(57)【要約】【課題】プラントの運転制約条件に従って、過大な熱応力を発生させずに、短時間でプラントの運転を起動するコンバインドサイクル発電プラントの運転方法を提供する。【解決手段】ガスタービンと蒸気タービンから構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転を行うに当り、操作変数として、プラントの運転パラメータを設定する段階と、制約条件として、プラントの監視パラメータを設定する段階と、評価指標として、指定された発電出力に到達する到達時間ＰＴを設定する段階と、操作変数と制約条件に基づいて、評価指標を最小にする最適化問題を運転開始前に解き、操作変数である運転パラメータを決定する段階とを有する。【選択図】　　　図１
2004116416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転を行うに当り、操作変数として、ガスタービンの昇速率ＧＶ、ガスタービンの最初の負荷保持の出力ＧＯ、ガスタービンの負荷保持中の蒸気の圧力ＧＳＰ、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間ＣＴ、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶからなる運転パラメータを設定する段階と、
制約条件として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値ＳＳ、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値ＨＳ、
排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値ＮＯからなるプラントの監視パラメータを設定する段階と、
評価指標として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、指定された発電出力に到達する到達時間ＰＴを設定する段階と、
前記操作変数と前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を運転開始前に解き，前記操作変数である運転パラメータを決定する段階と
を有することを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項２】
操作変数として、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶを、蒸気の切り替え以降のガスタービンの発電出力の上昇率ＧＶに置換えたことを特徴とする請求項１記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項３】
操作変数である、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶあるいは蒸気の切り替え以降のガスタービン発電出力の上昇率ＧＶを、複数の時間単位に区分して、それぞれの区分毎に上昇率ＣＶｎあるいはＧＶｎを採ることを特徴とする請求項１又は２記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項４】
評価指標である、指定された発電出力に到達する時間ＰＴを、制約条件に置換え、制約条件である、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値ＳＳ、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値ＨＳ、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値ＮＯのいずれか１条件を評価指標に置換え、その他の条件はそのまま制約条件に残すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項５】
前記動特性シミュレーション計算のための初期値として、発電プラントのプロセスデータを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項６】
前記最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って所定の時間周期毎に繰り返し，運転パラメータを逐次更新することを特徴とする請求項５記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項７】
ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、
操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率ＣＴ、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率Ｔｎのいずれか一方の蒸気温度変化パターンにして、設定する段階と、
制約条件として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値ＭＳＳ、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、
評価指標として、指定された蒸気温度に到達する時間ＰＴを設定する段階と、前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンからコンバインド発電出力の運転パラメータを決定する段階と
を有することを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項８】
ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、
操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率ＣＴ、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率ＰＶｎのいずれか一方の蒸気温度変化パターンを設定する段階と、
制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間ＰＴ、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、
評価指標として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値ＭＳＳを設定する段階と、
前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定する段階と
を有することを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項９】
前記最適化問題を解くための最適化計算において、前記最適化計算に含まれる動特性シミュレーション計算のための初期値は、計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いるとともに、前記最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新することを特徴とする請求項７又は８記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項１０】
ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転を行うに当り、蒸気タービンへの蒸気の通気以前の運転は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法を用い、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転は、請求項７乃至９のいずれか１項記載の方法を用いることを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項１１】
