値を予測するために、ファジィ推論を適用し、プラ
ントの標準的な冷却特性と実際の冷却状態との定性的な
差異により初期値を予測する方法を採っている。これに
よって、高精度の初期値子側が可能であり、その結果、
動特性モデルによる高精度な起動特性の予測が可能であ
る。

スケジュール最適化手段は、熟練運転員の思考方法と似
た方法でスケジュールを最適化するために、ファジィ推
論を適用し、上記動特性モデルで得られた起動特性を定
性的に評価し、スケジュールを修正し、再度動特性モデ
ルを用いて起動特性を計算し、その結果を定性的に評価
し、スケジュールを修正するといった繰返し計算手法に
より最適化を行なっている。このスケジュールと起動特
性の定性的因果関係に基づいてスケジュールの修正量を
決定するところが熟練運転員の思考方法と似ている。こ
れにより、最適スケジュール求解のための収束性が極め
て良好となるため、詳細な計算式を用いた大規模な動特
性モデルを用いることが可能で、起動特性を高精度で予
測することができる。

基本スケジュール作成手段は、前記初期値予測手段で得
られた初期値に応じて、上記スケジュール最適化が用い
る初期スケジュールを作成するためのもので、予測した
初期値と標準的な初期値との定性的な差異により標準的
なスケジュールを修正することにより適切な初期スケジ
ュールが作成される。これにより、スケジュール作成に
関する熟練運転員の思考方法を真似ることができ、上記
スケジュール最適化の収束性を向上できる。

以上述べた手段により、プラントの運転制限条件を満足
し、起動所要時間を最小にし、中給から指定された時刻
通りに起動を完了できる最適起動スケジュールを作成す
ることが可能となる。

また、スケジュール誤差監視手段では、起動中に遂行さ
れるスケジュールに誤差が発生すると、その旨を関係す
るプラント状態量と共に運転員に提示することが可能と
なる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明を適用した発電プラント起動装置の全体
構成を示すものである０本装置は、ボイラ、蒸気タービ
ン及び発電機から成るプラント２０００において、ボイ
ラ点火から目標負荷（一般的には中給から指令される負
荷レベル）に到達するまでの全起動過程における機器の
操作時期及び制御目標を決定するための起動スケジュー
ル作成機能１０００と、作成された起動スケジュールに
従ってプラントを自動的に起動してゆくための起動制御
機能３０００と、プラントの運転員６０００からのリク
エストに応じてプラント起動に関する必要な情報を表示
装置５０００に表示したり、スケジュール作成機能１０
００内の情報を書換えたりするためのユーザインターフ
ェイス４０００から構成されている。

起動スケジュール作成機能１０００は、更に、動特性モ
デル１００．初期値予測機能２００．基本スケジュール
作成機能３００．スケジュール最適化機能４００．スケ
ジュール誤差監視機能７００゜ファジィ推論機能５００
．知識ベース６００から成る。知識ベース６００は、更
に、初期値予測ルール６１０．基本スケジュール作成ル
ール６４０゜スケジュール最適化ルール６７０から成る
。

上記起動スケジュール作成機能１０００を詳細に説明す
る前に、各機能の目的について説明しておく。

動特性モデル１００は、初期値予測機能２００にて予測
されたボイラ点火時のプラントの状態を初期値２１０と
して、基本スケジュール作成機能３００あるいはスケジ
ュール最適化機能４００がら与えられる起動スケジュー
ルに従ってプラントを起動した場合の起動特性１４０を
定量的に計算するためのものである。

初期値予測機能２００は、起動前の任意時刻において、
ボイラ点火時のプラント状態を予測し、これを動特性モ
デル１００及び基本スケジュール作成機能３００に設定
するためのものである。

基本スケジュール作成機能３００は、スケジュール最適
化機能４００における最適値求解計算で良好な収束性を
得るために初期スケジュールとしての基本スケジュール
３１０を決定し、動特性モデル１００に設定するための
ものである。

スケジュール最適化機能４００は、動特性モデル１００
を用いて起動特性を予測し、その結果に応じてスケジュ
ールを修正し、再び動特性モデル１００に起動スケジュ
ール４１０を設定し、起動特性を予測するといった繰返
し計算手法で最適スケジュール４２０を決定するもので
ある。

スケジュール誤差監視機能７００は、起動前に作成され
た最適スケジュールを実行中にスケジュールの遂行状態
即ちスケジュール誤差を監視するものであり、誤差が所
定値以上となった場合は、その旨を関連するプラント状
態量とともにユーザインターフェイス４０００を介して
表示装置５０００に表示する。

