JP4270218B2 - Control device for control object having combustion device, and control device for plant having boiler - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼装置を備えた制御対象物の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a control object including a combustion device.
従来、プラント制御の分野ではPID制御を基本とする制御ロジックが主流である。また、ニューラルネットワークに代表される教師付き学習機能により、プラントの特性に柔軟に対応できる技術も多数提案されている。 Conventionally, control logic based on PID control has been mainstream in the field of plant control. In addition, many techniques that can flexibly cope with plant characteristics by a supervised learning function represented by a neural network have been proposed.
教師付き学習機能を用いて制御装置を構成するためには、教師データとなる成功事例を予め準備する必要があるため、教師なし学習方法も提案されている。 In order to configure the control device using the supervised learning function, it is necessary to prepare a success example as teacher data in advance, and thus an unsupervised learning method has been proposed.
教師なし学習の例として、強化学習法がある。 An example of unsupervised learning is reinforcement learning.
強化学習法は制御対象などの環境との試行錯誤的な相互作用を通じて、環境から得られる計測信号が望ましいものとなるように、環境への操作信号を生成する学習制御の枠組みである。これにより、成功事例が予め準備できない場合でも、望ましい状態を定義しておくだけで、自ら環境に応じて望ましい行動を学習できるという利点がある。 The reinforcement learning method is a learning control framework that generates an operation signal to the environment so that a measurement signal obtained from the environment becomes desirable through a trial and error interaction with the environment such as a control target. Thereby, even when a success example cannot be prepared in advance, there is an advantage that a desired action can be learned according to the environment by simply defining a desired state.
強化学習では、環境から得られる計測信号を用いて計算されるスカラー量の評価値(強化学習では、報酬と呼ばれている)を手がかりに、現状態から将来までに得られる評価値の期待値が最大となるように、環境への操作信号を生成する学習機能を持つ。このような学習機能を実装する方法として、例えば非特許文献1に述べられているActor-Critic,Q学習,実時間Dynamic Programmingなどのアルゴリズムがある。
In reinforcement learning, the expected value of the evaluation value obtained from the current state to the future, based on the evaluation value of the scalar quantity calculated by using measurement signals obtained from the environment (called reward in reinforcement learning) Has a learning function to generate an operation signal to the environment. As a method for implementing such a learning function, there are algorithms such as Actor-Critic, Q-learning, and real-time dynamic programming described in Non-Patent
また、上述の手法を発展させた強化学習の枠組みとして、Dyna−アーキテクチャと呼ばれる枠組みが上記文献に紹介されている。これは、制御対象を模擬するモデルを対象にどのような操作信号を生成するのが良いかを予め学習し、この学習結果を用いて制御対象に印加する操作信号を決定する方法である。また、制御対象とモデルの誤差を小さくするモデル調整機能を持っている。 In addition, a framework called Dyna-architecture is introduced in the above-mentioned document as a framework of reinforcement learning that is an extension of the above-described method. This is a method of learning in advance what kind of operation signal should be generated for a model simulating a control target, and determining an operation signal to be applied to the control target using the learning result. It also has a model adjustment function that reduces the error between the controlled object and the model.
また、燃焼装置を備えたプラントの制御装置では、例えば石炭燃料のように燃料性状が一定でない場合や石炭種類を変更した場合等には、プラントの燃焼特性や伝熱特性が変化するといった課題がある。この課題に対応する方法として、例えば特許文献1に述べられている技術が挙げられる。
Moreover, in the control apparatus of the plant provided with the combustion apparatus, for example, when the fuel properties are not constant, such as coal fuel, or when the type of coal is changed, there is a problem that the combustion characteristics and heat transfer characteristics of the plant change. is there. As a method for dealing with this problem, for example, a technique described in
これは、石炭焚きボイラにおいて主蒸気圧力の実測値と設定値との偏差から燃料発熱量比を演算する方法である。 This is a method for calculating the fuel heating value ratio from the deviation between the measured value and the set value of the main steam pressure in the coal fired boiler.
また、特許文献2は石炭焚きボイラの火炉における温度,圧力,流量等に関する流体計測データに基づいて推定される火炉の吸収熱量推定値を算出する第1の推定手段と、最終再燃器における温度,圧力,流量等に関する流体計測データに基づいて推定される最終再燃器の吸収熱量推定値を算出する第2の推定手段と、前記第1の推定手段にて算出された火炉の吸収熱量推定値と前記第2の推定手段にて算出された最終再燃器の吸収熱量推定値との比を求める手段と、この手段により求められた吸収熱量推定値の比に基づいてボイラの燃焼特性を把握し、ガス分配ダンパ設定値およびガス再循環通風機の回転数設定値およびボイラ入力加速設定値を出力する演算手段とから構成されているものである。
上記文献は、発電出力値,温度,圧力等の変化から熱収支を計算するなどして燃料発熱量の変化を推定して制御するもので、伝熱性能への影響を考慮したものである。しかし、燃料性状の変化は伝熱性能のみならず、燃焼ガス組成にも影響する。 The above document estimates and controls the change in fuel heating value by calculating the heat balance from changes in power generation output value, temperature, pressure, etc., and considers the effect on heat transfer performance. However, changes in fuel properties affect not only the heat transfer performance but also the combustion gas composition.
NOx,COなどが増加すると、対外環境へ影響を与えたり、排ガス処理装置の負荷が上昇するなどの可能性があるが、上記文献には燃焼ガス組成への影響を考慮した方法は記載されていない。 Increasing NOx, CO, etc. may affect the external environment or increase the load of the exhaust gas treatment device. However, the above literature describes a method that takes into account the effect on the combustion gas composition. Absent.
また、燃焼現象は燃料と空気(ガス)の流動,伝熱と燃焼反応の複雑な複合現象であるため、その挙動を制御することは難しい課題である。 Moreover, since the combustion phenomenon is a complex combined phenomenon of the flow of fuel and air (gas), heat transfer and combustion reaction, it is difficult to control its behavior.
特に、燃料性状の変化に対する排ガス組成の変化について適切な操作方法を導出することは困難であった。前述の強化学習理論を用いても、試行錯誤的に多様な燃料性状に対してその操作方法を学習するためには長時間の学習期間が必要であり、かつ、学習期間は排ガス性状が悪化する可能性もあった。 In particular, it has been difficult to derive an appropriate operation method for changes in exhaust gas composition with respect to changes in fuel properties. Even with the above-mentioned reinforcement learning theory, it takes a long learning period to learn the operation method for various fuel properties through trial and error, and the exhaust gas properties deteriorate during the learning period. There was also a possibility.
本発明は、燃料組成の変化に対しても燃焼ガス成分を適切に制御可能な制御装置を提供することを目的としている。 An object of this invention is to provide the control apparatus which can control a combustion gas component appropriately also with respect to the change of a fuel composition.
