(57)【要約】【課題】ガスタービンと蒸気タービンとを備える発電プラントにおいて蒸気を効率的に使用する。【解決手段】一の実施形態によれば、プラント制御装置は発電プラントを制御し、前記プラントは、ガスタービンからの熱を用いて主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、主蒸気の一部である第１蒸気が駆動する第１蒸気タービンと、第１蒸気用の第１弁と、主蒸気の別の一部である第１バイパス蒸気用の第１バイパス弁とを備える。前記プラントはさらに、第１蒸気と第１バイパス蒸気とを加熱して再熱蒸気を生成する再熱器と、再熱蒸気の一部である第２蒸気が駆動する第２蒸気タービンと、第２蒸気用の第２弁と、再熱蒸気の別の一部である第２バイパス蒸気用の第２バイパス弁とを備える。また、前記装置は、第１蒸気と第２蒸気との流量比の設定値として可変値を取得する取得部と、第２弁または第２バイパス弁を制御することで流量比を設定値に調整する制御部とを備える。【選択図】図１
2020112069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記主蒸気の一部である第１蒸気により駆動される第１蒸気タービンと、
前記第１蒸気タービンに前記第１蒸気を供給する第１弁と、
前記主蒸気の別の一部であり、前記第１蒸気タービンをバイパスする第１バイパス蒸気を調節する第１バイパス弁と、
前記排熱回収ボイラに設けられ、前記第１蒸気タービンから排出された前記第１蒸気と前記第１蒸気タービンをバイパスした前記第１バイパス蒸気とを前記排ガスの熱を用いて加熱して再熱蒸気を生成する再熱器と、
前記再熱蒸気の一部である第２蒸気により駆動される第２蒸気タービンと、
前記第２蒸気タービンに前記第２蒸気を供給する第２弁と、
前記再熱蒸気の別の一部であり、前記第２蒸気タービンをバイパスする第２バイパス蒸気を調節する第２バイパス弁と、
少なくとも前記主蒸気および前記再熱蒸気の物理量を測定する測定部と、
を備える発電プラントを制御するプラント制御装置であって、
前記第１蒸気の流量と前記第２蒸気の流量との流量比の設定値として可変値を取得する取得部と、
前記測定部により測定された前記物理量に基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記流量比を前記設定値に調整する制御部と、
を備えるプラント制御装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記第１蒸気または前記第１バイパス蒸気の流量と、前記第２蒸気または前記第２バイパス蒸気の流量とを測定し、
前記制御部は、前記測定部により測定された前記第１蒸気または前記第１バイパス蒸気の流量と、前記第２蒸気または前記第２バイパス蒸気の流量とに基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記流量比を前記設定値に調整する、
請求項１に記載のプラント制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記測定部により測定された前記第１蒸気または前記第１バイパス蒸気の流量と、前記第２蒸気または前記第２バイパス蒸気の流量から、前記第１蒸気または前記第１バイパス蒸気の流量の移動時間平均と、前記第２蒸気または前記第２バイパス蒸気の流量の移動時間平均とを算出し、
前記制御部は、前記第１蒸気または前記第１バイパス蒸気の流量の移動時間平均と、前記第２蒸気または前記第２バイパス蒸気の流量の移動時間平均とに基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記流量比を前記設定値に調整する、
請求項２に記載のプラント制御装置。
【請求項４】
前記設定値は少なくとも、１よりも大きく２よりも小さい値をとる、請求項１から３のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項５】
前記取得部は、前記設定値の値を選択する選択操作により入力装置に入力された前記設定値の値を取得し、
前記入力装置は、連続値または１０種類以上の値の中から前記設定値の値を選択できるよう構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項６】
前記取得部は、前記第２バイパス蒸気の圧力の設定値である圧力設定値を取得し、
前記制御部は、前記第２バイパス弁を制御することで前記第２バイパス蒸気の流量を前記圧力設定値に調整し、前記第２バイパス蒸気の流量を前記圧力設定値に調整することで前記第２蒸気の流量を所定の値に調整し、前記第２蒸気の流量を前記所定の値に調整することで前記流量比を前記設定値に制御する、請求項１から５のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項７】
前記取得部は、前記第２蒸気の圧力の設定値である圧力設定値を取得し、
前記制御部は、前記第２弁を制御することで前記第２蒸気の流量を前記圧力設定値に調整し、前記第２蒸気の流量を前記圧力設定値に調整することで前記流量比を前記設定値に制御する、請求項１から５のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項８】
前記測定部は、前記主蒸気の圧力を測定し、
前記取得部は、前記主蒸気の圧力の設定値である圧力設定値を取得し、
前記制御部は、前記測定部により測定された前記主蒸気の圧力に基づいて前記第１バイパス弁を制御することで、前記主蒸気の圧力を前記圧力設定値に調整する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項９】
前記測定部は、前記再熱蒸気の圧力を測定し、
前記取得部は、前記再熱蒸気の圧力の設定値である圧力設定値を取得し、
前記制御部は、前記測定部により測定された前記再熱蒸気の圧力に基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記再熱蒸気の圧力を前記圧力設定値に調整する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記測定部により測定された前記再熱蒸気の圧力から、前記再熱蒸気の圧力の移動時間平均を算出し、
前記制御部は、前記再熱蒸気の圧力の移動時間平均に基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記再熱蒸気の圧力を前記圧力設定値に調整する、
請求項９に記載のプラント制御装置。
【請求項１１】
前記測定部はさらに、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンにより駆動される発電機の出力を測定し、
前記取得部は、前記発電機の出力の設定値である出力設定値を取得し、
前記制御部は、前記測定部により測定された前記発電機の出力に基づいて前記第１弁を制御することで、前記発電機の出力を前記出力設定値に調整する、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラント制御装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記発電機の出力を前記出力設定値に調整し、かつ、前記流量比を前記設定値に調整することで、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとの出力比を、前記流量比の前記設定値に応じた所定の値に調整する、請求項１１に記載のプラント制御装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記発電機の出力を前記出力設定値に調整し、かつ、前記流量比を前記設定値に調整することで、前記第１蒸気の流量を、前記流量比の前記設定値に応じた所定の値に調整する、請求項１１に記載のプラント制御装置。
【請求項１４】
ガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記主蒸気の一部である第１蒸気により駆動される第１蒸気タービンと、
前記第１蒸気タービンに前記第１蒸気を供給する第１弁と、
前記主蒸気の別の一部であり、前記第１蒸気タービンをバイパスする第１バイパス蒸気を調節する第１バイパス弁と、
前記排熱回収ボイラに設けられ、前記第１蒸気タービンから排出された前記第１蒸気と前記第１蒸気タービンをバイパスした前記第１バイパス蒸気とを前記排ガスの熱を用いて加熱して再熱蒸気を生成する再熱器と、
前記再熱蒸気の一部である第２蒸気により駆動される第２蒸気タービンと、
前記第２蒸気タービンに前記第２蒸気を供給する第２弁と、
前記再熱蒸気の別の一部であり、前記第２蒸気タービンをバイパスする第２バイパス蒸気を調節する第２バイパス弁と、
少なくとも前記主蒸気および前記再熱蒸気の物理量を測定する測定部と、
を備える発電プラントを制御するプラント制御方法であって、
前記第１蒸気の流量と前記第２蒸気の流量との流量比の設定値として可変値を取得し、
前記測定部により測定された前記物理量に基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記流量比を前記設定値に調整する、
ことを含むプラント制御方法。
【請求項１５】
ガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記主蒸気の一部である第１蒸気により駆動される第１蒸気タービンと、
前記第１蒸気タービンに前記第１蒸気を供給する第１弁と、
前記主蒸気の別の一部であり、前記第１蒸気タービンをバイパスする第１バイパス蒸気を調節する第１バイパス弁と、
前記排熱回収ボイラに設けられ、前記第１蒸気タービンから排出された前記第１蒸気と前記第１蒸気タービンをバイパスした前記第１バイパス蒸気とを前記排ガスの熱を用いて加熱して再熱蒸気を生成する再熱器と、
前記再熱蒸気の一部である第２蒸気により駆動される第２蒸気タービンと、
前記第２蒸気タービンに前記第２蒸気を供給する第２弁と、
前記再熱蒸気の別の一部であり、前記第２蒸気タービンをバイパスする第２バイパス蒸気を調節する第２バイパス弁と、
少なくとも前記主蒸気および前記再熱蒸気の物理量を測定する測定部と、
前記第１蒸気の流量と前記第２蒸気の流量との流量比の設定値として可変値を取得する取得部と、
前記測定部により測定された前記物理量に基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記流量比を前記設定値に調整する制御部と、
を備える発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンと、排熱回収ボイラと、蒸気タービンとを組み合わせて構成するコンバインドサイクル発電プラントが知られている。排熱回収ボイラは、ガスタービンの排ガスから熱回収して蒸気を生成する。蒸気タービンは、排熱回収ボイラが生成する蒸気により駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１４８００２号公報
【特許文献２】特開平２−３０８９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンバインドサイクル発電プラントの系統構成方式として、いくつかの方式が知られているが、昨今では、カスケードバイパス系統を採用したプラントが主流となっている。カスケードバイパス系統を採用したプラントでは、高圧蒸気タービンの排気温度が上昇することが問題となる。この問題を回避するために、高圧蒸気タービンに導入される主蒸気の流量と中圧蒸気タービンに導入される再熱蒸気の流量との比が２：１となるように蒸気タービンを制御する２：１流量制御と呼ばれるタービン制御法が採用されてきた。
【０００５】
一方、昨今のコンバインドサイクル発電プラントでは、蒸気タービンの大型化に伴い、コールド起動を行う際に蒸気タービンを初負荷状態に保持しながら蒸気タービンの熱応力を緩和するヒートソーク運転を行う必要が生じている。しかしながら、２：１流量制御を行いながらこのヒートソーク運転を行うと、初負荷状態の保持に必要な蒸気量が不足するという問題が生じる。理由は、２：１流量制御は多量の再熱蒸気を復水器に棄てるという側面を有するからである。
【０００６】
そこで、本発明の実施形態は、ガスタービンと蒸気タービンとを備える発電プラントにおいて蒸気を効率的に使用することが可能なプラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラントを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一の実施形態によれば、プラント制御装置は発電プラントを制御し、前記プラントは、ガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記主蒸気の一部である第１蒸気により駆動される第１蒸気タービンと、前記第１蒸気タービンに前記第１蒸気を供給する第１弁と、前記主蒸気の別の一部であり、前記第１蒸気タービンをバイパスする第１バイパス蒸気を調節する第１バイパス弁とを備える。前記プラントはさらに、前記排熱回収ボイラに設けられ、前記第１蒸気タービンから排出された前記第１蒸気と前記第１蒸気タービンをバイパスした前記第１バイパス蒸気とを前記排ガスの熱を用いて加熱して再熱蒸気を生成する再熱器と、前記再熱蒸気の一部である第２蒸気により駆動される第２蒸気タービンと、前記第２蒸気タービンに前記第２蒸気を供給する第２弁と、前記再熱蒸気の別の一部であり、前記第２蒸気タービンをバイパスする第２バイパス蒸気を調節する第２バイパス弁と、少なくとも前記主蒸気および前記再熱蒸気の物理量を測定する測定部とを備える。また、前記装置は、前記第１蒸気の流量と前記第２蒸気の流量との流量比の設定値として可変値を取得する取得部と、前記測定部により測定された前記物理量に基づいて前記第２弁または前記第２バイパス弁を制御することで、前記流量比を前記設定値に調整する制御部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態のプラント制御装置の構成を示す回路図である。
【図３】第１実施形態の発電プラントの動作を説明するための図である。
【図４】第２実施形態のプラント制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】第３実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。
【図６】第４実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。
【図７】比較例の発電プラントの構成を示す模式図である。