前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値ＳＳの計算を行うに当り、前記動的シミュレーションの代わりに線形差分方程式から求めた予測計算式を用いることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項１２】
前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の計算を行うに当り、前記動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形の最大値・最小値問題を用いることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項１３】
前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の計算を行うに当り、前記動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形計画法を用いることを特徴とする請求項の７乃至１０のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【請求項１４】
前記最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、前記目標値と熱応力の管理のために計測されている蒸気温度の計測値とが一致するように、前記目標値にフィードフォワード制御を行い、予め蒸気温度と発電出力との関係から求めた発電出力信号と前記フィードフォワード制御信号を加え合わせて発電出力の目標値を作成することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの運転方法，特にそのプラントの起動時の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、従来のコンバインドサイクル発電プラントの概略の構成図である。（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン設備１、廃熱回収ボイラ２、蒸気タービン設備３、発電機４，４’、復水器５、ポンプ６、燃焼器７、燃料弁８、蒸気弁（１）９、蒸気弁（２）１０等から構成されている。
【０００４】
ガスタービン設備１では、吸気された大気が圧縮機１ａで圧縮されて高温・高圧空気となり燃焼器７に導かれる。一方、燃料弁８から供給される燃料も燃焼器７に導かれ、圧縮機１ａからの高温・高圧空気と混合されて燃焼される。高圧・高温の燃焼ガスはガスタービン１ｂに導かれ、ガスタービン１ｂを駆動するとともに、同軸に結合されている発電機４を回転させる。一方、ガスタービン１ｂを駆動した後の燃焼排ガスは廃熱回収ボイラ２に導かれ、図示しない熱交換器で蒸気を発生させて蒸気タービン３ａを駆動するとともに、同軸に結合されている発電機４ａを回転させる。蒸気タービン３ａで仕事をした蒸気を復水器５で凝縮して水に戻し、ポンプ６で圧力を上げて廃熱回収ボイラ２に再び送る。蒸気タービン３ａで使われる蒸気（又は水）は、このように循環している。
【０００５】
主要な制御に使われる弁として、ガスタービン設備１の燃料流量を操作する燃料弁８と、廃熱回収ボイラ２で発生して蒸気タービン３ａに流される蒸気の量を操作する蒸気弁（１）９と、蒸気タービンを通さずに直接復水器５にバイパスさせる量を操作する蒸気弁（２）１０とがある。
【０００６】
本図は，ガスタービン設備１と蒸気タービン設備３が別個の回転軸を持ち、それぞれ別個の発電機４，４ａを有する場合の構成を示している。その他の場合のコンバインドサイクル発電の構成としては、ガスタービン１と蒸気タービン３と発電機４，４ａが同一の回転軸で接続された構成もある。
【０００７】
また、ガスタービン設備１と廃熱回収ボイラ２とが複数の対となり、一台の蒸気タービンに蒸気を供給する構成もある。本発明は、これらの構成の違いには関係しないので、以下の説明では図１５の構成について説明を行う。
【０００８】
図１６は、ガスタービン設備１の燃料流量と、ガスタービン設備１による発電出力、排気ガス流量、排気ガス温度、および蒸気温度の関係を示している。ガスタービン設備１の燃料流量の増加に伴ってガスタービン設備１による発電出力が増加するとともに、排気ガス流量が一定の間は排気ガス温度も増加する。
【０００９】
廃熱回収ボイラ２で発生する蒸気の温度は、排気ガス温度に従って変化するので、ガスタービン設備１を起動して出力を増加している間は、蒸気温度が上昇する。
【００１０】
蒸気タービン設備３や廃熱回収ボイラ２などは、高温・高圧の蒸気や水を流すので、強度を保つため金属部分が肉厚になっている。肉厚の金属部分に温度分布が生じると、熱応力が発生する。大きな熱応力は金属の寿命を消耗するので、これを避けるために、熱応力を管理した運転が必要になる。
【００１１】
また、このような温度分布は、金属と蒸気の温度差が大きくなるプラントの起動時に生じ易い。したがって、プラントの金属の熱応力は、主としてプラントの起動時に生じるといえる。
【００１２】
図１７は、一般的なコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転操作の手順を示したものである。
（１）運転開始時には、ガスタービン設備はモータ等の補助動力により回転を始め、所定の回転数に達した後，所定の時間回転数を保持する。
（２）所定の時間経過後に補助動力の出力を下げて、回転数を低下させ、ガスタービン設備に燃料を供給して点火する。
（３）燃焼が始まると、所定の回転数の変化率に従って燃料の供給量を増加させ、回転数を上昇させる。
（４）回転数が所定の値、すなわち電力系統の周波数に対応した回転数である３０００ｒｐｍあるいは３６００ｒｐｍに到達すると、回転数を一定に保ち、発電機の電力回線を電力系統と接続して、発電を始める。
（５）ガスタービン設備への燃料を所定の変化率で増加させ、出力を所定の値まで増加させる。
（６）ガスタービン設備の高温の排気ガスにより廃熱回収ボイラで発生させた蒸気は、その圧力が所定の値に上昇すると、蒸気タービンをバイパスして復水器に直接流される。
（７）蒸気量が所定の量を超えたら，蒸気タービンに蒸気を流し始め、バイパスから復水器に流す蒸気の量を減らし始め、蒸気タービンに流す量を増加させ、さらに、全量を蒸気タービンに流す。
（８）目標の発電出力になるまでガスタービンの出力を増加させる。当然、蒸気タービンの出力も増加する。
これらの運転操作において、（１）から（４）までは、ほぼ固定されたプログラムによって行われる。起動時のプラントの状態によって（５）以降の運転操作が決定される。
【００１３】
これらの運転パラメータのうちで主要なものは、最初の負荷保持の出力ＧＯ、負荷保持中の蒸気の圧力ＧＳＰ、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間ＣＴ、および蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶである。
【００１４】
従来の制御では、これらの運転パラメータは、運転開始時、該当する機器の操作が行われるときのプラントのプロセス量に基づいて予め指定された値が採られるか、あるいはプロセス量による関数値を用いて制御値が決定される。それらの値や関数はプラント計画時や試運転時に決定されたものである。
【００１５】
蒸気タービンで発生する熱応力を管理するために、先ず、プラントの起動時の蒸気タービンの熱応力を管理している部分の金属の温度により、上記の最初の負荷保持の出力ＧＯ、および負荷保持中の蒸気の圧力ＧＳＰが決定される。次いで、蒸気の切り替え時における、蒸気の温度と蒸気タービンの金属の温度とにより、上記のバイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間ＣＴ、および蒸気の切り替え以降の発電出力の上昇率ＳＶが決定される。
【００１６】
プラントの計画時においては、図１６に示すように、ガスタービンの燃料流量あるいはガスタービンの発電出力に対する蒸気温度の関係から、ガスタービンの発電出力増加時の蒸気温度の変化を想定し、蒸気タービンの金属部の温度分布の変化とそれにより発生する熱応力を推定計算する。この推定計算による熱応力が、制限値を満たすように運転パラメータの値を決定する。
