JP2001309559A

JP2001309559A - エネルギー設備運用計画装置

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Publication number: JP2001309559A
Application number: JP2000120572A
Authority: JP
Inventors: Akimoto Kamiya; 昭基神谷; Takenori Kobayashi; 武則小林; Yasuo Takagi; 康夫高木; Midori Otsuki; みどり大槻
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】熱、電力のエネルギー需要を充足しながら、
熱発生費用、電力発生費用、送電費用が最小となるよう
に、エネルギー発生設備のエネルギー発生目標値と送電
目標値とを決定すること。【解決手段】エネルギー設備運用計画装置１は電力需
要を入力する需要入力手段２と、エネルギー発生設備の
エネルギー発生に伴うエネルギー発生単価パラメータを
記憶する記憶手段８と、エネルギー需要サイトへの送電
に伴う送電単価パラメータを記憶する記憶手段９と、電
力需要、エネルギー発生単価パラメータ、送電単価パラ
メータに基づいてエネルギー発生費用および送電費用が
最小となるように、エネルギー発生設備のエネルギー発
生目標値と送電目標値とを決定する目標値決定手段７と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱および電力需要を
充足しながら、エネルギー発生費用および送電費用を最
小に保持してエネルギー発生設備の運転計画ならびに送
電計画を果たすことを可能にしたエネルギー設備運用計
画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電設備の経済的な運用を果たすために
発電設備運用計画装置が利用されている。これは発電設
備の発電出力および発電単価から決まる発電費用が最小
となるように、発電設備の最適な発電目標値を決定する
ことが可能で、代表的な例は次のような手段で構成され
ている。すなわち、図１１に示すように、従来の発電設
備運用計画装置１は需要入力手段２、目標値決定手段
３、送電損失パラメータ記憶手段４、発電単価パラメー
タ記憶手段５からなる。

【０００３】ここで、電力を供給する発電設備の合計台
数をｎ台とすると、目標値決定手段３は需要入力手段２
から入力される電力需要５１、送電損失パラメータ記憶
手段４に記憶される送電損失パラメータ５２、発電単価
パラメータ記憶手段５に記憶される発電単価パラメータ
５３に基づいて需要を充足しながら、発電費用が最小と
なるように、発電設備の発電目標値について、たとえ
ば、式１により定義される最適化問題を解くことにより
決定する。

【０００４】

【数１】

【０００５】ここで、式１は目標値決定手段３に予め記
憶される目的関数（式ｌａ）および制約条件（式ｌｂ）
である。Ｆは合計費用、Ｆ₁…Ｆ_nはｎ台の発電設備のそ
れぞれの発電費用、式ｌｂｌ〜式ｌｂ２はｎ台の発電設
備のそれぞれの発電単価（主として発電燃料費用）に関
する制約条件、パラメータａ₁，ｂ₁，ｃ₁…ａ_n，ｂ_n，
ｃ_nは発電単価パラメータ記憶手段５に記憶されるｎ台
の発電設備のそれぞれの発電単価パラメータ５３、Ｐ₁
…Ｐ_nはｎ台の発電設備のそれぞれの発電目標値５４、
式ｌｂ３は供給需要バランスに関する制約条件、ＰＬは
送電損失、ＰＲは需要入力手段２から入力される電力需
要５１、式ｌｂ４は送電損失に関する制約条件、Ｂ_kjは
送電損失パラメータ記憶手段４に記憶される送電損失パ
ラメータ５２、式ｌｂ５は潮流電力に関する制約条件、
βは最大潮流電力、式ｌｂ６〜式ｌｂ７は発電設備の最
大出力および最小出力に関する制約条件で、Ｐｍｉｎ₁
…Ｐｍｉｎ_nおよびＰｍａｘ₁…Ｐｍａｘ_nはそれぞれｎ
台の発電設備の最小出力および最大出力である。

【０００６】目標値決定手段３は式ｌｂｌ〜式ｌｂ７の
制約条件を満足しながら、式ｌａの合計費用Ｆが最小と
なるように、ｎ台の発電設備のそれぞれの発電目標値５
４、すなわちＰ₁…Ｐ_nを決定する。このような最適化問
題を決定する手段として、たとえば、ＮＵＯＰＴ−モデ
リング言語が用いられている。

【０００７】たとえば、５台の発電設備における発電目
標値５４の算出例を示すと次のようになる。図１２にお
いて、電力システムは発電設備２１、送電設備２２、電
力需要サイト２３からなる。ここで、５台の発電設備２
１のそれぞれの発電目標値５４をＰ₁…Ｐ₅とし、送電設
備２２においてノードＡ２４ａからノードＢ２４ｂへ流
れる潮流電力５５をＰＮ_AB、ノードＡ２４ａからノード
Ｃ２４ｃへ流れる潮流電力５５をＰＮ_AC、ノードＢ２４
ｂからノードＣ２４ｃへ流れる潮流電力５５をＰＮ_BCと
すると、式ｌｂ５に対応する潮流制約条件は以下の式
（式ｌｂ５−１〜式ｌｂ５−５）により与えられる。

【０００８】Ｐ₁＋Ｐ₂＝ＰＮ_AB＋ＰＮ_AC （1b5-1）Ｐ₃＋Ｐ₄＋Ｐ₅＝ＰＮ_BC−ＰＮ_AB （1b5-2）｜ＰＡＢ｜≦β_AB （1b5-3）｜ＰＢＣ｜≦β_BC （1b5-4）｜ＰＡＣ｜≦β_AC （1b5-5）

【０００９】ここで、β_AB、β_BC、β_ACは最大潮流電力
である。

【００１０】上記電力システムにおける発電目標値５４
については目標値決定手段３がｎ＝５とし、式ｌａ、式
ｌｂｌ〜式ｌｂ４、式ｌｂ５−１〜式ｌｂ５−５、式ｌ
ｂ６〜式ｌｂ７により表現される最適化問題を解くこと
により最適な発電目標値Ｐ₁…Ｐ₅を決定することができ
る。