【図８】比較例のプラント制御装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１から図８では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の説明中で用いられる種々の物理量に関し、これらの物理量の値を示す具体的な数値は説明を理解しやすくするための一例であり、これらの物理量の値はこれらの数値のみに限定されるものではない。
【００１１】
（比較例）
図７は、比較例の発電プラント１００の構成を示す模式図である。図７の発電プラント１００は、カスケードバイパス系統を採用した別軸型のコンバインドサイクル（Ｃ／Ｃ）発電プラントである。
【００１２】
（１）比較例の発電プラント１００
図７の発電プラント１００は、発電プラント１００の動作を制御するプラント制御装置１０１を備え、さらには、ガスタービン（ＧＴ）１０２と、蒸気タービン（ＳＴ）１０３と、排熱回収ボイラ１０４と、ＭＣＶ弁（加減弁）１０５と、燃料調節弁１０６と、圧縮機１０７と、燃焼器１０８と、蒸発器１０９と、ドラム１１０と、過熱器１１１と、再熱器１１２と、復水器１１３と、循環水ポンプ１１４と、海水１１５の取込部および排出部と、燃料１１６の供給部と、ＧＴ発電機１１７と、ＩＣＶ弁（インターセプト弁）１１８と、高圧タービンバイパス調節弁１１９と、中圧タービンバイパス調節弁１２０と、低温再熱管１２１と、高温再熱管１２２と、逆止弁１２３と、ＳＴ発電機１２４と、発電機遮断器１２５と、高圧タービン排気管１２６と、クロスオーバー管１２７と、系統グリッド１２８とを備えている。
【００１３】
蒸気タービン１０３は、高圧タービン１０３ａと、中圧タービン１０３ｂと、低圧タービン１０３ｃにより構成されている。以下、中圧タービン１０３ｂと低圧タービン１０３ｃとをまとめて「中／低圧タービン１０３ｂｃ」とも表記する。発電プラント１００はさらに、ＭＷトランスデューサＭＷ−Ｔｒと、主蒸気圧力センサＰＳ−１と、再熱蒸気圧力センサＰＳ−２とを備えている。
【００１４】
燃料調節弁１０６は、燃料配管に設けられている。燃料調節弁１０６を開弁すると、燃料配管から燃焼器１０８に燃料１１６が供給される。圧縮機１０７は、その入口から空気を導入し、燃焼器１０８に圧縮空気を供給する。燃焼器１０８は、燃料１１６を圧縮空気中の酸素と共に燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。
【００１５】
図７の発電プラント１００は別軸型のＣ／Ｃ発電プラントであり、ガスタービン１０２とＧＴ発電機１１７が１つの回転軸（ロータ）に固定されており、蒸気タービン１０３とＳＴ発電機１２４が別の回転軸に固定されている。ガスタービン１０２は、燃焼ガスにより回転駆動されることで、前者の回転軸を回転させる。ＧＴ発電機１１７は、この回転軸に接続されており、この回転軸の回転を利用して発電を行う。このように、ＧＴ発電機１１７は、ガスタービン１０２により駆動される。ガスタービン１０２から排出されたガスタービン排ガスＡ１は、排熱回収ボイラ１０４に送られる。排熱回収ボイラ１０４は、後述するように、ガスタービン排ガスＡ１の熱を用いて主蒸気Ａ２を生成する。
【００１６】
蒸発器１０９、ドラム１１０、過熱器１１１、および再熱器１１２は、排熱回収ボイラ１０４内に設けられており、排熱回収ボイラ１０４の一部を構成している。ドラム１１０内の水は、蒸発器１０９に送られ、蒸発器１０９内でガスタービン排ガスＡ１により加熱されることで飽和蒸気となり、飽和蒸気がドラム１１０に溜まる。飽和蒸気は、過熱器１１１に送られ、過熱器１１１内でガスタービン排ガスＡ１により過熱されることで過熱蒸気となる。排熱回収ボイラ１０４により生成された過熱蒸気は、主蒸気Ａ２として蒸気配管に排出される。主蒸気圧力センサＰＳ−１は、蒸気配管に設けられており、主蒸気Ａ２の圧力を測定し、この圧力の測定結果をプラント制御装置１０１に出力する。
【００１７】
蒸気配管は、主配管とバイパス配管とに分岐している。主配管は高圧タービン１０３ａに接続されており、バイパス配管は低温再熱管１２１に接続されている。ＭＣＶ弁１０５は、主配管に設けられている。高圧タービンバイパス調節弁１１９は、バイパス配管に設けられ、低温再熱管１２１に接続されている。
【００１８】
ＭＣＶ弁１０５を開弁すると、主配管からの主蒸気Ａ２（以下「ＭＣＶ流入蒸気Ａ５」と呼ぶ）が高圧タービン１０３ａに供給される。高圧タービン１０３ａは、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５により回転駆動され、そのときＳＴ発電機１２４も、高圧タービン１０３ａにより駆動される。高圧タービン１０３ａの排気口（高圧タービン排気部）から排出された排気蒸気（以下「高圧タービン排気蒸気Ａ３」と呼ぶ）は、高圧タービン排気管１２６と低温再熱管１２１とを介して再熱器１１２に供給される。
【００１９】
一方、高圧タービンバイパス調節弁１１９を開弁すると、バイパス配管からの主蒸気Ａ２（以下「高圧バイパス蒸気Ａ６」と呼ぶ）が高圧タービン１０３ａをバイパスして低温再熱管１２１に送られる。高圧バイパス蒸気Ａ６は、低温再熱管１２１を介して再熱器１１２に供給される。
【００２０】
逆止弁１２３は、図７に示すように低温再熱管１２１に設けられている。逆止弁１２３は、開弁状態において、高圧タービン排気蒸気Ａ３が高圧タービン１０３ａから再熱器１１２に流れるのは許容するが、高圧バイパス蒸気Ａ６が高圧タービンバイパス調節弁１１９から高圧タービン１０３ａに流れるのは遮断する。一方、逆止弁１２３は、閉弁状態においては、前者の蒸気流れも後者の蒸気流れも遮断する。
【００２１】
上述のようにＭＣＶ弁１０５を開弁した場合には、逆止弁１２３も開弁される。これにより、高圧タービン１０３ａから排気された高圧タービン排気蒸気Ａ３は、逆止弁１２３を通過して再熱器１１２に供給される。一方、上述のように高圧タービンバイパス調節弁１１９を開弁した場合には、逆止弁１２３が開弁していても閉弁していても、バイパス配管からの高圧バイパス蒸気Ａ６は、逆止弁１２３で遮断され高圧タービン１０３ａに供給されない。この場合、バイパス配管からの高圧バイパス蒸気Ａ６は、再熱器１１２に供給される。
【００２２】
再熱器１１２の一端（以下「第１端」と呼ぶ）は低温再熱管１２１に接続され、再熱器１１２の他端（以下「第２端」と呼ぶ）は高温再熱管１２２に接続されている。再熱器１１２は、高圧タービン排気蒸気Ａ３および／または高圧バイパス蒸気Ａ６を第１端から取り込み、取り込んだ蒸気を第２端から排出する。
【００２３】
再熱器１１２は、第１端からの蒸気をガスタービン排ガスＡ１の熱を用いて加熱して再熱蒸気Ａ４を生成する。再熱器１１２は、再熱蒸気Ａ４を第２端から高温再熱管１２２に排出する。再熱蒸気圧力センサＰＳ−２は、高温再熱管１２２に設けられており、再熱蒸気Ａ４の圧力を測定し、この圧力の測定結果をプラント制御装置１０１に出力する。高温再熱管１２２は、第１配管と第２配管とに分岐している。第１配管はＩＣＶ弁１１８に接続されており、第２配管は中圧タービンバイパス調節弁１２０に接続されている。
【００２４】
ＩＣＶ弁１１８を開弁すると、第１配管からの再熱蒸気Ａ４（以下「ＩＣＶ流入蒸気Ａ７」と呼ぶ）が中圧タービン１０３ｂに供給される。中圧タービン１０３ｂは、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７により回転駆動されることで、高圧タービン１０３ａと共に上記の回転軸を回転させる。中圧タービン１０３ｂの排気口から排出された排気蒸気（中圧タービン排気蒸気）は、クロスオーバー管１２７から低圧タービン１０３ｃに供給される。低圧タービン１０３ｃは、クロスオーバー管１２７からの蒸気により回転駆動されることで、高圧タービン１０３ａや中圧タービン１０３ｂと共に上記の回転軸を回転させる。その結果、ＳＴ発電機１２４は、高圧タービン１０３ａ、中圧タービン１０３ｂ、および低圧タービン１０３ｃにより駆動される。低圧タービン１０３ｃの排気口から排出された排気蒸気（低圧タービン排気蒸気）は、復水器１１３に送られる。
【００２５】
一方、中圧タービンバイパス調節弁１２０を開弁すると、第２配管からの再熱蒸気Ａ４（以下「中圧バイパス蒸気Ａ８」と呼ぶ）が中／低圧タービン１０３ｂｃをバイパスして復水器１１３に送られる。復水器１１３は、低圧タービン排気蒸気や中圧バイパス蒸気Ａ８を海水１１５により冷却し、これにより、冷却された蒸気が凝縮して復水に戻る。循環水ポンプ１１４は、海水１１５を海から取り込み、復水器１１３に供給する。
【００２６】
ＳＴ発電機１２４は、発電機遮断器１２５やＭＷトランスデューサＭＷ−Ｔｒが設けられた電力送電線に接続されており、この電力送電線を介して系統グリッド１２８に接続されている。ＳＴ発電機１２４が発電した電力は、この電力送電線を介して系統グリッド１２８へと送電される。ＭＷトランスデューサＭＷ−Ｔｒは、ＳＴ発電機１２４の電力（出力）を測定し、この電力の測定結果をプラント制御装置１０１に出力する。
【００２７】
以上のように、図７の発電プラント１００は、高圧タービン１０３ａをバイパスする配管（バイパス配管）や、中／低圧タービン１０３ｂｃをバイパスする配管（第２配管）を備えており、これらの配管に高圧タービンバイパス調節弁１１９や中圧タービンバイパス調節弁１２０を備えている。そして、高圧タービンバイパス調節弁１１９の下流側の配管は、低温再熱管１２１に接続されており、中圧タービンバイパス調節弁１２０の上流側の配管は、高温再熱管１２２から分岐している。このような系統構成はカスケードバイパス系統と呼ばれ、昨今のＣ／Ｃ発電プラントでは主流と言い得るものとなっている。
【００２８】
プラント制御装置１０１は、発電プラント１００の種々の動作を制御し、例えば、ＭＣＶ弁１０５、ＩＣＶ弁１１８、高圧タービンバイパス調節弁１１９、および中圧タービンバイパス調節弁１２０の開閉や開度を制御する。
【００２９】
（２）初負荷ヒートソーク
ここで初負荷ヒートソークに関して、簡単に説明する。
【００３０】
図７は、発電プラント１００のコールド起動において行われる蒸気タービン１０３の初負荷ヒートソークを実施しているときの各弁の開閉状態を示している。図７にて、全体が黒で塗りつぶしてある弁は「全閉」の状態にあり、全体が白で抜けている弁は「全開」の状態にあり、半分が黒で塗りつぶしあり、半分が白で抜けている弁は「中間開度」の状態にある。
【００３１】
蒸気タービン１０３の起動時に、高温のＭＣＶ流入蒸気Ａ５に接触するタービン部材表面は高温となり、タービン部材内部は同流入蒸気に触れないので低温が維持される。そのため、蒸気タービン１０３の起動時における熱応力は、熱膨張による歪に起因して発生する。この熱応力は蒸気タービン１０３が冷機状態にあるときに顕著に発生するので、この熱応力を緩和する目的で、蒸気タービンのコールド起動では初負荷ヒートソーク運転が行われる。具体的には、蒸気タービン１０３が定格出力の３〜５％に相当する極低負荷で運転され、この状態が所定の時間だけ保持される。初負荷ヒートソーク保持時間としては、一般的には６０〜１２０分が選ばれる。このように極低負荷であるとＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量は少なくてすむので、蒸気タービン１０３はＭＣＶ流入蒸気Ａ５を少しづつ継続的に受入れる運転となり、熱応力の問題を緩和させることが可能となる。
【００３２】
本比較例では説明の便宜上、定格１００％出力を３００ＭＷとし、初負荷は５％すなわち１５ＭＷ（３００×０．０５）とする。これを電力発生の観点で描写すると、初負荷ヒートソーク運転中には発電機遮断器１２５は閉路され（ＳＴ発電機１２４は並列中）、ＳＴ発電機１２４は１５ＭＷを発生しており、発電機遮断器１２５を介して１５ＭＷが電力グリッド系統１２８に送電されている。
【００３３】
そして、熱応力の緩和という観点からは、ガスタービン１０２の運転にも配慮がなされる。一般に、流入蒸気の温度（この場合は主蒸気Ａ２の温度）が低温であるほど蒸気タービンの熱応力は軽減され緩和されるので、ガスタービン排ガスＡ１は極力低温とすることが望ましい。よって、初負荷ヒートソーク中のガスタービン１０２は、許容できる範囲での最低出力運転が行われる。その結果、排熱回収ボイラ１０４に供給される排ガスＡ１の熱量は少なくなり、ねらい通りに主蒸気Ａ２（ＭＣＶ流入蒸気Ａ５）は低温となるが、同時に主蒸気Ａ２（ＭＣＶ流入蒸気Ａ５）の流量が少量となることが問題となる。このことが、比較例における問題（後述）の背景にある。
【００３４】
（３）２：１流量制御
カスケードバイパス系統の発電プラント１００において極低出力（１５ＭＷ）の初負荷ヒートソークを行うときに、高圧タービン１０３ａの最終段動翼で生じる風損（摩擦熱）の影響を受けて、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度が高温化する傾向がある。初負荷ヒートソークは６０〜１２０分のオーダで実施されるので、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇はこのような長時間継続される可能性がある。もし高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇が長時間継続されて温度上昇が過度に大きくなると、動翼損傷の問題が生じる可能性がある。
【００３５】
この温度上昇の問題を回避するためには、風損を緩和するように高圧タービン排気蒸気Ａ３の流量を多くすればよい。つまり、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量を増すことが効果的である。しかし、単にＭＣＶ流入蒸気Ａ５を増加すると、蒸気タービン１０３は１５ＭＷ以上の出力で運転されて「初負荷ヒートソーク」とはならない。
【００３６】
そこで、初負荷ヒートソーク運転中は、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量増加を図り、これに伴う高圧タービン１０３ａの出力の増加を相殺するように、中／低圧タービン１０３ｂｃの出力を減少させ、蒸気タービン１０３全体の出力が１５ＭＷとなるようにする。具体的には、ＩＣＶ弁１１８の開度を低減してＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量を減らし、中／低圧タービン１０３ｂｃの出力を低下させる。
【００３７】