ファジィ推論機能５００は、前記、初期値予測機能２０
０．基本スケジュール作成機能３００及びスケジュール
最適化機能４００に対して作用し、それぞれの処理にお
いて、熟練運転員の思考方法を模擬することにより、起
動特性の予測精度の向上と最適スケジュール求解の高速
化を図るものである。そのために、上記３機能に対して
、熟練運転員の知識としてそれぞれ初期値予測ルール６
１０゜基本スケジュール作成ルール６４０．スケジュー
ル最適化ルール６７０を準備し、これを知識ベースとし
ている。

ここで、スケジュール最適化機能４００による起動スケ
ジュール最適化の基本的考え方を第２図を用いて説明し
ておく。

第２図の中で破線はスケジュール最適化前即ち基本スジ
ュールに従ってプラントを起動した場合のタービン応力
、起動パターン及び起動時間を示している。また、実線
はスケジュール最適化後の：恒゛れぞれを示している０
本図では、中給から併入、時刻（発電機を電力系統に接
続する時刻）が指定された場合を示すものであるが、起
動完了時刻を指定された場合でも本発明は基本的に同じ
方法スケジュール最適化が可能である、最適化前の起動
スケジュールに従ってプラントを起動した場合、図のよ
うに、タービン応力は起動の前半で制限値に対して大き
な余裕があり、後半では余裕が小さくなり部分的に制限
値以上の応力が発生している。

この様な起動特性が前記動特性モデル１００で予測され
ると、スケジュール最適化機能４００ではスケジュール
最適化ルール６７０を用いたファジィ推論機能５００を
動作させ、起動の前半では点火時刻を遅らせたり、ター
ビンの速度保持時間及び負荷保持時間を短縮するなどし
て起動時間の短縮を図っている。また、起動の後半では
負荷保持時間を延長することによりタービン応力の緩和
を図っている。このように、本発明を適用した起動装置
を用いると、運転制限要因であるタービン応力を制限値
以下に抑え、かつ最短時間で中給からする。

（１）初期値予測機能２００ 動特性モデル１００を用いて起動特性を高精度で予測す
るためには、動特性モデルで用いるプラント初期値（ボ
イラ点火時における値で、主に温度状態）を高精度に予
測する必要がある。しかし、現時点での計算値に基づい
て冷却特性を解析時に求めることは、停止時の操作内容
や現在プラントが置かれた環境などに影響されるため困
難である・ところが、豊富な運転経験をもつ運転員は、
現時点での温度状態が標準的な状態からどの程度ずれて
いるかによって、将来のずれをかなり的確に予測できる
０本初期値予測機能２００は、この点に着目したもので
、標準冷却特性で予測した値を。

上記現時点でのずれに応じて、どの程度修正するかをル
ール化した運転員の知識を利用するものである。以下、
本初期値予測機能２００に関して具体的に説明する。

前回の解列時刻（発電機を電力系統から切り離した時刻
）ｔｐｐと中給からの併入指定時刻ｔｐｘとの差を停止
時間Δｔｒａとする。この停止時間に応じて予め規定さ
れた４つの起動モード毎に準備された標準スケジュール
の中から該当する起動モードを決定し、起動スケジュー
ルを選択する。ここでいう起動スケジュールとは、ボイ
ラ点火から起動完了までの起動パターンを規定する次の
パラメータで定義する。

（、）ボイラ起動所要時間（点火から通気まで）（ｂ）
第１速度保持時間　（１０００ｒｐｍに椙Ａて）（ｃ）
第２速度保持時間　（２８００ｒｐｍにお警１て）（ｄ
）第３速度保持時間　（３６００ｒｐｍにおｔ）て）（
ｅ）第１負荷保持時間　（初負荷レベルにお〜１て）（
ｆ）第２負荷保持時間　（２０％負荷レベし匹こおいて
） （ｇ）第３負荷保持時間　（４０％負荷レベルにおいて
） また、タービン昇速率（ｒｐｍ／分）及び負荷変化率（
〜７分）も起動モードに対応して一義的に決定される。

上記スケジュールパラメータが決まると、併入時刻から
の逆算により、ボイラ点火時刻ｔＩｏが決定される０次
に、起動モード毎に準備した標準初期値（ボイラ点火時
相当）の中力１ら、今回選択された起動モードにより該
当する初期値を選択する。ここで使用する初期値は次の
プラント状態に関するものとする。