【００１１】なお、図１１の目標値出力手段６は目標値
決定手段３で得た発電目標値５４を発電設備２１の運用
計画を果たすために利用者に出力する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、電力を送るた
めには送電設備の電気抵抗に伴われる送電損失のための
送電損失費用以外に、送電設備の建設費用および維持費
用、電力周波数制御のための運用費用などの費用が必要
となる。通常、送電電力に応じた送電費用が必要とされ
ることから、使用者が最も望むことは発電費用および送
電費用が最小となることである。また、発電費用および
送電費用が最小となるように、発電設備の発電目標値を
決定することが可能であれば、発電設備および送電設備
全体についてより効率のよい運用が期待できることにな
る。

【００１３】しかしながら、従来の発電設備運用計画装
置においては発電設備の発電出力および発電単価に基づ
いて決定した発電費用が最小となるように、発電設備の
最適な発電目標値を決定しているので、発電費用および
送電費用の合計が最小となるように、発電設備の発電目
標値を決定することができない。

【００１４】一方、従来の発電設備運用計画装置による
発電目標値の決定では送電損失を制約条件としている
（式ｌｂ３および式ｌｂ４）。しかし、この送電損失は
送電設備の電流抵抗によるもので、送電設備の建設費用
および維持費用、電力周波数制御のための運用費用など
の費用を含まないので、発電費用および送電費用が最小
となるように、発電設備の発電目標値を決定することが
できない。

【００１５】本発明の目的は熱および電力のエネルギー
需要を充足しながら、熱発生費用、電力発生費用、送電
費用が最小となるように、エネルギー発生設備のエネル
ギー発生目標値と送電目標値とを決定することのできる
エネルギー設備運用計画装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明はエネルギー需要
サイトの要求に基づいて必要とする電力需要を入力する
需要入力手段と、エネルギー発生設備での電力発生に伴
うエネルギー発生単価パラメータを記憶する第１の記憶
手段と、エネルギー発生設備からエネルギー需要サイト
への送電に伴う送電単価パラメータを記憶する第２の記
憶手段と、それぞれ与えられる電力需要、エネルギー発
生単価パラメータ、送電単価パラメータに基づいてエネ
ルギー発生費用および送電費用が最小となるように、エ
ネルギー発生設備のエネルギー発生目標値と送電目標値
とを決定する目標値決定手段とを備えるものである。

【００１７】上記構成からなるエネルギー設備運用計画
装置においては電力需要を充足しながら、電力発生費用
ならびに送電費用が最小となるようなエネルギー発生設
備の運転計画ならびに送電計画を果たすことができる。

【００１８】さらに、本発明は、望ましくは、目標値決
定手段にエネルギー需要サイトが必要とする熱需要を入
力し、電力需要に熱需要を加えて、エネルギー発生設備
のエネルギー発生目標値と送電目標値とを決定するよう
にする。

【００１９】上記構成からなるエネルギー設備運用計画
装置においては熱および電力需要を充足しながら、熱お
よび電力発生費用ならびに送電費用が最小となるような
エネルギー発生設備の運転計画ならびに送電計画を果た
すことができる。

【００２０】また、本発明は、望ましくは、さらに潮流
電力パラメータを入力する入力手段を備え、目標値決定
手段に潮流電力パラメータを入力し、潮流電力の制約を
満たしながら、エネルギー発生設備のエネルギー発生目
標値と送電目標値とを決定するようにする。

【００２１】上記構成からなるエネルギー設備運用計画
装置においては潮流電力の制約、熱および電力需要を充
足しながら、熱および電力発生費用ならびに送電費用が
最小となるようなエネルギー発生設備の運転計画ならび
に送電計画を果たすことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１
において、エネルギー設備運用計画装置１は需要入力手
段２、目標値決定手段７、エネルギー発生単価パラメー
タ記憶手段８、送電単価パラメータ記憶手段９から構成
されている。目標値決定手段７は、さらに決定手段処理
部１０と決定手段記憶部１１とを備えている。

【００２３】また、決定手段処理部１０は決定手段記憶
部１１から決定手段モデル式５６、需要入力手段２から
エネルギー需要５７、エネルギー発生単価パラメータ記
憶手段８からエネルギー発生単価パラメータ５８、送電
単価パラメータ記憶手段９から送電単価パラメータ５９
を入力し、目標値出力手段６にエネルギー発生目標値６
０を出力する。

【００２４】また、エネルギー発生単価パラメータ記憶
手段８の構成を図２に示している。エネルギー発生単価
パラメータ記憶手段８はエネルギー発生設備識別部１
２、エネルギー発生単価パラメータ記憶部１３から構成
されている。

【００２５】さらに、送電単価パラメータ記憶手段９の
構成を図３に示している。送電単価パラメータ記憶手段
９はエネルギー発生設備識別部１２、電力需要サイト識
別部１４、送電単価パラメータ記憶部１５から構成され
ている。

【００２６】次に、本実施の形態の作用を説明する。以
下は、送電設備２２を流れる潮流電力５５（図１２参
照）の制約がないものとして説明する。目標値決定手段
７の決定手段処理部１０は次の式２により定義される最
適問題を解くことによりエネルギー需要５７を満足しな
がら、エネルギー発生単価パラメータ５８、送電単価パ
ラメータ５９に基づいてエネルギー発生費用および送電
費用が最小となるように、エネルギー発生設備のエネル
ギー発生目標値６０と送電目標値６１とを決定する。

