(57)【要約】      （修正有）【課題】実運転の前段階である試運転調整業務に対応したプラント試運転調整のシミュレーションが可能なシミュレータ等を提供する。【解決手段】シミュレータ１０は、プラントを制御監視するための制御ロジック３２と連携し、物理法則から導出される物理方程式を用いて当該プラントで生じる物理現象を模擬する物理式モデルによる計算を行う物理式モデル実行手段３４と、物理方程式ではない数理式で規定される数理式モデルによる計算を実行する数理式モデル実行手段３５とを具備し、数理式モデル実行手段は、制御ロジックの出力として得られる制御パラメータ４５３と、物理式モデルの出力として得られる物理パラメータ４５４とを取得し、制御パラメータと物理パラメータとを数理式モデルの入力として与えることによって出力を得るように構成される。【選択図】図３
2014203307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントを制御監視するための制御ロジックと連携し、物理法則から導出される物理方程式を用いて当該プラントで生じる物理現象を模擬する物理式モデルによる計算を行う物理式モデル実行手段と、
前記物理方程式ではない数理式で規定される数理式モデルによる計算を実行する数理式モデル実行手段とを具備し、
前記数理式モデル実行手段は、前記制御ロジックの出力として得られる制御パラメータと、前記物理式モデルの出力として得られる物理パラメータとを取得し、前記制御パラメータと前記物理パラメータとを前記数理式モデルの入力として与えることによって出力を得るように構成されることを特徴とするシミュレータ。
【請求項２】
前記数理式モデル実行手段は、それぞれ異なる因子を軸とした二つの軸を構成要素とするマトリクスの座標と関連付けられたデータを持ち、前記二つの軸が前記制御パラメータおよび前記物理パラメータであるマトリクスデータを参照し、前記数理式モデルの入力として与えられる前記制御パラメータおよび前記物理パラメータに基づいて前記マトリクスデータの座標を計算し、得られる座標と関連付けられたデータを前記数理式モデルの出力として得ることを特徴とする請求項１記載のシミュレータ。
【請求項３】
前記マトリクスデータには、前記数理式モデルの出力が特定値となる前記制御パラメータおよび前記物理パラメータの範囲がそれぞれ設定されており、
前記数理式モデル実行手段は、前記数理式モデルの出力が前記特定値である場合、前記物理式モデル実行手段にフラグを立て、このフラグが立っていない場合とは異なる物理パラメータを出力するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のシミュレータ。
【請求項４】
前記マトリクスデータを新規に作成する機能と、既存の前記マトリクスデータを編集する機能とを有するマトリクスデータ入力・編集手段をさらに具備することを特徴とする請求項２または３に記載のシミュレータ。
【請求項５】
前記数理式モデル実行手段の計算結果を表示手段に表示させる画面情報を生成し、前記表示手段に与える表示処理手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のシミュレータ。
【請求項６】
前記制御パラメータをエクスポートする制御パラメータエクスポート手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のシミュレータ。
【請求項７】
前記制御パラメータと、前記物理式モデルの出力として得られる物理パラメータとを前記数理式モデルの入力として得られる出力と、前記物理式モデルによる計算時に使用される前記物理方程式を調整する調整用データを参照して得られる物理パラメータと前記制御パラメータとを前記数理式モデルの入力として与えることによって得られる出力とを比較し、前記物理式モデルの出力として得られる前記物理パラメータが前記調整用データに基づく物理パラメータとなるように、前記物理方程式を調整する調整項を算出する調整項計算処理手段をさらに具備し、前記調整項計算処理手段によって前記調整項が算出された場合、前記物理式モデル実行手段は、前記調整項計算処理手段から前記調整項を取得し、前記物理式モデルの前記物理方程式を、前記調整項を反映させた物理方程式に更新することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のシミュレータ。
【請求項８】
プラントを制御監視するための制御ロジックと連携し、物理法則から導出される物理方程式を用いて当該プラントで生じる物理現象を模擬する物理式モデルによる計算を行う物理式モデル実行手段と、前記物理方程式ではない数理式で規定される数理式モデルによる計算を実行する数理式モデル実行手段とを具備するシミュレータを用いて行う前記プラントのシミュレーション方法であり、
前記数理式モデル実行手段が、前記制御ロジックの出力として得られる制御パラメータと、前記物理式モデルの出力として得られる物理パラメータとを取得し、前記制御パラメータと前記物理パラメータとを前記数理式モデルの入力として与えることによって出力を得るステップを備えるシミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シミュレータおよびそのシミュレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転訓練シミュレーション装置（シミュレータ）は、プラントの起動停止運転、事象模擬、および事故対応の訓練（マルファンクション・オルタレーション・スケジューリング・リプレイ等に機能を使用）などを行うことができる。このようなシミュレータは、例えば、特許文献１，２に記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２７４７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラントのシミュレータでは、プラントの起動停止運転・事象模擬・事故対応訓練などのコンテンツが主に電力会社（関連会社含む）に提供されている。電力会社などでは、ユーザの用途に応じて提供されるコンテンツを選択して、自分達に必要な訓練ができるようにしている。