【００１７】
これらの運転パラメータの値は、試運転時の実際の運転状況を反映して調整されることがあるが、それ以降のプラントの実際の運転状況を、起動運転の都度、反映して調整されることはない。
【００１８】
そのため，プラントおよび機器の特性の変化や，運転条件の変化などを勘案して、余裕のある運転方法、すなわち応力の発生について余裕を持った運転方法が設定されている。したがって、起動運転に時間がかかってしまう。
【００１９】
廃熱回収ボイラの金属部分については、プラント計画時に、蒸気タービンにより決まる蒸気温度の変化に対して、熱応力の発生が許容できるかどうかの評価を行っている。
【００２０】
図１８は、従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御システムの概略の構成図である。
【００２１】
上位制御装置１２は、起動のための運転パラメータ等を操作の目標値として作り、ガスタービン用下位制御装置１２ａおよび蒸気タービン用下位制御装置１２ｂに送る。両下位制御装置１２ａ，１２ｂは、現場機器を操作する操作信号を作り、ガスタービン用入出力装置１３ａおよび蒸気タービン用入出力装置１３ｂを介して発電プラントに送る。発電プラントからのガスタービン用プロセスデータ１７ａは、入出力装置１３ａを介して下位制御装置１２ａおよび上位制御装置１２に送られている。同様に、発電プラントからの蒸気タービン用プロセスデータ１７ｂは、入出力装置１３ｂを介して下位制御装置１２ｂおよび上位制御装置１２に送られている。
【００２２】
【非特許文献１】
道上勉著　「発電・変電」　電気学会、１９９７年７月１日、ｐ１８５−１８８
【非特許文献２】
千葉幸著　「火力発電所」　電気書院、平成６年７月１０日、ｐ４６９−５０３
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の方式では、起動時の運転パラメータの値が、設計時あるいは試運転時に決められており、それ以降のプラントの実際の運転状態を反映していない。すなわち、プラントおよび機器の特性の変化や、運転条件の変化などを勘案して、余裕をもった運転方法が用いられていた。特に、応力の発生については、余裕を持った運転方法が用いられていたために、プラントの起動に時間がかかり過ぎるという問題があった。
【００２４】
かかる問題を解決するために、本発明は、プラントに過大な熱応力を発生させることなく、短時間で起動できる運転パラメータを決定し、この運転パラメータに基づいて運転するコンバインドサイクル発電プラントの運転方法を提供することを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転を行うに当り、操作変数として、ガスタービンの昇速率ＧＶ、ガスタービンの最初の負荷保持の出力ＧＯ、ガスタービンの負荷保持中の蒸気の圧力ＧＳＰ、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間ＣＴ、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶからなる運転パラメータを設定する段階と、制約条件として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値ＳＳ、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値ＨＳ、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値ＮＯからなるプラントの監視パラメータを設定する段階と、評価指標として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算を行い、運転操作によって生じると予測される、指定された発電出力に到達する到達時間ＰＴを設定する段階と、操作変数と制約条件に基づいて、評価指標を最小にする最適化問題を運転開始前に解き，操作変数である運転パラメータを決定する段階とを有することを特徴とする。
【００２６】
請求項１記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、制約条件を満たし、指定された発電電力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【００２７】
請求項２記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項１記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、操作変数として、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶを、蒸気の切り替え以降のガスタービンの発電出力の上昇率ＧＶに置換えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項２記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、請求項１記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法と同様に、制約条件を満たし、指定された発電電力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【００２９】
請求項３記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項１あるいは２記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、操作変数である、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶあるいはガスタービン出力の上昇率ＧＶを、複数の時間単位に区分して、それぞれの区分毎の上昇率ＣＶｎあるいはＧＶｎを採ることを特徴とする。
【００３０】
請求項３記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力あるいはガスタービン出力の上昇率を区分化することにより、最適化計算の自由度が増えるため、請求項１および２のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に較べて、起動時間をより短くする運転パラメータを求めることができる。
【００３１】
請求項４記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、評価指標である、指定された発電出力に到達する時間ＰＴを、制約条件に置換え、制約条件である、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値ＳＳ、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値ＨＳ、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値ＮＯのいずれか１条件を評価指標に置換え、その他の条件はそのまま制約条件に残すことを特徴とする。
【００３２】
請求項４記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、指定された時刻までに目標出力に到達する運転方法のうち、蒸気タービンの軸における熱応力ＳＳの発生、蒸気発生器の高温部のおける熱応力ＨＳの発生、あるいは排煙ガス中の窒素酸化物ＮＯの発生を最小にする運転方法を決定し、運転することができる。
【００３３】
請求項５記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項１乃至５のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、動特性シミュレーション計算のための初期値として、発電プラントのプロセスデータを用いることを特徴とする。
【００３４】