【００２７】

【数２】

【００２８】本実施の形態ではエネルギー発生設備は発
電設備のみによって構成され、ここでの説明では発電と
はエネルギー発生、電力需要とはエネルギー需要を表し
ている。ここで、Ｃは合計費用、ＣＦ^P _h；ｈ＝１…ｍは
発電設備ｈの発電費用、ＣＤ ^P _hk，ｈ＝１…ｍ；ｋ＝１
…ｓは発電設備ｈから電力需要サイトｋへの送電費用、
添字ｈ，ｋはそれぞれ発電設備ｈ、電力需要サイトｋ、
ｍは発電設備の合計台数、ｓは電力需要サイト数、
ａ^P _h，ｂ^P _h，ｃ^P _h，ｈ＝１…ｍの発電設備ｈに対応する
エネルギー発生単価パラメータ、ａ^P _hk，ｂ^P _hk，
ｃ^P _hk，ｈ＝１…ｍ；ｋ；１…ｓは発電設備ｈから電力
需要サイトｋへ送電するための送電単価パラメータ、Ｐ
^P _h，ｈ＝１…ｍは発電設備ｈの発電目標値、ＰＤ^P _hk，
ｈ＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓは発電設備ｈから電力需要サイ
トｋへの送電量、ＰＲ_k，ｋ＝１…ｓは電力需要サイト
ｋの電力需要量を表す。

【００２９】式２ａと式２ｂはそれぞれ目的関数と制約
条件を表す決定手段モデル式５６であり、目標値決定手
段７の決定手段記憶部１１に記憶される。発電単価パラ
メータａ^P _h,ｂ^P _h,ｃ^P _h，ｈ＝１…ｍの値は発電設備に対
応してエネルギー発生単価パラメータ記憶手段８に記憶
され、送電単価パラメータａ^P _hk,ｂ^P _hk,ｃ^P _hk,ｈ＝１…
ｍ；ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓの値はそれぞれのネルギー
発生設備と電力需要サイトに対応して送電単価パラメー
タ記憶手段９に記憶される。

【００３０】目的関数（式２ａ）は発電設備に必要な発
電費用と送電費用との合計を表す。式２ｂｌは発電設備
ｈの発電単価（主として発電燃料費用）に関する制約条
件、式２ｂ２は発電設備ｈから電力需要サイトｋへの送
電単価に関する制約条件、式２ｂ３と式２ｂ４は発電と
電力需要バランスに関する制約件、式２ｂ５は発電設備
の最大発電出力と最小発電出力に関する制約条件を表
す。

【００３１】需要入力手段２は、たとえば、ＣＲＴモニ
タおよびキーボードにより構成される。利用者は需要入
力手段２を使用して式２ｂ５に対応する電力需要Ｐ
Ｒ_k，ｋ＝１…ｓの値を入力する。需要入力手段２から
入力されるエネルギー需要５７の値は決定手段処理部１
０に出力される。

【００３２】式２ｂ５に対応する発電設備の最大発電出
力Ｐ^Pｍａｘ_hと最小発電出力Ｐ^Pｍｉｎ_hの値はモデル決
定手段モデル式（式２）の一部として、目標値決定手段
７の決定手段記憶部１１に記憶される。

【００３３】目標値決定手段７の決定手段処理部１０は
式２ｂの制約条件を満足しながら、式２ａの合計費用Ｃ
が最小となるように、電力需要ＰＲ_k,ｋ＝１…ｓ、発電
設備の最小出力Ｐ^Pｍｉｎ_h，ｈ＝１…ｍ、発電設備の最
大出力Ｐ^Pｍａｘ_h，ｈ＝１…ｍ、発電単価パラメータａ
^P _h,ｂ^P _h,ｃ^P _h，ｈ＝１…ｍ、送電単価パラメータａ^P _h _k,
ｂ^P _hk,ｃ^P _hk,ｈ＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓを定数として、発
電目標値Ｐ^P _h，ｈ＝１…ｍと送電目標値ＰＤ^P _hk，ｈ＝
１…ｍ；ｋ＝１…ｓとを決定する。このような最適化問
題を決定する手段として、たとえばＮＵＯＰＴ−モデリ
ング言語を用いることが可能である。

【００３４】電力システムが、たとえば５台の発電設備
からなるもの（図１２参照）においては発電設備台数ｍ
＝５、電力需要サイト数ｓ＝１とし、発電費用および送
電費用が最小となるように、５台の発電設備の発電目標
値Ｐ^P _h，ｈ＝１…ｍおよび各発電設備１…５から電力需
要サイトへのそれぞれの送電目標値ＰＤ^P _hk，ｈ＝１…
５；ｋ＝１を決定することができる。このようにして得
たエネルギー発生目標値６０および送電目標値６１とは
目標値決定手段７から目標値出力手段６に出力される。

【００３５】なお、送電単価パラメータ記憶手段８に記
憶される送電単価パラメータａ^P _hk,ｂ^P _hk,ｃ^P _hk,ｈ＝１
…ｍ；ｋ＝１…ｓは定数であるが、たとえば、ある発電
設備ｈの送電単価パラメータａ^P _hk,ｂ^P _hk,ｃ^P _hk,ｋ＝１
…ｓを０に設定し、すなわちａ^P _hk＝０，ｂ^P _hk＝０，ｃ
^P _hk＝０；ｋ＝１…ｓとすると、このような設定によ
り、本実施の形態においては送電費用を必要としない発
電設備と、送電費用を必要とする発電設備とを組み合わ
せて発電費用および送電費用が最小となるように、発電
設備の運転計画ならびに送電計画を決定することができ
る。