そして２：１流量制御は、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量を減らす際に、その流量を具体的に規定するものである。具体的には、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５とＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量比を２：１にして、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量を減らす。この２：１という比率は、蒸気タービン製造メーカーの経験値に類する一種のノウハウに属するものである。換言すれば、２：１という比率は、高圧タービン１０３ａの最終段動翼で生じる風損（摩擦熱）を計算し、風損を回避できる流量を計算して得られた比率ではない。理由は、複雑な捻り形状の動翼で発生する摩擦熱や温度上昇は極めて計算が困難（精度ある計算は現実的に不可能）であり、経験値とならざるを得ないという背景がある。
【００３８】
なお、２：１流量制御が必要となる運転領域は、初負荷ヒートソーク時（１５ＭＷ）だけではない。蒸気タービン１０３の出力が１５ＭＷ以下のときや、蒸気タービン１０３の通気（起動）直後に定格回転数に向けて昇速起動しているときには、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５はさらに少量であり、２：１流量制御が必要でとなる。しかし、これらの運転は起動上の通過点であり比較的短時間で終了するのに対し、初負荷ヒートソークは６０〜１２０分の長時間継続されて取扱いが難しい。そのため、本比較例では、初負荷ヒートソーク時を例にして２：１流量制御を説明する。
【００３９】
以下、本比較例のプラント制御装置１０１による２：１流量制御を説明する。
【００４０】
（４）比較例のプラント制御装置１０１
図８は、比較例のプラント制御装置１０１の構成を示す回路図である。
【００４１】
図８は、２：１流量制御回路と、これに密接に関連して初負荷ヒートソーク運転を実現する制御回路とを示している。これらの回路は、プラント制御装置１０１に内蔵される制御回路の一部である。図８は、高圧タービンバイパス調節弁１１９、中圧タービンバイパス調節弁１２０、ＭＣＶ弁１０５、およびＩＣＶ弁１１８という４弁の制御回路を示している。
【００４２】
プラント制御回路１０１は、３つの設定器２００、２１０、２２０と、３つの減算器２０１、２１１、２２１と、３つのＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）コントローラ２０２、２１２、２２２と、関数発生器２２３とを備えている。
【００４３】
（４ａ）高圧タービンバイパス調節弁１１９の圧力制御
前述のとおり、排熱回収ボイラ１０４は、ガスタービン排ガスＡ１の熱を用いて主蒸気Ａ２を生成する。
【００４４】
設定器２００は、主蒸気Ａ２の圧力（以下「主蒸気圧力」と呼ぶ）の設定値（ＳＶ値）として、７．０ＭＰａを保持している。この７．０ＭＰａは、ドラム１１０の内部圧力として適切な値として選定されるものである。
【００４５】
減算器２０１は、プロセス値（ＰＶ値）として、圧力センサＰＳ−１から主蒸気圧力の計測値を取得する。そして、減算器２０１は、プロセス値（ＰＶ値）から主蒸気圧力設定値７．０ＭＰａを減算して偏差Δ１を出力する。
【００４６】
ＰＩＤコントローラ２０２は、減算器２０１から偏差Δ１を取得して、偏差Δ１をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２０２から出力される操作量（ＭＶ値）は、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度指令値Ｂ１である。よって、高圧タービンバイパス調節弁１１９は、主蒸気圧力を７．０ＭＰａに保持する圧力制御を行う。
【００４７】
主蒸気圧力とドラム１１０の内部圧力は（配管圧力損失の差を少し有するが）ほぼ等しいので、高圧タービンバイパス調節弁１１９は、ドラム１１０の内部圧力を７．０ＭＰａに保持する圧力制御を行うとも言える。このような圧力制御を行うことで、高圧タービンバイパス調節弁１１９は、ドラム１１０の圧力を安定させることができる。これにより、ドラム１１０の水位が一定に保たれて、発電プラント１００は安定した運転を継続することができる。
【００４８】
（４ｂ）中圧タービンバイパス調節弁１２０の圧力制御
中圧タービンバイパス弁１２０は、再熱器１１２の内部圧を比較的低圧に維持する圧力制御を行う。この目的は、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇を緩和するためである。本比較例では、説明の便宜上、再熱器１１２の圧力を０．８ＭＰａに維持する例について記載する。
【００４９】
設定器２１０は、再熱蒸気Ａ４の圧力（以下「再熱蒸気圧力」と呼ぶ）の設定値（ＳＶ値）として、０．８ＭＰａを保持している。前述のとおり、この０．８ＭＰａは、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇を抑制するために比較的低圧の値として選定されるものである。
【００５０】
減算器２１１は、プロセス値（ＰＶ値）として、圧力センサＰＳ−２から再熱蒸気圧力の計測値を取得する。そして、減算器２１１は、プロセス値（ＰＶ値）から主蒸気圧力設定値０．８ＭＰａを減算して偏差Δ２を出力する。
【００５１】
ＰＩＤコントローラ２１２は、減算器２１１から偏差Δ２を取得して、偏差Δ２をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２１２から出力される操作量（ＭＶ値）は、中圧タービンバイパス調節弁１２０の開度指令値Ｂ２である。よって、中圧タービンバイパス調節弁１２０は、再熱蒸気圧力を０．８ＭＰａに保持する圧力制御を行う。
【００５２】
再熱蒸気圧力と、再熱器１１２の内部圧力と、高圧タービン排気蒸気Ａ３の３つの圧力は（配管圧力損失の差を少し有するが）ほぼ等しいので、中圧タービンバイパス調節弁１２０は、再熱器１１２と高圧タービン排気蒸気Ａ３を０．８ＭＰａに保持する圧力制御を行うとも言える。このような圧力制御を行うことで、中圧タービンバイパス調節弁１２０は、高圧タービン排気蒸気Ａ３の圧力を０．８ＭＰａの比較的低圧に保ち、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇を抑える。
【００５３】
この圧力制御は、上記のような作用を有すると共に、２：１流量制御と密接な関係を有する。２：１流量制御では、中圧タービン１０３ｂが導入できない余剰の再熱蒸気Ａ４が発生するが、この圧力制御は、この余剰蒸気を復水器１１３に棄てるという役割を担っている。
【００５４】
（４ｃ）ＭＣＶ弁１０５の初負荷制御
ＭＣＶ弁１０５は、主蒸気Ａ２が８．０ＭＰａに保持され、ＳＴ発電機１２４が並列中で、蒸気タービン１０３が系統グリッド１２８と同期回転している状態で、次のような初負荷制御を実施する。
【００５５】
設定器２２０は、ＳＴ発電機１２４が発生する電力の設定値（ＳＶ値）として、１５ＭＷを保持している。前述のとおり、この１５ＭＷは、本比較例における「初負荷」として選定されるものである。
【００５６】
減算器２２１は、プロセス値（ＰＶ値）として、ＭＷトランスデューサＭＷ−Ｔｒが計測するＳＴ発電機１２４の電力（以下「発電機ＭＷ」と呼ぶ）を取得する。そして、減算器２２１は、発電機電力設定値１５ＭＷからプロセス値（ＰＶ値）を減算して偏差Δ３を出力する。
【００５７】
初負荷制御のＰＩＤコントローラ２２２は、減算器２２１から偏差Δ３を取得して、偏差Δ３をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２２２から出力される操作量（ＭＶ値）は、ＭＣＶ弁１０５の開度指令値Ｂ３〔％〕である。
【００５８】
なお、ＭＣＶ弁１０５の実際の弁開度〔％〕は、速やかに開度指令値Ｂ３〔％〕に追従して開度指令値Ｂ３〔％〕と同じになる。よって、本比較例が係わる技術領域では、開度指令値Ｂ３とは、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３と読み替えることが可能である。以下、文脈に応じて開度指令値Ｂ３と開度Ｂ３の表記を併用する。同様に、後述するＩＣＶ弁１１８に関しても、文脈に応じて開度指令値Ｂ４と開度Ｂ４の表記を併用する。
【００５９】
以下、ＰＩＤコントローラ２２２がＭＣＶ弁１０５の開度指令値Ｂ３〔％〕を出力する際のＭＣＶ弁１０５の動作を説明する。計測された発電機ＭＷが１５ＭＷより小さいときは、Δ３の極性はプラスとなり、操作量（ＭＶ値）が増加する。その結果、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３は大きくなり、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５が増加して、高圧タービン１０３ａの出力が増加する。逆に発電機ＭＷが１５ＭＷより大きいときは、Δ３の極性はマイナスとなり、操作量（ＭＶ値）が減少する。その結果、開度Ｂ３は小さくなり、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５が減少して、高圧タービン１０３ａの出力が減少する。
【００６０】
このようにして、ＭＣＶ弁１０５は、発電機ＭＷを１５ＭＷにする過不足のないＭＣＶ流入蒸気Ａ５が流入する開度Ｂ３に調整される。初負荷ヒートソーク運転は、この１５ＭＷ運転を所定のヒートソーク時間（６０〜１２０分）継続する。ヒートソーク時間の選定や管理は、ミスマッチチャートと呼ばれるプラント制御装置１０１に内蔵される制御回路が行う。
【００６１】
（４ｄ）ＩＣＶ弁１１８の２：１流量制御
２：１流量制御は、ＩＣＶ弁１１８の開度を減じて、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量をＭＣＶ流入蒸気Ａ５の半分にすることが目的である。しかし、ＭＣＶ弁１０５の開度「Ｂ３」の半分である「Ｂ３÷２」を計算し、開度「Ｂ３÷２」でＩＣＶ弁１１８を開弁すれば、２：１流量制御が実現するわけではない。つまり、単純にＩＣＶ弁１１８の開度をＭＣＶ弁１０５の開度の半分にしても、ＩＣＶ弁１１８を通過する蒸気流量はＭＣＶ弁１０５を通過する蒸気流量の半分にはならない。理由は、ＭＣＶ弁１０５とＩＣＶ弁１１８は、弁サイズや流量係数（Ｃｖ値）や弁特性カーブが互いに異なるからであり、加えて、各弁の弁体の前後差圧が考慮されていないからである。各弁の通過蒸気量は、弁体の前後差圧に依存する。そこで、本比較例のプラント制御装置１０１は、２：１圧力制御を行うために関数発生器２２３を備えている。
【００６２】
関数発生器２２３は、初負荷制御のＰＩＤコントローラ２２２からＭＣＶ弁１０５の開度指令値Ｂ３を取得し、内蔵する関数Ｆ（ｘ）により出力ｙを算出する。関数発生器２２３に入力される入力ｘは、ＭＣＶ弁１０５の開度指令値Ｂ３であり、関数発生器２２３から出力される出力ｙは、ＩＣＶ弁１１８の開度指令値Ｂ４である。上述のように、ＩＣＶ弁１１８に関しては、文脈に応じて開度指令値Ｂ４と開度Ｂ４の表記を併用する。
【００６３】
関数Ｆ（ｘ）は、ＭＣＶ弁１０５が開度Ｂ３が入力されると、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量の半分の流量になるＩＣＶ流入蒸気Ａ７が通過するＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ４を出力する。この関数Ｆ（ｘ）は、蒸気タービン１０３内の段落の圧力降下ヒートバランスを利用して次のようにして求める。
【００６４】
例えば、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３が１０〔％〕のときのＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量を求めるには、ＭＣＶ弁１０５の一次圧力、高圧タービン排気圧力、ＭＣＶ弁１０５のＣｖ値、主蒸気Ａ２の温度などが必要となる。しかし、ＭＣＶ弁１０５の一次圧力（７．０ＭＰａ）や、高圧タービン排気圧力（０．８ＭＰａ）や、ＭＣＶ弁１０５のＣｖ値は決定または把握されているし、主蒸気Ａ２の温度も想定できることから、これらの値を高圧タービン内の段落の圧力降下計算（収束計算を含む）に用いれば、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量を求めることができる。このＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量の半分を計算し、計算された流量をＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量として決定する。
【００６５】
次に、このＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量が通過する際のＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ４’（＝ｙ’）の算出に取り掛かる。この場合、ＩＣＶ弁１１８の一次圧力（０．８ＭＰａ）や、ＩＣＶ弁１１８のＣｖ値は決定または把握されているし、低圧タービン排気圧力（復水器１１３内の圧力と同様にほぼ真空圧力）と再熱蒸気Ａ４の温度も想定できることから、これら値を中／低圧タービン内の段落の圧力降下計算（収束計算を含む）に用いれば、ｙ’を求めることができる。
【００６６】
このようにして、関数Ｆ（ｘ）のひとつの座標（１０、ｙ’）が決定される。このような手順を、ｘ（＝Ｂ３）が０〔％〕から１００〔％〕の範囲内で何個かの開度の値を選択して繰り返すことで、関数Ｆ（ｘ）の複数の座標が決定される。これら決定済の座標間の未決定の座標は、内挿で近似することが可能である。これにより、関数Ｆ（ｘ）の全体が設定カーブとして決定される。
【００６７】
以上の説明から分かるように、比較例における２：１流量制御の関数Ｆ（ｘ）を決定するためには、煩雑で労力を要する作業が必要となる。本比較例では、このようなＦ（ｘ）を用意して、プラント制御装置１０１に内蔵する必要がある。
【００６８】
以下、これを具体的に説明する。ＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ４は、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３に連動する。よって、前述の初負荷制御において、発電機ＭＷが１５ＭＷより小さくＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３が増すときには、ＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ４も増して中／低圧タービン１０３ｂｃの出力も増加する。すなわち、ＭＣＶ弁１０５とＩＣＶ弁１１８が連動するという効果により、発電機ＭＷが１５ＭＷ以下のときは、蒸気タービン１０３全体が出力増に向けて適切に応答する。逆に発電機ＭＷが１５ＭＷ以上のときは、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３が減じて、ＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ４も減じて、蒸気タービン１０３全体が出力減となる。
