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JPS6353561B2 - - Google Patents
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JPS6353561B2 - - Google Patents

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JPS6353561B2
JPS6353561B2 JP56138493A JP13849381A JPS6353561B2 JP S6353561 B2 JPS6353561 B2 JP S6353561B2 JP 56138493 A JP56138493 A JP 56138493A JP 13849381 A JP13849381 A JP 13849381A JP S6353561 B2 JPS6353561 B2 JP S6353561B2
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JP
Japan
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efficiency
plant
point
trial
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JP56138493A
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Hiroshi Matsumoto
Yoshio Sato
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6353561B2 publication Critical patent/JPS6353561B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00Control systems for steam boilers
    • F22B35/18Applications of computers to steam-boiler control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は火力発電プラントの制御方法に係り、
特に通常負荷運転時において海水温度、大気温度
など周囲条件が変動する場合でも常にプラント効
率を最高点に維持するのに好適な制御方法に関す
る。 火力発電プラントの高効率化運用制御の問題は
話題になつてから久しいが、プラントを総括的な
観点から効率向上を図つた制御システムは末だ実
用化に至つていない。僅かに、空燃比を操作する
ことによるボイラ効率の最適化に関する報告(例
えば、F.Moran et al.、Development and
application of self−optimising control to
coal−fired steam−generating plant、Proc.
IEE、Vol.115、No.2(1968−2))があるのみで
ある。これら従来の制御システムでは、第1図に
示すように、プラント100からの状態フイード
バツク4に基づいて制御装置2内の探索手段3に
おいて最大効率探索を行ない、最適操作量5を決
定する。 しかし、従来方式の第1の問題点は、大きな熱
時定数をもつプラントからの状態フイードバツク
に基づいて制御するため、最大効率点即ち最適操
作量を見出すのに多大な時間を要することであ
る。また、従来方式の第2の問題点は、効率を高
精度で実測することが困難なため、例えば主蒸気
圧力などの挙動を効率評価の代用とする効率イン
デツクス法を用いているため、その信憑性が低い
ことである。さらに、従来方式の第3の問題点
は、実測値を用いるためノイズ及び検出誤差の影
響を受け易いという点である。 本発明の目的は、火力発電プラントの制御方法
において、前記従来方式の欠点を無くすととも
に、プラントを総括的な観点から効率向上を可能
ならしめ、特に、試行法による最大効率探索手段
を有し、プラント状態に応じて適切な初期試行点
を決定できる火力発電プラントの効率最適化制御
方法を提供するにある。 本発明では、従来方式の問題点を克服するため
に、第2図に示す制御システム200に内蔵させ
た効率計算用のプラントモデル240を用いて、
モデル規範形効率予測計算を施すことにより、プ
ラントの応答速度に拘束されず、じん速かつ高精
度の効率最適化を実現した。本制御システム20
0における最大効率探索手段230の基本方式
は、最適操作量11を決定する前にプラントモデ
240に対して試行操作量を出力し、これに
対応したプラント効率10を求めるという手順を
繰返すことにより最大効率点を探索してゆく方法
である。この場合、プラントモデル240を用い
て予め求めたプラントの効率特性とプラント状態
の制約条件を考慮して初期試行点を決定する。即
ち、制約条件を侵害しない操作量範囲で効率を最
大ならしめる操作量を初期試行点とする。 第3図は本発明の実施例である効率最適化制御
システムの基本構成を示すものである。但し、本
図は効率最適化に特有な機能についてのみ示すも
ので、従来方式をそのまま適用できる各種のマイ
ナ制御系及びプラント制御系については図面の繁
雑化を避けるために省略した。尚、第3図におい
て各記号は夫々以下のものを表わしている。 9aは試行O2過剰率、9bは試行ダンパ開度、
9cは試行復水器真空度、11aは最適O2過剰
率、11bは最適ダンパ開度、11cは最適復水
器真空度、13aは節炭器(A)、13bは節炭器
(B)、14は水壁、15は1次過熱器、16は2次
過熱器、17は主蒸気、18は高圧タービン、1
9は1次再熱器、20は2次再熱器、21は再熱
蒸気、22は中・低圧タービン、23は発電機、
24は復水器、25は復水、26は低圧給水加熱
器、27は給水ポンプ、28は高圧給水加熱器、
29は循環水ポンプ、30はパラレルダンパ、3
1は微粉炭ミル、32は空気予熱器、33は押込
み通風機、34は吸引通風機、40はボイラ、5
0はタービン、60は給水系統。 効率に影響を及ぼす操作パラメータは多数ある
が、本実施例の説明では比較的効果が大きいO2
過剰率m1、パラレルダンパ開度m2、復水器真空
度m3の3つを選択し、これを一例として最適化
することにした。最大効率探索のための基本アル
ゴリズムとして、極値探索手法の1つであるコン
プレツクス法を利用する。第3図の最大効率探索
手段230では、コンプレツクス法による最大効
率探索の原理をわかり易く解説するために、操作
パラメータがm1とm2の2つの場合について示し
た。今、試行点1に対応した試行操作量m1 1、m1 2
を効率計算用のプラントモデル240に与え、定
常値としての効率η1を求める。試行点2,3につ
いても同様にη2、η3を求める。このうちの効率が
最低となる点(この場合1とする)と残された点
の重心(この場合は線分2,3上にある)を結ん
だ直線の延長上に新たな試行点4を選び、試行操
作量m4 1、m4 2に対応した効率η4を求める。ここで、
試行点1を除いて新たにできた三角形2,3,4
から同様に新たな試行点5を求める。このとき、
試行点5がプラント状態量の制約条件を侵害する
場合は定義域内の試行点6に戻り、新たな三角形
3,4,6を用いて試行方向を決定する。このよ
うな試行方法を繰返すことにより、最大効率点
(この場合7)に達することができる。この点に
対応した操作量が最適値(この場合m7 1、m7 2)で
あり、プラントに対する実際の操作出力となる。
このような制御動作を続行することにより、海水
温度や大気温度などの周囲条件の変動により最大
効率点が移動しても、これに追従して最適操作量
を決定することができる。 以上は、コンプレツクス法を適用した効率最適
化制御の原理説明にとどめたが、次に実施例にお
ける制御アルゴリズムの概要について説明する。 第4図は本発明の実施例における効率最適化制
御の基本処理手順を示すものである。以下、順を
追つてその制御アルゴリズムを説明する。但し、
記号は次のように定義する。 m1:操作量 i=1 O2過剰率(%) i=2 パラレルダンパ開度(%) i=3 復水器真空度(mmHg) ここで、m2はパラレルダンパの開度を示して
もよいが、ここでは次式で定義する。 m2=GS/GS+GR+100(%) ……(1) ここで、GSは第3図において1次過熱器15、
節炭器(A)13aが配置されているガス通路でのガ
ス流量を表わし、GRは1次再熱器19、節炭器
(B)13bが配置されているガス通路でのガス流量
を表わす。 mi nax、mi nio:操作量上、下限 i=1 O2過剰率上、下限 i=2 パラレルダンパ開度上、下限 i=3 復水器真空度上、下限 GCL nax、GCL nio:復水器循環水流量上、下限
(Kg/sec) DT nax:復水器循環水温度上昇幅上限(℃) Ynax:低圧タービン排気湿り度上限(%) GGR nax、GCR nio:ガス再循環流量上、下限
