特許 6522445 制御パラメータ最適化システム及びそれを備えた運転制御最適化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6522445

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】制御パラメータ最適化システム及びそれを備えた運転制御最適化装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 13/02 20060101AFI20190520BHJP

   G05B 13/04 20060101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   G05B13/02 J

   G05B13/04

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-131764(P2015-131764)

(22)【出願日】2015年6月30日

(65)【公開番号】特開2017-16353(P2017-16353A)

(43)【公開日】2017年1月19日

【審査請求日】2017年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 泰浩

(72)【発明者】

【氏名】吉田 卓弥

(72)【発明者】

【氏名】関合 孝朗

(72)【発明者】

【氏名】徳田 勇也

(72)【発明者】

【氏名】山中 和典

(72)【発明者】

【氏名】山下 厚

(72)【発明者】

【氏名】弥永 典宏

【審査官】 牧 初

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２５５１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７８６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０６０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２７６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０８８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７８１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０５２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００４８４９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２０９４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３３９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２５００４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １１／００−１３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

既設の発電プラントの運転制御において最適化したい目的関数を設定する目的関数設定部と、
前記既設の発電プラントの動作を模擬し、前記既設の発電プラントのプロセス量と前記目的関数とを計算するプラントモデルと、
前記目的関数が最適化されるように、前記プラントモデルを使用して前記既設の発電プラントの制御パラメータの値を最適化する制御パラメータ最適化部と、
前記既設の発電プラントの制御パラメータ情報から抽出した制御パラメータを前記プラントモデルに設定する制御パラメータ設定部と、
前記既設の発電プラントのプラント特性情報から抽出した物理パラメータを前記プラントモデルに設定する物理パラメータ設定部と、
前記既設の発電プラントのプラント設計情報から抽出した設計パラメータを前記プラントモデルに設定する設計パラメータ設定部とを備え、
前記制御パラメータ最適化部は、
前記既設の発電プラントの制御ロジックデータベースから抽出された制御ロジック情報に基づき、前記制御パラメータの中から前記目的関数の最適化に用いる制御パラメータを最適化制御パラメータとして選定する最適化制御パラメータ選定部と、
前記目的関数が最適化されるように、前記プラントモデルを使用して前記最適化制御パラメータの値を調整する最適化制御パラメータ調整部とを備えたことを特徴とする制御パラメータ最適化システム。

【請求項2】

請求項１に記載の制御パラメータ最適化システムにおいて、
前記最適化制御パラメータ選定部は、前記制御ロジック情報から前記目的関数と関連を有する制御パラメータを関連制御パラメータとして抽出し、前記関連制御パラメータの中から前記最適化制御パラメータを選定することを特徴とする制御パラメータ最適化システム。

【請求項3】

請求項２に記載の制御パラメータ最適化システムにおいて、
前記最適化制御パラメータ選定部は、前記プラントモデルを用いて前記関連制御パラメータごとに前記目的関数に対する感度を計算し、この感度に基づいて前記関連制御パラメータの中から前記最適化制御パラメータを選定することを特徴とする制御パラメータ最適化システム。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の制御パラメータ最適化システムにおいて、
前記最適化制御パラメータ選定部は、前記関連制御パラメータを選定した後、前記目的関数と前記関連制御パラメータとの対応情報を記憶し、前記目的関数設定部によって同一の目的関数が設定された場合に、前記対応情報から前記関連制御パラメータを抽出することを特徴とする制御パラメータ最適化システム。

【請求項5】

請求項１に記載の制御パラメータ最適化システムにおいて、
前記最適化制御パラメータ調整部は、前記最適化制御パラメータに所定の値を設定して前記プラントモデルに入力し、前記プラントモデルから出力された前記目的関数の計算値と予め設定された目標値との差分が小さくなるように前記所定の値を変更する処理を１回又は複数回連続して実行することを特徴とする制御パラメータ最適化システム。

【請求項6】

請求項１に記載の制御パラメータ最適化システムにおいて、
前記プラントモデルは、
前記既設の発電プラントの制御装置の動作を模擬する制御モデルと、
前記既設の発電プラントの被制御装置の動作を模擬する物理モデルとを備え、
前記制御モデルは、前記物理モデルによって計算された前記既設の発電プラントのプロセス量に基づいて前記目的関数と前記物理モデルに対する制御指令値とを計算し、
前記物理モデルは、前記制御モデルによって計算された前記制御指令値に基づいて前記既設の発電プラントのプロセス量を計算することを特徴とする制御パラメータ最適化システム。