請求項５記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、動特性シミュレーションを行うプラントから実際に観測されるプロセスデータを用いて、初期状態の値を設定することにより、実際のプラントの将来の動向をより精度よく推定することができる。したがって、その推定値を用いた最適化計算の結果である運転パラメータについても、より精度の良い値を得ることができる。
【００３５】
請求項６記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項５記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って所定の時間周期毎に繰り返し，運転パラメータを逐次更新することを特徴とする。
【００３６】
請求項６記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、実際のプラントの運転状態を取り込んで、予測計算と運転パラメータの計算を行い、これを運転の進行に従って逐次繰り返し行うことにより、実機の運転状態を反映した運転パラメータの算出をおこなうことができる。
【００３７】
請求項７の発明に係わるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率ＣＴ、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率Ｔｎのいずれか一方の蒸気温度変化パターンにして設定する段階と、制約条件として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値ＭＳＳ、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、評価指標として、指定された蒸気温度に到達する時間ＰＴを設定する段階と、前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定する段階とを有することを特徴とする。
【００３８】
請求項７記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることにより、計算する機器の規模を低減できる。
【００３９】
請求項８記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行うに当り、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率ＣＴ、あるいは、所定の時間間隔毎に設定される温度上昇率ＰＶｎのいずれか一方の蒸気温度変化パターンを設定する段階と、制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間ＰＴ、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定する段階と、評価指標として、蒸気温度の変化パターンから動的シミュレーションにより計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値ＭＳＳを設定する段階と、前記操作変数および前記制約条件に基づいて、前記評価指標を最小にする最適化問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定する段階とを有することを特徴とする。
【００４０】
請求項８記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、前項同様、最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることで、計算する機器の規模を低減できる。
【００４１】
請求項９記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項７あるいは８記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、最適化問題を解くための最適化計算を行うに当り、最適化計算に含まれる動特性シミュレーション計算のための初期値は、計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いるとともに、最適化計算は、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新することを特徴とする。
【００４２】
請求項９記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、請求項７および８同様、最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることにより、計算する機器の規模を低減することができる。さらに、最適化計算におけるモデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響も低減することができる。
【００４３】
請求項１０記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定のコンバインド発電出力までの運転を行うに当り、蒸気タービンへの蒸気の通気以前の運転は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法を用い、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転は、請求項７乃至９のいずれか１項記載の方法を用いることを特徴とするコンバインド発電プラントの運転方法。
【００４４】
請求項１０記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、蒸気タービン通気以前の運転パラメータの決定についても最適化計算による運転パラメータを用いることができ、蒸気タービン通気以降は、主要な制約条件である蒸気タービンの熱応力を考慮した運転を行うことができる。
【００４５】
請求項１１記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項７乃至１０のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、前記蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値ＳＳの計算を行う際に、前記動的シミュレーションの代わりに線形差分方程式から求めた予測計算式を用いることを特徴とする。
【００４６】
請求項１１記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、計算量の多い動特性シミュレーションを実施することなく、最適な運転パラメータを短時間で求めることができ、計算能力や記憶容量などについて、規模の大きい制御装置に用いることができる。
【００４７】
請求項１２記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項７乃至１０のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値ＳＳの計算を行う際に、動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形の最大値・最小値問題を用いることを特徴とする。
【００４８】
請求項１２記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、制御周期を短くして最適化計算を行うことにより、計算負荷を軽減することができる。そのため、計算能力の高くない制御システムにおいても、このような最適化計算を容易に実現することができる。
【００４９】
また、逐次最適化を行う制御周期を短くして、予測誤差の修正を頻繁に行うことにより、モデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響を低減することができる。
【００５０】
