JP6404743B2 - 発電計画支援装置および発電計画支援方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、発電計画支援装置および発電計画支援方法に関する。

近年、蒸気タービンは、最適起動と呼ばれる方法で起動されることが多い。最適起動では、蒸気タービンの蒸気温度、蒸気圧力、熱伝達係数などを逐次予測し、タービンロータの熱応力が過大にならない範囲内で蒸気タービンの昇速率や負荷上昇率が最大になるように起動動作を制御することで、蒸気タービンが起動される。

また、最適起動の適用時において蒸気タービンの起動に要する時間（起動時間）を予測する方法も研究されている。しかしながら、最適起動の適用時の起動時間を高精度に予測することは困難であり、起動時間の予測結果を実際の蒸気タービン（実機）に適用することには課題が残る。高精度の起動時間の予測には、発電プラントの運用側にとって、電力需要要求に正確に応えられるという利点や、発電プラントのオペレーションコストを削減できるという利点がある。そのため、起動時間の予測に対する運用側のニーズは高い。

特開２０１１−１１１９５９号公報 特許第４７２３８８４号公報

最適起動の適用時の起動時間を予測する際には例えば、蒸気タービンの主要部の温度、圧力、熱応力などの状態値を予測し、これらの状態値から最適な昇速率や負荷上昇率を予測し、これらの昇速率や負荷上昇率から起動時間を予測する。しかしながら、この予測起動時間を実機の起動時間と比較した場合、実機では蒸気温度や蒸気圧力が予測通りに推移せず、予測起動時間と実機の起動時間との間に誤差が生じることがある。同様の問題は、蒸気タービン以外のタービン（例えばガスタービン）でも起こり得る。

そこで、本発明は、タービンの起動時間の予測精度を向上させることが可能な発電計画支援装置および発電計画支援方法を提供することを課題とする。

一の実施形態によれば、発電計画支援装置は、タービンの起動条件を表す物理量を取得する取得部を備える。さらに、前記装置は、前記タービンの起動スケジュールと前記物理量との関係を示す第１情報を格納する第１格納部を備える。さらに、前記装置は、前記取得部により取得された前記物理量と、前記第１格納部に格納された前記第１情報とに基づいて、前記タービンの前記起動スケジュールを予測する予測部を備える。さらに、前記装置は、前記予測部により予測された前記起動スケジュールを出力する出力部を備える。

第１実施形態の発電計画支援装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態の発電プラントの例を示す概略図である。 第１実施形態のタービンの起動方法の例を説明するためのグラフである。 第１実施形態の発電計画支援方法を示すフローチャートである。 第２実施形態の発電計画支援装置の構成を示す概略図である。 第２実施形態の発電計画支援方法を示すフローチャートである。 第３実施形態の発電計画支援装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
（１）第１実施形態の発電計画支援装置の構成
図１は、第１実施形態の発電計画支援装置の構成を示す概略図である。図１の発電計画支援装置の例は、パーソナルコンピュータやワークステーションである。

図１の発電計画支援装置は、メタル温度受信部１０１と、外気温度受信部１０２と、起動時間予測部１０３と、予測時間データベース１０４と、予測時間出力部１０５とを備えている。メタル温度受信部１０１と外気温度受信部１０２は、取得部の例である。起動時間予測部１０３は、予測部の例である。予測時間データベース１０４は、第１格納部の例である。予測時間出力部１０５は、出力部の例である。

図１の発電計画支援装置はさらに、パラメータ調整部１０６と、実機情報保持部１０７と、パラメータ選択部１０８と、起動時間計算部１０９とを備えている。パラメータ調整部１０６、実機情報保持部１０７、パラメータ選択部１０８、および起動時間計算部１０９は、導出部の例である。パラメータ調整部１０６は、調整部の例である。実機情報保持部１０７は、保持部の例である。

以下、これらの構成要素１０１〜１０９の詳細を順番に説明する。

（１．１）構成要素１０１〜１０２
メタル温度受信部１０１と外気温度受信部１０２は、タービンの起動条件を表す物理量である温度を受信し、受信した温度を起動時間予測部１０３に入力する。具体的には、メタル温度受信部１０１は、タービンに接続されたタービンロータのメタル温度を受信し、外気温度受信部１０２は、タービンの外気温度を受信する。タービンロータは、タービンの所定部分の例である。

タービンの例は、蒸気タービンやガスタービンである。本実施形態の発電計画支援装置は、メタル温度のみを起動時間予測部１０３に入力してもよいし、メタル温度と外気温度を起動時間予測部１０３に入力してもよい。例えば、ガスタービンを備えるコンバインドサイクル型の発電プラントを本実施形態の適用対象とする場合、本実施形態の発電計画支援装置は、メタル温度と外気温度を起動時間予測部１０３に入力する。

図２は、第１実施形態の発電プラントの例を示す概略図である。

図２の発電プラントは、タービン１と、発電機２と、タービン１および発電機２に接続されたタービンロータ３と、タービン１を収容するタービン車室４とを備えている。図２の発電プラントはさらに、タービン１に作動流体を供給する作動流体配管５と、作動流体配管５に設けられた制御弁６と、タービンロータ３のメタル温度を測定するメタル温度センサ７と、タービン１の外気温度を測定する外気温度センサ８とを備えている。作動流体の例は、蒸気やガスである。