【請求項7】

請求項６に記載の制御パラメータ最適化システムにおいて、
前記プラントモデルは、
複数の異なるプラント制御方式にそれぞれ対応した複数の前記制御モデルからなる制御モデルライブラリと、
複数の異なるプラント機器構成又はプラント型式にそれぞれ対応した複数の前記物理モデルからなる物理モデルライブラリとを備えたことを特徴とする制御パラメータ最適化システム。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御パラメータ最適化システムと、
前記制御パラメータ最適化部によって計算された前記目的関数の複数の最適解を表示する外部出力装置と、
オペレータによって操作され、前記外部出力装置に表示された前記複数の最適解の中から前記既設の発電プラントの運転制御に反映する最適解を選択する外部入力装置と
を備えたことを特徴とする運転制御最適化装置。

【請求項9】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御パラメータ最適化システムと、
前記プラント特性情報と前記プラント設計情報とに基づき、前記既設の発電プラントの運転制限値を計算するプラント運転制限値計算部と、
前記制御パラメータ最適化部によって計算された複数の最適解のうち、前記運転制限値を満たす最適解を前記既設の発電プラントの運転制御に反映させる最適解として選択する最適解選択部とを備えたことを特徴とする運転制御最適化装置。

【請求項10】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御パラメータ最適化システムと、
前記既設の発電プラントと前記制御パラメータ最適化システムとの間でデータの入出力を行うデータ入出力部とを備えた運転制御最適化装置において、
前記データ入出力部は、
前記既設の発電プラントが有する制御ロジックデータベースから制御ロジック情報を抽出し、前記最適化制御パラメータ選定部に出力する制御ロジック抽出部と、
前記既設の発電プラントが有する時系列信号データベースから物理パラメータ情報を抽出し、前記物理パラメータ設定部に出力するプラント特性情報抽出部と、
前記既設の発電プラントが有する設計情報データベースから前記既設の発電プラントの設計情報を抽出し、前記設計パラメータ設定部に出力する設計パラメータ抽出部と、
前記最適化制御パラメータ調整部から出力された前記最適化制御パラメータを前記制御ロジックデータベースに設定する最適化制御パラメータ設定部と
を備えたことを特徴とする運転制御最適化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電プラント又は産業用プラントの運転制御を最適化する装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギや電力需要の変動に対応して電力系統を安定化させるため、特に火力発電プラントにおいて、負荷追従性を向上させ、あるいは起動時間を短縮する等、プラント運用性を改善する制御技術が開発されている。

【0003】

特許文献１には、ボイラ・タービン・発電機を組み合わせたエネルギープラントの中で、各ボイラの蒸気生成量と各タービンの蒸気配分量および油蒸気量（制御パラメータ）を、各機器の特性モデルに基づいてトータルエネルギーコスト（改善項目）を最小とするように決定する最適運用システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２５５１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の最適運用システムは、発電プラントの制御盤の仕様及び発電プラントに対する運転要求が既知であることを前提としており、制御パラメータ及び改善項目を限定している。しかし、発電プラントの制御盤の仕様はプラントのメーカーや機種ごとに異なり、また、発電プラントに対する運転要求も国や地域によって様々である。そのため、当該最適運用システムには、制御盤の仕様又は運転要求が異なる発電プラントに適用する際に制御盤や機器類の改造を伴う等、様々な制御盤の仕様又は運転要求に対して汎用的に対応できないという課題があった。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラントの型式や制御盤の仕様を問わず、また、既設プラントに対して制御盤や機器類を改造することなく適用可能であり、かつ様々な運転要求に応じてプラントの運転制御を最適化できる制御パラメータ最適化システム及びそれを備えた運転最適化装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、既設の発電プラントの運転制御において最適化したい目的関数を設定する目的関数設定部と、前記既設の発電プラントの動作を模擬し、前記既設の発電プラントのプロセス量と前記目的関数とを計算するプラントモデルと、前記目的関数が最適化されるように、前記プラントモデルを使用して前記既設の発電プラントの制御パラメータの値を最適化する制御パラメータ最適化部と、前記既設の発電プラントの制御パラメータ情報から抽出した制御パラメータを前記プラントモデルに設定する制御パラメータ設定部と、前記既設の発電プラントのプラント特性情報から抽出した物理パラメータを前記プラントモデルに設定する物理パラメータ設定部と、前記既設の発電プラントのプラント設計情報から抽出した設計パラメータを前記プラントモデルに設定する設計パラメータ設定部とを備え、前記制御パラメータ最適化部は、前記既設の発電プラントの制御ロジックデータベースから抽出された制御ロジック情報に基づき、前記制御パラメータの中から前記目的関数の最適化に用いる制御パラメータを最適化制御パラメータとして選定する最適化制御パラメータ選定部と、前記目的関数が最適化されるように、前記プラントモデルを使用して前記最適化制御パラメータの値を調整する最適化制御パラメータ調整部とを備えるものとする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、プラントの型式や制御盤の仕様を問わず、また、既設プラントに対して制御盤や機器類を改造することなく、様々な運転要求に応じてプラントの運転制御を最適化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施例に係る制御パラメータ最適化システムの構成を示すブロック図である。