【０００５】
しかしながら、このような従来のプラント運転訓練用のシミュレータでは、実運転の訓練についてはサポートしており模擬できるものの、新規設備導入時、定期点検時などの後に実運転に先立って行われる試運転による調整業務（以下、「試運転調整業務」と称する。）についてはサポートされていない。
【０００６】
プラントの試運転調整業務は、運転訓練センター（メーカや電力会社などが運転訓練や学習に参画）やプラントメーカで実施される業務であるが、実運転とは別物であり、実運転の訓練を積んだとしても必ずしも対応できるものではない。そのため、上述のような従来のプラント運転訓練用のシミュレータでは、必ずしも試運転調整業務について十分な訓練を行えるものではなかった。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、実運転の前段階である試運転調整業務に対応したプラント試運転調整のシミュレーションが可能なシミュレータおよびそのシミュレーション方法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】
【０００８】
本発明の実施形態に係るシミュレータは、上述した課題を解決するため、プラントを制御監視するための制御ロジックと連携し、物理法則から導出される物理方程式を用いて当該プラントで生じる物理現象を模擬する物理式モデルによる計算を行う物理式モデル実行手段と、前記物理方程式ではない数理式で規定される数理式モデルによる計算を実行する数理式モデル実行手段とを具備し、前記数理式モデル実行手段は、前記制御ロジックの出力として得られる制御パラメータと、前記物理式モデルの出力として得られる物理パラメータとを取得し、前記制御パラメータと前記物理パラメータとを前記数理式モデルの入力として与えることによって出力を得るように構成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の実施形態に係るシミュレーション方法は、上述した課題を解決するため、プラントを制御監視するための制御ロジックと連携し、物理法則から導出される物理方程式を用いて当該プラントで生じる物理現象を模擬する物理式モデルによる計算を行う物理式モデル実行手段と、前記物理方程式ではない数理式で規定される数理式モデルによる計算を実行する数理式モデル実行手段とを具備するシミュレータを用いて行う前記プラントのシミュレーション方法であり、前記数理式モデル実行手段が、前記制御ロジックの出力として得られる制御パラメータと、前記物理式モデルの出力として得られる物理パラメータとを取得し、前記制御パラメータと前記物理パラメータとを前記数理式モデルの入力として与えることによって出力を得るステップを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、実運転に先立って行う試運転調整業務についてシミュレーションすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るシミュレータ（プラント試運転調整用シミュレータ）の構成例を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態に係るシミュレータに具備されるシミュレーションサーバの機能的な構成を示す機能ブロック図。
【図３】本発明の実施形態に係るシミュレータの作用を説明する説明図。
【図４】本発明の実施形態に係るシミュレータのマトリクスデータ入力・編集機能およびその情報の流れを説明するブロック図。
【図５】本発明の実施形態に係るシミュレータの制御パラメータ編集機能およびその情報の流れを説明するブロック図。
【図６】本発明の実施形態に係るシミュレータの制御パラメータエクスポート機能およびその情報の流れを説明するブロック図。
【図７】本発明の実施形態に係るシミュレータ調整項計算処理機能およびその情報の流れを説明するブロック図。
【図８】本発明の実施形態に係るシミュレータにおいて、数理式モデルによる計算に用いられるマトリクスデータの一例（失火領域なし）を示す説明図。
【図９】本発明の実施形態に係るシミュレータにおいて、数理式モデルによる計算に用いられるマトリクスデータの一例（失火領域あり）を示す説明図。
【図１０】本発明の実施形態に係るシミュレータにおいて、制御パラメータの編集を行う入出力インターフェイスであるクライアント端末に表示される制御パラメータ編集画面の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係るシミュレータおよびそのシミュレーション方法について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るシミュレータの一例であって試運転調整業務についてもサポートしているプラント試運転調整用シミュレータ（以下、単に「シミュレータ」と称する。）１０の構成例を示す概略図である。
【００１４】
シミュレータ１０は、例えば、プラントの一例である火力発電プラントの実運転に先立って行われる試運転調整時に実施されるガスタービン燃焼調整に伴うプラントの挙動をシミュレーションするシミュレータであり、制御監視端末２０と、シミュレーションサーバ３０と、クライアント端末５０とを具備する。