メタル温度センサ７は、測定したメタル温度をメタル温度受信部１０１に送信する。これにより、メタル温度受信部１０１は、メタル温度を取得することができる。外気温度センサ８は、タービン１の外気温度を外気温度受信部１０２に送信する。これにより、外気温度受信部１０２は、外気温度を取得することができる。

図３は、第１実施形態のタービン１の起動方法の例を説明するためのグラフである。

図３は、タービン１の起動開始からタービン１が発電運転状態に到達するまでの各イベントに要する時間（イベント時間）ｔ_１〜ｔ_５を示している。曲線Ｃ_１は、タービン１の回転数を表す。曲線Ｃ_２は、タービン１の出力を表す。

時間ｔ_１は、タービン１の起動開始から低速ヒートソークに至るまでに要する時間を表す。時間ｔ_２は、低速ヒートソークに要する時間を表す。時間ｔ_３は、タービン１の低速ヒートソーク完了から高速ヒートソークに至るまでに要する時間を表す。時間ｔ_４は、高速ヒートソークに要する時間を表す。時間ｔ_５は、タービン１の高速ヒートソーク完了からタービン１が所定の出力に至るまでの時間を表す。時間ｔ_１〜ｔ_５の長さは、タービン１の起動条件に応じて変化する。なお、符号Ｒ_１は、低速ヒートソーク時の回転数を表し、符号Ｒ_２は、高速ヒートソーク時の回転数を表す。

時間ｔ（＝ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３＋ｔ_４＋ｔ_５）は、タービン１の起動に要する時間（起動時間）を表す。タービン１を最適起動により起動する場合には、起動時間ｔを通常の起動方法に比べて短縮することができる。

再び図１を参照し、発電計画支援装置の説明を続ける。

（１．２）構成要素１０３〜１０５
起動時間予測部１０３は、メタル温度受信部１０１により取得されたメタル温度と、外気温度受信部１０２により取得された外気温度と、予測時間データベース１０４に格納された情報とに基づいて、タービンの起動スケジュールを予測する。本実施形態のタービンの起動スケジュールは、上述のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔにより表現することができる。よって、本実施形態の起動時間予測部１０３は、タービンの起動スケジュールとして、イベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔを予測する。

具体的には、本実施形態の起動時間予測部１０３は、予測時間データベース１０４を利用して次のような処理を行う。

予測時間データベース１０４には、タービンのメタル温度および外気温度と、タービンの起動スケジュールとの関係を示す情報（以下「第１情報」と呼ぶ）が格納されている。符号Ｋ_１〜Ｋ_４は、第１情報の例に相当するグラフを表す。

グラフＫ_１〜Ｋ_４はそれぞれ、外気温度がＴ_１〜Ｔ_４の場合のメタル温度と時間ｔ_１との関係を表す。予測時間データベース１０４には、様々な外気温度において、メタル温度と時間ｔ_１との関係を表すグラフが格納されている。同様に、予測時間データベース１０４には、様々な外気温度において、メタル温度と時間ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５との関係を表すグラフが格納されている。予測時間データベース１０４にはさらに、様々な外気温度において、メタル温度と起動時間ｔとの関係を表すグラフが格納されている。本実施形態の予測時間データベース１０４は、これらのグラフをテーブルの形で保持している。

本実施形態の予測時間データベース１０４には、タービンを最適起動で起動する際の時間ｔ_１〜ｔ_５が格納されている。これらの時間ｔ_１〜ｔ_５は、起動時間計算部１０９により計算される。具体的には、起動時間計算部１０９は、タービンの起動中にタービンロータに生じる熱応力を予測し、熱応力を規定値以下に抑えつつ起動時間ｔが最短となるタービンの回転数および負荷の上昇過程を予測することで、これらの時間ｔ_１〜ｔ_５を計算する。起動時間計算部１０９は、時間ｔ_１〜ｔ_５の計算結果を、グラフＫ_１〜Ｋ_４のような形で予測時間データベース１０４に格納する。よって、本実施形態では、予測時間データベース１０４を使用することで、最適起動の適用時におけるイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔを予測することができる。

起動時間予測部１０３は、メタル温度と外気温度を取得すると、取得した温度に一致する時間ｔ_１〜ｔ_５を予測時間データベース１０４から検索する。起動時間予測部１０３は、取得した温度に一致する時間ｔ_１〜ｔ_５が予測時間データベース１０４の第１情報にない場合には、取得した温度に最も近い時間ｔ_１〜ｔ_５を予測時間データベース１０４の第１情報をもとに算出する。こうして得られた時間ｔ_１〜ｔ_５が、最適起動の適用時におけるイベント時間の予測値（予測イベント時間）である。予測イベント時間は、予測時間出力部１０５に出力される。

起動時間予測部１０３はさらに、時間ｔの値を算出する。こうして得られた時間ｔが、最適起動の適用時における起動時間の予測値（予測起動時間）である。予測起動時間は、予測時間出力部１０５に出力される。