【００３６】本実施の形態によれば、電力需要を充足し
ながら、電力発生費用および送電費用が最小となるよう
な発電目標値と送電目標値とを得ることができ、これに
基づいて発電設備の運転計画ならびに送電計画を果たす
ことが可能になる。

【００３７】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態について図４、図５および図６を参照して説明す
る。エネルギー設備運用計画装置１は第１の実施の形態
と同一の構成からなる。本実施の形態のエネルギー発生
設備は電力だけを発生する発電設備、熱および電力を同
時に発生する熱電力発生設備、または熱だけを発生する
熱発生設備の組み合せにより構成される。

【００３８】図４に第２の実施の形態を適用した電力シ
ステムの構成を示している。第１エネルギー供給サイト
２５のエネルギー発生設備２６は１台の熱発生設備２
７、１台の熱電力発生設備２８、２台の発電設備２９，
３０から構成され、第２エネルギー供給サイト３１のエ
ネルギー発生設備３２は２台の熱発生設備３３，３４、
２台の熱電力発生設備３５，３６、１台の発電設備３７
から構成されている。

【００３９】また、第１エネルギー供給サイト２５で発
生した熱は熱需要サイト３８に、第２エネルギー供給サ
イト３１で発生した熱は熱需要サイト３９にそれぞれ供
給される。第１エネルギー供給サイト２５および第２エ
ネルギー供給サイト３１で発生した電力は送電設備２２
を経由して電力需要サイト２３に供給されるようになっ
ている。

【００４０】本実施の形態のエネルギー発生単価パラメ
ータ記憶手段８の構成を図５に示している。エネルギー
発生単価パラメータ記憶手段８はエネルギー発生設備識
別部１２、エネルギー発生単価パラメータ記憶部１３か
ら構成されている。また、送電単価パラメータ記憶手段
９の構成を図６に示している。送電単価パラメータ記憶
手段９はエネルギー発生設備識別部１２、電力需要サイ
ト識別部１４、送電単価パラメータ記憶部１５から構成
されている。

【００４１】また、図５に示すエネルギー発生単価パラ
メータ記憶手段８はｍ台の発電設備、ｎ台の熱電力発生
設備、ｒ台の熱発生設備に対応したエネルギー発生単価
パラメータを記憶しているが、図４に示される電力シス
テムに適用すると、発電設備台数ｍ＝３（符号２９，３
０，３７）、熱電力発生設備台数ｎ＝３（符号２８，３
５，３６）、熱発生設備台数ｒ＝３（２７，３３，３
４）となる。

【００４２】さらに、図６に示す送電単価パラメータ記
憶手段９はｍ台の発電設備、ｎ台の熱電力発生設備、ｓ
の電力需要サイトに対応した送電単価パラメータを記憶
しているが、図４に示される電力システムに適用する
と、発電設備台数ｍ＝３（符号２９，３０，３７）、熱
電力発生設備台数ｎ＝３（符号２８，３５，３６）、電
力需要サイト数ｓ＝１（符号２３）となる。

【００４３】次に、本実施の形態の作用を説明する。以
下は、送電設備２２を流れる潮流電力５５の制約がない
ものとして説明する。目標値決定手段７の決定手段処理
部１０は次の式３により定義される最適問題を解くこと
で、エネルギー需要５７を充足しながら、エネルギー発
生単価パラメータ５８および送電単価パラメータ５９に
基づいて決定されるエネルギー発生費用および送電費用
が最小となるように、エネルギー発生設備のエネルギー
発生目標値６０と送電目標値６１とを決定する。

【００４４】

【数３】

【００４５】ここで、Ｃは合計費用、ＣＦ^P _h；ｈ＝１…
ｍは発電設備ｈの発電費用、ＣＦ^C _i；ｉ＝１…ｎは熱電
力発生設備ｉの電力発生費用、ＣＦ^H _j；ｊ＝１…ｒは熱
電力発生設備ｊの熱発生費用、ＣＤ^P _hk，ｈ＝１…ｍ；
ｋ＝１…ｓは発電設備ｈから電力需要サイトｋへの送電
費用、ＣＤ^C _ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓは熱電力発生
設備ｉから電力需要サイトｋへの送電費用、添字ｈ，
ｉ，ｊ，ｋ，ｇはそれぞれ発電設備ｈ、熱電力発生設備
ｉ、熱発生設備ｊ、電力需要サイトｋ、熱需要サイト
ｇ、ｍは発電設備の合計台数、ｎは熱電力発生設備の合
計台数、ｒは熱発生設備の合計台数、ｓは電力需要サイ
ト数、ｔは熱需要サイト数、ａ^P _h，ｂ^P _h，ｃ ^P _h，ｈ＝１
…ｍは発電設備ｈに対応するエネルギー発生単価パラメ
ータ、ａ^CP _i，ｂ^CP _i，ｃ^CP _i，ａ^CH _i，ｂ^CH _i，ｃ^CH _i，ａ
^P ^γ _i，ｂ^P ^γ _i，ｃ^P ^γ _i，ｉ＝１…ｎは熱電力発生設備ｉ
に対応するエネルギー発生単価パラメータ、ａ^H _j，
ｂ^H _j，ｃ ^H _j，ｊ＝１…ｒは熱発生設備ｊに対応するエネ
ルギー発生単価パラメータ、ａ^P _h _k，ｂ^P _hk，ｃ^P _hk，ｈ
＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓは発電設備ｈから電力需要サイト
ｋへ送電するための送電単価パラメータ、ａ^C _ik，
ｂ^C _ik，ｃ^C _ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓは熱電力発生設
備ｉから電力需要サイトｋへ送電するための送電単価パ
ラメータ、Ｐ^P _h，ｈ＝１…ｍは発電設備ｈの発電目標
値、Ｐ^C _i，ｉ＝１…ｎは熱電力発生設備ｉの発電目標
値、Ｈ^C _i，ｉ＝１…ｎは熱電力発生設備ｉの発生熱
量、γ_i，ｉ＝１…ｎは熱電力発生設備ｉの発電比率、
α_i，ｉ＝１…ｎは熱電力発生設備ｉの発生熱比率、Ｈ^H
_j，ｊ＝１…ｒは熱発生設備ｊの発生熱量、ＰＤ^P _hk，
ｈ＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓは発電設備ｈから電力需要サイ
トｋへの送電量、ＰＤ^C _ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓは
熱電力発生設備ｉから電力需要サイトｋへの送電量、Ｐ
Ｒ_k，ｋ＝１…ｓは電力需要サイトｋの電力需要量、Ｈ
Ｒ_g，ｇ＝１…ｔは熱需要サイトｇの熱需要量を表す。

