JP2003084805A - Plant load predicting method, steady plant simulator, optimum operating method of plant, and optimum designing method of plant - Google Patents

Plant load predicting method, steady plant simulator, optimum operating method of plant, and optimum designing method of plant

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JP2003084805A
JP2003084805A JP2002171588A JP2002171588A JP2003084805A JP 2003084805 A JP2003084805 A JP 2003084805A JP 2002171588 A JP2002171588 A JP 2002171588A JP 2002171588 A JP2002171588 A JP 2002171588A JP 2003084805 A JP2003084805 A JP 2003084805A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To predict various plant loads by an analyzable neural network, and to provide a steady simulator, an optimum operating method and an optimum designing method of a plant. SOLUTION: Various kinds of loads such as power load, thermal load, air load and the like are predicated by using the neutral network of an analyzable hierarchical structure wherein a fully-coupling part having plural input layer elements and plural intermediate layer elements are provided, and the intermediate layer elements are coupled to all of the input layer elements, and a loosely- coupling part wherein the intermediate layer elements are coupled to a part of plural input layer elements. The neutral network is built by the learning using result values of input factors such as a weather condition, a day of the week, the distinction of business day and holiday, an operating condition of the plant, an operating pattern of a plant elements and the like, and result values of various loads, and the weather condition of the predicted date as a predictor is inputted with other input factors to predict the objective plant load.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラントの効率的
な操業を可能にするために、プラントにおける電力負
荷、熱負荷、空気負荷等の各種負荷をニューラルネット
ワークにより予測するプラント負荷の予測方法、プラン
ト構成機器の定常的な入出力状態を計算してプラント全
体の挙動を模擬するための定常プラントシミュレータ、
及び、プラントの運用費用や排出ガスを最小化するよう
な最適運用を非線形混合整数計画問題として定式化し、
この最適化問題を前記定常プラントシミュレータとの間
の情報の受け渡しにより解くようにしたプラントの最適
運用方法、並びに、この最適運用方法を利用して一定期
間内のプラント運用費用や排出ガス等に関する評価値を
最良化するようにプラント構成機器の最適容量を組み合
わせ最適化問題として定式化し、これを求解するように
したプラントの最適設計方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plant load predicting method for predicting various loads such as power load, heat load and air load in a plant by a neural network in order to enable efficient operation of the plant. A steady-state plant simulator for simulating the behavior of the entire plant by calculating the steady input / output state of plant components,
And formulate optimal operation that minimizes plant operating costs and exhaust gas as a nonlinear mixed integer programming problem,
Optimal operation method of a plant that solves this optimization problem by passing information to and from the stationary plant simulator, and evaluation of plant operation costs and exhaust gas within a certain period by using this optimal operation method The present invention relates to an optimum design method of a plant that formulates an optimum problem of combined capacity of plant constituent devices so as to optimize the value and solves it.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】(1)
プラントの各種負荷予測に関して ここでは、プラントにおける各種負荷の中で、熱負荷を
例として述べる。例えば、熱源機器及び蓄熱プラントを
有する蓄熱システムにおいては、翌日に必要となるであ
ろう熱負荷の一部または全部を、夜間に冷水、氷、温水
などの形で蓄熱している。ここで、翌日、当日の熱負荷
を正確に予測できれば、必要な熱量を過不足なく蓄熱で
き、熱源機器や蓄熱プラントの効率的な運転が可能とな
る。
2. Prior Art and Problems to be Solved by the Invention (1)
Regarding various load predictions of the plant Here, among various loads in the plant, the heat load will be described as an example. For example, in a heat storage system having a heat source device and a heat storage plant, part or all of the heat load that will be required on the next day is stored in the form of cold water, ice, hot water, etc. at night. Here, if the heat load of the next day and the current day can be accurately predicted, the necessary amount of heat can be stored without excess or deficiency, and the heat source device and the heat storage plant can be efficiently operated.

【0003】従来の熱負荷予測方法としては、基準熱負
荷を利用する方法、熱負荷の時系列的な推移を利用する
方法、気温などの外的要因と熱負荷との相関モデルを利
用する方法が知られている。
As a conventional heat load prediction method, a method using a reference heat load, a method using a time-series transition of the heat load, and a method using a correlation model between an external factor such as temperature and the heat load are used. It has been known.

【0004】上記従来技術のうち、基準熱負荷を利用す
る方法は、月別などで基準となる熱負荷を設定し、この
基準熱負荷を気温や実績熱負荷を用いて補正することで
予測を行っている。しかし、同一月の中でも平日と土曜
日、休日、操業状態、気象条件等によって実際の熱負荷
は大きく変わるため、高精度な予測が行えないという問
題がある。また、熱負荷の時系列的な推移を利用する方
法としては、例えば、過去3点の熱負荷の自己回帰モデ
ルなどが知られている。しかし、この方法は、時間毎の
変動が大きい場合や突発的な変動がある場合には適用で
きない。
Among the above-mentioned prior arts, the method of utilizing a reference heat load sets a reference heat load on a monthly basis and makes a prediction by correcting the reference heat load using the temperature and the actual heat load. ing. However, even in the same month, the actual heat load varies greatly depending on weekdays, Saturdays, holidays, operating conditions, weather conditions, etc., and therefore, there is a problem that highly accurate prediction cannot be performed. Further, as a method of utilizing the time series transition of the heat load, for example, an autoregressive model of the past three heat loads is known. However, this method cannot be applied when there are large fluctuations with time or when there are sudden fluctuations.

【0005】また、気温などの外的要因と熱負荷との相
関モデルを利用する方法には、重回帰式を用いて線形モ
デルを構築する方法や、近年では、ニューラルネットワ
ークを用いて非線形モデルを構築する方法がある。しか
しながら、線形重回帰式を用いる方法では、対象となる
熱負荷の非線形性を考慮することができない。
As a method of using a correlation model between external factors such as temperature and heat load, a method of constructing a linear model using multiple regression equations, or recently, a nonlinear model using a neural network is used. There is a way to build. However, the method using the linear multiple regression equation cannot consider the non-linearity of the target heat load.

【0006】一方、一般的な従来型のニューラルネット
ワークを用いれば非線形モデル化が可能であるが、種々
の入力因子や中間層ニューロン数を試行錯誤的に設定し
なければならず、必ずしも最適なニューラルネットワー
クが得られるとは限らない。また、ニューラルネットワ
ークの内部がブラックボックスであるため、ある入力が
与えられた時にどのような理由でその予測値が得られた
かという予測理由の説明ができず、運用者に不安感を与
えてしまう場合がある。このような問題は、熱負荷ばか
りでなく、電力負荷や空気負荷など、他のプラント負荷
にも共通する問題である。
On the other hand, although a non-linear modeling is possible by using a general conventional neural network, various input factors and the number of hidden layer neurons must be set by trial and error, so that the optimum neural network is not always available. The network is not always available. In addition, since the inside of the neural network is a black box, it is not possible to explain the reason why the predicted value was obtained when a certain input was given, which gives the operator anxiety. There are cases. Such problems are common not only to heat loads but also to other plant loads such as electric power loads and air loads.

【0007】このように従来の負荷予測方法は、何れも
予測精度や予測理由の説明の点で問題がある。すなわ
ち、重回帰式などの線形モデルを利用する方法では予測
対象の非線形性を考慮できず、非線形モデルを利用する
方法では、最適な非線形モデルが得られていない場合が
あるため予測精度を保証できない。また、予測理由の説
明も的確に行えないので、運用者に不安感を与えてしま
う等の問題があった。
As described above, each of the conventional load predicting methods has a problem in explaining the prediction accuracy and the reason for the prediction. In other words, the method that uses a linear model such as multiple regression cannot consider the nonlinearity of the prediction target, and the method that uses a nonlinear model cannot guarantee the prediction accuracy because the optimal nonlinear model may not be obtained. . Further, since the reason for the prediction cannot be explained accurately, there is a problem that the operator feels uneasy.

【0008】上述したように、電力負荷、熱負荷、空気
負荷等の各種プラント負荷の予測モデルを構築するにあ
たっては、予測精度の観点から非線形関係のモデル化を
可能とし、かつ、運用者に与える安心感、信頼性の観点
から予測理由の説明が可能であることが望ましい。しか
し、従来では、予測精度を高めたい場合にはニューラル
ネットワークを適用し、予測理由の説明という要求を満
足させたい場合には重回帰式を適用することが多く、予
測精度向上と理由説明という二つの要求を同時に満足さ
せる予測方法は実現されていない現状である。
As described above, in constructing a predictive model of various plant loads such as electric power load, heat load, air load, etc., it is possible to model a non-linear relationship from the viewpoint of prediction accuracy, and to give it to the operator. It is desirable to be able to explain the reason for prediction from the perspective of security and reliability. However, conventionally, a neural network is often used to improve the prediction accuracy, and a multiple regression formula is often applied to satisfy the requirement of explaining the reason for prediction. At present, there is no realization of a prediction method that can satisfy one requirement at a time.

【0009】そこで、請求項1記載の発明は、ニューラ
ルネットワークによる非線形の予測モデルにより高精度
な負荷予測を可能とし、更に、予測モデルから出力され
る負荷予測値と入力因子との因果関係、相関関係等によ
る予測理由の説明を容易にしたプラント負荷の予測方法
を提供しようとするものである。
Therefore, the invention according to claim 1 enables highly accurate load prediction by a non-linear prediction model by a neural network, and further, the causal relationship and correlation between the load prediction value output from the prediction model and the input factor. An object of the present invention is to provide a method for predicting a plant load that facilitates the explanation of the reason for prediction based on relationships and the like.

【0010】(2)定常プラントシミュレータ及びプラ
ントの最適運用方法に関して 従来、各種プラント構成機器の起動・停止まで考慮した
うえで最適化手法を用いてプラントの最適運用を求める
方法は種々提案されているが、プラント構成機器の入出
力特性や運転パターンを線形な一般的な方程式として扱
い、混合整数計画問題として定式化したうえで問題を解
くか、あるいは、プラント構成機器の入出力特性の非線
形性(非連続、微分不可能等も含む)や運転パターンを
考慮したうえで、エキスパートシステムやファジイ推論
等の非線形も扱えるヒューリスティックな手法によりプ
ラントの最適運用を求める方法が一般的であった。
(2) Steady-state plant simulator and optimum plant operation method Conventionally, various methods have been proposed for obtaining optimum plant operation using an optimization method in consideration of starting and stopping of various plant components. Treats the input / output characteristics and operation patterns of the plant components as a general linear equation and formulates them as a mixed integer programming problem, or solves the problem, or the nonlinearity of the input / output characteristics of the plant components ( In general, it is a method to obtain the optimum operation of the plant by using heuristic methods that can handle non-linearities such as expert systems and fuzzy inference, after taking into consideration non-continuous, non-differentiable, etc.) and operation patterns.

【0011】しかしながら、各種プラント構成機器の入
出力特性は非線形性を有するほか、時間帯によって異な
った運転パターンをとることから、最適化手法で直接扱
えるように一般的な方程式として定式化することは通
常、困難である。従って、プラントの最適運用は最適化
問題の中でも最も求解が困難な非線形混合整数計画問題
として定式化することができる。しかし、プラント構成
機器の起動・停止などの離散値と構成機器の燃料注入量
などの連続値とを総合的に考慮したうえで、各プラント
構成機器の特性上の制約や負荷種別ごとの需給バランス
等の制約条件、及び、プラント運用費用や排出ガスの最
小化等の目的関数と共に、非線形性を有する問題に対し
て数学的に最適化できる方法はこれまで存在しなかっ
た。
However, since the input / output characteristics of various plant components have non-linearity and have different operation patterns depending on the time of day, it is not possible to formulate them as general equations that can be directly handled by the optimization method. Usually difficult. Therefore, the optimum operation of the plant can be formulated as a nonlinear mixed integer programming problem that is the most difficult to solve among the optimization problems. However, after comprehensively considering discrete values such as the start / stop of plant components and continuous values such as the fuel injection amount of components, the constraints on the characteristics of each plant component and the supply / demand balance for each load type. Up to now, there has not been a method that can mathematically optimize a problem having non-linearity together with constraints such as and objective functions such as plant operation cost and minimization of exhaust gas.

【0012】そこで請求項2に記載した発明は、プラン
ト構成機器の非線形な入出力特性や複雑な運転パターン
を考慮したうえで、プラント全体の挙動を模擬し、各構
成機器の定常的な入出力状態を出力するようにした定常
プラントシミュレータを提供しようとするものである。
また、請求項3,4,5に記載した発明は、プラントの
最適運用を非線形混合整数計画問題として定式化し、前
記定常プラントシミュレータの出力を用いて、プラント
の非線形特性及び運転パターンの変更等を考慮した上
で、大域最適解に近い解をParticle Swarm Optimizatio
n等の最適化手法を利用して求めることによりプラント
構成機器の起動・停止状態及び燃料注入量を決定するよ
うにしたプラントの最適運用方法を提供しようとするも
のである。
In view of this, the invention described in claim 2 simulates the behavior of the entire plant in consideration of the nonlinear input / output characteristics and complex operation patterns of the plant component equipment, and the steady input / output of each component equipment. An attempt is made to provide a stationary plant simulator that outputs a state.
In addition, the invention described in claims 3, 4, and 5 formulates the optimum operation of the plant as a nonlinear mixed integer programming problem, and uses the output of the stationary plant simulator to change the nonlinear characteristics and operating patterns of the plant. After taking into consideration the solution that is close to the global optimum, Particle Swarm Optimizatio
It is intended to provide an optimum operation method of a plant in which the start / stop states of plant components and the amount of fuel injection are determined by using an optimization method such as n.

【0013】(3)プラントの最適設計方法に関して 従来、プラントの設計方法としては、上記(2)で述べ
た混合整数計画問題による定式化やヒューリスティック
な手法により構築された最適運用方法を用いて、プラン
トの負荷予測値を様々なシナリオにより変更しつつ最適
化を何回も実行しながら、各プラント構成機器の適切な
容量を決定する方法が知られている。
(3) Optimum design method for plant Conventionally, as a method for designing a plant, an optimum operation method constructed by a formulation based on the mixed integer programming problem described in (2) above or a heuristic method is used. There is known a method of determining an appropriate capacity of each plant constituent device while changing a load forecast value of a plant according to various scenarios and performing optimization many times.

【0014】このような従来の最適設計方法では、混合
整数計画問題として定式化した最適運用方法を用いた場
合は、プラントの非線形特性や運転パターンの変更を考
慮できないため、実際のプラントに適合した現実的な解
を生成することが困難である。また、ヒューリスティッ
クな手法を用いた場合は、プラントの非線形特性や運転
パターンの変更を考慮できるものの、制約条件を満たす
解を生成できるという程度であり、より大域最適解に近
い解を生成できる保証がまったくない。更に、負荷予測
自体の精度も満足できるものとは言えないため、この負
荷予測値を基準とした最適設計にも自ずから限界があっ
た。
In the conventional optimum design method as described above, when the optimum operation method formulated as the mixed integer programming problem is used, it is not possible to consider the nonlinear characteristics of the plant and the change of the operation pattern. It is difficult to generate a realistic solution. Also, when the heuristic method is used, although the nonlinear characteristics of the plant and the change of the operation pattern can be taken into consideration, it is possible to generate a solution that satisfies the constraint condition, and it is guaranteed that a solution closer to the global optimal solution can be generated. Not at all. Furthermore, since the accuracy of load prediction itself cannot be said to be satisfactory, there is a limit to the optimum design based on this load prediction value.

