(57)【要約】【課題】要求された時間に起動できる蒸気タービン制御装置を提供する。【解決手段】制御装置１４は、起動時に蒸気タービンの状態量の計測器から計測値を状態量実績値として取得し、データベースから状態量計画値を取得し、取得された状態量計画値および状態量実績値に基づいてその偏差である状態量偏差を算出する状態量取得手段１８と、データベースから操作量計画値を取得し、状態量取得手段から状態量偏差を取得し、状態量偏差と予め計算された変換行列Ａとに基づき、状態量に関連づけられた操作量の補正量を操作補正量として算出し、取得した操作量計画値および算出された操作補正量に基づいて操作端への操作量を決定するプラント操作量決定手段１９と、プラント操作量決定手段１９で算出された操作補正量と、状態量取得手段１８で算出された状態量偏差とに基づき、補正がされた変換行列Ａを算出するマスターカーブ管理手段２０とを有する。【選択図】図１
2014181570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンプラントを起動するための操作端への操作量の変化の計画値である操作量計画値および前記操作量に関連づけられた運転状態についての状態量の計画値である状態量計画値と、予め前記状態量から前記操作量を算出するために用いる変換値とを記憶するデータベースと、
前記起動を開始すると、所定時間毎に前記蒸気タービンの前記状態量の計測器から計測値を状態量実績値として取得し、前記データベースから前記状態量計画値を取得し、取得された前記状態量計画値および前記状態量実績値に基づいてその偏差である状態量偏差を算出する状態量取得手段と、
前記所定時間毎に、前記データベースから前記操作量計画値を取得し、前記状態量取得手段から前記状態量偏差を取得し、前記状態量偏差と前記変換値とに基づき、前記状態量に関連づけられた前記操作量の補正量を操作補正量として算出し、取得した前記操作量計画値および算出された前記操作補正量に基づいて前記操作端への操作量を決定する操作量決定手段と、
前記所定時間毎の前記操作量決定手段で算出された前記操作補正量および前記状態量取得手段で算出された前記状態量偏差に基づき、前記変換値を評価するための誤差が小さくなる補正がされた前記変換値を算出し、前記データベースに記憶するデータベース管理手段と、を有し、
前記操作量決定手段は、前記補正された変換値を、次に起動する際に用いる
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【請求項２】
請求項1に記載の蒸気タービン制御装置において、
前記データベースには、前記変換値として、
少なくとも１つ以上の要素からなる前記状態量偏差のベクトルΔＹの第ｊ番目の要素Δｙ_j（記号_は当該記号の右側に配置された記号が下付添字であることを示す。）に対応する少なくとも１つ以上の要素からなる前記操作補正量のベクトルΔＸの第ｉ番目の要素Δｘ_iの応答の係数
a_ij ＝ Δｘ_i ／ Δｙ_j 
を要素として構成された変換行列Ａが記憶されており、
前記データベース管理手段は、前記操作量決定手段で算出された前記操作補正量のベクトルΔＸと、前記状態量取得手段で算出された前記状態量偏差のベクトルΔＹとに基づき、
ΔＸ~t＝ＡΔＹ~t  
（記号~tは、当該記号左側の行列またはベクトルの転置を表す。）
で示す前記変換行列Ａを算出して前記データベースに記憶する
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の蒸気タービン制御装置において、
前記データベースには、前記変換値として、
少なくとも１つ以上の要素からなる前記状態量偏差のベクトルΔＹの第ｊ番目の要素Δｙ_j（記号_は当該記号の右側に配置された記号が下付添字であることを示す）に対応する少なくとも１つ以上の要素からなる前記操作補正量のベクトルΔＸの第ｉ番目の要素Δｘ_iの応答の係数
a_ij  ＝  Δｘ_i  ／  Δｙ_j 
を要素として構成された変換行列Ａと、少なくとも１つ以上の要素c_iで構成されたオフセットベクトルＣとが記憶されており、
前記データベース管理手段は、前記操作量決定手段で算出された前記操作補正量のベクトルΔＸと、前記状態量取得手段で算出された前記状態量偏差のベクトルΔＹとに基づき、
ΔＸ~t  ＝  ＡΔＹ~t  ＋  Ｃ~t
（記号~tは、当該記号左側の行列またはベクトルの転置を表す。）
で示す前記変換行列Ａおよび前記オフセットベクトルＣを算出して前記データベースに記憶する
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の蒸気タービン制御装置において、
前記データベース管理手段は、
前記操作量決定手段で算出された前記操作補正量のベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で算出された前記状態量偏差のベクトルΔＹの要素Δy_j、の値に基づいて、
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j(a_ijΔy_j)]^2 dt
(記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で示す前記Ｅｒｒの値が最小になるような前記変換行列Ａの各要素a_ijの値を算出して前記データベースに記憶する
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の蒸気タービン制御装置において、
前記データベース管理手段は、
前記操作量決定手段で算出された前記操作補正量のベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で算出された前記状態量偏差のベクトルΔＹの要素Δy_j、の値に基づいて、
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j(a_ijΔy_j)  - c_i]^2 dt
（記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で示す前記Ｅｒｒの値が最小になるような前記変換行列Ａの各要素a_ijおよび前記オフセットベクトルＣの各要素c_iの値を算出して前記データベースに記憶する
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載の蒸気タービン制御装置において、
前記データベース管理手段は、
前記操作量決定手段で算出された前記操作補正量のベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で算出された前記状態量偏差のベクトルΔＹの要素Δy_j、の値に基づいて、
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j((Σ_k(b_ijk * λ^k))Δy_j)]^2 dt
(記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、Σ_kは添え字kに沿ったk=1,2,…Kまでの加算、b_ijkは添字i,j,kをもつスカラー定数、λは蒸気タービンまたは蒸気タービンを備える当該プラントの負荷率、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で示す前記Ｅｒｒの値が最小になるような前記スカラー定数b_ijkの各添字に応じた値を算出して前記データベースに記憶する
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【請求項７】
請求項３に記載の蒸気タービン制御装置において、
前記データベース管理手段は、
前記操作量決定手段で算出された前記操作補正量のベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で算出された前記状態量偏差のベクトルΔＹの要素Δy_j、の値に基づいて、
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j((Σ_k(b_ijk * λ^k))Δy_j) - c_i]^2 dt
(記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、Σ_kは添え字kに沿ったk=1,2,…Kまでの加算、b_ijkは添字i,j,kをもつスカラー定数、λは蒸気タービンまたは蒸気タービンを備える当該プラントの負荷率、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で示す前記Ｅｒｒの値が最小になるような前記スカラー定数b_ijkの各添字に応じた値および前記オフセットベクトルＣの各要素c_iの値を算出して前記データベースに記憶する
ことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンを構成に含む発電プラント（以下、蒸気タービンプラントと呼ぶ。）を起動させる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンプラントの起動は、従来、主として時間軸に沿って予め定められたスケジュールに従って制御されるものが多かった。これに対して、近年では、蒸気タービンプラントには、より短時間での起動や負荷変化が求められるようになっている。これは、今後世界的なエネルギー需要の増加が見込まれる一方で、化石燃料には枯渇や温暖化などの懸念があり、この結果、風力発電や太陽光発電に代表される再生可能エネルギーの系統電力への接続が増加しつつあるためである。これら再生エネルギーによる発電量の変動を吸収して系統電力を安定化する役割が、蒸気タービンを構成要素に含む火力プラントに求められている。また、蒸気ランキンサイクルなどの蒸気タービンを構成に含む再生可能エネルギープラントにおいても、自然エネルギーの熱源量変動に見合う急速なプラント立ち上げや負荷追従運転のために、蒸気タービンの高速な起動や負荷変化が求められている。
【０００３】
蒸気タービン起動時の特性として、蒸気温度の上昇ないし蒸気流量の増加により、蒸気と蒸気タービンロータ間の熱伝達率が上昇し、この結果、蒸気タービンロータの表面温度がロータ内部と比較して急速に上昇し、ロータ半径方向の温度勾配が大きくなり熱応力が増大することがある。過大な熱応力は蒸気タービンロータの寿命を縮めるため、熱応力（以降、「熱応力」とは蒸気タービンロータにかかる熱応力を指すものとする。）が予め決定した制限値内に収まるよう、蒸気タービンを起動制御する必要がある。
【０００４】
また、蒸気タービンの起動時には、蒸気タービンロータ、および蒸気タービンロータを収納するケーシングは、高温の蒸気にさらされることにより加熱され、熱膨張により特にタービン軸方向に伸びる（これを熱伸びと呼ぶ。）。この際に、蒸気タービンロータとケーシングは構造と熱容量が異なるため、蒸気タービンロータの熱伸びとケーシングの熱伸びに差が生じる。これを熱伸び差と呼ぶ。熱伸び差が大きくなると、蒸気タービンロータの回転部とケーシングの静止部が接触し損傷するため、予め決定した制限値内に熱伸び差が収まるよう、蒸気タービンを起動制御する必要がある。
【０００５】
このような熱応力や熱伸び差、あるいはその他プラント運転時の制限条件の指標となる物理量（以下、これらを総称して状態量と記す。）が、制限値内に収まるように制御する方法として、特許文献１―５に示すような様々な方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１では、所定の予測期間の熱応力を予測する予測手段と、予測熱応力を規定値以下に抑えると共に、プラント運転条件の一部を満足させ、かつプラント起動時間が最小となる操作量の最適推移パターンを算出する最適パターン演算手段と、最適推移パターン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最適推移パターンを修正するパターン修正手段と、修正パターンにおける現時刻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て両者の偏差が解消するように操作量を調整してタービン制御装置に与える操作量調整手段を備える例が開示されている。前記操作量調整手段は、プラント状態量の予測値に対する実際のプラント起動時の測定値の偏差について、これが解消するように操作量を調整する役割を果たしている。操作量の調整方法としては、フィードバック制御により、蒸気タービンの昇速率、負荷上昇率を調節したり、あるい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したりする。このようにして、プラントを実際に起動時のボイラ条件が予測時と違うことによる変化や、予測値と実際の値の不確実性の影響を低減し、起動制御精度を向上させることが図られている。
【０００７】
特許文献２では、現在時刻から未来に亘る予測期間の熱応力を予測計算し、予測熱応力を制限値内に抑えながら蒸気タービンを高速起動する制御技術について、具体的な計算手順が開示されている。
【０００８】
特許文献３では、所定の予測期間にわたって熱応力と熱伸び差を予測し、その予測結果に基づいてこれらの値を制限値以内に抑えるように制御する方法が開示されている。
【０００９】
特許文献４では、プロセスの運転目標の設定手段と、該目標の設定手段からの信号を受けて制御量を出力する制御手段と、該制御手段からの信号に基づいて運転された該プロセスの前記運転目標に対応する運転特性を評価する評価手段と、該評価手段によって得られた評価値に基づき、修正ルールの中から運転方策を抽出して前記制御手段の修正量を決定する修正手段と、該修正手段で得られた修正量と前記運転目標との関係を記憶する記憶手段を備える方法が開示されている。
【００１０】
特許文献５では、制御対象が蒸気タービンでなくボイラであるものの、蒸気温度・蒸気圧力・熱応力といった状態量を計測・算出もしくは推定する手段と、起動特性の運転制限条件に対する差および起動前に作成された起動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、これらの差が所定値以上になった場合に起動スケジュールを修正するスケジュール最適化手段を備える方法が開示されている。起動スケジュールの修正方法としては、スケジュール誤差・昇温率・熱応力のそれぞれの余裕値を評価し、各余裕値の組み合わせに応じて、昇温率と昇圧率の操作量を修正する。修正量の計算はファジイ推論によって決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０９−３１７４０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２５７９２５号公報
【特許文献３】特開２００９−２８１２４８号公報
【特許文献４】特開平０３−１６４８０４号公報
【特許文献５】特開平０２−２７２２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
これら従来の方法は、プラントの起動時間短縮に一定の効果が期待できる反面、さらなる課題として、以下の諸点について必ずしも解決方法が明示されてはいない。
【００１３】
特許文献１の方法は、プラント状態量の予測値と測定値の偏差を解消するための前述の操作量調整手段が、現時刻を基準に動作する。このため、プラント起動中においては、状態量の予測値と実測値の差（以下、状態量偏差と呼ぶ）に基づいて操作量が調節される効果がある。しかし、プラントが起動する度に毎回同じ傾向にずれるような場合においては、プラント操作量の調整が毎回起動のたびに同じような経過を繰り返すことになり、制御精度の改善には一定の限界がある。これは特許文献２の方法についても同様である。
【００１４】
特許文献２，３のような方法は、特許文献１の方法もあわせて、いずれも、プラント状態量を予測するために詳細な予測モデルを必要とする。このため、特許文献２に代表的に示されるように、しばしば高度な知識が要求される複雑な計算手順を予め構築することが必要となる。また、同じく特許文献２に示されるように、プラント操作量を調整する過程で、プラント運転上の制約条件を超過しない操作条件を算出するために最適化計算を繰り返す必要があるため、計算量が多くなるおそれがある。
【００１５】
特許文献４の方法は、前述の特許文献１−３のようにプラント状態量を予測するための詳細な予測モデルを必要とせず、代わりに人工知能的手法で代用する代表的な例である。本例では、前述の記憶手段がバックプロパゲーション型の神経回路モデルを有しており、前述の修正手段がファジイ理論にしたがって修正量を決定する。しかし、これら人工知能的手法を実際に適用するためには、手法に関する高度な専門知識と経験が必要となるだけでなく、対象領域（制御の応答を含むプラント全体の現象）に関する知識・経験と、さらにはこれらを一般化して情報処理可能な形式知に変換するノウハウと労力が必要になる。
【００１６】
例えば、本例では、前述の修正ルールに知識ベースが用いられるが、この知識ベースは対象領域の専門家が持つ定性的知見を計算機で処理可能に表現した断片的知識の集合体として構築される必要があり、これには知識処理と対象領域の両面のノウハウと労力が必要である。
【００１７】
プラント挙動を評価するのに用いられる神経回路網モデルについては、事前に多量の教師データを用意して知識を学習させる必要があり、このための専門的知識とノウハウと労力が必要である。また、これら人工知能的手法は、一般に入力に対する出力の因果関係について事前に明示的・静的に特定しないことが多く、機械的な繰り返し処理によって動的に学習させるため、予測と実測の差異を生み出す様々な不確定要因について、どのような要因にたいしてどの程度まで実際に考慮されて計算がなされるか、実際の運転に先立って制御性を事前検討することが困難になりがちである。