請求項１３記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項の７乃至１０のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値ＳＳの計算を行う際に、前記動的シミュレーションの代わりに、線形差分方程式から求めた予測計算式を用い、前記最適化計算には、線形計画法を用いることを特徴とする。
【００５１】
請求項１３記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、前項において、最大値・最小値問題を使う部分を線形計画法に置換えることができる。線形計画法を用いることにより、有限の計算回数で最適解を得ることができるので、計算時間の短縮ができる。
【００５２】
請求項１４記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、請求項７乃至１３のいずれか１項記載のコンバインド発電プラントの運転方法において、最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、前記目標値と熱応力の管理のために計測されている蒸気温度の計測値とが一致するように、前記目標値にフィードフォワード制御を行い、予め蒸気温度と発電出力との関係から求めた発電出力信号と前記フィードフォワード制御信号を加え合わせて発電出力の目標値を設定することを特徴とする。
【００５３】
請求項１４記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法によれば、このようなフィードフォワード制御を行うことにより、目標とする蒸気温度パターンから求まる発電出力の目標値を的確に制御することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。
【００５５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る、動特性シミュレーションによる予測計算を含む最適化計算により運転パラメータを決定する運転パラメータ計算システムを持つプラント制御システムの構成例を示したものである。図１に示すように、最適化計算で求められた運転パラメータ１５は、下位制御装置１２ａ，１２ｂの制御目標として与えられ、下位制御装置１２ａ，１２ｂは、この目標値に従って機器の操作信号を作成する。
【００５６】
図２は、上述の運転パラメータ計算システムの流れを示すフローチャートである。図２の運転パラメータ計算システムにおける最適化計算は、操作変数として、ガスタービンの昇速率ＧＶ、ガスタービンの最初の負荷保持の出力ＧＯ、ガスタービンの負荷保持中の蒸気の圧力ＧＳＰ、バイパス蒸気と蒸気タービンへの蒸気注入のための切り替え時間ＣＴ、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶからなる運転操作時の運転パラメータを設定し、制約条件として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算に基づいて運転操作によって生じると予測される、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値ＳＳ、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値ＨＳ、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量の値ＮＯからなるプラントの監視パラメータを設定し、評価指標として、コンバインドサイクル発電プラントの動特性シミュレーションによる予測計算により運転操作によって生じると予測される、指定された発電出力に到達する時間ＰＴを設定し、評価指標を評価関数とし、操作変数および制約条件に基づいて、評価関数を最小にする操作変数を計算する。
【００５７】
このように最適化問題を解くことにより、制約条件を満たし、指定された発電出力に到達する時間を最小にする操作変数、すなわち運転パラメータを求めることができる。
【００５８】
最適化計算の方法としては，例えば、ＳＱＰ（逐次二次計画法）などの制約条件付の非線形最適化計算の方法などを使えばよい。
【００５９】
ＳＱＰの詳細は、例えば、Ｇ．Ｌ．Ｎｅｍｈａｕｓｅｒ，　Ａ．Ｈ．Ｇ．Ｒｉｎｎｏｏｙ　Ｋａｎ，　Ｍ．Ｊ．Ｔｏｏｄによる　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，　Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ　（１９８９）に述べられている。
【００６０】
本実施の形態の構成と作用により、制約条件を満たし、指定されたコンバインド発電出力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
本発明のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態において、操作変数として与えた、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶを、ガスタービンによる発電出力の上昇率ＧＶに置換えたものである。
【００６２】
ガスタービンによる発電出力の上昇率ＧＶは、蒸気の切り替え以降のコンバインド発電出力の上昇率ＣＶと１次の相関があるので、前者は後者に代行することができる。
【００６３】
したがって、第２の実施の形態においても、制約条件を満たし指定されたコンバインド発電出力に到達する時間を最小にする運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転を行うことができる。
【００６４】
（第３の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第３の実施の形態は、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態において、操作変数として設定した蒸気の切替え以降のコンバインド発電出力の上昇ＣＶあるいは蒸気の切替え以降のガスタービン発電出力の上昇ＧＶを、単一の上昇パターンから、図３に示すように、複数の区分に分割し、各区分毎の出力変化を操作変数とするものである。
【００６５】
このように最適化計算の操作変数の数を増やすことにより、最適化計算の自由度が増え、より最適化の値の変動を小さくすることができる。
【００６６】
図４（ａ），（ｂ）は、ガスタービンの出力上昇を区分化して最適計算を行う場合の効果を示したものである。
【００６７】
図４（ａ）は、比較のために、ガスタービンの出力上昇を一定とした場合を示したものである。図４（ａ）の上図は、その場合のガスタービンと蒸気タービンの出力およびコンバインド発電の出力の変化を示したものであり、その下図は、その場合の熱応力の変化を示したものである。その熱応力の変化は、急峻なピークとなるため、熱応力の制限値を越えないように、出力上昇率を抑える必要がある。出力上昇率を抑えることにより、起動に時間がかかってしまう。
【００６８】
これに対して、図４（ｂ）は、ガスタービンの出力上昇を区分化して最適計算を行う場合を示したものである。図４（ｂ）の上図は、その場合の区分化されたガスタービンと蒸気タービンの出力および複合発電の出力の変化を示したものであり、その下図は、その場合の熱応力の変化を示したものである。その熱応力の変化は、最適化計算の自由度が増えるため、熱応力のピークを、速く立ち上げても、熱応力の制限値以下に保つことができる。したがって、出力上昇を短時間で行うことができる。
【００６９】
すなわち、ガスタービンの出力上昇を区分化して最適計算を行う場合には、同じ運転の制約条件の基では、出力上昇を一定として最適計算を行う場合より短時間でプラントを起動できる。
【００７０】
したがって、第１、第２の実施の形態に比べ、起動時間をより短くできる運転パラメータを求めることができる。
【００７１】
