(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行的な制御を適用して制御偏差を小さくする方式の火力発電プラントの制御装置において、
前記火力発電プラントが負荷変化制御されているのか周波数制御されているのかの判定を、前記火力発電プラントの運転データ又は運転指令データの少なくとも一方の情報に基づいて行う状態判別手段と、
前記火力発電プラントが負荷変化制御されているときのプロセス量に対する制御偏差と燃料消費量又は発電コストの関係に基づいて、前記制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量又は発電コストが最小となるように、前記先行的な制御のための先行制御指令値に対する補正値を決定する補正手段と、
前記火力発電プラントが周波数制御されているときのプロセス量に対する制御偏差と燃料消費量又は発電コストの関係に基づいて、前記制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量又は発電コストが最小となるように、前記先行的な制御のための先行制御指令値に対する補正値を決定する制御パラメータ補正手段とが設けられていることを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項２】
火力発電プラントの運転支援システムにおいて、
前記火力発電プラントの運転データと運転指令データ、制御指令データのうち少なくとも一つの情報を取込む運転情報入力手段と、
該運転情報入力手段により取込まれた情報から前記火力発電プラントの運転状態が、周波数制御運転状態であるか負荷変化運転状態であるかを判定する状態判別手段と、
負荷変化時の操作量に対する先行制御指令値と制御偏差及び燃料消費量又は発電コストとの関係に基づいて、制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量または発電コストが最小となるように先行制御指令値に対する補正値を決定する先行制御指令補正手段と、
周波数制御運転時に、プロセス量に対する制御偏差を入力とする制御器の制御パラメータと制御偏差及び燃料消費量又は発電コストとの関係に基づいて、該制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量または発電コストが最小となるように制御パラメータに対する補正値を決定する制御パラメータ補正手段と、
前記状態判別手段で判別した状態が負荷変化運転状態の場合には該先行制御指令補正手段により前記先行制御指令値に対する補正値を演算し、前記状態判別手段で判別した状態が前記周波数制御運転状態の場合には前記制御パラメータ補正手段により前記制御パラメータに対する補正値を演算し、先行制御指令値に対する補正値又は制御パラメータに対する補正値の演算結果を前記火力発電プラントの運転員に提示する演算結果出力手段とが設けられていることを特徴とする火力発電プラントの運転支援システム。
【請求項３】
請求項２に記載の火力発電プラントの運転支援システムを用い、発電事業者に負荷変化時の先行制御指令値の補正量又は周波数制御運転時の制御パラメータの補正量を提示し、それを用いて制御した場合の制御量に対する制御偏差と、燃料消費量または発電コストのうち少なくとも一方の運転結果データを入手し、
該運転結果データに基づいて先行制御指令値の補正量または制御パラメータの補正量と制御偏差及び燃料消費量又は発電コストの制御性能対経済効果関係を導出し、
前記発電事業者の所望する制御量に対する制御偏差の範囲内で該関係から求めた燃料消費量と発電コストを最小にする負荷変化時の先行制御指令値の補正量、周波数制御運転時の制御パラメータの補正量、現状運転に対する燃料消費量、発電コストの削減可能量の予想値、発電事業者が提示する燃料消費量、それに発電コストの削減量の目標値の何れかに対して、前記制御性能対経済効果関係から求めた該目標値を達成するための負荷変化時の先行制御指令値の補正量予想値と周波数制御運転時の制御パラメータの補正量予想値、それに制御量に対する制御偏差予想値の何れか前記発電事業者に提示する運転支援情報を提供し、
前記発電事業者から該運転支援情報に対する対価を得ることを特徴とする火力発電プラントの運転支援サービス方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電プラントの運転制御装置と運転支援システム並びに運転支援サービス方法に係り、特に先行的な制御の適用により制御偏差を小さくする方式の火力発電プラントの運転制御装置と運転支援システム並びに運転支援サービス方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、火力発電プラントは、原子力発電プラントとは異なり、電力系統の中で負荷変動分を調整する役割を担っており、従って、電力系統中の火力発電プラントに求められる重要な機能の一つに部分負荷運転に対する適応性がある。
【０００３】
特に、最近は、電力系統に対して負荷変化率や負荷変化幅が大きい高度な運転性能が求められていることから、プラントの制御装置には、制御偏差を最小にすることに主眼がおかれている。
【０００４】