【００６９】
そして、上述のように、これらの場合にもＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量はＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量の半分に調整される。このように、２：１流量制御は、ＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ４を制限する制御である。ＩＣＶ弁１１８の開度を減じる結果、中圧タービン１０３ｂに流入できない余剰の再熱蒸気Ａ４が発生するが、これは再熱蒸気Ａ４の圧力を０．８ＭＰａ以上に昇圧させる。その結果、前述の中圧タービンバイパス弁１２０の圧力制御が働いて、再熱蒸気Ａ４が中圧バイパス蒸気Ａ８として復水器１１３に排出される。
【００７０】
この中圧バイパス蒸気Ａ８は、中／低圧タービン１０３ｂｃの回転駆動に貢献することなく復水器１１３に棄てられる。よって、ねらい通りに極低出力の１５ＭＷ運転下でも高圧タービン１０３ａは比較的高出力を維持できる。これは、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５を比較的高流量にすることを意味するので、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇が緩和されることとなる。
【００７１】
（５）比較例の問題
初負荷ヒートソーク中のガスタービン１０２は排ガスＡ１を極力低温とするため、許容できる範囲での最低出力運転が行われ、主蒸気Ａ２の発生流量は少ない。この運転状況下では、発電機ＭＷが１５ＭＷ未満となり、初負荷制御が１５ＭＷを保持しようとしてＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３を増加させると、高圧タービンバイパス調節弁１１９が全閉（または５％以下の極端な微開）となる問題がある。
【００７２】
具体的にいうと、開度Ｂ３を増すとＭＣＶ流入蒸気Ａ５も増加する結果、高圧タービンバイパス調節弁１１９の圧力制御は、主蒸気気圧力を７．０ＭＰａに保持しようとして高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度を減じていく。しかし、主蒸気Ａ２の発生流量は少ないので、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度は極端な微開になり、弁差圧によるエロージョン（侵食）が生じる。最悪の場合は、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度は全閉となり、ドラム１１０の圧力制御機能は喪失する。
【００７３】
この異常な状態では、発電プラント１００の安定運転はできない。原因は、主蒸気Ａ２の発生流量が少なく排熱回収ボイラ１０４からの熱量が不足していることにあるが、一方で２：１流量制御は相当量の中圧バイパス蒸気Ａ８（熱量）を復水器１１３に棄てる運転法である。よって、中／低圧タービン１０３ｂｃの駆動力には余裕が少なく、このことが熱量不足を助長する。
【００７４】
ここで、２：１流量制御ではなく、１：１流量制御（ＩＣＶ流入蒸気Ａ７とＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量が等量）の場合を想定する。この場合、中／低圧タービン１０３ｂｃは多量のＩＣＶ流入蒸気Ａ７により駆動されるので充分な余裕を保持し、たとえ主蒸気Ａ２の熱量が不足気味でも無理なく１５ＭＷ出力を維持できる。従って、１：１流量制御では、高圧タービンバイパス調節弁１１９が微開や全閉になる問題は生じない。しかし、１：１流量制御では、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇の問題が生じてしまう。
【００７５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の発電プラント１００ａの構成を示す模式図である。
【００７６】
図１の発電プラント１００ａは、発電プラント１００ａの動作を制御するプラント制御装置１０１ａを備えている。図１の発電プラント１００ａはさらに、図７の発電プラント１００の構成要素に加えて、主蒸気流量センサＦＳ−１と、高圧バイパス蒸気流量センサＦＳ−２と、中圧バイパス蒸気流量センサＦＳ−３とを備えている。
【００７７】
主蒸気流量センサＦＳ−１は、主蒸気Ａ２が流れる蒸気配管に設けられており、主蒸気Ａ２の流量を測定し、この流量の測定結果をプラント制御装置１０１ａに出力する。
【００７８】
高圧バイパス蒸気流量センサＦＳ−２は、高圧バイパス蒸気Ａ６が流れる配管（バイパス配管）に設けられており、高圧バイパス蒸気Ａ６の流量を測定し、この流量の測定結果をプラント制御装置１０１ａに出力する。
【００７９】
中圧バイパス蒸気流量センサＦＳ−３は、中圧バイパス蒸気Ａ８が流れる配管（第２配管）に設けられており、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量を測定し、この流量の測定結果をプラント制御装置１０１ａに出力する。
【００８０】
以下、主蒸気流量センサＦＳ−１、高圧バイパス蒸気流量センサＦＳ−２、および中圧バイパス蒸気流量センサＦＳ−３は、単に「流量センサＦＳ−１、ＦＳ−２、ＦＳ−３」とも表記する。同様に、主蒸気圧力センサＰＳ−１、および再熱蒸気圧力センサＰＳ−２は、単に「圧力センサＰＳ−１、ＰＳ−２」とも表記する。これらのセンサは、測定部の例である。
【００８１】
（１）Ｎ：１流量制御
本実施形態では、２：１流量制御と１：１流量制御との間の制御に該当するＮ：１流量制御（１≦Ｎ≦２）を採用する。これにより、本実施形態では、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇を回避し、かつ高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度を許容される開度以上に維持するというトレードオフを図る。これが、本実施形態の第１の特徴である。
【００８２】
例えばＮを１．５にすれば、それは１．５：１流量制御である。この制御は、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５とＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量比が１．５：１となるように、つまりＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量がＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量の２／３となるように、ＩＣＶ弁１１８の開度を減じる制御である。
【００８３】
このような１．５：１流量制御を行う制御回路を提供しようとする場合、比較例の関数発生器２２３に内蔵する関数Ｆ（ｘ）を１．５：１流量制御用に設定するアプローチが考えられる。具体的には、２：１流量制御の関数Ｆ（ｘ）を求める手順において、「ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量の半分を計算し、計算された流量をＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量として決定する」という箇所を、「ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量の２／３を計算し、計算された流量をＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量として決定する」と読み替えれば、１．５：１流量制御の関数Ｆ（ｘ）が求まる。
【００８４】
このＮの値を選定する際には、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇問題を回避または緩和しつつ、且つ高圧タービンバイパス調節弁１１９が微開にならない値を選定する必要がある。つまり「高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度」と「高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度」は背反する２要素なので、このトレードオフを図る最適なＮを決定しなければならない。
【００８５】
（２）Ｎを可変値とするＮ：１流量制御
しかしながら、そのようなＮの値をどのように求めればよいのかが問題となる。上述のように、風損の影響を伴う高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度（上昇）については、精度ある評価・計算は事実上不可能である。そのため、比較例の２：１という流量比率は経験値に類する一種のノウハウとなっており、計算により求められたものではない。
【００８６】
以上に鑑みれば、最終的にＮの値を決定するには、実際の発電プラント１００ａの実機試運転等において試行的に最適なＮを求めていくことが現実的であると言える。例えば、上記の関数発生器２２３を用いた次のような試行によりＮを求めていくことになる。
【００８７】
まず、蒸気タービン１０３を実際に初負荷ヒートソーク中の運転状況下に置く。そのとき、暫定的にＮの値として１．８を選定し、関数発生器２２３内にこれを設定する。実機試運転の初負荷ヒートソーク中において、実際に１．８：１流量制御を試行してみたところ、高圧タービンバイパス調節弁１１９が微開になるようであれば、それはＭＣＶ流入蒸気Ａ５が多いということである。この場合、今度はＮの値として１．７を選定し、１．７：１流量制御を試行する。以降、同様の処理を繰り返す。
【００８８】
しかし、比較例のように関数発生器２２３を用いてＮ：１流量制御を行うことで、Ｎの値を最適化するアプローチには次の問題がある。
【００８９】
第１に、関数Ｆ（ｘ）の設定カーブはＮの値に応じて異なるので、煩雑で労力を要するＦ（ｘ）の決定作業がさらに困難となる。もちろん、候補となるＮに応じたＦ（ｘ）は、試運転を開始する前に予めスクリーニングしておくことができる。しかしながら、例えば小数点第２位までの精度でＮの値をカバーするとなると（Ｎ＝１．０１〜１．９９）、９８個の関数Ｆ（ｘ）が必要である。
【００９０】
第２に、試運転を実施する担当者の負担が問題となる。例えば、比較例のプラント制御装置１０１にＮ：１流量制御を適用する場合、Ｎの値に応じて関数Ｆ（ｘ）を変えるためには、プラント制御装置１０１にプログラムされている関数発生器２２３のソフトウェアを変更する必要がある。ただし、幸いにもプラント制御装置１０１には近時、ＤＣＳ（Distibuted Control System）が採用されることが多い。この場合のプラント制御装置１０１は、他の制御を継続しながら（なぜなら発電プラント１００は運転中で制御を止めるわけにはいかない）関数発生器２２３のソフトウェアを変更できるオンラインメンテナンス性を備える。それでも、切迫する試運転の限られた時間内でＦ（ｘ）を幾度も変更するのは、試運転対応の担当者にとって負担が大きい。その場合、ソフトウエアの変更作業における錯誤という保安上の問題も起こり得る。
【００９１】
そこで、本実施形態の第２の特徴は、関数Ｆ（ｘ）を使用しない新しいＮ：１流量制御を提供することにある。その場合、プラント制御装置１０１ａに後述する入力装置２３９を設け、Ｎの値を簡単かつ連続的に可変できるようにして、より省力的にＮの最適値を求めることを可能とする。
【００９２】
ここで、「連続的」という言葉について補足する。Ｎ＝１．０１〜１．９９をカバーする９８個の関数Ｆ（ｘ）について言及したが、これはＮの値を小数点第２位までカバーするものであり、小数点第３位まではカバーしていない。この意味で、これら９８個の関数Ｆ（ｘ）によりカバーされるＮの値は、数学的に厳密には「連続的」ではなく「離散的」である。しかし、１から２までのＮの値をプラント制御装置１０１ａなどの情報処理装置で取り扱う場合、Ｎの値が「Ｎ＝１．１〜１．９」のように小数点第１位までしかカバーされていなければ、一般にＮは連続的とは言われないが、Ｎの値が「Ｎ＝１．０１〜１．９９」のように小数点第２位までカバーされていれば、一般にＮは連続的と言われる。本明細書中では、このような意味で「連続的」という言葉を用いる。Ｎの値が「Ｎ＝１．１〜１．９」の場合にはＮの値は９種類しかないが、Ｎの値が「Ｎ＝１．０１〜１．９９」の場合にはＮの値が９９種類あることから、Ｎの値は、１０種類以上あることが望ましい。
【００９３】
以下、Ｎの可変域を１≦Ｎ≦２とする例を説明するが、本実施形態は、Ｎの値をＮ＞２とするＮ：１流量制御にも適用可能である（例えば３：１流量制御）。しかしながら、Ｎ＞２のＮ：１流量制御では、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量が極端に低減し、中／低圧タービン１０３ｂｃの運転に別の弊害を誘発する可能性がある。もっとも、中／低圧タービン１０３ｂｃの機種モデルや発電プラント１００ａの運転条件によっては、Ｎ＞２のＮ：１流量制御でもこのような弊害を生じさせないことが可能である。よって、本実施形態は、Ｎ＞２のＮ：１流量制御にも適用可能であるが、適用には慎重を要する。
【００９４】
一方、本実施形態は、Ｎの値をＮ＜１とするＮ：１流量制御にも適用可能である（例えば０．５：１流量制御）。しかしながら、Ｎ＜１のＮ：１流量制御では、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量をさらに低減するので、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇を助長することが問題となる。よって、本実施形態をＮ＜１のＮ：１流量制御に適用する場合には、この問題の取り扱いを検討することが望ましい。なお、高圧タービンバイパス調節弁１１９が全閉している運転状態（主蒸気Ａ２の全量がＭＣＶ弁１０５に流入）では、Ｎの値は原理的にＮ＜１とすることはできない。
【００９５】
（３）第１実施形態の発電プラント１００ａ
上述のように、図１の発電プラント１００ａは、発電プラント１００ａの動作を制御するプラント制御装置１０１ａを備えている。プラント制御装置１０１ａは、プラント制御装置１０１の２：１流量制御とは異なるタイプの新しいＮ：１流量制御を行う制御回路を有している。これに伴い、中圧タービンバイパス調節弁１２０の開度指令値が「Ｂ２」から「Ｂ５」に置き換わっており、ＩＣＶ弁１１８の開度指令値が「Ｂ４」から「Ｂ６」に置き換わっている。