【００４６】式３ａと式３ｂはそれぞれ目的関数と制約
条件を表す決定手段モデル式５６であり、目標値決定手
段７の決定手段記憶部１１に記憶される。エネルギー発
生単価パラメータａ^P _h，ｂ^P _h，ｃ^P _h，ａ^CP _i，ｂ^CP _i，ｃ
^CP _i，ａ^CH _i，ｂ^CH _i，ｃ^CH _i，ａ^P ^γ _i，ｂ^P ^γ _i，ｃ^P ^γ _i，
ａ^H _j，ｂ^H _j，ｃ^H _j，ｈ＝１…ｍ；ｉ＝１…ｎ；ｊ＝１…
ｒの値はそれぞれのエネルギー発生設備に対応してエネ
ルギー発生単価パラメータ記憶手段８に記憶され、送電
単価パラメータａ^P _hk，ｂ^P _hk，ｃ^P _hk，ａ^C _ik，ｂ^C _ik，
ｃ^C _ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓ；ｈ＝１…ｍ；ｉ＝１
…ｎ；ｋ＝１…ｓの値はそれぞれのエネルギー発生設備
と電力需要サイトに対応して送電単価パラメータ記憶手
段９に記憶される。

【００４７】目的関数（式２ａ）は発電設備、熱電力発
生設備、熱発生設備から構成されるエネルギー発生設備
に必要なエネルギー発生合計費用および送電合計費用を
表す。式３ｂｌは発電設備ｈの発電単価（主として発電
燃料費用）に関する制約条件、式３ｂ２と式３ｂ３は熱
電力発生単価に関する制約を表す。

【００４８】熱電力発生単価に関する制約式３ｂ２と式
３ｂ３（燃料費用関数）の考え方について説明する。一
般に、熱電力発生設備において、電力発生比率をα、熱
発生比率をγとし、燃料をＣＦ^Cとすると、熱電力発生
設備の発生電力Ｐ^Cと発生熱Ｈ ^Cは以下の式により近似で
きる。

【００４９】Ｐ^C＝（ａ^CP'＋ｂ^CP'×ＣＦ^C＋ｃ^CP'×ＣＦ^C2×α）（4a）Ｈ^C＝（ａ^CH'＋ｂ^CH'×ＣＦ^C＋ｃ^CH'×ＣＦ^C2×γ）（4b）

【００５０】ここで、熱電力発生設備の熱電力発生総合
効率の値は全比率（１≦α≦１、１≦γ≦１）にわたっ
て一定であれば、α＝１−γとなる。しかし、一般に、
熱電力発生設備は熱電力発生総合効率がある最適な比率
（たとえばα＝α^*、γ＝γ^*）において最高の熱電力発
生総合効率が得られるが、それ以外の比率ではその熱電
力発生総合効率が最高の熱電力発生総合効率よりも低く
なるので、αとγは以下の式で表される。

【００５１】 γ＝１−α、ただしα＝α^*（γ＝γ^*）（5a） γ＜１−α、ただしα≠α^*（γ≠γ^*）（5b）

【００５２】ここで、図７に示されるように、式５より
γをαの２次関数で近似し、式４よりＣＦ^Cを（Ｐ^C／
α）と（Ｈ^C／γ）の２次関数で近似すると、式３ｂ２
および式３ｂ３が得られる。

【００５３】式３ｂ４は熱発生設備ｊの熱発生単価（主
として燃料費用）に関する制約条件、式３ｂ５は発電設
備ｈから電力需要サイトｋへの送電単価に関する制約条
件、式３ｂ６は熱電力発生設備ｉから電力需要サイトｋ
への送電単価に関する制約条件、式３ｂ７、式３ｂ８、
式３ｂ９は発電と電力需要バランスに関する制約条件、
式３ｂ１０は熱発生と熱需要バランスに関する制約条
件、式３ｂｌｌは発電設備ｈの最大発電出力と最小発電
出力に関する制約条件、式３ｂ１２は熱電力発生設備ｉ
の最大発電出力と最小発電出力に関する制約条件、式３
ｂ１３は熱電力発生設備ｉの最大発生熱と最小発生熱に
関する制約条件、式３ｂ１４は熱電力発生設備ｉの最大
発電比率と最小発電比率に関する制約条件、式３ｂ１５
は熱電力発生設備ｉの最大発生熱比率と最小発生熱比率
に関する制約条件、式３ｂ１６は熱発生設備ｊの最大発
生熱と最小発生熱に関する制約条件を表す。