（第４の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第４の実施の形態は、上述の第１、第２および第３の実施の形態において、評価指標である「指定された発電出力に到達する時間」を制約条件に変更し、制約条件である、蒸気タービンの軸に発生する熱応力の値ＳＳ、蒸気発生器の高温部に発生する熱応力の値ＨＳ、排煙ガス中の窒素酸化物の排出量ＮＯの値のいずれか１つを評価指標として選定し、残りはそのまま制約条件として、評価指標を最小にする最適問題を解いて、操作変数である運転パラメータを決定するものである。
【００７２】
発電所の運用方式には、発電プラントを起動し、ある指定された時刻に目標電力を発生するように運転する場合がある。
【００７３】
これに対処するために、本実施の形態のように、与えられた時間で起動することを制約条件とし、評価指標として選んだ上記のいずれかの条件を最小にし、評価指標に選択しない項目はそのまま制約条件とし、起動のための運転パラメータを決定すれば、それらの運転パラメータを使うことによって、発電プラントを起動し、指定された時刻に目標電力を発生することができる。
【００７４】
（第５の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第６の実施の形態は、第１から第５までの実施の形態において、発電プラントの将来の運転状態を予測する動特性シミュレーションの計算の初期値として、発電プラントのプロセスデータを用いて、評価指標を最小にする最適問題を運転開始前に解き、運転パラメータを決定するものである。
【００７５】
図５は、このように構成した運転パラメータ計算システムにおいて、最適化計算により運転パラメータを決定するためのフローチャートである。このフローチャートは、プラントからの利用可能なデータを動特性シミュレーションの初期値に採り込んで、プラントの将来の運転状態の予測を行う計算フローを示している。
【００７６】
図６は、上記の運転パラメータ計算システムを有する制御システムの構成図を示したものである。同図に示すように、入出力装置１３ａ，１３ｂからプロセスデータ１７ａ，１７ｂを運転パラメータ計算システム１８に取り込み、得られた運転パラメータ１５を下位制御装置１２ａ，１２ｂの目標値として与えている。
【００７７】
本発明の第１乃至５の実施の形態で行われる最適化は、動特性シミュレーションにより計算される発電プラントの将来の運転状態の推定値に基づいている。このため、動特性シミュレーションによる予測精度が、最適化の計算結果に影響を与え、プラントの運転精度を左右する。
【００７８】
本発明の第１乃至５の実施の形態で行われる動特性シミュレーションは、非線形常微分方程式系であり、以下ように表せる。
2004116416.tif 000003
ここで、ｘ（ｔ）は状態ベクトル、ｕ（ｔ）は入力ベクトル、ｙ（ｔ）は出力ベクトル、ｔは時刻である。また、Ｆ，Ｇはプラントの動特性を表す式を、初期時刻ｔ０での初期状態ｘ（ｔ０）を初期値とした初期値問題を解くことにより求めることができる。
【００７９】
このような常微分方程式の解法では、初期状態ｘ（ｔ０）の値によりその後の結果が影響を受ける。したがって、方程式を記述する方法が正しく行われても、初期状態ｘ（ｔ０）の値が異なっていると、動的シミュレーションによる将来のプラントの運転状態は、実際のプラントの運転状態とは異なったものになる。
【００８０】
一方、初期状態の値は、プラントで実際に観測される量、すなわちプロセスデータから決定することができる。これにより、動的シミュレーションの結果の精度がよくなり、さらに、この結果を用いて最適問題を解いて得られるプラントの運転パラメータも、精度の良い値となる。
【００８１】
（第６の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第６の実施の形態は、第１から５までの実施の形態における最適化計算を、図７に示すように、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新するものである。この時、最適化計算に含まれる動特性シミュレーションのための初期値は、発電プラントの測定データが利用できるものについては、その計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いる。
【００８２】
第５の実施の形態でも説明したように、本発明では、発電プラントの将来の運転状態の予測計算の精度が、その予測計算を含む最適化計算により求める運転パラメータに影響を与える。
【００８３】
発電プラントの将来の振る舞いについての動特性シミュレーションによる予測計算では、計算のためのモデル式、計算に使うデータ、初期値、外部からの入力変数等に必ず誤差があるため、将来の予測値に誤差が生じる。
【００８４】
さらに、動特性シミュレーションの式には、モデル化されていない特性や、モデル式に含まれない外部からの影響等の要因によっても、将来の予測値に誤差が生じる。これらの要因による誤差は、予測期間が長くなればなるほど、誤差が累積して大きくなる。
【００８５】
本実施の形態は、実際のプラントの運転状態を取り込んで、予測計算と運転パラメータの計算を行い、これを運転の進行に従って逐次繰り返し行うことにより、予測誤差の累積を防ぐものである。これにより、実機の運転状況を反映した運転パラメータを算出することができる。
【００８６】
図８は、運転パラメータを決定する際の流れを示したものである。同図（ａ）は、通常の最適化計算の場合を示しており、同図（ｂ）は、本実施の形態における逐次最適化計算の場合を示している。本実施の形態においては、逐次計算を行うことがフィードバック効果を持たせているものと解釈することができる。
このフィードバックには、元来、制御対象のモデル化の誤差や、操作量以外の外部からの入力の影響に対して、感度を低減する効果がある。
【００８７】
要するに、実際のプラントの運転状態を取り込んで、予測計算と運転パラメータの計算を行い、これを運転の進行に従って逐次繰り返し行うことにより、実機の運転状態をよく反映した、誤差の小さい運転パラメータを算出することができる。
【００８８】
（第７の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態で述べた運転パラメータの決め方に対して、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転についての運転パラメータの決め方に係るものである。
【００８９】
本実施形態の最適化計算では、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを与え、制約条件として、蒸気温度の変化パターンから計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値ＭＳＳ、および蒸気温度の変化は非減少であることを設定し、評価指標として、指定された蒸気温度に到達する時間ＰＴを設定し、その評価指標を最小にする最適問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンからコンバインド発電出力の運転パラメータを決定する。ここで、操作変数である温度変化パターンの与え方としては、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率ＴＶ、所定の時間間隔毎に設定される，温度Ｔあるいは温度上昇率ＴＶのいずれかとする。
【００９０】
また、蒸気タービンの通気までの運転方法については，第１から６までの実施の形態の運転パラメータの決定方法を利用する。
【００９１】
最適化計算により運転パラメータを決定する場合には、操作変数が多くなったり、予測期間が長いと大きな計算量を必要とする。最適化計算を部分的にするので、計算量を抑えて、計算を実行する計算機の規模を低減することができる。
【００９２】