本発明は、燃焼装置を有する制御対象物の計測データを入力し前記制御対象物への操作指令値を演算する基本制御指令演算手段と、前記燃焼装置へ供給する燃料の複数の燃料組成に対して、前記燃焼装置の操作パラメータと前記ガス中成分のデータセットを格納する燃料データ格納手段と、前記制御対象物の過去の運転実績値を格納する運転実績データベースと、前記制御対象物の過去の運転実績値と前記データセットのデータ間距離を算出し、データ間距離が最短となるデータセットを決定するデータ作成手段と、前記データ作成手段により決定されたデータセットを用いて、前記燃焼装置の操作パラメータと前記燃焼装置の燃焼ガス中成分との関係をモデル化するモデル化手段と、前記モデル化手段のモデルを用いて現在のガス中成分より良い条件となる燃焼装置の操作パラメータを算出し、前記基本制御指令演算手段の操作指令値を算出した操作パラメータで補正する補正手段とを有する制御装置である。 The present invention relates to basic control command calculation means for inputting measurement data of a control object having a combustion device and calculating an operation command value for the control object, and a plurality of fuel compositions of fuel supplied to the combustion device. Fuel data storage means for storing operation parameters of the combustion device and a data set of the components in the gas, an operation result database for storing past operation result values of the control object, and a past record of the control object. A data creation means for calculating an operation result value and a data distance between the data sets, and determining a data set having the shortest data distance, and using the data set determined by the data creation means, Modeling means for modeling the relationship between the operating parameters and the components in the combustion gas of the combustion device, and using the model of the modeling means, Calculating the operating parameters of the combustion device becomes a good condition, a control unit and a correction means for correcting the operation parameters calculated an operation command value of the basic control command operation unit.
本発明は上記手段から構成され、燃料組成(性状)が変化しても、自動的に排ガス成分を適切に制御できるので、排ガス中のNOx,CO等の有害物質の発生量を低減できる。 The present invention comprises the above means, and even if the fuel composition (property) changes, the exhaust gas components can be automatically controlled appropriately, so that the amount of harmful substances such as NOx and CO in the exhaust gas can be reduced.
以下、最良の実施形態について、図を参照しながら説明する。図1は第一の実施形態を示している。本発明の制御装置200は制御対象であるプラント100からプロセス値の計測情報205を受け取り、これを使用して制御装置200内に予めプログラムされた演算を行ってプラント100への操作指令信号(制御信号)285を送信する。プラント
100は受け取った操作指令信号285に従って、例えばバルブの開度やダンパ開度といったアクチュエータを動作させてプラントの状態をコントロールしている。
Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment. The
本実施例は火力発電プラントの燃焼制御に適用した例である。本例では特に、排ガス中のNOx及びCO濃度を低下することを目的とした制御機能に適用した例を中心に説明する。 This embodiment is an example applied to combustion control of a thermal power plant. In this example, an example applied to a control function aimed at reducing the NOx and CO concentrations in the exhaust gas will be mainly described.
図7に制御対象である火力発電プラントの構成を示す。燃料となる石炭と石炭搬送用の1次空気、及び燃焼調整用の2次空気をバーナ102を介してボイラ101に投入し、ボイラ101にて石炭を燃焼する。石炭と1次空気は配管134から、2次空気は配管141から導かれる。また、2段燃焼用のアフタエアを、アフタエアポート103を介してボイラ101に投入する。このアフタエアは、配管142から導かれる。
FIG. 7 shows a configuration of a thermal power plant that is a control target. Coal as fuel, primary air for transporting coal, and secondary air for combustion adjustment are input to the
石炭の燃焼により発生した高温のガスは、ボイラ101の経路に沿って流れた後、エアーヒーター104を通過する。その後、排ガス処理装置にて有害物質を除去した後、煙突をから大気に放出される。
Hot gas generated by the combustion of coal flows along the path of the
ボイラ101を循環する給水は、給水ポンプ105を介してボイラ101に導かれ、熱交換器106においてガスにより過熱され、高温高圧の蒸気となる。尚、本実施形態では熱交換器の数を1つとしているが、熱交換器を複数個配置してもよい。
The feed water circulating through the
熱交換器106を通過した高温高圧の蒸気は、タービンガバーナ107を介して蒸気タービン108に導かれる。蒸気の持つエネルギーによって蒸気タービン108を駆動し、発電機109で発電する。
The high-temperature and high-pressure steam that has passed through the
次に、バーナ102から投入される1次空気、及び2次空気,アフタエアポート103から投入されるアフタエアの経路について説明する。
Next, the paths of the primary air supplied from the
1次空気は、ファン120から配管130に導かれ、途中でエアーヒーターを通過する配管132と通過しない131に分岐し、再び配管133にて合流し、ミル110に導かれる。エアーヒーターを通過する空気は、ガスにより過熱される。この1次空気を用いて、ミル110で生成される石炭(微粉炭)をバーナ102に搬送する。
The primary air is led from the
2次空気、及びアフタエアは、ファン121から配管140に導かれ、エアーヒーター104で過熱された後、2次空気用の配管141と、アフタエア用の配管142とに分岐し、それぞれバーナ102とアフタエアポート103に導かれる。
The secondary air and the after air are led from the
制御装置200は、NOxおよびCO濃度を低減するため、バーナから投入する空気量と、アフタエアポートから投入する空気量を調整する機能を持っている。また、図7には示していないが、燃焼排ガスの一部を火炉に戻すガス再循環設備を備えた場合や、バーナの噴出角度を上下に可変とする装置を備えている場合があり、これらを制御操作の対象としても良い。制御操作の対象となる、バーナへ供給する燃料流量,バーナ空気流量,エアポートへ供給する空気流量,ガス再循環設備の操作量,バーナの噴出角度等は、ボイラへの操作パラメータである。
The
制御装置200は基本制御指令演算手段230と、基本制御指令演算手段230から出力される基本操作指令値235を変更または補正する補正手段260と、プロセス計測値205,オペレータの入力信号,上位制御システムからの指令信号等から成る運転実績データを蓄積・格納している運転実績データベース240と、制御対象プラント100またはオペレータ等とのデータ授受のための入出力インターフェース220と、オペレータが各種データを見たり、設定値や運転モード、手動運転の際の操作指令等を入力したりするための入出力手段221とから構成されている。
The
基本制御指令演算手段230はPID(比例・積分・微分)制御器を基本構成要素とし、プロセス計測値205,オペレータの入力信号,上位制御システムからの指令信号等を入力としてプラント100に設置されているバルブ,ダンパ,モータ等の各種動作機器に対する基本操作指令値235を演算して出力する。
The basic control command calculation means 230 has a PID (proportional / integral / derivative) controller as a basic component, and is installed in the
基本操作指令値235の機能及び構成は従来の火力発電所の制御装置と同じであるため、ここでは説明を省略する。
Since the function and configuration of the basic
本発明の特徴は、データ作成手段210とモデル化手段250と補正手段260と燃料データ格納手段270とを備えた点にある。以下、それぞれの機能について説明する。
A feature of the present invention resides in that a
モデル化手段250は、操作パラメータである燃料流量,空気流量等と、その操作パラメータにおける排ガス中のある特定成分濃度との関係を模擬したモデルを作成する機能を有する。
The
燃料データ格納手段270からデータ275を読込み,入力層,中間層,出力層からなるニューラルネットワークで、誤差逆伝播法(バックプロパゲーション法)を用いて入出力関係を学習する。ニューラルネットワークの構成及び学習方法は一般的な方法であり、また、これらの方法が他の方法であっても良く、本発明はニューラルネットワークの構成や学習方法には依存しないので、ここでは詳細な説明を省略する。
入力データはバーナ及びアフタエアポートの各位置毎の空気流量,バーナ毎の燃料流量,発電機出力であり、出力データはNOx及びCO濃度である。 The input data is the air flow rate for each position of the burner and the after-air port, the fuel flow rate for each burner, and the generator output, and the output data is NOx and CO concentration.