ここで、このような制御偏差を最小にするための従来技術としては、例えば特開平９−２７４５０７号公報に開示の技術(以下、従来技術１と記す)があるが、この従来技術１は、プロセス量の将来挙動を予測して先行的に制御することにより制御偏差を小さくするものである。
【０００５】
一方、環境問題の面からは、炭酸ガス発生量の削減が強く望まれるため、プラントの効率向上が至上命題で、このことは、エネルギー問題の面からも必要であり、更に電力自由化に伴い、発電事業者には一層のコスト競争力の強化が必要であることが背景にあることからも、発電コスト低減、すなわち発電効率の向上が必要である。
【０００６】
そして、この発電コスト低減のための従来技術としては、特開平５―１２０２５６号公報(以下、従来技術２と記す)があるが、この従来技術２は、プラントの特性を区間的に凸関数で近似し、線形計画法により、制御偏差、操作量の変化量、発電コストなどからなる評価関数を最適化するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
まず、従来技術１は、先行的な制御の適用により制御偏差を小さくする方法については開示しているが、発電効率の向上と発電コストの削減については何も開示していない。
【０００８】
次に、従来技術２は、線形計画法による最適化によって逐次、操作量を決定している。しかし、火力発電プラントは、運転状態よって制御特性が変化するという非線形性の強い制御特性をもち、このとき、時間の経過によっても制御特性が変化する。
【０００９】
従って、従来技術２ではプラント特性の近似誤差が大きくなる場合があり、結果的に最適化によって求めた操作量では適切に制御できない場合があった。しかも最適化で求めた操作量で適切な制御が得られなかった場合、従来技術２では、プラントの運転が継続できなくなってしまう虞れがあった。
【００１０】
本発明の第１の目的は、先行的な制御の適用のもとで、発電効率の向上と発電コストの削減が得られるようにした火力発電プラントの制御装置を提供することにあり、次に第２の目的は、同じく先行的な制御の適用のもとで、発電効率の向上と発電コストの削減が得られるようにした運転支援システムを提供することにあり、更に第３の目的は、同じく先行的な制御の適用のもとで、発電効率の向上と発電コストの削減が得られるようにした運転支援サービス方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、先行的な制御を適用して制御偏差を小さくする方式の火力発電プラントの制御装置において、前記火力発電プラントが負荷変化制御されているのか周波数制御されているのかの判定を、前記火力発電プラントの運転データ又は運転指令データの少なくとも一方の情報に基づいて行う状態判別手段と、前記火力発電プラントが負荷変化制御されているときのプロセス量に対する制御偏差と燃料消費量又は発電コストの関係に基づいて、前記制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量又は発電コストが最小となるように、前記先行的な制御のための先行制御指令値に対する補正値を決定する補正手段と、前記火力発電プラントが周波数制御されているときのプロセス量に対する制御偏差と燃料消費量又は発電コストの関係に基づいて、前記制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量又は発電コストが最小となるように、前記先行的な制御のための先行制御指令値に対する補正値を決定する制御パラメータ補正手段とが設けられていることにより達成される。
【００１２】
次に、上記第２の目的は、火力発電プラントの運転支援システムにおいて、前記火力発電プラントの運転データと運転指令データ、制御指令データのうち少なくとも一つの情報を取込む運転情報入力手段と、該運転情報入力手段により取込まれた情報から前記火力発電プラントの運転状態が、周波数制御運転状態であるか負荷変化運転状態であるかを判定する状態判別手段と、負荷変化時の操作量に対する先行制御指令値と制御偏差及び燃料消費量又は発電コストとの関係に基づいて、制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量または発電コストが最小となるように先行制御指令値に対する補正値を決定する先行制御指令補正手段と、周波数制御運転時に、プロセス量に対する制御偏差を入力とする制御器の制御パラメータと制御偏差及び燃料消費量又は発電コストとの関係に基づいて、該制御偏差が所定の許容値の範囲内で、燃料消費量または発電コストが最小となるように制御パラメータに対する補正値を決定する制御パラメータ補正手段と、前記状態判別手段で判別した状態が負荷変化運転状態の場合には該先行制御指令補正手段により前記先行制御指令値に対する補正値を演算し、前記状態判別手段で判別した状態が前記周波数制御運転状態の場合には前記制御パラメータ補正手段により前記制御パラメータに対する補正値を演算し、先行制御指令値に対する補正値又は制御パラメータに対する補正値の演算結果を前記火力発電プラントの運転員に提示する演算結果出力手段とが設けられていることにより達成される。
【００１３】