（ａ）　　ドラム温度 （ｂ）過熱器出口蒸気温度 （Ｃ）再熱器出口蒸気温度 （ｄ）主蒸気管メタル温度 （ｅ）再熱蒸気管メタル温度 （ｆ）氷壁入口内部流体温度 （ｇ）節炭器出口内部流体温度 （ｈ）節炭器入口内部流体温度 （ｉ）高圧タービン（ＨＰＴ）第１段後メタル温度（ｊ
）中圧タービン（ＩＰＴ）第１段後メタル温度（ｋ）　
　ドラム圧力 一方、停止中のタービン及びボイラの標準冷却特性を用
いて、上記状態量に関する現在即ち起動スケジュール作
成時の標準的な値を求める。これを現在標準値推定機能
と呼ぶことにする。なお、上記標準冷却特性を次式で定
義する。

−Ｌ匹 Ｔ＝（ＴｐＦｔ−Ｔ＾）ｅ　　ＴＩｌ！Ｔｃ＋ＴＡ　　
　−（１）ここで、ＴＰＦＴ　ニブラント停止時の標準
温度（”Ｃ） Ｔ＾　：大気温度（’Ｃ） ＴＩＭＥ　：解列後経過時間（分） ＴｅＴＣ：冷却時定数（分） 上記ドラム圧力に関しても同様である。

また、同様にしてボイラ点火時の初期状態を予測する。

この予測を高精度に行なうために、現在状態の実測値２
３０（第１図参照）と（１）式による標準値との差を考
慮したファジィ推論により上記予測値を修正する。

以下、この修正方法を説明する。

いま、現在値偏差Ｅ（１）、Ｅ（２）、・・・・・・Ｅ
（１１）は、それぞれ、現時点（ｔｏ　）で実測したド
ラム温度Ｘｘ（ｔｏＬ過熱器出口蒸気温度Ｘ　ｚ（ｔ　
ｏ）　＋・・・・・・ドラム圧力Ｘｘｘ（ｔｏ）と（１
）式から得られたその標準値Ｘｚｓ（ｔ　ｏＬ　Ｘｚｓ
（ｔ　ｏ）＋−−Ｘｔｚｓ（ｔ　ｏ）との差を標準値で
正規化したものであり、次式で定義する。

第３図は、上記現在値偏差の大きさを定性的に評価する
ためのメンバーシップ関数である０図中のＥｓＭｎ（ｉ
）　（ｉ　＝１〜７）はメンバーシップ関数の形を規定
する定数であり、ＰＢ、ＰＭ、ＰＳ。

ｚＯ，ＮＳ、ＮＭ、ＮＢ４ｔ［差Ｅの大きさを定性的に
評価するためにメンバーシップ関数に与えた名称であり
、それぞれ下記の意味をもつ。

Ｐ　Ｂ　：　Ｐｏ５ｉｔｉｖｅ　ＢｉｇＰ　Ｍ　：　Ｐ
ｏ５ｉｔｉｖｅ　ＭｅｄｉｕｍＰ　Ｓ　：　Ｐｏ５ｉｔ
ｉｖｅ　ＳｍａｌｌＺ　Ｏ：　Ｚｅｒ。

Ｎ　Ｓ　：　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　ＳｍａｌｌＮ　Ｍ　　
：　　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　　ＭｅｄｉｕｍＮ　Ｂ　：　
Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｂｉｇまた、図の縦軸はメンバーシ
ップ値である。このメンバーシップ関数を用いて、前記
１１個の状態量に関する現在値偏差Ｅ（ｉ）（ｉ＝１〜
１１）を定性的に評価する。

第４図は、現在値偏差がボイラ点火時初期に及ぼす影響
度を定性的に整理したものであり、これに従って作成し
た初期値予測ルールの一例を第５図に示す０本図は、過
熱器出口蒸気温度の現在値偏差Ｅ（２）と再熱器出口蒸
気温度の現在値偏差Ｅ（３）の定性的関係において、ボ
イラ点火時過熱器出口蒸気温度の予測値（（１）式で予
測した値）の修正量Ｄｔｗｏ（３）を定性的に決定する
ためのものである０例えば、ルール＆３２の場合はＩ　
Ｆ　（Ｅ（２）　ｉｓ　ＮＳ　ａｎｄ　Ｅ（３）　ｉｓ
　ＮＭ）ＴＨＥＮ　（Ｄｔｔａ（２）ｉｓ　ＮＳ）とい
う意味である。