【００１８】
特許文献５の方法は、前述の特許文献４と同様に人工知能的手法を用いているが、操作量を修正する際の入力に対する出力の因果関係が、前述したようにスケジュール誤差・昇温率・熱応力のそれぞれの余裕値を入力として、昇温率と昇圧率の操作量を修正する、というように予め静的に定められている点が異なる。しかし、本例も、前述の特許文献１の例で示したのと同様に、プラントが起動する度に毎回同じ傾向にずれるような場合に対して、制御精度の改善に限界がある。理由は、本例の制御は特許文献１と同じようにボイラ起動中に動的に動作するものであること、および、操作量に対する修正量の応答特性が予め定められたファジイ推論部のメンバーシップ関数で決まり、実測データの傾向に応じて修正されるような学習機能がないためである。
【００１９】
これら特許文献４，５に示すように、人工知能的手法は、入力に対する出力の因果関係について事前に明示的・静的に特定しないアプローチを取る場合には、予測と実測の差異を生み出す様々な不確定要因について、どのような要因にたいしてどの程度まで考慮して計算できるか把握が困難になり、反対に因果関係を予め静的に規定するアプローチを取る場合は、プラントが毎回類似の傾向にずれるような状況に対して実測データから学習することが困難になる。
【００２０】
さらに、背景技術に記したような系統電力安定化のための発電プラント高速起動では、要求された時間に、要求された発電量すなわち負荷に到達することが強く求められるが、前述した従来の方法では、要求発電量に到達する時間を確定する方法が開示されていない。
【００２１】
本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、蒸気タービンを有する発電プラントの高速起動において、熱応力や熱伸び差のような制限要因を制限値以内に抑制することで機器の安全性を維持しつつ、要求された時間に要求された負荷に到達可能な蒸気タービン起動制御システムを提供する際に、プラント内部の現象の高度な知識や複雑な計算モデルを必要とせず、プラントの計画時と実際の起動時の偏差を効果的に抑制して、プラントを高速に起動することができる蒸気タービン制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記目的を達成するため、本発明の蒸気タービン制御装置は、蒸気タービンプラントを起動するための操作端への操作量の変化の計画値である操作量計画値（例えば、操作量マスターカーブ２５）および操作量に関連づけられた運転状態についての状態量の計画値である状態量計画値（例えば、状態量マスターカーブ２１）と、予め状態量から操作量を算出するために用いる変換値（例えば、変換行列Ａ）とを記憶するデータベース（例えば、ＭＣＤＢ２２０）と、起動を開始すると、所定時間毎に蒸気タービンの状態量の計測器（例えば、流量計３、主蒸気圧力計１５、主蒸気温度計１６、蒸気タービン熱伸び差計１７）から計測値を状態量実績値（例えば、状態量取得値２２）として取得し、データベースから状態量計画値を取得し、取得された状態量計画値および状態量実績値に基づいてその偏差である状態量偏差（例えば、状態量偏差２３）を算出する状態量取得手段（例えば、状態量取得手段１８）と、所定時間毎にデータベースから操作量計画値（例えば、操作量マスターカーブ２５）を取得し、状態量取得手段から状態量偏差を取得し、状態量偏差と変換値とに基づき、状態量に関連づけられた操作量の補正量を操作補正量（例えば、操作補正量２７ｂ）として算出し、取得した操作量計画値および算出された操作補正量に基づいて操作端への操作量を決定する操作量決定手段（例えば、プラント操作量決定手段１９）と、所定時間毎の操作量決定手段で算出された操作補正量および状態量取得手段で算出された状態量偏差に基づき、変換値を評価するための誤差が小さくなる補正がされた変換値を算出し、データベースに記憶するデータベース管理手段（例えば、マスターカーブ管理手段２０）と、を有し、操作量決定手段は、補正された変換値を、次に起動する際に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、蒸気タービンを有する発電プラントの高速起動において、熱応力や熱伸び差のような制限要因を制限値以内に抑制することで機器の安全性を維持しつつ、要求された時間に要求された負荷に到達可能な蒸気タービン起動制御システムを提供する際に、プラント内部の現象の高度な知識や複雑な計算モデルを必要とせず、プラントの計画時と実際の起動時の偏差を効果的に抑制して、プラントを高速に起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気タービン起動制御システムを示す構成図である。
【図２】操作量マスターカーブと状態量マスターカーブの関係を示す説明図である。
【図３】マスターカーブ管理手段で用いられる変換行列を示す説明図である。
【図４】マスターカーブ管理手段による操作量マスターカーブの補正を示す処理フロー図である。
【図５】操作量マスターカーブの補正例を示す説明図である。
【図６】マスターカーブ管理手段でのマスターカーブＤＢへのアクセス形態を示す構成図である。
【図７】操作量・状態量のマスターカーブに対する偏差が生じる要因の分析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態に係る蒸気タービン起動制御システムを示す構成図である。図１の下段に、起動制御の対象となる蒸気タービン１２を示した。蒸気タービン１２の駆動源である蒸気の発生を目的として、熱媒体１を熱源装置４に投入する。熱媒体１の投入経路には、熱媒体１の流量調節弁２と流量を計測する流量計３が備えられている。熱媒体１は熱源装置４に投入され、熱源装置４は化学的あるいは物理的操作により、熱媒体１に保有される熱量を熱媒体５に移動せしめ、該熱媒体５を蒸気発生の熱源として送出する。熱媒体５は蒸気発生設備６に投入され、その保有熱量は給水７に伝熱管８を介して伝えられる。伝熱管８で発生した主蒸気９は、主蒸気流量加減弁１０で流量を調節される。余剰の蒸気は、主蒸気バイパス弁１１の系統へ流出する。主蒸気流量加減弁１０の下流で、主蒸気は蒸気タービン１２に投入されてタービンを駆動し、発電機１３で電気を発生せしめる。
【００２６】
これらの装置を制御するため、制御装置１４が設置されている。制御装置１４は、状態量取得手段１８、プラント操作量決定手段１９（操作量決定手段）、マスターカーブ管理手段２０（データベース管理手段または管理手段）、関数または演算回路３１，３２、マスターカーブＤＢ（ＭＣＤＢ）２２０（データベース）を含んで構成されている。また、マスターカーブ管理手段２０は、後記する状態量偏差計算器２４および操作補正量計算器２８を有している。なお、ＤＢはデータベースの略である。
【００２７】
状態量取得手段１８は、蒸気タービンシステムの状態を示す計測値、例えば、熱媒体１の流量計３、主蒸気圧力計１５、主蒸気温度計１６、蒸気タービン熱伸び差計１７などで計測された値を、状態量取得値として受信する。ここで、状態取得値とは、実際に計測された値だけでなく、計測された値に基づいて計算された値や、推定された値をも含む。また、計測値は、図中に配線を示した例以外にも、もちろん計測して取り扱い可能であるものを含み、そのような例として、蒸気タービン車室のメタル温度、代表的には内外壁温度差、あるいは熱源装置４がガスタービンの場合においては大気温度や圧力・湿度などがある。
【００２８】
プラント操作量決定手段１９は、状態量取得手段１８から伝送された状態量取得値の信号を受け取る。プラント操作量決定手段１９は、当該プラントの運転制御に必要な各種操作量を計算するための演算回路が、ＰＩＤ制御など公知の制御手法に基づいて実装されており、操作量の演算結果を関数または演算回路３１，３２に出力する。
【００２９】
操作量の演算結果を受け取った関数または演算回路３１は、熱媒体１の流量調節弁２に対する指令信号を生成して出力し、関数または演算回路３２は、主蒸気流量加減弁１０に対する指令信号を生成して出力し、このようにしてプラントの熱媒体１の流量調節弁２と主蒸気流量加減弁１０を動作させる。
【００３０】
本発明の制御装置１４の特徴として、状態量取得手段１８で取得されたプラント起動時の実際の状態量取得値と、この際にプラント操作量決定手段１９で生成された操作量を入力として受け、当該プラント起動用の操作量の経時変化の計画値を補正するするマスターカーブ管理手段２０が備えられている。
【００３１】
ＭＣＤＢ２２０には、マスターカーブ管理手段２０が管理する、状態量マスターカーブ２１（状態量ＭＣ）（図２参照）、操作量マスターカーブ２５（操作量ＭＣ）（図２参照）、変換行列Ａ（図３参照）などが記憶されている。
【００３２】