また、上記第３の目的は、火力発電プラントの運転支援システムを用い、発電事業者に負荷変化時の先行制御指令値の補正量又は周波数制御運転時の制御パラメータの補正量を提示し、それを用いて制御した場合の制御量に対する制御偏差と、燃料消費量または発電コストのうち少なくとも一方の運転結果データを入手し、該運転結果データに基づいて先行制御指令値の補正量または制御パラメータの補正量と制御偏差及び燃料消費量又は発電コストの制御性能対経済効果関係を導出し、前記発電事業者の所望する制御量に対する制御偏差の範囲内で該関係から求めた燃料消費量と発電コストを最小にする負荷変化時の先行制御指令値の補正量、周波数制御運転時の制御パラメータの補正量、現状運転に対する燃料消費量、発電コストの削減可能量の予想値、発電事業者が提示する燃料消費量、それに発電コストの削減量の目標値の何れかに対して、前記制御性能対経済効果関係から求めた該目標値を達成するための負荷変化時の先行制御指令値の補正量予想値と周波数制御運転時の制御パラメータの補正量予想値、それに制御量に対する制御偏差予想値の何れか前記発電事業者に提示する運転支援情報を提供し、前記発電事業者から該運転支援情報に対する対価を得るようにして達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による火力発電プラントの制御装置と運転支援システム及び運転支援サービス方法について、逐次、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１５】
始めに、本発明が対象としている火力発電プラントの一例について、図２により説明すると、ここに示した火力発電プラント１は、大まかにいって、発電設備１００と監視・制御用の運転制御装置３００に大別される。
【００１６】
そこで、まず、発電設備１００について説明すると、ボイラ１５０では、火炉内に燃料と空気をバーナー１６０に供給して燃焼させ、火炉内に設けられている熱交換器１５２を加熱する。そして、給水ポンプ１４０により、この熱交換器１５２に循環されている供給水を蒸発させ、蒸気に変えた上で後段の熱交換器１５３と過熱器１５４で更に昇温過熱する。
【００１７】
こうして過熱状態になった蒸気は、タービン加減弁１２１を介して高圧タービン１３０に導かれ、この高圧タービン１３０を通過した蒸気は、再熱器１５６で再び昇温されてから低圧タービン１２０に導入され、この結果、高圧タービン１３０と低圧タービン１２０が回転し、発電機１１０が駆動されて電力が発生される。
【００１８】
タービン駆動後の蒸気は復水器１２５に導入し、ここで凝結され、復水となって給水ポンプ１４０に戻り、上記したように循環される。このとき、復水器１２５は冷却水１２６により冷却されている。また、ボイラ１５０から排出される燃焼ガスは、排ガス処理装置１７０により有害物質が除去された後、煙突１７５から大気中に放出される。
【００１９】
この発電設備１００の運転状態は、発電機出力計測器１１１と主蒸気温度(過熱器出口蒸気温度)測定器１２２、主蒸気圧力測定器１２３、再熱蒸気温度測定器１２４、それに再熱蒸気圧力測定器１２８などのデータ測定装置で計測され、計測された各種のプロセスデータが運転制御装置３００に伝送される。
【００２０】
この発電設備１００には、上記した計測器や測定器の他にも、タービンの回転数(回転速度)などを制御するために必要な種々のプロセス量を計測するための装置が取り付けられており、それらによる計測値も運転制御装置３００に取込まれているが、ここでは、それらの詳細な説明は省略する。
【００２１】
そして運転制御装置３００は、これらのプロセスデータに基づいて発電設備１００の運転状態を把握し、望ましい状態になるように燃料流量調節弁１６２、空気流量調節弁１６１、タービン加減弁１２１、給水ポンプ１４０などの機器を操作している。
【００２２】
このときの望ましい状態とは、基本的には中央給電指令所からの発電量指令値とプラントの発電出力値の差ができるだけ小さく、且つタービンの定格回転数と実回転数の差ができるだけ小さい状態で運転することである。
【００２３】
そこで、中央給電指令所は、各発電所が供給できる電力量(発電量)と各発電所の発電効率を考慮し、必要とされる総電力量のもとで燃料消費量(燃料消費コスト)が最小になるように、各発電機毎の発電量を決定し、発電量指令５０１とする。
【００２４】
次に、この発電量指令５０１に基づいた火力発電プラントの基本的な制御方法について、図４により説明すると、まず、図示してない中央給電指令所からは、上記した発電量指令５０１に加えてＡＦＣ指令(運用周波数補正指令)５０２も送られてくる。そして、これら発電量指令５０１とＡＦＣ指令５０２が加算されて目標負荷指令信号５０６となる。
【００２５】
この目標負荷指令信号５０６には、ＰＬ(変化率制限器)５２１を通った後、系統周波数５０３と規定周波数５０４の差５１５に基づいて生成される周波数バイアス信号５１６が加算され、ＭＷＤ信号５０７となる。ここで、ＭＷＤとはメガワットデマンドの略で、由来は必ずしも明確ではないが、当該技術分野で慣用されている用語である。
【００２６】
そして、このＭＷＤ信号５０７に、系統周波数５０３と規定周波数５０４の差５１５に基づいて生成される発電量補正信号５１７を加えたものがタービン発電量指令信号５０８となり、このタービン発電量指令信号５０８と発電機の実際の出力５１０の差がタービン出力指令５０９である。
【００２７】
