JP2007070829A

JP2007070829A - 送水運用制御装置

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Publication number: JP2007070829A
Application number: JP2005256645A
Authority: JP
Inventors: Yohei Ueno; 洋平上野; Yoshio Ichida; 良夫市田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP4511435B2

Abstract

【課題】目的関数に対する重み付けパラメータの設定作業を実施することなく、複数の運用目標を達成することができるとともに、実際の送水ポンプの運転に適している運転スケジュールを策定することができるようにする。
【解決手段】設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲を、線形計画法実行部２４により暫定的に策定された運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したときに、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される送水量を含む所定の送水量範囲に限定し、限定後の送水量可能範囲を条件とする動的計画法を実施して、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを最終的に策定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、河川や湖などの取水場から取水して浄水場まで送水する取水ポンプや、その浄水場から配水池まで送水する送水ポンプなど、送水系統を構成しているポンプの運転スケジュールを策定する送水運用制御装置に関するものである。

上水道施設においては、毎日の水需要量に応じて、上水道の送水系統を構成している送水ポンプの送水運転計画を立案しているが、その送水ポンプの運転の平滑化を図るとともに、その送水ポンプの動力コストを削減することができる送水運転計画を立案することが求められている。
しかしながら、送水系統を構成している複数の送水ポンプの運転スケジュール（送水ポンプの起動・停止）の組み合わせ数が膨大であり、上水道施設の運用者が、それらの組み合わせの中から最適な運転スケジュールを見つけ出すのが極めて困難であることから、数理的手法を実施して送水運転計画を策定し、その送水運転計画を運用者に提示する送水運用制御装置が利用されている。

従来の送水運用制御装置は、送水ポンプの運転スケジュールを策定するに際して、送水ポンプの送水量を制御変数とする目的関数を１次式で表し、所定の設備制約条件を満足する中で、その目的関数の関数値が最小値又は最大値をとるように、その制御変数を決定する線形計画法を実施している（例えば、特許文献１を参照）。
また、従来の他の送水運用制御装置は、送水ポンプの運転スケジュールを策定するに際して、送水ポンプの制御単位時間毎の起動状態及び停止状態を遺伝子情報とみなし、その遺伝子の進化を模擬する遺伝的アルゴリズムを利用して、目的関数の関数値が最小化又は最大化するように運転スケジュールを策定している（例えば、特許文献２を参照）。

特開平６−２３０８２９号公報（段落番号［００１２］から［００１５］、図３）特開２００２−２７８６０３号公報（段落番号［００３１］から［００３７］、図３）

従来の送水運用制御装置は以上のように構成されているので、線形計画法を実施して送水ポンプの運転スケジュールを策定する場合、制御変数である送水ポンプの送水量を０〜最大送水量まで取り得るようにモデル化する必要がある。しかし、実際の送水ポンプの送水量可能範囲は限定されており、送水ポンプを最小出力で運転した場合、その送水量が０にはならず、少量の送水が行われる。そのため、計画モデルの送水量と実際の送水ポンプの送水量との間に乖離が生じ、実際の送水ポンプの運転に適さない運転スケジュールが策定されることがある課題があった。
また、遺伝的アルゴリズムを利用して送水ポンプの運転スケジュールを策定する場合、送水ポンプの運転の平滑化や、送水ポンプの動力コストの削減など、複数の運用目標を達成するには、目的関数に対する面倒な重み付けパラメータの設定作業を実施しなければならないなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、目的関数に対する重み付けパラメータの設定作業を実施することなく、複数の運用目標を達成することができるとともに、実際の送水ポンプの運転に適している運転スケジュールを策定することができる送水運用制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る送水運用制御装置は、水需要量予測手段により予測された水需要量を条件とする線形計画法を実施して、上水道の送水系統を構成しているポンプの運転スケジュールを暫定する運転スケジュール暫定手段と、予め設定されているポンプの送水量可能範囲を、その運転スケジュール暫定手段により暫定された運転スケジュールにしたがってポンプを運転したときに、そのポンプにより送水される送水量を含む所定の送水量範囲に限定する可能範囲限定手段とを設け、その可能範囲限定手段により限定された送水量可能範囲を条件とする動的計画法を実施して、そのポンプの運転スケジュールを策定するようにしたものである。