本実施形態に係る蒸気タービン起動制御システムの制御装置１４は、マスターカーブ管理手段２０を備えることにより、起動時のもとの計画に対する実際の運転の差異に基づいて、プラントの操作量マスターカーブ（例えば、操作量マスターカーブ２５（図２、図５参照））を補正することが可能である。これにより、プラントの起動制御の精度を高めることができる。
【００３３】
なお、制御装置１４に備わる要素として説明した状態量取得手段１８、プラント操作量決定手段１９、マスターカーブ管理手段２０、関数または演算回路３１，３２は、情報の主要な流れを説明するために機能を区別して示したものであって、実装上は、別々の回路基板に分けられている必要はなく、一体のものであってもよい。
【００３４】
本実施形態では以降、マスターカーブ管理手段２０の内容について述べてゆくが、仔細な説明に先立って、本発明の着想点と、これから導かれたアルゴリズムの中核をなす計算モデルについて説明する。
【００３５】
図２は、操作量マスターカーブと状態量マスターカーブの関係を示す説明図である。図２を用いて、本発明の着想点を述べる。図２は、プラント起動時の操作量（図２（ａ）のグラフ）と状態量（図２（ｂ）のグラフ）の経時変化を模式的に表している。図２（ａ）のグラフに示すように、プラントの起動に際しては、一般に、予め時間にそった操作量の変化が、計画または予測されている。本実施形態ではこれを操作量マスターカーブ２５（操作量ＭＣ）と呼ぶ。
【００３６】
これに対して、実際のプラントの起動においては、様々な要因によってプラントの実操作量の推移（操作量取得値２６と呼ぶ。）が計画値とは多少異なるものとなる。この差異を本実施形態では操作量偏差２７ａ、あるいは、操作補正量２７ｂと呼ぶ。この二つの名称は、計画値と実績値の差異が生じる理由によって使い分けるものとし、この差異が、主として制御上の意図によらない、運転条件の変動などに起因する場合は、操作量偏差２７aと呼び、一方で、制御動作に基づいて生じた、能動的な操作量変化を表す場合は、操作補正量２７ｂと呼ぶものとする。操作量の例としては、熱源装置４の負荷率、主蒸気流量加減弁１０の開度などがあるが、これらに限るものではなく、当該プラントに対する任意の操作端の操作量がこれに該当する。
【００３７】
図２（ｂ）のグラフに示すように、プラントの状態量についても同様に、プラントの起動に際して、予め時間にそった推移が予測あるいは計画されていたり、時間にそった制限値の変化が設定されていたりする。このような起動時における状態量の予測値、計画値、設定値などの時間変化を状態量マスターカーブ２１（状態量ＭＣ）、これらに対応するプラント実測値の時間変化を状態量取得値２２、またこれら両者の差を状態量偏差２３と本実施形態では呼ぶ。
【００３８】
状態量の例としては、ロータ熱応力、車室とロータの熱伸び差、車室内外壁温度差があるが、これらに限るものではなく、当該プラントの運転状態を表す任意の計測点の計測値（例えば、蒸気圧力や蒸気温度）や、運転状態の指示値ないし推定値（例えば、プラント機器の負荷率）、あるいはこれらを組み合わせて計算された評価値などが挙げられる。
【００３９】
このような操作量と状態量のマスターカーブと、実起動時のプラントデータとの関係から、発明者らは以下の着想を得た。すなわち、状態量偏差２３が最小になるように操作量を修正して、起動用の操作量マスターカーブ２５を補正できれば、起動時の制御性向上が期待できる。
【００４０】
しかし、これを実現するには、プラント内部の現象の因果関係を、通常の物理現象の数式モデルとは逆方向から演算できる必要がある。本図の例で説明すると、物理側に従った順方向の演算では、操作量マスターカーブ２５に何らかの補正または偏差が加わった操作量取得値２６を入力として、プラント内部の物理現象をモデル化した演算が実行され、その結果、状態量取得値２２に相当する計算出力が得られる。
【００４１】
これに対して、逆方向の演算では、計測された状態量取得値２２に基づいて、そのときの実際の操作量を推定する必要がある。このような問題は一般に逆問題と呼ばれ、とりわけプラントのように多入力多出力かつ、入力と出力の項目数が一致しないことが多い場合は、数学的にも解が一意に求まらず、数値計算で妥当な解を得るには高度な知識と経験が必要になる。
【００４２】
そこで、発明者らは以下の（１）―（４）のように問題をさらに詳細に検討し、この問題に対する解決策を考案した。
【００４３】
（１）逆問題に関する分析
プラントなどの多入力多出力システムは、一般に入力に対する出力の応答の関係を逆にして、出力に対する入力の応答を計算できるように変換することは困難な場合が多い。理由は主として、１）入出力の応答が非線形な領域が多いことと、２）異なるスケールの様々な物理量が混在しているためである。
【００４４】
これに対して、本発明が対象にしようとする操作量偏差２７ａと状態量偏差２３は、ともに、マスターカーブという基準に対する偏差を表しており、ゼロ（０）を中心に正負の方向に変動幅が一定の範囲に限定されている。このため、例えば、最小値−１から最大値＋１の範囲に正規化するなどして異なる変数のスケールを揃えやすい。このような性質を考慮すると、操作量偏差２７ａと状態量偏差２３の関係は線形とみなせる余地がある。
【００４５】
（２）偏差を生じる要因の分析
図７は、操作量・状態量のマスターカーブに対する偏差が生じる要因の分析結果を示す説明図である。操作量や状態量のマスターカーブに対する偏差が生じる要因を分析した結果、図７に示すように、偏差を生じる要因はすべて、加算性または乗算性のいずれか、あるいは両方の特性をもつと推定された。ここで、加算性あるいは乗算性とは、ある要因によって計画値と実績値で偏差が生じた場合に、実績値に基づいて計画値を補正するとすれば、加算か乗算のどちらの補正方法が大略適しているかを表している。
【００４６】
図７の内容を個別に説明する。
・参照番号１：「操作量・状態量の各マスターカーブ作成の基になる特性モデルの誤差」は、プラント起動計画に際して援用される、プラントの操作量入力に対する状態量出力の応答関係の計算モデル（物理式、シミュレーションなど）と、実機プラントとの違いによって生じる差異を表す。これには、１）操作量入力値の変化に対応する、状態量出力値の変化の応答性がずれている場合と、２）操作量入力値の変化によらず、状態量出力値が常に一定方向にずれている場合がある。１）の場合の補正には応答の変化幅に一定の係数を掛けるなどの乗算が適しており、２）の場合の補正は一定値を加えるなどの加算が適している。
【００４７】
・参照番号２：「プラント・機器の個体差」は、製造公差やセンサの調整の違いによって、取得される機器の計測値が常に一定方向にずれるような場合を表す。このようなずれに対しては、加算性の補正が適する。
【００４８】
・参照番号３：「保守・劣化の影響」は、性能の経年低下や、保守による性能回復といった要因による偏差を表している。このような偏差は、運転条件の差異を補正して標準的な運転条件にそろえると、計測値が一定傾向にずれることが大半であるため、加算性の補正が適する。
【００４９】
・参照番号４：「初期暖機状態の差異（一定の傾向が常に再現する場合）」は、起動開始時にプラントがどれだけ温まっていたか、保温や暖機の状態の差異によって起動過程で持続的に一定の幅で生じるような偏差を表している。このような場合は、基準となる初期温度がずれていることが多く、加算性の補正が適する。
【００５０】
・参照番号５：「初期暖機状態の差異（ずれの傾向が毎回異なる場合）」は、同じように起動開始時のプラントの温まり具合が異なるが、このずれが毎回異なるような場合を表す。このような場合、プラント停止後の経過時間や、起動前の保温状態・暖機の程度、といった（広義の）運転条件のばらつきが原因であることが多い。補正方法としては、一定の傾向がないことから加算性の補正は適さず、例えば、暖気時間の標準値からのずれに応じて定数をかけて補正するなど乗算性の補正が適する。
【００５１】
・参照番号６：「大気温度など環境条件の変動（起動する毎に異なる場合）」は、典型的には、蒸気タービン１２を構成要素にもつコンバインドサイクル火力プラントにおけるガスタービンの吸気温度がこれに該当する。ガスタービンの出力や効率は大気温度によって大きく変化する特性があり、この結果コンバインドサイクルプラントの蒸気タービン１２に供給される蒸気の条件が変化する。このような偏差には、大気温度の予め定められた標準値に対する偏差に応じて一定数をかけるなどの乗算性の補正が適している。
【００５２】
・参照番号７：「大気温度など環境条件の変動（起動中の変化が大）」は、参照番号６と同様に、コンバインドサイクルプラントのガスタービンの吸気温度が該当するが、参照番号６の場合と異なるのは、起動過程においても吸気温度が変化し続けることによって動的に生じる偏差を表している。このような偏差に対しては、参照番号６と同様に予め定められた標準温度に対する偏差に応じて定数をかける乗算性の補正が適している。補正をさらに高精度に実施する為には、標準的な気温上昇パターンなどを設定し、これに応じて補正すると有効である。