(Kg/sec) STEP−1 初期シンプレツクスの形成 初期試行点m1 i(i=1〜3)は上記制約条件を
全て満足するものとし、m1、m2、m3が作る3次
元空間にk角(第4図の場合はk=6)の多角形
(これをシンプレツクスという)を形成させ、こ
れを初期シンプレツクスとする。この形成方法と
しては、1点は初期試行点m1 iとし、残りの(k
−1)個の点は例えば一様乱数rj(j=2〜k)
を用いて次式により決定する。 mj i=mi nio+rj(mi nax−mi nio) ……(2) 但し、0<rj1 このようにして決定したmj iは操作量としての
制約条件(これを陽の制約条件という)を必ず満
足するが、プロセス状態量としての制約条件(こ
れを陰の制約条件という)は満足しない場合もあ
る。その場合は、その試行点をすでに決定された
点の重心方向へ中点まで移動させる。このように
して究極的には全ての点が決定される。そして以
上の試行により決定された各点に対応したプラン
ト効率ηj(j=1〜6)がプラントモデル240
を用いて得られる。 STEP−2 重心の計算 ここでは、シンプレツクスの各点のうち効率が
最も低い点を除外した(k−1)個の点で定義さ
れるシンプレツクスの重心mGiを求める。今、効
率最低点をj=1とするとmGiは次式で表わされ
る。 また、効率最低点から重心までの距離ΔmGi
次式で表わされる。 ΔmGi=mGi−m1 i ……(4) STEP−3 新試行点の決定 新たに試行する方向を、最低効率点から重心方
向にとり、両点間の距離ΔmGiのαi倍だけ重心から
延長した点を新試行点とし、これをmk+1 iとする
と、 mk+1 i=mGi+αiΔmGi ……(5) で表わされる。この場合、陽の制約条件を侵害す
る場合は試行点を制約条件上にとることにする。
すなわち、上限mi naxを侵害する場合は、 mk+1 i=mi nax ……(6) とし、下限mi nioを侵害する場合は、 mk+1 i=mi nio ……(7) とする。 STEP−4 効率計算 効率計算用のプラントモデル240を用いて、
新試行点mk+1 iに対応した効率ηk+1を求める。ここ
で、プラントモデルとしての模擬範囲は、通常負
荷運転で必要とされる系統のうち、エネルギー収
支が問題となる系統の全てを対象としている。タ
ービン系統においては抽気系統はもとより、シー
ル蒸気についても考慮する。また、ボイラ系統に
おいては排ガスによる熱損失はもちろん、ボイラ
壁からの熱放射も考慮する。さらに、各機に対す
るマイナ制御系及びプラント制御系は当然のこと
ではあるが模擬対象としている。また、周囲条件
としての海水温度、大気温度及び風速は実測値を
用いる。 STEP−5 制約条件監視 効率計算用のプラントモデル240で計算した
プロセス状態が陰の制約条件を侵害している場合
は試行点mk+1 iに関する情報は全て無効とし、
STEP−3に戻り、新試行点を決定する。この場
合、操作とプロセス状態の因果関係を考慮して次
式に従つてαiを修正してSTEP−3に戻る。 α2△ α2△ =〓2 2…条件(GGR>GGR nax)U(GGR<GGR nio)……
(8) α3△ α3△ =〓3 2…条件(GCL>GCL nax)U(GCL<GCL nio)U(
DT>DT nax)U(Y>Ynax)……(9) ここで、O2過剰率に対するα1は修正しない。
その理由は、O2過剰率を制限値内で操作する限
り、陰の制約条件を侵害することがないからであ
る。 STEP−6 収束判定 新試行点と元のシンプレツクスを構成する各点
に対応した効率のうち、最大及び最小の効率を、
それぞれηnax及びηnioとし、効率最大点に到達し
たか否かを次式に従つて判定する。 ηnax−ηnio/ηnax<ε ……(11) ここに、εは効率最大点到達判定基準である。
上式が満足されれば実用上最大効率点到達したと
いえる。最大点に達したならばηnaxに対応する操
作量を出力し、再びSTEP−1に戻り初期シンプ
レツクスを形成する。最大点に達しなければ次の
STEP−7に進む。 STEP−7 効率向上方向判定 新試行点が元のシンプレツクスを構成する各点
の効率のどれよりも高い効率が得られる場合は、
最大効率点に達していなくとも、操作出力をし、
次のSTEP−8へ進む。操作出力しない場合は、
そのまま次のSTEP−8へ進む。本機能を設けた
理由は、試行点が現在の運転状態よりも効率を確
実に向上させるならば、最大効率点に到達するの
を待たずして、実際に操作出力をするためであ
る。 STEP−8 新シンプレツクスの形成 元のシンプレツクスを構成している点のうち、
最も低い効率を示す操作点を除外し、新試行点を
追加してできたk個の点から新たなシンプレツク
スを形成し、STEP−2に戻る。 次に、本発明による効率最適化制御過程の一例
を第5図に示す。本図は、操作パラメータである
O2過剰率m1、パラレルダンパ開度m2、復水器真
空度m3が張る3次元空間で各々が最適値に向つ
て移動する軌跡を3つの平面に投影したものであ
る。この図で1〜6は初期シンプレツクスの頂
点、7〜11は試行点、二重丸は最大効率点、7
〜11の点を結ぶ点線は試行操作過程、7〜11
の点を結ぶ実線は最適操作過程である。例えば、
m1とm2の関係をみると、第11回目の試行で最適
点に到達している。しかし、m3については、最
適点の近傍まで来ているが、最適点には達してい
ない。 以上は、実施例における制御アルゴリズムの概
要説明にとどめたが、以下その具体方式について
追加説明する。 初期シンプレツクス形成ステツプ1において初
期試行点m1 iとシンプレツクスの大きさを如何に
決定するかは、最大効率探索の収束性を左右する
重要な問題である。収束性を良くするためには、
できるだけ効率が高い点に初期試行点m1 iを選ぶ
べきであり、また、このm1 iと操作許容限界まで
の距離に応じて初期シンプレツクスの大きさを決
定すべきと考え、次のような方式とした。 第6図はO2過剰率m1に対するプラント効率の
関係を示すもので、大気温度が効率特性に与える
影響についても示した。つまり、実線が大気温度
30℃のときの点線が10℃のとき、効率特性であ
る。m1の許容域としての上限及び下限はボイラ
排ガス規制値、燃焼の安定性、フアン容量などで
定まるが、負荷レベルによつて異なる。この特性
から、負荷Lの関数して操作量の上限m1 nax
(L)、下限m1 nio(L)を表わすことができ、負荷L
と大気温度Taの関数として最大効率点に対応す
る操作量m1M(L、Ta)を表わすことができる。
従つて、第7図に示すように、初期試行点決定部
96では、操作許容域内で最大効率が期待できる
点に初期試行点m1 1を選ぶ。次に初期シンプレツ
クスの大きさを、m1 1から操作許容限界までの距
離に応じて決定するために、m1 1を除く初期シン
プレツクスの頂点のm1座標m1 j(j=2〜k)を
次式で決定する。 但し、1=(m1nax+m1nio)/2、rjは一様乱
数(0<rj1)、KL1は定数(0<KL11)で
ある。 第9図はパラレルダンパ開度m2に対するプラ
ント効率及びガス再循環流量の関係を示すもので
ある。m2の許容域としての上限は、ガス再循環
フアン容量限界特性aと高速ガス流による1次過
熱器15及び節炭器(A)13aのアツシユカツトを
防止するためのアツシユカツト防止限界特性bで
定まる。また、下限は1次再熱器19及び節炭器
(B)13bに対するアツシユカツト防止限界特性c
ガス再循環流量低下に伴なうNOx濃度の上昇を
抑制するためのNOx対策下限特性d及び再熱蒸
気温度安定化下限特性eで定まる。m2U2、m2U1
m2L3、m2L2、m2L1は夫々特性a、b、c、d、
eで定まる限界点であり、この図の場合はm2L3
とm2U1の間が操作許容域となる。第8図のよう
な特性となる物理的根拠は、m2を小さくすると、
(1)式の定義から明らかなように、1次再熱器側に
分流されるガス量が増すが、再熱蒸気温度制御系
では、ガス再循環流量を低下させることにより再
熱蒸気温度を一定に保つためである。第9図に示
す5つの操作許容限界は負荷レベルに応じて変化
するため、最終的許容限界m2naxとm2nioは第10
図に示すようにして決定する。即ちm2naxは、ガ
ス再循環フアン容量限界計算手段102で得られ
た上限m2U2とアツシユカツト防止上限計算手段
103で得られた上限m2U1のうち低い方の値を
低値選択手段107により決定する。また、
m2nioは、アツシユカツト防止下限計算手段10
4で得られた下限m2L3、NOx対策下限計算手段
105で得られた下限m2L2、及び再熱蒸気温度
安定化下限計算手段106で得られた下限m2L1
のうち最も大きな値を最大値選択手段108によ
り決定する。ここで、m2U2、m2L2、m2L1は負荷
Lの関数として計算され、m2U1、m2L3は燃焼ガ
ス体積流量VGASの関数として計算される。また、
VGASは燃焼ガス体積流量計算手段101により負
荷の関数として計算される。第9図に示すよう
に、m2が大きくなるにつれガス再循環流量が増
大し、これに伴なつてガス再循環フアン動力が増