【0015】そこで請求項6に記載した発明は、プラン
トの非線形特性や運転パターンの変更等を考慮した上
で、前記最適運用方法を利用して一定期間内のプラント
運用費用や排出ガス等に関する評価値を最良化するよう
にプラント構成機器の最適容量を組み合わせ最適化問題
として定式化し、大域最適解に近い解を求めるようにし
たプラントの最適設計方法を提供しようとするものであ
る。
Therefore, in the invention described in claim 6, in consideration of the non-linear characteristics of the plant and the change of the operation pattern, the optimum operation method is used to evaluate the plant operation cost and the exhaust gas within a certain period. The optimum capacity of plant components is formulated as a combined optimization problem so as to optimize the value, and an optimum design method for a plant that seeks a solution close to a global optimum solution is provided.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に記載したプラント負荷の予測方法は、複
数の入力層素子及び複数の中間層素子を有し、全ての入
力層素子に中間層素子が結合されてなる全結合部分と、
複数の入力層素子のうちの一部に中間層素子が結合され
てなる疎結合部分とを備える解析可能な階層型構造のニ
ューラルネットワークを用いて、対象プラントの電力負
荷、熱負荷、空気負荷等の各種負荷を予測するプラント
負荷の予測方法であって、気象条件、曜日や平日・休日
の区別、プラントの操業状態、プラント構成機器の運転
パターン等の入力因子の実績値と、各種負荷の実績値と
を用いた学習によってニューラルネットワークを構築
し、学習済みのニューラルネットワークに、予測対象日
の気象条件を予報値により他の入力因子とともに入力
し、目的とするプラント負荷を予測するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the plant load predicting method according to claim 1 has a plurality of input layer elements and a plurality of intermediate layer elements, and all input layer elements are provided. A total connection part in which the intermediate layer elements are connected,
Using a neural network of a hierarchical structure that can be analyzed and has a loosely coupled part in which an intermediate layer element is connected to a part of a plurality of input layer elements, power load, heat load, air load, etc. of the target plant It is a method of predicting the various loads of the plant, which is the actual values of input factors such as weather conditions, the distinction between days of the week, weekdays and holidays, the operating state of the plant, the operation patterns of the plant components, and the actual results of the various loads. A neural network is constructed by learning using values and, and the weather condition of the forecast target day is input to the learned neural network together with other input factors according to the forecast value to predict the target plant load.

【0017】請求項2に記載した定常プラントシミュレ
ータは、各制御時間毎のプラント構成機器の起動・停止
状態及び燃料注入量が計画値として与えられたときに、
各プラント構成機器相互の接続状態、各プラント構成機
器の線形または非線形な入出力特性及び各プラント構成
機器の運転パターンを用いて、各制御時間毎の各プラン
ト構成機器の定常的な入出力状態を燃料注入側の機器か
ら末端に向かい逐次計算して出力するものである。ここ
で、各プラント構成機器の非線形な入出力特性は、例え
ば最小二乗法や応答曲面法、ニューラルネットワーク等
を用いて表現する。
A steady-state plant simulator according to a second aspect of the invention is such that when the starting / stopping state of plant constituent equipment and the fuel injection amount at each control time are given as planned values,
The steady input / output state of each plant component is controlled for each control time by using the connection status of each plant component, the linear or nonlinear input / output characteristics of each plant component, and the operation pattern of each plant component. From the device on the fuel injection side to the end, it is sequentially calculated and output. Here, the non-linear input / output characteristics of each plant constituent device are expressed using, for example, the least squares method, the response surface method, a neural network, or the like.

【0018】請求項3に記載したプラントの最適運用方
法は、請求項1記載の発明により得た負荷予測値に対す
る負荷種別毎の需給バランスを満足し、かつ、各プラン
ト構成機器の特性上の制約を考慮しながら、少なくとも
所定期間のプラントの運用費用の最小化を目的関数と
し、離散値である各制御時間毎の各プラント構成機器の
起動・停止状態及び連続値である各制御時間毎の各プラ
ント構成機器への燃料注入量を状態変数として、プラン
トの最適化問題を非線形混合整数計画問題として定式化
すると共に、前記状態変数の初期値を計画値として生成
し、請求項2記載の定常プラントシミュレータに対し探
索過程における各プラント構成機器の起動・停止状態及
び燃料注入量を入力して各プラント構成機器の入出力状
態を前記目的関数の計算用に出力させ、前記計画値を最
適化手法により逐次修正しながら最終的に大域最適解に
近い各プラント構成機器の起動・停止状態及び燃料注入
量を決定するものである。
The optimum operation method of the plant described in claim 3 satisfies the demand-supply balance for each load type with respect to the predicted load value obtained by the invention described in claim 1, and has restrictions on the characteristics of each plant constituent device. The objective function is to minimize the operation cost of the plant for at least a predetermined period, while taking into account the start / stop state of each plant constituent device for each control time that is a discrete value, and each for each control time that is a continuous value. The steady plant according to claim 2, wherein the amount of fuel injected into the plant components is used as a state variable, the optimization problem of the plant is formulated as a nonlinear mixed integer programming problem, and the initial value of the state variable is generated as a planned value. Input the start / stop status and fuel injection amount of each plant component in the search process to the simulator, and input / output state of each plant component to the objective function Arabic to be output, it is what determines the start and stop condition and the fuel injection amount of each plant component equipment near the final global optimal solution while successively corrected by the optimization technique the planned value.

【0019】請求項4に記載したプラントの最適運用方
法は、請求項3に記載したプラントの最適運用方法にお
いて、前記最適化問題をParticle Swarm Optimization
を利用して解くものである。
An optimum operation method for a plant according to claim 4 is the same as the optimum operation method for a plant according to claim 3, wherein the optimization problem is solved by Particle Swarm Optimization.
Is the solution.

【0020】請求項5に記載したプラントの最適運用方
法は、請求項3または4に記載したプラントの最適運用
方法を用いて過去(例えば前日)に作成された当日の運
用計画を対象として、当日の現時点におけるプラント構
成機器の運転状態等をプラントの固定的な初期状態と
し、この初期状態を各機器の特性上の制約として考慮す
ると共に当日の残りの時間の負荷予測値に基づく需給バ
ランスを制約条件として考慮しながら当日の運用計画を
補正するものである。
The optimum operation method of the plant described in claim 5 is the operation plan of the day created in the past (for example, the day before) using the optimum operation method of the plant described in claim 3 or 4, The operating state of the plant components at this point is set as the fixed initial state of the plant, and this initial state is considered as a constraint on the characteristics of each device, and the supply and demand balance based on the load forecast value for the rest of the day is constrained The operation plan of the day is corrected while considering it as a condition.

【0021】請求項6に記載したプラントの最適設計方
法は、プラントの設計段階において、各プラント構成機
器の最適容量の決定問題を、設定可能な離散値としての
機器容量値の中から最適値を決定する組合せ最適化問題
として定式化すると共に、所定期間内の対象プラントの
電力負荷、熱負荷、空気負荷等の負荷パターンと各プラ
ント構成機器の容量の設計値とを設定し、請求項3また
は4に記載したプラントの最適運用方法により決定され
る各プラント構成機器の起動・停止状態及び燃料注入量
を用いて、少なくともプラント運用費用に関する評価値
が最良になるように組合せ最適化手法を用いて前記設計
値を逐次変更しながら各プラント構成機器の最適容量を
決定していくものである。
According to a sixth aspect of the optimum design method of the plant, in the design stage of the plant, the optimum value of the optimum capacity of each plant constituent device is determined from the device capacity values as the settable discrete values. 4. Formulating as a combination optimization problem to be determined, setting load patterns such as power load, heat load, and air load of the target plant within a predetermined period and design values of the capacity of each plant constituent device, and Using the start / stop status of each plant component and the fuel injection amount determined by the optimum operation method of the plant described in 4, the combination optimization method is used so that at least the evaluation value regarding the plant operation cost becomes the best. The optimum capacity of each plant constituent device is determined by sequentially changing the design value.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図に沿って各発明の実施形
態を説明する。 1.まず、請求項1に記載したプラント負荷の予測方法
に関する実施形態を説明する。本実施形態では、対象と
なるプラントの電力負荷、熱負荷、空気負荷等の各種負
荷を予測する当たり、従来から用いられている重回帰式
を用いた線形モデルや一般的なニューラルネットワーク
による非線形モデルを用いるのではなく、例えば、本出
願人の先願である特願2000−166528「ニュー
ラルネットワーク及びその学習方法、解析方法並びに異
常判定方法」、同2000−230665「ニューラル
ネットワークの学習方法」、同2000−227057
「ニューラルネットワークの構造」等に記載された解析
(任意の入力因子と出力との因果関係、相関関係の解
析)が可能なニューラルネットワークを用いることとし
た。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1. First, an embodiment relating to the plant load prediction method according to claim 1 will be described. In the present embodiment, when predicting various loads such as power load, heat load, and air load of the target plant, a linear model using a multiple regression equation that has been conventionally used and a non-linear model using a general neural network are used. Instead of using, for example, Japanese Patent Application No. 2000-166528 "Neural network and its learning method, analysis method and abnormality determination method", which is the prior application of the present applicant, and 2000-230665 "Neural network learning method", 2000-227057
We decided to use a neural network that is capable of the analysis described in "Structure of neural network" (causal relationship between arbitrary input factor and output, analysis of correlation).

【0023】以下、本実施形態における予測モデルとし
て用いる階層型ニューラルネットワークの一般的な構造
及びその学習方法を、特願2000−166528、同
2000−230665に基づいて説明する。
Hereinafter, a general structure of a hierarchical neural network used as a prediction model in this embodiment and a learning method thereof will be described based on Japanese Patent Application Nos. 2000-166528 and 2000-230665.

【0024】まず、ニューラルネットワーク構造を説明
する。通常の階層型ニューラルネットワークは、入力層
素子と中間層素子が全て結合している(全結合部分とい
う)が、本実施形態において使用する階層型ニューラル
ネットワークは、図1に示すように任意の入力層素子と
任意の中間層素子間だけが結合している。
First, the neural network structure will be described. In a normal hierarchical neural network, the input layer elements and the intermediate layer elements are all connected (referred to as fully connected portion), but the hierarchical neural network used in this embodiment has an arbitrary input as shown in FIG. Only the layer elements and any intermediate layer elements are coupled.

【0025】すなわち、このニューラルネットワーク
は、全ての入力層素子と結合している中間層素子からな
る全結合部分11と、一部の入力層素子と結合している
中間層素子からなる疎結合部分12とからなっている。
このように、一部の入力層素子との間の重み(重み係数
または結合係数)の値を0にした疎結合部分12を設け
ることで、従来の階層型ニューラルネットワークと完全
な互換性を持つことができる。つまり、全結合部分のみ
からなる従来のニューラルネットワークの一部の重みの
値を0とすることで図1に示すようなニューラルネット
ワークを実現できるため、プログラム上は従来のニュー
ラルネットワークをそのまま使用することができる。
That is, this neural network has a fully coupled portion 11 made up of intermediate layer elements connected to all input layer elements and a loosely coupled portion made up of intermediate layer elements connected to some input layer elements. It consists of 12.
In this way, by providing the loosely coupled portion 12 in which the value of the weight (weighting coefficient or coupling coefficient) with some of the input layer elements is set to 0, it is completely compatible with the conventional hierarchical neural network. be able to. That is, since the neural network as shown in FIG. 1 can be realized by setting the value of the weight of a part of the conventional neural network consisting only of all connected parts to 0, the conventional neural network should be used as it is in the program. You can

【0026】例えば、 y=ax+bx+cx+d (x,xは入力変数、yは出力変数、a,b,c,
dは係数)として表現されるような従来の回帰式では、 出力の要因が明確である(x,xの要因によりy
が変化することが明確である)、 各要因の働きが明確である(x,xの独立した成
分(回帰式の右辺第1項、第2項)とその相互成分(同
第3項)から成り立つ)、 各要因の入出力に対する影響度合いが明確である(x
,x,xの影響度合いはそれぞれa,b,c
であり、固定分としてdがある)、といった特徴があ
り、これらの特徴によって内部解析が容易になってい
る。
For example, y = ax 1 + bx 2 + cx 1 x 2 + d (x 1 , x 2 are input variables, y is an output variable, a, b, c,
In the conventional regression equation in which d is expressed as a coefficient, the output factor is clear (y depends on the factors x 1 and x 2 ).
It is clear that the change of each of the factors), the function of each factor is clear (independent components of x 1 and x 2 (the first term and the second term on the right side of the regression equation) and their mutual components (the third term). )), The degree of influence of each factor on input / output is clear (x
The degree of influence of 1 , x 2 , x 1 x 2 is a, b, c, respectively.
And there is d as a fixed component), and these features facilitate the internal analysis.

【0027】従って、図1に示したように解析可能な疎
結合部分12と精度を保証する全結合部分11とからな
る階層型ニューラルネットワークを用いれば、回帰式の
解析の容易さを既存のニューラルネットワークにより実
現することができ、前述したような従来の階層型ニュー
ラルネットワークとの互換性によって既存のシステムへ
の適用も容易に行うことができる。
Therefore, as shown in FIG. 1, if a hierarchical neural network composed of a loosely coupled portion 12 that can be analyzed and a fully coupled portion 11 that guarantees accuracy is used, the ease of analysis of the regression equation can be improved by using the existing neural network. It can be realized by a network, and can be easily applied to an existing system due to compatibility with the conventional hierarchical neural network as described above.

【0028】ここで、図1に示したニューラルネットワ
ークの学習方法には種々の方法があるが、一例として、
特願2000−166528に記載された学習方法を図
2のフローチャートにて沿って説明する。まず、第1ス
テップA1は、通常のニューラルネットワークの重み初
期化処理である。具体的には、通常のニューラルネット
ワークの各層の素子間の全ての重みに対して初期値を小
さい数の乱数で与える。ここで、プログラム的に、入力
層と中間層との間の任意の結合がないニューラルネット
ワーク構造を定義してもよい。この場合は、以下の第
2,第4ステップの処理は不要である。
There are various methods for learning the neural network shown in FIG. 1, but one example is as follows.
The learning method described in Japanese Patent Application No. 2000-166528 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the first step A1 is a normal neural network weight initialization process. Specifically, an initial value is given by a small number of random numbers for all weights between elements of each layer of a normal neural network. Here, one may programmatically define a neural network structure without any coupling between the input and intermediate layers. In this case, the processing of the following second and fourth steps is unnecessary.

【0029】第2ステップA2は、重みを初期化したニ
ューラルネットワークに対し、図1に示したニューラル
ネットワーク構造に変更するための処理である。すなわ
ち、任意の入力層素子と中間層素子との間の結合を削除
する。ここで、結合を削除するための最も簡単な方法
は、任意の重みの値を0に置き換える方法である。
The second step A2 is processing for changing the weight-initialized neural network to the neural network structure shown in FIG. That is, the coupling between any input layer element and the intermediate layer element is eliminated. Here, the simplest method for deleting a bond is to replace an arbitrary weight value with 0.

【0030】第3ステップA3は、通常のニューラルネ
ットワークの重み修正量の計算である。学習誤差を評価
する評価関数が小さくなるように、入力層素子と中間層
素子との間の重みの修正量を計算する。この場合の評価
関数の一例を、以下の数式1に示す。
The third step A3 is the calculation of the weight correction amount of a normal neural network. The correction amount of the weight between the input layer element and the intermediate layer element is calculated so that the evaluation function for evaluating the learning error becomes small. An example of the evaluation function in this case is shown in Expression 1 below.

【0031】[0031]

【数1】J=1/2・(o−t) [Equation 1] J = 1/2 · (o−t) 2

【0032】なお、数式1において、J:評価関数、
o:ニューロ出力、t:教師値(学習目標値)である。
In the equation 1, J: evaluation function,
o: neuro output, t: teacher value (learning target value).

【0033】第4ステップA4は、図1に示したニュー
ラルネットワーク構造のための重み修正量の計算ステッ
プである。第3ステップA3の計算により、本来的に重
みが0である結合に対して修正量が計算され、元の重み
(w=0)に修正量△wが加えられる結果、重みが再構
築されることがある。それを防止するために、第4ステ
ップA4ではこのような重みの修正量を強制的に0にす
る。
The fourth step A4 is a step of calculating a weight correction amount for the neural network structure shown in FIG. By the calculation of the third step A3, the correction amount is calculated for the combination whose weight is originally 0, and the correction amount Δw is added to the original weight (w = 0), so that the weight is reconstructed. Sometimes. In order to prevent this, in the fourth step A4, the correction amount of such weight is forcibly set to zero.

【0034】第5ステップA5は、重みの修正処理であ
る。第3ステップ、第4ステップを経て計算された最終
的な修正量に従って、入力層素子と中間層素子との間の
重みを修正する。重みの修正量を△wij、重みをw
ij、学習係数をαとすると、数式2により重みを修正
することができる。
The fifth step A5 is a weight correction process. The weight between the input layer element and the intermediate layer element is modified according to the final modification amount calculated through the third step and the fourth step. The correction amount of weight is Δw ij , and the weight is w
If ij is the learning coefficient and α is the learning coefficient, the weight can be corrected by the equation 2.

【0035】[0035]

【数2】wij=wij+α△wij (2) w ij = w ij + αΔw ij

【0036】なお、第3ステップA3以降の処理は、学
習誤差が規定値以下になって学習終了が確認されるまで
繰り返し行われる(ステップA6)。ここで、学習終了
の判断は、評価関数や全学習データに対する誤差が規定
値以下になったか否か、もしくは、学習回数が所定回数
に達したか否かにより判断することができる。
The process from the third step A3 onward is repeated until the learning error is equal to or less than the specified value and it is confirmed that the learning is completed (step A6). Here, the learning end can be determined by whether or not the error with respect to the evaluation function or all the learning data is equal to or less than a specified value, or whether or not the number of times of learning reaches a predetermined number.