本例で燃料流量,空気流量,発電出力とNOx及びCO濃度の関係をモデル化しているが、本発明は入力項目及び出力項目をこれだけに限定するものではい。また、モデル化方法もニューラルネットワークに限定するものではなく、回帰モデル等の他の統計的手法を用いてモデルを作成しても良い。 In this example, the relationship between the fuel flow rate, the air flow rate, the power generation output and the NOx and CO concentrations is modeled. However, the present invention does not limit the input items and output items to this. Further, the modeling method is not limited to the neural network, and the model may be created using another statistical method such as a regression model.
燃料データ格納手段270には石炭の種類(石炭は産地によって性質が異なる)毎に、モデル化手段250の入力データと出力データのデータセットが複数蓄えられている。 The fuel data storage means 270 stores a plurality of data sets of input data and output data of the modeling means 250 for each type of coal (coal has different properties depending on the place of production).
データセットは、運転実績データベース240から過去の実績データを抽出したものと、ボイラ内の燃焼数値解析を実施して事前に計算した計算結果とがある。
The data set includes a past result data extracted from the
運転実績データのみでは、運転データが蓄積されるまでモデルが作れない。また、使用経験が無い石炭種類は当然、モデルを作ることができない。そこで、本発明では、対象プラントのデザインと運用条件を忠実に模擬した計算体系で燃焼数値解析を実施して、その結果を燃料データ格納手段270に格納している。 A model cannot be created only with operation result data until operation data is accumulated. Of course, a coal type that has no experience in use cannot be modeled. Therefore, in the present invention, combustion numerical analysis is performed with a calculation system that faithfully simulates the design and operating conditions of the target plant, and the result is stored in the fuel data storage means 270.
燃焼現象は燃料と空気(ガス)の流動,伝熱と燃焼反応等の複雑な複合現象であるため、その挙動を把握することは一般に難しい。しかし、例えば燃料性状(組成,粒径),燃焼雰囲気等の条件を変えた燃焼基礎実験を実施し、その結果から要素現象をモデル化することで、火力発電所のボイラのような大型で複雑な内部挙動をもつ現象も実用的な精度で解析できる。 Since the combustion phenomenon is a complex combined phenomenon such as the flow of fuel and air (gas), heat transfer and combustion reaction, it is generally difficult to grasp the behavior. However, for example, by conducting basic combustion experiments with varying conditions such as fuel properties (composition, particle size), combustion atmosphere, etc., and modeling the phenomenon from the results, it is large and complex like a boiler in a thermal power plant. Phenomena with complex internal behavior can be analyzed with practical accuracy.
また、数値解析の技術は従来からあったが、特にボイラのような大型装置をある程度精度良く解析するには膨大な計算格子(メッシュ)数を必要とし、工業的にこれを計算するのは計算時間がかかり過ぎるために事実上不可能であった。 In addition, there has been a numerical analysis technique in the past, but in order to analyze a large device such as a boiler with a certain degree of accuracy, an enormous number of calculation grids (mesh) is required. It was virtually impossible because it took too long.
しかし、例えば特開2003−281462号公報に述べられているような数値解析技術を用いることにより、精度を保ちつつ高速に解析できるようになっており、また、近年の計算機の性能向上もあって、大型プラントの詳細現象の数値解析が実現できるようになった。 However, for example, by using a numerical analysis technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-281462, it is possible to perform high-speed analysis while maintaining accuracy, and there has been a recent improvement in computer performance. Numerical analysis of detailed phenomena in large plants can be realized.
燃焼数値解析では、複数の石炭組成について計算している。石炭組成は代表的な石炭銘柄(種類)について組成分析を実施して決定する。石炭は天然資源であるため、同じ産地でもその組成が全く同じでない場合が多い。そこで複数ケースのサンプルを分析し、その平均組成を用いている。 In the combustion numerical analysis, calculation is made for a plurality of coal compositions. Coal composition is determined by conducting composition analysis on typical coal brands (types). Since coal is a natural resource, its composition is often not the same even in the same production area. Therefore, samples of multiple cases are analyzed and the average composition is used.
また、発電所では石炭を屋外に貯蔵している場合が多く、天候の影響で含有水分量が日によって変化するため、同じ種類の石炭であっても特性が変化する場合がある。 In addition, coal is often stored outdoors at power plants, and the moisture content changes depending on the day due to the weather, so the characteristics may change even with the same type of coal.
そこで、同一種類の石炭について水分含有量を複数ケース変化させて燃焼数値解析を実施し、その結果も格納している。そのため、含有水分量によるNOx及びCO濃度への影響度を評価することが可能である。 Therefore, the combustion numerical analysis is carried out by changing the moisture content for a plurality of cases for the same type of coal, and the results are also stored. Therefore, it is possible to evaluate the degree of influence of the moisture content on the NOx and CO concentrations.
次に、データ作成手段210について図4を用いて説明する。
Next, the
ステップ500では、モデル化手段250で使用するデータセットを変更するかどうかを判断するための基準値(データ間距離許容値)を読込む。基準値はキーボード222から入力可能で、一度入力するとその値が記憶される。また、後で、基準値を変更することも可能である。
In
ステップ510では、運転実績データベース240から所定期間(例えば1ヶ月)前から現在までのバーナ及びアフタエアポートの各位置毎の空気流量,バーナ毎の燃料流量,発電機出力,NOx濃度,CO濃度の実績値245を読込む。
In
ステップ520では現在使用しているモデル作成に使用した数値解析結果データセットを燃料データ格納手段270から読込む。
In
ステップ530では、ステップ510で読込んだ運転実績データ245とバーナ及びアフタエアポートの各位置毎の空気流量,バーナ毎の燃料流量,発電機出力の値がそれぞれ同じなるように、ステップ520で読込んだ数値解析データセットのデータ間を補間して、その時のNOx濃度,CO濃度の補間値を計算する。
In
補間の方法としては3次スプライン補間を用いているが、その他の補間方法を用いてもよい。 Although cubic spline interpolation is used as an interpolation method, other interpolation methods may be used.
数値解析データセットは予め定めた条件で計算した離散データであるため、運転実績データと全く同じ条件にはならない場合が多いため、このようなデータ補間を実施して、運転実績データと条件を合わせる。 Since the numerical analysis data set is discrete data calculated under predetermined conditions, there are many cases where the conditions are not exactly the same as the operation results data. Therefore, such data interpolation is performed to match the conditions with the operation results data. .
ステップ540では、ステップ510で読込んだ実績値のデータ点と、ステップ530で計算した数値解析データの補間値とのデータ間距離を求める。
In
データ間距離は、式(1)に示すユークリッド距離で定義する。2データ点P,Qの座標が(Xp1,Xp2,Xp3,…,Xpn),(Xq1,Xq2,Xq3,…,Xqn)で与えられる時、2点間の距離djkの二乗は数式1で求められる。ここで、座標となる
Xpi,Xqiはバーナ及びアフタエアポートの各位置毎の空気流量,バーナ毎の燃料流量,発電機出力,NOx濃度,CO濃度である。また、jは燃料データセット番号、kはj番の燃料データセット中のNOx及びCOの計測データ数である。
The inter-data distance is defined by the Euclidean distance shown in Equation (1). When the coordinates of two data points P and Q are given by (Xp1, Xp2, Xp3,..., Xpn), (Xq1, Xq2, Xq3,..., Xqn), the square of the distance d jk between the two points is Desired. Here, Xpi and Xqi as coordinates are the air flow rate at each position of the burner and the after-air port, the fuel flow rate for each burner, the generator output, the NOx concentration, and the CO concentration. Further, j is the fuel data set number, and k is the number of NOx and CO measurement data in the jth fuel data set.