【図2】第１の実施例に係る制御パラメータ最適化システムの最適化制御パラメータ選定部に入力される制御ロジック情報を示す図である。

【図3】第１の実施例に係る制御パラメータ最適化システムを適用した運転制御最適化装置の構成を示すブロック図である。

【図4】目的関数として起動時間及び寿命消費量が設定された場合の最適解の表示例、及び、目的関数として起動時間、寿命消費量及び燃料コストが設定された場合の最適解の表示例を示す図である。

【図5】目的関数として起動時間及び寿命消費量が設定された場合の最適解のその他の表示例を示す図である。

【図6】第２の実施例に係る運転制御最適化装置の構成を示すブロック図である。

【図7】目的関数として起動時間及び寿命消費量が設定され、プラント運転制限値として寿命消費量の上限値が設定された場合における、複数の最適解とプラント運転制限値との関係の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、各図中、同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

【実施例1】

【0011】

図１は、本発明の第１の実施例に係る制御パラメータ最適化システムの構成を示すブロック図である。図１において、制御パラメータ最適化システム１００は、目的関数設定部１と、制御パラメータ最適化部２と、プラントモデル３と、制御パラメータ設定部４と、物理パラメータ設定部５と、設計パラメータ設定部６とを備えている。

【0012】

目的関数設定部１は、オペレータによって入力された目的関数を制御パラメータ最適化部２に設定する。ここでいう目的関数とは、プラント運転制御における改善項目（起動時間、負荷変化率、機器の寿命消費量、燃料コスト、発電効率等）であり、プラントのプロセス量の関数で定義される。なお、目的関数設定部１に入力される目的関数は、１つでも複数でもよい。また、目的関数設定部１に目的関数を入力する方法としては、制御パラメータ最適化システム１００内の記憶装置に予め目的関数のリストを記憶しておき、このリストの中から最適化したい目的関数をオペレータに選択させる方法を用いてもよい。

【0013】

制御パラメータ最適化部２は、プラントの制御パラメータのうち、目的関数の最適化に用いる制御パラメータ（以下適宜「最適化制御パラメータ」という。）を選定する最適化制御パラメータ選定部７と、最適化制御パラメータ選定部７によって選定された最適化制御パラメータの値を調整する最適化制御パラメータ調整部８とを備えている。

【0014】

最適化制御パラメータ選定部７は、まず、オペレータによって手動入力され、又は外部システムから自動入力された制御ロジック情報に基づき、目的関数と関連を有する制御パラメータ（以下適宜「関連制御パラメータ」という。）を抽出する。続いて、関連制御パラメータの中から目的関数に対して高い感度を有するものを最適化制御パラメータとして選定し、最適化制御パラメータ調整部８に出力する。ここで、目的関数に対する関連制御パラメータの感度は、プラントモデル３を用いた感度解析よって得られる。

【0015】

以下、最適化制御パラメータ選定部７による関連制御パラメータの抽出手順の一例を図２を用いて説明する。図２は、最適化制御パラメータ選定部７に入力される制御ロジック情報の一例を示す図である。図２において、制御ロジック情報２０は、信号線を介して階層的に接続された複数の制御ロジック２１〜２４で構成されている。なお、制御ロジック２１の上位側、又は制御ロジック２３，２４の下位側にも制御ロジックが接続されている場合もあるが、説明の簡略化のため、それらの図示は省略している。

【0016】

〜抽出手順１〜
最適化制御パラメータ選定部７は、まず、目的関数設定部１によって設定された目的関数（本例では、目的関数Ａ１とする。）に対応する信号を制御ロジック２１〜２４の中から検出する。制御信号の検出方法としては、目的関数の名称の文字列と一致又は近似する文字列の名称が付された制御信号を制御ロジック中から検索する方法などがある。本例では、制御ロジック２１において、目的関数Ａ１の文字列“Ａ１”と一致する文字列の名称が付された信号Ａ１が検出される。ここで、目的関数に対応する信号の検出結果を外部モニター等に表示し、検索結果の適否をオペレータに確認させる、あるいは、複数の信号が検出された場合はその中から適切なものを選択させるなど、対話的に目的関数に対応する信号を検出するように構成してもよい。