【0037】上述した学習方法では、図1における疎結
合部分12と全結合部分11とを区別せずに一括して同
時に学習している。その結果、本来ならば疎結合部分1
2の中間層素子につながるはずの部分(入力層素子)が
全結合部分11に結合されてしまったり、疎結合部分1
2の結合が小さく、全結合部分11の結合が大きくなり
すぎたりして、ニューラルネットワークの構造が解析困
難になる場合がある。
In the learning method described above, the loosely coupled portion 12 and the fully coupled portion 11 in FIG. As a result, the loosely coupled part 1 is originally
The portion (input layer element) that should be connected to the intermediate layer element 2 is coupled to the total coupling portion 11, or the loose coupling portion 1
There are cases where the connection of 2 is small and the connection of all connected portions 11 becomes too large, which makes it difficult to analyze the structure of the neural network.

【0038】上記の点に鑑み提案された特願2000−
230665記載の学習方法を、以下に説明する。すな
わち、図3に示すように、第1ステップB1として、一
の疎結合部分に単独でさせる学習を全ての疎結合部分に
ついて行う。次に、第2ステップB2として、第1ステ
ップB1により学習済みの全ての疎結合部分を結合して
第1ネットワークを生成する。
Japanese Patent Application No. 2000-proposed in view of the above points
The learning method described in 230665 will be described below. That is, as shown in FIG. 3, as a first step B1, learning is independently performed on one loosely coupled portion for all loosely coupled portions. Next, as a second step B2, all loosely coupled parts that have been learned in the first step B1 are combined to generate a first network.

【0039】次いで、第3ステップB3として、第2ス
テップB2により生成された第1ネットワークに学習を
行って第2ネットワークを生成する。そして、第4ステ
ップB4として、第3ステップB3により生成された第
2ネットワークに全結合部分を結合して第3ネットワー
クを生成し、第5ステップB5として、第4ステップB
4により生成された第3ネットワークに学習を行って学
習誤差を低減し、最終的なニューラルネットワークを生
成する。
Then, as a third step B3, the first network generated in the second step B2 is learned to generate a second network. Then, as a fourth step B4, all the connected parts are combined with the second network generated by the third step B3 to generate a third network, and as a fifth step B5, a fourth step B4.
Learning is performed on the third network generated in 4 to reduce a learning error, and a final neural network is generated.

【0040】図4は第1ステップB1を経たニューラル
ネットワークを示しており、12A,12B,12Cは
それぞれ疎結合部分である。これらの疎結合部分12
A,12B,12Cは関連の強い入力因子同士が一つの
疎結合部分に含まれるように定義されており、図示例で
は関連の強い入力1,2が一つの疎結合部分12Aに含
まれている。各疎結合部分12A,12B,12Cは所
定の学習データを与えて各々が単独で学習を行ってお
り、各入力因子と出力との関係が強く学習されている。
ここで、各疎結合部分12A,12B,12Cは比較的
小規模のネットワークであるため、学習速度も速く、局
所解へ陥る危険性も少ない。
FIG. 4 shows the neural network which has undergone the first step B1, and 12A, 12B and 12C are loosely coupled portions. These loosely coupled parts 12
A, 12B, and 12C are defined so that input factors having strong association are included in one loosely coupled portion, and in the illustrated example, inputs 1 and 2 having strong association are included in one loosely coupled portion 12A. . The loosely coupled portions 12A, 12B, and 12C each give predetermined learning data and each independently learns, and the relationship between each input factor and the output is strongly learned.
Here, since the loosely coupled portions 12A, 12B, and 12C are relatively small-scale networks, the learning speed is fast and the risk of falling into a local solution is small.

【0041】図5は、第2ステップB2により、図4の
疎結合部分12A,12B,12Cを一つに結合して形
成された第1ネットワーク12Dを示している。なお、
このネットワークについて後述の第3ステップB3によ
り学習を行えば、ネットワークの構造上は、図5は第2
ネットワークを示したものでもあると言える。
FIG. 5 shows a first network 12D formed by combining the loosely coupled portions 12A, 12B and 12C of FIG. 4 into one by the second step B2. In addition,
If this network is learned by a third step B3 described later, the structure of FIG.
It can be said that it also shows the network.

【0042】この場合、複数の疎結合部分を単純に結合
するだけではニューラルネットワークは正常に動作しな
い。例えば、疎結合部分が図示するように三つあり、学
習データの出力値の範囲が0.1〜0.9であったとす
る。
In this case, the neural network does not operate normally by simply connecting a plurality of loosely coupled parts. For example, it is assumed that there are three loosely coupled portions and the range of output values of the learning data is 0.1 to 0.9.

【0043】第1ステップB1において各疎結合部分が
良好に学習できたとすると、入出力特性を示す図6のシ
グモイド関数(ニューラルネットワークを構成する各素
子(ニューロン)の入出力特性としては、通常、シグモ
イド関数の入出力特性が使用される)によれば、各疎結
合部分の入力値の範囲は−2.2〜+2.2となる。こ
の場合、三つの疎結合部分を単純に結合すると、入力値
の範囲は−6.6〜+6.6となってしまい、その結
果、出力値の範囲も0〜1に変わってしまう。これを回
避するために、入力値の範囲は複数の疎結合部分を結合
した後も−2.2〜+2.2に保つ必要がある。
Assuming that each loosely coupled part can be satisfactorily learned in the first step B1, the sigmoid function of FIG. 6 showing the input / output characteristic (the input / output characteristic of each element (neuron) constituting the neural network is usually According to (the input / output characteristic of the sigmoid function is used), the range of the input value of each loosely coupled part is -2.2 to +2.2. In this case, if the three loosely coupled parts are simply combined, the range of input values will be -6.6 to +6.6, and as a result, the range of output values will also change to 0 to 1. In order to avoid this, it is necessary to keep the range of input values at -2.2 to +2.2 even after combining a plurality of loosely coupled parts.

【0044】そこで、結合の方法は各種考えられるが、
ここでは以下の方法を用いる。 (1)中間層と出力層との間の結合係数の値を疎結合部
分の数nで割る。 (2)各疎結合部分を結合する。 (3)すべてのパターンを想起し、出力値が所定の範囲
に入っていなければ、その範囲内に収まるように結合係
数を修正する。例えば、出力値の範囲が0.1〜0.9
である場合には入力値が−2.2〜+2.2になるよう
に、出力値の範囲が0.4〜0.6である場合には入力
値が−0.4〜+0.4になるようにする。これらの対
応は、図6のシグモイド関数の入出力特性によって決定
される。但し、この誤差が小さい場合には、次の第3ス
テップB3の学習だけでも修正は可能である。
There are various conceivable methods of connection,
Here, the following method is used. (1) The value of the coupling coefficient between the intermediate layer and the output layer is divided by the number n of loosely coupled portions. (2) The loosely coupled portions are joined together. (3) Recall all patterns, and if the output value is not within the predetermined range, modify the coupling coefficient so that it falls within that range. For example, the output value range is 0.1-0.9
If the output value range is 0.4 to 0.6, the input value becomes -0.4 to +0.4. To be These correspondences are determined by the input / output characteristics of the sigmoid function shown in FIG. However, if this error is small, the correction can be made only by learning in the next third step B3.

【0045】図3の第2ステップB2により生成された
第1ネットワーク(図5におけるネットワーク12D)
は、複数の疎結合部分を機械的に結合したものに相当す
るので、学習誤差が比較的大きい。そこで、第3ステッ
プB3では、各疎結合部分のバランス調整を行うため
に、第1ネットワークに再度、学習させて第2ネットワ
ークを生成する。また、第5ステップB5では、学習誤
差を更に低減させるために再度、学習を行う。
The first network generated by the second step B2 in FIG. 3 (network 12D in FIG. 5)
Corresponds to one in which a plurality of loosely coupled parts are mechanically coupled, so that the learning error is relatively large. Therefore, in the third step B3, in order to adjust the balance of each loosely coupled portion, the first network is made to learn again to generate the second network. In addition, in the fifth step B5, learning is performed again in order to further reduce the learning error.

【0046】第3ステップB3により生成された第2ネ
ットワークは、疎結合部分12A,12B,12Cのみ
から構成されている。つまり、各入力同士の相互作用が
欠落しているため、誤差の低下にも限界がある。そこ
で、第4ステップB4では、各入力同士の相互作用を反
映させた全結合部分11を追加して第3ネットワーク
(図1のニューラルネットワーク)を形成し、更に第5
ステップB5ではこの第3ネットワークを対象として再
度、学習を行う。これにより、最終的に学習誤差が低減
され、かつ解析容易なニューラルネットワークが生成さ
れる。
The second network generated in the third step B3 is composed of only loosely coupled portions 12A, 12B and 12C. That is, there is a limit to the reduction of the error because the interaction between the inputs is missing. Therefore, in the fourth step B4, the total connection part 11 reflecting the interaction between the inputs is added to form the third network (neural network in FIG. 1), and the fifth network is further added.
In step B5, learning is performed again for this third network. As a result, a learning error is finally reduced, and a neural network that is easy to analyze is generated.

【0047】次に、プラントの熱負荷を予測する場合を
例にとって、本発明の実施形態を説明する。 (1)予測モデル構築 まず、非線形性を有する熱負荷を予測するために、図7
に示すような予測モデルを構築する。この予測モデルは
図1の予測モデルの変形例であり、図7に示すような全
結合部分11及び疎結合部分12からなる階層型ニュー
ラルネットワークである。
Next, an embodiment of the present invention will be described by taking the case of predicting the heat load of a plant as an example. (1) Construction of Prediction Model First, in order to predict a heat load having non-linearity, FIG.
Build a prediction model as shown in. This prediction model is a modification of the prediction model of FIG. 1 and is a hierarchical neural network composed of fully connected parts 11 and loosely connected parts 12 as shown in FIG.

【0048】学習時に予測モデルに入力される入力因子
としては、出力である熱負荷と関連がある因子、例え
ば、予測対象日の毎時気温、最高気温、最低気温、最小
湿度、天候、日射量などの気象条件に関する因子、及
び、曜日や平日・休日(土曜日は平日・休日の何れかに
含まれる)の区別、イベントなどの有無及び種別、プラ
ントの操業状態、プラント構成機器(空調機器等)の運
転パターンのごとく熱負荷パターンを大まかに決定付け
る因子の全部または一部を用いる。これらの入力データ
には実績値が用いられる。また、出力には熱負荷の実績
値を用いることとし、上記入力因子及び出力をニューラ
ルネットワークに与えて前述した学習方法により学習さ
せ、予測モデルを構築する。
As the input factors input to the prediction model during learning, factors related to the heat load, which is the output, such as hourly temperature, maximum temperature, minimum temperature, minimum humidity, weather, solar radiation amount, etc. Factors related to meteorological conditions, distinction between days of the week and weekdays / holidays (including Saturdays on weekdays / holidays), presence / absence and types of events, plant operating status, plant components (air conditioners, etc.) All or part of the factors that roughly determine the heat load pattern, such as the operation pattern, are used. Actual values are used for these input data. Further, the actual value of the heat load is used for the output, the input factor and the output are given to the neural network and the learning is performed by the learning method described above, and the prediction model is constructed.

【0049】図7の例では、入力層に与える入力因子を
最高気温、最小湿度、曜日とし、翌日の熱負荷を予測し
て出力する構成となっている。また、中間層は、最高気
温が入力される入力層素子のみに結合して気温成分を出
力する素子と、最小湿度が入力される入力層素子のみに
結合して湿度成分を出力する素子と、曜日が入力される
入力層素子のみに結合して曜日成分を出力する素子と、
すべての入力層素子に結合して相互作用成分を出力する
素子とからなっている。ここで、出力層素子は単一であ
る。
In the example of FIG. 7, the input factors given to the input layer are the maximum temperature, the minimum humidity and the day of the week, and the heat load of the next day is predicted and output. Also, the intermediate layer is an element that outputs only the input layer element to which the maximum temperature is input and outputs the temperature component, and an element that is connected to only the input layer element to which the minimum humidity is input and outputs the humidity component, An element that outputs only the day component by combining only the input layer elements that input the day of the week,
It is composed of elements that are coupled to all the input layer elements and output an interaction component. Here, the output layer element is single.

【0050】なお、翌日の毎時の熱負荷を予測する場合
には、ニューラルネットワークの出力層素子をそれぞれ
各時間の熱負荷に割り当てて24個の出力層素子を有す
るニューラルネットワークを用いれば良い。この場合、
学習時には、入力層素子に例えば一定時間ごとの気温や
湿度等を入力し、1番目の出力層素子に0時の熱負荷実
績値を与えて学習させ、実際の予測時には、前記入力因
子の予報値を入力層素子に与えて1番目の出力層素子か
ら0時の熱負荷予測値を出力させればよい。このように
出力層素子を24個にすれば24点全体で1日の熱負荷
パターンをモデル化できるため、時間ごとにニューラル
ネットワークを構築する(予測モデルを24個用いる)
方法に比べて予測モデル数を削減することができ、計算
機負荷の削減が可能になる。
When predicting the hourly heat load of the next day, the output layer elements of the neural network may be assigned to the heat load of each time, and a neural network having 24 output layer elements may be used. in this case,
At the time of learning, for example, the temperature and humidity at fixed time intervals are input to the input layer element, the actual load value at 0 o'clock is given to the first output layer element for learning, and at the time of actual prediction, prediction of the input factor is performed. A value may be given to the input layer element to output the predicted heat load value at 0:00 from the first output layer element. In this way, if the number of output layer elements is 24, the daily heat load pattern can be modeled at all 24 points, so a neural network is constructed every hour (use 24 prediction models).
The number of prediction models can be reduced compared to the method, and the load on the computer can be reduced.

【0051】(2)予測実行 上記(1)で構築された予測モデルを用いて、翌日の熱
負荷の予測計算を実行する。このとき、入力因子として
の最高気温、最小湿度等の気象条件に関する入力データ
には、翌日の予報値を用いる。また、プラントの操業状
態、プラント構成機器の運転パターン等を入力する場合
には、それらの計画値を用いれば良い。
(2) Prediction execution Using the prediction model constructed in (1) above, the prediction calculation of the heat load of the next day is executed. At this time, the forecast value of the next day is used as the input data relating to the weather conditions such as the maximum temperature and the minimum humidity as the input factors. Further, when inputting the operating state of the plant, the operation pattern of the plant constituent equipment, etc., those planned values may be used.

【0052】(3)予測理由説明 予測結果が得られた理由を説明する。予測理由の説明に
は、重回帰モデルでは、偏回帰係数、ニューラルネット
ワークでは入出力の感度を用いるのが一般的であるが、
本実施形態では全結合部分11及び疎結合部分12を有
するニューラルネットワークを用いることにより、どの
ような理由で当該予測値が得られたかという予測理由の
説明が可能である。図2の例では、熱負荷予測値を最高
気温に関連した成分、最小湿度に関連した成分、及び曜
日に関連した成分と、これらの最高気温、最小湿度、曜
日が相互に関連する相互作用成分とに分割して提示する
ことができる。
(3) Explanation of Reason for Prediction The reason why the prediction result is obtained will be described. To explain the reason for prediction, it is general to use partial regression coefficient in multiple regression model and input / output sensitivity in neural network.
In the present embodiment, by using the neural network having the fully connected portion 11 and the loosely connected portion 12, it is possible to explain the reason for the prediction that the predicted value was obtained. In the example of FIG. 2, the heat load prediction value is a component related to the maximum temperature, a component related to the minimum humidity, and a component related to the day of the week, and an interaction component in which the maximum temperature, the minimum humidity, and the day of the week are related to each other. It can be divided into and presented.

【0053】以下、予測理由の説明に当たり、任意のデ
ータを入力したときの、中間層素子から出力層素子に伝
達される情報量から入力因子の出力への影響を解析する
方法について述べる。この解析方法は、例えば特願20
00−166528の請求項11,12等に記載されて
いる。
In explaining the reason for prediction, a method of analyzing the influence of the input factor on the output from the amount of information transmitted from the intermediate layer element to the output layer element when arbitrary data is input will be described below. This analysis method is, for example, Japanese Patent Application 20
It is described in claims 11 and 12 of 00-166528.