第６図は、定性的に決定された初期値修正量を定量的な
値に変換するためのメンバーシップ関数である０図中の
Ｅ！５ａ（ｉ）（ｉ＝１〜７）はメンバーシップ関数の
形を規定する定数である。ＰＢ。

−Ｐ・Ｍ、ＰＳ、　ｚＯ，ＮＳ、ＮＭ、ＮＢは修正量の
・°″、・べ ２人きさを定性的に表わすためにメンバーシップ関数に
与えた名称であり、第５図の中で使用している名称に対
応している。また、図の縦軸はメンバーシップ値である
。適用されたルールにより、初期値修正量が定性的にど
のメンバーシップ関数に属するか決定される。成る初期
値に対する修正量が複数のルールによる複数のメンバー
シップで規定された場合は、各メンバーシップ値に応じ
た加重平均値をもって実際の定量的修正量５１０（第１
図参照）とする、これにより各初期値を予測したことに
なる。

（２）基本スケジュール作成機能３００基本スケジュー
ルとはスケジュール最適化の収束計算の初期スケジュー
ルであり、良い収束性を得るには、できるだけ最適値の
近傍に設定するのが望ましい、豊富な運転経験をもつ運
転員は、ボイラ点火時の初期状態に応じて起動スケジュ
ールをかなり的確に決定することができる１本基本スケ
ジュール作成機能３００は、この点に着目したもので、
初期状態の標準値からのずれに応じて予め準備した標準
スケジュールのパラメータをどの程度修正するかをルー
ル化した運転員の知識を利用するものである。以下、本
基本スケジュール作成機能３００について具体的に説明
する。

起動モードに対応して選択された前記起動スケジュール
は標準スケジュールの中から選ばれたものであり、必ず
しも今回の起動条件にマツチしたものではない、そこで
、前記標準初期値と上記方法で予測された初期値との差
を考慮してスケジュールを修正するのが本機能である。

この修正量は上記予測値の差に応じてファジィ推論によ
り決定する。

以下、その修正量決定方法について説明する・いま、点
火時予側偏差Ｅｐ（１）、Ｅｐ（２）、・・・・・・Ｅ
ｐ（１１）は、それぞれ、初期値予測機能２００で予測
したボイラ点火時のドラム温度Ｘ５（ｔｘａＬ過熱器出
口蒸気温度Ｘ５（ｔ、ｘａ）　ｔ・・・・・・ドラ１１
圧力Ｘｚｔ（ｔｔｏ）とその標準値Ｘｚ（ｔ　ｔｏ）ｅ
　Ｘｚ（ｔ　ｔａＬ・・・・・・Ｘ１ｔ（ｔｗｏ）との
差を標準値で正規化したものであり、次式で定義する。

第７図は、上記点火時予測偏差を定性的に評価するため
のメンバーシップ関数である。図中のＥｐＭａ（ｉ）（
ｉ＝１〜７）はメンバーシップ関数の形を規定する定数
であり、ＰＢ、ＰＭ、ＰＳ。

ＺＯ，ＮＳ、ＮＭ、ＮＢは偏差Ｅｐ　（７）大きさを定
性的に評価するためにメンバーシップ関数に与えた名称
であり、意味するとる、−ろは初期値予測機能２００に
おけるものと同じである。また、図の縦軸はメンバーシ
ップ値である。

第８図は、予測したボイラ点火時の初期値に応じて適切
な基本スケジュールを作成するための知識を整理したも
のであり１点火時予測偏差に応じて、どのスケジュール
パラメータを修正するのが効果的であるかを整理したも
のである。これに従って作成した基本スケジュール作成
ルールの一例を第９図に示す。本図は、ボイラ点火時ド
ラム温度を偏差Ｅｐ（１）からボイラ起動所要時間修正
址Ｄｐ（１）、第１速度保持時間修正（ｆＤｐ（２）、
・・・・・・第３負荷保持時間修正量Ｄｐ（７）を定性
的に決定するためのものである。例えば、ルールＮｆ１
６の場合は、 丁　Ｆ（Ｅｐ（１）　　ｉｓ　　ＰＭ）ＴＨＩ　Ｎ（Ｄ
ｐ（１）　Ｌｓ　ＰＭ　ａｎｄ　Ｄｐ（２，）　ｉｓ　
Ｐ　５ａｎｄ　Ｄｐ（３）　ｉｓ　Ｐ　Ｓ　ａｎｄ　Ｄ
ｐ（４）　Ｊ、ｓ　Ｐ　５ａｎｄ　Ｄｐ（５）　ｉｇＰ
　Ｓ　ａｎｄ　Ｄｐ（６）　、ｉＪ　Ｐ　５ａｎｄ　Ｄ
ｐ（７）　ｉｓ　ＰＳ） という意味であるい 第１０図は、定性的に決定されたスケジュールパラメー
タ修正量を定量的な値に変換するためのメンバーシップ
関数である１図中のＤｐＭｎ（，１）（ｉ＝１〜７）は
メンバーシップ関数の形を規定する定数である。ＰＢ、
ＰＭ、ＰＳ、　ＺＯ，ＮＳ。