【００１５】
シミュレータ１０では、制御監視端末２０とシミュレーションサーバ３０とが、通信ネットワークとしての制御監視ＬＡＮ１１を介して接続されており、クライアント端末５０とシミュレーションサーバ３０とが、通信ネットワークとしてのシミュレータＬＡＮ１２を介して接続されている。
【００１６】
制御監視端末２０は、例えば、プラントを制御操作し、監視表示する制御監視装置を模擬する制御監視模擬装置２１と、複数の制御監視装置間のデータ処理を模擬統括する共通データ装置２２と、プラント自動化運転を模擬実行する自動化装置２３とを備え、各装置２１，２２，２３は、それぞれ、制御監視ＬＡＮ１１に接続されている。
【００１７】
シミュレーションサーバ３０は、基本ソフトウェアであるオペレーションシステム（以下、単に「ＯＳ」と称する。）１とこのＯＳ１上で動作するシミュレーション実行のための応用ソフトウェア（アプリケーション）であるシミュレータプログラム２とがインストールされており、これらを実行することで、手段３１〜４２（図２）として機能する。
【００１８】
また、シミュレーションサーバ３０は、ＯＳ１およびシミュレータプログラム２などの各種プログラムの実行時に必要な情報をリード／ライトする記憶領域を有する。この記憶領域は、手段３１〜４１がアクセス可能な記憶手段４２（図２）として提供される。
【００１９】
クライアント端末５０は、例えば、シミュレータの初期状態設定、実行、停止、速度変更、スケジューリング、事故模擬実行、シミュレーション結果表示等を統括するインストラクタ装置５１と、プラント実機の制御盤を模擬する装置である制御模擬ソフト盤５２と、プラント実機の現場盤を模擬する装置である現場模擬ソフト盤５３とを備え、各装置５１，５２，５３は、それぞれ、シミュレータＬＡＮ１２に接続されている。
【００２０】
また、各装置５１，５２，５３は、例えば、ハードウェア資源であるコンピュータとソフトウェア資源であるプログラムとが協働することによって実現されており、シミュレーションサーバ３０と同じＯＳ１上で動作するように構成されている。すなわち、シミュレーションサーバ３０とクライアント端末５０のプラットフォームが共通化されている。各装置５１，５２，５３に、上記以外の機能を付加する場合には、付加したい機能を提供するプログラムを実行することで実現できる。
【００２１】
プラント試運転調整用のシミュレータ１０では、例えば、装置５１，５２，５３等、クライアント端末５０を構成する装置５１，５２，５３のうち少なくとも１つの装置に、指令およびデータをシミュレーションサーバ３０に与える機能と、シミュレーションサーバ３０での演算処理結果をシミュレーションサーバ３０から受け取る機能とを提供するクライアントプログラム３がインストールされている。
【００２２】
装置５１，５２，５３は、ＯＳ１上で動作するクライアントプログラム３を実行することで、指令およびデータをシミュレーションサーバ３０に与える機能、並びにシミュレーションサーバ３０での演算処理結果をシミュレーションサーバ３０から受け取り表示する機能を、装置５１，５２，５３に付加することができる。
【００２３】
プラント試運転調整用のシミュレータ１０において、指令およびデータをシミュレーションサーバ３０に与える機能、並びにシミュレーションサーバ３０での演算処理結果をシミュレーションサーバ３０から受け取り表示する機能が付加された装置５１，５２，５３と、シミュレータプログラム２を実行するシミュレーションサーバ３０とは相互に連携して処理を実行することが可能となっている。
【００２４】
なお、シミュレータ１０における制御監視端末２０およびクライアント端末５０の構成は、何れも図１に示される例に限定されるものではなく、状況に応じて種々の形態を採り得る。
【００２５】
例えば、図１に示されるシミュレータ１０は、制御監視端末２０として、制御監視模擬装置２１、共通データ装置２２、および自動化装置２３が、それぞれ１台である場合を例示しているものであるが、各装置２１，２２，２３は複数台であっても良い。
【００２６】
また、制御監視模擬装置２１、共通データ装置２２、および自動化装置２３の各装置は、ハードウェア的には統合されていても良い。すなわち、１台のコンピュータ（端末）に装置２１，２２，２３から選択される複数の装置の機能を持たせて構成しても良い。例えば、１台のコンピュータ（端末）で、制御監視模擬装置２１と共通データ装置２２とを構成したり、制御監視模擬装置２１と共通データ装置２２と自動化装置２３とを構成したりすることもできる。
【００２７】
さらに、制御監視端末２０のうち、共通データ装置２２および自動化装置２３は、必ずしも必須の構成ではなく、状況に応じて省略される場合もある。例えば、模擬するプラントの規模が小さい場合等では共通データ装置２２が省略される場合もあるし、運転自動化を模擬する必要がない場合には自動化装置２３が省略される場合もある。
【００２８】
一方、クライアント端末５０についても、制御監視端末２０と同様であり、各装置５１，５２，５３が複数台であっても良い。また、各装置５１，５２，５３は、ハードウェア的には統合されていても良く、例えば、制御模擬ソフト盤５２と現場模擬ソフト盤５３とを１台のコンピュータ（端末）で構成する等、各装置５１，５２，５３から選択される複数の装置の機能を１台のコンピュータ（端末）に持たせて構成しても良い。
【００２９】
図２はプラント試運転調整用のシミュレータ１０に具備されるシミュレーションサーバ３０の機能的な構成を示す機能ブロック図である。
【００３０】