【0054】始めに、特願2000−166528の請
求項11に記載された解析方法について説明する。図8
に示すニューラルネットワークにおいて、中間層から出
力層に伝達される情報は、中間層出力Oと重みvとの積
和である。つまり、この情報は数式3によって表され
る。
First, an analysis method described in claim 11 of Japanese Patent Application No. 2000-166528 will be described. Figure 8
In the neural network shown in (1), the information transmitted from the intermediate layer to the output layer is the sum of products of the intermediate layer output O and the weight v. That is, this information is represented by Equation 3.

【0055】[0055]

【数3】 [Equation 3]

【0056】ここで、|v|が最も大きい値を出
力する中間層素子は、出力への影響が最も強く、更にそ
の中間層素子に結合されている入力因子の影響も強いと
言える。例えば、図8において、中間層素子1による|
|が最も大きい場合には入力1の影響が強く、
中間層素子2による|v|が最も大きい場合には
入力1,2の相互作用分が強いと言える。従って、各中
間層素子から出力層素子に伝達される情報量の大きさを
検出することで、中間層素子、出力層素子及び入力層素
子の間の結合の強さを知ることができ、ニューラルネッ
トワークにおける入力因子の出力への影響を解析するこ
とができる。
Here, it can be said that the intermediate layer element that outputs the largest value of | vi O i | has the strongest influence on the output, and the influence of the input factor coupled to the intermediate layer element is also strong. . For example, referring to FIG.
When v 1 O 1 | is the largest, the influence of input 1 is strong,
It can be said that the interaction between the inputs 1 and 2 is strong when | v 2 O 2 | by the intermediate layer element 2 is the largest. Therefore, by detecting the amount of information transmitted from each intermediate layer element to the output layer element, it is possible to know the strength of the coupling between the intermediate layer element, the output layer element and the input layer element. We can analyze the effect of input factors on the output in the network.

【0057】図7の例について言えば、例えば中間層の
気温成分の出力と、当該成分と出力層との間の重みとの
積が、他の成分に比べて大きい場合には、予測値(翌日
の熱負荷)に占める気温成分(つまり最高気温)の影響
が大きいと考えられるから、その予測値が得られた理由
は最高気温が大きく影響しているという説明が可能にな
る。また、中間層の相互作用成分の出力と、当該成分と
出力層との間の重みとの積が、他の成分に比べて大きい
場合には、予測値に占める相互作用成分(つまり最高気
温、最小湿度、曜日)の影響が大きいと考えられるか
ら、その予測値が得られた理由を一義的に断定すること
はできず、最高気温、最小湿度、曜日の相互作用による
ものであるという説明が可能になる。
In the example of FIG. 7, for example, when the product of the output of the temperature component of the intermediate layer and the weight between the component and the output layer is larger than the other components, the predicted value ( Since the influence of the temperature component (that is, the maximum temperature) on the heat load of the next day is considered to be large, it is possible to explain that the maximum temperature has a large influence on the reason that the predicted value was obtained. In addition, when the product of the output of the interaction component of the intermediate layer and the weight between the component and the output layer is larger than the other components, the interaction component (that is, the maximum temperature, Since it is considered that the influence of the minimum humidity, day of the week) is large, it is not possible to unambiguously determine the reason why the predicted value was obtained, and it is explained that it is due to the interaction between the maximum temperature, the minimum humidity and the day of the week. It will be possible.

【0058】次に、特願2000−166528の請求
項12に記載された解析方法について説明する。この解
析方法は、任意のデータを入力したときの、入力データ
と中間層素子から出力層素子へ伝達される情報との相関
関係から、入力因子の出力への影響を解析する方法であ
る。
Next, an analysis method described in claim 12 of Japanese Patent Application No. 2000-166528 will be described. This analysis method is a method of analyzing the influence of an input factor on the output from the correlation between the input data and the information transmitted from the intermediate layer element to the output layer element when arbitrary data is input.

【0059】すなわち、図8のニューラルネットワーク
において、入力1,入力2の値を常に等しくして(入力
1,入力2)=(0,0),(0.2,0.2),…
…,(0.8,0.8),(1,1)の0.2刻みの複
数のデータを入力し、そのときに中間層素子1〜3から
出力層素子へ伝達される情報量が図9のようになったと
する。つまり、中間層素子1については出力層素子へ伝
達される情報量が次第に増加し、中間層素子2について
はほぼ一定であり、中間層素子3については次第に減少
していくとする。これから、以下のことが判る。
That is, in the neural network of FIG. 8, the values of input 1 and input 2 are always the same (input 1, input 2) = (0,0), (0.2,0.2), ...
,, (0.8, 0.8), (1, 1) in a plurality of 0.2 increments are input, and at that time, the amount of information transmitted from the intermediate layer elements 1 to 3 to the output layer element is Suppose that the result is as shown in FIG. That is, regarding the intermediate layer element 1, the amount of information transmitted to the output layer element is gradually increased, the intermediate layer element 2 is almost constant, and the intermediate layer element 3 is gradually decreased. From this, the following can be understood.

【0060】入力1のみに結合されている中間層素子
1は正の相関、つまり、入力1は出力に対し正の相関が
ある。 中間層素子2は出力にほとんど影響を与えない。つま
り、中間層素子2に結合している入力1,2の相互作用
はほとんどない。 入力2のみに結合されている中間層素子3は負の相
関、つまり、入力2は出力に対し負の相関がある。ま
た、以上の〜により、次のが導かれる。 出力を大きくするためには、入力1に大きな値を入力
し、入力2に小さな値を入力すればよい。
Intermediate layer element 1, which is coupled only to input 1, has a positive correlation, ie input 1 has a positive correlation with the output. The intermediate layer element 2 has almost no effect on the output. That is, there is almost no interaction between the inputs 1 and 2 coupled to the intermediate layer element 2. The intermediate layer element 3, which is coupled only to the input 2, has a negative correlation, ie the input 2 has a negative correlation with the output. The following items are derived from the above items. To increase the output, a large value may be input to input 1 and a small value may be input to input 2.

【0061】上記のように、入力値に対する中間層素子
の挙動(それぞれの中間層素子から出力層へ伝達される
情報量)を検出することにより、未知データ(学習して
いない入力x,xのパターン)に対しても、各入力
因子や中間層素子の働きが判っているために出力値を容
易に推定することができる。
As described above, unknown data (unlearned inputs x 1 , x) is detected by detecting the behavior of the intermediate layer element with respect to the input value (the amount of information transmitted from each intermediate layer element to the output layer). 2 ), the output values can be easily estimated because the input factors and the functions of the intermediate layer elements are known.

【0062】図7の例に則して言えば、最高気温や最小
湿度等の入力因子について、中間層の気温成分や湿度成
分から出力層へ伝達される情報に関する図9のような相
関関係が予め判っていれば、過去に学習していない最高
気温や最小湿度等のデータが与えられた場合にも、翌日
の熱負荷がどのような値になるかをある程度予測するこ
とができ、また、当該予測値が得られる理由についても
説明することができる。
According to the example of FIG. 7, the input factors such as the maximum temperature and the minimum humidity have the correlation as shown in FIG. 9 regarding the information transmitted from the temperature component and the humidity component of the intermediate layer to the output layer. If you know in advance, even if you have given data such as maximum temperature and minimum humidity that you have not learned in the past, you can predict to some extent what the heat load of the next day will be, The reason why the predicted value is obtained can also be explained.

【0063】以上のように本実施形態によれば、予測モ
デルの非線形化と予測理由の説明とを両立させながら、
熱負荷等の非線形性を有する負荷を高精度に予測するこ
とが可能である。なお、本発明は、熱負荷以外のプラン
トの電力負荷、空気負荷等の予測にも適用可能であるこ
とは言うまでもない。
As described above, according to this embodiment, while making the prediction model non-linear and explaining the prediction reason,
It is possible to accurately predict a load having a non-linearity such as a heat load. Needless to say, the present invention is also applicable to prediction of power load, air load, etc. of plants other than heat load.

【0064】2.次に、請求項2に記載した定常プラン
トシミュレータに関する実施形態を説明する。ここで、
定常プラントシミュレータは、プラント構成機器相互の
接続状態、線形または非線形な入出力特性、時間帯に応
じて変化する運転パターン(運転パターンの変化により
入出力特性が変化する)等のプラントの状態の計算に必
要な特性を保存したデータベースを用いて、一定の時間
間隔をおいた各制御時間毎のプラント構成機器に対する
燃料注入量、プラント構成機器の起動・停止状態が計画
値として後述する最適化部から与えられた時に、各制御
時間毎の各構成機器毎の定常的な入出力状態(ここで
は、過渡的な入出力状態については考えず、機器の出力
が安定した定常時のみを考慮する)を計算する。そし
て、ある構成機器の出力を次段の構成機器の入力として
逐次計算していくことにより、最終的にプラント全体の
定常的な入出力状態を模擬するものである。このように
して模擬されたプラント構成機器の入出力状態は、プラ
ントの最適運用を決定するための目的関数の計算用に、
後述する最適化部に送られることになる。
2. Next, an embodiment relating to the steady-state plant simulator described in claim 2 will be described. here,
The steady-state plant simulator calculates the state of the plant, such as the connection status of plant components, linear or nonlinear input / output characteristics, and operation patterns that change according to the time of day (input / output characteristics change due to changes in the operation patterns). Using the database that stores the necessary characteristics, the amount of fuel injected into the plant components for each control time with a fixed time interval, and the start / stop state of the plant components are planned values from the optimization unit described later. At a given time, the steady input / output state of each component device for each control time (here, the transient input / output state is not considered, only the steady state when the output of the device is stable is considered). calculate. Then, the output of a certain component device is sequentially calculated as the input of the component device of the next stage to finally simulate the steady input / output state of the entire plant. The input and output states of the plant components simulated in this way are used to calculate the objective function for determining the optimum operation of the plant.
It will be sent to the optimization unit described later.

【0065】例えば、図10に示すように、ガスタービ
ン21、排ガスボイラ22、スチームタービン23、コ
ンプレッサ24、ボイラ25、吸収式冷凍機26、ガス
焚冷凍機27、蓄熱層28から構成され、空気負荷、電
気負荷、蒸気負荷、熱(空調)負荷を得るためのエネル
ギープラントを想定したとする。定常プラントシミュレ
ータでは、上記各機器21〜28の図示するような構成
状態、入出力特性、運転パターンが与えられ、更に、制
御時間毎のガスタービン21、ボイラ25、ガス焚冷凍
機27に対する燃料注入量及び各機器21〜28の起動
・停止状態が与えられた時に、例えばガスタービン21
から出力される排ガスの量やボイラ25から出力される
スチームの量を計算する。そして、これらを次段の排ガ
スボイラ22や吸収式冷凍機26等の入力として、各機
器22,26,……の出力を逐次計算していくことによ
り、このエネルギープラント全体の定常的な入出力状態
を模擬する。
For example, as shown in FIG. 10, a gas turbine 21, an exhaust gas boiler 22, a steam turbine 23, a compressor 24, a boiler 25, an absorption refrigerating machine 26, a gas-fired refrigerating machine 27, and a heat storage layer 28 are used. It is assumed that an energy plant for obtaining a load, an electric load, a steam load, and a heat (air conditioning) load is assumed. In the steady-state plant simulator, the above-mentioned configuration states, input / output characteristics, and operation patterns of each of the devices 21 to 28 are given, and further, fuel injection into the gas turbine 21, the boiler 25, and the gas-fired refrigerator 27 at each control time is performed. When the amount and the start / stop state of each device 21 to 28 are given, for example, the gas turbine 21
The amount of exhaust gas output from the boiler and the amount of steam output from the boiler 25 are calculated. Then, these are used as inputs to the exhaust gas boiler 22 and the absorption chiller 26 in the next stage, and the outputs of the devices 22, 26, ... Simulate the state.

【0066】この際、各プラント構成機器の非線形な入
出力特性は、以下のような方法を用いて表現する。 最小二乗法により、その係数が調整された2次までの
多項式 応答曲面法により、その係数が調整された一般的な非
線形方程式 ニューラルネットワーク
At this time, the non-linear input / output characteristic of each plant constituent device is expressed by the following method. General nonlinear equation neural network whose coefficients are adjusted by the polynomial response surface method up to the second order whose coefficients are adjusted by the least squares method

【0067】なお、の応答曲面法とは、例えば、Andr
e I. Khuri, and John A. Cornell,Response Surfaces
Designs and Analyses, Second Edition, Marcel Dekke
r Inc., 1996等に説明されている。また、ニューラルネ
ットワークは、D. E. Rumelhart and J. L. McCelland
(Eds.), Parallel Distributed Processing, MIT Pres
s, 1986.等に説明されているところの、多層パーセプト
ロンを用いたモデルのように、ニューラルネットワーク
に対する入力と出力との写像関数を自動的に生成する全
てのニューラルネットワークを包含する。場合によって
は、請求項1の発明の実施形態として説明した構造化ニ
ューラルネットワークを用いても良く、その場合には、
各プラント構成機器の入出力関係についての理由説明が
容易になる利点が得られる。
The response surface method is, for example, Andr
e I. Khuri, and John A. Cornell, Response Surfaces
Designs and Analyzes, Second Edition, Marcel Dekke
r Inc., 1996 etc. The neural network is also DE Rumelhart and JL McCelland.
(Eds.), Parallel Distributed Processing, MIT Pres
s, 1986., etc., including all neural networks that automatically generate input-output mapping functions for neural networks, such as the model using a multilayer perceptron. In some cases, the structured neural network described as the embodiment of the invention of claim 1 may be used. In that case,
The advantage that the reason for the input / output relationship of each plant component can be easily explained is obtained.

【0068】ここで、前記の応答曲面法は、タグチメソ
ッドと同様に、製品のばらつきなどを考慮して製品開発
を行う品質工学分野において、特にアメリカで実用化さ
れている手法である。応答曲面法は、適切な実測値の組
合せに対する限られた数の応答を求め、予測変数から予
測される応答の近似関数を作成する方法であり、この応
答曲面法により作成した近似関数を用いて各機器の入出
力特性を表現することができる。ここで、応答曲面を求
める方法は、ソフトウェア・シミュレーションを用いて
も、実際に試作したハードウェアによる実験に基づいて
も、あるいはプラント実測値を用いても良い。
Here, like the Taguchi method, the response surface method is a method that has been put to practical use in the United States, particularly in the field of quality engineering in which product development is performed in consideration of product variations. The response surface method is a method for obtaining a limited number of responses to an appropriate combination of actual measurement values and creating an approximate function of the response predicted from the predictor variable, using the approximate function created by this response surface method. Input / output characteristics of each device can be expressed. Here, as a method of obtaining the response surface, software simulation may be used, an experiment based on hardware actually manufactured, or a plant actual measurement value may be used.

【0069】近似関数の関数形に制限はないが、近似関
数としては以下のような形態が考えられる。 1次関数 数式4の線形関数を利用する場合であり、統計で利用さ
れている重回帰に相当する。
Although the function form of the approximate function is not limited, the following form can be considered as the approximate function. This is a case of using the linear function of the linear function formula 4, and corresponds to the multiple regression used in statistics.

【0070】[0070]

【数4】y=β+β+β+……## EQU4 ## y = β 0 + β 1 x 1 + β 2 x 2 + ...

【0071】ここで、 βi:係数 xi:予測変数(設計変数) である。Here, β i : coefficient x i : prediction variable (design variable).

【0072】2次多項式 数式5の2次多項式を利用する場合である。Quadratic polynomial This is a case of using the quadratic polynomial of Expression 5.

【0073】[0073]

【数5】y=β+β+β+……+β11
+β22 +……+β12+β13
+……
Y = β 0 + β 1 x 1 + β 2 x 2 + ... + β 11
x 1 2 + β 22 22 x 2 2 + ... + β 12 x 1 x 2 + β 13
x 1 x 3 + ...

【0074】同様にして、3次以上の多項式を用いるこ
とも可能である。また、2次以上の多項式には、以下に
示すように直交実験とするために直交多項式を用いる場
合もある。
Similarly, it is possible to use a polynomial of third order or higher. In addition, an orthogonal polynomial may be used for a polynomial of second order or higher in order to make an orthogonal experiment as shown below.

【0075】なお、近似関数は、実験点を選定し、その
実験点を用いて作成する。
The approximate function is created by selecting an experimental point and using the experimental point.