【0017】

〜抽出手順２〜
続いて、目的関数に対応する信号Ａ１が出力される制御ロジック２１を参照し、信号Ａ１に接続する制御パラメータＰＡ１を関連制御パラメータとして抽出すると共に、信号Ａ１に接続する信号Ｂ３を検出する。

【0018】

〜抽出手順３〜
続いて、信号Ｂ３が出力される制御ロジック２２を参照し、信号Ｂ３に接続する制御パラメータＰＢ２，ＰＢ３を関連制御パラメータとして抽出すると共に、信号Ｂ３に接続する信号Ｃ２，Ｄ１を検出する。

【0019】

〜抽出手順４〜
続いて、信号Ｃ２が出力される制御ロジック２３を参照し、信号Ｃ２に接続する制御パラメータＰＣ１，ＰＣ２を関連制御パラメータとして抽出する。また、信号Ｄ１を出力する制御ロジック２４を参照し、信号Ｄ１に接続する制御パラメータＰＤ１，ＰＤ２を関連制御パラメータとして抽出する。

【0020】

〜以下省略〜
このように、目的関数に対応する信号Ａ１に接続する制御パラメータを制御ロジック２１〜２４の下位側に遡って検出することにより、目的関数Ａ１と関連を有する制御パラメータ（関連制御パラメータ）を抽出することができる。ここで、目的関数と過去に抽出した関連制御パラメータとの対応情報を制御パラメータ最適化システム１００内の記憶装置に記憶しておき、同じ目的関数が設定された場合に、この対応情報から関連制御パラメータを抽出するように構成してもよい。これにより、同じ目的関数が設定された場合に、上記の抽出手順を省略することができ、関連制御パラメータの抽出に要する時間を短縮することができる。

【0021】

最適化制御パラメータ選定部７は、上記の抽出手順に従って抽出した関連制御パラメータの中から、目的関数に対して高い感度を有する１つ又は複数の関連制御パラメータを最適化制御パラメータとして選定する。関連制御パラメータの目的関数に対する感度は、例えば、関連制御パラメータの変化量に対する目的関数の変化量の比で定義され、関連制御パラメータごとに値を変化させてプラントモデル３に入力し、プラントモデル３に目的関数を計算させることにより得られる。ここで、最適化制御パラメータとして選定された関連制御パラメータを外部モニター等に表示し、オペレータに確認させる、あるいは、感度の高い順に複数の関連制御パラメータを表示し、その中から最適化制御パラメータを選択させるなど、対話的に最適化制御パラメータを選定するように構成してもよい。

【0022】

最適化制御パラメータ調整部８は、目的関数設定部１によって設定された目的関数が最適化されるように、最適化制御パラメータ選定部７によって選定された最適化制御パラメータの値を調整し、調整後の最適化制御パラメータを最適化制御パラメータ設定部２０１に出力すると共に、最適化された目的関数（最適解）を外部出力インターフェース１４に出力する。以下、最適化制御パラメータ選定部７による最適化制御パラメータの値の調整手順の一例を説明する。

【0023】

〜調整手順１〜
最適化制御パラメータ調整部８は、まず、最適化制御パラメータ選定部７によって選定された最適化制御パラメータに所定の値を設定し、プラントモデル３に入力する。プラントモデル３は、最適化制御パラメータ調整部８から入力された最適化制御パラメータの値に基づいて目的関数を計算し、制御モデル９に出力する。

【0024】

〜調整手順２〜
最適化制御パラメータ調整部８は、プラントモデル３から出力された目的関数の計算値と予め定められた目標値との差が小さくなるように、最適化制御パラメータ値を調整する。

【0025】

最適化制御パラメータ調整部８は、以上の調整手順を１回又は複数回繰り返して実行することにより、最適化制御パラメータの値を調整する。ここで、最適化制御パラメータの値の調整には、多目的進化的アルゴリズムや逐次２次計画法などの既存の最適化アルゴリズムを適用することができる。

【0026】

なお、制御対象プラントの制御盤において、制御パラメータが一定値でなく、例えばプラントのプロセス量の関数で定義される場合は、予め設定された数点のプロセス量ごとに上述した調整手順を実行して最適化制御パラメータの値を求め、これらの値を補完する関数を最適化制御パラメータとしてもよい。

【0027】

制御パラメータ設定部４は、オペレータによって手動入力され、又は外部システムから自動入力されたプラントの制御パラメータ情報から、プラントモデル３内の制御モデル９（後述）を構築するために必要な制御パラメータを抽出し、制御モデル９に設定する。ここでいう制御パラメータ情報とは、プラントの被制御量に対する制御設定値や制御ゲインの項目、値、上限値又は下限値など、制御盤が記憶している制御パラメータに関する情報である。なお、変形例として、制御パラメータ設定部４には、制御パラメータ情報に代えて、プラントの制御ロジック情報を入力してもよい。この場合、制御パラメータ設定部４は、入力された制御ロジック情報から信号線、状態シンボル、数値等の情報をパターン認識し、制御ロジック中で数値を与えられている項目、つまり制御パラメータとその値、すなわち制御パラメータ情報を抽出する必要がある。