この発明によれば、水需要量予測手段により予測された水需要量を条件とする線形計画法を実施して、上水道の送水系統を構成しているポンプの運転スケジュールを暫定する運転スケジュール暫定手段と、予め設定されているポンプの送水量可能範囲を、その運転スケジュール暫定手段により暫定された運転スケジュールにしたがってポンプを運転したときに、そのポンプにより送水される送水量を含む所定の送水量範囲に限定する可能範囲限定手段とを設け、その可能範囲限定手段により限定された送水量可能範囲を条件とする動的計画法を実施して、そのポンプの運転スケジュールを策定するように構成したので、目的関数に対する重み付けパラメータの設定作業を実施することなく、複数の運用目標を達成することができるとともに、実際の送水ポンプの運転に適している運転スケジュールを策定することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による送水運用制御装置が適用する上水道の送水系統を示すシステム系統図であり、図において、取水場１Ａ，１Ｂは例えば河川、湖、貯水池、井戸などが該当する。
取水ポンプ２Ａは送水系統を構成しているポンプであり、取水場１Ａから取水して浄水場３Ａまで送水する。
取水ポンプ２Ｂは送水系統を構成しているポンプであり、取水場１Ｂから取水して浄水場３Ｂまで送水する。

浄水場３Ａは取水ポンプ２Ａにより送水された水のろ過処理や消毒処理を実施する設備である。
浄水場３Ｂは取水ポンプ２Ｂにより送水された水のろ過処理や消毒処理を実施する設備である。
送水ポンプ４Ａは送水系統を構成しているポンプであり、浄水場３Ａによる処理後の水を配水池５Ａまで送水する。
送水ポンプ４Ｂは送水系統を構成しているポンプであり、浄水場３Ａによる処理後の水を配水池５Ｂまで送水する。
送水ポンプ４Ｃは送水系統を構成しているポンプであり、浄水場３Ｂによる処理後の水を配水池５Ａまで送水する。
送水ポンプ４Ｄは送水系統を構成しているポンプであり、浄水場３Ｂによる処理後の水を配水池５Ｂまで送水する。

配水池５Ａは送水ポンプ４Ａ，４Ｃにより送水された水を需要家６Ａに配水する設備である。
配水池５Ｂは送水ポンプ４Ｂ，４Ｄにより送水された水を需要家６Ｂに配水する設備である。
需要家６Ａは配水池５Ａにより配水された水を実際に使用する個人宅や会社などの設備である。
需要家６Ｂは配水池５Ｂにより配水された水を実際に使用する個人宅や会社などの設備である。
送水運用制御装置７は取水ポンプ２Ａ，２Ｂや送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを策定する装置であり、送水運用制御装置７は需要量予測装置８及び送水運用計画装置９から構成されている。

図１では、取水ポンプ２Ａ，２Ｂが２台、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄが４台であるものについて示したが、これはあくまでも例であり、取水ポンプが３台以上、送水ポンプが５台以上あってもよい。
また、図１のシステム系統では、浄水場３Ａ，３Ｂと配水池５Ａ，５Ｂの途中には、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄが設置されているだけであるが、例えば、貯水池と送水ポンプを備えたポンプ場を設置するようにしてもよい。

図２はこの発明の実施の形態１による送水運用制御装置を示す構成図であり、図において、需要量予測装置８のデータ入力部１１は例えば当日及び翌日の気象データを入力する処理部であり、データ入力部１１は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェースのほか、外部のネットワークからデータを取り込むネットワークインタフェースなどから構成されている。
需要量予測装置８の需要量履歴ＤＢ１２は配水池５Ａ，５Ｂにおける過去の水需要量を示す履歴データを記録しているデータベースである。
需要量予測装置８の気象履歴ＤＢ１３は過去の気象データを示す履歴データ（例えば、天気、最高気温、最低気温、平均気温、湿度など）を記録しているデータベースである。