予測時間出力部１０５は、取得した予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５と予測起動時間ｔを出力する。予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５と予測起動時間ｔは例えば、発電計画支援装置のディスプレイへの表示、発電計画支援装置の外部へのデータ送信、発電計画支援装置の内部のストレージへの保存などの形で出力される。本実施形態の予測時間出力部１０５は、予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５と予測起動時間ｔをパラメータ調整部１０６に出力する。

なお、起動時間予測部１０３は、メタル温度、外気温度、および第１情報に基づいて起動スケジュールを予測してもよいし、外気温度を使用せずに、メタル温度および第１情報に基づいて起動スケジュールを予測してもよい。

（１．３）構成要素１０６〜１０９
実機情報保持部１０７は、タービンを最適起動により実際に起動した際に測定されたメタル温度、外気温度、起動時間、イベント時間などの実機情報を保持している。実機情報に含まれる起動時間やイベント時間は、実機起動スケジュールの例である。実機情報保持部１０７は例えば、メタル温度をメタル温度受信部１０１から取得し、外気温度を外気温度受信部１０２から取得する。実機情報保持部１０７は、このような実機情報をパラメータ調整部１０６に出力する。

パラメータ調整部１０６、パラメータ選択部１０８、および起動時間計算部１０９は、予測時間出力部１０５から取得した起動スケジュールと、実機情報保持部１０７から取得した実機情報とに基づいて、メタル温度および外気温度とイベント時間ｔ_１〜ｔ_５との関係を示す新たな第１情報を導出する。そして、起動時間計算部１０９は、新たな第１情報を予測時間データベース１０４に格納する。このようにして、予測時間データベース１０４内の第１情報が更新される。その結果、例えばグラフＫ_１〜Ｋ_４の形状が変化する。

具体的には、本実施形態のパラメータ調整部１０６、パラメータ選択部１０８、および起動時間計算部１０９は、次のような処理を行う。

パラメータ調整部１０６は、最適起動の適用時のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５を計算するための数式を保持している。この数式は、様々なパラメータを含んでいる。パラメータ調整部１０６は、予測時間出力部１０５から予測起動時間ｔと予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５を取得すると、この数式を用いて、予測起動時間ｔと予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５とは別に、起動時間ｔとイベント時間ｔ_１〜ｔ_５を計算する。以下、数式を用いて計算された起動時間ｔとイベント時間ｔ_１〜ｔ_５を、計算起動時間ｔと計算イベント時間ｔ_１〜ｔ_５と呼ぶ。

この計算の際、パラメータ調整部１０６は、計算イベント時間ｔ_１〜ｔ_５と実機のイベント時間との誤差が、予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５と実機のイベント時間との誤差より小さくなるように、数式中のパラメータの値を調整する。具体的には、パラメータ調整部１０６は、各計算イベント時間ｔ_１〜ｔ_５と実機のイベント時間との差が規定の時間以下になり、かつ、計算起動時間ｔと実機の起動時間との差が規定の時間以下になるまで、パラメータの値を繰り返し調整する。このようにして、パラメータ調整部１０６は、予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５より誤差の小さい計算イベント時間ｔ_１〜ｔ_５が得られるように、パラメータの値を調整することができる。なお、パラメータ調整部１０６の処理の具体例は、図４を参照して後述する。

パラメータ調整部１０６が使用する数式は、最適起動の適用時のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５に影響を与えるパラメータと、最適起動の適用時のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５に影響を与えないパラメータとを含んでいる。パラメータ選択部１０８は、この数式の全パラメータの情報を保持している。パラメータ選択部１０８は、これらの全パラメータの中からイベント時間ｔ_１〜ｔ_５に影響を与える幾つかのパラメータを自動的に選択し、選択したパラメータの情報をパラメータ調整部１０６に提供する。このようなパラメータの例は、タービンの昇速率や負荷上昇率に影響を与えるパラメータであり、例えば最大昇速率や最大負荷上昇率である。パラメータ選択部１０８は例えば、タービンの昇速率や負荷上昇率への影響が大きいパラメータを自動的に選択する。

パラメータ調整部１０６は、パラメータ選択部１０８により選択されたパラメータの値を、計算イベント時間ｔ_１〜ｔ_５の誤差が予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５の誤差より小さくなるように調整する。そして、パラメータ調整部１０６は、これらのパラメータの調整結果を起動時間計算部１０９に入力する。

こうして、起動時間計算部１０９は、予測起動時間ｔや予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５に基づいて調整されたパラメータの値を取得する。そして、起動時間計算部１０９は、これらのパラメータの値と上記の数式とを用いてイベント時間ｔ_１〜ｔ_５を計算することで、メタル温度および外気温度とイベント時間ｔ_１〜ｔ_５との関係を示す新たな第１情報を導出する。さらに、起動時間計算部１０９は、導出した新たな第１情報を予測時間データベース１０４に格納する。新たな第１情報はさらに、メタル温度および外気温度と起動時間ｔとの関係を示す情報を含んでいてもよい。