【0028】

物理パラメータ設定部５は、オペレータによって手動入力され、又は外部システムから自動入力されたプラント特性情報から、プラントモデル３内の物理モデル１０（後述）を構築するために必要な物理パラメータを抽出し、物理モデル１０に設定する。ここでいうプラント特性情報とは、ガスタービンやボイラ等の熱源負荷に応じて発生する蒸気の温度、流量、圧力などのプラント固有の熱平衡についての情報である。なお、変形例として、物理パラメータ設定部５には、プラント特性情報に代えて、プラントの運転データ（計測項目とその値など）を入力してもよい。この場合、物理パラメータ設定部５は、入力された運転データ（例えば熱源負荷に対応する蒸気の温度、流量、圧力など）を参照し、物理モデル１０を構築するために必要な物理パラメータの値を抽出する必要がある。

【0029】

設計パラメータ設定部６は、オペレータによって手動入力され、又は外部システムから自動入力されたプラント設計情報から、プラントモデル３内の物理モデル１０を構築するために必要な設計パラメータを抽出し、プラントモデル３内の物理モデル１０（後述）に設定する。ここでいうプラント設計情報とは、プラントの機器容積、配管長など、プラント固有の設計情報である。

【0030】

ここで、制御パラメータ設定部４、物理パラメータ設定部５又は設計パラメータ設定部６によって抽出された各パラメータの名称が、プラントモデル３に登録されている各パラメータの名称と一致しない場合は、名称が類似するパラメータ同士を対応付けて外部モニター等に表示し、オペレータがその対応の適否を確認できるように構成してもよい。

【0031】

プラントモデル３は、制御対象プラントの制御装置の動作を模擬する制御モデル９と、制御対象プラントの被制御装置の動作を模擬する物理モデルとを備えている。

【0032】

制御モデル９は、プラントのプロセス量を制御指令値に変換するテーブル関数、プロセス量と予め設定された閾値との大小関係に応じてパルス信号を生成する関数、又はこれらの組み合わせによって構築され、物理モデル１０から入力されたプラントのプロセス量の計算値に基づいて制御指令値を計算し、物理モデル１０に出力する。また、制御モデル９は、物理モデル１０から入力されたプラントのプロセス量に基づいて目的関数を計算し、最適化制御パラメータ選定部７と最適化制御パラメータ調整部８とに出力する。

【0033】

ここで、プラントモデル３は、複数の異なるプラント制御方式のそれぞれに対応した複数の制御モデル９を制御モデルライブラリとして備え、制御対象プラントの制御方式に応じて制御モデル９を選択してもよい。これにより、制御パラメータ最適化システム１００を異なる制御方式のプラントにも適用することが可能となる。

【0034】

物理モデル１０は、制御モデル９から入力された制御指令値に基づいてプラントのプロセス量を計算し、制御モデル９に出力する。具体的には、入力された制御指令値から燃料及び蒸気の流量並びに各流量に対応する弁開度を決定し、各流量下でのガス及び蒸気の物質収支及び熱収支から、それぞれの温度・圧力・流量を計算する。

【0035】

ここで、プラントモデル３は、複数の異なるプラント機器構成又はプラント型式のそれぞれに対応した複数の物理モデル１０を物理モデルライブラリとして備え、制御対象プラントの機器構成又は型式に対応した物理モデル１０を選択してもよい。これにより、制御パラメータ最適化システム１００を異なる機器構成又は型式のプラントにも適用することが可能となる。

【0036】

図３は、本実施例に係る制御パラメータ最適化システム１００を適用した運転制御最適化装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御パラメータ最適化システム１００を適用した運転制御最適化装置１０１を発電プラント３００に接続することにより、発電プラント３００の運転制御において、オペレータによって指定された目的関数を最適化することができる。

【0037】

発電プラント３００は、燃料を燃焼させて電力を生成する発電設備３０１と、発電設備３０１を制御する制御装置３０２と、制御ロジックデータベース３０３と、時系列信号データベース３０４と、設計情報データベース３０５とを備えている。

【0038】

発電設備３０１は、制御装置３０２から入力された制御指令値に基づいて制御される。発電設備３０１は、各所に計測装置を備えており、これら計測装置によって計測されたプロセス量は、制御装置３０２と時系列信号データベース３０４とに出力される。