【００５４】需要入力手段２は、たとえば、ＣＲＴモニ
タおよびキーボードにより構成される。利用者は需要入
力手段２を使用して式３ｂ９と式３ｂ１０に対応する電
力需要ＰＲ_k，ｋ＝１…ｓの値と熱需要ＨＲ_g，ｇ＝１…
ｔを入力する。需要入力手段２から入力されるエネルギ
ー需要５７の値、すなわち電力需要ＰＲ_k，ｋ＝１…ｓ
の値と熱需要ＨＲ_g，ｇ＝１…ｔの値は決定手段処理部
１０に出力される。

【００５５】式３ｂｌｌに対応する発電設備の最大発電
出力Ｐ^Pｍａｘ_hと最小発電出力Ｐ^Pｍｉｎ_hの値、式３ｂ
１２〜式３ｂ１５に対応する熱電力発生設備の最大発電
出力Ｐ^Cｍａｘ_i、最小発電出力Ｐ^Cｍｉｎ_i最大発生熱Ｈ
^Cｍａｘ_i、最小発電出力Ｈ ^Cｍｉｎ_i 、最大発電比率α
ｍａｘ_i、最小発電比率αｍｉｎ_i、最大発生熱比率γｍ
ａｘ_iと最小発生熱比率γｍｉｎ_i、および式３ｂ１６に
対応する熱発生設備の最大発生熱Ｈ^Hｍａｘ_jと最小発生
熱Ｈ^Hｍｉｎ_jはモデル決定手段モデル式（式３）の一部
として、目標値決定手段７の決定手段記憶部１１に記憶
される。

【００５６】目標値決定手段７は式３ｂの制約条件を満
足しながら、式３ａの合計費用Ｃが最小となるように、
エネルギー需要５７、すなわち電力需要ＰＲ_k，ｋ＝１
…ｓと熱需要ＨＲ_g，ｇ＝１…ｔ、発電設備の最大発電
出力Ｐ^Pｍａｘ_hと最小発電出力Ｐ^Pｍｉｎ_h，ｈ＝１…
ｍ、熱電力発生設備の最大発電出力Ｐ^Cｍａｘ_i、最小発
電出力Ｐ^Cｍｉｎ_i、最大発生熱Ｈ^Cｍａｘ_i、最小発電出
力Ｈ^Cｍｉｎ_i、最大発電比率αｍａｘ_i、最小発電比率
αｍｉｎ_i、最大発生熱比率γｍａｘ_iと最小発生熱比率
γｍｉｎ_i,ｉ＝１…ｎ、熱発生設備の最大発生熱Ｈ^Hｍ
ａｘ_jと最小発生熱Ｈ^Hｍｉｎ_j，ｊ＝１…ｒ、エネルギ
ー発生単価パラメータ５８（ａ^P _h，ｂ^P _h，ｃ ^P _h，ｈ＝１
…ｍ、ａ^CP _i，ｂ^CP _i，ｃ^CP _i；ａ^CH _i，ｂ^CH _i，ｃ^CH _i，ａ
^P ^γ _i，ｂ^P ^γ _i，ｃ^P ^γ _i，ｉ＝１…ｎ、ａ^H _j，ｂ^H _j，
ｃ^H _j，ｊ＝１…ｒ）、送電単価パラメータ５９
（ａ^P _hk，ｂ^P _hk，ｃ^P _hk，ｈ＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓ、ａ^C
_ik，ｂ^C _ik，ｃ^C _ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓ；）を定数
として、エネルギー発生目標値６０（Ｐ^P _h，ｈ＝１…
ｍ、Ｐ^C _i，ｉ＝１…ｎ、Ｈ^C _i，ｉ＝１…ｎ）および送電
目標値６１（ＰＤ^P _hk，ｈ＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓ、ＰＤ^C
_ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓ）、さらには熱電力発電比
率γ_i, ｉ＝１…ｎおよび発生熱比率α_i, ｉ＝１…ｎを
決定する。

【００５７】図４に示される電力システムにおいて、エ
ネルギー発生設備２６，３２の台数に関して、発電設備
２９，３０，３７の台数ｍ＝５、熱電力発生設備２８，
３５，３６の台数ｎ＝３、熱発生設備２７，３３，３４
の台数ｒ＝３、およびエネルギー需要サイト数に関して
電力需要サイト２３の数ｓ＝１、熱需要サイト３８，３
９の数ｔ＝２とし、エネルギー発生費用および送電費用
が最小となるように、エネルギー発生目標値６０とし
て、３台の発電設備の発電目標値５４（Ｐ^P _h，ｈ＝１…
３）、３台の熱電力発生設備の発電目標値５４（Ｐ^C _i，
ｉ＝１…３）、熱発生目標値６２（Ｈ^C _i，ｉ＝１…
３）、３台の熱発生設備の熱発生目標値６２（Ｈ^H _i，ｉ
＝１…３）に基づいて発電設備２９，３０，３７と熱電
力発生設備２８，３５，３６から電力需要サイト２３へ
のそれぞれの送電目標値６１（ＰＤ^P _hk，ｈ＝１…３；
ｋ＝１、ＰＤ^C _ik，ｉ＝１…３；ｋ＝１）を決定するこ
とができる。