シミュレーションサーバ３０は、シミュレータプログラム２を実行することで、例えば、伝送手段３１、制御ロジック３２、管理手段３３、物理式モデル実行手段３４、数理式モデル実行手段３５、マトリクスデータ入力・編集手段３６、表示処理手段３７、制御パラメータ編集手段３８、制御パラメータエクスポート手段３９、調整項計算処理手段４０、制御手段４１、および記憶手段４２を備える装置として機能する。
【００３１】
また、記憶手段４２には、例えば、マトリクスデータ４５１、シミュレータデータベース（以下、データベースを「ＤＢ」と記す。）４５２、制御パラメータ４５３、物理パラメータ４５４、調整用データ４５５、および計算結果ＤＢ４５６が保持される。これらの情報４５１〜４５６は、プラント試運転調整用のシミュレーションの実行の際に適宜使用される。
【００３２】
伝送手段３１は、通信ネットワークとしての制御監視ＬＡＮ１１およびシミュレータＬＡＮ１２を介して外部装置としての制御監視端末２０とクライアント端末５０と指令、信号、およびデータなどの電子的な情報を送受信する。
【００３３】
制御ロジック３２は、模擬対象であるプラント（実機）の制御ロジックを模擬して構築された制御ロジックである。シミュレータ１０では、プラント（実機）の制御ロジックとして模擬される制御ロジック３２が、燃焼器の燃料分配率を求め、制御パラメータとして出力する。出力される燃料分配率（制御パラメータ）は、数理式モデル実行手段３５に与えられる。
【００３４】
管理手段３３は、シミュレータＤＢ４５２および制御ロジック３２を管理する管理ツールとしての機能を有し、シミュレータＤＢ４５２および制御ロジック３２が模擬する制御ロジックを管理する。
【００３５】
物理式モデル実行手段３４は、物理法則から導出される物理方程式を用いて物理現象を模擬するモデル（物理式モデル）によるシミュレーション計算を行う手段である。物理モデルの一例としては、質量保存則、運動量保存則、およびエネルギー保存則から導出される物理方程式を計算させることによって、流体のふるまいを解析する熱流体解析モデル等がある。
【００３６】
また、物理式モデル実行手段３４は、数理式モデル実行手段３５の数理式モデルの出力が特定値である場合、フラグを立て、フラグが立っていない場合とは異なる物理パラメータを出力する。
【００３７】
シミュレータ１０では、物理式モデル実行手段３４が、物理式モデルによるシミュレーション計算を行い、燃焼器の燃焼温度を算出する。算出された燃焼温度（物理パラメータ）は、物理パラメータとして数理式モデル実行手段３５に与えられる。
【００３８】
また、数理式モデル実行手段３５が失火を示す値（特定値）を出力すると、物理式モデル実行手段３４は、フラグを立て、通常の燃焼状態とは異なる状態である失火を模擬した物理パラメータを出力する。
【００３９】
数理式モデル実行手段３５は、物理方程式ではない数理式で規定されるモデル（数理式モデル）によるシミュレーション計算を行う手段である。ここで、数理式モデルの一例としては、マトリクス計算やベクトル計算等の数理式計算を行って解を得るモデルがある。数理式モデル実行手段３５による計算結果は、計算結果ＤＢ４５６に保存される。
【００４０】
シミュレータ１０では、数理式モデル実行手段３５が、火力発電プラントの試運転調整業務時に実施されるガスタービン燃焼調整における燃焼器の動圧データを算出する数理式モデル、数理式計算の一例であるマトリクス計算に必要なマトリクスデータ４５１としての動圧データ、並びにマトリクスデータ４５１の縦軸および横軸を構成する情報としての制御パラメータである燃料分配率および物理パラメータである燃焼温度を用いて、所望条件下における燃焼器の動圧を計算する。
【００４１】
なお、マトリクスデータ４５１の同一マトリクス内に複数の動圧データが存在する場合もあり得るし、同一マトリクス内に一つも動圧データが存在しない場合もあり得る。
【００４２】
同一マトリクス内に複数の動圧データ（数値）が存在する場合、数理式モデル実行手段３５は、各動圧データから一つの動圧データ（代表値）を得る。複数の値から一つの値を得る手法としては、例えば、これら複数の値の平均値、最大値、最小値、中央値および最頻値等の代表値を得る手法がある。
【００４３】
マトリクス内に動圧データが一つも存在しない場合、数理式モデル実行手段３５は、例えば、マトリクスデータ４５１の縦軸方向で存在する動圧データ間で線形近似計算し、動圧データを補間することで、当該マトリクスの動圧データを得る。または、燃料分配率および燃焼温度をマトリクスに当てはめ、最も近い位置に存在する動圧データを採用してもよい。
【００４４】
マトリクスデータ入力・編集手段３６は、数理式モデル実行手段３５が計算する際に参照するマトリクスデータ４５１をシミュレーションサーバ３０に新規に作成したり（入力）、既存のデータ内容を変更（編集）するマトリクスデータ入力・編集機能を有する。マトリクスデータ入力・編集手段３６は、マトリクスデータ入力・編集機能を用いて、記憶手段４２にマトリクスデータ４５１を新規に作成したり、記憶手段４２で保持されるマトリクスデータ４５１のデータ内容を更新したりする。
【００４５】
表示処理手段３７は、シミュレーションサーバ３０と接続される表示手段（図を省略）に表示させる画面情報を生成する機能を有する。表示手段は、例えば、クライアント端末５０の各装置５１，５２，５３に備えられる。
【００４６】
表示処理手段３７は、物理式モデル実行手段３４や数理式モデル実行手段３５の計算結果等のクライアント端末５０等から与えられるユーザの要求に応じた情報を画面表示するための画面情報を生成し、伝送手段３１からシミュレータＬＡＮ１２を介して接続される各装置５１，５２，５３に与えられる。
【００４７】