需要量予測装置８の需要量予測部１４はデータ入力部１１により入力された気象データや需要量履歴ＤＢ１２及び気象履歴ＤＢ１３に記録されている履歴データを考慮し、例えば、パターンマッチング法、重回帰法、ニューラルネットワーク法などを実施して、配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量を予測する処理を実施する。なお、需要量予測部１４は水需要量予測手段を構成している。
需要量予測装置８の需要量提示部１５は需要量予測部１４により予測された配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量を運用者に提示するほか、その水需要量の修正を受け付ける入出力装置（例えば、キーボードやディスプレイなどを搭載している装置）である。
需要量予測装置８の需要量予測結果ＤＢ１６は需要量予測部１４により予測された配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量を保存するデータベースである。

送水運用計画装置９のデータ入力部２１は例えば計画単位時間、計画期間、現在の配水池５Ａ，５Ｂの水位データ、現在の取水ポンプ２Ａ，２Ｂや送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量、送水系統における電力の契約形態などのデータを入力する処理部であり、データ入力部２１は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェースのほか、外部のネットワークからデータを取り込むネットワークインタフェースなどから構成されている。
送水運用計画装置９の設備能力ＤＢ２２は送水系統を構成しているポンプの種類（ポンプの種類として、例えば、固定速機、可変速機としてもよい）、ポンプの制御方法（ポンプの制御方法として、例えば、水位自動制御、運用者による手動制御、時間毎に設定されている出力設定値などを規定）、ポンプの送水量可能範囲、計画単位時間毎の運用目標出力範囲、ポンプの送水原単位、ポンプの起動電力量、計画単位時間当りの変更可能流量、配水池５Ａ，５Ｂの運用上限水位、配水池５Ａ，５Ｂの運用下限水位、配水池５Ａ，５Ｂの物理上限水位、配水池５Ａ，５Ｂの物理下限水位、計画単位時間毎の運用目標水位範囲、配水池５Ａ，５Ｂの面積、浄水場３Ａ，３Ｂにおける流出遅れ時間、浄水場３Ａ，３Ｂにおける立米当りの浄水コストなどの設備データを記録しているデータベースである。
送水運用計画装置９の配管ＤＢ２３は設備能力ＤＢ２２に登録されている設備同士を接続する配管に関するデータを記録しているデータベースである。

送水運用計画装置９の線形計画法実行部２４は送水系統を構成している設備の能力を超えない条件の下で、需要量予測部１４により予測された配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量を条件とする線形計画法を実施して、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを暫定的に策定する処理を実施する。なお、線形計画法実行部２４は運転スケジュール暫定手段を構成している。
送水運用計画装置９の動的計画法実行部２５は設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲を、線形計画法実行部２４により暫定的に策定された運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したときに、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される送水量を含む所定の送水量範囲に限定する処理と、限定後の送水量可能範囲を条件とする動的計画法を実施して、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを策定する処理とを行う。なお、動的計画法実行部２５は可能範囲限定手段及び運転スケジュール策定手段を構成している。

送水運用計画装置９の計画提示部２６は動的計画法実行部２５により策定された送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを運用者に提示するほか、その運転スケジュールの修正を受け付ける入出力装置（例えば、キーボードやディスプレイなどを搭載している装置）である。
図３はこの発明の実施の形態１による送水運用制御装置の運用計画結果を示す説明図である。
図４はこの発明の実施の形態１による送水運用制御装置の処理内容を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
需要量予測装置８のデータ入力部１１は、例えば、天気予報を配信しているインタネット上のサイトから、配水池５Ａ，５Ｂや需要家６Ａ，６Ｂの周辺の当日及び翌日の気象データを受信すると、当日及び翌日の気象データを需要量予測部１４に出力する。
ここでは、当日及び翌日の気象データをインタネット上のサイトから取得するものについて示しているが、これはあくまでも一例であり、運用者がデータ入力部１１のキーボード等を操作して、当日及び翌日の気象データを入力するようにしてもよい。

需要量予測装置８の需要量予測部１４は、データ入力部１１から出力された当日及び翌日の気象データ、気象履歴ＤＢ１３に記録されている過去の気象データを示す履歴データ、及び需要量履歴ＤＢ１２に記録されている配水池５Ａ，５Ｂにおける過去の水需要量を示す履歴データを考慮して、例えば、パターンマッチング法、重回帰法、ニューラルネットワーク法などを実施することにより、配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量を予測する処理を実施する。
即ち、需要量予測部１４は、例えば、パターンマッチング法を実施することにより、気象履歴ＤＢ１３から当日及び翌日を含む最近の気象データに近似している過去の気象データを検索するとともに、需要量履歴ＤＢ１２から近似している過去の気象データに対応する水需要量を示す履歴データを取得し、近似している過去の気象データに対応する水需要量を配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量の予測値として出力する。
なお、パターンマッチング法等の実施内容自体は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。