【0039】

制御装置３０２は、制御ロジックデータベース３０３に記憶されている制御プログラムに従い、発電設備３０１から入力されたプロセス量に基づいて制御指令値を計算し、発電設備３０１に出力する。

【0040】

制御ロジックデータベース３０３は、発電設備３０１の制御に用いる各種制御ロジックと、これら制御ロジックに基づいて生成された制御装置３０２の制御プログラムとを記憶している。時系列信号データベース３０４は、発電設備３０１から入力された各種プロセス量を記憶する。設計情報データベース３０５は、発電プラント３００の設計情報を記憶している。

【0041】

運転制御最適化装置１０１は、制御パラメータ最適化システム１００と、データ入出力部２００と、外部入力インターフェース１３と、外部出力インターフェース１４とを備えている。

【0042】

データ入出力部２００は、発電プラント３００と制御パラメータ最適化システム１００との間でデータの入出力を行う部分であり、最適化制御パラメータ設定部２０１と、制御パラメータ情報抽出部２０２と、プラント特性情報抽出部２０３と、プラント設計情報抽出部２０４と、制御ロジック情報抽出部２０５とを備えている。制御パラメータ情報抽出部２０２は、発電プラント３００内の制御ロジックデータベース３０３から制御ロジック情報を抽出し、制御パラメータ設定部４に出力する。プラント特性情報抽出部２０３は、発電プラント３００内の時系列信号データベース３０４からプラント特性情報を抽出し、物理パラメータ設定部５に出力する。プラント設計情報抽出部２０４は、発電プラント３００内の設計情報データベース３０５からプラント設計情報を抽出し、設計パラメータ設定部６に出力する。制御ロジック情報抽出部２０５は、発電プラント３００内の制御ロジックデータベース３０３から制御ロジック情報を抽出し、最適化制御パラメータ選定部７に出力する。なお、最適化制御パラメータ設定部２０１の機能については後述する。

【0043】

制御パラメータ最適化システム１００は、制御パラメータ情報抽出部２０２、プラント特性情報抽出部２０３、プラント設計情報抽出部２０４及び制御ロジック情報抽出部２０５から入力された各情報に基づいて、目的関数の最適化結果（最適解及びそれに対応する最適化制御パラメータ）を計算し、最適化制御パラメータ設定部２０１と外部出力インターフェース１４とに出力する。

【0044】

外部入力インターフェース１３は、外部入力装置１１から入力された目的関数を、制御パラメータ最適化システム１００の目的関数設定部１に出力する。これにより、オペレータは、外部入力装置１１の操作を介して、最適化したい目的関数を指定することができる。

【0045】

外部出力インターフェース１４は、制御パラメータ最適化システム１００の制御パラメータ最適化部２から出力された目的関数の最適化結果を外部出力装置１２に出力する。ここで、外部出力装置１２は、ＰＣモニターなどの画面表示機能を有する装置によって構成されている。これにより、オペレータは、外部出力装置１２を介して目的関数の最適化結果を確認することができる。

【0046】

以下、制御パラメータ最適化システム１００をプラント起動時の運転制御に適用した場合の目的関数の最適解について説明する。図４（ａ）は、目的関数として起動時間及び寿命消費量が設定された場合の最適解の表示例を示す図である。発電プラントにおいては、一般的に起動時間と寿命消費量とはトレードオフの関係にあり、例えば公知の多目的遺伝的アルゴリズムを最適化制御パラメータ調整部８における最適化手法として適用した場合、最適化前の目的関数Ｔ０に対し、起動時間及び寿命時間がトータルで改善するような複数の最適解Ｔ１〜Ｔ７が計算される。また、図４（ａ）のように、最適解Ｔ１〜Ｔ７と共に最適化前の目的関数Ｔ０を表示することにより、オペレータは、最適化による目的関数の改善効果を確認することができる。

【0047】

一方、図４（ｂ）は、目的関数として起動時間、寿命消費量及び燃料コストが設定された場合の最適解の表示例を示す図である。なお、４つ以上の目的関数が設定された場合は、３つ以下の目的関数ごとに分けて表示してもよい。例えば４つの目的関数が設定された場合は、３つの目的関数と残り１つの目的関数とに分けて、あるいは、２つの目的関数と残り２つの目的関数とに分けて表示する。