【００５８】なお、送電単価パラメータ記憶手段９に記
憶される送電単価パラメータａ^P _hk，ｂ^P _hk，ｃ^P _hk，ｈ
＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓ、ａ^C _ik，ｂ^C _ik，ｃ^C _ik，ｉ＝１
…ｎ；ｋ＝１…ｓは定数であるが、たとえば、ある発電
設備ｈの送電単価パラメータａ^P _hk，ｂ^P _hk，ｃ^P _hk，ｋ
＝１…ｓまたは熱電力発生設備ｉの送電単価パラメー
タａ^C _ik，ｂ^C _ik，ｃ^C _ik，ｋ＝１…ｓを０に設定し、す
なわち、ａ^P _hk＝ｂ^P _hk＝ｃ^P _hk＝ａ^C _ik＝ｂ^C _ik＝ｃ
^C _ik０；ｋ＝１…ｓとすると、このような設定により、
本実施の形態においては送電費用を必要としない発電設
備まはた熱電力発生設備と、送電費用を必要とする発電
設備または熱電力発生設備とを組み合わせて発電費用お
よび送電費用が最小となるように、発電設備または熱電
力発生設備の発電目標値を決定することができる。

【００５９】本実施の形態によれば、熱および電力需要
を充足しながら、熱および電力発生費用ならびに送電費
用が最小となるような熱および発電目標値ならびに送電
目標値を得ることができ、これに基づいてエネルギー発
生設備の運転計画ならびに送電計画を果たすことが可能
になる。

【００６０】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態について図８、図９および図１０を参照して説明
する。図８において、本実施の形態は、上述した第１の
実施の形態の構成に加えて、潮流電力パラメータ入力手
段１６を備えている。潮流電力パラメータ入力手段１６
は潮流電力パラメータ計算手段１７により計算される潮
流電力パラメータ６４を入力し、目標値決定手段７の決
定手段処理部１０に出力する。

【００６１】潮流電力パラメータ入力手段１６から入力
される潮流電力パラメータ６４の構成を図９に示してい
る。潮流電力パラメータ６４は第１系統識別部１８、第
２系統識別部１９、潮流パラメータ部２０から構成され
ている。

【００６２】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。目標値決定手段７の決定手段処理部１０は次の式６
により定義される最適問題を解くことによりエネルギー
需要５７および潮流電力パラメータ６４により決定され
る潮流電力の制約を満足しながら、エネルギー発生単価
パラメータ５８および送電単価パラメータ５９に基づい
て決定されるエネルギー発生費用および送電費用が最小
となるように、エネルギー発生設備のエネルギー発生目
標値６０と送電目標値６１とを決定する。

【００６３】

【数４】

【００６４】式６ａと式６ｂはそれぞれ第２の実施の形
態の式３ａ（目的関数）と式３ｂ（制約条件）に対応す
る決定手段モデル式５６であり、目標値決定手段７の決
定手段記憶部１１に記憶される。式６ａと式６ｂｌ〜式
６ｂ１６は第２の実施の形態の式３ａと式３ｂｌ〜式３
ｂ１６に対応するが、ここでは、本実施の形態に追加さ
れた潮流電力に関する制約条件（式６ｂ１７〜式６ｂｌ
９）について説明する。

【００６５】ここで、潮流電力制約に関するノードの数
をｕとする。式６ｂ１７の左辺の第１項はノードｅ，ｅ
＝１，…，ｕに属する発電設備ｈの発電目標値Ｐ^P _h（ｈ
εノードｅ）、熱電力発生設備ｉの発電目標値（ｉεノ
ードｅ）、電力需要サイトｋの電力需要ＰＲ_k（ｋεノ
ードｅ）の合計電力である。式６ｂ１７の左辺の第２項
はノードｅからノードｅと隣接するすべてのノードｆ，
ｆ＝１，…，ｕへ流れる潮流電力ＰＮ_efの合計である。
ノードｅとノードｆが隣接することはノードｅとノード
ｆとの間にノードがなく、直接送電が行われることを意
味する。式６ｂ１７は任意のノード（ｅ＝１…ｕ）にお
ける電力の流出と流入の総和が０であるという物理的な
制約条件を表す。

【００６６】式６ｂ１８は電力向きを表し、式６ｂｌ９
は潮流電力の制約条件を表す。式６ｂｌ９のβ_efｅ，ｆ
＝１…ｕは潮流電力パラメータ６４である。潮流電力パ
ラメータ６４（β_efｅ，ｆ＝１…ｕ）は潮流電力パラメ
ータ計算手段１７により計算され、潮流電力パラメータ
入力手段１６に入力され、図９に示されるように、各隣
接ノードに対応している。図９において、ノードｅとノ
ードｙｅ…ｆｅ…ｚｅ（ｅ＝１…ｕ）は隣接ノードであ
る。

【００６７】目標値決定手段７は式３ｂの制約条件を満
足しながら、式３ａの合計費用Ｃが最小となるように、
エネルギー需要５７、すなわち電力需要ＰＲ_k，ｋ＝１
…ｓと熱需要ＨＲ_g，ｇ＝１…ｔ、発電設備の最大発電
出力Ｐ^Pｍａｘ_hと最小発電出力Ｐ^Pｍｉｎ_h，ｈ＝１…
ｍ、熱電力発生設備の最大発電出力Ｐ^Cｍａｘ_i、最小発
電出力Ｐ^Cｍｉｎ_i、最大発生熱Ｈ^Cｍａｘ_i、最小発電出
力Ｈ^Cｍｉｎ_i、最大発電比率αｍａｘ_i、最小発電比率
αｍｉｎ_i、最大発生熱比率γｍａｘ_iと最小発生熱比率
γｍｉｎ_i，ｉ＝ｌ…ｎ、熱発生設備の最大発生熱Ｈ^Hｍ
ａｘ_jと最小発生熱Ｈ^Hｍｉｎ_j，ｊ＝１…ｒ、エネルギ
ー発生単価パラメータ５８(ａ^P _h，ｂ^P _h，ｃ^P _h，ｈ＝１
…ｍ、ａ^CP _i，ｂ^CP _i，ｃ^CP _i；ａ^CH _i，ｂ^CH _i，ｃ^CH _i，ａ
^P ^γ _i，ｂ^P ^γ _i，ｃ^P ^γ _i，ｉ＝１…ｎ、ａ^H _j，ｂ^H _j，
ｃ^H _j，ｊ＝１…ｒ）、送電単価パラメータ５９
（ａ^P _hk，ｂ^P _hk，ｃ^P _hk，ｈ＝１…ｍ；ｋ＝１…ｓ、ａ^C
_ik，ｂ^C _ik，ｃ^C _ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…ｓ）、潮流電
力パラメータ６４（β_efｅ，ｆ＝１…ｕ；ただしｅとｆ
は隣接ノード）を定数として、エネルギー発生目標値６
０（Ｐ^P _h，ｈ＝１…ｍ、Ｐ^C _i，ｉ＝１…ｎ、Ｈ^C _i，ｉ＝
１…ｎ）および送電目標値６１（ＰＤ^P _hk，ｈ＝１…
ｍ；ｋ＝１…ｓ、ＰＤ^C _ik，ｉ＝１…ｎ；ｋ＝１…
ｓ）、さらには熱電力発生設備の発電比率γ_i，ｉ＝１
…ｎおよび発生熱比率α_i，ｉ…ｎを決定する。