制御パラメータ編集手段３８は、制御パラメータ４５３を編集する機能を有する。ユーザは、クライアント端末５０から制御パラメータ４５３を編集する指令を与えることで、制御パラメータ編集手段３８は、制御ロジック３２から出力される制御パラメータ４５３を編集する。
【００４８】
制御パラメータエクスポート手段３９は、制御パラメータ４５３をシミュレーションサーバ３０から出力（エクスポート）する機能を有する。ユーザは、クライアント端末５０から制御パラメータ４５３をエクスポートする指令を与えることで、伝送手段３１からクライアント端末５０へ制御パラメータ４５３がエクスポートされる。
【００４９】
調整項計算処理手段４０は、物理式モデル実行手段３４が物理式モデルによる計算時に用いる物理方程式を調整する調整項を算出する機能を有する。
【００５０】
調整項計算処理手段４０は、数理式モデル実行手段３５から得られる二つの出力、すなわち、物理方程式調整前の数理式モデルの出力と、調整用データ４５５を参照して得られる物理パラメータと制御パラメータとを数理式モデルの入力とした場合に得られる出力とを比較し、その比較結果から物理式モデルの出力として得られる物理パラメータが調整用データ４５５に基づく物理パラメータとなるように、物理方程式を調整する調整項を算出する。
【００５１】
調整項計算処理手段４０によって調整項が算出されると、算出結果である調整項は、物理式モデル実行手段３４に与えられる。物理式モデル実行手段３４では、与えられた調整項が現在の物理式モデルの物理方程式に加算され、物理方程式が更新される。すなわち、物理式モデル実行手段３４では、与えられた調整項が現在の物理式モデルの物理方程式に反映される。
【００５２】
制御手段４１は、シミュレーションサーバ３０に実現される伝送手段３１、制御ロジック３２、管理手段３３、物理式モデル実行手段３４、数理式モデル実行手段３５、マトリクスデータ入力・編集手段３６、表示処理手段３７、制御パラメータ編集手段３８、制御パラメータエクスポート手段３９、調整項計算処理手段４０、および記憶手段４２と情報を授受し、これらを制御する機能を有する。
【００５３】
記憶手段４２は、電子情報を保持する手段である。記憶手段４２は、伝送手段３１、制御ロジック３２、管理手段３３、物理式モデル実行手段３４、数理式モデル実行手段３５、マトリクスデータ入力・編集手段３６、表示処理手段３７、制御パラメータ編集手段３８、制御パラメータエクスポート手段３９、調整項計算処理手段４０、および制御手段４１がアクセス可能な記憶領域を有しており、プラント試運転調整用のシミュレーションの実行の際に適宜使用される。
【００５４】
マトリクスデータ４５１は、それぞれ異なる因子を軸とした複数の軸を構成要素とするマトリクスの座標と関連付けられたデータを有しており、数理式モデル実行手段３５が計算する際に参照される。
【００５５】
プラント試運転調整用のシミュレータ１０では、例えば、後述する図８，９に示されるように、それぞれ異なる因子である燃料分配率および燃焼温度を、縦軸および横軸とするマトリクスの座標と関連付けられた燃焼器の動圧データを持つマトリクスデータ４５１が用意される。このマトリクスデータ４５１は、燃焼器の個体（器体）、周波数帯、燃焼温度モード等の諸条件に応じて必要数用意される。
【００５６】
このようなマトリクスデータ４５１を数理式モデル実行手段３５が参照可能な状態としておくことで、プラント試運転調整用のシミュレータ１０では、数理式モデル実行手段３５が、燃料分配率および燃焼温度で決定する座標に関連付けられた燃焼器の動圧データを得ることができる。
【００５７】
シミュレータＤＢ４５２は、シミュレーションを実行するにあたり、当該シミュレーションのポイント情報等を管理するデータベースである。
【００５８】
制御パラメータ４５３は、制御ロジック３２が模擬する制御ロジックの出力として得られるパラメータである。シミュレータ１０において、得られた制御パラメータ４５３は、数理式モデルの入力として与えられる。
【００５９】
物理パラメータ４５４は、物理式モデル実行手段３４によって算出される計算結果、すなわち、物理式モデルの出力として得られるパラメータである。シミュレータ１０において、得られた物理パラメータ４５４は、数理式モデルの入力として与えられる。
【００６０】
調整用データ４５５は、物理方程式を調整する調整項を算出するためのデータである。調整用データ４５５は、マトリクスデータ４５１と同じ因子を軸とした複数の軸を構成要素とするマトリクスの座標と関連付けられたデータを有する。すなわち、調整用データ４５５は、縦軸を燃料分配率、横軸を燃焼温度とするマトリクスの座標と関連付けられた燃焼器の動圧データを持つ。調整用データ４５５は、調整項計算処理手段４０による調整項計算処理の実行時において数理式モデル実行手段３５に与えられる。
【００６１】
計算結果ＤＢ４５６は、計算実行時に与えられた条件、計算実行時の日時等の検索キーとなる情報と対応付けられた数理式モデル実行手段３５による計算結果を格納するデータベースである。
【００６２】
計算結果ＤＢ４５６に保存される計算結果は、計算実行時に与えられた条件、計算実行時の日時等の検索キーとなる情報と対応付けられており、検索キーとなる情報を与えることで当該検索キーと対応付けられる計算結果を検索（抽出）することができる。
【００６３】
次に、シミュレータ１０の作用およびシミュレータ１０が提供するプラント試運転調整用のシミュレーション実行に関係する機能について説明する。
【００６４】
シミュレータ１０は、基本機能であるシミュレーションを実行するシミュレーション実行機能（図３）の他、代表的な機能として、例えば、マトリクスデータ入力・編集機能（図４）と、制御パラメータ編集機能（図５）と、制御パラメータエクスポート機能（図６）と、調整項計算処理機能（図７）とを有する。以下、シミュレータ１０のシミュレーション実行機能、マトリクスデータ入力・編集機能、制御パラメータ編集機能、制御パラメータエクスポート機能、および調整項計算処理機能について説明する。