ＮＭ、ＮＢは修正量の大きさを定性的に表わすためにメ
ンバーシップ関数に与えた名称であり、第７図で使用し
ている名称に対応している。また。

図の縦軸はメンバーシップ値である。適用されたルール
により、スケジュールパラメータの修正量が定性的にど
のメンバーシップ関数に属するかが決定される３成るス
ケジュールパラメータに対する修正値が複数のルールに
よる複数のメンバーシップで規定された場合は１、各メ
ンバーシップ値に応じた加重平均値をもって実際の定量
的修正量５２０（第１図参照）とする。これにより基本
スケジュールが作成されたことになる。

（３）スケジュール最適化機能４００ 上記基本スケジュール作成機能３００により作成された
基本スケジュールを基にして、最適スケジュール即ちボ
イラ点火から起動完了までの全起動過程において運転制
限条件を満足し、かつ起動所要時間を最小とする前記ス
ケジュールパラメータを決定するのが本スケジュール最
適化機能４００である。第１１図に本機能の全体処理手
順を示す・本機能では、運転制限条件であるタービン熱
応力の起動特性を評価するためにプラントの動特性モデ
ル１００を用いる。起動時の出店カバターンとスケジュ
ールパラメータは大きな相関があり、熱応力の制限値に
対する余裕（以下、マージンと呼ぶ）が小さい程短時間
の起動が可能となる。しかし、コンプレックス法などを
利用した従来の制約条件付非線形最適化アルゴリズムを
用いると、最適解（最適スケジュール）を得るのに、本
例のように７変数がパラメータとなる場合、少なくとも
１００回程度の繰返し計算（動特性モデルによる起動特
性の計算）が必要となり、現実的でない７そこで、ファ
ジィ推論を応用した最適化アルゴリズムとすることによ
り収束性の大幅な改善を図る。

プラント運転員は、起動前に熱応力特性の予測値を与え
られた場合、そのマージンに応じてどのパラメータをど
の程度短縮できるか経験的に知っているにの経験的かつ
定性的な知識を活用して最適化のためのスケジュール修
正量を決定する。

具体的には、まず第１１図に示すように、基本スケジュ
ール作成機能３００から与えられたスケジュールパラメ
ータｐｃ（ｉ、＝１−〜７）で定まる基本スケジュール
に従ってプラントを起動した場合のタービン熱応力特性
を動特性モデル１．００を用ｙ）て予測する。ここで、
動特性モデル１００は第ｉ、１．’　、　２図に示すよ
うに、スケジュールパラメータが′与えられた場合、ボ
イラ点火指令、タービン速度及び負荷の目標値を計算す
るためのスケジュール計算機能１１０と、ボイラの起動
特性を計算するためのボイラモデル１２０と、ボイラか
ら発生する蒸気条件を受けてタービンの熱応力を計算す
るためのタービンモデル１３０から構成されている。

ここで計算するタービン熱応力は、高圧タービンのロー
タ表面応力、同ボア応力、中圧タービンのロータ表面応
力、同ボア応力の４個所であり・いずれもタービン起動
時に着目すべき重要な運転制限要因である。第１１図に
示す起動特性評価機能１４０は、起動過程を７つの区間
に分割し、各区間毎の最小応力マージンｍａ（ｊ＝１〜
７）を求める備本図ではｍＪ　を区間ｊにおける高圧ロ
ータ表面応力と中圧ロータ表面応力のうち最小マージン
Ｍｓ（ｊ）と高圧ロータボア応力と中圧ロータボア応力
のうち最小マージンＭｙｓ（ｊ）の両者の意味で示して
いる。本起動特性評価機能１４０は１次に続く応力マー
ジン評価機能１５０で熱溶カバターンの特徴を抽出する
ためのものである。