すため、プラント効率は垂下特性をもつ。従つ
て、最大効率点は常に操作許容限界の下限m2nio
にあると見做して、初期試行点m1 2をこれに選ぶ。
また、m1の場合と同様に、初期シンプレツクス
の大きさをm1 2からの操作許容限界までの距離に
応じて決定するために、m1 2を除く初期シンプレ
ツクスの頂点のm2座標m2 j(j=2〜k)を次式
で決定する。 但し2=(m2nax+m2nio)/2、rjは一様乱数
(0<rj1)、KL2は定数(0<KL21)であ
る。 第10図は復水器真空度m3に対するプラント
効率、循環水流量、及び循環水温度上昇幅の関係
を示すものである。このような特性を示す物理的
根拠は、m3を大きくするとタービン内部効率が
上昇するが、その反面、循環水流量の増加に伴な
いポンプ動力が増し、結果として、プラント効率
が最大となる点をもつことによる。また、m3
低下と共に循環水流量が低下するため循環水温度
上昇幅が大きくなる。ここで、操作許容域を規定
するのは循環水ポンプ容量で定まる循環水流量上
限特性f、冷却管内のスケール付着速度を制限す
るための循環水流量下限特性g、及び循環水に含
まれるプランクトンを保護するための循環水温度
上昇幅上限特性hである。以上の制限は、プラン
トの計画段階で定まるもので、運転中に変化する
ものではないが、これらにより規定される操作許
容域は、第11図に示すように負荷レベル及び海
水温度により大きく左右される。図で実線は海水
温度21℃のときの、また点線は18℃のときの効率
を示す。そこで、初期試行点m1 3を決定するため
に第12図に示すような初期試行点決定手段10
9を用いる。本手段では、第11図に示す特性に
基づき、負荷Lの関数として操作量の上限m3nax
(L)、下限m3nio(L)、最大効率点に対応する操作量
m3M(L)を表わすとともに、海水温度Tcをパラメー
タとしてTc=T1、T2、………Toに対応した特性
関数を準備している。従つて、第12図に示すよ
うに、初期試行点決定手段109では、操作許容
域内で最大効率が期待できる点に初期試行点m1 3
を選ぶ。次に初期シンプレツクスの大きさを、
m3 1から操作許容限界までの距離に応じて決定す
るために、m1 1を除く初期シンプレツクスの頂点
のm3座標m3 j(j=2〜k)を次式で決定する。 但し、3=(m3nax+m3nio)/2、rjは一様乱
数(0<rj1)、KL3は定数(0<KL31)で
ある。 第6図、第8図、第11図に示したプラントの
諸特性については、プラントモデル240を用い
て知ることができる。また、第7図、第9図、第
12図に示す各手段で決定する操作量上限
mi nax(i=1〜3)及び下限mi nio(i=1〜
3)は、いずれも陰の制約条件を考慮したもので
あり、(2)式で用いている陽の制約条件とは意味が
異なる。従つて(11)(12)(13)式で決定する初期シン
プレツクスの各頂点座標mj i(i=1〜3、j=2
〜k)が陽の制約条件を侵害する場合は、(6)(7)式
と同様の考え方により、各頂点座標を陽の制約条
件の上にとる。また、(11)(12)(13)式における定数
KLi(i=1〜3)の値は、シミユレーシヨンによ
り制御特性を解析することにより、制御対象プラ
ントに合つた適切な値を決定すればよい。 本発明の実施例に関する以上の説明では、負荷
変動及び補機運転台数切替に伴なうプラントの過
渡状態に対する取扱いについては触れなかつた
が、これについて以下に説明する。 プラントは大きな熱容量をもつため、過渡時に
真の効率を把握することは困難である。そのため
本実施例では第13図に示すように、負荷変動中
と負荷変動完了直後は最大効率探策手段230
動作を休止する方式としている。負荷変動の有無
を検知するために、現時刻をt0としサンプリング
間隔Δtで過去n点までの負荷L(t0)、L(t0
Δt)、………L(t0−nΔt)のうち最大値をLnax
最小値をLnioとし、 Lnax−Lnio>εL ……(14) ならば負荷変動が有つたと見做す。即ち第13図
の時刻t2までは(14)式に従つて定常負荷と見做
し、t2で負荷変動を検知したのち最大効率探索手
230を休止する。負荷変動が完了してもプラ
ントが熱的に過渡状態にある時刻t4までは最大効
率操索手段230は休止している。t4以降は定常
状態と見做し、再び動作する。この場合は、最大
効率探索手段230において、第4図の初期シン
プレツクス形成ステツプ1から動作が開始される
ことになる。ここで、nΔtの値は制御対象プラン
トの過渡特性を考慮して、必要十分な値を用い
る。 微粉炭ミル、給水ポンプなど補機類の運転台数
に切替が伴なうような大幅な負荷変動時に対して
は、台数切替による熱的過渡状態を考慮して最大
効率探索手段230を動作あるいは休止させる。
即ち第14図に示すように、第13図に示した例
に補機運転台数の切替が伴なつた場合は、台数切
替シーケンス作動中及び台数切替結果必要となる
熱平衡化時間tSだけ経過してから最大効率探索手
230を動作させる。定常負荷状態においても
補機運転台数が切替えられる場合は、切替シーケ
ンス作動中とtS間だけは休止することになる。第
15図は、上記目的に対する実施例の処理手順を
示すものである。この処理は周期Δtで動作し、
シーケンス作動判定手段111では、補機運転台
数切替のシーケンスが作動中であるかどうかを判
断し、作動中であれば、タイマリセツト手段11
2で、切替シーケンス完了後の時間tAを計時する
ためのタイマをリセツトし、最大効率探索手段
30の動作を休止指令手段113により休止させ
る。一方、切替シーケンスが完了した場合は、そ
の後の経過時間tAを計時手段114で計時する。
次に、負荷変動状態判定手段115では(14)式
に従つて負荷変動中であるか否かを判断する。負
荷変動中であれば、最大効率探索手段230の動
作を休止させ、負荷変動が完了していれば熱平衡
状態判定手段116でtAとtSの大小を比較するこ
とにより熱平衡状態を判定する。熱平衡状態であ
れば動作指令手段117により最大効率探索手段
230を動作させる。 本実施例において、初期シンプレツクスの各頂
点の座標を決めるにあたり、O2過剰率に関する
初期試行点m1 1を負荷Lと大気温度Taの両者を考
慮して決定している。しかし、大気温度がプラン
ト特性に与える影響は比較的小さいため、必ずし
も大気温度を考慮する必要はなく、単に負荷のみ
考慮して初期試行点m1 1を決定する方式としても
制御特性を大幅に悪化する心配はない。また、第
4図で示したように、操作量が最大効率点に収束
した場合、第6図〜第12図に示すような方法
で、再び初期シンプレツクスを形成するとした
が、負荷変動あるいは補機運転台数切替などで最
大効率探索手段230の動作が中断されない限
り、収束点付近で初期シンプレツクスを形成する
方式としても勿論制御特性は損わない。 また、本実施例において、新試行点の方向を、
効率が最低となるシンプレツクスの頂点から(3)式
で表わされる重心方向に決定しているが、必ずし
もこのような方向とする必要はなく、次の方法に
よつても安定な効率最適化が可能である。その第
1の方法は、シンプレツクスを形成するk個の頂
点のうち、効率が低い方からp個の点の重心と残
りの(k−p)個の点の重心を通る直線上に新試
行点を決定する方法である。また、第2の方法
は、k個の頂点を効率の低い方のp個からなるA
群と残りのq個からなるB群に分け、両群の効率
最低点からl(l=1〜p)番目の点を除いた重
心を通る直線方向に新たな試行点をl個決定する
方法である。また、第3の方法は、シンプレツク
スの重心mGiを求める際に、(3)式を用いて各頂点
の効率ηj iを直接重み係数とする代りに、標準値
に対する差分ηj i−を重み係数とする次式で求め
る方法である。 ただし、は負荷レベルに応じて修正するのが
望ましい。上記、第1及び第2の方式は最低効率
点の特異性に左右されることなく安定な収束性を
期待できる。また、(15)式に基づく第3の方式
は(3)式と比較して、操作量に対する効率特性の最
大傾斜方向をより適確に見極めて新試行点を決定
するため、良好な収束性が期待できる。 また、本実施例において、新試行点が元のシン
プレツクスを構成する各点の効率のどれよりも高
い効率が得られる場合は、最大効率点に達してい
なくとも操作出力をすることにより、操作量の急
激な変更を避けている。更に、この効果を上げる
ために、シンプレツクスの頂点での効率が高い方
からn個の頂点を選び、その重心点を実際の操作
量とする方式も有効である。この場合、nの値は
2nk/2の範囲で選ぶと有効である。 また、本実施例において、新試行点におけるプ
ロセス状態が陰の制約条件を侵害している場合
は、侵害した制約条件に直接関係のある操作量の
みを(8)(9)式に従つて後退させている。しかし、制
約条件が課せられたプロセス状態と操作量の因果
関係は必ずしも1対1に対応しないから、侵害し
た制約条件に直接関係する操作量に対しては(8)(9)
式をそのまま生かすものとし、直接関係がない操
作量に対しては αi△ =αi(1−β) ……(16) に従つてαiを修正するのが望ましい。ただし、上