【００６５】
［シミュレーション実行機能］
図３は、シミュレータ１０の作用およびシミュレータ１０の基本機能であるシミュレーション実行機能を説明する説明図である。
【００６６】
ユーザがシミュレータ１０を用いて火力発電プラントの試運転調整時に実施されるガスタービン燃焼調整業務の訓練を行う場合、クライアント端末５０からシミュレータの初期状態設定等、訓練者（シミュレータ１０では試運転調整員）の操作指令がシミュレーションサーバ３０に与えられ、シミュレーションサーバ３０において試運転調整時におけるプラントの挙動がシミュレーションされる。
【００６７】
シミュレーションサーバ３０では、伝送手段３１から入力される情報に応じ、制御手段４１が、制御ロジック３２、管理手段３３、物理式モデル実行手段３４、および数理式モデル実行手段３５を制御することによって、シミュレーション計算が実行される。このシミュレーション計算には、従来のシミュレーション計算に加えて、従来のシミュレーション計算外である燃焼器（複数管・各周波数帯）の動圧データを計算する処理ステップ（以下、単に「動圧データ計算処理ステップ」と称する。）が含まれる。動圧データ計算処理ステップは、従来の物理式モデルでは計算されないものである。
【００６８】
動圧データ計算処理ステップでは、数理式モデル実行手段３５が、例えば、第１号燃焼器の周波数帯Ｘ等の条件に合致するマトリクスデータ４５１を参照し、参照しているマトリクスデータ４５１と、制御ロジック３２の出力として得られる制御パラメータとしての燃料分配率と、物理式モデルによるシミュレーション計算結果である物理パラメータとしての燃焼温度とに基づいてマトリクス計算を行い、条件に合致する燃焼器の動圧データ（上記例では第１号燃焼器の周波数帯Ｘにおける動圧データ）が取得される。
【００６９】
動圧データ計算処理ステップが完了すると、マトリクス計算の結果は、数理式モデル実行手段３５から出力され、計算結果ＤＢ４５６に保存される。また、数理式モデル実行手段３５から計算結果が出力されると、表示処理手段３７によって当該計算結果の画面情報が生成され、伝送手段３１からクライアント端末５０へ伝送される。計算結果の画面情報を受け取ったクライアント端末５０は、表示手段に計算結果を表示する。
【００７０】
図８，９は、シミュレータ１０において、数理式モデルによる計算に用いられるマトリクスデータ４５１の一例を示す説明図である。
【００７１】
図８に示されるマトリクスデータ４５１の例では、燃料分配率を縦軸とし、燃焼温度を横軸とするマトリクスの座標と関連付けられた燃焼器の動圧データを持つ。マトリクスデータ４５１の動圧データは、例えば、プラント実機において試運転を行った際の動圧データ、すなわち、試運転実測データ群に基づいて作成される。
【００７２】
なお、マトリクスデータ４５１を構成するマトリクスのメッシュの大きさは、図８に示されるマトリクスデータ４５１の場合、横軸が５℃、縦軸が０．２５％であるが、この大きさに限られず任意の大きさで設定できる。
【００７３】
また、マトリクスデータ４５１のマトリクスには、特定のデータ（特定値）を出力する領域４５１ａを設定できる。図９に示されるマトリクスデータ４５１の例では、失火領域４５１ａが設定されており、この失火領域４５１ａを座標とする燃焼温度と燃料分配率となると、数理式モデル実行手段３５は特定値を出力し、失火を示す計算結果を出力する。
【００７４】
数理式モデル実行手段３５から特定値が出力されると、物理式モデル実行手段３４は、フラグ（失火フラグ）を立て、通常の燃焼状態とは異なる状態である失火を模擬した物理パラメータを出力する。失火模擬状態は、クライアント端末５０にも伝送され、失火時の動圧データ挙動が表示される。
【００７５】
また、失火模擬の影響を受けるプラントデータは、物理式モデル実行手段３４から制御ロジック３２へ伝達され、制御監視ＬＡＮ１１を介して接続される制御監視模擬装置２１において失火時のプラントデータ状態が表示される。
【００７６】
［マトリクスデータ入力・編集機能］
図４は、シミュレータ１０の代表的な機能の一つであるマトリクスデータ入力・編集機能およびその情報の流れを説明するブロック図である。
【００７７】
シミュレータ１０において、マトリクスデータ入力・編集機能は、マトリクスデータ４５１の新規作成および既存のマトリクスデータ４５１のデータ更新等の編集の作業を行う機能であり、シミュレーションサーバ３０に提供される。
【００７８】
ユーザが入出力インターフェイスであるクライアント端末５０からマトリクスデータ４５１の入力・編集操作を行うと、マトリクスデータ入力・編集手段３６が、当該入力・編集操作に従ったマトリクスデータ４５１の編集等の作業を行う。マトリクスデータ４５１の編集等の作業が完了すると、編集等された内容でマトリクスデータ４５１が編集等されて保存される。
【００７９】
［制御パラメータ編集機能］
図５は、シミュレータ１０の代表的な機能の一つである制御パラメータ編集機能およびその情報の流れを説明するブロック図である。
【００８０】
シミュレータ１０において、制御パラメータ編集機能は、管理手段３３によって管理される制御ロジック３２の出力である制御パラメータ４５３を編集する機能である。
【００８１】
ユーザが入出力インターフェイスであるクライアント端末５０を操作して制御パラメータ４５３を編集する要求をシミュレーションサーバ３０に与えると、制御パラメータ編集手段３８が、制御ロジック３２の出力である制御パラメータ４５３を編集する。
【００８２】