【００９６】
図１では、主蒸気Ａ２の流量をＦＡ２と表記し、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量をＦＡ５と表記し、高圧バイパス蒸気Ａ６の流量とＦＡ６と表記する。図１ではさらに、再熱蒸気Ａ４の流量をＦＡ４と表記し、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量をＦＡ７と表記し、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量をＦＡ８と表記する。これら６つの蒸気流量のうち、ＦＡ２、ＦＡ６、ＦＡ８はそれぞれ、流量センサＦＳ−１、ＦＳ−２、ＦＳ−３により計測される。一方、ＦＡ４、ＦＡ５、ＦＡ７は、本実施形態では計測されない。
【００９７】
（４）第１実施形態のプラント制御装置１０１ａ
図２は、第１実施形態のプラント制御装置１０１ａの構成を示す回路図である。
【００９８】
図２は、Ｎ：１流量制御回路と、これに密接に関連する制御回路とを示しており、具体的には、高圧タービンバイパス調節弁１１９、中圧タービンバイパス調節弁１２０、ＭＣＶ弁１０５、およびＩＣＶ弁１１８という４弁の制御回路を示している。高圧タービンバイパス調節弁１１９、中圧タービンバイパス調節弁１２０、ＭＣＶ弁１０５、ＩＣＶ弁１１８はそれぞれ、第１バイパス弁、第２バイパス弁、第１弁、第２弁の例である。また、高圧タービン１０３ａは第１蒸気タービンの例であり、中圧タービン１０３ｂ（さらには低圧タービン１０３ｃ）は第２蒸気タービンの例である。
【００９９】
プラント制御回路１０１ａは、プラント制御回路１０１と同様に、設定器２００、２２０と、減算器２０１、２２１と、ＰＩＤコントローラ２０２、２２２とを備えている。プラント制御回路１０１ａはさらに、減算器２３０と、設定器２３１と、乗算器２３２と、加算器２３３と、除算器２３４と、減算器２３５と、ＰＩＤコントローラ２３６と、演算器２３７と、演算器２３８と、入力装置２３９と、設定器２４０と、減算器２４１と、ＰＩＤコントローラ２４２と、演算器２４３とを備えている。入力装置２３９は、押しボタン２３９ａと、押しボタン２３９ｂと、表示器２３９ｃとを備えている。
【０１００】
（４ａ）高圧タービンバイパス調節弁１１９の圧力制御
この制御は比較例と同様に行われる。すなわち、ＰＩＤコントローラ２０２は、減算器２０１から偏差Δ１を取得して、偏差Δ１をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２０２から出力される操作量は、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度指令値Ｂ１である。よって、高圧タービンバイパス調節弁１１９は、主蒸気圧力を７．０ＭＰａに保持（調整）する圧力制御を行う。プラント制御回路１０１ａが設定器２００から７．０ＭＰａという設定値を取得する機能は、取得部の例であり、ＰＩＤコントローラ２０２は、制御部の例である。
【０１０１】
（４ｂ）ＭＣＶ弁１０５の初負荷制御
この制御は比較例と同様に行われる。すなわち、ＰＩＤコントローラ２２２は、減算器２２１から偏差Δ３を取得して、偏差Δ３をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２２２から出力される操作量は、ＭＣＶ弁１０５の開度指令値Ｂ３である。よって、ＭＣＶ弁１０５は、発電機ＭＷを１５ＭＷに保持（調整）するＭＷ制御を行う。プラント制御回路１０１ａが設定器２２０から１５ＭＷという設定値を取得する機能は、取得部の例であり、ＰＩＤコントローラ２２２は、制御部の例である。
【０１０２】
（４ｃ）中圧タービンバイパス調節弁１２０のＮ：１流量制御
本実施形態では、中圧タービンバイパス調節弁１２０による流量制御によりＮ：１流量制御を実現する。まず、この制御の基本的な考え方を以下に述べる。
【０１０３】
Ｎ：１流量制御は、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５とＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量比をＮ：１とする制御である。従って、Ｎ：１流量制御は次の関係式（１）で表せる。
ＦＡ７＝ＦＡ５÷Ｎ  ・・・（１）
ここに、
ＦＡ７・・・ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量
ＦＡ５・・・ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量
Ｎ・・・・１≦Ｎ≦２を満たす実数
である。
【０１０４】
また、主蒸気Ａ２とそこから分流する蒸気の流量は次の関係式（２）で表せる。
ＦＡ２＝ＦＡ５＋ＦＡ６  ・・・（２）
ここに、
ＦＡ２・・・主蒸気Ａ２の流量
ＦＡ５・・・ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量
ＦＡ６・・・高圧バイパス蒸気Ａ６の流量
である。
【０１０５】
同様に、再熱蒸気Ａ４とそこから分流する蒸気の流量は次の関係式（３）で表せる。
ＦＡ４＝ＦＡ７＋ＦＡ８  ・・・（３）
ここに、
ＦＡ４・・・再熱蒸気Ａ４の流量
ＦＡ７・・・ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量
ＦＡ８・・・中圧バイパス蒸気Ａ８の流量
である。
【０１０６】
再熱蒸気Ａ４は主蒸気Ａ２の流量に等しいので、次の関係式（４）が得られる。
ＦＡ４＝ＦＡ２  ・・・（４）
関係式（１）〜（４）から、実蒸気流量が計測されないＦＡ４、ＦＡ５、ＦＡ７を消去すれば、次の関係式（５）が得られれる。
ＦＡ８＝〔（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｎ  ・・・（５）
ここに、
ＦＡ２・・・主蒸気Ａ２の流量
ＦＡ６・・・高圧バイパス蒸気Ａ６の流量
ＦＡ８・・・中圧バイパス蒸気Ａ８の流量
Ｎ・・・１≦Ｎ≦２を満たす実数
である。
【０１０７】
関係式（５）の右辺に現れるＦＡ２、ＦＡ６はそれぞれ、流量センサのＦＳ−１、ＦＳ−２で計測することが可能である。これは次のことを示唆する。すなわち、中圧タービンバイパス調節弁１２０に流量制御を施して、中圧バイパス蒸気Ａ８を関係式（５）の右辺を満たす流量にすれば、関係式（１）のＮ：１流量制御を実現することができる。
【０１０８】
ここで、関係式（５）は、四則演算のみを使用して成立するシンプルな関係である。この点は、比較例が関数Ｆ（ｘ）を用いていることと大きく異なる点である。この特徴は、入力装置２３９との組合せによる相乗効果と相俟って、Ｎの値を簡単に変更できるというメリットを本実施形態にもたらす。
【０１０９】
本来、高圧／中圧タービンバイパス調節弁１１９／１２０は、圧力制御を行うために設けられている。そのため、これらの弁の名称は「ｘｘｘタービンバイパス圧力調節弁」と表記されることが多い。これに対し、本実施形態では、中圧タービンバイパス調節弁１２０を流量制御に使用し、ＩＣＶ弁１１８を圧力制御に使用する。すなわち、中圧タービンバイパス調節弁１２０とＩＣＶ弁１１８の制御上の機能分担が、本実施形態と比較例では逆になっている。この理由については、後述する第２実施形態において第１および第２実施形態を比較・参照しながら説明する。
【０１１０】
なお、本実施形態でも、通気前のＩＣＶ１１８が閉弁している状態ではＩＣＶ弁１１８による圧力制御は不可能なので、通気前には、中圧タービンバイパス調節弁１２０による圧力制御を行わざるを得ない。一方、通気後には、中圧タービンバイパス調節弁１２０はＮ：１流量制御に使用されることになる。従って、中圧タービンバイパス調節弁１２０の制御回路は、圧力制御からＮ：１流量制御への切替措置が施される。
【０１１１】
以下、プラント制御装置１０１ａに内蔵されるＮ：１流量制御回路について説明する。
【０１１２】
中圧タービンバイパス調節弁１２０によるＮ：１流量制御は、上記の関係式（５）を具体的に実現する様に構成される。ここに関係式（５）を再録する。
ＦＡ８＝〔（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｎ  ・・・（５）
【０１１３】
入力装置２３９は、Ｎ：１流量制御におけるＮの値をユーザが手動操作で選択して入力する装置（設定器）であり、Ｎの値を１≦Ｎ≦２の範囲で設定できる。このように、本実施形態のＮの値は、１≦Ｎ≦２の範囲で変化する可変値である。入力装置２３９の例は、プラント制御装置１０１ａに接続されたセレクタステーション、操作パネル、パーソナルコンピュータ等である。入力装置２３９は、プラント制御装置１０１ａを構成する機器でもよいし、プラント制御装置１０１ａとは別の機器でもよい。
【０１１４】
入力装置２３９は、Ｎの値を増す押しボタン２３９ａと、Ｎの値を減らす押しボタン２３９ｂと、Ｎの値を表示する表示器２３９ｃとを備えている。押しボタン２３９ａ、２３９ｂは、ハードキーでもよいし、マウス操作やタッチ操作により反応するソフトキーでもよい。表示器２３９ｃの例は、電光掲示板や液晶画面である。プラント制御回路１０１ａが入力装置２３９からＮの値を取得する機能は、取得部の例である。
【０１１５】
減算器２３０は、入力装置２３９からＮの値を取得し、Ｎの値から設定器３２１に設定された１．０を減算してＮ−１を出力する。乗算器２３２は、流量センサＦＳ−１が計測するＦＡ２を取得し、ＦＡ２に減算器２３０から取得したＮ−１を乗算して（Ｎ−１）ＦＡ２を出力する。
【０１１６】
流量センサＦＳ−２が計測するＦＡ６は演算器２３７に入力され、演算器２３７はＦＡ６の移動時間平均を算出する。この移動時間平均を算出する理由については、後述する。
【０１１７】
加算器２３３は、演算器２３７から取得したＦＡ６の移動時間平均に、乗算器２３２から取得した（Ｎ−１）ＦＡ２を加算して、（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６を出力する。除算器２３４は、加算器２３３から取得した（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６を、入力装置２３９から取得したＮの値で除算して、〔（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｎを算出し、算出された値を設定値（ＳＶ値）として出力する。
【０１１８】
この設定値は、関係式（５）の右辺と同じである。一方、関係式（５）の左辺はＦＡ８であることから、この設定値はＦＡ８の設定値であることが分かる。よって、ＦＡ８の設定値は下記の関係式（６）として表せる。
ＦＡ８の設定値（ＳＶ値）＝〔（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｎ  ・・・（６）
【０１１９】
流量センサＦＳ−３が計測するＦＡ８は演算器２３８に入力され、演算器２３８はＦＡ８の移動時間平均を算出する。この移動時間平均を算出する理由については、後述する。
【０１２０】
減算器２３５は、除算器２３４からＦＡ８の設定値（ＳＶ値）を取得し、演算器２３８からプロセス値（ＰＶ値）としてＦＡ８の移動時間平均を取得する。プラント制御回路１０１ａが除算器２３４からこの設定値を取得する機能は、取得部の例である。そして、減算器２３５は、設定値からプロセス値を減算して偏差Δ５を出力する。
【０１２１】
中圧タービンバイパス調節弁１２０のＰＩＤコントローラ２３６は、減算器２３５から偏差Δ５を取得して、偏差Δ５をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２３６から出力される操作量（ＭＶ値）は、中圧タービンバイパス調節弁１２０の開度指令値Ｂ５である。よって、中圧タービンバイパス調節弁１２０は、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量ＦＡ８を上記の設定値に保持（調整）するように流量制御を行う。ＰＩＤコントローラ２３６は、制御部の例である。
【０１２２】
このような流量制御によれば、過渡的な応答が収束した後、整定した状態において関係式（５）の流量関係が実現される。そして、上述したとおり関係式（５）を満たせば、関係式（１）すなわち「ＦＡ７＝ＦＡ５÷Ｎ」のＮ：１流量制御を実現することができる。換言すると、中圧タービンバイパス調節弁１２０が中圧バイパス蒸気Ａ８の流量ＦＡ８を設定値に保持すると、関係式（３）すなわち「ＦＡ４＝ＦＡ７＋ＦＡ８」により流量ＦＡ６が所定の値に保持され、これにより関係式（１）すなわち「ＦＡ７＝ＦＡ５÷Ｎ」により流量ＦＡ５も所定の値に保持され、その結果、ＦＡ５とＦＡ７との流量比がＮ：１に保持される。
【０１２３】
ここで、演算器２３７と演算器２３８による移動時間平均についてここに補足する。通常の制御系では、計測されたプロセス値に移動時間平均を施すことは、制御の安定性に貢献する一方、少し過去の計測値を現在の計測値として取扱うということを意味するので高速応答性の観点では不利である。しかし、本実施形態の流量制御の制御系は、高圧タービン排気蒸気の温度上昇の問題を取扱う制御系であり、それは、タービン最終段動翼がもたらす摩擦熱が異常な昇温を生じさせるまでに比較的長時間を要するという特徴を有するものなので、一刻を争う高速応答性は必要ではない。むしろ、この流量制御と後述のＩＣＶ弁１１８の圧力制御は、両者間で相互干渉するという側面を有するので、制御の安定性をより重視することが望ましい。これが、この流量制御に移動時間平均を使用する理由であり、後述の演算器２４３でも同様の理由から移動時間平均を取扱う。
【０１２４】
なお、主蒸気Ａ２の流量ＦＡ２に対しても、同様の理由で移動時間平均を施すことが可能である。しかし、流量ＦＡ２の計測は、本実施形態の４つの弁の上流で行われ、これらの弁の開閉による変動・影響を受け難い。よって、本実施形態では、主蒸気Ａ２の流量ＦＡ２に対し、移動時間平均を施していない。
【０１２５】
以下、式（５）を導出するためにＦＡ４、ＦＡ５、ＦＡ７を消去する手順を付記する。
ＦＡ７＝ＦＡ５÷Ｎ  ・・・（１）
ＦＡ２＝ＦＡ５＋ＦＡ６  ・・・（２）
ＦＡ４＝ＦＡ７＋ＦＡ８  ・・・（３）
ＦＡ４＝ＦＡ２  ・・・（４）
式（４）を式（３）に代入して変形すると、式（３）’が得られる。
ＦＡ７＝ＦＡ２−ＦＡ８  ・・・（３）’
式（３）’を式（１）に代入すると、式（１）’が得られる。
ＦＡ２−ＦＡ８＝ＦＡ５÷Ｎ  ・・・（１）’
式（２）を変形すると、式（２）’が得られる。
ＦＡ５＝ＦＡ２−ＦＡ６  ・・・（２）’
式（２）’を式（１）’に代入すると、式（１）”が得られる。