【0048】

なお、図４（ａ）に示すように、目的関数の最適化結果として複数の最適解Ｔ１〜Ｔ７が計算された場合は、各最適解の運転特性を外部出力装置１２の画面上で確認できるように構成してもよい。この場合の構成について、図５を用いて説明する。図５は、目的関数として起動時間及び寿命消費量が設定された場合の最適解のその他の表示例を示す図である。図５において、外部出力装置１２の表示画面１２１には、目的関数の最適解を表示する最適解表示部１２２と、プラントのプロセス量をリスト表示するリスト表示部１２３と、プロセス量の時系列データを表示する時系列データ表示部１２４とが表示される。オペレータが、外部入力装置１１の操作を介して、最適解表示部１２２に表示された複数の最適解Ｔ１〜Ｔ７のいずれかを選択し、リスト表示部１２３に表示されたプロセス量の１つ又は複数にチェックを入れると、最適解表示部１２２において選択された最適解に対応するプロセス量のうち、リスト表示部１２３においてチェックされたものの時系列データが時系列データ表示部１２４に表示される。これにより、オペレータは、複数の最適解Ｔ１〜Ｔ７のそれぞれについて運転特性を確認することができる。

【0049】

図３に戻り、データ入出力部２００の最適化制御パラメータ設定部２０１は、制御パラメータ最適化システム１００から出力された最適化結果（複数の最適解及びそれぞれに対応する最適化制御パラメータ）のうち、オペレータによる外部入力装置１１の操作を介して選択された最適解に対応する最適化制御パラメータを発電プラント３００の制御ロジックデータベース３０３に設定する。一方、複数の最適解のいずれもオペレータによって選択されなかった場合は、いずれの最適化制御パラメータも制御ロジックデータベース３０３に設定しない。これにより、制御パラメータ最適化システム１００によって計算された複数の最適解のうち、所望の運転特性を実現できる運転解を発電プラント３００の実制御に反映されることが可能となる。

【0050】

本実施例に係る制御パラメータ最適化システム１００によれば、発電プラント３００の制御ロジックデータベース３０３に記憶されている制御パラメータの値を調整して目的関数の最適化を行うため、既設の発電プラント３００に適用する際に制御盤や機器類を改造する必要がなく、かつ、目的関数設定部１によって最適化したい目的関数を設定することができるため、オペレータからの様々な運転要求に応じて発電プラント３００の運転制御を最適化することが可能となる。

【0051】

さらに、最適化制御パラメータ選定部７が、発電プラント３００の制御ロジック情報２０から目的関数と関連を有する制御パラメータ（関連制御パラメータ）を抽出し、その中から目的関数に対して高い感度を有する制御パラメータ（最適化制御パラメータ）を選定することにより、オペレータが自身の経験に基づいて制御パラメータの選定した場合よりも効率的に目的関数を最適化することが可能となる。また、プラントモデル３を用いて値を調整する制御パラメータが最適化制御パラメータに限定されるため、プラントモデル３の計算量を最小限に抑えることができる。

【0052】

さらに、制御パラメータ設定部４が、発電プラント３００から抽出された制御パラメータを制御モデル９に設定し、物理パラメータ設定部５及び設計パラメータ設定部６が、発電プラント３００から抽出された物理パラメータ及び設計パラメータをそれぞれ物理モデル１０に設定することにより、発電プラント３００の動作を忠実に模擬するプラントモデル３が構築されるため、最適化制御パラメータ選定部７における選定精度、及び最適化制御パラメータ調整部８における調整精度を向上させることができる。

【0053】

また、本実施例に係る運転制御最適化装置１０１によれば、データ入出力部２００が、発電プラント３００と制御パラメータ最適化システム１００との間のデータの入出力を行うことにより、オペレータによる入出力操作が不要となるため、オペレータの作業量を低減することができる。

【0054】

さらに、外部出力装置１２及び外部入力装置１１を介して、オペレータは、制御パラメータ最適化システム１００によって計算された複数の最適解のそれぞれについて動的特性を確認できるため、所望の動的特性を実現できる最適解を発電プラント３００の実制御に反映させることが可能となる。

【実施例2】

【0055】

図６は、第２の実施例に係る運転制御最適化装置の構成を示すブロック図である。図６において、本実施例に係る運転制御最適化装置１０１Ａは、プラント運転制限値計算部１５と最適解選択部１６とを更に備えている点で第１の実施例に係る運転制御最適化装置１０１（図３参照）と異なる。

【0056】

プラント運転制限値計算部１５は、プラント特性情報抽出部２０３によって抽出されたプラント特性情報とプラント設計情報抽出部２０４によって抽出されたプラント設計情報とに基づいてプラント運転制限値を計算し、最適解選択部１６に出力する。ここでいうプラント運転制限値とは、プラントのプロセス量（構成機器の寿命消費量や温度、圧力、負荷変化率など）の制限値（上限値又は下限値）である。