図１０は、制御パラメータ４５３の編集を行う入出力インターフェイスであるクライアント端末５０に表示される制御パラメータ編集画面４７の一例を示す説明図である。
【００８３】
図１０を参照して制御パラメータの編集作業を説明すると、制御パラメータ編集画面４７を表示させるには、まず、管理手段３３が管理する制御ロジック３２を可視化した制御ロジック画面４８を表示させる。そして、この制御ロジック画面４８に表示される制御ロジック３２内において、調整したい制御パラメータを出力する要素の一例である関数発生器４８１を選択する。すると、関数発生器４８１が出力する制御パラメータを編集するための制御パラメータ編集画面４７が表示される。
【００８４】
制御パラメータ編集画面４７には、例えば、設定対象の種類を選択する種類選択部４７１と、設定値の変更を行う設定対象を選択する対象選択部４７２と、変更後の設定値（変更値）を入力する変更値入力部４７３と、選択されたコマンドを実行するコマンド入力部４７４と、現在値と変更値とを同一の座標系に表示する設定値表示部４７５と、が割り当てられている。
【００８５】
ユーザは、制御パラメータ編集画面４７の種類選択部４７１、対象選択部４７２、および変更値入力部４７３で編集操作を行い、設定値変更前の状態（現在値）と設定値変更後の状態（変更値）とを設定値表示部４７５を確認し、コマンド入力部４７４から実行したいコマンドを選択することで、制御パラメータの編集作業を行うことができる。
【００８６】
［制御パラメータエクスポート機能］
図６は、シミュレータ１０の代表的な機能の一つである制御パラメータエクスポート機能およびその情報の流れを説明するブロック図である。
【００８７】
シミュレータ１０において、制御パラメータエクスポート機能は、管理手段３３によって管理される制御ロジック３２の出力である制御パラメータをシミュレーションサーバ３０からクライアント端末５０へ出力（エクスポート）する機能である。
【００８８】
ユーザが入出力インターフェイスであるクライアント端末５０を操作して制御パラメータ４５３をエクスポートする要求をシミュレーションサーバ３０に与えると、制御パラメータエクスポート手段３９が、制御ロジック３２の出力である制御パラメータ４５３を抽出し、伝送手段３１からクライアント端末５０へ制御パラメータ４５３がエクスポートされる。
【００８９】
クライアント端末５０へ伝送される制御パラメータ４５３は、例えば、プラント（実機）に適用されている制御パラメータの参考パラメータとして使用することができる。従って、ユーザは、プラント実運転前段階の燃焼調整業務におけるシミュレータ１０での事前検証した制御パラメータ４５３を参考パラメータとして使用することで、実プラントへの参考展開や、事後検証との比較検討を行うことができる。
【００９０】
［調整項計算処理機能］
図７は、シミュレータ１０の代表的な機能の一つである調整項計算処理機能およびその情報の流れを説明するブロック図である。
【００９１】
シミュレータ１０において、調整項計算処理機能は、数理式モデル実行手段３５から得られる二つの出力、すなわち、物理方程式調整前の数理式モデルの出力と、調整用データ４５５を参照して得られる物理パラメータと制御パラメータとを数理式モデルの入力とした場合に得られる出力とを比較し、その比較結果から物理式モデルの出力として得られる物理パラメータが調整用データ４５５に基づく物理パラメータとなるように、物理方程式を調整する調整項を算出する機能である。
【００９２】
調整項計算処理手段４０によって調整項が算出されると、算出結果である調整項は、物理式モデル実行手段３４に与えられる。物理式モデル実行手段３４では、与えられた調整項が現在の物理式モデルの物理方程式に加算され、物理方程式が更新される。すなわち、物理式モデル実行手段３４では、与えられた調整項が現在の物理式モデルの物理方程式に反映される。
【００９３】
例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を示すＮＯｘデータ（ＮＯｘ値）は、物理式モデルによって算出されるパラメータであり、燃焼温度が上がるとＮＯｘは増加し、燃料分配率を上げるとＮＯｘは減少する挙動を示す。調整項計算処理手段４０は、物理式モデルの出力であるＮＯｘデータを調整する調整用データ４５５に基づいて、ＮＯｘデータを調整する調整項を算出する。この調整項は、例えば、定数項（以下、調整係数ｃと称する。）である。
【００９４】
ここで、物理式モデルの出力であるＮＯｘ値をｙとし、調整項が定数項である調整係数ｃである場合、調整前のＮＯｘ値であるｙが、下記式（１）で表される場合、調整後のＮＯｘ値であるｙには、下記式（２）に示されるように調整係数ｃが反映（加算）され、加算後の式である下記式（２）が物理式モデルの物理式として保持される。
【００９５】
ｙ＝ｆ（ｘ）＋ａ（任意の定数）                  …（１）
ｙ＝ｆ（ｘ）＋ａ（任意の定数）＋ｃ（調整係数）  …（２）
【００９６】
このように、調整項計算処理手段４０と数理式モデル実行手段３５とによって調整項（ここでは調整係数ｃ）を算出し、これを物理式モデルの物理式に反映することで、出力であるＮＯｘ値にバイアスをかけて調整することができる。すなわち、数理式モデルと物理式モデルとを連動させることができる。
【００９７】
なお、物理式モデルが調整された後は、シミュレーション実行時においても、調整後の状態で模擬されるプラントデータ状態が制御監視端末２０に伝送され、表示される。
【００９８】
以上、シミュレータ１０、およびシミュレータ１０を用いて行うシミュレーション方法によれば、従来のシミュレータではサポートされていないプラントの試運転調整業務についてもシミュレーションすることができる。