（２）第１実施形態の発電計画支援装置の作用
引き続き図１を参照し、本実施形態の発電計画支援装置の作用について説明する。

予測時間データベース１０４は、起動時間計算部１０９により事前に導出された第１情報を保持している。起動時間計算部１０９は、実機情報保持部１０７が実機情報を保持していない場合には、パラメータの値を仮定して第１情報を導出し、この第１情報を予測時間データベース１０４に格納する。一方、起動時間計算部１０９は、実機情報保持部１０７が実機情報を保持している場合には、パラメータ調整部１０６が実機情報に基づいて調整したパラメータの値を用いて第１情報を導出し、この第１情報を予測時間データベース１０４に格納する。

起動時間予測部１０３は、取得したメタル温度に一致する時間ｔ_１〜ｔ_５を予測時間データベース１０４から検索する。起動時間予測部１０３は、このメタル温度に一致する時間ｔ_１〜ｔ_５が予測時間データベース１０４の第１情報にない場合には、このメタル温度に最も近い時間ｔ_１〜ｔ_５を予測時間データベース１０４の第１情報をもとに算出する。

例えば、起動時間予測部１０３が取得したメタル温度が１５０℃の場合、起動時間予測部１０３は、メタル温度が１５０℃のときの時間ｔ_１〜ｔ_５を予測時間データベース１０４から検索する。この場合、メタル温度が１５０℃のときの時間ｔ_１が検索によりヒットした場合には、ヒットした時間ｔ_１が予測時間出力部１０５に出力される。一方、メタル温度が１５０℃のときの時間ｔ_１が検索によりヒットしなかった場合には、１５０℃に最も近い高温側の温度における時間ｔ_１と、１５０℃に最も近い低温側の温度における時間ｔ_１とが選択される。そして、起動時間予測部１０３は、これらのメタル温度を内挿して１次の近似式により１５０℃における時間ｔ_１を算出する。この場合、算出された時間ｔ_１が予測時間出力部１０５に出力される。これは、時間ｔ_２〜ｔ_５についても同様である。

パラメータ調整部１０６は、タービンが最適起動により１回以上起動された場合には、後述する図４のアルゴリズムを用いてパラメータの値を調整する。パラメータ選択部１０８は、時間ｔ_１に影響を与えるパラメータ、時間ｔ_２に影響を与えるパラメータ、時間ｔ_３に影響を与えるパラメータ、時間ｔ_４に影響を与えるパラメータ、時間ｔ_５に影響を与えるパラメータを個々に選択する。例えば、パラメータ選択部１０８は、最大昇速率を増大または減少させた際に時間ｔ_１〜ｔ_５のうちのどの時間に影響があるかを調べる。そして、時間ｔ_１に影響がある場合には、時間ｔ_１に影響を与えるパラメータとして最大昇速率が選択される。

図４は、第１実施形態の発電計画支援方法を示すフローチャートである。図４は、パラメータ調整部１０６の処理の具体例を示している。

パラメータ調整部１０６はまず、予測時間出力部１０５から予測起動時間ｔと予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５とを取得する（ステップＳ１）。図４のステップＳ３に示す符号Ｔ、Ｔ_０はそれぞれ、イベント時間ｔ_１〜ｔ_５の誤差の閾値と、起動時間ｔの閾値とを表す。また、図４のステップＳ３に示す符号ΔＴは、閾値Ｔの減少量を表す。本実施形態の閾値Ｔは、Ｔ＝Ｔ_０−ΔＴで与えられる。

ステップＳ１の後、パラメータ調整部１０６は、閾値Ｔの減少量ΔＴを０に設定することで、閾値Ｔを閾値Ｔ_０と同じ値に設定する（ステップＳ２、Ｓ３）。閾値Ｔ_０の例は５分である。後述するように、減少量ΔＴは１分、２分、３分、・・・と増加していくため、閾値Ｔは５分、４分、３分、・・・と減少していくことになる（ステップＳ４を参照）。

次に、パラメータ調整部１０６は、予測イベント時間ｔ_１と実機のイベント時間ｔ_１との誤差が閾値Ｔよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。この誤差が閾値Ｔ以下の場合には、ステップＳ２１に進む。この誤差が閾値Ｔよりも大きい場合には、パラメータ調整部１０６は、１つ以上のパラメータＡ_１、Ｂ_１、・・・の値を調整し（ステップＳ１２）、調整されたパラメータＡ_１、Ｂ_１、・・・の値を用いて計算イベント時間ｔ_１を計算する（ステップＳ１３）。次に、パラメータ調整部１０６は、計算イベント時間ｔ_１と実機のイベント時間ｔ_１との誤差が閾値Ｔよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。パラメータ調整部１０６は、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理を、誤差が閾値Ｔ以下になるまで繰り返す。

次に、パラメータ調整部１０６は、予測イベント時間ｔ_２や計算イベント時間ｔ_２についてステップＳ１１〜Ｓ１３と同様の処理を行う（ステップＳ２１〜Ｓ２３）。ステップＳ２１〜Ｓ２３の処理は、予測（または計算）イベント時間ｔ_２と実機のイベント時間ｔ_２との誤差が閾値Ｔ以下になるまで繰り返される。ステップＳ２２の際、パラメータ調整部１０６は、ステップＳ１２で調整されていないパラメータＡ_２、Ｂ_２、・・・の値を調整する。理由は、ステップＳ１２で調整されたパラメータが再び調整されると、計算イベント時間ｔ_１の誤差が再び閾値Ｔよりも大きくなる可能性があるからである。