【0076】実験点の選定には、以下のような方法があ
る。 直交計画 タグチメソッドで用いる直交表を用いる場合であり、通
常は1次多項式(線形重回帰)による近似に用いられ
る。しかし、2次以上の多項式回帰モデルでは、L27な
どの多水準の直交表を用いる。また、この際に、近似関
数として直交関数を用いることにより、近似関数の作成
において必要な係数の選定を独立に行えるようになるの
で、有効である。
There are the following methods for selecting the experimental points. This is a case of using an orthogonal table used in the orthogonal plan Taguchi method, and is usually used for approximation by a first-order polynomial (linear multiple regression). However, in a polynomial regression model of second order or higher, a multilevel orthogonal table such as L27 is used. Further, at this time, by using the orthogonal function as the approximate function, it becomes possible to independently select the coefficients required for creating the approximate function, which is effective.

【0077】中央複合計画(Central Composite Desig
n: CCD) CCDは、例えば2変数の場合に図11に示す点を実験
点とする方法であり、2次多項式による近似で有効であ
ることが知られている。
Central Composite Desig
n: CCD) CCD is a method in which the points shown in FIG. 11 are used as experimental points in the case of, for example, two variables, and is known to be effective in approximation by a quadratic polynomial.

【0078】D最適水準 計算機支援の実験計画として、以下の数式6で示される
D最適性指標を最大化するp個の実験点を用いる方法で
ある。
As a D-optimal level computer-supported experiment plan, p experimental points that maximize the D-optimality index expressed by the following equation 6 are used.

【0079】[0079]

【数6】 [Equation 6]

【0080】ここで、X:実験点の行列(n×k) n:実験点の組の総数 k: 設計変数の数 p:近似に必要な実験点数 である。Where X: matrix of experimental points (n × k) n: total number of sets of experimental points k: number of design variables p: number of experimental points required for approximation Is.

【0081】なお、以下に示すように、実験点の選定と
用いる近似関数とには密接な関係がある。 ・直交計画による実験点の選定と直交関数による近似
は、計算が簡単であり、更に高次の多項式にも対応でき
るという利点を有している。しかし、例えば、L27直
交表+2次直交関数のDeffは0.462であり、余りよ
い近似とはいえない。 ・CCDは2次多項式だけに有効である。CCD+2次
多項式のDeffは0.996であり、かなり良い近似とな
る。 ・上記以外の場合には、D最適規準が必要である。
As shown below, there is a close relationship between the selection of experimental points and the approximation function used. -Selection of experimental points by orthogonal design and approximation by orthogonal function have the advantages that they are easy to calculate and can be applied to higher-order polynomials. However, for example, D eff of the L27 orthogonal table + quadratic orthogonal function is 0.462, which is not a very good approximation. -CCD is effective only for second-order polynomials. The D eff of CCD + quadratic polynomial is 0.996, which is a very good approximation. -In cases other than the above, the D-optimal criterion is required.

【0082】2次以上の多項式も変数変換することによ
り1次多項式にすることができるため、1次多項式、つ
まり統計の分野で線形重回帰式に利用されている方法を
用いて近似関数を作成することができる。 (1)モデルの係数の求め方 数式4,5のモデルの各係数βは、重回帰で用いられ
るように最小2乗法で求めることができる。 (2)モデルの適切性の評価 モデルが適切かどうかは、数式7に示す決定係数(回帰
モデルの適合性を示す指標)Rにより評価することが
できる。数式7において、SSRは回帰二乗和、Syy
は応答yの平均値まわりの変動である。回帰式が応答に
完全に一致する場合にはSSR,Syyが完全に同一に
なり、決定係数Rは1となる。この決定係数Rは0
〜1の値をとり、一般には1に近いほど適切な回帰モデ
ルということができる。なお、モデルの各係数はt検定
により有効性を確認することができる。
Since polynomials of second or higher degree can also be converted into first-order polynomials by variable conversion, an approximate function is created using the first-order polynomial, that is, the method used for linear multiple regression in the field of statistics. can do. (1) How to obtain the coefficient of the model Each coefficient β i of the model of Equations 4 and 5 can be obtained by the least squares method as used in multiple regression. (2) Evaluation of Appropriateness of Model Whether or not the model is suitable can be evaluated by the coefficient of determination (index indicating suitability of regression model) R 2 shown in Expression 7. In Equation 7, SSR is the regression sum of squares, S yy
Is the variation around the mean value of the response y. When the regression equation completely matches the response, SSR and Syy are completely the same, and the coefficient of determination R 2 is 1. This coefficient of determination R 2 is 0
A value of ˜1 is taken, and generally, the closer to 1, the more appropriate the regression model can be. The effectiveness of each coefficient of the model can be confirmed by t-test.

【0083】[0083]

【数7】 [Equation 7]

【0084】上記のように、この実施形態にかかる定常
プラントシミュレータは、図10に示したような各機器
の線形または非線形な入出力特性を最小二乗法や応答曲
面法、ニューラルネットワーク等により表現し、これら
の入出力特性と、時間帯に応じた各機器の運転パターン
(始動後に定常状態に達するまでの時間等の特性も含
む)等をデータベースとして予め備えている。そして、
各制御時間毎の燃料注入量や各機器の起動・停止状態を
入力情報として、燃料の注入側からプラントの末端方向
に向かって各機器の入出力状態(入出力されるガスやス
チーム、水等の量やこれらの入出力時間)を逐次計算す
ることにより、プラント全体の定常的な入出力状態を模
擬する。
As described above, the steady-state plant simulator according to this embodiment expresses the linear or nonlinear input / output characteristics of each device as shown in FIG. 10 by the least square method, response surface method, neural network, or the like. The input / output characteristics, the operation pattern of each device according to the time zone (including characteristics such as the time until the steady state is reached after starting), and the like are provided in advance as a database. And
The input / output state of each device (input / output gas, steam, water, etc.) from the fuel injection side toward the end of the plant using the fuel injection amount for each control time and the start / stop state of each device as input information. The steady-state input / output state of the whole plant is simulated by sequentially calculating the amount of these and the input / output times of these.

【0085】3.次に、請求項3,4,5に記載したプ
ラントの最適運用方法の実施形態を説明する。本実施形
態では、最適化部が、計画案として各制御時間毎の各プ
ラント構成機器の起動・停止状態、燃料注入量を定常プ
ラントシミュレータに渡し、定常プラントシミュレータ
側では、これらの入力情報を用いて前述した動作により
求めた各機器の入出力状態を最適化部に返すと共に、最
適化部では、各機器の入出力状態を用いて所定の目的関
数(プラント運転費用の最小化やガス排出量の最小化
等)を満足するような各機器の起動・停止状態及び燃料
注入量を各種の最適化手法により探索していくものであ
る。
3. Next, an embodiment of the optimum operation method of the plant described in claims 3, 4 and 5 will be described. In this embodiment, the optimization unit passes the start / stop state of each plant constituent device for each control time and the fuel injection amount to the steady plant simulator as a plan, and the steady plant simulator side uses these input information. The input / output state of each device obtained by the above-mentioned operation is returned to the optimization unit, and the optimization unit uses the input / output state of each device to determine a predetermined objective function (minimize plant operation cost or reduce gas emissions). Various optimization methods are used to search for the starting / stopping state of each device and the fuel injection amount that satisfy the above conditions (minimization, etc.).

【0086】図12は、定常プラントシミュレータを用
いてプラントの最適運用方法を決定する際の概念図を示
している。なお、図12における最適化部30及び定常
プラントシミュレータ40は、何れも計算機のハードウ
ェア及びソフトウェアにより実現されるものである。ま
ず、請求項1記載の発明により各種プラント負荷の予測
値が得られたら、各負荷種別毎の負荷予測値に対するエ
ネルギー供給(需給バランス)を満足し、各機器の特性
上の制約を考慮しながら(これらを制約条件とする)、
所定期間、例えば1日のプラントの運用費用(燃料費を
含む)及びガス排出量(例えばCO排出量)を最小化
することを目的関数として(ペナルティとして需給バラ
ンス不均衡量及び機器特性制約逸脱量を設定する)、プ
ラントの最適化問題を非線形混合整数計画問題として定
式化する。
FIG. 12 shows a conceptual diagram when the optimum operation method of the plant is determined using the stationary plant simulator. The optimizing unit 30 and the stationary plant simulator 40 in FIG. 12 are both realized by computer hardware and software. First, when the predicted values of various plant loads are obtained by the invention according to claim 1, the energy supply (supply / demand balance) with respect to the predicted load value of each load type is satisfied, and the constraints on the characteristics of each device are considered. (These are constraints),
The objective function is to minimize the plant operating cost (including fuel cost) and the gas emission amount (eg CO 2 emission amount) for a predetermined period, for example, one day (the supply-demand imbalance amount as a penalty and deviation of the device characteristic constraint). Set the quantity), and formulate the plant optimization problem as a nonlinear mixed integer programming problem.

【0087】そして、各制御時間毎の各プラント構成機
器の起動・停止状態(起動か停止かという離散値)及び
燃料注入量(連続値)の初期値を生成し、前記定常プラ
ントシミュレータに対して、各探索過程におけるプラン
ト構成機器の起動・停止状態、及び、燃料注入量を逐次
与えることにより、定常プラントシミュレータから各プ
ラント構成機器の入出力状態を出力として得ると共に、
起動・停止状態及び燃料注入量の計画値を最適化手法に
より逐次修正しながら、最終的に大域最適解に近い各機
器の起動・停止状態及び燃料注入量を決定することによ
り、プラントの最適運用方法を決定する。
Then, an initial value of the starting / stopping state (discrete value of starting or stopping) and the fuel injection amount (continuous value) of each plant constituent device for each control time is generated, and is generated for the steady plant simulator. , By sequentially giving the start / stop state of the plant component equipment in each search process and the fuel injection amount, while obtaining the input / output state of each plant component equipment from the steady plant simulator as an output,
Optimal operation of the plant by deciding the start / stop state and fuel injection amount of each device that is close to the global optimum solution while sequentially correcting the planned values of start / stop state and fuel injection amount by the optimization method. Decide how.

【0088】以下に、最適化の定式化を示す。 (1)状態変数 状態変数は、以下のプラント量とする。 各制御時間毎の各プラント構成機器(例えばガスター
ビン,ボイラ,冷凍機,コジェネ等)の起動・停止状態 各制御時間毎の燃料注入量(上記各機器への燃料注入
量)
The formulation of optimization is shown below. (1) State variables State variables are the following plant quantities. Start / stop status of each plant component device (eg gas turbine, boiler, refrigerator, cogeneration, etc.) for each control time Fuel injection amount for each control time (fuel injection amount for each device)

【0089】(2)目的関数 目的関数は、以下のような項からなるとする。 プラント運用費用の最小化(fとする) CO排出量の最小化(fとする) ペナルティ(需給バランス不均衡量,機器特性制約逸
脱量) (fとする) 実際には、上記各項からなる以下の目的関数を用いる。 f=w+w+w ここで、w:各項に対する重みであり、任意に設定さ
れる。
(2) Objective function The objective function is assumed to have the following terms. Minimize plant operation cost (set to f 1 ) Minimize CO 2 emissions (set to f 2 ) Penalty (supply / demand balance imbalance amount, deviation of equipment characteristic constraint) (set to f 3 ) Actually The following objective function consisting of each term is used. f = w 1 f 1 + w 2 f 2 + w 3 f 3 where w i is a weight for each term and is set arbitrarily.

【0090】(3)制約条件 各負荷種別毎の需給バランス 電力系、熱系、空気系など、それぞれの負荷種別に対す
る需要と供給とのバランスに関する制約であり、この需
給バランスを決定するに当たって負荷予測値が考慮され
る。 各機器の特性上の制約 各プラント構成機器の入出力限界、起動・停止時間など
の特性上の制約である。
(3) Constraint conditions Supply / demand balance for each load type This is a constraint concerning the balance between supply and demand for each load type such as electric power system, thermal system, and air system. The value is taken into account. Restrictions on the characteristics of each device These are the restrictions on the input / output limits and start / stop times of each plant component.

【0091】(4)求解アルゴリズム 定常プラントシミュレータによる計算結果(各制御時間
毎の各プラント構成機器の入出力状態)を利用しなが
ら、起動・停止状態及び燃料注入量の最適解を探索して
いく最適化手法としては、モダンヒューリスティック最
適化手法を用いる。具体的には、Particle Swarm Optim
ization(以下、PSOという)とその改良手法、遺伝
的アルゴリズム(以下、GAという)とその改良手法、
タブーサーチ(以下,TSという)とその改良手法、An
t Colony Optimization(以下、ACOという)とその
改良手法などを用いる。ここで、PSO及びその改良手
法とは、J. Kennedy and R. Eberhart, SwarmIntellige
nce, Morgan Kaufmann Publishers, 2001で解説されて
いるように、Eberhart氏らにより開発された群れ理論を
基にしたPSOのGbestモデル、Lbestモデル、あるい
は、Angeline氏により開発されたHybrid Particle Swar
m OptimizationなどのPSOの様々なバリエーションを
含む手法を指す。GA及びその改良手法とは、D. E. Go
ldberg, Genetic Algorithms in Search, Optimizatio
n, and Machine Learning, Addison-Wesley, 1989の中
で述べられているSimple Genetic Algorithm(以下、S
GAという)とその改良手法を意味し、TS及びその改
良手法とは、F. Glover, "Tabu Search Part I", ORSA
Journal of Computing, Vol. 1, NO. 3, Summer 1989で
述べられているタブーサーチとその改良手法を意味し、
ACO及びその改良手法とは、A. Colorni, M. Dorigo,
and V. Maniezzo, "Distributed Optimization by Ant
Colonies", Proc. ofFirst European Conference on A
rtificial Life, pp.134-142, Cambridge, MA: MIT Pre
ss 1991.で述べられているAnt Colony Optimization (A
CO)とその改良手法を意味する。
(4) Solving Algorithm The optimum solution of the starting / stopping state and the fuel injection amount is searched while using the calculation result by the steady plant simulator (the input / output state of each plant constituent device at each control time). A modern heuristic optimization method is used as the optimization method. Specifically, Particle Swarm Optim
ization (hereinafter referred to as PSO) and its improvement method, genetic algorithm (hereinafter referred to as GA) and its improvement method,
Tabu Search (TS) and its improvement method, An
t Colony Optimization (hereinafter referred to as ACO) and its improvement method are used. Here, PSO and its improved method are J. Kennedy and R. Eberhart, SwarmIntellige.
nce, Morgan Kaufmann Publishers, 2001, PSO's Gbest and Lbest models based on the herd theory developed by Eberhart et al., or Hybrid Particle Swar developed by Angeline.
Refers to techniques that include various variations of PSO, such as m Optimization. What is GA and its improved method?
ldberg, Genetic Algorithms in Search, Optimizatio
n, and Machine Learning, Addison-Wesley, 1989, Simple Genetic Algorithm (hereinafter, S
GA) and its improved method, and TS and its improved method are F. Glover, "Tabu Search Part I", ORSA.
Means the tabu search and its improved methods described in Journal of Computing, Vol. 1, NO. 3, Summer 1989,
ACO and its improved method are A. Colorni, M. Dorigo,
and V. Maniezzo, "Distributed Optimization by Ant
Colonies ", Proc. OfFirst European Conference on A
rtificial Life, pp.134-142, Cambridge, MA: MIT Pre
Ant Colony Optimization (A
CO) and its improvement method.

【0092】以下では、例として、PSO,SGA及び
TSを用いた場合のアルゴリズムを示す。 (1)PSO 状態表現 PSOでは、各制御時間毎の各プラント構成機器への燃
料注入量、及び、起動・停止状態を変更できる各構成機
器の起動・停止状態からなるデータ列によって状態を表
現する。 求解アルゴリズム PSOを非線形混合整数計画問題に適用できるようにす
る方法は、福山他による「電圧信頼度を考慮したPartic
le Swarm Optimizationによる電圧無効電力制御方式の
検討」電気学会論文誌B 119巻12号(1999年1
2月)等で提案されている方法を用いる。
In the following, an algorithm using PSO, SGA and TS is shown as an example. (1) PSO State Representation In PSO, the state is represented by the amount of fuel injected into each plant component for each control time and the data string consisting of the start / stop state of each component whose start / stop state can be changed. . Fukuyama et al., "Participity Considering Voltage Reliability," describes a method that enables the solution algorithm PSO to be applied to nonlinear mixed integer programming problems.
Study on Voltage Reactive Power Control Method by le Swarm Optimization ”IEEJ Transactions on B 119, No. 12 (1999, 1
The method proposed in (February) etc. is used.