ステップ550では、燃料データ格納手段270に格納されている燃料組成データセットの全てに対して、運転実績データ245の各データ点との距離を計算したかどうかを判定する。
In
全ての燃料組成データセットに対して計算が終了した場合はステップ560に進む。未計算の燃料組成データセットが残っている場合は、ステップ520に戻って、計算対象とする燃料組成データセットを変更して同様の手順でデータ間距離を計算する。 If the calculation is completed for all the fuel composition data sets, the process proceeds to step 560. If an uncalculated fuel composition data set remains, the process returns to step 520, the fuel composition data set to be calculated is changed, and the inter-data distance is calculated in the same procedure.
ステップ560では、まず各燃料データセットについて、運転実績データ245との平均距離dj_aveを式(2)で求める。
In
次に、dj_aveが最小となるデータセットを選択する。 Next, the data set that minimizes d j_ave is selected.
ステップ570では、ステップ500で読込んだ基準値(許容値)とdj_ave を比較し、dj_aveが許容値以下であれば、モデル化手段250にdj_avedj_ave 最小のデータセット番号の情報215をを送信して終了する。
In
また、dj_aveが許容値を超えている場合は、ステップ580へ進む。 If d j_ave exceeds the allowable value, the process proceeds to step 580.
ステップ580では、新規データセットを作成し、モデル修正指令信号をモデル化手段250へ出力する。dj_ave が許容値を超えている場合は、既存の燃料組成データセットでは最近の運転実績データに合わないことを意味している。従って、dj_ave が最小の燃料組成データセットに、最近の運転実績データを加えたデータセットを加えて新規のデータセットを作成する。その際に、数値解析データと運転実績データとを区別できるようにデータフラグを設けている。
In
モデル化手段250に、新規に作成したデータセット番号とモデル修正指令信号の情報215を出力する。
The newly created data set number and model correction
モデル化手段250は、モデル修正指令情報215を受取ると、新たなデータセット番号を参照し、そのデータセットのデータを用いてモデルを作り直す。モデル作成方法は前述と同じであるが、運転実績データをデータフラグで識別し、運転実績データの重みを重視するよるにモデルを作成する。具体的には、運転実績データの入力回数を増やすことで、他の数値解析データよりもモデル特性に強く反映させるようにしている。
When receiving the model
これにより、少なくとも運転実績が存在するデータ点近傍については、運転実績データに近い特性をモデル化できるため、モデルの誤差が減少する。 As a result, at least in the vicinity of the data point where the operation record exists, the characteristics close to the operation record data can be modeled, so that the model error is reduced.
データ作成手段210は例えば1週間間隔で実行される。dj_ave が許容値を超えている場合は、1週間分新たに蓄積された運転実績データを追加して、再びモデルを作成し直すため、モデル作成に用いるデータセット中の運転実績データの割合が増加し、モデル特性が実際の運転特性に近づいていく。
The
次に、補正手段260について説明する。補正手段260はモデル化手段250に操作パラメータに相当する模擬操作指令信号265を出力する。モデル化手段250は作成したモデルに、バーナ及びアフタエアポートの各位置毎の空気流量,バーナ毎の燃料流量,発電機出力等の模擬操作指令信号265を入力し、モデルの出力値であるNOx及びCO濃度を計算してこれらのガス成分情報255を補正手段260に出力する。
Next, the
補正手段260では、運転データ205から現在のプラント状態である各操作量値を読込み、その状態を基準にしてバーナ及びアフタエアポートの各位置毎の空気流量を次操作までの時間で変化可能な変化幅の範囲で変化させて、それら模擬操作指令信号265として出力する。
In the correction means 260, each operation amount value which is the current plant state is read from the
操作量の変可幅は予め登録してあるダンパやバルブ等のアクチュエータ動作速度と操作(制御)インターバルから求める。また、各操作量の変化可能幅を所定数に分割し、それらの全組合せについて操作量を変化させる。 The variable range of the operation amount is obtained from the operation speeds of actuators such as dampers and valves registered in advance and the operation (control) interval. Further, the changeable width of each operation amount is divided into a predetermined number, and the operation amount is changed for all combinations thereof.
このようにして変化させた各模擬操作指令信号265毎にモデル化手段250でNOx及びCO濃度を計算する。その中から、式(3)で定義する評価値Jが最小となる模擬操作指令信号を抽出する。ここで、CNOx,CCOはそれぞれNOx及びCO濃度の計算値、A1,A2は係数である。
The modeling means 250 calculates the NOx and CO concentrations for each simulated
式(3)に、NOx及びCO濃度の現在計測値を入力して計算した評価値をJR とする。モデルの計算値で評価したJと現在計測値で評価したJR を比較し、式(4)の条件が成立する場合は、基本操作指令値235に補正を加えて操作指令信号285として出力する。
The evaluation value calculated by inputting the current measured values of NOx and CO concentration into Equation (3) is J R. J evaluated by the calculated value of the model is compared with J R evaluated by the current measurement value, and when the condition of Expression (4) is satisfied, the basic
式(4)が成り立つ場合は、現在の計測値であるガス中成分より、モデルの模擬操作指令信号265によるガス中成分の方がより良い条件であることを示している。
When equation (4) holds, it is indicated that the gas component by the model simulation
補正の方法について図11を用いて説明する。 A correction method will be described with reference to FIG.
減算器281で基本操作指令値235と評価値Jが最小となった模擬操作指令信号265の偏差信号287を計算し、これを加算器284で基本操作指令値235に加算して補正操作指令値288を作成する。
The
もし、入力データの異常または演算回路の異常によりモデル化手段250の出力値であるNOx及びCO濃度計算値255が異常になった場合には偏差信号287に乗算器283で乗じる係数をゼロにすることで補正操作指令値288は基本操作指令値235と等しくなるため、誤って異常信号を出力する危険性が低減される。
If the NOx and CO concentration calculation values 255, which are output values of the modeling means 250, become abnormal due to an abnormality in input data or an arithmetic circuit, the coefficient multiplied by the
モデル化手段250の出力値であるNOx及びCO濃度計算値255が異常か否かは、モデル化手段250への入力データ及び出力データの上下限値チェック及び変化率の上下限チェックで判定する。少なくとも一つでも予め設定した上下限値を逸脱する場合は、切替器282の出力信号を0とすることで異常の可能性がある状態で評価した模擬操作指令信号265の出力を防止する。切替器282は、それ以外の場合は出力信号を1としている。
Whether the NOx and CO concentration calculation values 255, which are the output values of the
切替器286は式(4)の判定結果を受けて、基本操作指令値235と補正操作指令値288のどちらかを選択して操作指令信号285として出力する。
The
以上により、操作量とNOx及びCO発生量との関係を燃焼数値解析の結果に基づいたモデルを用いて評価することで、NOx及びCOの発生量を低減する操作が可能である。 As described above, by evaluating the relationship between the operation amount and the NOx and CO generation amounts using the model based on the result of the combustion numerical analysis, an operation for reducing the NOx and CO generation amounts is possible.