また、このとき、ＭＷＤ信号５０７に、ボイラ圧力の目標値５１９と実際の圧力５１８の偏差に基づいて生成される補正信号５２２を加算し、ＢＩＤ(ボイラ入力指令)指令５２０を生成する。そして、このＢＩＤ指令５２０に基づいて、ボイラの燃料流量、給水流量、空気流量が決定される。
【００２８】
図５は、このＢＩＤ指令５２０から燃料流量指令、給水流量指令、空気流量指令を決定する方法の一例で、ＢＩＤ指令５２０は、まずＦＸ(関数発生器)５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃに入力され、それぞれ信号５２３、５２４、５２５に変換される。
【００２９】
そして、これら信号５２３、５２４、５２５に、加算器５５０ａ、５５０ｂ、５５０ｃにより、それぞれ負荷変化時の制御性能を向上させるためのＢＩＲ(先行制御指令値)指令５２６、５２７、５２８を加算し、更に、加算器５５１ａ、５５１ｂ、５５１ｃにより、それぞれの操作量に対する制御偏差に基づく補正値５２９、５３６、５４３を加算して最終的な燃料流量指令５３５、給水流量指令５４２、空気流量指令５４９を生成するのである。
【００３０】
このとき、燃料流量指令に対する補正値５２９は、蒸気温度目標値５３３に対する蒸気温度５３４の偏差５３１を減算器５３２で演算し、これをＰＩ(比例積分制御器)５３０で演算して得る。
【００３１】
次に、給水流量指令に対する補正値５３６は、給水流量目標値５４０に対する給水流量５４１の偏差５３８を減算器５３９で演算し、これをＰＩ５３７で演算して得る。
【００３２】
そして、空気流量指令に対する補正値５４３は、空気流量目標値５４７に対する空気流量５４８の偏差５４５を減算器５４６で演算し、これをＰＩ５４４で演算して得る。
【００３３】
図４に戻り、ここで電力系統の周波数を維持するためには、次のような方法で制御している。すなわち、まず、実際のタービン回転数５１２とタービンの定格回転数５１４の差５１３をタービン出力指令５０９に加え、これをタービン加減弁開度指令５１１とする。
【００３４】
そして、このタービン加減弁開度指令５１１により、タービンに必要な蒸気量を変化させてタービンの回転数を制御し、規定周波数が維持されるようにするのである。このとき、規定周波数が５０Ｈz とすると、タービン駆動の場合、発電機は２極の同期機が通例であるから、タービンの定格回転数は３０００ｒｐｍである。
【００３５】
以上のように、火力発電プラントでは、基本的には発電量指令５０１と、運用周波数補正指令５０２を受けて、それに基づいて運転が制御されているが、この制御方法は、運転制御装置３００により実現されている。
【００３６】
そこで、本発明による火力発電プラントの制御装置の一実施形態における運転制御装置３００について、図１により説明する。なお、ここでは、代表的な例として、図４における燃料流量指令について説明することとし、このとき、図４で説明した発電量指令５０１とＡＦＣ指令５０２からＢＩＤ信号５２０を作成するまでの回路については、それらを纏めてＢＩＤ作成部３０１としている。
【００３７】
そして、この図１の制御装置３００では、ＰＩ５３０に比例ゲインパラメータ値(Ｋ２)４４８(詳しくは後述)がセットされるようになっており、加算器５５０ａには、補正されたＢＩＲ指令５２６ａ(詳しくは後述)が入力されるようになっている点で、図５とは異なっている。
【００３８】
このため、まず、この図１の運転制御装置３００には、発電量指令５０１と、ＡＦＣ指令５０２により運転状態を判別する状態判別手段４００が設けてある。そして、このとき、発電量指令５０１とＡＦＣ指令５０２は、それらが同時に変化することはないから、状態判別手段４００は、これを前提として、以下のようにして状態を判定する。
【００３９】
まず、発電量指令５０１が変化していているのに、ＡＦＣ指令５０２がゼロの場合は通常の負荷変化状態(以下、通常負荷変化運転時という)であると判定し、反対に発電量指令５０１が一定でＡＦＣ指令５０２がゼロの場合は一定負荷状態であると判定する。そして、発電量指令５０１が一定でＡＦＣ指令５０２が変化している場合を周波数制御運転状態(以下、周波数制御運転時という)と判定するのである。
【００４０】
ここで、４１０はパラメータ設定手段で、これはＢＩＲ補正手段４１１とゲイン補正手段４１２の２種の手段を含み、これにより、状態判別手段４００での判定結果４０１が通常負荷変化運転時の場合には、ＢＩＲ補正手段４１１で演算したＢＩＲ補正値４１３を出力し、判定結果４０１が周波数制御運転時の場合はゲイン補正値手段４１２で演算したゲイン補正値４１４を出力するようになっている。
【００４１】
このときの２系統の補正値４１３、４１４は、入出力手段４３０と選択器４４０、４４１に供給される。そして、まず、入出力手段４３０では、その表示装置４３３にＢＩＲ補正値４１３とゲイン補正値４１４の値を表示させ、表示された補正値の妥当性が運転員３２０により判断できるようにする。
【００４２】
選択器４４０と選択器４４１には、それぞれのＢＩＲ補正値４１３とゲイン補正値４１４の外にも定数０信号４４２が入力されていて、運転員３２０から入力される選択信号４３１、４３２により、ＢＩＲ補正値４１３と０、ゲイン補正値４１４と０の何れを選択するかが指令される。このときの選択信号４３１、４３２は、運転員３２０が入出力手段４３０に備えられているキーボード４３４又はマウス４３５を操作することにより入力される。