応力マージン評価機能１５０では、第１３図に示すメン
バーシップ関数を用いて、ロータ表面応カマージンＭｓ
（ｊ）及びロータボア応カマージンＭＢ（ｊ）を定性的
に評価することにより、熱溶カバターンの特徴を抽出す
る。図中のＭＭｎ（ｉ）（ｉ＝１〜６）はメンバーシッ
プ関数の形を規定する定数であり、ＰＢ、ＰＭ、ＰＳ、
７．○、ＮＳ。

ＮＭ、ＮＢは応力マージンＭｓ（ｊ）及びＭａ（ｊ）の
大きさを定性的に評価するためにメンバーシップ関数に
与えた名称である。また、図の縦軸はメンバーシップ値
である。

スケジュール最適化ルール６７０は、［熱溶カバターン
がどの様であればどのスケジュールパラメータをどの程
度修正すれば良い」といった断片的知識である。第１４
図は、動特性モデル１００を用いて予測したタービン出
店カバターンに応じてスケジュールを修正するための知
識を整理したものである０本図は、起動過程の各区間に
おける最小マージンに応じて、どのスケジュールパラメ
ータを修正するのが効果的であるかを整理したものであ
る。ここで、ＭＳ（１）、Ｍｓ（２）、”””ＭＳ（７
）及びＭｕ（１）、ＭＢ（２）、　・・・・・・Ｍａ（
７）は、それぞれ第１．第２．・・・・・・第７区間に
おけるロータ表面最小応力マージン及びロータボア最小
応力マージンである。

第１５図は、上記考え方に従って作成したスケジュール
最適化ルールの一例を示すものである。

本図は、ロータ表面応力に関して、第５区間最小応力マ
ージンＭＳ（５）と第６区間最小応力マージンＭｓ（６
）からスケジュールパラメータの修正量としての第３速
度保持時間修正量を量Ｄｐ丁（４）。

第１負荷保持時間修正量Ｄｐｔ（５）及び第２負荷保持
時間修正量Ｄｐｔ（６）を定性的に決定するためのもの
である１例えば、ルールＨａ　５４の場合は、Ｉ　Ｆ　
（Ｍｓ（５）　ｉｓ　Ｐ　Ｂ　ａｎｄ　Ｍｓ（６）　ｉ
ｓ　ＰＭ）ＴＨＥＮ　（Ｄｐｔ（４）　ｉｓ　ＮＭ　ａ
ｎｄ　Ｄｐｔ（５）ｉｓＮ　Ｍ　ａｎｄ　ＤＰＴ（６）
ｉｓ　Ｎ　Ｓという意味である。

第１６図は、定性的に決定されたスケジュール１〜７）
はメンバーシップ関数の形を規定する定数である。ＰＢ
、ＰＭ、ＰＳ、２０．ＮＳ、ＮＭ。

ＮＢは修正量の大きさを定性的に表わすためにメンバー
シップ関数に与えた名称である。また、図の縦軸はメン
バーシップ値である。

第１１図に示す修正パラメータ選択機能１６０は、応力
マージン評価機能１５０により抽出された応カバターン
の特徴とスケジュール最適化ルール６７０とを照合させ
ることにより修正パラメータを選択し、適用されたルー
ルによりパラメータの修正量が定性的に第１６図のどの
メンバーシップ関数に属するかが決定される。

成るスケジュールパラメータに対する修正量が複数のル
ールによる複数のメンバーシップで規定された場合は、
各メンバーシップ値に応じた加重平均値をもって実際の
定量的修正量５３０（第１図参照）とする、これを行な
うのが第１１図に示すスケジュール修正量決定機能１７
０である。

以上でスケジュールパラメータの修正量が決定され、修
正されたスケジュールに従って、プラントを起動した場
合の起動特性を予測するために、再び動特性モデル１０
０を動作させる６以上を繰返すことにより最適起動スケ
ジュール４２０（第１図参照）を求めることができる。

なお、第１１図中の収束判定機能１８０は、上記繰返し
計算において作成される起動スケジュールの最適性を判
定するためのものである。また、その判定基準は、全起
動過程においてタービン熱応力が制限値以下となる起動
スケジュールのうち起動所要時間が前回までのものと比
較した時間短縮率が所定値以下となった場合とし、その
中で最も起動所要時間が小さくなる起動スケジュールを
最適スケジュール４２０（第１５図参照）とする。

ここで決定された最適スケジュール４２０は、第１図に
示したように、ユーザインターフェイス４０００を介し
て表示装置５ｏｏｏに表示されると共に、起動制御機能
３０００に設定される。起動制御機能３０００に設定さ
れた最適スケジュール４２０は運転Ｊ１６０００からの
実行摺合４３０を受けて実行される。起動制御機能３０
００は、これを実行するためにプラント２０００からの
プロセス入力３０１０を受けて、制御出力３０１０をプ
ラントに与える。