ＦＡ２−ＦＡ８＝（ＦＡ２−ＦＡ６）÷Ｎ  ・・・（１）”
式（１）”を変形すると、式（５）が得られる。
ＦＡ８＝〔（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｎ  ・・・（５）
【０１２６】
（４ｄ）ＩＣＶ弁１１８の圧力制御
設定器２４０は、再熱蒸気Ａ４の圧力（再熱蒸気圧力）の設定値（ＳＶ値）として、０．８ＭＰａを保持している。前述のとおり、この０．８ＭＰａは、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇を抑制するために比較的低圧の値として選定されるものである。
【０１２７】
圧力センサＰＳ−２が計測する再熱蒸気圧力は演算器２４３に入力され、演算器２４３は再熱蒸気圧力の移動時間平均を算出する。理由は、ＩＣＶ弁１１８自体や中圧タービンバイパス調節弁１２０が変動したとき、再熱蒸気圧力がその影響を受けて、再熱蒸気圧力の信号が過渡的に不安定になるからである。
【０１２８】
減算器２４１は、設定器２４０から設定値（ＳＶ値）を取得し、演算器２４３からプロセス値（ＰＶ値）として再熱蒸気圧力の移動時間平均を取得する。そして、減算器２４１は、設定値からプロセス値を減算して偏差Δ６を出力する。
【０１２９】
ＰＩＤコントローラ２４２は、減算器２４１から偏差Δ６を取得して、偏差Δ６をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２４２から出力される操作量（ＭＶ値）は、ＩＣＶ弁１１８の開度指令値Ｂ６である。よって、ＩＣＶ弁１１８は、再熱蒸気圧力を０．８ＭＰａに保持（調整）する圧力制御を行う。プラント制御回路１０１ａが設定器２４０から０．８ＭＰａという設定値を取得する機能は、取得部の例であり、ＰＩＤコントローラ２４２は、制御部の例である。
【０１３０】
このように、比較例では、中圧タービンバイパス調節弁１２０の圧力制御が高圧タービン排気蒸気Ａ３の圧力を０．８ＭＰａの比較的低圧に保つ働きをしていたのに対し、本実施形態では、ＩＣＶ弁１１８がこの機能を担い、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度上昇を抑える。このように、本実施形態のプラント制御装置１０１ａは、中圧タービンバイパス調節弁１２０が担う流量制御と、ＩＣＶ弁１１８が担う圧力制御とを組み合わせて発電プラント１００ａを制御することが特徴の１つとなっている。本実施形態の中圧タービンバイパス調節弁１２０は、整定状態で関係式（５）を満たすので、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量（ＦＡ７）は整定状態でＦＡ５÷Ｎとなる。
【０１３１】
なお、ＩＣＶ弁１１８の実際の弁開度〔％〕は、速やかに開度指令値Ｂ６〔％〕に追従して開度指令値Ｂ６〔％〕と同じになる。よって、本実施形態が係わる技術領域では、開度指令値Ｂ６とは、ＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ６と読み替えることが可能である。以下、文脈に応じて開度指令値Ｂ６と開度Ｂ６の表記を併用する。
【０１３２】
（５）第１実施形態のＮ：１流量制御の詳細
前述したとおり、最終的にＮの値を決定するには、実際の発電プラント１００ａの実機試運転において試行的に最適なＮを求めていくことが現実的である。以下、本実施形態においてこのアプローチでＮの最適値を求めていく過程を記載する。なお、ここに記載するＮの値は、あくまでも説明を分かりやすくするための例に過ぎず、これに限られるものではない。
【０１３３】
（５ａ）１．８：１流量制御の試行
まず、暫定的にＮ＝１．８と選定する。具体的には、発電プラント１００ａを起動する前に、入力装置２３９を使用してＮ＝１．８とする。これにより、式（６）のＮに１．８が代入され、中圧タービンバイパス調節弁１２０の設定値（ＦＡ８の設定値）は下記のようになり、１．８：１流量制御が実現する。
ＦＡ８の設定値（ＳＶ値）＝〔（１．８−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷１．８
【０１３４】
この時点で、発電プラント１００ａにおいては、主蒸気Ａ２の流量（ＦＡ２）として一定量が発生しており、蒸気タービン１０３は無負荷定格速運転を行っている。
【０１３５】
この状態から発電機遮断器１２５を閉路してＳＴ発電機１２４を並列し、蒸気タービン１０３は初負荷ヒートソーク運転に向かう。このとき発電機ＭＷは１５ＭＷより小さいと計測されるので、ＭＣＶ弁１０５の初負荷制御はＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３を増して、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）も増加する。その結果、主蒸気Ａ２からＡ５と共に分流される高圧バイパス蒸気Ａ６の流量（ＦＡ６）は減少する。
【０１３６】
中圧タービンバイパス調節弁１２０の設定値（ＳＶ）は、式（６）で与えられるので、ＦＡ６が減少すると、この設定値（ＳＶ）も減少する。その結果、中圧タービンバイパス調節弁１２０は開度を減じて、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量（ＦＡ８）は減少する。このように中圧タービンバイパス調節弁１２０の開度を減じる結果、復水器１１３に流入できない余剰の再熱蒸気Ａ４が発生する。これは、中圧バイパス蒸気Ａ８の圧力を０．８ＭＰａ以上に昇圧させ、ＩＣＶ弁１１８の圧力制御が働いてＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ６を増加させ、余剰の再熱蒸気Ａ４はＩＣＶ流入蒸気Ａ７として中／低圧タービン１０３ｂｃに流入して回転駆動（出力増）に貢献する。すなわち、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３が増すと、ＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ６も同様に増して蒸気タービン１０３全体で出力増となり、１５ＭＷを保持するように応答する。
【０１３７】
このようにＭＣＶ１０５とＩＣＶ１１８は、上記のような一連の流れを通じて連動し、ＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ６が最終的に決定される。上述のとおり、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量（ＦＡ７）は、１．８：１流量制御に従って下記のようになる。
ＦＡ７＝ＦＡ５÷１．８
【０１３８】
先程、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３を増して、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）も増加したとき、主蒸気Ａ２からＡ５と共に分流される高圧バイパス蒸気Ａ６の流量（ＦＡ６）は減少すると述べた。これは、ＦＡ５が増加すると主蒸気Ａ２の圧力が７．０ＭＰａ以下に低下して、前述の高圧タービンバイパス調節弁１１９の圧力制御が働いて、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度を減じるからである。
【０１３９】
このとき、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度に注意する必要がある。１．８：１流量制御を試行してみた結果、もし高圧タービンバイパス調節弁１１９が許容できない微開（一般的には５％以下）になるようであれば、それはＭＣＶ流入蒸気Ａ５が多いということである。そこで、次に１．７：１流量制御を試行する。
【０１４０】
（５ｂ）１．７：１流量制御の試行
入力装置２３９を使用してＮを１．８から１．７に変更する。中圧タービンバイパス調節弁１２０の設定値（ＦＡ８の設定値）は、式（６）に１．７を代入することで下記のようになり、１．７：１流量制御が簡単に実現する。
ＦＡ８の設定値（ＳＶ値）＝〔（１．７−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷１．７
【０１４１】
Ｎを１．８から１．７に減少させると、この設定値は減少する（後述の「補足」を参照されたい）。この設定値が減少すると、上述と同じメカニズムにより中圧タービンバイパス調節弁１２０は開度を減じて、復水器１１３に流入できない余剰の再熱蒸気Ａ４が発生する。そのため、ＩＣＶ弁１１８の圧力制御が開度指令値Ｂ６を増加させて、より多くのＩＣＶ流入蒸気Ａ７が中／低圧タービン１０３ｂｃに流入して出力が増加する。
【０１４２】
この結果、発電機ＭＷが１５ＭＷより大きくなり、ＭＣＶ弁１０５の初負荷制御はＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３を減じて、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）も減少する。そのため、主蒸気Ａ２の圧力が７．０ＭＰａ以上に昇圧して、高圧タービンバイパス調節弁１１９の圧力制御が働いて、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度を増加させる。前述の１．８：１流量制御では、高圧タービンバイパス調節弁１１９が許容できない微開（一般的には５％以下）になる問題があったが、１．７：１流量制御ではこのようにして、高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度を増すことができる。
【０１４３】
しかしこのときは、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）が減少するので、高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度に注意する必要がある。そして１．７：１流量制御を試行してみた結果、温度上昇が観測されるようであれば、それは高圧タービン排気蒸気Ａ３の流量（ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量ＦＡ５）が少なすぎるということである。そこで、次にＮ＝１．７５として１．７５：１流量制御を試行する。なお発電プラント１００ａは高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度を確認するために、図示されない複数の温度センサを備える。
【０１４４】
上記説明のなかで、ＩＣＶ弁１１８の圧力制御が開度Ｂ６を増加させると述べたが、その後、ＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３が減じられたとき、それと連動してＩＣＶ弁１１８の開度Ｂ６はすこしひき戻されるように減じられる。
【０１４５】
（５ｃ）１．７５：１流量制御の試行
入力装置２３９を使用してＮを１．７から１．７５に変更する。このとき、ユーザがＮを値を小数点第２位まで正確に読み取れるように、Ｎの値を表示する表示器２３９ｃはディジタル式の表示器としてもよい。本実施形態の入力装置２３９は、ユーザが１から２までの間の連続値の中からＮを値を選択できるように構成されている。入力装置２３９は例えば、ユーザが１．００、１．０１、１．０２、・・・、１．９９、２．００という１０１種類の値の中からＮの値を選択できるように構成されていてもよい。中圧タービンバイパス調節弁１２０の設定値（ＦＡ８の設定値）は、式（６）に１．７５を代入することで下記のようになり、１．７５：１流量制御が実現する。
ＦＡ８の設定値（ＳＶ値）＝〔（１．７５−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷１．７５
【０１４６】
Ｎを１．７から１．７５に増加させると、この設定値は増加する。この設定値が増加すると、中圧タービンバイパス調節弁１２０は開度を増加させる。その結果、ＩＣＶ弁１１８の圧力制御が開度指令値Ｂ６を減少させて、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７が減少して中／低圧タービン１０３ｂｃの出力が低下する。
【０１４７】
この結果、発電機ＭＷが１５ＭＷより小さくなり、上述と同じメカニズムによりＭＣＶ弁１０５の初負荷制御はＭＣＶ弁１０５の開度Ｂ３を増加させ、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）が増加する。
【０１４８】
前述の１．７：１流量制御では、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）が少なすぎて高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度が上昇する問題があったが、１．７５：１流量制御では上述したようにＦＡ５を増やしてこの問題を解消することができる。すなわちこの場合、最適なＮとはＮ＝１．７５である。
【０１４９】
以下、Ｎを１．８から１．７に減少させると、式（６）の設定値（ＳＶ）が減少することを証明する。
【０１５０】
Ｎ＞Ｍのとき、式（６）にＮを代入した＃１ＳＶと式（６）にＭを代入した＃２ＳＶの大小関係を調査する。ただしＦＡ２＞ＦＡ６の大小関係を有する。
＃１ＳＶ＝〔（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｎ  
＃２ＳＶ＝〔（Ｍ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｍ
＃１ＳＶ−＃２ＳＶ
＝〔（Ｎ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｎ−〔（Ｍ−１）ＦＡ２＋ＦＡ６）〕÷Ｍ  
＝（Ｎ−Ｍ）（ＦＡ２−ＦＡ６）÷ＮＭ＞０
すなわち＃１ＳＶ＞＃２ＳＶである。
【０１５１】
よってＮが１．８から１．７に減少すると、式（６）の設定値は減じる。
【０１５２】
（６）第１実施形態の効果
図３は、第１実施形態の発電プラント１００ａの動作を説明するための図である。図３は、１：１流量制御と、Ｎ：１流量制御と、２：１流量制御の各々における、高圧タービン１０３ａの出力と、中／低圧タービン１０３ｂｃの出力とを示している。蒸気タービン１０３の合計出力は１５ＭＷである。
【０１５３】
上述のように、第１実施形態は、Ｎ：１流量制御を導入すると共に、Ｎの値を算術的に取扱えるようにプラント制御装置１０１ａを構成しており、換言すれば、比較例のような関数Ｆ（ｘ）を用いることなく四則演算の範疇でＮの値を取扱えるようにプラント制御装置１０１ａを構成している。また、第１実施形態では、入力装置（設定器）２５７によりＮの値を簡単に且つ連続的に可変にできる。図３は、その効果を可視化するために用意された図である。