【００４３】
従って、ＢＩＲ補正値４１３、ゲイン補正値４１４が妥当であると運転員３２０が判断した場合は、選択器４４０と選択器４４１からＢＩＲ補正値４１３、ゲイン補正値４１４が出力され、そうでない場合は０が出力される。そして、これら選択器４４０、４４１から出力された値には、加算器４５０又は加算器４５１により、定数１.０信号４４３が加算される。
【００４４】
この結果、まず、運転員３２０がＢＩＲ補正値４１３の値を妥当と判断した場合で、通常負荷変化運転時の場合は、乗算器４５２により、加算器４５１の出力が、図５で説明したＢＩＲ信号５２６にＢＩＲ補正信号４１３ａとして乗算される。
【００４５】
また、周波数制御運転状態の場合は、乗算器４４９により、加算器４５０の出力が、比例積分制御器５３０の比例ゲインとして設定されているゲインパラメータ値(Ｋ０)４４７にゲイン補正信号４１４ａとして乗算され、補正された比例ゲインパラメータ値(Ｋ１)４４８が図５で説明した比例積分制御器５３０にセットされる。
【００４６】
なお、この図１では、蒸気温度偏差に対する比例積分制御器５３０の比例ゲインだけを補正しているが、積分時定数や給水流量偏差に対する比例積分制御器など、他の制御パラメータを補正して制御特性を変化させることも可能である。
【００４７】
次に、パラメータ設定設定手段４１０の中のＢＩＲ補正手段４１１によるＢＩＲ補正値４１３と、ゲイン補正手段４１２によるゲイン補正値４１４の決定方法について説明する。
【００４８】
まず、通常負荷変化運転時におけるＢＩＲ補正値４１３の決定方法について説明すると、負荷変化時には、燃料流量、給水流量などの主要なプロセス量を変化させるが、この場合、伝熱プロセスの応答速度と、蒸気(水)の流動速度が異なっていることから、制御量である蒸気温度や圧力が変動しやすくなる。反面、ボイラは時定数が大きいため、フィードバック制御による応答では過渡的に遅れが出てしまう。
【００４９】
そこで、このとき、フィードバック制御と並行し、それに先行して燃料流量や給水流量などの制御量を変化させ、負荷変化の際に生じる制御偏差を最小限に抑えるようにする技法が、ここで先行的な制御と呼んでいる制御方法で、このための指令がＢＩＲ(先行制御指令)指令である。
【００５０】
ここで、図８は、負荷変化時の燃料流量と、このときの制御量である蒸気温度の関係の一例を示したもので、図の(a)に示すように、時刻ｔ1 から時刻ｔ2 の間に負荷がＸからＹに変化したときの燃料流量の変化を示したのが図(b)で、同じく蒸気温度の変化を示したのが同図(c)である。
【００５１】
そして、この図８(b)、(c)に示すように、破線で示す燃料ＢＩＲなしの場合、つまり燃料流量制御に先行的な制御が適用されていなかった場合は、破線の特性で示すように、蒸気温度の変動が大きく、制御偏差も大きくなっているが、これに対して、燃料ＢＩＲを付加した場合は、実線の特性で示すように、蒸気温度の変動が抑えられている。
【００５２】
そして、このとき、図８(b)中の領域Ａで表わす部分の面積がＢＩＲによる燃料消費量の増加分(＋)に相当し、負荷変化終了後の領域Ｂで表わす部分の面積がＢＩＲによる燃料消費量の減少分(−)に相当する。従って、ＢＩＲありにしたことにより、なしの場合からの燃料消費量の増減は、これら領域Ａ、Ｂの和、すなわち(Ａ−Ｂ)となる。
【００５３】
ここで、燃料ＢＩＲなしの場合、負荷変化終了後の領域Ｂで燃料流量が相対的に増加しているのは、図８(c)に示すように、負荷変化終了後に一旦蒸気温度が大きく低下するので、これを抑制するようにフィードバック制御が働くためである。
【００５４】
次に、図９は、負荷変化開始から負荷変化終了後の所定時間までの平均発電効率ηav とＢＩＲ補正値との関係、及び蒸気温度制御偏差とＢＩＲ補正値との関係の一例を示した特性図で、平均発電効率ηav は次式で定義した。
【００５５】
【数１】
0003797953.tif 000002
この式で、Ｅは発電機出力(ｋＷ)、Ｆf は燃料流量(ｋｇ／ｓ)、Ｈu は燃料発熱量(ｋＪ／ｋｇ)であり、積分区間は、負荷変化開始時刻を０、負荷変化終了から所定時間経過後の時刻をｔとしている。
【００５６】
この図９において、ＢＩＲ補正値＝０は現在の設定値、つまりＢＩＲ指令値を示している。そして、このＢＩＲ指令値については、試運転などにより、通常は制御偏差が最小になるように調整している。従って、このＢＩＲ補正値＝０においては、図８に示すように、かなり制御偏差が小さくなっている。
【００５７】
ところで、この図９に示されているように、ＢＩＲ補正値をプラス方向に変化させると、発電効率は大きくなり、マイナス方向に変化させると、発電効率は小さくなる傾向にある。一方、このとき蒸気温度制御偏差は、ＢＩＲ補正値により最大偏差、最小偏差の値や、偏差の幅が変化する。
【００５８】
ここで、図９の●点で示したプロット点は、ＢＩＲ補正値を微小変化させて実機プラントを運転し、平均発電効率ηav と蒸気温度偏差を求めたものである。しかし、実機プラントの場合、大きくＢＩＲを変更させたとすると、運転に支障をきたす虞れがある。そこで、実機運転データを用いて実機特性に合うように調整したプラントシミュレータを用いて予測した特性が図９の○点で示したプロット点である。