需要量予測装置８の需要量提示部１５は、需要量予測部１４が配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量を予測すると、その水需要量をディスプレイ等に表示することにより、その水需要量を運用者に提示する。
また、需要量提示部１５は、運用者による水需要量の修正を受け付け、運用者により水需要量が修正された場合には、修正後の水需要量を需要量予測結果ＤＢ１６に出力する。
需要量予測装置８の需要量予測結果ＤＢ１６は、需要量予測部１４により予測された配水池５Ａ，５Ｂにおける水需要量を保存する。ただし、運用者により水需要量が修正された場合には、修正後の水需要量を保存する。

送水運用計画装置９のデータ入力部２１は、例えば、計画単位時間、計画期間、現在の配水池５Ａ，５Ｂの水位データ、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量、送水系統における電力の契約形態などのデータを入力する処理を実施する。
なお、現在の配水池５Ａ，５Ｂの水位データは、例えば、配水池５Ａ，５Ｂに設置されている水位計から取得し、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量は、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの吐出し側の管路に設置されている流量計から取得する。
また、計画単位時間、計画期間及び電力の契約形態などのデータは、運用者がデータ入力部１１のキーボード等を操作して入力する。

送水運用計画装置９の線形計画法実行部２４は、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを暫定的に策定するに際して、線形計画法の実行に必要なデータ（例えば、目的関数、設備制約条件）の作成を行う（ステップＳＴ１）。
即ち、線形計画法実行部２４は、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量を制御変数として、例えば、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの動力コストの低減を目的とする目的関数を設定する。
目的関数としては、１次式が考えられるが、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの動力コストの低減を目的とする関数であれば、如何なる関数でもよく、特に限定するものではない。
また、線形計画法実行部２４は、設備能力ＤＢ２２に記録されている設備データのうち、少なくとも、配水池５Ａ，５Ｂの運用上限水位と運用下限水位の設備データを遵守するための設備制約条件を設定する（配水池５Ａ，５Ｂの水位が運用上限水位を上回らず、配水池５Ａ，５Ｂの水位が運用下限水位を下回らない条件を設定する）。

ここで、目的関数の制御変数が取り得る範囲としては、設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲を使用するが、その制御変数の最小値である送水量の最小値は、“０”に拡張する。
即ち、実際の送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを最小出力で運転しても、その送水量が“０”にはならず、少量の送水が行われるが、その送水量が“０”でないと、線形計画法を実行することができないので、その制御変数の最小値である送水量の最小値を“０”に拡張する。

線形計画法実行部２４は、上記のようにして、線形計画法の実行に必要なデータ（例えば、目的関数、設備制約条件）を作成すると、その設備制約条件を満足する中で、その目的関数の関数値が最小値（電力コストが最小）をとるように、その制御変数を決定する線形計画法を実行する（ステップＳＴ２）。
なお、線形計画法自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、線形計画法の計算方法としては、シンプレックス法や内点法を利用すればよい。

線形計画法実行部２４は、上記のようにして、線形計画法を実行すると、目的関数の制御変数である送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量が決定されるため、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量から送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュール（送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの起動・停止）を暫定的に策定する。
例えば、送水ポンプ４Ａの１時間当りの送水可能量が１０ｍ³であり、１時から５時まで運転するなどの運転スケジュールを策定する。
ただし、線形計画法実行部２４により暫定的に策定された運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したとき、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される蓄積送水量は、制御変数の最小値が“０”に拡張されているものを利用して計算しているため、実際の送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの蓄積送水量と乖離している場合がある。

送水運用計画装置９の動的計画法実行部２５は、線形計画法実行部２４が送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを暫定的に策定すると、設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲を、その運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したときに、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される送水量を含む所定の送水量範囲に限定する処理を実施する（ステップＳＴ３）。
即ち、線形計画法実行部２４により暫定的に策定された運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したとき、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される蓄積送水量（以下、緩和解と称する）は、上述したように、実際の送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの蓄積送水量と乖離している場合があるが、実際の送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの蓄積送水量と大きくかけ離れている訳ではない。
したがって、設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲が、例えば２００ｍ³〜１０００ｍ³であっても、緩和解が４００ｍ³であれば、緩和解である４００ｍ³付近で、最適な運転スケジュールを探索すればよく、その緩和解からかけ離れている１０００ｍ³付近を最適な運転スケジュールの探索範囲に含める必要性が低い。