式においてβ=0.2程度とすればよい。また、別
の方法として、陰の制約条件の侵害度合により操
作量限界を推定し、限界値まで後退させる方法も
有効である。この方法は、操作量に対する効率特
性が単調関数を示す操作量の最適化に有効であ
る。いま、シンプレツクスにおける効率最低点で
の状態量をx1、新試行点での状態量をx2、制約条
件をxLとすると、αを修正して操作量を限界値ま
で後退させるには、例えば次式 x2−x1/1+α=xL−x1/1+α′ ……(17) により線形補間してα′を求めることができる。実
際には非線形性を考慮して補正係数ξ(0<ξ<
1)を用いて次式で新試行点を決定することにな
る。 α′=(1+α)xL−x1/x2−x1−1 ξ ……(18) また、本実施例において、負荷の変動状態及び
補機運転台数切替に応じて最大効率探索手段23
0を動作あるいは休止させているが、この場合、
第13図、第14図に示す負荷変動監視区間nΔt
は必ずしも一定である必要はなく、要するにプラ
ントが熱平衡状態に達する必要最小限の時間であ
ればよい。従つて、負荷レベル及び負荷変動幅に
応じて逐次修正することにより、最大効率探索手
230が動作する機会を多くすることができ
る。火力発電プラントでは、一般に高負荷運転時
には低負荷運転時よりも熱時定数が小さいから、
高負荷運転時ほど熱平衡時間は短かくなりnΔtは
小さくできる。また、補機運転台数の切替に伴な
う熱平衡化所要時間tSも上記理由により負荷レベ
ルに応じて修正することが望ましい。このtSはさ
らに、台数切替の対象となる補機の種類によつて
も異なるから、負荷レベルと補機の種類を考慮し
て修正することが望ましい。これにより、効率最
適化制御手段の稼動率を極力高めることが可能で
あり、プラントの高効率化運用への貢献度を向上
できる。 本発明による第1の効果は、制御システムに内
蔵したプラントモデルを用いた予測制御を行なう
ため、大きな熱時定数をもつプラントの応答速度
に拘束されず、5分以内のじん速な効率最適化が
可能となり、最適化機能の稼動率を大幅に向上で
きる点である。従来方式においては最適化に30〜
60分の時間が必要であり、このことは定常負荷状
態がこれ以上継続しないと最適化の機能をなさな
いことを意味し、近年の火力プラントに対する中
間負荷運用のニーズに対しては殆ど実用に供し得
ないといえる。 本発明による第2の効果は、プラント効率に影
響を及びす複数の操作パラメータの操作量を最適
化することによりプラントの総括的観点から効率
を向上でき、機器単体の効率向上を対象とした従
来方式と比較して大幅に効率を向上できる点であ
る。 本発明による第3の効果は、効率最適化に際
し、制御システムに内蔵したプラントモデルを用
いて直接計算したプラント効率を用いているた
め、効率インデツクス法に基づいて間接的に効率
を検知する従来方式と比較して、最適値への収束
精度が高い点である。 本発明による第4の効果は、制御システムに内
蔵したプラントモデルを用いて効率の最適化を図
るため、実測値に基づいて効率最適化を図る従来
方式と比較して、ノイズ及び検出誤差の影響を受
けず、安定かつ高精度の最適化が可能となる点で
ある。 本発明による第5の効果は、常に最大効率点近
傍から最大効率の探索を開始できるため、最大効
率点への収束性が極めて良好となる点である。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a method for controlling a thermal power plant,
In particular, the present invention relates to a control method suitable for always maintaining plant efficiency at the highest point even when ambient conditions such as seawater temperature and atmospheric temperature fluctuate during normal load operation. The issue of highly efficient operational control of thermal power plants has been a hot topic for some time, but control systems that aim to improve the efficiency of plants from an overall perspective have yet to be put into practical use. A few reports on optimizing boiler efficiency by manipulating the air-fuel ratio (e.g., F. Moran et al., Development and
application of self-optimizing control to
coal-fired steam-generating plant, Proc.
IEE, Vol. 115, No. 2 (1968-2)). In these conventional control systems, as shown in FIG. 1, a maximum efficiency search is performed in the search means 3 in the control device 2 based on the status feedback 4 from the plant 100 to determine the optimum manipulated variable 5. However, the first problem with the conventional method is that it takes a lot of time to find the maximum efficiency point, that is, the optimum operating amount, because the control is based on status feedback from the plant with a large thermal time constant. The second problem with the conventional method is that it is difficult to actually measure efficiency with high precision, so an efficiency index method is used that uses behavior such as main steam pressure as a substitute for efficiency evaluation. It is a matter of low gender. Furthermore, the third problem with the conventional method is that it is susceptible to noise and detection errors because it uses actually measured values. An object of the present invention is to provide a control method for a thermal power plant, which eliminates the drawbacks of the conventional method, and also makes it possible to improve the efficiency of the plant from a comprehensive perspective, and in particular, includes means for searching for maximum efficiency using a trial method. An object of the present invention is to provide an efficiency optimization control method for a thermal power plant that can determine an appropriate initial trial point depending on the plant status. In order to overcome the problems of the conventional method, the present invention uses a plant model 240 for efficiency calculation built into the control system 200 shown in FIG.