（第８の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第９の実施の形態は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの起動から所定の発電出力までの運転において、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転を行う際に、操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンを与え、制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間ＰＴおよび蒸気温度の変化は非減少の条件を設定し、評価指標として、蒸気温度の変化パターンから計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値の最大値ＭＳＳを設定し、評価指標を最小にする最適問題を解いて蒸気温度のパターンを求め、得られた蒸気温度のパターンから発電出力の運転パラメータを決定するものである。
【００９３】
ここで、操作変数である温度変化パターンの与え方としては、予測計算の全時間にわたる一定の温度上昇率ＴＶ、所定の時間間隔毎に設定される，温度あるいは温度上昇率ＰＶのいずれかとする。
【００９４】
また、蒸気タービンの通気までの運転方法については、第１から６までの実施の形態における運転パラメータの決定方法を利用する。
【００９５】
最適化計算による運転パラメータの決定においては、操作変数が多くなったり、予測期間が長いと大きな計算量を必要とする。第７の実施の形態と同様に、最適化計算を部分的にすることにより、計算量を抑えて、計算を実行する計算機の規模を低減することができる。
【００９６】
（第９の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第９の実施の形態は、第７，８の実施の形態に述べたように、最適化計算を部分的とした場合に、第６の実施の形態で述べた、発電プラントの運転の進行に従って、所定の時間周期毎に繰り返し、運転パラメータを逐次更新するものである。
【００９７】
最適化計算に含まれる動特性シミュレーション計算のための初期値は、第６の実施の形態と同様に、発電プラントの測定データが利用できるものについては、その計算時刻における発電プラントのプロセスデータを用いる。
【００９８】
このように構成することにより、第７，８の実施の形態に述べたように、最適化計算を部分的とした場合には、第６の実施の形態で述べたモデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響を低減できる。
【００９９】
最適化計算による運転パラメータの決定を部分的にすることで、計算を実行する機器の規模を低減することができる。
【０１００】
さらに、最適化計算におけるモデル化誤差やプラント・パラメータの誤差、未知入力の影響を低減することができる。
【０１０１】
（第１０の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第１０の実施の形態は、コンバインドサイクル発電プラントを起動から蒸気タービンへの通気まで運転するに当り、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法を利用し、蒸気タービンへの蒸気の通気以降の運転について請求項７から９までのいずれか１項の方法を利用して運転パラメータを決定するものである。
【０１０２】
このように構成することにより、蒸気タービン通気までの運転については通常の最適化計算による運転パラメータを利用でき、蒸気タービン通気以降は主要な制約である蒸気タービンの熱応力を考慮した運転を実現することができる。
【０１０３】
最適化計算による運転パラメータの決定を２分割することで、計算を実行する機器の規模を低減でき、制約条件を考慮した短時間での起動を実現することができる。
【０１０４】
（第１１の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第１１の実施の形態は、第７乃至１０の実施の形態において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値を計算する際に、監視に用いられている線形差分方程式から求めた予測計算式を利用して、運転パラメータを決定するものである。
【０１０５】
一般に、蒸気タービンの軸は、大きな金属で作られているために、蒸気の注入による軸表面の温度上昇により、軸内部に温度分布を生じ、熱応力を発生する。
熱応力の予測計算式は、次ぎのように求めることができる。
【０１０６】
蒸気タービンの軸の熱応力は、軸の温度分布により発生する。図９に示すように、軸は表面が蒸気に曝された円板状の金属とみなされるので、軸に発生する温度分布は表面の蒸気温度との熱交換による熱の移動を境界条件として、熱伝導方程式によって表すことができる。円板における温度分布を求める熱伝導方程式は、時刻ｔ場所ｒの温度をＴ（ｔ，ｒ）と表すと、金属の性質と形状から決まる係数をａとおいて、次のような、極座標表示による偏微分方程式になる。
2004116416.tif 000004
また、体積平均温度をＴａ（ｔ）と表すと、
Ｔａ（ｔ）＝２／（ｒ２ーｒ１）∫Ｔ（ｔ，ｒ）・ｒ・ｄｒ　　（２）
となる。ここで、ｒ２は軸の外径の２乗、ｒ１は軸の内径の２乗、積分は内径から外径まで行うものとする。
【０１０７】
熱応力は、体積平均温度Ｔａ（ｔ）と円板上の温度Ｔ（ｔ，ｒ）の差に比例した値になる。
【０１０８】
発電プラントの運転においては、これらの式を時間と場所について差分化した差分方程式が用いられている。式（２）は線形の式なので、差分化した熱応力の式も、以下に示すように線形の差分方程式になる。
【０１０９】
なお、これ以降は、温度変数としてＴの代わりにＸを用いる。離散化したサンプル時刻ｋでの温度分布ベクトルは、Ｘ（ｋ）と表される。この温度分布ベクトルＸ（ｋ）の転置ベクトルを［Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ），・・・，Ｘｎ（ｋ）］Ｔと表す。
【０１１０】
熱応力をｙ（ｋ）、蒸気温度をｕ（ｋ）とすると、熱応力は次の差分方程式となる、
Ｘ（ｋ＋１）＝Ａ・Ｘ（ｋ）＋Ｂ・ｕ（ｋ）　　（３）
ｙ（ｋ）＝Ｃ・Ｘ（ｋ）　　　　　　　　　　　（４）
ここで，定数行列Ａ，Ｂ，Ｃは熱伝導方程式，体積平均温度の式を差分化して求められる、分割数，軸の形状，材質等から決まる定数行列である。
これにより、現時刻をｋとして、ｍ期間にわたる熱応力の推定値ベクトルＹの転置ベクトルを、
［ｙ（ｋ＋１），ｙ（ｋ＋２），・・・，ｙ（ｋ＋ｍ）］Ｔ、
将来のｐ期間先にわたる操作変数の蒸気温度ベクトルＵの転置ベクトルを、
［ｕ（ｋ＋１），ｕ（ｋ＋２），・・・，ｕ（ｋ＋ｐ）］Ｔ、
とすると、熱応力の推定値ベクトルＹは、操作変数ベクトルＵを使って、
Ｙ＝Ｆ・Ｘ（ｋ）＋Ｇ・Ｕ　　　（５）
と表すことができる。このように、熱応力の推定値Ｙが、蒸気温度Ｕを与えることにより決定できる。
【０１１１】
逆に、熱応力の推定値Ｙを与えれば、将来の蒸気温度Ｕの値を決定することができる。例えば、行列Ｇの転置行列をＧＴと書くと、（５）式から、最小二乗法を用いて、
Ｕ＝Ｈ・ＧＴ・（Ｙ−Ｆ・Ｘ（ｋ））　　　（６）
として、求めることができる。ここで、行列Ｈは、ＧＴ・Ｇの逆行列である。
【０１１２】
蒸気温度のパターンから発電出力のパターンへの変換は、図１０に示すように、
事前に求めておいた蒸気温度と発電出力の関係から決定できる。
【０１１３】
このように熱応力の予測式を用いることにより、計算量の多い動特性シミュレーションを実施することなく、最適な運転パラメータを求めることができる。
【０１１４】
すなわち、最適な運転パラメータを短時間で求めることができ、計算能力や記憶容量などについて大規模な制御装置に用いることができる。
【０１１５】
（第１２の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態で求めたように、第７乃至１０の実施の形態において、蒸気温度の変化パターンから将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値ＳＳを計算する場合、熱応力の監視に用いられている線形差分方程式から求めた予測計算式によって求め、その結果を用いて運転パラメータを決定するときに、線形の最大値・最小値問題を利用するものである。
【０１１６】
この線形の最大値・最小値問題を利用するものには、２つの方法があるので、それぞれについて、図１１および図１２を用いて説明する。