また、燃料性状(石炭種)が変化した場合に対しても、適切な数値解析データセットを選択できるため、モデルの精度を高く維持できる。このため、石炭種が変更された場合にもNOx及びCOに対する制御性能低下を抑制することができる。 Further, even when the fuel property (coal type) changes, an appropriate numerical analysis data set can be selected, so that the accuracy of the model can be maintained high. For this reason, even when the coal type is changed, it is possible to suppress a decrease in control performance with respect to NOx and CO.
従って、従来、燃料性状変化の情報をオペレータが制御装置に入力したり、オペレータの経験と知識に依存して制御パラメータを変更していたものが自動化される。そのため、オペレータの技術力に依存することなく高性能で安定な運転が可能であり、オペレータの作業負荷を低減することができる。 Therefore, conventionally, an operator inputs information on fuel property change into the control device or changes control parameters depending on the experience and knowledge of the operator is automated. Therefore, high-performance and stable operation is possible without depending on the operator's technical capabilities, and the operator's workload can be reduced.
さらに、予め準備した数値解析結果データセットと運転実績データの偏差が大きい場合には、運転実績データを追加した新規データセットを作成するため、運転実績データに近いモデルに逐次モデルを自動変更可能である。 Furthermore, when the deviation between the numerical analysis result data set prepared in advance and the operation result data is large, a new data set with the operation result data added is created, so the model can be automatically changed to a model close to the operation result data. is there.
なお、本実施形態の例では制御対象プロセス値をNOx及びCO濃度としているが、本発明はこれに限らず、ガス中のCO2 ,SOx,Hg(水銀)量,フッ素,煤塵またはミストから成る微粒子類,VOC(揮発性有機化合物)を対象としても良い。 In the example of the present embodiment, the control target process value is the NOx and CO concentration. However, the present invention is not limited to this, and includes CO 2 , SOx, Hg (mercury) amount, fluorine, dust, or mist in the gas. Fine particles and VOC (volatile organic compounds) may be targeted.
次に、第二の実施形態について図2を用いて説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
前述の第一の実施形態と異なる点は、強化学習手段290を用いてNOx及びCOを低減する操作方法を学習する点である。 The difference from the first embodiment described above is that an operation method for reducing NOx and CO is learned using the reinforcement learning means 290.
強化学習手段290は運転実績データベース240に蓄積された運転データを用いて強化学習理論によりプラント状態に対応した適切な操作方法を学習する機能を有している。
The reinforcement learning means 290 has a function of learning an appropriate operation method corresponding to the plant state by the reinforcement learning theory using the operation data accumulated in the
強化学習理論の詳細な説明は、例えば“強化学習(Reinforcement Learning),三上貞芳・皆川雅章共訳,森北出版株式会社,2000年12月20日出版”に述べられているので、ここでは強化学習の概念のみを説明する。 A detailed explanation of reinforcement learning theory is described in, for example, “Reinforcement Learning,” translated by Sadayoshi Mikami and Masaaki Minagawa, Morikita Publishing Co., Ltd., published on December 20, 2000. Explain only the concept of learning.
図9に強化学習理論による制御の概念を示す。制御装置610は制御対象600に対して操作指令630を出力する。制御対象600は制御指令630に従って動作する。この時、制御指令630による動作により制御対象600の状態が変化する。変化した状態が制御装置610にとって望ましいか、または、望ましくないか、また、それらがどの程度かを示す量である報酬620を制御対象600から受取る。
FIG. 9 shows the concept of control based on reinforcement learning theory. The
実際には制御対象から受取る情報は制御対象の状態量であって、それに基づいて制御装置610が報酬を計算するのが一般的である。一般に、望ましい状態に近づくほど報酬が大きくなり、望ましくない状態になるほど報酬が小さくなるように設定される。
Actually, the information received from the controlled object is the state quantity of the controlled object, and the
制御装置610は試行錯誤的に操作を実施して、報酬が最大になる(すなわち、できるだけ望ましい状態に近づく)ような操作方法を学習することにより、制御対象600の状態に応じて適切な操作(制御)ロジックが自動的に構築されるのである。
The
ニューラルネットワークに代表される教師付学習理論は、予め成功事例を教師データとして提供する必要があり、新規プラントや現象が複雑で予め成功事例を準備できない場合には不向きである。 The supervised learning theory represented by a neural network needs to provide a success case as teacher data in advance, and is not suitable when a new plant or phenomenon is complicated and a success case cannot be prepared in advance.
これに対して強化学習理論は教師なし学習に分類され、自らが試行錯誤的に望ましい操作を生成する能力を持っている点で、制御対象の特性が必ずしも明確でない場合に対しても適用可能な利点を持っている。 On the other hand, reinforcement learning theory is classified as unsupervised learning, and is applicable to cases where the characteristics of the controlled object are not always clear because it has the ability to generate desirable operations on a trial and error basis. Have advantages.
本第二の実施形態では、この強化学習理論を利用している。 In the second embodiment, this reinforcement learning theory is used.
強化学習は試行錯誤的に学習するが、プラント制御の場合に実プラントを直接相手にして試行錯誤的に操作することは運転の危険性やプラントの製造製品へのダメージなどの点で実現困難である。そこで、本発明では、プラントの運転実績から運転特性モデルを作成し、このモデルを相手に学習する方式としている。 Reinforcement learning is learned on a trial and error basis, but in the case of plant control, it is difficult to implement trial and error operations directly against the actual plant because of the risk of operation and damage to the manufactured products of the plant. is there. Therefore, in the present invention, an operation characteristic model is created from the operation results of the plant, and this model is used as a learning method.
強化学習手段290はモデル化手段250で作成したモデルに対して、バーナ及びアフタエアポートの各位置毎の空気流量,バーナ毎の燃料流量からなる模擬操作指令信号265を出力する。模擬操作指令信号265はプラントの操作条件に対応しており、それぞれ上下限値,変化幅(刻み幅)、一回の操作で取り得る最大変化幅が設定してある。模擬操作指令信号265の各量は取り得る値の範囲内でランダムに各数値が決定される。
The reinforcement learning means 290 outputs a simulated
モデル化手段250は作成済みのモデルに模擬操作指令信号265を入力し、出力データ255となるNOx及びCO濃度を計算する。
The
強化学習手段290はモデル化手段250の出力データ255を受信し、報酬値を計算する。
The
報酬は式(5)で定義する、ここで、Rは報酬値、ONOxはNOx値、OCO はCO値、SNOx及びSCOはNOx及びCOの目標設定値、k1,k2,k3,k4は正の定数である。 The reward is defined by equation (5), where R is the reward value, ONOX is the NOx value, OCO is the CO value, SNOx and SCO are the NOx and CO target set values, k 1 , k 2 , k 3 and k 4 are positive constants.
式(5)に示すように、目標設定値よりもNOx,CO値が低下した場合は報酬R1 及びR2 を与え、さらに、目標設定値よりも低下した場合はその偏差に比例して報酬を与えるようになっている。 As shown in the equation (5), when the NOx and CO values are lower than the target set value, rewards R 1 and R 2 are given, and when it is lower than the target set value, the reward is proportional to the deviation. Is supposed to give.
なお、報酬の定義方法は他にも多様な方法が考えられ、式(5)の方法に限定されるものではない。 There are various other methods for defining the reward, and the method is not limited to the formula (5).
強化学習手段290は式(5)で計算される報酬が最大になるように模擬操作指令信号265の組合せ、すなわち操作量を学習するため、結果的に現状態に対応してNOx,
COを低減する操作量の組合せを学習することができる。
The reinforcement learning means 290 learns the combination of the simulated
A combination of manipulated variables for reducing CO can be learned.