次に、パラメータ調整部１０６は、予測イベント時間ｔ_３や計算イベント時間ｔ_３についてステップＳ１１〜Ｓ１３と同様の処理を行う（ステップＳ３１〜Ｓ３３）。ステップＳ３２の際、パラメータ調整部１０６は、ステップＳ１２、Ｓ２２で調整されていないパラメータＡ_３、Ｂ_３、・・・の値を調整する。

次に、パラメータ調整部１０６は、予測イベント時間ｔ_４や計算イベント時間ｔ_４についてステップＳ１１〜Ｓ１３と同様の処理を行う（ステップＳ４１〜Ｓ４３）。ステップＳ４２の際、パラメータ調整部１０６は、ステップＳ１２、Ｓ２２、Ｓ３２で調整されていないパラメータＡ_４、Ｂ_４、・・・の値を調整する。

次に、パラメータ調整部１０６は、予測イベント時間ｔ_５や計算イベント時間ｔ_５についてステップＳ１１〜Ｓ１３と同様の処理を行う（ステップＳ５１〜Ｓ５３）。ステップＳ５２の際、パラメータ調整部１０６は、ステップＳ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２で調整されていないパラメータＡ_５、Ｂ_５、・・・の値を調整する。

なお、本実施形態のパラメータ調整部１０６は、計算イベント時間の計算をｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５の順番で行う。理由は、各イベント中の熱応力の変化が、前のイベントの熱応力に依存しているためである。

次に、パラメータ調整部１０６は、ステップＳ１１〜Ｓ５３で計算された計算イベント時間ｔ_１〜ｔ_５を用いて計算起動時間ｔを計算し、計算起動時間ｔと実機の起動時間ｔとの誤差が閾値Ｔ_０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６１）。この誤差が閾値Ｔ_０以下の場合には、ステップＳ６２に進む。この誤差が閾値Ｔ_０よりも大きい場合には、パラメータ調整部１０６は、閾値Ｔを１分減少させて（ステップＳ３、Ｓ４）、ステップＳ１１〜Ｓ６１の処理を繰り返す。閾値Ｔを減少させる理由は、閾値Ｔを減少させて計算イベント時間ｔ_１〜ｔ_５の誤差を減少させることにより、計算起動時間ｔの誤差を減少させるためである。

パラメータ調整部１０６は、計算起動時間ｔの誤差が閾値Ｔ_０以下になると、ステップＳ１１〜Ｓ５３で調整されたパラメータＡ_１〜Ａ_５、Ｂ_１〜Ｂ_５、・・・の値を起動時間計算部１０９に出力する（ステップＳ６２）。こうして、起動時間計算部１０９は、パラメータ調整部１０６により調整されたパラメータの値を取得することができる。

（３）第１実施形態の発電計画支援装置の効果
以上のように、本実施形態の発電計画支援装置は、メタル温度や外気温度などの物理量と、イベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔなどの起動スケジュールとの関係を示す第１情報を、予測時間データベース１０４に格納しておく。そして、本実施形態の起動時間予測部１０３は、メタル温度受信部１０１により取得されたメタル温度と、外気温度受信部１０２により取得された外気温度と、予測時間データベース１０４に格納された第１情報とに基づいて、タービンの起動スケジュールを予測する。

よって、本実施形態によれば、タービンの起動スケジュールを予測する際に、予測のたびに複雑な計算を行わずに、予測時間データベース１０４を利用して簡単に起動スケジュールを予測することができる。タービンの起動スケジュールを理論的に予測すると、予測のたびに複雑な計算が必要になるが、本実施形態によればこのような複雑な計算を回避することができる。また、本実施形態によれば、予測時間データベース１０４の第１情報の精度を高めることで、タービンの起動時間ｔやイベント時間ｔ_１〜ｔ_５の予測精度を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の発電計画支援装置は、予測時間出力部１０５から出力された予測起動時間ｔや予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５に基づいて新たな第１情報を導出し、導出された新たな第１情報を予測時間データベース１０４に格納する。この際、予測時間出力部１０５から出力された予測起動時間ｔや予測イベント時間ｔ_１〜ｔ_５は、メタル温度受信部１０１や外気温度受信部１０２により起動時に取得された実際のメタル温度や外気温度を反映している。よって、本実施形態によれば、タービンの起動回数が増加することで、予測時間データベース１０４内の第１情報の精度を高めることができ、その結果、タービンの起動時間ｔやイベント時間ｔ_１〜ｔ_５の予測精度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、実機情報保持部１０７の実機情報の精度を高めることによっても、タービンの起動時間ｔやイベント時間の予測精度ｔ_１〜ｔ_５を向上させることができる。