【００５３】
これら参照番号１−７の分析結果を纏めて整理すると以下のようになる。参照番号１−４の項目は、主として特性モデルの実機との違いによるものが多く、補正方法は加算性のものが適している。参照番号５−７の項目は、主として運転条件の差異に起因する偏差が中心的で、補正方法は乗算性のものが適している。
【００５４】
（３）偏差の要因分析に基づくモデル化方針
前述の（１）の分析結果から、操作量偏差２７ａと状態量偏差２３の関係は、線形とみなす余地があり、さらに（２）の分析結果から、偏差を生じさせる各要因に対する補正方法は、運転条件の変動に対しては乗算、特性モデルと実機の違いに対して加算、といった組み合わせによってある程度まで実現可能と見込まれる。
【００５５】
ただし、多入力多出力の応答系では、入力項目数と出力項目数が必ずしも同一でない場合が大半であり、このような場合には、入力に対する出力の応答について、行列を用いて数学的に計算可能なように表現することができても、応答を表す行列に対して逆行列が存在しないため、応答関係を逆向きに、出力に対する入力の関係に変換することはできない。例えば、特異値分解などの手法により擬似的逆行列を求めることは可能ではあるが、このようにして計算したモデルの精度や安定性を保証するために、専門知識と経験が必要となる。
【００５６】
このような困難さを回避するために、本発明のアルゴリズムでは、プロセスの入出力の応答関係をはじめから逆方向にして、出力に対する入力の関係として表す。すなわち、例えば、入力Ｘに対する出力Ｙの応答の係数は、従来の一般的な方法では単純化して表すとＹ／Ｘで表されるのに対して、本発明の方式では係数をＸ／Ｙというように表す。
【００５７】
このような応答関係の表し方を、操作量偏差２７ａを仮にスカラーΔｘとし、状態量偏差２３をスカラーΔｙとし、両者の関係に適用すると、状態量偏差Δｙに見合う操作量偏差Δｘを求めるための応答の係数（スカラーａとする）は、ａ＝Δｘ／Δｙと表される。この係数ａは、状態量偏差Δｙに乗じられることによって、これに相当する操作量偏差Δｘ（あるいは操作補正量Δｘ）を求めるために用いることができる。この点で、係数ａは前述した運転条件の変動に対応する乗算性の補正に相当する。一方、前述した、特性モデルと実機の違いに対応する加算性の補正については、ある定数（例えば、スカラーｃ）を加算することとして表すことができる。
【００５８】
従って、これら二つの補正を合成して、状態量偏差Δｙに対応する操作補正量Δｘを計算する式を、Δｘ=ａΔｙ＋ｃと近似的に表すことができる。また、この式は、プラントの実際の運転データに基づいて、操作量偏差Δｘと状態量偏差Δｙの関係を特定する係数ａと切片ｃを求めるためにも用いることができる。
【００５９】
（４）計算モデル化
前述（３）の方針を一般化し、状態量偏差２３に対応する操作量偏差２７ａ（あるいは操作補正量２７ｂ）の応答関係を、後記する式（１ａ）、式（１ｂ）に示すように計算モデル化した。式（１ａ）は、状態量偏差Δｙと、操作量偏差（または操作補正量）Δｘについて、これらの項目が複数ある場合に拡張して、それぞれ、状態量偏差ベクトルΔＹ、操作量偏差（または操作補正量）ベクトルΔＸとして表した場合のモデル式を表している。（なお、本発明の説明において、小文字の変数はスカラー、大文字の変数はベクトルを表す）。
【００６０】
状態量偏差２３と操作量偏差２７ａ（あるいは操作補正量２７ｂ）の項目数が複数に拡張されたことに対応して、前述（３）でスカラーａとして示した乗算補正の係数は、行列Ａに拡張されている。これを以降、変換行列と呼ぶ。同様に前述（３）でスカラーｃとして示した加算補正の定数は、ベクトルＣに拡張されている。これを以降は、オフセットベクトルと呼ぶ。変換行列Ａの行と列の要素の並びの関係を図３を用いて説明する。
【００６１】
図３は、マスターカーブ管理手段で用いられる変換行列を示す説明図である。変換行列Ａは、行数が操作補正量２７ｂの要素数で、列数が状態量偏差２３の要素数である。例えば、第ｉ行ｊ列の要素a_ij (ここで記号_は、後続の記号が下付添字であること示す)は、状態量偏差２３の第ｊ番目の要素 Δy_j に対する、操作補正量２７ｂ（操作量偏差２７ａ）の第ｉ番目の要素 Δx_i の応答関係の係数を表し、これらの関係は、
Δx_i = Σ_j ( a_ij Δy_j ) + c_i 
となっている。なお、iは操作補正量２７ｂの項目番号であり、ｊは状態量偏差２３の項目番号である。
【００６２】
ここで、a_ijは、プラント運転の時間経過によらず一定とみなすのが本願発明の特徴である。これは、時間進行の刻み幅Δｔに応じて、操作補正量２７ｂの第ｉ番目の要素 Δx_i、状態量偏差２３の第ｊ番目の要素 Δy_jが変化しても、両者の比a_ijは概ね一定とみなしていること、すなわち、蒸気タービン１２の運転特性に基づいてΔx_iとΔy_jの線形性を仮定していることによる。
【００６３】
本計算モデルにおいて、状態量偏差ベクトルΔＹに含まれる要素は、互いに独立性が高く、依存性が低い変数が組み合わせされていることが望ましい。好適な組み合わせの簡単な例としては、ロータ熱応力、車室とロータの熱伸び差、車室内外壁温度差、あるいはこのうちの前２者だけの組み合わせが考えられる。このように互いに独立な変数を組み合わせる必要があるのは、もし相互依存性の高い変数が組み合わせに含まれていると、行列計算における多重共線性が強くなり、モデル式の計算の精度や安定性が低下するためである。
【００６４】
このように複数の項目を同時に扱えるように拡張することにより、このモデル式ではプラント挙動が計画値とずれる要因となる様々な要因、すなわち前述の図７で列挙した各種要因の影響を織り込んだ上で、プラント状態量の偏差を削減するようなプラント操作量の補正量を計算することができる。
【００６５】
さらに、本計算モデルでは前記（３）で述べたように入出力の応答関係を敢えて逆方向から定義して変換係数として表したことにより、操作量補正ベクトルの要素、すなわちプラントを操作するための変数の組み合わせの選択の自由度が、順方向に応答をモデル化した場合よりも向上する。この結果、より多くの操作量を組み合わせて制御することが可能になり、制御性が向上することが期待できる。
【００６６】
変数組み合わせの自由度が向上する理由は、従来の一般的な入出力の順方向の応答関係を用いて、操作量補正ベクトルΔＸと状態量偏差ベクトルΔＹの関係を計算モデル化すると、
ΔＹ＝ＰΔＸ＋Ｑ
となり（ここで、ΔＸ，ΔＹは、Ｑはいずれも縦ベクトルで、Ｐは応答を表す行列、Ｑはオフセットを表すものとする。）、この行列演算においては右辺で行列と乗算がなされるΔＸの要素には互いに独立性の高い組み合わせが求められ、反対に従属性の高いものが含まれると多重共線性の問題が生じるためである。
【００６７】
本実施形態の計算モデルを次式に示す。
【数１】
2014181570.tif 000003
【００６８】
前記問題に対し、式（１ａ）に示す計算モデルでは、操作量補正ベクトルΔＸは左辺の出力側であり、行列演算の入力側（独立変数である必要がある）にならないため、多重共線性の問題を生じず、変数組み合わせの制約を無くすことができる。
【００６９】
なお、本実施形態の計算モデルの式（１ａ）は、簡略化してオフセットベクトルＣを除き、式（１ｂ）のようにしてもよい。このようにすると、先に図７の参照番号５−７で示したような乗算性の補正、すなわち、運転条件変動に起因するずれの応答性に的を絞って効果的に補正することができる。
【００７０】
蒸気タービン起動制御システムが備えるマスターカーブ管理手段２０（図１参照）において、前述のように導出された計算モデルの式（１ａ）または式（１ｂ）を用いて、実際にどのように操作量マスターカーブを補正するかについて図４を参照して説明する。
【００７１】
図４は、マスターカーブ管理手段による操作量マスターカーブの補正を示す処理フロー図である。図４を参照して、マスターカーブ管理手段２０（図１）の内部で操作量マスターカーブが補正される処理フローについて説明する。
【００７２】
ここで、操作量マスターカーブ（操作量ＭＣ）の補正とは、図５に示すように、予め定められた操作量マスターカーブ２５に対して、実際の運転結果に基づいて、補正した操作量マスターカーブ２５ｍを生成することである。この手順を以下に説明する。
【００７３】
操作量マスターカーブの補正を示す処理には、プラント特性データを取得するステップＳ４０Ａと、操作量マスターカーブを補正するステップＳ４０Ｂに分けられる。ステップＳ４０Ａは、ステップＳ４１〜Ｓ４５から構成され、ステップＳ４０Ｂは、ステップＳ４６〜Ｓ４９から構成される。
【００７４】