【００５９】
使用したシミュレータは、物理式の組合せによる物理モデルを用いて火力発電プラントの状態変化に伴う非線形特性を模擬できるようにしたもので、このとき必要な実機特性に対するシミュレーション特性の近似には特開平１０−２１４１１２号公報に述べられているパラメータの調整方法を用いればよく、容易に実現できる。
【００６０】
なお、ここでは、シミュレータを用いて平均発電効率と制御偏差の特性を予測したが、これらの特性を１次式又は２次式等で近似し、図９に●点で示した実機プラントデータから、最小自乗法で近似式を決定して特性を予測しても良い。
【００６１】
そして、この実施形態では、まず、この図９に示した特性に基づいて、蒸気温度に対する偏差の許容範囲(例えば目標に対して−１６℃〜＋８℃)内で、基本となるＢＩＲ指令値から補正値により動かし、最も発電効率が高くなるＢＩＲ補正値４１３を求める。
【００６２】
ここで、基本となるＢＩＲ指令値とは、この図９で、ＢＩＲ補正値が０のときの値であるが、このとき、図示のように、必ずしも最大発電効率状態になるとは限らない。これは、ＢＩＲ指令値が、制御偏差を小さく抑えることに主眼をおいて設定されいるからである。
【００６３】
ところで、実際の火力発電プラントにおいては、たとえ電力系統に連繋されているとはいえ、このように制御偏差を最優先して小さく抑える必要は必ずしもなく、実際には、ある程度の変動があっても、それがプラントの許容値の範囲内であれば、支障が生じることはない。
【００６４】
例えば図８に示すように、蒸気温度か過渡的にかなり変動しても、制御性能に対する評価はともかくとして、このときプラント全体としての運転には特に不具合は生じない。
【００６５】
本発明は、この点に着目し、制御偏差の抑制を優先して設定されている先行制御指令値、つまりＢＩＲ指令値やゲイン補正値などに補正を加え、発電効率の向上が優先されるようにしたものである。
【００６６】
ここで、図９には、蒸気温度に対する制御偏差特性だけしか記載されていないが、蒸気圧力や、発電機出力についての制御偏差についても同様の方法で特性を分析し、それぞれに対する許容値を制限条件とした上で、発電効率の向上が優先されるように、同じく蒸気圧力や、発電機出力についてのＢＩＲ補正値を求めてやればよい。
【００６７】
次に、周波数制御運転時におけるゲイン補正値４１４の決定方法について説明する。まず、図１０にゲイン補正値と平均発電効率及び蒸気温度制御偏差の関係を示す。ここでも、図９と同様、ゲイン補正値＝０は現状状態を示しており、●点は実機プラントデータにより求めたプロット点、○点はシミュレータにより求めたプロット点である。
【００６８】
そして、このときも、上記したＢＩＲ補正値４１３の決定方法と同様に、制御偏差の許容範囲内で発電効率が最大となるゲイン補正値４１４を求める。但し、この補正値４１４はシミュレーション等による特性予測値を使用して決定しているため、予測誤差の影響を考慮しなければならない。そこで、決定した補正値をすぐに採用するのではなく、入出力手段４３０を介してオペレータ３２０の判断を求めるようになっている。
【００６９】
或いは、決定した補正値に向かって徐々に補正値を変化させて行き、制御偏差が許容範囲を越えないところで、最終決定値としても良い。但し、このときプラントの特性は時間と共に変化する場合があるので、制御偏差が許容範囲内に有るか否かを常に監視しておき、許容範囲を越えた場合には入出力手段４３０の表示装置にその旨を表示する。
【００７０】
また、この場合には、次回適用する補正幅を自動的に小さくするか、運転員３２０が次回適用時の補正値を入力しても良く、或いは図９と図１０に示した特性を定期的に見直すようにしても良い。
【００７１】
ところで、これら図９、図１０に示した特性データは特性ＤＢ(データベース)４２０に保存されているが、このとき、ＢＩＲ補正値４１３やゲイン補正値４１４についても、負荷時間帯や負荷変化幅、負荷変化率など各種の条件毎に決定しておき、特性ＤＢ４２０に格納しておく。そして、状態判別手段４００により、これらの条件を判定し、その条件に対応するＢＩＲ補正値４１３やゲイン補正値４１４を使用する。
【００７２】
この結果、上記実施形態によれば、先行制御指令値となるＢＩＲ指令値とゲイン指令値に、平均発電効率の向上を優先した補正が与えられるようになり、従って、この実施形態によれば、燃料消費量の削減による発電プラントの効率向上が図れることになり、結果的にＣＯ2 の排出量が削減でき、環境負荷の低減が得られることになる。
【００７３】
ところで、上記実施形態では、平均発電効率により評価したが、これに代えて燃料消費量の低減を優先して先行制御指令値を補正するようにしてもよく、これによっても、上記実施形態と同様、ＣＯ2 の排出量の削減と、環境負荷の低減を得ることができる。
【００７４】
次に、本発明の他の実施の形態について説明すると、まず、図３は、本発明による火力発電プラントの運転支援システムの一実施形態で、これが上記した図１の実施形態と異なる点は、図１における状態判別手段４００とパラメータ設定設定手段４１０、特性ＤＢ４２０を、運転制御装置３００から分離し、運転支援装置３１０として独立にした点にあり、その他の点は同じである。
【００７５】