強化学習手段290は学習が終了した状態で、現在時刻の運転データ205を読込み、学習結果に基づいて式(5)の報酬が最大となる操作量295を出力する。
Reinforcement learning means 290 reads driving
補正手段260は基本操作指令値235に、補正を加えて操作指令信号285として出力する。
The correction means 260 corrects the basic
補正方法は基本的に第一の実施形態と同じである。図13に補正回路を示すように、図11に示した第一の実施の形態と異なる点は、模擬操作指令信号265の代りに強化学習手段290で計算した操作量295を用いる点である。
The correction method is basically the same as in the first embodiment. As shown in the correction circuit in FIG. 13, the difference from the first embodiment shown in FIG. 11 is that the
通常は切替器282の出力には1が設定されており、基本操作指令値235に基本操作指令値235と操作量295との偏差が加算器284で基本操作指令値235に加算されて強化学習指令値288となる。
Normally, the output of the
切替器286は通常は強化学習指令値288を選択して操作指令値285として出力する。
The
ただし、モデル化手段250の入出力値または強化学習手段290の入出力値のうち何れか一つでも上下限値および変化率の制限範囲を逸脱する場合は、切替器282の出力として0が選択されると共に、切替器286では基本操作指令値235を選択して出力するように設定されている。
However, if any one of the input / output values of the modeling means 250 and the input / output values of the reinforcement learning means 290 deviates from the upper and lower limit values and the change rate limit range, 0 is selected as the output of the
これにより、データや演算回路の異常によって異常操作指令値が出力されるのを二重に防止している。 As a result, the abnormal operation command value is prevented from being output twice due to the abnormality of the data or the arithmetic circuit.
また、強化学習指令値288による制御結果として、制御偏差が所定範囲を超える場合、または、その頻度や継続時間が所定範囲を超える場合には、強化学習指令値288の効果がないものと判断して、切替器282および286にデータ異常時と同様の選択(処理)をして強化学習指令値288の出力を停止することができる。この時でも基本操作指令値235によって運転は継続でき、プラントの運転に支障をきたすことはない。
Further, when the control deviation exceeds the predetermined range as a control result by the reinforcement learning
以上より、第二の実施形態では強化学習手段290により、最適な操作方法を自動的に構築することができる。また、学習が終了した状態では、現在の運転状態データ205を入力すると瞬時に報酬を最大とする操作量を出力するため、第一の実施形態のように毎制御タイミング毎に模擬操作指令信号265の組合せを変えながら適切な操作量の組合せを求める必要がなく、制御時の計算機負荷を低減できる。これにより、計算機動作の安定性高まり、制御装置の信頼性が向上するため、プラント運転の安全性,安定性も高まるという効果もある。
As described above, in the second embodiment, the optimum learning method can be automatically constructed by the reinforcement learning means 290. Further, in the state where learning is completed, when the current driving
次に、第三の実施形態について、図3を用いて説明する。 Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
第二の実施形態と異なる点は、状態評価手段300とデータセット切替手段310とを備えた点である。状態評価手段300はモデル化手段250で作成したモデルの計算値
255とそれに対応する運転実績データ205との偏差であるモデル誤差を監視している。
The difference from the second embodiment is that a
状態評価手段300とデータセット切替手段310の処理手順を図12を用いて説明する。
Processing procedures of the
ステップ600では、モデル誤差に対する許容値の設定値を読込む。
In
ステップ610では、運転実績データ205とその時の操作量実績値をモデルに入力して得られる計算値255とを読込む。
In
ステップ620では、ステップ610で読込んだ運転実績データ205と対応する操作条件におけるモデル計算値255との偏差(モデル誤差)を計算する。
In
ステップ630では、ステップ620で計算したモデル誤差の過去の時系列データに対して移動平均値を計算し、移動平均値,移動平均値の所定時間間隔における変化率を計算する。
In
ステップ640では、ステップ630で計算したモデル誤差の移動平均値,移動平均値の変化率値および時刻ごとのモデル誤差と、ステップ600で読込んだそれぞれに対する各許容値とを比較する。
In
許容範囲内であれば処理を終了し、許容範囲外の場合はデータセット切替指示315をデータ作成手段210に出力し、モデル変更指示316をモデル化手段250に出力する。
If it is within the allowable range, the process is terminated. If it is outside the allowable range, a data
ステップ600からステップ630までは状態評価手段300で実行し、ステップ640はデータセット切替手段310で実行する。
Step 600 to step 630 are executed by the
図5に状態評価手段300の演算結果の画面出力例を示す。 FIG. 5 shows a screen output example of the calculation result of the state evaluation means 300.
表示画面400にはモデル誤差の時系列グラフがグラフエリア401に表示される。グラフには各時刻毎のモデル誤差408と、その移動平均値409が示されている。
A time series graph of model errors is displayed in the
グラフの縦軸はモデル誤差(%)であり、入力欄403に表示する範囲値(例えば0,100)を入力することができる。横軸は時刻であり表示欄404に日付または時刻が表示される。また、横軸はスクロールバー402をマウスで操作することで、表示時間を変更することができる。
The vertical axis of the graph is the model error (%), and a range value (for example, 0, 100) to be displayed in the
表示期間は、表示期間選択ボタン405を用いて、年単位,月単位,週単位,日単位,時間単位を選択できる。表示期間選択ボタン405の何れかのボタンをマウスで選択すると、表示期間入力ウインドウ410が表示され、表示する期間の開始時刻を指定することができる。何も入力せずに「OK」ボタンを押すと、選択した現在時刻を基準にして選択した表示期間に従って表示開始時刻が自動選択される。また、「戻る」ボタンを押すと、入力した情報はキャンセルされる。
The display period can be selected from a year unit, a month unit, a week unit, a day unit, and a time unit using a display
この画面により、モデル誤差の推移を時系列的に監視することができ、モデル誤差の許容値407に対して、使用中のモデルがどのような状態にあるかを把握することが容易である。許容値の設定変更は、「設定」ボタン406をクリックすることで設定画面へ移行するようになっている。
With this screen, the transition of the model error can be monitored in time series, and it is easy to grasp the state of the model in use with respect to the
また、データセット切替手段310で演算した結果、許容範囲を超えた場合は警告として画面上に表示される。警告内容には、「モデル誤差の許容値オーバー」,「モデル誤差許容値オーバーの継続時間表示」,「モデル誤差変化率の許容値オーバー」がある。 Further, as a result of calculation by the data set switching means 310, when the allowable range is exceeded, a warning is displayed on the screen. The warning contents include “model error allowable value over”, “model error allowable value over duration display”, and “model error change rate allowable value over”.
何れかの警告が出ると、自動的に表示画面400が表示され、オペレータに注意を促す。これと同時にデータセット切替手段310はデータセット切替指示315をデータ作成手段210に出力し、モデル変更指示316をモデル化手段250に出力する。
When any warning is given, the
特に、「モデル誤差変化率の許容値オーバー」と「モデル誤差の許容値オーバー」の場合は、プラント特性の急激な変化とみなすことができる。この場合、燃料性状が変化した可能性が高く、第一の実施形態で説明した方法で燃料組成データセットを変更または新規データセットを作成し、モデルを再構築する。また、再構築したモデルを対象に強化学習を実施して、状態変化に自動的に追従する。 In particular, in the case of “over tolerance of model error change rate” and “over tolerance of model error”, it can be regarded as a sudden change in plant characteristics. In this case, there is a high possibility that the fuel properties have changed, and the fuel composition data set is changed or a new data set is created by the method described in the first embodiment, and the model is reconstructed. In addition, reinforcement learning is performed on the reconstructed model to automatically follow the state change.