【0093】PSOは、簡単化した社会モデルのシミュ
レーションを通して開発されたモダンヒューリスティッ
ク手法の1つであり、鳥の群れの動きを連続変数の2次
元空間で表現することを通して開発された。PSOで
は、各エージェント(上述した鳥)の位置(状態量)を
x,y座標で表現し、前記位置(状態量)の変化分に相
当する速度(ベクトル)をv(x方向の速度)、v
(y方向の速度)で表現する。これらの位置と速度情報
から、次時点の各エージェントの位置を更新することが
できる。この概念に基づき、鳥の群れ全体が何らかの目
的関数を最適化するような行動をとると考えると、以下
のような最適化が考えられる。
PSO is one of the modern heuristic methods developed through the simulation of a simplified social model, and was developed by expressing the movement of a flock of birds in a two-dimensional space of continuous variables. In the PSO, the position (state amount) of each agent (the above-mentioned bird) is expressed by x and y coordinates, and the velocity (vector) corresponding to the change in the position (state amount) is v x (velocity in the x direction). , V y
It is expressed by (velocity in the y direction). The position of each agent at the next time can be updated from these position and velocity information. Based on this concept, considering that the entire flock of birds behaves to optimize some objective function, the following optimization is possible.

【0094】つまり、各エージェントは各々の探索にお
ける目的関数のそれまでの個々の最良値(pbest)と、
その位置(状態量)を示すx,y座標とを覚えている。
また、各エージェントは、pbestのうち集団の中で最も
最良のもの、すなわち集団のそれまでの目的関数の最良
値(gbest)情報を共有している。そして、各エージェ
ントは、現在の自己のx,y座標と速度v,v、及
び、pbestとgbestとの距離に応じて、pbest,gbest
の存在する位置に方向を変更しようとする。この変更し
ようとする行動は速度を修正することで表現される。現
在の速度とpbest及びgbestを用いて、各エージェント
の速度は数式8により修正される。
That is, each agent has the individual best value (pbest) of the objective function up to that point in each search,
The x and y coordinates indicating the position (state quantity) are remembered.
Further, each agent shares the best pbest among the groups, that is, the best value (gbest) information of the objective function of the group up to that point. Each agent, x current self, y coordinates and velocity v x, v y, and, depending on the distance between pbest and gbest, pbest, gbest
Attempts to change the direction to the existing position. This changing behavior is expressed by modifying the speed. Using the current speed and pbest and gbest, the speed of each agent is modified by Eq.

【0095】[0095]

【数8】 [Equation 8]

【0096】数式8において、v:エージェントiの
速度、rand():0〜1までの一様乱数、s :エージ
ェントiの探索k回目の位置(探索点)、pbest:エ
ージェントiのpbest、w:エージェントの速度に対す
る重み関数、c:各項に対する重み係数である。
[0096] In Equation 8, v i: speed of agent i, rand (): uniform random numbers of up to 0~1, s i k: search the k-th position of agent i (search point), pbest i: agent i Pbest, w: a weighting function for the speed of the agent, c i : a weighting coefficient for each term.

【0097】上記数式8を用いることにより、各エージ
ェントのこれまでの最良解及び集団の最良解に確率的に
近付くような速度が求められ、これにより各エージェン
トの現在の位置(探索点)を数式9により修正する。こ
こで、本発明に即していえば、各エージェントがプラン
ト構成機器に相当し、数式8,数式9における各エージ
ェントの位置sが各プラント構成機器の起動・停止状
態(離散値)や燃料注入量(連続値)に相当し、また、
各エージェントの速度vがそれらの変化分に相当す
る。
By using the above equation 8, a velocity that stochastically approaches the best solution of each agent and the best solution of the group is obtained, and the current position (search point) of each agent is calculated by the equation. Correct by 9. Here, according to the present invention, each agent corresponds to a plant constituent device, and the position s i of each agent in Expressions 8 and 9 is the start / stop state (discrete value) or fuel injection of each plant constituent device. Equivalent to the quantity (continuous value),
The velocity v i of each agent corresponds to their change.

【0098】[0098]

【数9】s k+1=s +v k+1 S i k + 1 = s i k + v i k + 1

【0099】PSOは遺伝的アルゴリズム(Genetic Al
gorithm:以下、GA)等と同様に複数の探索点を持っ
た多点探索で、各探索点のpbest及び集団のgbestを用
いて各探索点を確率的に変更していくことにより、大域
最適解(最良解)を得る方法である。また、これまでの
速度を維持しようとする大域探索(数式8の右辺第1
項)と、pbest,gbestを用いてそれらに近付こうとす
る局所探索(それぞれ数式8の右辺第2,3項)とをバ
ランスよく行う機構をもった探索手法である。更に、P
SOでは探索の各ステップで目的関数値を評価する必要
があるが、評価の回数は問題の規模によらずエージェン
ト数のみで良いというメリットがあるため、プラントの
最適運用といった大規模問題への適用が可能である。
PSO is a genetic algorithm (Genetic Al
gorithm: In the same way as GA), etc., it is a multi-point search with multiple search points, and by globally changing each search point by using pbest of each search point and gbest of the group, This is a method of obtaining a solution (best solution). In addition, the global search that tries to maintain the speed so far (the first side of the right side of Equation 8)
This is a search method having a mechanism for performing a well-balanced search between the local search term and the local search that tries to approach them using pbest and gbest (the second and third terms on the right side of Expression 8, respectively). Furthermore, P
In SO, it is necessary to evaluate the objective function value at each step of the search, but the number of evaluations does not depend on the scale of the problem, and only the number of agents is required, so application to large-scale problems such as optimum plant operation Is possible.

【0100】gbestモデルのPSOを利用した場合のプ
ラント最適運用方法の全体的なアルゴリズムを、以下に
示す。なお、図13はそのフローチャートである。
The overall algorithm of the plant optimum operation method when the PSO of the gbest model is used is shown below. Note that FIG. 13 is a flowchart thereof.

【0101】Step.1 データの入力(図13のC1) 負荷予測値の入力 ・各負荷種別毎の各制御時間毎の負荷予測値を入力す
る。この負荷予測値は、請求項1記載の発明によって得
たプラントの電力負荷、熱負荷、空気負荷等の予測値で
ある。 プラント情報の入力(これらはデータベースとして予
め格納されている) ・各プラント構成機器毎の入出力特性(線形、非線型)
と各制御時間毎の運転パターン ・各構成機器相互の接続関係とそれに対応する特性式 ・各燃料種別毎の燃料費 これらの情報をプラント情報として入力する。 Particle Swarm Optimizationに関する情報の入力 ・エージェント数、各最適化パラメータ値、最大探索回
数を入力する。
Step.1 Data Input (C1 in FIG. 13) Input of Load Prediction Value-Input the load prediction value for each control time for each load type. This predicted load value is a predicted value of the power load, heat load, air load, etc. of the plant obtained by the invention of claim 1. Input of plant information (these are stored in advance as a database) ・ Input / output characteristics (linear, non-linear) for each plant component
The operation pattern for each control time, the connection relationship between each component and the corresponding characteristic formula, the fuel cost for each fuel type, and the like are input as plant information. Input information related to Particle Swarm Optimization ・ Enter the number of agents, each optimization parameter value, and the maximum number of searches.

【0102】Step.2 初期値の生成(図13のC2) 各エージェント毎に、各制御時間毎の以下の値をラン
ダムに計算する。 ・各プラント構成機器毎の起動・停止状態(離散値) ・上記プラント構成機器のうち、燃料注入機器の燃料注
入量(連続値) 各エージェント毎のプラント状態の計算及び評価値の
計算 ・で計算した各プラント構成機器毎の起動・停止状態
及び燃料注入量を用いて、請求項2に係る定常プラント
シミュレータにより、各制御時間毎の各プラント構成機
器の入出力状態を求める。 ・更に、図12に示した目的関数及び制約条件を用い
て、各エージェント毎に評価値を計算する。ここで、評
価値とは、プラント運用費用やCO排出量の総和であ
る。 pbest及びgbestの初期設定 ・で計算した各エージェント毎の評価値を、現在の各
エージェント毎のpbest値とする。 ・上記のpbestのうちの最良値(最小値)をgbestとす
る。これにより、pbest及びgbestの初期値が設定され
ることになる。
Step.2 Initial Value Generation (C2 in FIG. 13) The following values for each control time are randomly calculated for each agent.・ Starting / stopping state (discrete value) for each plant component ・ Fuel injection amount of fuel injecting device among the above plant components (continuous value) Calculation of plant state for each agent and calculation of evaluation value The input / output state of each plant constituent device for each control time is obtained by the steady-state plant simulator according to claim 2 using the started / stopped state and the fuel injection amount of each plant constituent device. -Furthermore, an evaluation value is calculated for each agent using the objective function and constraint conditions shown in FIG. Here, the evaluation value is the sum of plant operation costs and CO 2 emissions. The evaluation value of each agent calculated in the initial setting of pbest and gbest is set as the current pbest value of each agent. -The best value (minimum value) of the above pbest is gbest. As a result, the initial values of pbest and gbest are set.

【0103】Step.3 各エージェントの位置(探索点)
の修正(図13のC3) 前述した数式8、数式9により、離散値及び連続値に
ついて各エージェントの位置(探索点)を修正する。こ
のときの修正の概念図を図14に示す。図14におい
て、vk+1は数式9の右辺第2項に相当している。
Step.3 Position of each agent (search point)
(C3 in FIG. 13) The position (search point) of each agent is corrected with respect to the discrete value and the continuous value by the above-described Expressions 8 and 9. FIG. 14 shows a conceptual diagram of the correction at this time. In FIG. 14, v k + 1 corresponds to the second term on the right side of Expression 9.

【0104】Step.4 各エージェントの評価(図13の
C4) 各エージェント毎のプラント状態の計算及び評価値の
計算 ・Step.2で計算した各プラント構成機器毎の起動・停止
状態及び燃料注入量を用いて、定常プラントシミュレー
タにより、各制御時間毎の各プラント構成機器の入出力
状態を求める。 ・図12の目的関数及び制約条件を用いて、各エージェ
ント毎に評価値を計算する。 pbest及びgbestの修正 ・で計算した各エージェント毎の評価値が現在の各エ
ージェント毎のpbest値より良かったら、前記評価値を
各エージェント毎のpbestとする。 ・上記のpbestのうちの最良値が現在のgbest値より良
かったら、その最良値をgbestとする。これらの処理を
通じて、各プラント構成機器の起動・停止状態や燃料注
入量の最適解を求めていく。
Step.4 Evaluation of each agent (C4 in FIG. 13) Calculation of plant state for each agent and calculation of evaluation value-Start / stop state and fuel injection amount for each plant constituent device calculated in Step.2. Using, the input / output state of each plant constituent device for each control time is obtained by a steady plant simulator. -Evaluation value is calculated for each agent using the objective function and the constraint condition of FIG. If the evaluation value for each agent calculated by modifying pbest and gbest is better than the current pbest value for each agent, the evaluation value is set as the pbest for each agent. If the best value of the above pbest is better than the current gbest value, the best value is set as gbest. Through these processes, the optimum solution for the starting / stopping state of each plant component and the fuel injection amount is obtained.

【0105】Step.5 終了条件のチェック(図13のC
5) 探索回数が入力した最大探索回数に達したら終了す
る。そうでない場合は、Step.3へ戻る。
Step.5 Check the end condition (C in FIG. 13)
5) When the number of searches reaches the maximum number of inputs, the process ends. If not, return to Step.3.

【0106】(2)SGA 状態表現 SGAでは、全て離散値としなければならないことか
ら、本来、連続値である各燃料注入量は離散化する最小
燃料費刻みで離散化した値を利用し、離散化した数値の
最小値から最大値までを整数と対応させる。内部で整数
で表現し、連続値である実際の燃料注入量へは整数との
対応表から変換する。一方、もともと離散値である各制
御時間毎の機器の起動・停止状態は、起動を1、停止を
0として整数により表現する。つまり、燃料注入量及び
起動・停止状態をすべて整数で表現して対応表を作成す
ると共に、燃料注入量を検討する機器(燃料注入機器)
の数及び起動・停止状態を考慮する機器の数の合計の長
さを持つ遺伝子で状態を表現する。従って、各遺伝子座
は、各燃料注入量あるいは機器の起動・停止状態であ
る。
(2) SGA State Representation In SGA, since all discrete values have to be discrete values, the fuel injection amount, which is originally a continuous value, uses discrete values at the discrete minimum fuel cost increments. The minimum value to the maximum value of the digitized numbers are associated with integers. It is internally expressed as an integer, and the actual fuel injection amount that is a continuous value is converted from the correspondence table with the integer. On the other hand, the starting / stopping state of the device for each control time, which is originally a discrete value, is expressed by an integer with 1 being start and 0 being stop. That is, the fuel injection amount and the start / stop state are all represented by integers to create a correspondence table, and a device for examining the fuel injection amount (fuel injection device)
The state is represented by a gene having the total length of the number of devices and the number of devices considering the start / stop state. Therefore, each locus is the fuel injection amount or the start / stop state of the device.

【0107】求解アルゴリズム Step.1 前提条件と初期条件設定(図15のE1) ・請求項1の負荷予測方法で求めた負荷予測値を入力す
る。 ・ストリング数、交差確率、突然変異確率、最大世代数
を設定する。
Solving Algorithm Step.1 Preconditions and Initial Condition Settings (E1 in FIG. 15) Input the load prediction value obtained by the load prediction method of claim 1.・ Set the number of strings, crossing probability, mutation probability, and maximum number of generations.

【0108】Step.2 初期値の生成(図15のE2) ・各ストリングの遺伝子座について、ランダムに整数値
を選択して初期値とする。 ・現在の世代数を1とする。
Step.2 Generation of initial value (E2 in FIG. 15) -For the loci of each string, an integer value is randomly selected and used as the initial value. -Set the current number of generations to 1.

【0109】Step.3 各ストリングの評価と選択(図1
5のE3) ・各ストリングの遺伝子座の整数値と対応表(前述した
の状態表現における対応表)を用いて、燃料注入量あ
るいは機器の起動・停止状態を決定する。 ・プラントモデル及び負荷予測値を利用して各遺伝子に
対する評価値を計算する。ここで、評価値とは、プラン
ト運用費用やCO排出量の総和である。 ・各ストリングの評価値を用いて、ルーレット・ホイー
ル・セレクションによりストリングの選択を行う。
Step.3 Evaluation and selection of each string (Fig. 1
E3 of 5) -The fuel injection amount or the start / stop state of the device is determined using the integer value of the locus of each string and the correspondence table (the correspondence table in the above-mentioned state expression). -Calculate the evaluation value for each gene using the plant model and the predicted load value. Here, the evaluation value is the sum of plant operation costs and CO 2 emissions. -Using the evaluation value of each string, select the string by roulette wheel selection.

【0110】Step.4 ストリング操作(図15のE4) ・ストリング集合に対して、交差確率、突然変異確率を
用いて、交差及び突然変異を実行することにより、上記
評価値を最良とするようなストリングを決定する。そし
て、このストリングの遺伝子座の整数値と対応表を用い
て、燃料注入量や機器の起動・停止状態の最適解を決定
していく。
Step.4 String operation (E4 in FIG. 15) -By performing crossover and mutation on the string set using the crossover probability and mutation probability, the above evaluation value is optimized. Determine the string. Then, using the integer value of the loci of this string and the correspondence table, the optimal solution for the fuel injection amount and the starting / stopping state of the device is determined.

【0111】Step.5 終了判定(図15のE5,E6) ・世代が事前に決定した最大世代数の設定値に達した
ら、終了する。 ・設定値に達しない場合には、世代数に1を足してSte
p.3へ戻る。
Step.5 End determination (E5 and E6 in FIG. 15) When the generation reaches the preset maximum number of generations set value, the process ends.・ If the set value is not reached, add 1 to the number of generations and Ste
Return to p.3.

【0112】(2)TS 状態表現 TSにおいても、全て離散値としなければならないこと
から、本来、連続量である各燃料注入量は離散化する最
小燃料費刻みで離散化した値を利用し、離散化した数値
の最小値から最大値までを整数と対応させる。内部で整
数で表現し、連続量である実際の燃料注入量へは整数と
の対応表から変換する。また、もともと離散値である各
制御時間毎の機器の起動停止状態は、起動を1、停止を
0として整数により表現する。つまり、SGAと同様に
燃料注入量及び起動・停止状態をすべて整数で表現して
対応表を作成すると共に、燃料注入機器の数及び起動・
停止状態を考慮する機器の数の合計の長さを持つ整数配
列によって表現する。従って、配列の各要素は、各燃料
注入量あるいは機器の起動・停止状態である。
(2) TS In the state expression TS, all of the fuel injection amounts, which are originally continuous amounts, should be discretized by the minimum fuel cost step, because all of them must be discrete values. Correspond to the integer from the minimum value to the maximum value of the discretized numerical value. It is expressed internally as an integer, and the actual fuel injection amount that is a continuous amount is converted from the correspondence table with the integer. In addition, the starting / stopping state of the device for each control time, which is originally a discrete value, is expressed by an integer with 1 as starting and 0 as stopping. That is, like SGA, the correspondence table is created by expressing the fuel injection amount and the start / stop state with integers, and at the same time, the number of fuel injection devices and start / stop
It is represented by an integer array that has the total length of the number of devices for which the stop status is considered. Therefore, each element of the array is the fuel injection amount or the start / stop state of the device.