また、本実施形態の発電計画支援装置は、個々のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５ごとの第１情報を予測時間データベース１０４に格納する。よって、本実施形態によれば、予測時間データベース１０４を参照することで、予測時間データベース１０４内のどのイベント時間の第１情報の誤差が大きいかを把握することができる。また、本実施形態によれば、起動時間計算部１０９により新たな第１情報を導出する前に、上述の数式のパラメータの値を個々のイベントごとに適切に調整することができ、これにより、個々のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５の予測精度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、パラメータ選択部１０８によりパラメータを選択することで、パラメータ調整部１０６で調整するパラメータを限定することができる。

本実施形態において、タービンの起動回数が少なく、第１情報に含まれる情報量が少ない場合には、メタル温度受信部１０１により取得されたメタル温度や、外気温度受信部１０２により取得された外気温度に対応する第１情報が、予測時間データベース１０４に含まれていない場合がある。しかしながら、本実施形態によれば、パラメータ調整部１０６により調整されたパラメータの値を利用して予測時間データベース１０４内の第１情報を更新することで、このような場合にも高精度にイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔを予測することが可能となる。

なお、本実施形態の発電計画支援装置は、パラメータ調整部１０６、実機情報保持部１０７、パラメータ選択部１０８、および起動時間計算部１０９とは別の構成要素により、予測時間データベース１０４の第１情報を更新してもよい。

（第２実施形態）
（１）第２実施形態の発電計画支援装置の構成
図５は、第２実施形態の発電計画支援装置の構成を示す概略図である。

図５の発電計画支援装置は、図１の構成要素に加えて、起動完了要求時刻入力部１１１と、メタル温度予測量格納部１１２と、起動開始時刻出力部１１３とを備えている。起動完了要求時刻入力部１１１は、入力部の例である。メタル温度予測量格納部１１２は、第２格納部の例である。

メタル温度受信部１０１は、タービンに接続されたタービンロータの現在のメタル温度を受信し、受信したメタル温度を起動時間予測部１０３に入力する。一般に、タービンロータのメタル温度は、タービン停止後の数日の期間は高温に保たれ、この期間内に徐々に低下していく。本実施形態のメタル温度受信部１０１は、この期間内のメタル温度を受信する。また、ガスタービンを備えるコンバインドサイクル型の発電プラントを本実施形態の適用対象とする場合、外気温度受信部１０２は、タービンの現在の外気温度を受信し、受信した外気温度を起動時間予測部１０３に入力する。

本実施形態のユーザは、タービンが発電運転状態に到達する要求時刻（起動完了要求時刻）を発電計画支援装置のユーザインタフェースに入力することができる。起動完了要求時刻入力部１１１は、起動完了要求時刻の入力を受け付け、起動完了要求時刻と現在時刻とを起動時間予測部１０３に入力する。

メタル温度予測量格納部１１２には、メタル温度が時間に応じて変化する変化過程を示す情報（以下「第２情報」と呼ぶ）が格納されている。本実施形態の第２情報は、タービン停止後に実際に測定されたメタル温度と時間との関係を示している。よって、本実施形態では、メタル温度予測量格納部１１２を使用することで、タービン停止から所定の時間後のメタル温度を予測することができる。本実施形態の第２情報は、様々な外気温度におけるメタル温度の変化過程の情報を含んでいてもよい。

起動時間予測部１０３は、メタル温度受信部１０１により取得されたメタル温度と、起動完了要求時刻入力部１１１に入力された起動完了要求時刻および現在時刻と、メタル温度予測量格納部１１２に格納された第２情報とに基づいて、起動完了要求時刻を満たすタービンの起動開始時刻を予測する。

例えば、メタル温度が高い場合には、タービンを短時間で発電運転状態に移行させることができる。よって、起動時間予測部１０３により予測される起動開始時刻は、起動完了要求時刻から短時間前の時刻となる。一方、メタル温度が低い場合には、タービンを発電運転状態に移行させるために長時間を要する。よって、起動時間予測部１０３により予測される起動開始時刻は、起動完了要求時刻から長時間前の時刻となる。

起動時間予測部１０３により予測された起動開始時刻は、起動開始時刻出力部１１３に出力される。なお、起動時間予測部１０３は、起動開始時刻を予測する際に、外気温度受信部１０２により取得された外気温度を考慮に入れてもよい。

起動開始時刻出力部１１３は、起動時間予測部１０３から取得した起動開始時刻を出力する。起動開始時刻は例えば、発電計画支援装置のディスプレイへの表示、発電計画支援装置の外部へのデータ送信、発電計画支援装置の内部のストレージへの保存などの形で出力される。

（２）第２実施形態の発電計画支援装置の作用
図６は、第２実施形態の発電計画支援方法を示すフローチャートである。図６は、起動時間予測部１０３の処理の具体例を示している。

まず、起動時間予測部１０３は、現在時刻から起動完了要求時刻までの時間Ｎ_０を算出する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０２に示す符号Ｎは、現在時刻からの経過時間を表す。経過時間Ｎの単位は分である。ステップＳ１０２において、起動時間予測部１０３は、経過時間Ｎを１分に設定する。