運転員６０００は、知識ベース６００の追加。

変更、削除が必要となった場合は、ユーザインターフェ
イスを介して知識ベース管理情報６９０により、これら
を実行する。

第１７図は、ファジィ推論を応用したスケジュール最適
化機能４００におけるスケジュール最適化過程を示すも
のである・。図中の番号は繰返し計算の第１．３，５．
２０回目に作成された起動スケジュールとそのときの起
動特性を示ず、ここで、第１回目は基本スケジュールに
対応し、２０回目は最適スケジュールに対応する７本図
かられかるように、５回目でほぼ最適値に近いスケジュ
ールが得られており、本アルゴリズムによる収束性は極
めて良好である。また１作成された起動スケジュールは
併入指定時刻（本図では解列時刻からの経：適時間で示
してあり４８０分（８時間））通りノ′ に起動できることを示している。タービンの熱応力マー
ジンが大きな起動前半では速度保持や負荷保持を省略す
ることにより起動時間の短縮する方向でスケジュールが
修正されており、熱応力マージンが負となる起動後半で
は負荷保持を延長することにより熱応力の緩和を図って
いる。このように、本スケジュール最適化機能４００に
よると、運転制限条件を満足し、最短起動時間で指定時
刻通りの起動がｈＩ能となる。

スケジュール誤差監視機能７００について次に説明する
８スケジユ一ル誤差監視機能７００は次の２つの機能で
スケジュール誤差の発生を監視する。

１つは、実際にスケジュール誤差が発生したことを監視
する誤差検知機能であり、別の１は、実際に誤差が発生
する前に誤差の発生を予測する誤差予測機能である。

誤差検知機能は、起動前に作成された起動スケジュール
パラメータで規定される起動パターンが１実際の起動中
に正確に遂行されているか否かを監゛イ 視するものである。したがって、この起動バター−・し
のずれを監視するものである。

一方、誤差予測機能は、起動パターンのずれとなって現
われる前に、ずれの原因となるプラント状ＭＡ量の挙動
を監視しておき、起動スケジュール作成時に動特性モデ
ル１００で予測したプラント状態域の挙動と比較し、そ
の差が所定値以上となったとき、スケジュール誤差の発
生を予言するものである。

上記２つの機能でスケジュール誤差を監視し、誤差発生
を検知あるいは予測できた場合は、その旨７１０を関連
するプラント状態量と共にユーザインターフェイス４０
００を介し、表示装置５０００に表示する。これにより
、運転員６０００は速かに対応処置をすることが可能と
なる。

（発明の変形例） 以上述べた本発明の実施例では、スケジュールパラメー
タとしてボイラ起動所要時間とタービン速度保持時間及
び負荷保持時間に着目しているが。

必ずしもこれらに限る必要はなく、タービン速度？変化
率や負荷変化率あるいはボイラ昇温速度や昇ｊ。

一′注速度などプラントの起動パターンを代表するパラ
メータであれば本発明は基本原理を変えることな〈実施
できることは明らかである。

また、本発明の実施例では、運転制限条件としてタービ
ン熱応力に着目しているが、必ずしもとれだげに限る必
要はなく、タービン入口蒸気温度及びその変化速度、あ
るいはタービンケーシング温度などタービン熱応力を間
接的に推定できる状態量、あるいは、タービン伸び差、
ボイラ蒸気圧力上昇速度、ボイラ燃焼ガス温度など運転
上重要となる制限要因はプラントにより異なるから、必
要に応じて考慮すれば良く、本発明は本質を変えること
な〈実施できることは明らかである。

また、本発明の実施例では中央給電指令所から指定され
る併入時刻を正確にまもった起動スケジュールを作成す
る方法を例に説明したが、本発明を実施するにあたり、
必ずしも併入時刻が指定される必要はなく、プラントに
応じてボイラ点火時刻、タービン通気時刻、目標負荷到
達時刻などであっても本発明の本質が変らないのは明ら
かである。

また、本実施例でプラント初期値として着目している状
態は、本発明を実施するプラントの機器構成及び計測位
置に応じて適宜選定すべきもので必ずしも本実施例と同
じものを使う必要のないことは勿論であり、これにより
本発明の本質が変わるものではない。

また、本実施例では、プラント冷却特性を解列時刻から
の時間関数として表わしているが、ボイラ消火時刻など
プラント冷却過程に移行する時刻を基準とした時間型数
で表わしたとしても、本発明の実施にあたり本質が変わ
るものではない。