【００９９】
シミュレータ１０では、物理モデルでは模擬されないプラントの燃焼調整時の挙動を物理モデルとは別の数理式モデルによって模擬し、この数理式モデルによる計算を実行することで、従来のプラントシミュレータでは模擬されないプラントの燃焼調整時の挙動を再現することができる。
【０１００】
例えば、上述したシミュレータ１０の例では、各種条件によって異なる燃焼器の動圧データを、制御パラメータ４５３である燃料配合率と物理パラメータ４５４である燃焼温度とを軸とするマトリクスの座標（セル）に関連付けたマトリクスデータ４５１を用意しておき、このマトリクスデータ４５１と、当該マトリクスデータ４５１を構成する各軸の情報（燃料分配率および燃焼温度）とに基づいて、数理式モデル実行手段３５が、燃焼器の動圧データを得ることができる。従って、上述したシミュレータ１０の例では、プラント実運転前段階の燃焼調整業務における動圧データの挙動が模擬でき、実運転前の事前検証や試運転調整員の事象学習が可能となる。
【０１０１】
また、シミュレータ１０がマトリクスデータ入力・編集機能を有する場合には、マトリクスデータ４５１を編集してカスタマイズ（追加・変更）することができる。シミュレータ１０は、マトリクスデータ入力・編集機能を有することによって、従来のシミュレータが持っているマルファンクション・オルタレーション機能による模擬とは異なる模擬が可能となる。
【０１０２】
例えば、上述したシミュレータ１０では、マトリクスデータ４５１（図９）に失火領域４５１ａを設定することができ、通常時とは異なる失火時の動圧データ挙動を含めたプラント挙動を模擬することができる。従って、失火時における試運転調整員の事象学習が可能となる等、訓練内容の幅を広げることができる。
【０１０３】
さらに、シミュレータ１０が制御パラメータ編集機能を有する場合には、出力される制御パラメータ４５３を編集することができる。制御パラメータ４５３を編集可能とすることで、制御パラメータ４５３を調整することによる燃焼調整作業の模擬ができるので、試運転調整員の技量向上や試運転調整期間の効率化（短縮化）を図ることができる。
【０１０４】
さらにまた、シミュレータ１０が制御パラメータエクスポート機能を有する場合には、シミュレータ１０に設定されている制御パラメータ４５３をデータ出力することができるので、例えば、プラント（実機）に適用されている制御パラメータの参考パラメータとして使用することができる。従って、プラント実運転前段階の燃焼調整業務におけるシミュレータの事前検証を受けて、実機への参考展開や、事後検証との比較検討が可能となる。
【０１０５】
また、シミュレータ１０が調整項計算処理機能を有する場合には、実機計測データに近いデータとなるように物理式モデルの出力を調整（補正）することができるので、より実機に即したシミュレーションに基づく燃焼調整作業を模擬することができ、試運転調整員の技量向上を図ることができる。
【０１０６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。
【０１０７】
上述したシミュレータ１０は、マトリクスデータ入力・編集手段３６、計算結果表示手段としての表示処理手段３７、制御パラメータエクスポート手段３９、および調整項計算処理手段４０を備えている例であるが、必ずしもこれら全ての手段を備えている必要はなく、実装したい機能に応じて選択することができる。すなわち、シミュレータ１０は、マトリクスデータ入力・編集手段３６、計算結果表示手段としての表示処理手段３７、制御パラメータエクスポート手段３９、および調整項計算処理手段４０の一部または全部を省略することもできる。
【０１０８】
また、上述した実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１…オペレーションシステム（ＯＳ）、２…シミュレータプログラム、３…クライアントプログラム、１０…シミュレータ、１１…制御監視ＬＡＮ、１２…シミュレータＬＡＮ、２０…制御監視端末、２１…制御監視模擬装置、２２…共通データ装置、２３…自動化装置、３０…シミュレーションサーバ、３１…伝送手段、３２…制御ロジック、３３…管理手段、３４…物理式モデル実行手段、３５…数理式モデル実行手段、３６…マトリクスデータ入力・編集手段、３７…表示処理手段、３８…制御パラメータ編集手段、３９…制御パラメータエクスポート手段、４０…調整項計算処理手段、４１…制御手段、４２…記憶手段、４７…制御パラメータ編集画面、４７１…種類選択部、４７２…対象選択部、４７３…変更値入力部、４７４…コマンド入力部、４７５…設定値表示部、４８…制御ロジック画面、４８１…制御ロジックの要素（関数発生器）、５０…クライアント端末、５１…インストラクタ装置、５２…制御模擬ソフト盤、４５１…マトリクスデータ、４５１ａ…マトリクスの領域（失火領域）、４５２…シミュレータＤＢ、４５３…制御パラメータ、４５４…物理パラメータ、４５５…調整用データ、４５６…計算結果ＤＢ。
【図１】
2014203307.tif 000003
【図２】
2014203307.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014203307.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014203307.tif 000008
【図７】
2014203307.tif 000009
【図８】
2014203307.tif 000010
【図９】
2014203307.tif 000011
【図１０】
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