マスターカーブ管理手段２０は、制御装置１４の起動の開始信号などで、蒸気タービン１２の起動の開始を検知すると（ステップＳ４１，Ｔｒｕｅ）、ステップＳ４２に進む。マスターカーブ管理手段２０が、蒸気タービン１２の起動の開始を検知できない場合（ステップＳ４１，Ｆａｌｓｅ）、ステップＳ４１に戻る。マスターカーブ管理手段２０は、ＭＣＤＢ２２０から、変換行列ＡおよびオフセットベクトルＣを読み込み（ステップＳ４２）、プラント起動実測データから操作補正量ΔＸと、状態量偏差ΔＹを取得する（ステップＳ４３）。具体的には、プラントを起動した際の操作補正量ΔＸの時間にそった変化と、これに対応する状態量偏差ΔＹの時間にそった変化が取得される。
【００７５】
操作補正量ΔＸのデータは、プラント操作量決定手段１９（図１参照）から受けた情報に基づいて取得される。その手順として、プラント操作量決定手段１９から受け取った情報には、操作量マスターカーブと、これに対する補正量またはプラント運転時の実際の操作量の値（まとめて操作量実績値と呼ぶ。）が含まれており、この操作量マスターカーブと実績値の差が、マスターカーブ管理手段２０の内部に備えられた操作補正量計算器２８（図１参照）で計算されて取得される。
【００７６】
状態量偏差ΔＹのデータは、状態量取得手段１８（図１参照）から受けた情報に基づいて取得される。その手順として、状態量取得手段１８から受け取った情報には、状態量マスターカーブと、これに対するプラント運転時の実際の状態の実測値または計算値または推定値（まとめて状態量実績値と呼ぶ。）が含まれており、この状態量マスターカーブと実績値の差が、マスターカーブ管理手段２０の内部に備えられた状態量偏差計算器２４（図１参照）で計算されて取得される。
【００７７】
なお、操作補正量計算器２８および状態量偏差計算器２４は、マスターカーブ管理手段２０内にあるものとして説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、操作補正量計算器２８は、プラント操作量決定手段１９内にあってもよく、状態量偏差計算器２４は、状態量取得手段１８内にあってもよい。
【００７８】
具体的には、図１を参照して説明すると、制御装置１４のデータベース（ＭＣＤＢ２２０）には、蒸気タービンプラントを起動するための操作端への操作量の変化の計画値である操作量計画値（例えば、操作量マスターカーブ２５）および操作量に関連づけられた運転状態についての状態量の計画値である状態量計画値（例えば、状態量マスターカーブ２１）と、予め状態量から操作量を算出するために用いる変換値（例えば、変換行列Ａ）が記憶されている。
【００７９】
状態量取得手段１８は、起動を開始すると、所定時間毎に蒸気タービン１２の状態量の計測器（例えば、流量計３、主蒸気圧力計１５、主蒸気温度計１６、蒸気タービン熱伸び差計１７）から計測値を状態量実績値（例えば、状態量取得値２２）として取得し、データベースから状態量計画値（例えば、状態量マスターカーブ２１）を取得する。状態量偏差計算器２４が、取得された状態量計画値および状態量実績値に基づいてその偏差である状態量偏差（例えば、状態量偏差２３）を算出する。
【００８０】
プラント操作量決定手段１９は、所定時間毎にデータベースから操作量計画値（例えば、操作量マスターカーブ２５）を取得し、状態量取得手段から状態量偏差を取得する。操作補正量計算器２８が、状態量偏差と変換値（例えば、変換行列Ａ）とに基づき、状態量に関連づけられた操作量の補正量を操作補正量（例えば、操作補正量２７ｂ）として算出する。プラント操作量決定手段１９は、取得した操作量計画値および算出された操作補正量に基づいて操作端への操作量を決定する。
【００８１】
図４に戻り、ステップＳ４３においては、操作補正量ΔＸ、状態量偏差ΔＹは項目数だけあるベクトルで（例えば、操作補正量ΔＸはＭ項目、状態量偏差ΔＹはＮ項目）、起動全体に沿って時間の分割数がτ個であったとすると、操作補正量ΔＸはＭ×τ個、状態量偏差ΔＹはＮ×τ個の要素データが取得される。具体的には、起動開始から起動完了時間までの時間が６０分とし、所定時間として１分毎とすると、操作補正量ΔＸはＭ×６０個、状態量偏差ΔＹはＮ×６０個の要素データが取得される。
【００８２】
マスターカーブ管理手段２０は、制御装置１４の起動の終了信号などで、蒸気タービン１２の起動の終了を検知すると（ステップＳ４４，Ｔｒｕｅ）、ステップＳ４５に進む。マスターカーブ管理手段２０が、蒸気タービン１２の起動の終了を検知できない場合（ステップＳ４４，Ｆａｌｓｅ）、ステップＳ４３に戻る。
【００８３】
続く、ステップＳ４５では、ステップＳ４３で取得された操作補正量ΔＸと状態量偏差ΔＹの値に基づき、計算モデルの式（１ａ）の変換行列ＡおよびオフセットベクトルＣの値が計算される。
【００８４】
具体的には、操作量偏差Δｘ_iに関して、前述の式（１ａ）でモデル化したときの誤差Ｅｒｒの評価式が、例えば次式に示す誤差二乗和のように定義されている。
【数２】
2014181570.tif 000004
【００８５】
誤差Ｅｒｒは、式（２ａ）に示すように、起動中の時間にそって積分して評価され、その評価値が最小になるような条件、すなわち式（３ａ）の左辺の計算値がゼロ近傍になるような、変換行列Ａの各要素a_ijおよびオフセットベクトルの各要素c_iの値が求められる。この計算は、最小二乗法や勾配法など公知の各種の最適化計算アルゴリズムによって実施可能である。以上が、プラント特性データを取得するステップＳ４０Ａである。
【００８６】
なお、本実施形態の計算モデルの式（１ａ）は、簡略化してオフセットベクトルＣを除き、式（１ｂ）のように表現される場合は、誤差Ｅｒｒは、式（２ｂ）に示すように、起動中の時間にそって積分して評価され、その評価値が最小になるような条件、すなわち式（３ｂ）の左辺の計算値がゼロ近傍になるような、変換行列Ａの各要素a_ijの値が求められる。
【００８７】
次に、操作量マスターカーブを補正するステップＳ４０Ｂでは、ステップＳ４５で得られた変換行列ＡおよびオフセットベクトルＣの値と、実際のプラント運転時のデータに基づいて、操作量マスターカーブが補正される。その手順について説明する。
【００８８】
マスターカーブ管理手段２０は、プラント実測データから起動過程に沿った状態量偏差ΔＹを取得する（ステップＳ４６）。具体的には、ステップＳ４６では、プラント起動時に状態量取得手段１８（図１参照）で取得された状態量の情報に基づいて、起動時の時間にそった状態量偏差がマスターカーブ管理手段２０に備えられた状態量偏差計算器２４（図１参照）で計算される。ここでの状態量偏差ΔＹは、大気温度のような運転条件の計画値とのずれを含む。
【００８９】
続くステップＳ４７では、マスターカーブ管理手段２０は、ステップＳ４６で得られた状態量偏差ΔＹに基づき、前述のモデル計算の式（１ａ）または式（１ｂ）を用いて、操作補正量であるΔＸを計算する。この場合のΔＸは、図２に示した操作量偏差２７ａと異なるため、操作補正量２７ｍ（図５参照）とする。続く、ステップＳ４８では、マスターカーブ管理手段２０は、ステップＳ４７で得られた操作補正量２７ｍの時間にそった値を、今回補正しようとする既存の操作量マスターカーブに時間にそって加算し、操作量マスターカーブ（Ｘ＿ｍｃ）を補正する。最後に、ステップＳ４９において、マスターカーブ管理手段２０は、補正された操作量マスターカーブ２５ｍ（図５参照）をＭＣＤＢ２２０に書き込む。
【００９０】
なお、ステップＳ４０Ｂは常にステップＳ４０Ａとセットになって実行されるわけでなく、ステップＳ４０Ａによって得られた変換行列ＡおよびオフセットベクトルＣがあれば、どのタイミングで実施されてもよい。典型的には、プラントが新設で運転開始後の初期の期間においては、プラントを起動するたびに、起動完了後のタイミングで実施すると、プラントの計画時点と実際の設備の差異を効果的に補正することができる。あるいは、プラント運転開始後に一定期間が経過し、起動するたびに得られる変換行列ＡおよびオフセットベクトルＣの値の変化が少なく、変更の必要性が低い状況においては、実行回数を減らすことによりプラントの起動を実際の運転環境に応じて安定的に最適化できる。
【００９１】
さらに、図４のステップＳ４５において、負荷特性を考慮した次式を用いることができる。式（２ａ）および式（３ａ）を用いる代わりに、式（４ａ）および式（５ａ）を用いてもよい。
【数３】
2014181570.tif 000005
【００９２】
式（４ａ）では、変換行列Ａの要素a_ijの値が、熱源装置４（図１参照）あるいは当該プラントの負荷率（λと表す）の影響を考慮して動的に計算されるようになっている。すなわち、負荷率λに応じた補正が、補正係数b_ijkを用いたＫ次多項式の形で導入され、変換行列Ａの要素a_ijの値が、
a_ij = Σ_k (b_ijk * λ^k)
として計算されている。
【００９３】