【0113】求解アルゴリズム Step.1 前提条件と初期条件設定(図16のF1) ・請求項1の負荷予測方法により求めた負荷予測値を入
力する。 ・タブー長及び最大探索回数を設定する。
Solving Algorithm Step.1 Precondition and Initial Condition Setting (F1 in FIG. 16) Input the load prediction value obtained by the load prediction method of claim 1.・ Set taboo length and maximum number of searches.

【0114】Step.2 初期値の生成(図16のF2) ・状態表現の配列の各要素について、ランダムに整数値
を選択して初期値とする。 ・現在の状態をタブーリストに入れる。 ・現在の探索回数を1とする。
Step.2 Generation of initial value (F2 in FIG. 16) -For each element of the array of state representation, an integer value is randomly selected to be the initial value.・ Enter the current status in the taboo list.・ Set the current search count to 1.

【0115】Step.3 隣接状態の生成と次状態の決定
(図16のF3) ・現在の状態の配列の各要素に対して、整数値の+1及
び−1の値(上下限値の場合は、値を生成しない)を隣
接状態として生成する。例えば配列されている整数値が
(2,3,4)であった場合、各要素について+1及び
−1を加算した(1,3,4),(3,3,4),
(2,2,4),(2,4,4),(2,3,3),
(2,3,5)が隣接状態となる。 ・各隣接状態の整数値の配列に対して、対応表を参照す
ることにより燃料注入量あるいはプラント構成機器の起
動・停止状態を決定する。 ・プラントモデル及び負荷予測値を利用して、各遺伝子
に対する評価値を計算する。ここで、評価値とは、プラ
ント運用費用やCO排出量の総和である。 ・各隣接状態の中で、タブーでない最も評価がよいもの
を次状態とする処理により、上記評価値を最良とするよ
うな隣接状態を決定する。そして、この隣接状態の整数
値と対応表を用いて、燃料注入量や機器の起動・停止状
態の最適解を決定していく。
Step.3 Generation of adjacent state and determination of next state (F3 in FIG. 16) -For each element of the array of the current state, integer values +1 and -1 (in the case of upper and lower limit values, , Value is not generated) is generated as an adjacent state. For example, when the arrayed integer values are (2,3,4), +1 and -1 are added to each element (1,3,4), (3,3,4),
(2,2,4), (2,4,4), (2,3,3),
(2, 3, 5) becomes the adjacent state. -For the array of integer values of each adjacent state, determine the fuel injection amount or the start / stop state of the plant component equipment by referring to the correspondence table. -Calculate the evaluation value for each gene using the plant model and the predicted load value. Here, the evaluation value is the sum of plant operation costs and CO 2 emissions. Among the adjacent states, the adjacent state having the best evaluation value is determined by processing the next state that is not taboo and has the best evaluation. Then, using the integer value of the adjacent state and the correspondence table, the optimum solution of the fuel injection amount and the start / stop state of the device is determined.

【0116】Step.4 終了判定(図16のF4,F5) ・探索回数が事前に設定した最大探索回数に達したら、
終了する。 ・設定値に達しない場合には、現在の探索回数に1を足
してStep.3へ戻る。
Step.4 End judgment (F4 and F5 in FIG. 16) When the number of searches reaches the preset maximum number of searches,
finish. -If the set value is not reached, add 1 to the current search count and return to Step 3.

【0117】なお、上記の最適運用方法を利用して当日
の運用計画を補正(再計画)することが望ましい。すな
わち、前述したように、所定の状態変数(各制御時間
毎の各プラント構成機器の起動・停止状態、各制御時
間毎の燃料注入量)を用い、目的関数(f=w
+w)を最小化するように各種制約条件
(各負荷種別毎の需給バランス、各機器の特性上の
制約)を考慮しながら最適化手法によりプラント構成機
器の起動・停止状態、燃料注入量を決定した結果、図1
7(a)に示すような当日の運用計画が前日に得られた
とする(前日に計画されたという意味で前日計画と称す
る)。
Incidentally, it is desirable to correct (re-plan) the operation plan of the day by utilizing the above-mentioned optimum operation method. That is, as described above, an objective function (f = w 1 f 1 +) is used by using a predetermined state variable (start / stop state of each plant constituent device at each control time, fuel injection amount at each control time).
w 2 f 2 + w 3 f 3 ) is minimized by taking into account various constraint conditions (supply / demand balance for each load type, constraint on characteristics of each device), and starting / stopping the plant component devices by the optimization method. As a result of determining the state and the fuel injection amount, FIG.
It is assumed that the operation plan of the day as shown in 7 (a) is obtained on the previous day (referred to as the previous day's plan in the sense that it was planned on the previous day).

【0118】この前日計画において考慮された制約条件
のうち各負荷種別毎の需給バランスは、前日における負
荷予測値を用いたものであり、当日の負荷値は予測値か
らずれて推移している場合が多い。このため、当日に
は、新たな負荷予測値に基づく需給バランスを制約条件
として考慮する必要があり、言い換えれば、前日計画を
補正して当日補正計画を作成する必要がある。
When the load-demand balance for each load type among the constraint conditions considered in the previous day's plan uses the load predicted value on the previous day, and the load value on the day shifts from the predicted value. There are many. Therefore, on the day, it is necessary to consider the supply and demand balance based on the new load forecast value as a constraint condition. In other words, it is necessary to correct the previous day's plan to create the current day's corrected plan.

【0119】このため、図17(b)に示すように現時
点が当日のt時(t時間経過後)であるとすると、当日
の残りの時間(24−t時間)を考察時間(補正計画の
対象時間)とし、現時点におけるプラント構成機器の運
転状態や既に運転指令済みで変更不可能な機器の運転状
態をプラントの固定的な初期状態とし、この状態を各機
器の特性上の制約として考慮した上で、当日の残りの時
間(24−t時間)の負荷予測値に基づく需給バランス
を制約条件として考慮しつつ、最適運用方法により当日
補正計画を作成すればよい。以上の着想が、請求項5に
記載した発明に相当する。
Therefore, assuming that the present time is t o'clock (after elapse of t time) on the current day as shown in FIG. 17 (b), the remaining time (24-t hours) on the current day is considered as the consideration time (correction plan). The target operating time) is the operating status of the plant constituent equipment at this point or the operating status of the equipment that has already been commanded and cannot be changed, and is used as the fixed initial state of the plant. In the above, the current day correction plan may be created by the optimal operation method while considering the supply and demand balance based on the load forecast value of the remaining time (24-t hours) of the day as a constraint condition. The above idea corresponds to the invention described in claim 5.

【0120】4.次いで、請求項6に記載したプラント
の最適設計方法の実施形態を説明する。この最適設計方
法とは、プラントの設計段階において、各プラント構成
機器の最適容量の決定問題を、設定可能な機器容量値
(離散値)の中から最適値を決定する組合せ最適化問題
として定式化するとともに、年間の各月の代表日の負荷
パターンを実績値等を用いて経験的に設定し、請求項3
または4に記載した最適運用方法を利用して、年間のプ
ラント運用費用やCO排出量に関する評価値を最良化
するような各プラント構成機器の容量を求めることをい
う。この最適設計方法は、以下の手順により実現する。
4. Next, an embodiment of the optimum design method for a plant according to claim 6 will be described. This optimum design method formulates the problem of determining the optimum capacity of each plant component in the plant design stage as a combination optimization problem that determines the optimum value from the settable device capacity values (discrete values). At the same time, the load pattern of the representative day of each month of the year is set empirically using actual values, etc.
Alternatively, the optimum operation method described in 4 is used to obtain the capacity of each plant constituent device that optimizes the evaluation value regarding the annual plant operation cost and CO 2 emission amount. This optimal design method is realized by the following procedure.

【0121】Step.1 前提条件及び初期条件設定(図1
8のD1) ・プラントのシステム構成(プラント構成機器と相互の
接続状態)を決定する。 ・所定期間、例えば年間の各月の代表日の各制御時間毎
の負荷値を負荷パターンとして設定する。対象プラント
が既存プラントであれば、これまでの実績値を用いて負
荷パターンを設定する。また、新規プラントであれば、
既存プラントの実績負荷値などを参考にして設定する。 ・各プラント構成機器の容量の初期値を計画値として設
定する。
Step.1 Precondition and initial condition setting (Fig. 1
D1 of 8) -Determine the system configuration of the plant (connection status with the plant component equipment). A load value is set as a load value for each control time during a predetermined period, for example, a representative day of each month of the year. If the target plant is an existing plant, the load pattern is set using the past actual values. Also, if it is a new plant,
Set by referring to the actual load value of the existing plant.・ Set the initial value of the capacity of each plant component as a planned value.

【0122】Step.2 Step.1で設定した値を用いて、請
求項3または4のプラント最適運用方法により、各代表
日に対する各機器の起動・停止状態及び燃料注入量を決
定して最適運用方法を求める(図18のD2)。
Step.2 By using the value set in Step.1, the plant optimum operation method according to claim 3 or 4 determines the start / stop state of each device and the fuel injection amount for each representative day, and performs optimum operation. The method is determined (D2 in FIG. 18).

【0123】Step.3 1年を通したプラント運用費用や
CO排出量に関する評価値(各代表日の評価値の和)
が最良となるまで、各プラントの構成機器の容量を組合
せ最適化手法を用いて逐次変更する(図18のD3)。
Step.3 Evaluation value related to plant operation cost and CO 2 emissions throughout the year (sum of evaluation values on each representative day)
Until the best value is obtained, the capacities of the components of each plant are sequentially changed using the combination optimization method (D3 in FIG. 18).

【0124】ここで、組合せ最適化手法としては、遺伝
的アルゴリズムとその改良手法、及びタブーサーチとそ
の改良手法、Ant Colony Optimizationとその改良手法
などを利用する。上記遺伝的アルゴリズムとは、E. Gol
dberg, Genetic Algorithms in Search,Optimization,
and Machine Learning, Addison-Wesley, 1989の中で述
べられているSimple Genetic Algorithm(以下、SGA
という)とその改良手法、タブーサーチとはF. Glover,
"Tabu Search Part I", ORSA Journal of Computing,V
ol. 1, NO. 3, Summer 1989で述べられているタブーサ
ーチ(以下、TSという)とその改良手法、Ant Colony
OptimizationとはA. Colorni, M. Dorigo, andV. Mani
ezzo, "Distributed Optimization by Ant Colonies",
Proc. of FirstEuropean Conference on Artificial Li
fe, pp.134-142, Cambridge, MA: MIT Press 1991.で述
べられているAnt Colony Optimization (以下、ACO
という)及びその改良手法を意味する。以下では、例と
してSGA及びTSを用いた場合のアルゴリズムを前述
の図15,図16を参照しつつ説明する。
Here, as the combination optimization method, a genetic algorithm and its improved method, taboo search and its improved method, Ant Colony Optimization and its improved method, etc. are used. What is the above genetic algorithm? E. Gol
dberg, Genetic Algorithms in Search, Optimization,
and Machine Learning, Addison-Wesley, 1989, Simple Genetic Algorithm (hereinafter, SGA
And its improved method, Tabu Search is F. Glover,
"Tabu Search Part I", ORSA Journal of Computing, V
ol. 1, NO. 3, Tabu Search (TS) and its improvement method described in Summer 1989, Ant Colony
What is Optimization? A. Colorni, M. Dorigo, and V. Mani
ezzo, "Distributed Optimization by Ant Colonies",
Proc. Of First European Conference on Artificial Li
fe, pp.134-142, Cambridge, MA: Ant Colony Optimization described in MIT Press 1991.
Means) and its improved method. Hereinafter, an algorithm using SGA and TS will be described as an example with reference to FIGS. 15 and 16 described above.

【0125】(1)SGA 状態表現 SGAでは、最適容量を求めるプラント構成機器の数だ
けの遺伝子長とし、各遺伝子座は各構成機器の選択可能
な容量を小さい方から整数で表現した整数値とする。従
って、実際の容量は、各整数値と実際の容量との対応表
から求める。例えば、1が100kVA、2が150k
VA、3が200kVAなどの対応となる。
(1) SGA State Representation In SGA, the gene length is as many as the number of plant constituent devices for which the optimum capacity is obtained, and each locus is an integer value expressing the selectable capacity of each constituent device as an integer from the smallest. To do. Therefore, the actual capacity is obtained from the correspondence table between each integer value and the actual capacity. For example, 1 is 100kVA, 2 is 150k
VA, 3 corresponds to 200 kVA, etc.

【0126】求解アルゴリズム Step.1 前提条件及び初期条件設定(図15のE1) ・プラントのシステム構成(プラントの構成機器と相互
の接続状態)を決定する。 ・年間の各月の代表日の各制御時間毎の負荷値を設定す
る。既存プラントであれば、これまでの実績値を用いて
設定する。また、新規プラントであれば、既存プラント
の実績負荷値などを参考にして設定する。 ・各プラント構成機器の容量の初期値を計画値として設
定する。 ・ストリング数、交差確率、突然変異確率、最大世代数
を設定する。
Solving Algorithm Step.1 Setting Preconditions and Initial Conditions (E1 in FIG. 15) -Determine the system configuration of the plant (the mutual connection state of the components of the plant).・ Set the load value for each control time on the representative day of each month of the year. If it is an existing plant, it will be set using the actual values obtained so far. If it is a new plant, it is set with reference to the actual load value of the existing plant.・ Set the initial value of the capacity of each plant component as a planned value.・ Set the number of strings, crossing probability, mutation probability, and maximum number of generations.

【0127】Step.2 初期値の生成(図15のE2) ・各ストリングの遺伝子座について、ランダムに整数値
を選択して初期値とする。 ・現在の世代数を1とする。
Step.2 Generation of initial value (E2 in FIG. 15) -For the loci of each string, an integer value is randomly selected and used as the initial value. -Set the current number of generations to 1.

【0128】Step.3 各ストリングの評価と選択(図1
5のE3) ・各ストリングの遺伝子座の整数値を対応表を用いて設
定し、容量を決定する。 ・各構成機器容量が決定したプラントモデル、及び、最
初に設定した各月の代表日の各制御時間毎の負荷値を利
用して各機器の起動・停止状態及び燃料注入量を決定す
ることにより最適運用方法を求め、1年を通した各月の
代表日に対するプラント運用費用やCO排出量に関す
る評価値の和を各ストリングの評価値とする。 ・各ストリングの評価値を用いて、ルーレット・ホイー
ル・セレクションによりストリングの選択を行う。
Step.3 Evaluation and selection of each string (Fig. 1
E3 of 5) -Set the integer value of the locus of each string using the correspondence table and determine the capacity.・ By determining the start / stop status of each device and the fuel injection amount by using the plant model in which the capacity of each component is determined and the load value for each control time set on the first representative day of each month The optimum operation method is obtained, and the sum of the evaluation values regarding the plant operation cost and the CO 2 emission amount with respect to the representative day of each month throughout the year is used as the evaluation value of each string. -Using the evaluation value of each string, select the string by roulette wheel selection.

【0129】Step.4 ストリング操作(図15のE4) ・ストリング集合に対して、交差確率、突然変異確率を
用いて、交差及び突然変異を実行することにより、1年
を通した評価値の和が最良となるような各構成機器の容
量を決定する。
Step.4 String operation (E4 in FIG. 15) -The sum of evaluation values throughout the year by executing crossover and mutation using crossover probability and mutation probability for a string set Determine the capacity of each component so that

【0130】Step.5 終了判定(図15のE5,E6) ・世代数が事前に決定した最大世代数の設定値に達した
ら、終了する。 ・設定値に達しない場合には、世代数に1を足してSte
p.3へ戻る。
Step.5 Termination determination (E5 and E6 in FIG. 15) When the number of generations reaches the preset maximum number of generations set value, the process is terminated.・ If the set value is not reached, add 1 to the number of generations and Ste
Return to p.3.

