X(k)， w(k)， d.w(k)， u(k)， w(k + 1)， d.w(k + 1)
New ACORDコントローラ
予測計算
X(k + 1) = A(wk I r)X(k) + B(wk I r)u(k) + C(wk I r)d.w(k)
X(k +り，w(k+ 1).6w(k + 1)
オンライン最適化
Uopt(k + 1)
: (主制御装置)
HAC
、ーーーーーーーーーーーー‑、
且 「ーーーi rーーー可 ，
L‑r‑‑J L‑..r‑‑J I
Cnet (インフィネット〉
Symphony システム
lハーモニー コントロール ユニット
オンライン 最適化制御 コントローラ
予測モデルペース
汁ンライン愚適化制御システム
HAC:ハーモニー・エリア・コントローラ H 10 : 1¥ーモニー 1/0モジュール
ICI :インフィネット・コンビュータ・コントローラ
図6. 1 4 オンライン最適化制御系構成概念図と DCS実装構成図
第七章実測データによる本手法の有効性確認
火力発電用ボイラへの適用検討
ここではボイラシステムの動特性が有する非線形性を，外生変数依存型パラ メータからなる
ARX
モデルにて記述することの有効性を、実機同定試験時収 集データを用いて検証する。貫流ボイラでは、主蒸気温度は主として給水流量や燃料流量(すなわち水燃 比)により制御されており、微小な変動に対しては即効性のあるスプレー流量 により制御されている。
再熱蒸気温度は水燃比の影響を受けるが主としてガス再循環量により制御さ れている。 また特殊なボイラにおいてはパーナの角度(チルト角)を変える ことができ、火炉内のファイアボールの位置を変化させて火炉内の燃焼ガス温 度分布を変えることにより蒸気温度、再熱蒸気温度の制御量として利用する場 合もある。
こ こ で の 同 定 対 象 は 定 格 350MW の変圧運転貫流ボイラであり、 110MW， 330MW一定条件下での同定試験を行なった。 このときの励振源は下表に示 す m 系列信号を用いた。 また状態変数(主蒸気温度、再熱蒸気温度)の所要 の周波数帯域において有効な入力変数については，時系列解析にて得られたノ イズ寄与率を用いて選定した。
この結果
[入力]
FR :水燃比指令(給水流量と燃料流量の比率)
SP :
スプレー弁開度指令 BNT : パーナチノレト角指令 RGD : ガスダンパ開度指令[出力]
SHT :
主蒸気温度偏差RHT :
再熱蒸気温度偏差 として予測モデルの構造を検討した。67
‑ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ヘ
先ず、 110MW
，
330MW条件下の同定試験で収集したデータ(サンプリング周 期 20sec)を用いて得られたAR
モデル(ボイラシステム)の極を複素平面上 にプロットした結果を図7. 1に示す。 システムは高負荷帯の方が低負荷帯 に比較して早い挙動を示すことが明らかである。0.8ト一一一‑+一一一: 一一一」一一一一;一一一一i ふ
0.6 ト一一←_..._---~一一一一十一一一一;一" 一ー」一一‑Ja‑‑一一;一一一̲.j.一一一!一一一
0.4~一一ーーー，-一 I 0:
: ※
1一一一一一7一一一一ー「一一一一:一一.‑Oi一一一一;一一ー̲.̲+一一一一一一一
※
0.2ト一一一 一十一一一一十一一一 一十一一ー"一l.̲̲.̲..̲...... .‑.+‑‑.‑‑‑. ..‑.‑.4‑‑.‑...‑‑‑‑.‑1‑‑..‑‑. ....‑.‑.‑+‑‑..‑‑. ...‑‑.‑‑1
0 0ト一一 一十一一一 ÷対ー 。一米 十 ‑一‑千トト.う米挺将←‑一一一一一一‑J÷一一ι‑‑一一一‑一……‑……但…白一…ベ;ト一一噂一、 一̲̲J..̲̲一……‑一一"一一‑白米Fj
よ
ι;L一L‑o→咲κ一一一!
。
0ー0.2ト一一一ト一一一一;一一斗
*
ー0.4 i 一一十一一ーーー十一 一ー↓一一…O~-.- ‑.‑...‑. ....__~._ー一-一ー↓一一 一‑‑.4‑‑...‑.‑..‑.
() i
) 米 ;
ー0.6一一ーーー一一ー …ー一一ーー ...̲.̲̲.̲.̲̲....‑‑̲...̲←̲.‑一一ー→一一ーー十一一ーーー一̲J.̲一‑'‑0 ーーー一一;一一一一
ー0.8ト一一ー斗一一一一一:一一一一̲̲..i.̲一一ーよー
‑1 ・0.8 ‑0.6 ‑0.4 ・0.2
o
0.2 0.4 0.6 0.8図
7 . 1
ボイラシステムの極の負荷に対する依存性: 110MW 0: 330MW
いま、 110MWおよび 330MWでの同定試験データを用いて、下図に示すよ うに中心負荷帯 (4.6式参照)を 110MW，225MW， 330MWとした、 3次の外 生変数依存型ARXモデルをあてはめることにする。
ここでの検証のポイントは
‑線形性が成り立つ低負荷帯，高負荷帯での二種類の運転条件下のデータに 対して一つのモデルが構築できるか
‑低・高負荷帯で同定した各ARXモデノレ並みの同定精度が実現できるか ということである。
110MW，での同定試験時収集データを用いて，主蒸気温度、再熱蒸気温度、主 蒸気圧力について ARXモデルをあてはめたときの残差時系列、外生変数依存 型 ARXモデルをそれぞれあてはめたときの残差時系列を比較し、両者には殆 ど差がないことが確認できた(図 7. 2 (a)、図 7. 2 (b)、図 7. 2 (c) 。)
したがって、線形性が許容できる運転範囲では、提案モデノレは線形モデルの 性質と精度を有すること，また一つのモデルで低・高負荷帯での挙動が表現で きることが検証できた。 図7.3 (a)、図 7. 3 (b)、図 7.3 (c)は 330MW での同定試験時収集データによる解析結果であり、 110MWのときと同様の結 果を得た。 図7. 4，図 7. 5は、 110MW. 330MW負荷における同定試験 時の実測値と外生変数依存型 ARXモデルの予測値とを重ねて表示したもので ある。また図中には励振源である
MWD.SPD. RGD. FRD.BNT
のm系列信号 を併せて表示した。0.9 0.8
0.7
，‑... 0.6 口 2 0 5
0.4 0.3 0.2
0.1 0
100 150 200 250 300 350 400 M W D [MW)
外生変数依存型ARXモデノレの基底関数の例
ST MWD*=110[MW]
545 540
F z o
q v
に
J v
o
530 0 100 200 300 400 500 600 700
ST
R e s i d u a l / Exp‑ARX
u
。
100 200 300 400 500 600 700 STR e s i d u a l / ARX
に
コ O
~Il~州~~\~ffNi{1州ldjj州
。
100 200 300 400 500 600 700図