【００６８】なお、第２の実施の形態で説明された電力
システム（図４参照）において、本実施の形態を適用す
ると、潮流電力パラメータ６４（β_efｅ，ｆ＝１…３；
ただしｅとｆは隣接ノード）の構成は図１０に示すよう
になる。この電力システムの場合、すべてのノードは隣
接している。

【００６９】このように本実施の形態においては潮流電
力の制約を満足しながら、エネルギー発生費用および送
電費用が最小となるように、エネルギー発生目標値６０
として、３台の発電設備の発電目標値５４（Ｐ^P _h，ｈ＝
１…３）、３台の熱電力発生設備の発電目標値５４（Ｐ
^C _i，ｉ＝１…３）、熱発生目標値６２（Ｈ^C _i，ｉ＝１…
３）、３台の熱発生設備の熱発生目標値６２（Ｈ^H _i；ｉ
＝１…３）、さらには発電設備２９，３０，３７および
熱電力発生設備２８，３５，３６から電力需要サイト２
３へのそれぞれの送電目標値６１（ＰＤ^P _hk，ｈ＝１…
３、；ｋ＝１、ＰＤ^C _ik，ｉ＝１…３；ｋ＝１）を決定
することができる。

【００７０】本実施の形態によれば、潮流最大電力、熱
および電力需要を充足しながら、熱および電力発生費用
ならびに送電費用が最小となるような熱および発電目標
値ならびに送電目標値を得ることができ、これに基づい
てエネルギー発生設備の運転計画ならびに送電計画を果
たすことが可能になる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、潮流電力の制約、熱お
よび電力需要を充足しながら、エネルギー発生費用およ
び送電費用を最小に保持して発電設備、熱電力発生設
備、または熱発生設備からなるエネルギー発生設備の運
転計画ならびに送電計画を果たすことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエネルギー設備運用計画装置の第
１の実施の形態を示すブロック図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るエネルギー発
生単価パラメータ記憶手段の構成例を示す図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る送電単価パラ
メータ記憶手段の構成例を示す図。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電力システム
の構成例を示す図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係るエネルギー発
生単価パラメータ記憶手段の構成例を示す図。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る送電単価パラ
メータ記憶手段の構成例を示す図。

【図７】熱電力発生設備の電力・熱発生比率近似曲線を
示す線図。

【図８】本発明によるエネルギー設備運用計画装置の第
３の実施の形態を示すブロック図。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る潮流電力パラ
メータの構成例を示す図。

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る潮流電力パ
ラメータの他の構成例を示す図。

【図１１】従来の発電設備運用計画装置を示すブロック
図。

【図１２】従来の電力システムの構成例を示す図。

【符号の説明】

２需要入力手段６目標値出力手段７目標値決定手段８エネルギー発生単価パラメータ記憶手段９送電単価パラメータ記憶手段１６潮流電力パラメータ入力手段１７潮流電力パラメータ計算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高木康夫東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者大槻みどり東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内Ｆターム(参考） 5B049 EE31 5G066 AA03 AA20 AE07 AE09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エネルギー需要サイトの要求に基づいて
必要とする電力需要を入力する需要入力手段と、エネル
ギー発生設備での電力発生に伴うエネルギー発生単価パ
ラメータを記憶する第１の記憶手段と、前記エネルギー
発生設備から前記エネルギー需要サイトへの送電に伴う
送電単価パラメータを記憶する第２の記憶手段と、それ
ぞれ与えられる電力需要、エネルギー発生単価パラメー
タ、送電単価パラメータに基づいてエネルギー発生費用
および送電費用が最小となるように、前記エネルギー発
生設備のエネルギー発生目標値と送電目標値とを決定す
る目標値決定手段とを備えてなるエネルギー設備運用計
画装置。
【請求項２】前記目標値決定手段に前記エネルギー需
要サイトが必要とする熱需要を入力し、電力需要に熱需
要を加えて、前記エネルギー発生設備のエネルギー発生
目標値と送電目標値とを決定するようにしたことを特徴
とする請求項１記載のエネルギー設備運用計画装置。
【請求項３】潮流電力パラメータを入力する入力手段
を備え、前記目標値決定手段に潮流電力パラメータを入
力し、潮流電力の制約を満たしながら、前記エネルギー
発生設備のエネルギー発生目標値と送電目標値とを決定
するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載
のエネルギー設備運用計画装置。