By applying model-based efficiency prediction calculations, we were able to achieve fast and highly accurate efficiency optimization without being constrained by the response speed of the plant. Main control system 20
The basic method of the maximum efficiency search means 230 at 0 is to output a trial operation amount 9 to the plant model 240 before determining the optimum operation amount 11 , and to obtain the corresponding plant efficiency 10 by repeating the procedure. This is a method of searching for the maximum efficiency point. In this case, the initial trial point is determined in consideration of the plant efficiency characteristics and plant state constraints determined in advance using the plant model 240 . That is, the operation amount that maximizes the efficiency within the operation amount range that does not violate the constraint conditions is set as the initial trial point. FIG. 3 shows the basic configuration of an efficiency optimization control system that is an embodiment of the present invention. However, this diagram only shows functions specific to efficiency optimization, and various minor control systems and plant control systems to which conventional methods can be applied as is are omitted to avoid cluttering the diagram. In FIG. 3, each symbol represents the following. 9a is the trial O 2 excess rate, 9b is the trial damper opening degree,
9c is the trial condenser vacuum degree, 11a is the optimum O 2 excess rate, 11b is the optimum damper opening degree, 11c is the optimum condenser vacuum degree, 13a is the economizer (A), and 13b is the economizer.
(B), 14 is a water wall, 15 is a primary superheater, 16 is a secondary superheater, 17 is main steam, 18 is a high pressure turbine, 1
9 is a primary reheater, 20 is a secondary reheater, 21 is reheated steam, 22 is a medium/low pressure turbine, 23 is a generator,
24 is a condenser, 25 is a condensate water, 26 is a low pressure feed water heater, 27 is a feed water pump, 28 is a high pressure feed water heater,
29 is a circulating water pump, 30 is a parallel damper, 3
1 is a pulverized coal mill, 32 is an air preheater, 33 is a forced draft fan, 34 is a suction draft fan, 40 is a boiler, 5
0 is a turbine, 60 is a water supply system. There are many operating parameters that affect efficiency, but in this example, O 2 has a relatively large effect.
Three factors were selected: excess ratio m 1 , parallel damper opening degree m 2 , and condenser vacuum degree m 3 , and these were chosen as an example for optimization. The complex method, which is one of the extreme value search methods, is used as the basic algorithm for maximum efficiency search. In the maximum efficiency search means 230 of FIG. 3, two cases where the operating parameters are m 1 and m 2 are shown in order to explain the principle of maximum efficiency search using the complex method in an easy-to-understand manner. Now, the trial operation amount m 1 1 , m 1 2 corresponding to trial point 1
is given to the plant model 240 for efficiency calculation, and the efficiency η 1 as a steady value is determined. Similarly, η 2 and η 3 are obtained for trial points 2 and 3. A new trial point 4 is set on the extension of the straight line connecting the point with the lowest efficiency (in this case, 1) and the center of gravity of the remaining points (in this case, on line segments 2 and 3). Then, find the efficiency η 4 corresponding to the trial operation amounts m 4 1 and m 4 2 . here,
Newly created triangles 2, 3, 4 excluding trial point 1
Similarly, a new trial point 5 is determined from . At this time,
If the trial point 5 violates the constraints on the plant state quantities, the process returns to the trial point 6 within the domain, and new triangles 3, 4, and 6 are used to determine the trial direction. By repeating this trial method, the maximum efficiency point (7 in this case) can be reached. The manipulated variables corresponding to this point are the optimal values (m 7 1 , m 7 2 in this case) and become the actual manipulated outputs for the plant.
By continuing such control operations, even if the maximum efficiency point moves due to changes in ambient conditions such as seawater temperature and atmospheric temperature, it is possible to follow this and determine the optimum manipulated variable. The above has been limited to explaining the principle of efficiency optimization control applying the complex method, but next, an outline of the control algorithm in the embodiment will be explained. FIG. 4 shows the basic processing procedure of efficiency optimization control in the embodiment of the present invention. The control algorithm will be explained step by step below. however,
The symbols are defined as follows. m 1 : Manipulated amount i=1 O 2 excess rate (%) i=2 Parallel damper opening degree (%) i=3 Condenser vacuum degree (mmHg) Here, m 2 indicates the parallel damper opening degree. However, here it is defined by the following formula. m 2 =G S /G S +G R +100 (%) ...(1) Here, G S is the primary superheater 15,
Represents the gas flow rate in the gas passage where the economizer (A) 13a is installed, and G R is the primary reheater 19, the economizer
(B) represents the gas flow rate in the gas passage where 13b is arranged. m i nax , m i nio : Manipulated amount upper, lower limit i = 1 O 2 excess rate upper, lower limit i = 2 Parallel damper opening upper, lower limit i = 3 Condenser vacuum degree upper, lower limit G CL nax , G CL nio : Upper and lower limits of condenser circulating water flow rate (Kg/sec) D T nax : Upper limit of condenser circulating water temperature rise (℃) Y nax : Upper limit of low pressure turbine exhaust humidity (%) G GR nax , G CR nio : Upper and lower limits of gas recirculation flow rate (Kg/sec) STEP-1 Formation of initial simplex Initial trial point m 1 i (i = 1 to 3) shall satisfy all of the above constraints, m 1 , m A polygon (called a simplex) with k angles (k=6 in the case of Fig. 4) is formed in the three-dimensional space created by 2 and m3 , and this is used as an initial simplex. As for this formation method, one point is the initial trial point m 1 i , and the remaining (k
−1) points are, for example, uniform random numbers r j (j=2 to k)
It is determined by the following formula using . m j i = m i nio + r j (m i naxm i nio ) ...(2) However, 0 < r j 1 m j i determined in this way is the constraint condition as the manipulated variable (this is explicitly However, the constraints as process state quantities (referred to as implicit constraints) may not be satisfied. In that case, the trial point is moved in the direction of the center of gravity of the already determined point to the midpoint. In this way, ultimately all points are determined. Then, the plant efficiency η j (j=1 to 6) corresponding to each point determined through the above trial is calculated as the plant model 240.
Obtained using STEP-2 Calculation of the center of gravity Here, the center of gravity m Gi of the simplex defined by (k-1) points excluding the point with the lowest efficiency among the points of the simplex is calculated. Now, assuming that the lowest point of efficiency is j=1, m Gi is expressed by the following formula. Further, the distance Δm Gi from the lowest efficiency point to the center of gravity is expressed by the following equation. Δm Gi =m Gi −m 1 i ...(4) STEP-3 Determination of new trial point Set the new trial direction from the lowest efficiency point to the center of gravity, and move the center of gravity by α i times the distance Δm Gi between both points. If the point extended from is the new trial point and this is m k+1 i , it is expressed as m k+1 i = m Gi + α i Δm Gi ...(5). In this case, if an explicit constraint condition is violated, the trial point is set on the constraint condition.
In other words, if the upper limit m i nax is violated, m k+1 i = m i nax ……(6), and if the lower limit m i nio is violated, m k+1 i = m i nio ……( 7). STEP-4 Efficiency calculation Using the plant model 240 for efficiency calculation,
Find the efficiency η k+1 corresponding to the new trial point m k+1 i . Here, the simulation range as a plant model covers all systems where energy balance is a problem among systems required for normal load operation. In the turbine system, not only the extraction system but also the seal steam is considered. In addition, in the boiler system, not only heat loss due to exhaust gas but also heat radiation from the boiler wall is considered. Furthermore, the minor control system and plant control system for each aircraft are, of course, simulated. In addition, actual measured values are used for seawater temperature, atmospheric temperature, and wind speed as ambient conditions. STEP-5 Constraint condition monitoring If the process state calculated by the plant model 240 for efficiency calculation violates the implicit constraint condition, all information regarding the trial point m k+1 i is invalidated,
Return to STEP-3 and determine a new trial point. In this case, considering the causal relationship between the operation and the process state, α i is corrected according to the following equation and the process returns to STEP-3. α 2 △ α 2 △ =〓 2 2 ...Condition (G GR > G GR nax ) U (G GR <G GR nio )...
(8) α 3 △ α 3 △ =〓 3 2 …Condition (G CL > G CL nax ) U (G CL < G CL nio ) U (
D T > D T nax ) U (Y > Y nax )...(9) Here, α 1 for the O 2 excess rate is not corrected.