【０１５４】
図３は、蒸気タービン１０３の出力を１５ＭＷに維持する条件下で、Ｎ：１流量制御におけるＮを変えたとき、この１５ＭＷを高圧タービン１０３ａと中／低圧タービン１０３ｂｃとの間でどのような割合でシェアするかということを図示している。図３から、高圧タービン１０３ａと中／低圧タービン１０３ｂｃとの出力比という指標が導かれる。高圧タービン１０３ａと中／低圧タービン１０３ｂｃとの出力比を「Ｋ：１−Ｋ」で表す場合に、Ｋを高圧タービン１０３ａの出力比と呼び、１−Ｋを中／低圧タービン１０３ｂｃの出力比と呼ぶことにする。
【０１５５】
Ｎの値が決まると、高圧タービン１０３ａの出力比（Ｋ）もある値に定まる。そして、Ｎの値が大きくなるにつれて高圧タービン１０３ａの出力比は大きくなり、高圧タービン１０３ａの出力比の上限は２：１流量制御のときの出力比である。逆に、Ｎの値が小さくなるにつれて高圧タービン１０３ａの出力比は小さくなり、高圧タービン１０３ａの出力比の下限は１：１流量制御のときの出力比である。本実施形態では、蒸気タービン１０３の出力を１５ＭＷに維持する場合に、Ｎの値を変えることで、高圧タービン１０３ａと中／低圧タービン１０３ｂｃとの出力比を自由に変えることができる。なお、この出力比の具体的な値は、蒸気タービン１０３の機種モデルやタービン運転条件（出力ＭＷや主蒸気Ａ２の圧力および温度等）に依存して決定される。
【０１５６】
この場合、高圧タービン１０３ａの出力比（Ｋ）と、高圧タービン１０３ａを通過するＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）との間にも対応関係がある。簡単に言えば、当該出力比の値が決まると、ＦＡ５もある値に定まる。上述のように、当該出力比はＮの値に応じて決まるので、結局のところ、ＦＡ５はＮの値に応じて決まる。逆に言えば、ＦＡ５をある値に調整したい場合には、Ｎを所定の値に設定することで当該調整を実現できる。前述のとおり、本実施形態のねらいは「高圧タービン排気蒸気Ａ３の温度問題」と「高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度問題」の背反する２問題のトレードオフを図ることにある。これら２問題の発生原因は、いずれもＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）の多寡（大小）に起因している。本実施形態によれば、Ｎの値を負担なく変更しながら、最適なトレードオフを与えるＦＡ５の値を選定することができる。
【０１５７】
以上、最適なＮとしてＮ＝１．７５を選定できる事例を提示した。しかし、「高圧タービン排気蒸気の温度上昇」と「高圧タービンバイパス調節弁の微開」を回避すべくＮを調整するが、どうしても両方の問題を同時に解消することが難しいケースが想定される。そのため、本実施形態の発電プラント１００ａは、このような場合に備えていわゆるコンティンジェンシープラン（避難対策）を採用することが望ましい。それは、ガスタービン１０２の出力を増加させて排ガスＡ１の熱量を増して主蒸気Ａ２の流量を増加させることであり、本対策により高圧タービンバイパス調節弁１１９の開度は増加するので、最適なＮをより容易に選定することが可能となる。ただし、この場合、排ガスＡ１温度は高くなるので蒸気タービン１０３ａの熱応力が大きくなるというプラント起動上のトレードオフを強いられる。
【０１５８】
（７）第１実施形態を適用可能な発電プラント
本実施形態では、カスケードバイパス系統を有し、１台のガスタービン１０２に１台の蒸気タービン１０３を別軸構成で組み合わせる別軸型のコンバインドサイクル発電プラント１００ａについて説明したが、本実施形態は、カスケードバイパス系統を有するその他の方式のコンバインドサイクル発電プラントにも適用可能である。代表的には、多軸型コンバインドサイクル発電プラント（複数台のガスタービンに１台の蒸気タービンを別軸構成で組み合わせる方式）に、本実施形態は適用可能である。
【０１５９】
例えば「３ｏｎ１タイプ」と呼ばれる３台のガスタービンと３台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンとを組合わせる多軸型コンバインドサイクル発電プラントでも、その起動工程においては蒸気タービンの初負荷ヒートソーク運転が行われる。しかし、このときは１台のガスタービンと１台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンだけを組合わせた運転となり、これ以外の２台のガスタービン（と２台の排熱回収ボイラ）は、初負荷ヒートソーク運転にはまったく関与しない。すなわち、初負荷ヒートソーク運転のときには擬似的に別軸型のコンバインドサイクル発電プラントと同じプラント構成となり、本実施形態をそのまま適用することが可能となる。
【０１６０】
ちなみに、ガスタービンが供給する熱量見合いで蒸気タービンの容量（大きさ）を比較すると、第１実施形態の別軸型では１台のガスタービンの熱量に見合う容量の１台の蒸気タービンが用いられるのに対し、３ｏｎ１タイプの多軸型では３台分のガスタービン熱量に見合う大型の蒸気タービンが用いられる。本実施形態に比べて３倍大きいこの蒸気タービンの初負荷ヒートソークを１台のガスタービンで賄おうとするとき、本実施形態で説明した熱量不足の傾向はよりいっそう深刻な問題となり、これに本実施形態を適用することが有効となる。
【０１６１】
また１台のガスタービンと１台の蒸気タービンを同軸構成する一軸型コンバインドサイクル発電プラントにも、本実施形態の適用は可能である。
【０１６２】
一軸型コンバインドサイクル発電プラントにはさらに、ガスタービンと蒸気タービンとを固定して同軸とするリジッド結合タイプと、ガスタービンと蒸気タービンとの間をクラッチで結合して同軸とするクラッチ結合タイプとがある。しかしいずれのタイプにおいても、１台の発電機をガスタービンと蒸気タービンとが共用するので、ＭＷトランスデューサは、両タービンの合計出力で発生される発電機ＭＷを計測する。そのため、ＭＷトランスデューサは、蒸気タービン単独が発生させる電力（ＭＷ）を計測値として得ることができない。
【０１６３】
そこで、本実施形態の発電プラント１００ａを一軸型とする場合には、ＭＣＶ弁１０５の初負荷制御は、ＭＷトランスデューサＭＷ−Ｔｒが計測する発電機ＭＷを使用する代わりに、プラント制御装置１０１ａが計算した蒸気タービン１０３単独の出力を使用して、蒸気タービン１０３単独の出力を１５ＭＷに制御する。この蒸気タービン１０３単独の出力を計算するためには、図１に示す圧力センサや流量センサからの計測信号に加えて、蒸気タービン１０３の運転状態を代表する各種計測対象の圧力、流量、温度を測定するセンサからの計測信号をプラント制御装置１０１ａに入力する。そして、プラント制御装置１０１ａが、これらの計測信号を用いて蒸気タービン１０３単独の出力を計算する。
【０１６４】
以上のように、本実施形態によれば、Ｎを可変値とするＮ：１流量制御を行うことにより、コンバインドサイクル発電プラント１００ａにおいて蒸気を効率的に使用することが可能となる。
【０１６５】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態のプラント制御装置１０１ａ’の構成を示す回路図である。
【０１６６】
（１）第２実施形態のプラント制御装置１０１ａ’
本実施形態の発電プラントは、図１に示す第１実施形態の発電プラント１００ａと同じである。そこで、本実施形態の発電プラントも、符号１００ａを用いて「発電プラント１００ａ」と表記する。
【０１６７】
一方、本実施形態のプラント制御装置１０１ａ’は、図４に示す構成を有している。本実施形態のプラント制御装置１０１ａ’の構成は、高圧タービンバイパス調節弁１１９の圧力制御、中圧タービンバイパス調節弁１２０の圧力制御、およびＭＣＶ弁１０５の初負荷制御に関する構成については、比較例のプラント制御装置１０１と同じである。
【０１６８】
しかしながら、ＩＣＶ弁１１８の制御に関する構成は、本実施形態と比較例とで異なっている。本実施形態のプラント制御装置１０１ａ’は、ＩＣＶ弁１１８の制御用に、減算器２５０と、除算器２５１と、減算器２５２と、ＰＩＤコントローラ２５３と、演算器２５４と、演算器２５５と、減算器２５６と、入力装置２５７とを備えている。入力装置２５７の構成や機能は、上述の入力装置２３９の構成や機能と同じであり、押しボタン２５７ａと、押しボタン２５７ｂと、表示器２５７ｃとを備えている。プラント制御回路１０１ａ’が入力装置２５７からＮの値を取得する機能は、取得部の例である。
【０１６９】
ＩＣＶ弁１１８の制御について、比較例は関数Ｆ（ｘ）を用いた２：１流量制御を採用したが、既に述べたように関数Ｆ（ｘ）は柔軟なＮ：１流量制御を構築しようとする場合の障害となる。そこで、本実施形態は、関数Ｆ（ｘ）の替わりにＰＩＤコントローラ２５３を用いたＮ：１流量制御を採用している。この背景には、第１実施形態においてＰＩＤコントローラ２３６を用いた流量制御が中圧タービンバイパス調節弁１２０に適用可能なのだから、それをＩＣＶ弁１１８に応用すればよいとの考えがある。以下、この考えの詳細を説明する。
【０１７０】
前述の関係式（１）および（２）を再録すれば、以下の通りである。
ＦＡ７＝ＦＡ５÷Ｎ  ・・・（１）
ＦＡ２＝ＦＡ５＋ＦＡ６  ・・・（２）
式（１）および（２）よりＦＡ５を消去すれば、式（７）が得られる。
ＦＡ７＝（ＦＡ２−ＦＡ６）÷Ｎ ・・・（７）
ここに、
ＦＡ７・・・ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量
ＦＡ５・・・ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量
ＦＡ６・・・高圧バイパス蒸気Ａ６の流量
ＦＡ２・・・主蒸気Ａ２の流量
Ｎ・・・・１≦Ｎ≦２を満たす実数
である。
【０１７１】
ＰＩＤコントローラ２５３は、関係式（７）を実現するように構成されている。具体的には、式（７）の右辺のＦＡ２が、流量センサＦＳ−１により計測され、式（７）の右辺のＦＡ６が、流量センサＦＳ−２により計測される。そして、演算器２５４が、上述の演算器２３７と同様にＦＡ６の移動時間平均を算出し、減算器２５０が、ＦＡ２からＦＡ６（移動時間平均）を減算してＦＡ２−ＦＡ６を出力し、除算器２５１が、ＦＡ２−ＦＡ６を入力装置２５７から取得したＮで除算して（ＦＡ２−ＦＡ６）÷Ｎを出力する。式（７）から分かるように、（ＦＡ２−ＦＡ６）÷Ｎは、Ｎ：１流量制御におけるＦＡ７の設定値となるため、ＰＩＤコントローラ２５３は、ＦＡ７のプロセス値（ＰＶ値）がＦＡ７のこの設定値（ＳＶ値）に保持されるようにＰＩＤ制御を行う。
【０１７２】
ＦＡ７のプロセス値は、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の実際の流量に該当するから、関係式（８）により算出できる。
ＦＡ７＝ＦＡ２−ＦＡ８ ・・・（８）
ここに、
ＦＡ７・・・ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量（実際の流量）
ＦＡ２・・・主蒸気Ａ２の流量
ＦＡ８・・・中圧バイパス蒸気Ａ８の流量
である。
【０１７３】
式（８）の右辺のＦＡ２は、上述のように流量センサＦＳ−１により計測され、式（８）の右辺のＦＡ８は、流量センサＦＳ−３により計測される。そして、演算器２５５が、上述の演算器２３８と同様にＦＡ８の移動時間平均を算出し、減算器２５６が、ＦＡ２からＦＡ８（移動時間平均）を減算してＦＡ２−ＦＡ８を出力する。式（８）から分かるように、ＦＡ２−ＦＡ８は、Ｎ：１流量制御におけるＦＡ７のプロセス値となるため、ＰＩＤコントローラ２５３は、ＦＡ７のこのプロセス値がＦＡ７の上記の設定値に保持されるようにＰＩＤ制御を行う。
【０１７４】
具体的には、減算器２５２が、除算器２５１からＦＡ７の設定値を取得し、演算器２５６からプロセス値としてＦＡ７の移動時間平均を取得する。プラント制御回路１０１ａ’が除算器２５１からこの設定値を取得する機能は、取得部の例である。そして、減算器２５２は、設定値からプロセス値を減算して偏差Δ７を出力する。
【０１７５】
ＰＩＤコントローラ２５３は、減算器２５２から偏差Δ７を取得して、偏差Δ７をゼロにするようにＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ２５３から出力される操作量（ＭＶ値）は、中圧タービンバイパス調節弁１２０の開度指令値Ｂ７である（上述のＢ４やＢ６と異なることに注意）。よって、中圧タービンバイパス調節弁１２０は、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量ＦＡ８を上記の設定値に保持（調整）するように流量制御を行う。ＰＩＤコントローラ２５３は、制御部の例である。
【０１７６】
（２）第２実施形態の考察
比較例、第１実施形態、および第２実施形態に関し、中圧タービンバイパス調節弁１２０とＩＣＶ弁１１８が担う圧力制御と流量制御の機能分担を以下に掲載する。
【０１７７】
＜比較例＞
・中圧タービンバイパス調節弁 ・・・ 設定値０．８ＭＰａの圧力制御
・ＩＣＶ弁 ・・・ 関数Ｆ（ｘ）を使用した２：１流量制御
【０１７８】
＜第１実施形態＞
・中圧タービンバイパス調節弁 ・・・ ＰＩＤコントローラによるＮ：１流量制御
・ＩＣＶ弁 ・・・ 設定値０．８ＭＰａの圧力制御
【０１７９】
＜第２実施形態＞
・中圧タービンバイパス調節弁 ・・・ 設定値０．８ＭＰａの圧力制御
・ＩＣＶ弁 ・・・ ＰＩＤコントローラによるＮ：１流量制御
第２実施形態は、比較例と同じ機能分担を有しながら、第１実施形態の要素も取り入れたものと言える。そして第１実施形態と第２実施形態（比較例）においては、圧力制御と流量制御の機能分担が中圧タービンバイパス調節弁１２０とＩＣＶ弁１１８で逆になっている。以下、この機能分担を考察しつつ、両実施形態の優劣を議論する。結論から述べれば、以下の観点を採用すれば第１実施形態は第２実施形態に優る。このことを以下に解説する。
【０１８０】
第２実施形態では、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量（ＦＡ７）をＩＣＶ弁１１８自体が直接制御してＮ：１流量比を実現する。これに対し、第１実施形態では、『再熱蒸気Ａ４がＩＣＶ流入蒸気Ａ７と中圧バイパス蒸気Ａ８とに分流する』という特徴を利用して、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量（ＦＡ８）を制御することで、一方の分流であるＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量（ＦＡ７）を間接的に制御してＮ：１流量制御を実現する。この相違により、第１実施形態と第２実施形態との間で圧力制御と流量制御の機能分担が逆になっている。本考察は、なぜ第１実施形態は間接的で複雑な制御を採用しているのかという疑問に答えるものとなっている。