これにより、モデル誤差の傾向を常に自動監視することが可能であり、監視結果に基づいてモデル変更及び強化学習の再学習が可能であるため、常に安定した制御性能を維持できる。 Accordingly, it is possible to always automatically monitor the tendency of the model error, and it is possible to re-learn the model change and the reinforcement learning based on the monitoring result, so that stable control performance can always be maintained.
図6はデータ作成手段210で燃料データセットを変更してモデルを再構築し、モデル誤差を評価した結果を表示した例である。燃料組成A〜Dについてのモデル誤差を表示している。データ作成手段210のデータセット選択の基準として、図6に表示しているモデル誤差の平均値を計算し、この平均値が最小となる燃料組成データセットを選択するようにしても良い。
FIG. 6 shows an example in which the
図10はデータ作成手段210で選択した燃料組成データセットの表示画面例430である。画面の上段には、選択したデータセットの組成が円グラフ431と表433で表示される。
FIG. 10 shows a display screen example 430 of the fuel composition data set selected by the data creation means 210. In the upper part of the screen, the composition of the selected data set is displayed as a
また、下段の入力画面では、オペレータが実際に使用している燃料性状を入力することができる。複数の石炭種をブレンドしている場合は、入力欄435に石炭種類名とその配合率を入力することができる。
Further, on the lower input screen, the operator can input the fuel property actually used. When a plurality of coal types are blended, the coal type name and the blending rate can be input in the
この情報は、解析センタ30に送付することができる。図8に示すように、解析センタ30は専用通信回線網40を介して複数の発電所50,51,52と接続されており、相互にデータの授受が可能である。
This information can be sent to the
燃料組成データセットの表示画面例430で、「解析センタへ送信」ボタン434を押すと、オペレータが入力欄435に入力した情報が解析センタ30に送信される。また、データ作成手段210で選択したデータセット名と、最近の運転実績データ(操作指令値、プロセス値)が同時に解析センタ30に送信される。
When the “Send to Analysis Center”
解析センタ30では、発電所50〜51から上記の情報を受信すると、燃焼数値解析の対象プラント構造データと受信した操作量実績値を解析モデルに入力し、計算条件の一つである燃料組成データを種々変更しながらNOx及びCO濃度を計算し、受信したNOx及びCO濃度の実測値との誤差が最小となる燃料組成データを選択する。
When the
このようにして選択した燃料組成データセットと、このデータセットから構築したモデル及びこのモデルを対象に強化学習した学習結果とを専用通信回線網40を介して対象発電所に送信する。
The fuel composition data set selected in this way, the model constructed from this data set, and the learning result of reinforcement learning for this model are transmitted to the target power plant via the
制御装置200はこの受信情報を確認すると、新たに受信した燃料組成データセットを燃料データ格納手段270に保存し、受信したモデルをモデル化手段250にセットし、受信した強化学習結果を強化学習手段290にセットする。
Upon confirming this received information, the
解析センタ30におけるモデル構築方法および強化学習方法は前述の第一及び第二の実施形態で述べた方法と同じである。
The model construction method and the reinforcement learning method in the
以上により、燃料変更に関する詳細情報が得られる場合はより精度の高いデータセット及びそれを用いたモデルに更新することができるため、高性能な制御性能を維持することができる。 As described above, when detailed information regarding the fuel change can be obtained, the data set can be updated to a more accurate data set and a model using the data set, so that high-performance control performance can be maintained.
本例では、発電所からデータを受信してから解析センタ30で燃料組成データセットを変化させた数値解析とモデル構築及び強化学習を実施しているが、事前に燃料組成を種々変化させた数値解析を多ケース実施して結果を保存しておけば、燃料性状変更のデータを受信した際に保存した解析結果からデータセットまたはモデル等を選択するだけで良く、即座に発電所に新しいモデルを提供することが可能である。そのため、燃料変更によって制御性能が低下する時間を短縮することができる。
In this example, after data is received from the power plant, numerical analysis and model construction and reinforcement learning are performed by changing the fuel composition data set at the
また、発電所から燃料性状データを受信する前に、事前に種々の燃料性状に対して解析を実施しておき、あらたな燃料組成データセット、それを用いて構築したモデル及びそのモデルを対象に強化学習した学習結果を逐次発電所に送信し、発電所でこれらの情報を保存しておくことも可能である。 In addition, before receiving fuel property data from the power plant, various fuel properties are analyzed in advance, and a new fuel composition data set, a model built using it, and its model are targeted. It is also possible to transmit the learning results of reinforcement learning to the power plant one by one and store these information at the power plant.
この場合、発電所側の記憶容量,通信負荷,通信コストが増加する可能性があるが、炭種変更時に解析センタ30と通信する必要が無く、迅速に新しいモデルまたは新しい強化学習結果に変更できるため、炭種変更により制御性能が低下するリスクが発生する時間を短縮できる。
In this case, the storage capacity, communication load, and communication cost on the power plant side may increase, but there is no need to communicate with the
上記実施例による効果として、以下が挙げられる。 The following effects can be given as effects of the above embodiment.
燃料組成(性状)が変化しても、自動的に排ガス成分を適切に制御できるので、排ガス中のNOx,CO等の有害物質の発生量を低減できる。 Even if the fuel composition (property) changes, the exhaust gas components can be automatically controlled appropriately, so the amount of harmful substances such as NOx and CO in the exhaust gas can be reduced.
また、長時間の学習期間を不要とし、制御装置の効果を初期から発揮できる。一般に、学習中の試行錯誤運転では、有害物質排出量が増加する可能性があるが、本発明では試行錯誤運転による学習が不要であるため、有害物質の排出量を低減できる。 Moreover, a long learning period is unnecessary, and the effect of the control device can be exhibited from the beginning. In general, there is a possibility that the amount of harmful substance emission may increase in trial and error driving during learning. However, since learning by trial and error driving is not necessary in the present invention, the amount of harmful substance emission can be reduced.
さらに、排ガス中のNOx量等が低減するため、脱硝装置のアンモニア使用量などのユーティリティ量を削減でき、脱硝装置の小型化や触媒の寿命延長も期待できる。 Furthermore, since the amount of NOx in the exhaust gas is reduced, the amount of utilities such as the amount of ammonia used in the denitration device can be reduced, and the size of the denitration device can be reduced and the life of the catalyst can be extended.
また、燃料性状の変化に自動追従できるため、オペレータの調整作業負荷を低減することができる他、オペレータの経験や知識に依存することなく適切な制御が実現でき、プラント運転の信頼性が向上するメリットもある。 In addition, since it can automatically follow changes in fuel properties, the operator's adjustment workload can be reduced, and appropriate control can be realized without depending on the experience and knowledge of the operator, improving the reliability of plant operation. There are also benefits.
上記実施例では、主にボイラを有するプラントの制御装置として説明したが、本制御装置は、燃焼装置を有する制御対象物を制御する場合に使用できる。 In the said Example, although demonstrated as a control apparatus of the plant which has a boiler mainly, this control apparatus can be used when controlling the control target object which has a combustion apparatus.