式（５ａ）は式（４ａ）の誤差二乗和を最小にするような条件を表しており、左辺の計算結果がゼロに近くなるような、定数b_ijkとc_iの各要素の値が、公知の最適化手法によって求解されればよい。このように式（４ａ）および式（５ａ）を用いる計算方法では、負荷率によって特性が変化するような依存性のある現象について、負荷特性を織り込んでより高精度にモデル化できるため、計画値と実績値の偏差に関してより精緻に計算処理できるようになり、起動制御の精度が向上する。
【００９４】
特に、蒸気タービン１２の起動においては、起動初期の低負荷時と、起動完了付近の定格負荷近辺では、機器の応答特性に負荷依存性があることがある。このような負荷による応答の違いを補正することにより、定格負荷に到達し、起動完了する時刻の制御性（精度）を高めることができる。
【００９５】
なお、本実施形態の計算モデルの式（１ａ）は、簡略化してオフセットベクトルＣを除き、式（１ｂ）のように表現される場合は、誤差Ｅｒｒは、式（４ｂ）に示すように、起動中の時間にそって積分して評価される。その評価値が最小になるような条件、すなわち式（５ｂ）の左辺の計算値がゼロ近傍になるような、定数b_ijkの要素の値が、公知の最適化手法によって求解されればよい。
【００９６】
式（１ｂ）に従う式（２ｂ）および式（３ｂ）の方法、式（４ｂ）および式（５ｂ）の方法では、式（１ａ）に従う式（２ａ）および式（３ａ）の方法、式（４ａ）および式（５ａ）の方法と比較して、計算量を小さくして効率的に高速に演算することができる。また、変換行列Ａを求める数値計算をする際に、システム全体の方程式の中にオフセットベクトルＣがないことから、未知数の数が少なく、より安定的でロバストな値（変換行列Ａの値、ひいては操作量マスターカーブの補正結果）を得ることが期待できる。
【００９７】
図６は、マスターカーブ管理手段でのマスターカーブＤＢへのアクセス形態を示す構成図である。適宜図１を参照して説明する。図６を参照して、マスターカーブ管理手段２０の内部におけるマスターカーブの登録と利用の仕組みを説明する。マスターカーブの登録は以下のようにしてなされる。プラントを起動した際に、前述の図４のような処理が実行されると、補正されたマスターカーブである補正マスターカーブ２１１（補正ＭＣ）が新たに取得される。この補正マスターカーブ２１１の情報は、マスターカーブ管理手段２０の内部に備えられた登録Ｉ／Ｆ（インターフェイス）２２１を介して、同じくマスターカーブ管理手段２０のデータベースであるＭＣＤＢ２２０に転送されて、保持される。
【００９８】
マスターカーブの利用は以下のようにしてなされる。プラントが起動しようとされる際、あるいはプラントの起動が計画されようとする際に、プラントの起動条件２３１の情報が、マスターカーブ管理手段２０（図１）の内部に備えられた取得Ｉ／Ｆ（インターフェイス）２２２にて受け取りされる。
【００９９】
起動条件２３１の情報とは、例えば、初期メタル温度（蒸気タービン車室の計測点の温度やロータ温度の指標となる計測点での計測温度）、停止後経過時間、蒸気温度、予定あるいは目標とされる起動時間の長さ、大気温度、燃料性状などがある。
【０１００】
これら起動条件２３１の情報は、当該制御装置１４に備えられた各種入力手段で取得される。例えば、初期メタル温度や、蒸気温度、大気温度のような情報は当該プラントの計測情報を受け取る状態量取得手段１８から取得される。停止後経過時間は当該制御装置１４に備えられたクロックないしタイマー（図では省略）による時間情報に基づいて取得される。予定あるいは目標とされる起動時間の長さは、当該制御装置１４に備えられた運転計画の設定回路（図では省略、公知の運転計画制御技術にもとづき実装されている）で指定された値が取得される。
【０１０１】
取得Ｉ／Ｆ２２２では、この起動条件２３１の情報に対して類似度が高いマスターカーブをＭＣＤＢ２２０から抽出し、当該起動用のマスターカーブ２３２の情報として出力する。ここでＭＣＤＢ２２０からのマスターカーブ抽出は、起動条件２３１と、ＭＣＤＢ２２０に保持されたマスターカーブの情報に含まれる同様の起動条件情報との類似度（例えば、温度差の小ささ、停止後経過時間の差異の小ささ）に基づいて、もっとも近い事例が抽出される。あるいは、類似度の接近した複数の事例から、起動時間にそったマスターカーブの値が、重み付け平均されて、抽出結果として出力されてもよい。このような類似度に基づく抽出は公知の多変量解析や信号処理技術を用いて実装可能である。
【０１０２】
このようにしてマスターカーブが補正されて登録あるいは利用されることにより、本発明の蒸気タービン起動制御システムでは、プラントが起動を重ねるに応じて、プラント起動計画と実際のプラント起動時の挙動の差が小さくなり、起動制御の精度が向上する。この結果、プラント運転上の制約を満たしつつ、指定された時間で起動する精度が向上する。
【０１０３】
［実施形態２］
実施形態２では、本発明の蒸気タービン起動制御システムを、ガスタービンコンバインドサイクルに適用した例を説明する。図１における熱源装置４はガスタービンを指し、熱媒体１は燃料を指し、弁２は燃料加減弁あるいはさらに圧縮機入口ガイドベーンの操作端を指し、熱媒体５はガスタービン排ガスを指し、蒸気発生設備６は排熱回収ボイラを指す。その他、既に図１で説明した内容と構成・機能が同様の部分については、説明を省略する。
【０１０４】
本実施形態に示したように、本発明の蒸気タービン起動制御システムは、蒸気タービン１２に直接かかわる機器の操作量制御のみならず、熱源の機器の操作量、すなわち本実施形態のガスタービン燃料流量の操作量補正にも使用でき、より正確かつ柔軟な制御が可能となり、要求時刻に要求発電量に到達し、かつ、蒸気タービン１２の熱応力、熱伸び差など機器安全にかかわる状態量は制限値内に抑制される効果が得られる。
【０１０５】
［実施形態３］
実施形態３では、本発明の蒸気タービン起動制御システムを、ボイラに適用した例を説明する。図１における熱源装置４はボイラ火炉を指し、熱媒体１は燃料を指し、弁２は燃料加減弁あるいはさらにエアポートを指し、熱媒体５は燃焼ガスを指し、蒸気発生設備６はボイラ後部伝熱面部を指す。その他、既に図１で説明した内容と構成・機能が同様の部分については、説明を省略する。
【０１０６】
実施形態２および実施形態３で示したように、本発明の蒸気タービン起動制御システムは、蒸気タービン１２を使用するあらゆる装置に適用可能であり、もとの熱媒体１と、これを熱媒体５に変換するための熱源装置４、および蒸気発生設備６の種類が、熱源やシステムによってかわるものの、図１の構成に当てはまるものであれば本発明を適用して実施可能である。このように適用可能な例として、太陽熱ランキンサイクルプラントや、地熱バイナリー発電プラントなどがある。
【０１０７】
以上の各実施形態に示すように、本発明では、プラント起動時の操作量と状態量に関するマスターカーブとの偏差の情報だけに基づいて、モデル計算の式（１ａ）ないし（１ｂ）といった簡便な式を使って、モデルの起動精度を向上させることが可能である。この際に、典型的な従来の技術で必要とされた、プラント挙動の高度な予測モデルなどは不要であり、少ない計算負荷で効率的に起動時間短縮の制御性を向上でき、かつこの際にプラント運転上の各種制限に対して状態量をこれ以下に抑制できる。
【０１０８】
また、本発明の各実施形態は、制御装置１４の構成として、状態量取得手段１８およびプラント操作量決定手段１９に対して、マスターカーブ管理手段２０を組み合わせたものになっている。このため、既存の発電プラントに設置された制御装置に対して、新たなセンサなどを追加することなく、主として、マスターカーブ管理手段２０に相当する計算回路を追加するだけで、本発明の制御システムを適用可能である。このようにすると、既存の制御システムに対する改造を最小限に抑えながら、起動時間を短縮したり、要求時刻に要求発電量に到達する精度を高めたりすることが可能になり、かつこの際に、蒸気タービン１２の熱応力、熱伸び差など機器安全にかかわる状態量を制限値内に抑制することができる。
【０１０９】
なお、本発明の各実施形態は、操作量マスターカーブを、プラントの起動後にまとめて補正する場合を例に示したが、プラント実測値にもとづく操作量の補正を、起動過程においてリアルタイムに実施してもよいことはいうまでもない。このように運転制御する場合、以下の２つの長所がある。
【０１１０】
第一は、起動中における環境条件の変化（前述図７の参照番号７）、すなわち例えば、ガスタービン大気温度の変化による蒸気タービン１２に供給される蒸気状態の変化に対応して、起動中に動的に操作量マスターカーブを修正することが可能になるため、起動制御の精度を高めることができる。
【０１１１】
第二に、プラントの試運転期間など起動回数が限られた条件化において、短時間に迅速に変換行列ＡやオフセットベクトルＣの値を実際のプラントデータから精度よく特定することが可能になり、プラントの試運転調整やその評価に要する労力と時間を小さくできる。
【０１１２】
本実施形態の特徴を、再度説明すると以下のようになる。