【０１８１】
この議論の根底には、両弁の弁体サイズが異なり、ＩＣＶ弁１１８は中圧タービンバイパス調節弁１２０より数倍大きな容量を有する弁であるということがある。ＩＣＶ弁１１８は、定格負荷で発生する多量の発生蒸気を全量飲み込むために大きなサイズ（容量）の弁となる。一方、中圧タービンバイパス調節弁１２０は、プラント起動時（と停止時）にのみ作動し、定格負荷運転中は全閉している弁である。従って、中圧タービンバイパス調節弁１２０は発生蒸気量の少ない帯域のみに開弁すればよいので、ＩＣＶ弁１１８より遥かに小さなサイズで済む。
【０１８２】
第１および第２実施形態のように初負荷ヒートソーク中の極低負荷状態でＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量をごく少量にしようとするときには、大きなＩＣＶ弁１１８で通過流量を制御（第２実施形態）するよりも、小さな中圧タービンバイパス調節弁１２０で通過流量を制御（第１実施形態）する方が容易であり、制御性や精度が向上する。一般に、ＰＩＤコントローラ等を用いたフィードバック制御では、ＳＶ値を目標にＰＶ値がこれに追従するが、その応答性には通常オーバーシュートとアンダーシュートを伴う。そして、大きな弁で小さな量を制御するとき、弁は低開度となるので、弁特性上は不利な帯域での動作を強いられ、必然的にオーバーシュートやアンダーシュートは大きくなり、整定時間も長くなる。簡単に言えば制御が難しくなる。逆に小さい弁で大きな量を制御すると、弁の開度は高開度（良好な制御性帯域）となり、制御は安定してより楽になる。これが第１実施形態が第２実施形態に優る理由であり、第１実施形態が間接的で複雑な制御を採用する理由でもある。
【０１８３】
なお、大きな弁で小さな量を制御すると制御が難しいと述べたが、第１実施形態では大きなＩＣＶ弁１１８による圧力制御が行われている。しかし、この圧力制御は、再熱器１１２、低温再熱管１２１、および高温再熱管１２２の容積を合計した大きな容積ボリュームの圧力を対象とする。よって、いわば「大きなＩＣＶ弁１１８で大きな量を制御する」と制御となり、難しい制御とはならない。すなわち、流量制御とは異なり、圧力制御は、ＩＣＶ弁１１８が圧力制御を行っても（第１実施形態）、中圧タービンバイパス調節弁１２０が圧力制御を行っても（第２実施形態）、両者の制御性に差はない。
【０１８４】
また、比較例では、「大きな」ＩＣＶ弁１１８による流量制御（２：１流量制御）が行われるが、オーバーシュートやアンダーシュートは発生しない。この場合、これまでネガティブな存在として述べた関数Ｆ（ｘ）がポジティブな存在に転じる。すなわち、ＩＣＶ弁１１８の開度はＦ（ｘ）によりＭＣＶ弁１０５の開度に追従するので、ＰＩＤ制御のようなオーバーシュートやアンダーシュートは発生しない。もっとも、ＭＣＶ弁１０５自体がオーバーシュートやアンダーシュートした場合はＩＣＶ弁１１８もそうなるが、これは本実施形態とは関係ない。
【０１８５】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の発電プラント１００ｂの構成を示す模式図である。本実施形態の発電プラント１００ｂは、第１実施形態の発電プラント１００ａにおける流量センサの設置箇所を変更したバリエーションに該当する。
【０１８６】
図５の発電プラント１００ｂは、プラント制御装置１０１ｂと流量センサ以外の要素や構成は図１と同じである。流量センサについては、図１と同様に主蒸気Ａ２の流量センサＦＳ−１が設けられている。これに加えて、図５の発電プラント１００ｂは、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量を計測する流量センサ（ＭＣＶ流入蒸気流量センサ）ＦＳ−４と、ＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量を計測する流量センサ（ＩＣＶ流入蒸気流量センサ）ＦＳ−５とを備え、流量センサＦＳ−２、ＦＳ−３は備えていない。流量センサＦＳ−４、ＦＳ−５やその他のセンサ等により計測された計測値は、プラント制御装置１０１ｂに出力される。
【０１８７】
（１）第３実施形態のＮ：１流量制御
第３実施形態は、高圧バイパス蒸気Ａ６の流量（ＦＡ６）の計測に替わりに、流量センサＦＳ−４がＭＣＶ流入蒸気Ａ５の流量（ＦＡ５）を計測する。前述の関係式（２）を以下に再録すれば、
ＦＡ２＝ＦＡ５＋ＦＡ６  ・・・（２）
の関係が成立している。主蒸気Ａ２が分流してＭＣＶ流入蒸気Ａ５と高圧バイパス蒸気Ａ６になるのだから、ＦＡ２とＦＡ５とを計測し、ＦＡ２からＦＡ５を減算すれば、ＦＡ６が算出される。本実施形態のプラント制御装置１０１ｂは、ＦＡ６の算出値を、第１および第２実施形態のＦＡ６の計測値と同様に使用する。
【０１８８】
同様に、第３実施形態は、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量（ＦＡ８）の計測に替わりに、流量センサＦＳ−５がＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量（ＦＡ７）を計測する。再熱蒸気Ａ４が分流してＩＣＶ流入蒸気Ａ７と中圧バイパス蒸気Ａ８になるのだから、ＦＡ２（これはＦＡ４と等しい）とＦＡ５とを計測し、ＦＡ２からＦＡ７を減算すれば、ＦＡ８が算出される。本実施形態のプラント制御装置１０１ｂは、ＦＡ８の算出値を、第１および第２実施形態のＦＡ７の計測値と同様に使用する。
【０１８９】
第３実施形態で設置される流量センサは、第１実施形態で設置される流量センサと異なるが、計測されたＦＡ５とＦＡ７の流量信号をプラント制御装置１０１ｂに入力し、プラント制御装置１０１ｂ内でＦＡ５とＦＡ７からＦＡ６とＦＡ８を算出し、算出されたＦＡ６とＦＡ８をＮ：１流量制御に用いれば、第１実施形態と同じＮ：１流量制御を実現できる。
【０１９０】
（２）第３実施形態の考察
第３実施形態のＮ：１流量制御回路は、その機能上は第１実施形態と同じなので、その作用や効果は第１実施形態と同じである。従って、初負荷ヒートソーク運転の局面に限れば、第３実施形態と第１実施形態とに優劣はない。しかしながら、初負荷ヒートソーク運転を終了した後、発電プラント１００ｂを商用運転が行われる定格負荷（またはその近傍帯域）に出力増加した状態で運転するとき、以下の観点を採用すれば第１実施形態は第３実施形態に優る。このことを以下に解説する。
【０１９１】
まず、定格負荷帯と初負荷ヒートソーク運転でのバイパス調節弁挙動の相違につき整理する。定格負荷帯では、主蒸気Ａ２の全量がＭＣＶ流入蒸気Ａ５となり高圧タービン１０３ａを駆動し、再熱蒸気Ａ４の全量がＩＣＶ流入蒸気Ａ７となり中／低圧タービン１０３ｂｃを駆動し、高圧タービンバイパス調節弁１１９と中圧タービンバイパス調節弁１２０は全閉する。もし定格運転中にこれらバイパス調節弁が開弁して高圧バイパス蒸気Ａ６や中圧バイパス蒸気Ａ８が発生している場合、それらは蒸気タービン１０３の駆動に寄与しないロスであり、プラントの性能や効率の劣化をもたらす。
【０１９２】
次に、流量センサの計測原理に言及する。一般に流量計測では、オリフィスやフローノズルに代表される流体（この場合は蒸気）に「絞り」を与えて、絞りの前後差圧を検出することで流量を計測する。この「絞り」は圧力損失を発生させるので、その損失分だけ蒸気タービン１０３の出力は目減りし、プラントの性能や効率は（些少ながら）劣化する。
【０１９３】
従って、プラントの性能や効率の視点で第１実施形態と第３実施形態とを比較すれば、第１実施形態は第３実施形態に優る。第１実施形態では、高圧バイパス蒸気Ａ６と中圧バイパス蒸気Ａ８の流量を計測するため、定格負荷帯における流量センサによる圧力損失はゼロ（なぜならＦＡ６とＦＡ８はゼロ）である。一方、第３実施形態では、ＭＣＶ流入蒸気Ａ５とＩＣＶ流入蒸気Ａ７の流量を計測するため、流量センサによる圧力損失が生じ、しかもそれらの流量（ＦＡ５とＦＡ７）が最も大きくなる定格負荷帯での圧力損失が最も大きくなる。
【０１９４】
なお、主蒸気Ａ２の流量センサＦＳ−１においても、上記の圧力損失が発生してプラントの性能や効率を毀損する要因となる。しかしながら、主蒸気Ａ２の流量（ＦＡ２）の計測は、Ｎ：１流量制御に使用するのみならず、排熱回収ボイラ１０４の単体性能を確認するために使用するため、これによる圧力損失は一般に容認される。
【０１９５】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の発電プラント１００ｃの構成を示す模式図である。本実施形態の発電プラント１００ｃは、第１実施形態の発電プラント１００ａをより経済的な構成に変更したバリエーションに該当する。
【０１９６】
第１実施形態では、流量センサＦＳ−２、ＦＳ−３を設置して、高圧バイパス蒸気Ａ６の流量（ＦＡ６）と中圧バイパス蒸気Ａ８の流量（ＦＡ６）を計測した。これに対し、第４実施形態はこれら流量センサを省略し、以下に示す関係を利用してＦＡ６とＦＡ６を求めるようにしたものである。発電プラント１００ｃは、発電プラント１００ｃの動作を制御するプラント制御装置１０１ｃを備えている。
【０１９７】
一般に調節弁の弁体を通過する流量Ｑは、流量係数Ｃｖを使用して次のように求まることが知られている。
Ｑ＝Ｃｖ√（ｐ１−ｐ２）
ここに、
Ｑ・・・流量
Ｃｖ・・・流量係数
ｐ１・・・弁一次圧（入口圧）
ｐ２・・・弁二次圧（出口圧）
である。
【０１９８】
流量係数Ｃｖは調節弁設計上の主要諸元であり、一般にタービンバイパス調節弁の製造メーカーより情報提供を受けることが可能である。
【０１９９】
第４実施形態のプラント制御装置１０１ｃは、この関係を利用して、高圧バイパス蒸気Ａ６の流量（ＦＡ６）を次のように算出する。ｐ１は、高圧タービンバイパス調節弁１１９の入口圧であり、若干の圧力損失があるが主蒸気Ａ２の圧力にほぼ等しい。よって、圧力センサＰＳ−１が計測する主蒸気圧力でｐ１は与えられる。ｐ２は、高圧タービンバイパス調節弁１１９の出口圧であり、再熱蒸気Ａ４の圧力にほぼ等しい。よって、圧力センサＰＳ−２が計測する再熱気圧力でｐ２は与えられる。これらｐ１およびｐ２の値と、上記のＱの式とを使用して、プラント制御装置１０１ｃはＦＡ６を算出することができる。
【０２００】
同様に、第４実施形態のプラント制御装置１０１ｃは、上記の関係を利用して、中圧バイパス蒸気Ａ８の流量（ＦＡ８）を次のように算出する。ｐ１は、中圧タービンバイパス調節弁１２０の入口圧であり、再熱蒸気Ａ４の圧力にほぼ等しい。よって、圧力センサＰＳ−２が計測する再熱気圧力でｐ１は与えられる。ｐ２は、中圧タービンバイパス調節弁１２０の出口圧であり、ほぼ復水器１１３内の圧力に等しく、真空圧力として近似できる。これらｐ１およびｐ２の値と、上記のＱの式とを使用して、プラント制御装置１０１ｃはＦＡ８を算出することができる。
【０２０１】
このように算出されたＦＡ６とＦＡ８を、図２のＦＡ６とＦＡ８と読み替えれば第４実施形態が実現する。そのメリットは例えば、流量センサＦＳ−２、ＦＳ−３の設置が必要ないので第１実施形態より経済的である点にある。一方、圧力センサＰＳ−１、ＰＳ−２で得られる圧力は、ｐ１およびｐ２の近似（圧力損失分を無視している）なので、第４実施形態の精度は一般に第１実施形態に劣る。
【０２０２】
なお、第４実施形態では、新たな２つの圧力センサを両タービンバイパス調節弁の入口部と出口部に設置して、正確な圧力計測によりＦＡ６、ＦＡ８を求めることも可能である。しかし、それでは上記の経済的なメリットは失われてしまう。また、新たな２つの圧力センサを設置するのであれば、流量センサＦＳ−２、ＦＳ−３を設置する方が、一般に経済性や計測精度の点で有利である。
【０２０３】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置、方法、およびプラントは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置、方法、およびプラントの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【０２０４】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ：コンバインドサイクル発電プラント、
１０１、１０１ａ、１０１ａ’、１０１ｂ、１０１ｃ：プラント制御装置、
１０２：ガスタービン、１０３：蒸気タービン、１０３ａ：高圧タービン、
１０３ｂ：中圧タービン、１０３ｃ：低圧タービン、１０４：排熱回収ボイラ、
１０５：ＭＣＶ弁（加減弁）、１０６：燃料調節弁、１０７：圧縮機、
１０８：燃焼器、１０９：蒸発器、１１０：ドラム、１１１：過熱器、
１１２：再熱器、１１３：復水器、１１４：循環水ポンプ、１１５：海水、
１１６：燃料、１１７：ＧＴ発電機、１１８：ＩＣＶ弁（インターセプト弁）、
１１９：高圧タービンバイパス調節弁、１２０：中圧タービンバイパス調節弁、
１２１：低温再熱管、１２２：高温再熱管、１２３：逆止弁、
１２４：ＳＴ発電機、１２５：発電機遮断器、１２６：高圧タービン排気管、
１２７：クロスオーバー管、１２８：系統グリッド、
２００：設定器、２０１：減算器、２０２：ＰＩＤコントローラ、
２１０：設定器、２１１：減算器、２１２：ＰＩＤコントローラ、
２２０：設定器、２２１：減算器、２２２：ＰＩＤコントローラ、
２２３：関数発生器、２３０：減算器、２３１：設定器、２３２：乗算器、
２３３：加算器、２３４：除算器、２３５：減算器、２３６：ＰＩＤコントローラ、
２３７：演算器、２３８：演算器、２３９：入力装置、
２３９ａ：押しボタン、２３９ｂ：押しボタン、２３９ｃ：表示器、
２４０：設定器、２４１：減算器、２４２：ＰＩＤコントローラ、２４３：演算器、
２５０：減算器、２５１：除算器、２５２：減算器、２５３：ＰＩＤコントローラ、
２５４：演算器、２５５：演算器、２５６：減算器、２５７：入力装置、
２５７ａ：押しボタン、２５７ｂ：押しボタン、２５７ｃ：表示器、
ＰＳ−１：主蒸気圧力センサ、ＰＳ−２：再熱蒸気圧力センサ、
ＦＳ−１：主蒸気流量センサ、ＦＳ−２：高圧バイパス蒸気流量センサ、
ＦＳ−３：中圧バイパス蒸気流量センサ、ＦＳ−４：ＭＣＶ流入蒸気流量センサ、
ＦＳ−５：ＩＣＶ流入蒸気流量センサ、ＭＷ−Ｔｒ：ＭＷトランスデューサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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