100…プラント、200…制御装置、210…データ作成手段、220…入出力インターフェース、221…入出力手段、230…基本制御指令演算手段、240…運転実績データベース、250…モデル化手段、260…補正手段、270…燃料データ格納手段。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記燃焼装置へ供給する燃料の複数の燃料組成に対して、前記燃焼装置の操作パラメータと前記ガス中成分のデータセットを格納する燃料データ格納手段と、
前記制御対象物の過去の運転実績値を格納する運転実績データベースと、
前記制御対象物の過去の運転実績値と前記データセットのデータ間距離を算出し、データ間距離が最短となるデータセットを決定するデータ作成手段と、
前記データ作成手段により決定されたデータセットを用いて、前記燃焼装置の操作パラメータと前記燃焼装置の燃焼ガス中成分との関係をモデル化するモデル化手段と、
前記モデル化手段のモデルを用いて現在のガス中成分より良い条件となる燃焼装置の操作パラメータを算出し、前記基本制御指令演算手段の操作指令値を算出した操作パラメータで補正する補正手段とを有することを特徴とする燃焼装置を有する制御対象物の制御装置。 Basic control command calculation means for inputting measurement data of a control object having a combustion device and calculating an operation command value for the control object;
Fuel data storage means for storing operation parameters of the combustion device and a data set of components in the gas for a plurality of fuel compositions of fuel supplied to the combustion device;
An operation record database for storing past operation record values of the control object;
A data creation means for calculating a past driving performance value of the control object and a data distance between the data sets, and determining a data set having a shortest data distance;
Modeling means for modeling the relationship between the operation parameters of the combustion device and the components in the combustion gas of the combustion device, using the data set determined by the data creation means;
A correction unit that calculates an operation parameter of the combustion device that is a better condition than the current gas component using the model of the modeling unit, and corrects the operation command value of the basic control command calculation unit with the calculated operation parameter; The control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus characterized by having.
前記補正手段は、前記モデル化手段のモデルを用いて現在のガス中成分より良い条件となる燃焼装置の操作パラメータを算出する場合に、前記モデル化手段で作成したモデルに対して操作パラメータに相当する複数の模擬操作信号を入力して前記ガス中成分を計算し、少なくとも該計算値を用いて予め定めた方法で操作パラメータに対する報酬値を計算して、該報酬値を最大または最小にする操作パラメータ値を、強化学習理論に基づいて学習する強化学習手段を有することを特徴とする燃焼装置を有する制御対象物の制御装置。 In the control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus of Claim 1,
The correction means corresponds to an operation parameter with respect to the model created by the modeling means when calculating the operation parameter of the combustion apparatus that is a better condition than the current gas component using the model of the modeling means. An operation for calculating a component in the gas by inputting a plurality of simulated operation signals and calculating a reward value for an operation parameter by at least a predetermined method using the calculated value to maximize or minimize the reward value A control device for a controlled object having a combustion device, comprising reinforcement learning means for learning parameter values based on reinforcement learning theory.
前記モデル化手段のモデルで計算した前記ガス中成分の計算値とそれに対応する実測値とを比較して偏差を計算し、該偏差量の時間的変化率,偏差量の最大値または最小値,偏差量の時間平均値,偏差量の分散のうち少なくとも一つのモデル誤差情報を演算する状態評価手段を有することを特徴とする燃焼装置を有する制御対象物の制御装置。 In the control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus of Claim 1,
The calculated value of the component in the gas calculated by the model of the modeling means and the measured value corresponding thereto are calculated to calculate a deviation, a temporal change rate of the deviation amount, a maximum value or a minimum value of the deviation amount, A control device for a controlled object having a combustion device, characterized by comprising state evaluation means for calculating at least one model error information among a time average value of deviation amounts and variances of deviation amounts.
前記状態評価手段で演算したモデル誤差情報に基づいて、前記モデル化手段でモデルを新たに作成するか否かを判定するデータセット切替判定手段を有することを特徴とする燃焼装置を有する制御対象物の制御装置。 In the control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus of Claim 3,
A control object having a combustion apparatus, comprising: a data set switching determination unit that determines whether or not a new model is created by the modeling unit based on model error information calculated by the state evaluation unit Control device.
前記データ作成手段は、前記制御対象物の前記操作パラメータ指令値または測定値と前記ガス中成分の測定値とからなる多次元空間におけるデータ点と前記燃料データ格納手段に保存されているデータ点またはそれらデータ点間の内挿点とのデータ間距離の総和または平均距離が最小の燃料組成データセットに、予め定めた所定期間の測定値を加えて、新たなデータセットを作成することを特徴とする燃焼装置を有する制御対象物の制御装置。 In the control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus of Claim 1,
The data creation means includes a data point in a multidimensional space consisting of the operation parameter command value or measurement value of the control object and a measurement value of the gas component, and a data point stored in the fuel data storage means or A feature is that a new data set is created by adding measured values for a predetermined period to a fuel composition data set having a minimum sum or average distance between data points and an interpolated point between the data points. The control apparatus of the control object which has a combustion apparatus to perform.
燃料組成または燃料種類名または複数の燃料種類の配合割合の少なくとも一つを含む燃料性状情報を入力する入力手段と、該燃料性状情報を通信手段を用いて制御装置の外部へ送信する手段を有することを特徴とする燃焼装置を有する制御対象物の制御装置。 In the control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus of Claim 1,
Input means for inputting fuel property information including at least one of a fuel composition, a fuel type name or a blending ratio of a plurality of fuel types, and means for transmitting the fuel property information to the outside of the control device using communication means The control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus characterized by the above-mentioned.
前記複数の燃料組成について、前記プラントの操作パラメータとその操作条件時の燃焼ガス中の窒素酸化物,一酸化炭素,二酸化炭素,硫黄酸化物,水銀,フッ素,煤塵またはミストから成る微粒子類,揮発性有機化合物の少なくとも一つからなるガス中成分の数値解析結果を制御装置外から受信する手段を有し、
受信した数値解析結果を前記燃料データ格納手段に保存することを特徴とする燃焼装置を有する制御対象物の制御装置。 In the control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus of Claims 1-6,
For the plurality of fuel compositions, the operating parameters of the plant and the fine particles comprising nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur oxides, mercury, fluorine, soot or mist in the combustion gas at the operating conditions, volatilization A means for receiving a numerical analysis result of a gas component composed of at least one of an organic compound from outside the control device;
A control device for a control object having a combustion device, wherein the received numerical analysis result is stored in the fuel data storage means.
前記燃焼装置を有する制御対象物の制御装置はボイラを有するプラントであって、
前記操作パラメータは、前記ボイラのバーナへ供給する燃料流量、前記ボイラのバーナへ供給する空気流量、前記ボイラのエアポートへ供給する空気流量のいずれかであり、
前記ガス中成分は、窒素酸化物,一酸化炭素,二酸化炭素,硫黄酸化物,水銀,フッ素,微粒子類,揮発性有機化合物のいずれかであることを特徴とするボイラを有するプラントの制御装置。 In the control apparatus of the control target object which has a combustion apparatus of Claim 1,
The control device of the controlled object having the combustion device is a plant having a boiler,
The operation parameter is any one of a fuel flow rate supplied to the boiler burner, an air flow rate supplied to the boiler burner, and an air flow rate supplied to the boiler air port,
The plant control apparatus having a boiler, wherein the gas component is any one of nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur oxides, mercury, fluorine, fine particles, and volatile organic compounds.
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