The reason is that as long as the O 2 excess rate is operated within the limits, the implicit constraints will not be violated. STEP-6 Convergence judgment Among the efficiencies corresponding to the new trial point and each point constituting the original simplex, calculate the maximum and minimum efficiencies,
Let η nax and η nio respectively, and determine whether the maximum efficiency point has been reached according to the following equation. η nax −η nionax <ε (11) Here, ε is the criterion for reaching the maximum efficiency point.
If the above formula is satisfied, it can be said that the practical maximum efficiency point has been reached. When the maximum point is reached, the manipulated variable corresponding to η nax is output, and the process returns to STEP-1 to form an initial simplex. If the maximum point is not reached, the next
Proceed to STEP-7. STEP-7 Determine the direction of efficiency improvement If the new trial point has a higher efficiency than any of the efficiencies of the points that make up the original simplex,
Even if the maximum efficiency point has not been reached, the operation output is
Proceed to the next STEP-8. If there is no operation output,
Proceed directly to the next STEP-8. The reason for providing this function is that if the trial point reliably improves the efficiency compared to the current operating state, then the actual operation output will be performed without waiting for the maximum efficiency point to be reached. STEP-8 Formation of a new simplex Among the points that make up the original simplex,
The operating point showing the lowest efficiency is excluded, new trial points are added, a new simplex is formed from the k points, and the process returns to STEP-2. Next, an example of the efficiency optimization control process according to the present invention is shown in FIG. This figure shows the operating parameters.
This is a three-dimensional space defined by the O 2 excess ratio m 1 , the parallel damper opening m 2 , and the condenser vacuum degree m 3 , in which the trajectories of each moving toward the optimum value are projected onto three planes. In this figure, 1 to 6 are the vertices of the initial simplex, 7 to 11 are the trial points, the double circle is the maximum efficiency point, and 7
The dotted line connecting points ~11 is the trial operation process, 7~11
The solid line connecting the points is the optimal operation process. for example,
Looking at the relationship between m 1 and m 2 , the optimal point is reached in the 11th trial. However, for m 3 , although it has come close to the optimal point, it has not reached the optimal point. Although the above has been limited to a general explanation of the control algorithm in the embodiment, the specific method will be additionally explained below. How to determine the initial trial point m 1 i and the size of the simplex in the initial simplex formation step 1 is an important issue that affects the convergence of the maximum efficiency search. In order to improve convergence,
We believe that the initial trial point m 1 i should be selected at the point with the highest possible efficiency, and that the size of the initial simplex should be determined according to this m 1 i and the distance to the operational tolerance limit, so we calculated the following. This method was adopted. Figure 6 shows the relationship between plant efficiency and O 2 excess rate m 1 , and also shows the influence of atmospheric temperature on efficiency characteristics. In other words, the solid line is the atmospheric temperature
The dotted line at 30℃ is the efficiency characteristic when the temperature is 10℃. The upper and lower limits of the permissible range of m 1 are determined by boiler exhaust gas regulation values, combustion stability, fan capacity, etc., but vary depending on the load level. From this characteristic, as a function of the load L, the upper limit of the manipulated variable m 1 nax
(L), the lower limit m 1 nio (L) can be expressed, and the load L
and the manipulated variable m 1M (L, T a ) corresponding to the maximum efficiency point can be expressed as a function of the atmospheric temperature T a .
Therefore, as shown in FIG. 7, the initial trial point determination unit 96 selects the initial trial point m 1 1 at the point where maximum efficiency can be expected within the operational tolerance range. Next, in order to determine the size of the initial simplex according to the distance from m 1 1 to the operational tolerance limit, m 1 coordinates m 1 j (j = 2 to k) is determined by the following formula. However, 1 = (m 1nax + m 1nio )/2, r j is a uniform random number (0<r j 1), and K L1 is a constant (0<K L1 1). FIG. 9 shows the relationship between the plant efficiency and the gas recirculation flow rate with respect to the parallel damper opening m2 . The upper limit of the permissible range of m 2 is determined by the gas recirculation fan capacity limit characteristic a and the undercut prevention limit characteristic b to prevent the primary superheater 15 and the economizer (A) 13a from being undercut due to high-speed gas flow. . In addition, the lower limit is the primary reheater 19 and the energy saver
(B) Assault cut prevention limit characteristic c for 13b
It is determined by the NOx countermeasure lower limit characteristic d and the reheat steam temperature stabilization lower limit characteristic e for suppressing the increase in NOx concentration due to a decrease in the gas recirculation flow rate. m2U2 , m2U1 ,
m 2L3 , m 2L2 , m 2L1 have characteristics a, b, c, d, respectively.
It is the limit point determined by e, which in the case of this figure is m 2L3
The range between and m 2U1 is the allowable operation range. The physical basis for the characteristics shown in Figure 8 is that when m 2 is reduced,
As is clear from the definition of equation (1), the amount of gas diverted to the primary reheater side increases, but in the reheat steam temperature control system, the reheat steam temperature can be controlled by lowering the gas recirculation flow rate. This is to keep it constant. Since the five operating tolerance limits shown in Figure 9 change depending on the load level, the final tolerance limits m 2nax and m 2nio are the 10th
Determine as shown in the figure. That is, m 2nax is determined by the low value selection means 107 as the lower of the upper limit m 2U2 obtained by the gas recirculation fan capacity limit calculation means 102 and the upper limit m 2U1 obtained by the crush cut prevention upper limit calculation means 103. . Also,
m 2nio is the lower limit calculation means 10 for preventing stress cut.
4, the lower limit m 2L2 obtained by the NOx countermeasure lower limit calculation means 105, and the lower limit m 2L1 obtained by the reheat steam temperature stabilization lower limit calculation means 106.
The largest value among them is determined by the maximum value selection means 108. Here, m 2U2 , m 2L2 , m 2L1 are calculated as a function of the load L, and m 2U1 , m 2L3 are calculated as a function of the combustion gas volumetric flow rate V GAS . Also,
V GAS is calculated by the combustion gas volumetric flow rate calculation means 101 as a function of load. As shown in FIG. 9, as m 2 increases, the gas recirculation flow rate increases, and the power of the gas recirculation fan increases accordingly, so that the plant efficiency has a drooping characteristic. Therefore, the point of maximum efficiency is always the lower limit of the operating tolerance m 2nio
, and select the initial trial point m 1 2 as this.
In addition, as in the case of m 1 , in order to determine the size of the initial simplex according to the distance from m 1 2 to the operational tolerance limit, we calculate the m 2 coordinates of the vertices of the initial simplex excluding m 1 2 . m 2 j (j=2 to k) is determined by the following equation. However, 2 =(m 2nax +m 2nio )/2, r j is a uniform random number (0<r j 1), and K L2 is a constant (0<K L2 1). FIG. 10 shows the relationship between the condenser vacuum degree m3 , the plant efficiency, the circulating water flow rate, and the circulating water temperature rise width. The physical basis for this characteristic is that increasing m 3 increases the turbine internal efficiency, but on the other hand, as the circulating water flow rate increases, the pump power increases, and as a result, the plant efficiency is maximized. By having . Furthermore, as the m 3 decreases, the flow rate of the circulating water decreases, so the temperature rise of the circulating water increases. Here, the allowable operation range is defined by the upper limit characteristic f of the circulating water flow rate determined by the circulating water pump capacity, the lower limit characteristic g of the circulating water flow rate to limit the rate of scale deposition in the cooling pipe, and the lower limit characteristic g of the circulating water flow rate determined by the circulating water pump capacity. This is the upper limit characteristic h of the circulating water temperature rise width for protection. The above limitations are determined at the plant planning stage and do not change during operation, but the allowable operating range defined by these is greatly influenced by the load level and seawater temperature, as shown in Figure 11. Ru. In the figure, the solid line shows the efficiency when the seawater temperature is 21°C, and the dotted line shows the efficiency when the seawater temperature is 18°C. Therefore, in order to determine the initial trial point m 1 3, an initial trial point determination means 10 as shown in FIG.