また１本実施例のスケジュール最適化機能における収束
判定方法を必ずしも採用する必要はなく、繰返し計算を
所定回数だけ実施し、その中で運転制限条件を満足し、
起動所要時間が最小となる起動スケジュールを最適値と
見做す方法、あるいは運転制限条件を満足する所定個の
起動スケジュール候補が得られるまで繰返し計算を実施
し、その中で起動所要時間が最小となるものを最適値と
見做す方法を採用しても、本発明の本質が変わらないの
は勿論である。

さらに、本実施例で用いているメンバーシップ関数は全
て三角型としたが、必ずしもこの形に拘わる必要はなく
、プラントの特性及び運転員の知識に応じて、２次曲線
や指数曲線を採用しても、本発明の本質が変わるもので
はない、また、メンバーシップ関数の形だけでなく、そ
の数も任意に設定しても、本発明の本質が変わるもので
はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラントの起動所要時間を従来方式と
比較して約３０％短縮することができるため、負荷需要
の変動に伴い発電プラントの頻繁な起動停止が必要とな
る電力系統の安定かつ経済的な運用が可能となる。また
、これにより運転員の負担が大幅に軽減される。また、
起動所要時間の短縮に伴って起動時のエネルギー損失も
約１５％低減できるため発電プラントの運用コストを大
幅に低減できる。さらに、運転制限条件および指定時刻
を忠実に守った起動ができるため、プラント運用上の安
全性を向上し、電力系統への正確な電力供給が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は発電プラント起動装置の全体構成を示す。第２
図は起動スケジュール最適化の基本的考え方を示す、第
３図は現在値偏差評価用メンバーシップ関数を示す。第
４図は現在値偏差がボイラ点火時初期値へ及ぼす影響度
を示す、第５図は初期予測ルールの一例を示す、第６図
は初期値修正量変換用メンバーシップ関数を示す、第７
図は点火時予測偏差評価用メンバーシップ関数を示す。 第８図は点火時予測偏差と修正対象スケジュールパラメ
ータの関係を示す、第９図は基本スケジュール作成のル
ールの一例を示す、第１０図はスケジュールパラメータ
修正用メンバーシップ関数を示す、第１１図はスケジュ
ール処理機能における全体処理手順を示す、第１２図は
動特性モデルを示す、第１３図は応力マージン評価用メ
ンバーシップ関数を示す、第１４図は応力マージンと修
正対象スケジュールパラメータの関係を示す。第１５図
はスケジュール最適化ルールの一例を示す。 第１６図はスケジュールパラメータ修正用メンバーシッ
プ関数を示す。第１７図はスケジュール最（）内はル−
ル凶０ ルーｌしの意味（Ｎｏ”３２の鳩舎） ＩＦ　（Ｅ（２−）ｉｓ　／ＶＳａｎａ　Ｅ（３）　ｉ
ｓ　Ｎ　（′１）ＴＨＥＮ　（Ｄｒｘｃ、（２）　ｉＳ
　ＮＳ）も９　図 ルーＩしの、を昧（Ｎｏ０６の埼合） ａｄｌ）ｐ（’ｌ）＋’３ＰＳ） 高１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料の燃焼により発生する熱により蒸気を発生させ
   るためのボイラと、発生した蒸気の熱エネルギを機械エ
   ネルギに変換するための蒸気タービンと、交換された該
   機械エネルギを電気エネルギに変換するための発電機と
   で構成される発電プラントにおいて、該発電プラントの
   起動開始前に起動スケジュールとしての機器の操作時期
   及び制御目標を決定するための起動前スケジュール作成
   手段と、起動を開始した後に実際に遂行される起動スケ
   ジュールと該起動前スケジュールとの差を監視するスケ
   ジュール誤差監視手段と、該スケジュール誤差が所定値
   以上となつた場合にその旨を運転員に知らせるための表
   示手段を有することを特徴とする発電プラント起動装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載の該スケジュール誤差監
   視手段において、該スケジュール誤差が所定値以上とな
   つた場合、その旨を関連する状態量と共に運転員に知ら
   せるための表示手段を有することを特徴とする発電プラ
   ント起動装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の該スケジュール誤差監
   視手段において、関連する該状態量として、起動前スケ
   ジュール作成時に予測したプラント起動特性とそれに対
   応した実際の起動時のプラント状態量とすることを特徴
   とする発電プラント起動装置。