【0131】(2)TS 状態表現 TSでは、最適容量を求めるプラント構成機器の数だけ
の配列長とし、配列の各要素は各構成機器の選択可能な
容量を小さい方から整数で表現した整数値とする。従っ
て、実際の容量は、各整数値と容量との対応表から求め
る。例えば、1が100kVA、2が150kVA、3
が200kVAなどの対応となる。
(2) TS In the state expression TS, the array length is the number of plant constituent devices for which the optimum capacity is obtained, and each element of the array is an integer value that represents the selectable capacity of each constituent device as an integer from the smallest. And Therefore, the actual capacity is obtained from the correspondence table between each integer value and the capacity. For example, 1 is 100 kVA, 2 is 150 kVA, 3
Corresponds to 200 kVA, etc.

【0132】求解アルゴリズム Step.1 前提条件及び初期条件設定(図16のF1) ・プラントのシステム構成(プラントの構成機器と相互
の接続状態)を決定する。 ・年間の各月の代表日の各制御時間毎の負荷値を設定す
る。既存プラントであれば、これまでの実績値を用いて
設定する。また、新規プラントであれば、既存プラント
の実績負荷などを参考にして設定する。 ・各プラント構成機器の容量の初期値を計画値として設
定する。 ・タブー長及び最大探索回数を設定する。
Solving Algorithm Step.1 Setting Preconditions and Initial Conditions (F1 in FIG. 16) -Determine the system configuration of the plant (the mutual connection state of the components of the plant).・ Set the load value for each control time on the representative day of each month of the year. If it is an existing plant, it will be set using the actual values obtained so far. If it is a new plant, it is set with reference to the actual load of the existing plant.・ Set the initial value of the capacity of each plant component as a planned value.・ Set taboo length and maximum number of searches.

【0133】Step.2 初期値の生成(図16のF2) ・状態表現の配列の各要素について、ランダムに整数値
を選択して初期値とする。 ・現在の状態をタブーリストに入れる。 ・現在の探索回数を1とする。
Step.2 Generation of initial value (F2 in FIG. 16) -For each element of the array of state representation, an integer value is randomly selected to be the initial value.・ Enter the current status in the taboo list.・ Set the current search count to 1.

【0134】Step.3 隣接状態の生成と次状態の決定
(図16のF3) ・現在の状態の配列の各要素に対して、整数値の+1及
び−1の値(上下限値の場合は、値を生成しない)を隣
接状態として生成する。例えば配列されている整数値が
(2,3,4)であった場合、各要素について+1及び
−1を加算した(1,3,4),(3,3,4),
(2,2,4),(2,4,4),(2,3,3),
(2,3,5)が隣接状態となる。 ・各隣接状態の整数値の配列に対して、対応表を参照す
ることにより各構成機器の容量を決定する。 ・各構成機器容量が決定したプラントモデル、及び、最
初に設定した各月の代表日の各制御時間毎の負荷値を利
用して各機器の起動・停止状態及び燃料注入量を決定し
することにより最適運用方法を求め、1年を通した各月
の代表日に対するプラント運用費用やCO排出量に関
する評価値の和を各隣接状態の評価値とする。 ・各隣接状態の中でタブーでない最も評価がよいものを
次状態とする処理により、1年を通した評価値の和が最
良となるような各構成機器の最適容量を決定する。
Step.3 Generation of adjacent state and determination of next state (F3 in FIG. 16) -For each element of the array of the current state, integer values of +1 and -1 (in the case of upper and lower limit values, , Value is not generated) is generated as an adjacent state. For example, when the arrayed integer values are (2,3,4), +1 and -1 are added to each element (1,3,4), (3,3,4),
(2,2,4), (2,4,4), (2,3,3),
(2, 3, 5) becomes the adjacent state. -The capacity of each component is determined by referring to the correspondence table for the array of integer values in each adjacent state. -Determine the start / stop status of each device and the fuel injection amount by using the plant model in which the capacity of each component device is determined and the load value for each control time that was initially set on the representative day of each month. Then, the optimum operation method is obtained by using the sum of evaluation values for plant operation costs and CO 2 emissions for representative days of each month throughout the year as evaluation values for each adjacent state. -The optimum capacity of each component is determined so that the sum of the evaluation values throughout the year is the best by the process of setting the next evaluation state that is not taboo among the adjacent states.

【0135】Step.4 終了判定(図16のF4,F5) ・探索回数が事前に設定した最大探索回数に達したら、
終了する。 ・設定値に達しない場合には、現在の探索回数に1を足
してStep.3へ戻る。
Step.4 End judgment (F4 and F5 in FIG. 16) When the number of searches reaches the preset maximum number of searches,
finish. -If the set value is not reached, add 1 to the current search count and return to Step 3.

【0136】[0136]

【発明の効果】以上述べたように、請求項1記載の発明
によれば、非線形性を有するプラントの各種負荷を高精
度に予測可能として、プラント構成機器の効率的な運
転、省エネルギー化が可能になると共に、予測理由の説
明を容易にして運用者の不安感を払拭することができ
る。
As described above, according to the first aspect of the present invention, various loads of a plant having nonlinearity can be predicted with high accuracy, and efficient operation of plant constituent equipment and energy saving are possible. At the same time, it is possible to easily explain the reason for the prediction and dispel the anxiety of the operator.

【0137】また、請求項2に記載した発明によれば、
プラント構成機器の非線形な入出力特性や複雑な運転パ
ターンを考慮したうえで、プラント全体の挙動を正確に
模擬する定常プラントシミュレータを実現することがで
きる。
According to the invention described in claim 2,
It is possible to realize a steady-state plant simulator that accurately simulates the behavior of the entire plant in consideration of the nonlinear input / output characteristics of plant components and complicated operation patterns.

【0138】更に、請求項3,4に記載した発明によれ
ば、プラントの最適運用を非線形混合整数計画問題とし
て定式化し、前記定常プラントシミュレータの出力を用
いることで、大域最適解に近いプラント構成機器の起動
・停止状態及び燃料注入量を決定することができる。請
求項5記載の発明によれば、負荷予測値と当日の実際の
負荷値とのずれを考慮して運用計画を補正することが可
能であり、プラントの運用を一層最適化することが可能
である。
Further, according to the invention described in claims 3 and 4, the optimum operation of the plant is formulated as a nonlinear mixed integer programming problem, and the output of the stationary plant simulator is used to obtain a plant configuration close to the global optimum solution. It is possible to determine the start / stop status of the device and the fuel injection amount. According to the invention of claim 5, it is possible to correct the operation plan in consideration of the difference between the predicted load value and the actual load value of the day, and it is possible to further optimize the operation of the plant. is there.

【0139】請求項6に記載した発明によれば、前記最
適運用方法を利用して一定期間内のプラント運用費用や
排出ガスに関する評価値を最良化するプラント構成機器
の最適容量を、組み合わせ最適化問題を解くことにより
容易に求めることができる。
According to the invention described in claim 6, the optimum capacity of the plant constituent equipment for optimizing the evaluation value concerning the plant operation cost and the exhaust gas within a certain period by using the optimum operation method is combined and optimized. It can be easily determined by solving the problem.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】請求項1の発明の実施形態が適用される階層型
ニューラルネットワークの一般的な構造を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a general structure of a hierarchical neural network to which an embodiment of the invention of claim 1 is applied.

【図2】ニューラルネットワークの学習方法を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a learning method of a neural network.

【図3】ニューラルネットワークの学習方法を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a learning method of a neural network.

【図4】図3における第1ステップのネットワーク構造
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a network structure of a first step in FIG.

【図5】図3における第1ネットワークの説明図であ
る。
5 is an explanatory diagram of a first network in FIG.

【図6】シグモイド関数の入出力関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an input / output relationship of a sigmoid function.

【図7】請求項1の発明の実施形態が適用される階層型
ニューラルネットワークの具体的な構造を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a specific structure of a hierarchical neural network to which the embodiment of the invention of claim 1 is applied.

【図8】入力因子の出力への影響を解析する方法を説明
するためのニューラルネットワークの構造を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a structure of a neural network for explaining a method of analyzing an influence of an input factor on an output.

【図9】入力値と出力層へ伝達する情報との相関関係を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a correlation between an input value and information transmitted to an output layer.

【図10】エネルギープラントの一例を示す構成図であ
る。
FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of an energy plant.

【図11】応答曲面法における中央複合計画の実験点を
示す概念図である。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing experimental points of a central composite design in the response surface method.

【図12】プラントシミュレータを用いてプラントの最
適運用方法を決定する際の概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram when determining an optimum operation method of a plant using a plant simulator.

【図13】請求項4に記載した発明の実施形態を示すフ
ローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing an embodiment of the invention described in claim 4;

【図14】PSOにおける修正の概念図である。FIG. 14 is a conceptual diagram of correction in PSO.

【図15】SGAにおける求解アルゴリズムを示すフロ
ーチャートである。
FIG. 15 is a flowchart showing a solution finding algorithm in SGA.

【図16】TSにおける求解アルゴリズムを示すフロー
チャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing a solution finding algorithm in TS.

【図17】運用計画の補正を示す概念図である。FIG. 17 is a conceptual diagram showing correction of an operation plan.

【図18】請求項6に記載した発明の実施形態を示すフ
ローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart showing an embodiment of the invention described in claim 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,11A 全結合部分 12,12A,12B,12C 疎結合部分 12D 第1ネットワーク 21 ガスタービン 22 排ガスボイラ 23 スチームタービン 24 コンプレッサ 25 ボイラ 26 吸収式冷凍機 27 ガス焚冷凍機 28 蓄熱層 30 最適化部 40 定常プラントシミュレータ 11,11A Total connection 12, 12A, 12B, 12C Loosely coupled part 12D first network 21 gas turbine 22 Exhaust gas boiler 23 steam turbine 24 compressor 25 boiler 26 Absorption refrigerator 27 Gas-fired refrigerator 28 Heat storage layer 30 Optimization unit 40 Stationary plant simulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3L061 BA05 5H004 GA34 GB04 HA02 HB01 HB02 HB03 HB04 JA03 KC06 KC14 KD32 KD67 LA05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 3L061 BA05                 5H004 GA34 GB04 HA02 HB01 HB02                       HB03 HB04 JA03 KC06 KC14                       KD32 KD67 LA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の入力層素子及び複数の中間層素子を
有し、全ての入力層素子に中間層素子が結合されてなる
全結合部分と、複数の入力層素子のうちの一部に中間層
素子が結合されてなる疎結合部分とを備える解析可能な
階層型構造のニューラルネットワークを用いて、対象プ
ラントの電力負荷、熱負荷、空気負荷等の各種負荷を予
測するプラント負荷の予測方法であって、 気象条件、曜日や平日・休日の区別、プラントの操業状
態、プラント構成機器の運転パターン等の入力因子の実
績値と、各種負荷の実績値とを用いた学習によってニュ
ーラルネットワークを構築し、 学習済みのニューラルネットワークに、予測対象日の気
象条件を予報値により他の入力因子とともに入力し、目
的とするプラント負荷を予測することを特徴とするプラ
ント負荷の予測方法。
1. A total coupling part having a plurality of input layer elements and a plurality of intermediate layer elements, wherein the intermediate layer elements are coupled to all the input layer elements, and a part of the plurality of input layer elements. A method of predicting a plant load for predicting various loads such as power load, heat load, and air load of a target plant by using a neural network of a hierarchical structure that can be analyzed and that includes a loosely coupled part in which intermediate layer elements are connected However, a neural network is constructed by learning using actual values of input factors such as weather conditions, distinction of days of the week, weekdays / holidays, plant operation status, operation patterns of plant components, and actual values of various loads. Then, the weather condition of the forecast target day is input to the learned neural network together with other input factors by the forecast value, and the target plant load is predicted. Prediction method of cement load.
【請求項2】各制御時間毎のプラント構成機器の起動・
停止状態及び燃料注入量が計画値として与えられたとき
に、各プラント構成機器相互の接続状態、各プラント構
成機器の線形または非線形な入出力特性及び各プラント
構成機器の運転パターンを用いて、各制御時間毎の各プ
ラント構成機器の定常的な入出力状態を燃料注入側の機
器から末端に向かい逐次計算して出力することを特徴と
する定常プラントシミュレータ。
2. Start-up of plant constituent equipment at each control time
When the stop state and the fuel injection amount are given as planned values, the connection state of each plant component equipment, the linear or nonlinear input / output characteristics of each plant component equipment, and the operation pattern of each plant component equipment are used to A steady-state plant simulator characterized by sequentially calculating and outputting the steady input / output state of each plant constituent device from the device on the fuel injection side toward the end at each control time.
【請求項3】請求項1記載の発明により得た負荷予測値
に対する負荷種別毎の需給バランスを満足し、かつ、各
プラント構成機器の特性上の制約を考慮しながら、少な
くとも所定期間のプラントの運用費用の最小化を目的関
数とし、離散値である各制御時間毎の各プラント構成機
器の起動・停止状態及び連続値である各制御時間毎の各
プラント構成機器への燃料注入量を状態変数として、プ
ラントの最適化問題を非線形混合整数計画問題として定
式化すると共に、 前記状態変数の初期値を計画値として生成し、請求項2
記載の定常プラントシミュレータに対し探索過程におけ
る各プラント構成機器の起動・停止状態及び燃料注入量
を入力して各プラント構成機器の入出力状態を前記目的
関数の計算用に出力させ、前記計画値を最適化手法によ
り逐次修正しながら最終的に大域最適解に近い各プラン
ト構成機器の起動・停止状態及び燃料注入量を決定する
ことを特徴とするプラントの最適運用方法。
3. A plant satisfying a load-demand balance for each load type with respect to the predicted load value obtained by the invention according to claim 1, and taking into account the restrictions on the characteristics of each plant constituent device, at least for a plant for a predetermined period. With the objective of minimizing operating costs, the start and stop states of each plant component for each control time, which is a discrete value, and the amount of fuel injected into each plant component for each control time, which is a continuous value, are state variables. And formulating an optimization problem of the plant as a nonlinear mixed integer programming problem, and generating initial values of the state variables as planned values.
Input the start / stop state and fuel injection amount of each plant component in the search process to the steady-state plant simulator described and output the input / output state of each plant component for calculation of the objective function, and calculate the planned value. An optimum operation method for a plant, characterized in that the start / stop state of each plant constituent device and the fuel injection amount are finally determined while being sequentially corrected by an optimization method.
【請求項4】請求項3に記載したプラントの最適運用方
法において、 前記最適化問題をParticle Swarm Optimizationを利用
して解くことを特徴とするプラントの最適運用方法。
4. The optimum operation method for a plant according to claim 3, wherein the optimization problem is solved by using Particle Swarm Optimization.
【請求項5】請求項3または4に記載したプラントの最
適運用方法を用いて過去に作成された当日の運用計画を
対象として、 当日の現時点におけるプラント構成機器の運転状態等を
プラントの固定的な初期状態とし、この初期状態を各機
器の特性上の制約として考慮すると共に当日の残りの時
間の負荷予測値に基づく需給バランスを制約条件として
考慮しながら当日の運用計画を補正することを特徴とす
るプラントの最適運用方法。
5. An operation plan of the day created in the past using the optimum operation method of the plant according to claim 3 or 4 is targeted, and the operating state of the plant constituent equipment at the present day of the day is fixed in the plant. The initial state is taken into consideration, and this initial state is considered as a constraint on the characteristics of each device, and the operation plan of the day is corrected while considering the supply and demand balance based on the load forecast value of the remaining time of the day as a constraint condition. Optimal operation method for the plant.
【請求項6】プラントの設計段階において、各プラント
構成機器の最適容量の決定問題を、設定可能な離散値と
しての機器容量値の中から最適値を決定する組合せ最適
化問題として定式化すると共に、所定期間内の対象プラ
ントの電力負荷、熱負荷、空気負荷等の負荷パターンと
各プラント構成機器の容量の設計値とを設定し、 請求項3または4に記載したプラントの最適運用方法に
より決定される各プラント構成機器の起動・停止状態及
び燃料注入量を用いて、少なくともプラント運用費用に
関する評価値が最良になるように組合せ最適化手法を用
いて前記設計値を逐次変更しながら各プラント構成機器
の最適容量を決定していくことを特徴とするプラントの
最適設計方法。
6. In the plant design stage, the problem of determining the optimum capacity of each plant constituent device is formulated as a combination optimization problem of determining the optimum value from the device capacity values as settable discrete values. , A load pattern such as electric load, heat load, and air load of the target plant within a predetermined period and a design value of the capacity of each plant constituent device are set, and determined by the optimum operation method of the plant according to claim 3 or 4. Each plant configuration while sequentially changing the design value by using the combination optimization method so that at least the evaluation value relating to the plant operation cost becomes the best by using the start / stop state of each plant constituent device and the fuel injection amount. An optimum plant design method characterized by determining the optimum capacity of equipment.
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