そして、入出力手段４３０は、ＢＩＲ補正値４１３とゲイン補正値４１４を、運転支援装置３１０から取込んだ上で、運転員３２０の判断により必要に応じて値を修正し、修正したＢＩＲ補正値４１３ａとゲイン補正値４１４ａをそれぞれ運転制御装置３００に出力し、各選択器４４０、４４１に供給するようになっている。
【００７６】
このとき入出力手段４３０の表示装置４３３に映出される表示画面４３３ａの一例を示したのが図７で、この図において、グラフウィンドウ７１４、７１５、７１６、７１７にはそれぞれ燃料消費量、蒸気温度偏差、発電機出力偏差、蒸気圧力偏差と補正値の関係を表示したものである。
【００７７】
そして、これらのグラフウィンドウ７１４〜７１７には、現状(補正値＝０)での制御偏差の最大値、最小値を示す細い破線と、それらの許容範囲を示す太い破線が表示され、このとき制御偏差の許容範囲は、それぞれのグラフウィンドウの上部にある入力部７１１、７１２、７１３に、キーボード４３４から入力するようになっている。
【００７８】
ここで、最適値探索ボタン７００をマウス４３５でクリックすると、それぞれの制御偏差許容値の範囲内で最も燃料消費量が少ない先行制御指令補正値が、図１の実施形態で説明したようにして探索され、その結果が補正値表示部７０２に表示され、更に、このときの燃料削減量の予想値が燃料削減量表示部７０５に表示される。
【００７９】
また、このときの最適値探索で求められた補正値は各グラフウィンドウ内にそれぞれ縦線７１８で表示され、それぞれの制御偏差許容値と制御偏差予想値の関係がグラフ上で確認できるようになっている。そして、このとき燃料消費量表示部７１０には、このときの燃料消費量予想値が表示される。
【００８０】
一方、運転員３２０が補正値入力部７０３に補正値を入力し、或いは目標値入力部７０４に燃料削減量目標値を入力して、マニュアル探索ボタン７０１をマウス４３５でクリックすると、手動操作による探索が行え、こうして運転員３２０が入力したデータ４４４は入出力手段４３０を介して運転支援装置３１０に送られる。
【００８１】
このように、手動操作により補正値を入力した場合は、その値に対応する燃料削減量予想値が燃料削減量表示部７０６に表示され、これにより生じてしまう制御偏差の予想値は、偏差予想値表示部７０７にプルダウンメニュー形式で表示される。
【００８２】
そこで、マウス４３５により偏差予想値表示部７０７を選択すると、蒸気温度偏差、出力偏差、蒸気圧力偏差のそれぞれの最大値と最小値が数値で表示されるようになっている。このとき、補正値入力部７０３に、キーボード４３４から数値を入力する代りに、補正値バー７０８の設定表示７０９をマウス４３５で移動させて補正値を選択することもできるが、この場合の補正値は、補正値入力部７０３に表示される。
【００８３】
また、燃料削減量目標値を入力した場合は、目標値の達成に必要な補正値が探索され、補正値入力部７０３に結果が表示されると共に、偏差予想値表示部７０７には、このときの各制御偏差予想値が表示される。
【００８４】
従って、この図３の実施形態によれば、図１で説明した実施形態と同じ動作が得られる上、運転員３２０は、運転支援装置３１０と対話形式で補正値を探索することもでき、更には運転員３２０の判断により、運転支援装置３１０から提示された補正値を修正し、運転制御装置３００に補正値を設定することもでき、この結果、運転員の知識やノウハウが取り入れ易くなり、より現実的な運転支援が可能になる。
【００８５】
次に、図６は、本発明による火力発電プラントの運転支援サービス方法の一実施形態で、これが上記した実施形態における図３の構成と異なる点は、火力発電プラント１(図２)が１基ではなくて、複数基の火力発電プラント１ａ、１ｂ、１ｃを備え、これらに共通に運転支援装置３１０が設けられている点にある。
【００８６】
そして、この運転支援装置３１０は、各火力発電プラント１ａ、１ｂ、１ｃを所有している発電事業者とは異なった別の運転支援会社６００により所有されていて、この運転支援会社６００から各火力発電プラント１ａ、１ｂ、１ｃに運転支援情報が提供されるようになっている。
【００８７】
このため、運転支援装置３１０には入出力Ｉ／Ｆ(インターフェース)６０１が設けらると共に、各火力発電プラント１ａ、１ｂ、１ｃにも、それぞれ入出力Ｉ／Ｆ３０４が設けられていて、これらにより専用通信回線Ｎを介して相互に通信が行えるようになっている。
【００８８】
そして、火力発電プラント１ａには発電設備１００と、運転制御装置３００、運転員３２０とのマンマシンＩ／Ｆとなる入出力手段４３０、それに上記した入出力Ｉ／Ｆ３０４が設けてあり、これは他の火力発電プラント１ｂ、１ｃも同じである。
【００８９】
なお、その他の点は図１と図３の実施形態と同じで、それぞれの火力発電プラント１ａ、１ｂ、１ｃには、中央給電指令所２から運転指令信号３ａ、３ｂ、３ｃが供給されるようになっている点も同じで、ここで、この運転指令信号３ａ、３ｂ、３ｃとは、それぞれ発電量指令５０１とＡＦＣ指令５０２のことである点も同じである。
【００９０】
次に、この図６の実施形態の動作について説明する。なお、ここでは、代表して火力発電プラント１ａと運転支援会社６００の関係について説明するが、運転支援を実施する火力発電プラントは複数基(図６では３基)でも良いことはいうまでもなく、１基の火力発電プラント１ａだけの場合と同様に実施することができる。
【００９１】