次に、起動時間予測部１０３は、メタル温度予測量格納部１１２を参照して、現在時刻からＮ分後（１分後）のメタル温度を取得する（ステップＳ１０３）。次に、起動時間予測部１０３は、予測時間データベース１０４を参照して、このメタル温度に対応する起動時間ｔを予測する（ステップＳ１０４）。次に、起動時間予測部１０３は、この起動時間ｔと時間Ｎ_０とを比較する（ステップＳ１０５）。

起動時間ｔが時間Ｎ_０以上の場合、起動時間予測部１０３は、起動開始時刻として「現在時刻＋（Ｎ−１）分」を出力する（ステップＳ１０６）。ここではＮ＝１であるため、起動時間予測部１０３は、起動開始時刻として現在時刻を出力する。これは、タービンをただちに起動するという予測結果に相当する。

一方、起動時間ｔが時間Ｎ_０より小さい場合には、タービンを現在時刻に起動すると、タービンの起動が起動完了要求時刻よりも前に完了してしまう。よって、起動時間予測部１０３は、経過時間Ｎを１分増加させて（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を再度実行する。ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理は、起動時間ｔが時間Ｎ_０以上になるまで同様に繰り返される。経過時間Ｎは、２分、３分、４分、・・・のように増加していくことになる。

（３）第２実施形態の発電計画支援装置の効果
以上のように、本実施形態の発電計画支援装置は、メタル温度の変化過程を示す第２情報を、メタル温度予測量格納部１１２に格納しておく。そして、本実施形態の起動時間予測部１０３は、メタル温度受信部１０１により取得されたメタル温度と、起動完了要求時刻入力部１１１に入力された起動完了要求時刻および現在時刻と、メタル温度予測量格納部１１２に格納された第２情報とに基づいて、起動完了要求時刻を満たすタービンの起動開始時刻を予測する。

そのため、本実施形態においては、メタル温度予測量格納部１１２を参照することで、現在のメタル温度から未来のメタル温度を予測することができる。よって、本実施形態によれば、タービンの停止後にタービンロータが高温の場合にも、タービンの起動開始時刻を予測することが可能となる。この予測結果は例えば、タービンを短期間停止させた後にタービンを再起動する場合などに有効である。

未来のメタル温度の予測は、一般的なミスマッチチャートを使用した起動処理でも行われる場合がある。しかしながら、一般的なミスマッチチャートによる起動処理では、起動モードがコールド、ウォーム、またはホットに定義され、予測起動時間は３種類に限られるため、複雑な計算をせずに起動開始時刻を算出可能である。しかしながら、最適起動による起動処理では、メタル温度や外気温度は様々な値をとり、予測起動時間も様々な値に変化する。本実施形態によれば、このような最適起動の適用時においても起動開始時刻を簡単に算出することができる。

（第３実施形態）
（１）第３実施形態の発電計画支援装置の構成
図７は、第３実施形態の発電計画支援装置の構成を示す概略図である。

図７の発電計画支援装置は、図５の構成要素に加えて、起動方法選択部１２１と、ミスマッチチャートデータベース１２２とを備えている。起動方法選択部１２１は、選択部の例である。ミスマッチチャートデータベース１２２は、第３格納部の例である。

ミスマッチチャートデータベース１２２には、予測時間データベース１０４と同様に、タービンのメタル温度および外気温度と、タービンの起動スケジュールとの関係を示す情報（以下「第３情報」と呼ぶ）が格納されている。ただし、予測時間データベース１０４には、タービンを最適起動により起動する際のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔが格納されているのに対し、ミスマッチチャートデータベース１２２には、タービンをミスマッチチャートにより起動する際のイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔが格納されている。ミスマッチチャートでは、イベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔが、メタル温度や外気温度に応じてあらかじめ一定値に設定されている。

本実施形態のユーザは、タービンのイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔを第１情報に基づいて予測するか第３情報に基づいて予測するかを、発電計画支援装置のユーザインタフェースにより選択することができる。例えば、発電計画支援装置のディスプレイに「最適起動ボタン」「ミスマッチチャートボタン」を表示してもよい。この場合、ユーザが最適起動ボタンを押すと、第１情報を用いた最適起動による起動方法が選択される。一方、ユーザがミスマッチチャートボタンを押すと、第３情報を用いたミスマッチチャートによる起動方法が選択される。このようなユーザインタフェースは、起動方法選択部１２１により提供される。起動方法選択部１２１は、ユーザによる選択操作を受け付け、ユーザにより選択された起動方法を起動時間予測部１０３に通知する。

起動時間予測部１０３は、最適起動が選択されたとの通知を受けた場合、メタル温度受信部１０１により取得されたメタル温度と、外気温度受信部１０２により取得された外気温度と、予測時間データベース１０４に格納された第１情報とに基づいて、イベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔを予測する。予測されたイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔは、予測時間出力部１０５に出力される。また、起動時間予測部１０３は、この起動時間ｔを使用して起動開始時刻を予測し、この起動開始時刻を起動開始時刻出力部１１３に出力してもよい。