Use 9. In this means, based on the characteristics shown in FIG. 11, the upper limit of the manipulated variable m 3nax is
(L), lower limit m 3nio (L), manipulated variable corresponding to maximum efficiency point
In addition to expressing m 3M (L), characteristic functions corresponding to Tc=T 1 , T 2 , ......T o are prepared using seawater temperature T c as a parameter. Therefore, as shown in FIG. 12, the initial trial point determining means 109 sets the initial trial point m 1 3 at the point where maximum efficiency can be expected within the operational tolerance range.
Choose. Next, the size of the initial simplex is
In order to determine the distance from m 3 1 to the operational tolerance limit, the m 3 coordinates m 3 j (j=2 to k) of the vertices of the initial simplex excluding m 1 1 are determined by the following equation. However, 3 =(m 3nax +m 3nio )/2, r j is a uniform random number (0<r j 1), and K L3 is a constant (0<K L3 1). The various characteristics of the plants shown in FIGS. 6, 8, and 11 can be known using the plant model 240 . In addition, the upper limit of the operation amount determined by each means shown in Figs. 7, 9, and 12.
m i nax (i=1 to 3) and lower limit m i nio (i=1 to
3) all take into consideration implicit constraints, and have different meanings from the explicit constraints used in equation (2). Therefore, each vertex coordinate m j i (i=1 to 3, j=2
If ~k) violates the explicit constraint, each vertex coordinate is set above the explicit constraint using the same concept as equations (6) and (7). Also, the constant in equations (11), (12), and (13)
As for the value of K Li (i=1 to 3), an appropriate value suitable for the plant to be controlled may be determined by analyzing the control characteristics through simulation. In the above description of the embodiments of the present invention, handling of transient states of the plant due to load fluctuations and switching of the number of auxiliary machines in operation has not been mentioned, but this will be explained below. Because plants have a large heat capacity, it is difficult to understand their true efficiency during transients. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 13, the maximum efficiency searching means 230 stops operating during the load change and immediately after the load change is completed. In order to detect the presence or absence of load fluctuation, the current time is t 0 and the loads L(t 0 ) and L(t 0
Δt), ......The maximum value of L(t 0 −nΔt) is L nax ,
Let the minimum value be L nio , and if L nax −L nio > ε L (14), it is considered that there is a load fluctuation. That is, until time t2 in FIG. 13, the load is regarded as steady according to equation (14), and after detecting load fluctuation at t2 , the maximum efficiency search means 230 is stopped. Even after the load change is completed, the maximum efficiency steering means 230 remains inactive until time t 4 when the plant is in a thermal transient state. After t 4 , it is considered to be in a steady state and operates again. In this case, the maximum efficiency searching means 230 starts its operation from the initial simplex formation step 1 shown in FIG. Here, as the value of nΔt, a necessary and sufficient value is used in consideration of the transient characteristics of the plant to be controlled. When there is a large load change that involves a change in the number of auxiliary machines in operation, such as a pulverized coal mill or water pump, the maximum efficiency search means 230 is activated or deactivated in consideration of the thermal transient state caused by the change in the number of auxiliary machines. let
In other words, as shown in Fig. 14, when the example shown in Fig. 13 involves switching the number of auxiliary machines in operation, the heat equilibration time t S required during the number switching sequence and as a result of the number switching has elapsed. After that, the maximum efficiency search means 230 is operated. If the number of auxiliary machines in operation is switched even in a steady load state, the operation will be stopped only during the switching sequence and during t S. FIG. 15 shows the processing procedure of the embodiment for the above purpose. This process operates with a period Δt,
The sequence operation determination means 111 determines whether the sequence for switching the number of auxiliary machines in operation is in operation, and if it is in operation, the timer reset means 11
2, the timer for measuring the time tA after the completion of the switching sequence is reset, and the maximum efficiency search means 2
30 is stopped by the stop command means 113. On the other hand, when the switching sequence is completed, the timer 114 measures the subsequent elapsed time tA .
Next, the load fluctuation state determination means 115 determines whether or not the load is fluctuating according to equation (14). If the load is changing, the operation of the maximum efficiency searching means 230 is stopped, and if the load changing is completed, the thermal equilibrium state determining means 116 determines the thermal equilibrium state by comparing the magnitudes of t A and t S. If the state is in thermal equilibrium, the operation command means 117 causes the maximum efficiency search means 230 to operate. In this embodiment, when determining the coordinates of each vertex of the initial simplex, the initial trial point m 1 1 regarding the O 2 excess rate is determined by considering both the load L and the atmospheric temperature T a . However, since the influence of atmospheric temperature on plant characteristics is relatively small, it is not necessarily necessary to take atmospheric temperature into consideration, and even if the method determines the initial trial point m 1 1 by simply considering only the load, the control characteristics will be significantly deteriorated. There's no need to worry about it. In addition, as shown in Fig. 4, when the manipulated variable converges to the maximum efficiency point, the initial simplex is again formed by the method shown in Figs. 6 to 12. As long as the operation of the maximum efficiency search means 230 is not interrupted due to a change in the number of machines in operation, the control characteristics will not be impaired even if the initial simplex is formed near the convergence point. In addition, in this example, the direction of the new trial point is
Although the direction of the center of gravity expressed by equation (3) is determined from the vertex of the simplex where the efficiency is the lowest, it is not necessary to use this direction, and stable efficiency optimization can also be achieved by the following method. It is possible. The first method is to create a new trial on a straight line that passes through the centroids of the p points with the lowest efficiency and the centroids of the remaining (k-p) points among the k vertices forming the simplex. This is a method of determining points. In addition, in the second method, k vertices are replaced by A, which consists of p vertices with lower efficiency.
A method of determining l new trial points in a straight line direction passing through the center of gravity excluding the l (l = 1 to p) point from the lowest efficiency point of both groups. It is. In the third method, when calculating the center of gravity m Gi of the simplex, instead of using equation (3) to directly use the efficiency η j i of each vertex as a weighting coefficient, the difference η j i − This method is calculated using the following equation, where is the weighting coefficient. However, it is desirable to modify it according to the load level. In the first and second methods described above, stable convergence can be expected without being affected by the singularity of the lowest efficiency point. In addition, compared to equation (3), the third method based on equation (15) more accurately determines the direction of maximum slope of the efficiency characteristic with respect to the manipulated variable and determines a new trial point, resulting in better convergence. can be expected. In addition, in this example, if the new trial point has a higher efficiency than any of the efficiencies of the points constituting the original simplex, the operation output can be performed even if the maximum efficiency point has not been reached. Avoid sudden changes in volume. Furthermore, in order to increase this effect, it is also effective to select n vertices of the simplex from those with the highest efficiency and use their center of gravity as the actual manipulated variable. In this case, it is effective to select the value of n within the range of 2nk/2. In addition, in this example, if the process state at the new trial point violates the implicit constraint, only the manipulated variables directly related to the violated constraint are retreated according to equations (8) and (9). I'm letting you do it. However, since the causal relationship between the process state to which the constraint is imposed and the manipulated variable does not necessarily correspond one-to-one, (8)(9)
It is preferable to use the formula as is, and for manipulated variables that are not directly related, to modify α i according to α i △ = α i (1−β) (16). However, in the above equation, β may be approximately 0.2. Another effective method is to estimate the operation amount limit based on the degree of violation of the implicit constraint condition and to retreat to the limit value. This method is effective for optimizing the manipulated variable whose efficiency characteristic with respect to the manipulated variable is a monotonic function. Now, if the state quantity at the lowest efficiency point in the simplex is x 1 , the state quantity at the new trial point is x 2 , and the constraint condition is x L , then to correct α and retreat the manipulated variable to the limit value , for example, α' can be obtained by linear interpolation using the following equation: x 2 −x 1 /1+α=x L −x 1 /1+α′ (17). In reality, the correction coefficient ξ(0<ξ<
Using 1), a new trial point is determined using the following formula. α ' = ( 1 + α )
0 is activated or paused, but in this case,
Load fluctuation monitoring section nΔt shown in Figures 13 and 14
does not necessarily have to be constant; in short, it is sufficient that it is the minimum necessary time for the plant to reach a state of thermal equilibrium. Therefore, by sequentially correcting the load level and the load fluctuation range, it is possible to increase the chances that the maximum efficiency search means 230 operates. In thermal power plants, the thermal time constant is generally smaller during high load operation than during low load operation.