運転制御装置３００は、中央給電指令所２から供給される運転指令信号３ａに従って発電設備１００を制御しているが、このとき、運転支援会社６００は、火力発電プラント１ａの運転データ３０２と制御信号３０３を受け取り、これらの情報に基づいて、図１で説明した第１の実施形態と同じく、補正値４１３、４１４と発電効率又は燃料消費量の関係や、このときの制御偏差の特性を予想し、これら補正値４１３、４１４を火力発電プラント１ａの運転員３２０にガイダンスする。
【００９２】
ここで、制御信号３０３とは、図２において、発電設備１００から運転制御装置３００に入力されている発電機出力計測器１１１と主蒸気温度(過熱器出口蒸気温度)測定器１２２、主蒸気圧力測定器１２３、再熱蒸気温度測定器１２４、それに再熱蒸気圧力測定器１２８などのデータ測定装置で計測され、計測された各種のプロセスデータのことである。
【００９３】
また、同じく補正値４４５は、図１と図３において、ＢＩＲ補正値手段４１１から出力されるＢＩＲ補正値４１３と、ゲイン補正値手段４１２で演算したゲイン補正値４１４のことである。
【００９４】
そこで、火力発電プラント１ａの運転員３２０は、図３の実施形態で説明したように、運転支援装置３１０と対話形式で補正値と燃料削減量及び制御偏差の予想値などとの関係を検討し、当該運転員３２０の判断により必要に応じて提示された補正値を修正して運転制御装置３００に補正値を設定する。
【００９５】
そして、この結果、発電効率が向上され、燃料消費量が削減できたら、運転支援会社６００は、上記した火力発電プラント１ａを所有する発電事業者から、このときにガイダンスした制御パラメータ補正値と効果予想及び制御偏差予想について、それを提供したことの対価を受け取るのである。
【００９６】
ここで、この実施形態では、運転支援会社６００は、火力発電プラント１ａの運転員３２０にガイダンス情報を提供するだけであるが、これに代えて、通信回線Ｎを介して運転制御装置３００の補正値設定を直接変更するように構成してもよい。
【００９７】
このとき、運転支援会社６００は、発電事業者に対して燃料消費量削減量を保証した上で、実際の運転で運転支援会社６００が保証した燃料削減量に満たなかった場合は、運転支援会社６００が発電事業者に対して不足分相当の金額を支払い、反対に、保証量よりも多くの削減量が達成された場合は、発電事業者が運転支援会社６００に超過分に相当する金額を支払うようにしても良い。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、先行制御指令値を補正するだけなので、火力発電プラントの燃料消費量を容易に削減することができ、発電効率の向上を簡単に得ることができる。
【００９９】
また、この結果として、本発明によれば、ＣＯ2 の排出量が抑えられるので、環境負荷を確実に減らすことことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により火力発電プラントの制御装置の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明が適用対象としている火力発電プラントの一例を示すブロック構成図である。
【図３】本発明による火力発電プラントの運転支援システムの一実施形態を示すブロック構成図である。
【図４】本発明が適用対象としている火力発電プラントの一例における制御指令作成系のブロック構成図である。
【図５】本発明が適用対象としている火力発電プラントの一例における制御指令作成系に続く燃料流量指令、給水流量指令、空気流量指令の作成系のブロック構成図である。
【図６】本発明による火力発電プラントの運転支援サービス方法の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図７】本発明の一実施形態における表示画面の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態における特性変化の一例を示す特性図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるＢＩＲ補正値と発電効率及び制御偏差の一例を示す特性図である。
【図１０】本発明の一実施形態におけるゲイン補正値と発電効率及び制御偏差の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  火力発電プラント
２  中央給電指令所
１００  発電設備(火力発電所)
３００  運転制御装置
３１０  運転支援装置
４００  状態判別手段
４１０  パラメータ設定手段
４２０  特性ＤＢ
４３０  入出力手段
６００  運転支援会社
【図１】
0003797953.tif 000003
【図２】
0003797953.tif 000004
【図３】
0003797953.tif 000005
【図４】
0003797953.tif 000006
【図５】
0003797953.tif 000007
【図６】
0003797953.tif 000008
【図７】
0003797953.tif 000009
【図８】
0003797953.tif 000010
【図９】
0003797953.tif 000011
【図１０】
0003797953.tif 000012