【０１１７】
先ず、第１番目の方法は、熱応力を制約条件として、最短時間で起動するために温度パターンを計算する方法である。図１１は、その計算のフローチャートであり、その手順は、以下のとおりである。
（１）蒸気温度の操作回数Ｎの初期値を設定する。
（２）軸の温度分布の初期値Ｘ（０）を設定する。
（３）操作変数として、蒸気タービンの熱応力監視用の蒸気温度変化パターンＵを与え、制約条件として、指定された蒸気温度に到達する時間Ｍ、蒸気温度の変化は非減少の条件を設定し、評価指標として、蒸気温度の変化パターンから計算される、将来にわたる蒸気タービンの軸に発生する熱応力の予測値Ｙの最大値Ｊを与えて、最大値・最小値問題を解く。
（４）熱応力が制限値以下であれば、操作回数を減らして（１）に戻る。
制限値以上であれば、次に行く。
（５）（３）の計算で制限値以下を満たしたものがなければ、蒸気温度の操作回数Ｎを増やして（１）に戻る。（３）の計算で制限値以下を満たしたものがあれば、次に行く。
（６）前回の結果を蒸気温度の運転パターンとして採用する。
【０１１８】
次に、第２番目の方法は、起動時間を制約条件として、熱応力を最小として起動できるような蒸気温度パターンを計算する方法である。図１２は、このときの蒸気温度パターンを計算するためのフローチャートである。この場合は、一回だけ最適化問題を解くことにより解を得ることができる。
【０１１９】
このように、線形最大値・最小値問題を解くという形に、最適化計算が構成されており、高速で最適解を得ることができる。第９の実施の形態で述べた逐次最適化計算は、決められた制御周期毎に最適化計算を行うことが必要であるが、本実施の形態では、一回だけで最適化問題を解くことができるので、繰り返しの必要がない。したがって、計算能力の高くない制御システムにおいても、このような計算を容易に実現することができる。
【０１２０】
（第１３の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第１３の実施の形態は、第１２の実施の形態の線形の最大値・最小値問題を利用する最適化計算の代わりに、線形計画法を用いるものである。
【０１２１】
線形の最大値・最小値問題と線形計画法は、前述の参考文献にも示されているように、図１３に示すような関係で相互に置き換えることができる。したがって、第１２の実施の形態の１番目の方法および２番目の方法において、最大値・最小値問題を使う部分を線形計画法で置き換えることができる。
【０１２２】
線形計画法を用いることにより、有限の計算回数で最適解を得ることができるので、計算時間の短縮を図ることができ、制御システムに高い計算能力を要求する必要がなくなる。
【０１２３】
（第１４の実施の形態）
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法に係る第１４の実施の形態は、第７から第１３までの実施の形態において、最適な運転を与えるように求めた温度パターンと、実際に熱応力を管理するために用いられる温度とが、一致するように制御を行うものである。
【０１２４】
図１４は、このような実施の形態による制御アルゴリズムを示したものである。最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、熱応力の管理のために計測されている蒸気温度の計測値と比較して、偏差がなくなるようにフィードフォワード制御信号を作る。一方、予め求めた蒸気温度と発電出力との関係から発電出力信号を設定しておき、この発電出力信号と先のフィードフォワード制御信号を加え合わせて、発電出力の目標値を作成する。
【０１２５】
蒸気温度と発電出力の関係が容易に求められない場合には、フィードフォワード制御信号だけで発電出力の目標値とすることも可能である。
【０１２６】
このような制御アルゴリズムを構成することにより、最適化計算で求めた蒸気温度のパターンを目標値とし、予め求めた蒸気温度と発電出力との関係から設定した発電出力の目標値を修正することができる。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明のコンバインド発電プラントの運転方法によれば、プラントの運転制約条件を考慮に入れて、起動時間を最小にする最適化計算により運転パラメータを求め、この運転パラメータに従ってプラントを運転することにより、過大な熱応力を発生させずに、短時間でプラントの運転を起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の構成図。
【図２】第１の実施の形態の作用の流れを示すフローチャート。
【図３】第３の実施の形態において出力上昇区分化による最適計算モデル１を示す図。
【図４】第３の実施の形態において出力上昇区分化による最適計算モデル２を示す図。
【図５】第５の実施の形態において最適化計算による運転パラメータを決定するフローチャート。
【図６】第５の実施の形態において運転パラメータ計算システムを有する制御システムの構成図。
【図７】第６の実施の形態において運転パラメータを決定する方法１を示す図。
【図８】第６の実施の形態において運転パラメータを決定する方法２を示す図であり、（ａ）は開ループの場合、（ｂ）は本実施の形態の閉ループの場合を示す。
【図９】第１１の実施の形態において熱応力の計算方法を示す図。
【図１０】第１１の実施の形態において目標値変換を示す図。
【図１１】第１２の実施の形態において蒸気温度のパターンの計算の流れ１を示すフローチャート。
【図１２】第１２の実施の形態において蒸気温度のパターンの計算の流れ２を示すフローチャート。
【図１３】第１３の実施の形態において等価性を説明する図。
【図１４】第１４の実施の形態において発電出力目標値を作る制御アルゴリズムを示す図。
【図１５】従来のコンバインドサイクル発電プラントの構成図。
【図１６】従来のコンバインドサイクル発電プラントにおける燃料流量と、発電出力、排ガス流量、排ガス温度、および蒸気温度の関係を示す図。
【図１７】従来のコンバインドサイクル発電プラントの起動時の運転の一例を示す図。
【図１８】従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御システムの構成図。
【符号の説明】
１…ガスタービン設備、１ａ…圧縮機、１ｂ…ガスタービン、２…廃熱回収ボイラ、３…蒸気タービン設備、３ａ…蒸気タービン、４…発電機（ガスタービン軸）、４ａ…発電機（蒸気タービン軸）、５…復水器、６…ポンプ、
７…燃焼器、８…燃料弁、９…蒸気弁（１）、１０…蒸気弁（２）、１１…従来の制御装置、１１ａ…第１の実施形態の制御装置、１１ｂ…第５の実施形態の制御装置、１２…上位制御装置、１２ａ…ガスタービン用下位制御装置、１２ｂ…蒸気タービン用下位制御装置、１３ａ…ガスタービン用入出力装置、１３ｂ…蒸気タービン用入出力装置、１４…発電プラント、１５…運転パラメータ、１５ａ…ガスタービン用運転パラメータ、１５ｂ…蒸気タービン用運転パラメータ、１６…操作信号、１６ａ…ガスタービン用操作信号、１６ｂ…蒸気タービン用操作信号、１７ａ…ガスタービン用プロセスデータ、１７ｂ…蒸気タービン用プロセスデータ、１８…運転パラメータ計算システム、１９…運転データ処理システム、２０…未知の入力、２１…運転目標値、２２…初期値データ、２３ａ…ガスタービン用操作器、２３ｂ…蒸気タービン用操作器、２４ａ…ガスタービン用検出器、２４ｂ…蒸気タービン用検出器、１８１…最適計算、１８２…予測計算、１９１…データ選択、１９２…プラントデータ収集システム
【図１】
2004116416.tif 000005
【図２】
2004116416.tif 000006
【図３】
2004116416.tif 000007
【図４】
2004116416.tif 000008
【図５】
2004116416.tif 000009
【図６】
2004116416.tif 000010
【図７】
2004116416.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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