【0057】

プラント運転制限値計算部１５によるプラント運転制限値の計算手順の一例として、蒸気タービンロータの起動１回あたりの寿命消費量（以下単に「寿命消費量」という。）の制限値をプラント運転制限値とした場合の計算手順を説明する。プラント運転制限値計算部１５は、まず、公知の疲労寿命評価法を用いて、プラント特性情報に含まれる蒸気タービンロータに生じる熱応力とプラント設計情報に含まれるロータ材質とから蒸気タービンロータの寿命消費量を計算する。続いて、蒸気タービンロータの総寿命量から過去の運転サイクルにおける寿命消費量の総和を減算することにより残寿命量を計算し、この残寿命量を残りの計画起動回数で除算することにより寿命消費量を計算する。

【0058】

最適解選択部１６は、制御パラメータ最適化部２から入力された複数の最適解のうち、プラント運転制限値計算部１５から入力されたプラント運転制限値を満たす最適解を選定し、その最適解に対応する最適化制御パラメータを最適化制御パラメータ設定部２０１に出力する。

【0059】

最適解選択部１６の機能の詳細について、図７を用いて説明する。図７は、目的関数として起動時間及び寿命消費量が設定され、プラント運転制限値として寿命消費量の上限値が設定された場合における、複数の最適解とプラント運転制限値との関係の一例を示す図である。最適解選択部１６は、複数の最適解Ｔ１〜Ｔ７のうち、プラント運転制限値Ｌを満たす最適解Ｔ３〜Ｔ７のいずれか１つを選定する。図７では、プラント運転制限値Ｌを満たす最適解Ｔ３〜Ｔ７のうち、プラント運転制限値Ｌに最も近い最適解Ｔ３を選定した例を示しているが、その他にも種々の選定方法が考えられる。例えば、プラント運転制限値Ｌを満たす最適解Ｔ３〜Ｔ７のうち、起動時間及び寿命消費量の加重平均が最小となる最適解を選定してもよい。

【0060】

本実施例に係る運転制御最適化装置１０１Ａによれば、第１の実施例と同様の効果が得られることに加えて、制御パラメータ最適化部２によって計算された複数の最適解のうち、プラント運転制限値計算部１５によって計算されたプラント運転制限値を満たす最適解を最適解選択部１６が選択することにより、オペレータによる選択操作が不要となるため、オペレータの作業量を低減することができる。

【0061】

（その他）
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、第１の実施例に係る運転制御最適化装置１０１（図３参照）及び第２の実施例に係る運転制御最適化装置１０１Ａ（図６参照）は、それぞれデータ入出力部２００を備え、発電プラント３００から制御パラメータ最適化システム１００への必要なデータの入力を自動で行う構成としたが、本発明はこれに限定されず、オペレータが手動で行ってもよい。

【0062】

また、最適化制御パラメータ選定部７、制御モデル９及び物理モデル１０への入力情報を制御パラメータ最適化システム１００内の記憶装置に記憶しておき、制御パラメータ最適化システム１００を他の同型かつ同規模のプラントに適用した際に、最適化制御パラメータ選定部７、制御モデル９又は物理モデル１０への入力情報の一部に欠損があった場合は、当該記憶装置に蓄積されている過去の入力情報から当該欠損部分のデータを補うように構成してもよい。

【0063】

また、各実施例では、制御パラメータ最適化システム１００をプラント起動時の運転制御に適用した場合、すなわちプラント停止中（起動前）に制御パラメータを最適化する場合の例を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばプラント運転中に制御パラメータを逐次最適化することも可能である。

【符号の説明】

【0064】

１…目的関数設定部、２…制御パラメータ最適化部、３…プラントモデル、４…制御パラメータ設定部、５…物理パラメータ設定部、６…設計パラメータ設定部、７…最適化制御パラメータ選定部、８…最適化制御パラメータ調整部、９…制御モデル、１０…物理モデル、１１…外部入力装置、１２…外部出力装置、１３…外部入力インターフェース、１４…外部出力インターフェース、１５…プラント運転制限値計算部、１６…最適解選択部、２０…制御ロジック情報、２１〜２４…制御ロジック、１００…制御パラメータ最適化システム、１０１，１０１Ａ…運転制御最適化装置、１２１…表示画面、１２２…最適解表示部、１２３…リスト表示部、１２４…時系列データ表示部、２００…データ入出力部、２０１…最適化制御パラメータ設定部、２０２…制御パラメータ情報抽出部、２０３…プラント特性情報抽出部、２０４…プラント設計情報抽出部、２０５…制御ロジック情報抽出部、３００…発電プラント、３０１…発電設備、３０２…制御装置、３０３…制御ロジックデータベース、３０４…時系列信号データベース、３０５…設計情報データベース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】