一方、起動時間予測部１０３は、ミスマッチチャートが選択されたとの通知を受けた場合、メタル温度受信部１０１により取得されたメタル温度と、外気温度受信部１０２により取得された外気温度と、ミスマッチチャートデータベース１２２に格納された第３情報とに基づいて、イベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔを予測する。予測されたイベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔは、予測時間出力部１０５に出力される。また、起動時間予測部１０３は、この起動時間ｔを使用して起動開始時刻を予測し、この起動開始時刻を起動開始時刻出力部１１３に出力してもよい。

（２）第３実施形態の発電計画支援装置の効果
以上のように、本実施形態の発電計画支援装置は、第１および第３情報のうちユーザにより選択された方の情報に基づいて、イベント時間ｔ_１〜ｔ_５や起動時間ｔなどの起動スケジュールを予測する。

よって、本実施形態によれば、最適起動を適用する際の起動スケジュールだけでなく、ミスマッチチャートを適用する際の起動スケジュールも予測することができる。ミスマッチチャートによる起動スケジュールは例えば、タービンのメンテナンス後やタービンの異常発生時に、発電プラントの運用側がミスマッチチャートによる起動を選択する場合などに使用される。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：タービン、２：発電機、３：タービンロータ、４：タービン車室、
５：作動流体配管、６：制御弁、７：メタル温度センサ、８：外気温度センサ、
１０１：メタル温度受信部、１０２：外気温度受信部、
１０３：起動時間予測部、１０４：予測時間データベース、
１０５：予測時間出力部、１０６：パラメータ調整部、
１０７：実機情報保持部、１０８：パラメータ選択部、
１０９：起動時間計算部、１１１：起動完了要求時刻入力部、
１１２：メタル温度予測量格納部、１１３：起動開始時刻出力部、
１２１：起動方法選択部、１２２：ミスマッチチャートデータベース

Claims (6)

1. タービンの起動条件を表す物理量を取得する取得部と、
   前記タービンの起動中に前記タービンの所定部分に生じる熱応力を予測し、前記熱応力を規定値以下に抑えつつ前記タービンの回転数および負荷の上昇過程を予測して計算により求められる前記タービンの起動中のイベントに要するイベント時間と、物理量と、の関係を示す第１情報を格納する第１格納部と、
   前記取得部により取得された前記物理量と、前記第１格納部に格納された前記第１情報とに基づいて、前記イベント時間を予測する予測部と、
   前記予測部により予測された前記イベント時間である予測イベント時間を出力する出力部と、
   前記タービンを実際に起動した際に取得された前記イベント時間である実機起動イベント時間と前記予測イベント時間との誤差が所定値より大きい場合は、前記イベント時間の計算に影響を与えるパラメータの値を調整し、調整されたパラメータを用いて計算により得られる計算イベント時間と前記実機起動イベント時間との誤差が前記所定値より小さくなった場合に、前記計算イベント時間と前記物理量との関係を示す新たな第１情報を導出して前記第１格納部に格納する導出部と、
   を備える発電計画支援装置。
2. 前記取得部は、前記物理量として、前記タービンの所定部分の温度を取得する、請求項１に記載の発電計画支援装置。
3. 前記取得部は、前記物理量として、前記タービンの外気温度を取得する、請求項１または２に記載の発電計画支援装置。
4. さらに、
   前記タービンが発電運転状態に到達する要求時刻を入力するための入力部と、
   前記物理量の変化過程を示す第２情報を格納する第２格納部とを備え、
   前記予測部は、前記入力部に入力された前記要求時刻と、前記取得部により取得された前記物理量と、前記第２格納部に格納された前記第２情報とに基づいて、前記要求時刻を満たす前記タービンの起動開始時刻を予測する、請求項１から３のいずれか１項に記載の発電計画支援装置。
5. さらに、
   前記イベント時間と前記物理量との関係を示し、前記第１情報と異なる第３情報を格納する第３格納部と、
   前記イベント時間を前記第１情報に基づいて予測するか前記第３情報に基づいて予測するかを選択するための選択部とを備え、
   前記予測部は、前記選択部により選択された情報に基づいて、前記タービンの前記イベント時間を予測する、請求項１から４のいずれか１項に記載の発電計画支援装置。
6. タービンの起動条件を表す物理量を取得部により取得し、
   前記タービンの起動中に前記タービンの所定部分に生じる熱応力を予測し、前記熱応力を規定値以下に抑えつつ前記タービンの回転数および負荷の上昇過程を予測して計算により求められる前記タービンの起動中のイベントに要するイベント時間と、物理量と、の関係を示す第１情報を第１格納部から読み出し、
   前記取得部により取得された前記物理量と、前記第１格納部から読み出された前記第１情報とに基づいて、前記イベント時間を予測部により予測し、
   前記予測部により予測された前記イベント時間である予測イベント時間を出力部から出力し、
   前記タービンを実際に起動した際に取得された前記イベント時間である実機起動イベント時間と前記予測イベント時間との誤差が所定値より大きい場合は、前記イベント時間の計算に影響を与えるパラメータの値を導出部により調整し、調整されたパラメータを用いて計算により得られる計算イベント時間と前記実機起動イベント時間との誤差が前記所定値より小さくなった場合に、前記計算イベント時間と前記物理量との関係を示す新たな第１情報を前記導出部により導出して前記第１格納部に格納する、
   ことを含む発電計画支援方法。

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