The higher the load operation, the shorter the heat equilibrium time, and nΔt can be made smaller. Furthermore, it is desirable to modify the time t S required for heat equilibrium due to switching the number of operating auxiliary machines according to the load level for the above-mentioned reasons. This t S also differs depending on the type of auxiliary equipment whose number is to be changed, so it is desirable to modify it by taking into account the load level and the type of auxiliary equipment. Thereby, it is possible to increase the operating rate of the efficiency optimization control means as much as possible, and the degree of contribution to highly efficient operation of the plant can be improved. The first effect of the present invention is that because predictive control is performed using a plant model built into the control system, efficiency optimization can be achieved quickly within 5 minutes without being constrained by the response speed of a plant with a large thermal time constant. This makes it possible to significantly improve the operating rate of the optimization function. In the conventional method, optimization takes 30~
It takes 60 minutes, which means that the optimization function will not work unless the steady load condition continues for any longer, so it is hardly practical for the intermediate load operation needs of modern thermal power plants. It can be said that it cannot be provided. The second effect of the present invention is that efficiency can be improved from a comprehensive perspective of the plant by optimizing the manipulated variables of multiple operating parameters that affect plant efficiency. The point is that efficiency can be significantly improved compared to the conventional method. The third effect of the present invention is that when optimizing efficiency, the plant efficiency directly calculated using the plant model built into the control system is used, so the conventional method of indirectly detecting efficiency based on the efficiency index method is used. The point is that the accuracy of convergence to the optimal value is higher than that of . The fourth effect of the present invention is that since efficiency is optimized using a plant model built into the control system, the effects of noise and detection errors are greater than in the conventional method, which optimizes efficiency based on actual measured values. The point is that stable and highly accurate optimization is possible without being affected by The fifth effect of the present invention is that since the search for maximum efficiency can always be started from near the maximum efficiency point, the convergence to the maximum efficiency point is extremely good.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、第2図に示す本発明の制御システム
との対比させて、従来方式の制御システムの構造
的差異を説明するためのもの。第2図は、第1図
に示した従来方式の制御システムとの対比させ
て、本発明の制御システムの構造的特徴を説明す
るためのもの。第3図は、効率最適化制御システ
ムの基本構成を示す。第4図は、効率最適化制御
の基本処理手順を示す。第5図は、効率最適化制
御過程の一例を示す。第6図は、O2過剰率に対
するプラント効率の特性を示す。第7図は、第7
図の特性に基づきO2過剰率についての初期試行
点及び操作量限界の決定方法を示す。第8図は、
パラレルダンパ開度に対するプラント効率及びガ
ス再循環流量の特性を示す。第9図は、第8図の
特性に基づきパラレルダンパ開度についての初期
試行点及び操作量限界の決定方法を示す。第10
図は、復水器真空度に対するプラント効率、循環
水流量、及び循環水温度上昇幅の特性を示す。第
11図は、復水器真空度に対するプラント効率の
特性を負荷レベル及び海水温度をパラメータとし
て示す。第12図は、第11図の特性に基づき復
水器真空度についての初期試行点及び操作量限界
の決定方法を示す。第13図は、負荷変動に伴な
う最大効率探索手段の動作区間及び休止区間を示
す。第14図は、負荷変動と補機運転台数切替に
伴なう最大効率探索手段の動作区間及び休止区間
を示す。第15図は、第14図に示した目的を実
現するための処理手段を示す。 100……プラント、2……制御装置、3……
最大効率探索手段、4……状態フイードバツク、
5……最適操作量、200……制御システム、
30……最大効率探索手段、240……プラント
モデル、……試行操作量、10……プラント効
率、11……最適操作量。
FIG. 1 is for explaining the structural differences of a conventional control system in comparison with the control system of the present invention shown in FIG. FIG. 2 is for explaining the structural features of the control system of the present invention in comparison with the conventional control system shown in FIG. FIG. 3 shows the basic configuration of the efficiency optimization control system. FIG. 4 shows the basic processing procedure of efficiency optimization control. FIG. 5 shows an example of the efficiency optimization control process. FIG. 6 shows the characteristics of plant efficiency versus O 2 excess rate. Figure 7 shows the 7th
The method for determining the initial trial point and operating amount limit for the O 2 excess rate is shown based on the characteristics shown in the figure. Figure 8 shows
The characteristics of plant efficiency and gas recirculation flow rate with respect to parallel damper opening are shown. FIG. 9 shows a method for determining the initial trial point and operating amount limit for the parallel damper opening based on the characteristics shown in FIG. 10th
The figure shows the characteristics of plant efficiency, circulating water flow rate, and circulating water temperature rise width with respect to condenser vacuum degree. FIG. 11 shows the characteristics of plant efficiency with respect to condenser vacuum degree using load level and seawater temperature as parameters. FIG. 12 shows a method for determining the initial trial point and operating amount limit for the condenser vacuum degree based on the characteristics shown in FIG. 11. FIG. 13 shows the operating section and the stopping section of the maximum efficiency search means due to load fluctuations. FIG. 14 shows the operation section and the stop section of the maximum efficiency search means due to load fluctuations and switching of the number of operating auxiliary machines. FIG. 15 shows processing means for realizing the purpose shown in FIG. 14. 100 ...Plant, 2...Control device, 3...
Maximum efficiency search means, 4... state feedback,
5...Optimum operation amount, 200 ...Control system, 2
30...Maximum efficiency search means, 240 ...Plant model, 9 ...Trial operation amount, 10...Plant efficiency, 11 ...Optimum operation amount.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 O2過剰率、パラレルダンパ開度、復水器真
空度のうち少なくとも1つを運用制御上の操作パ
ラメータとする火力発電プラントの該パラメータ
の操作量の関数としてプラント効率を求めるプラ
ントモデルと、該プラントモデルを用いた試行操
作により得られた前記プラント効率に応じて前記
パラメータの操作量を修正する手段を有し、前記
プラントモデルと前記操作量の修正手段とを繰返
し使用することにより、前記プラント効率を最大
ならしめる操作量を探索する制御方法において、
前記操作パラメータに関する上下限を満足し、前
記プラントモデルを用いて、復水器循環水流量上
下限、復水器循環水温度上昇幅上限、低圧タービ
ン排気湿り度上限、ガス再循環流量上下限を満足
する範囲内で前記プラント効率を最大ならしめる
操作量を決定することを特徴とする火力発電プラ
ントの効率最適化制御方法。
1. A plant model that calculates plant efficiency as a function of the manipulated variable of a thermal power plant in which at least one of the O 2 excess rate, parallel damper opening, and condenser vacuum is an operational parameter for operational control; comprising a means for modifying the manipulated variable of the parameter according to the plant efficiency obtained through a trial operation using the plant model; and by repeatedly using the plant model and the manipulated variable modifying means, the In a control method that searches for the manipulated variable that maximizes plant efficiency,
Satisfy the upper and lower limits regarding the operating parameters, and use the plant model to determine the upper and lower limits of the condenser circulating water flow rate, the upper limit of the condenser circulating water temperature rise range, the upper limit of the low-pressure turbine exhaust humidity, and the upper and lower limits of the gas recirculation flow rate. A method for optimizing the efficiency of a thermal power plant, comprising determining an operation amount that maximizes the plant efficiency within a satisfactory range.
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