（１）蒸気タービン制御装置の管理手段（例えば、マスターカーブ管理手段２０）は、蒸気タービン１２または蒸気タービンプラントを起動するための操作端への操作量について、予め定められた指定値あるいは予め定められた手順で計算された予定値（以下、操作量計画値（例えば、操作量マスターカーブ２５）)を取得するとともに、起動中における実際の値（以下、操作量実績値）を取得ないし予め定められた手順で計算する操作量決定手段（例えば、プラント操作量決定手段１９）で取得されたプラント起動時の操作量の計画値と実績値の偏差（以下、操作量偏差２７ａあるいは操作補正量２７ｂ）と、当該蒸気タービン１２または蒸気タービンプラントの運転状態についての、計測値または推定値（以下、状態量実績値と総称）ならびに予め定めた指定値または予測値（以下、状態量計画値）を取得する状態量取得手段１８で取得されたプラント起動時の状態量の計画値と実績値の偏差（以下、状態量偏差）とに基づいて、前記操作量計画値を補正する。
【０１１３】
（２）前記（１）の管理手段には、少なくとも１つ以上の要素からなる前記状態量偏差のベクトルΔＹの第ｊ番目の要素Δｙ_j（記号_は当該記号の右側に配置された記号が下付添字であることを示す。）に対応する、少なくとも１つ以上の要素からなる前記操作補正量のベクトルΔＸの第ｉ番目の要素Δｘ_iの応答の係数
a_ij ＝ Δｘ_i ／ Δｙ_j 
を要素として構成された変換行列Ａを用いた式（１ａ）に示す次の計算モデル
ΔＸ~t＝ＡΔＹ~t  
（記号~tは、当該記号左側の行列またはベクトルの転置を表す。）
によって、前記操作補正量を計算する回路を備える。
【０１１４】
（３）前記（１）の管理手段には、少なくとも１つ以上の要素からなる前記状態量偏差のベクトルΔＹの第ｊ番目の要素Δｙ_j（記号_は当該記号の右側に配置された記号が下付添字であることを示す）に対応する、少なくとも１つ以上の要素からなる前記操作補正量のベクトルΔＸの第ｉ番目の要素Δｘ_iの応答の係数
a_ij  ＝  Δｘ_i  ／  Δｙ_j 
を要素として構成された変換行列Ａと、少なくとも１つ以上の要素c_iで構成されたオフセットベクトルＣを用いた式（１ａ）に示す次の計算モデル
ΔＸ~t  ＝  ＡΔＹ~t  ＋  Ｃ~t
（記号~tは、当該記号左側の行列またはベクトルの転置を表す。）
によって、前記操作補正量を計算する回路を備える。
【０１１５】
（４）前記（２）の管理手段には、前記操作量決定手段で取得された操作量偏差ベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で取得された状態量偏差ベクトルΔＹの要素Δy_j、の値にもとづいて、式（２ｂ）の計算モデル
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j(a_ijΔyj)]^2 dt
(記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で表されるＥｒｒの値が最小になるような前記変換行列Ａの各要素a_ijの値を特定する回路を備える。
【０１１６】
（５）前記（３）の管理手段には、前記操作量決定手段で取得された操作量偏差ベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で取得された状態量偏差ベクトルΔＹの要素Δy_j、の値にもとづいて、式（２ａ）に示す計算モデル
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j(a_ijΔyj)  - c_i]^2 dt
（記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で表されるＥｒｒの値が最小になるような前記変換行列Ａの各要素a_ijおよび前記オフセットベクトルＣの各要素c_iの値を特定する回路を備える。
【０１１７】
（６）前記（２）の管理手段には、前記操作量決定手段で取得された操作量偏差ベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で取得された状態量偏差ベクトルΔＹの要素Δy_j、の値にもとづいて、式（４ｂ）に示す計算モデル
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j((Σ_k(b_ijk * λ^k))Δy_j)]^2 dt
(記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、Σ_kは添え字kに沿ったk=1,2,…Kまでの加算、b_ijkは添字i,j,kをもつスカラー定数、λは蒸気タービン１２または蒸気タービン１２を備える当該プラントの負荷率、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で表されるＥｒｒの値が最小になるような定数b_ijkの各添字に応じた値を特定する回路を備える。
【０１１８】
（７）前記（３）の管理手段には、前記操作量決定手段で取得された操作量偏差ベクトルΔＸの要素Δx_iと、前記状態量取得手段で取得された状態量偏差ベクトルΔＹの要素Δy_j、の値にもとづいて、式（４ａ）に示す計算モデル
Ｅｒｒ  ＝  ∫_t [Δx_i - Σ_j((Σ_k(b_ijk * λ^k))Δy_j) - c_i]^2 dt
(記号∫_t時間に沿った積分、ｄｔは微小時間、Σ_jは添え字jに沿った加算、Σ_kは添え字kに沿ったk=1,2,…Kまでの加算、b_ijkは添字i,j,kをもつスカラー定数、λは蒸気タービン１２または蒸気タービン１２を備える当該プラントの負荷率、^は右側の記号が右肩添え字であることを示す。)
で表されるＥｒｒの値が最小になるような定数b_ijkの各添字に応じた値および前記オフセットベクトルＣの各要素c_iの値を特定する回路を備える。
【０１１９】
本実施形態の蒸気タービン起動制御システムによれば、プラントの状態量の時間に沿った変化は、状態量マスターカーブに近い範囲に制御できる。したがって、起動中において蒸気タービン１２の熱応力、熱伸び差などの運転上の制限要因が、制限値内に抑制される。加えて、蒸気タービン１２の時系列状態量が計画線に従うことから、負荷すなわち発電量は計画に近い状態で上昇し、目標値に対して高精度に追従させることができる。
【０１２０】
また、本実施形態の蒸気タービン起動制御システムは、多くの従来手法で必要とされていた予測制御システムと置換して使用すれば、逐次複雑な予測計算ロジックを使用する必要が無いため、制御装置１４の計算負荷を減少することも可能である。
【０１２１】
また、複数の状態量マスターカーブおよび操作量マスターカーブを持つことにより、制御の柔軟性を広げ、他の制限要因が加わった場合でも、機器の安全性を確保しながら、計画時間で計画発電量を得ることが容易となる。
【０１２２】
また、起動時の操作補正量や状態量偏差に基づいて、次回以降の起動時の操作量マスターカーブが補正することが可能になるため、操作量計画値および操作条件に起因して発生する状態量の計画値からの偏差や、プラントの個体差や特性の経年変化による計画値からの偏差が縮小され、より正確に、機器の安全性を確保しながら、計画時間で計画発電量を得ることができる。
【０１２３】
したがって、本実施形態を適用すれば、より正確な制御により、要求時刻に要求発電量に到達し、かつ、蒸気タービン１２の熱応力、熱伸び差など機器安全にかかわる状態量は制限値内に抑制される効果が得られる。
【符号の説明】
【０１２４】
１，５    熱媒体
２    流量調節弁
３    流量計
４    熱源装置
６    蒸気発生設備
７    給水
８    伝熱管
９    主蒸気
１０    主蒸気流量加減弁
１１    主蒸気バイパス弁
１２    蒸気タービン
１３    発電機
１４    制御装置
１５    主蒸気圧力計
１６    主蒸気温度計
１７    蒸気タービン熱伸び差計
１８    状態量取得手段
１９    プラント操作量決定手段（操作量決定手段）
２０    マスターカーブ管理手段（データベース管理手段、管理手段）
２１    状態量マスターカーブ（状態量ＭＣ）
２２    状態量取得値
２３    状態量偏差
２４    状態量偏差計算器
２５，２５ｍ    操作量マスターカーブ（操作量ＭＣ）
２６    操作量取得値
２７ａ    操作量偏差
２７ｂ    操作補正量
２８    操作補正量計算器
３１，３２    関数または演算回路
２１１    補正マスターカーブ（補正ＭＣ）
２２０    マスターカーブＤＢ（データベース）
２２１    登録Ｉ／Ｆ
２２２    取得Ｉ／Ｆ
２３１    起動条件
２３２    起動用ＭＣ
Ａ    変換行列
【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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