そのため、動的計画法実行部２５は、設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲２００ｍ³〜１０００ｍ³をそのまま最適な運転スケジュールの探索範囲に設定するのではなく、下記に示すように、緩和解である４００ｍ³を含む所定の送水量範囲を最適な運転スケジュールの探索範囲に設定する。
最適な運転スケジュールの探索範囲＝緩和解±所定量
＝４００ｍ³±５０ｍ³
＝３５０ｍ³〜４５０ｍ³
ただし、所定量＝５０ｍ³

動的計画法実行部２５は、上記のようにして、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲を限定すると、動的計画法の実行に必要なデータ（例えば、目的関数、設備制約条件）の作成を行う（ステップＳＴ４）。
即ち、動的計画法実行部２５は、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量を制御変数として、例えば、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転の平滑化を目的とする目的関数を設定する。
目的関数としては、例えば、１次式などが考えられるが、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転の平滑化を目的とする関数であれば、如何なる関数でもよく、特に限定するものではない。
また、動的計画法実行部２５は、設備能力ＤＢ２２に記録されている設備データのうち、少なくとも、配水池５Ａ，５Ｂの運用上限水位と運用下限水位の設備データを遵守する設備制約条件と、限定後の送水量可能範囲（３５０ｍ³〜４５０ｍ³）を遵守する設備制約条件とを設定する。

動的計画法実行部２５は、上記のようにして、動的計画法の実行に必要なデータ（例えば、目的関数、設備制約条件）を作成すると、データ入力部２１により入力された計画単位時間毎に、その設備制約条件を満足する中で、その目的関数の関数値が最小値（運転の起動・停止回数が最小）をとるように、その制御変数を決定する動的計画法を実行する（ステップＳＴ５）。
即ち、その設備制約条件を満足する目的関数の制御変数が複数通り存在する場合、複数通りの制御変数の中から、目的関数の関数値が最小値をとる制御変数を探索する。
なお、動的計画法自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、限定後の送水量可能範囲を運転スケジュールの探索範囲に設定して動的計画法を実行するため、ステップＳＴ２で求めた解精度の劣化を招くことなく、短時間で最適な制御変数を決定することができる。

動的計画法実行部２５は、上記のようにして、動的計画法を実行すると、目的関数の制御変数である送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量が決定されるため、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量から送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュール（送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの起動・停止）を最終的に策定する。
例えば、送水ポンプ４Ａの１時間当りの送水可能量が１０ｍ³であり、１時から５時まで運転するなどの運転スケジュールを策定する。
動的計画法実行部２５は、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュール（送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの起動・停止）を最終的に策定すると、その運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したときの配水池５Ａ，５Ｂの水位変化や、計画単位時間毎の消費電力量及び電力コストを計算する。

送水運用計画装置９の計画提示部２６は、動的計画法実行部２５が送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを策定するとともに、配水池５Ａ，５Ｂの水位変化や計画単位時間毎の消費電力量及び電力コストを計算すると、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールや計算結果をディスプレイ等に表示することにより、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールや計算結果を運用者に提示する（ステップＳＴ６）。
また、計画提示部２６は、運用者による運転スケジュールの修正を受け付け、運用者により運転スケジュールが修正された場合には、その修正結果を動的計画法実行部２５に戻すようにする。
これにより、動的計画法実行部２５は、その修正結果にしたがって、再度、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを策定する。

ここで、図３のＡは線形計画法実行部２４により暫定的に策定された運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したとき、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される蓄積送水量を示しており、図３のＢは緩和解に所定量が加算されたときの蓄積送水量を示し、図３のＣは緩和解から所定量が減算されたときの蓄積送水量を示している。
また、図３のＤは動的計画法実行部２５により最終的に策定された運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したとき、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される蓄積送水量を示している。

この実施の形態１によれば、需要量予測部１４により予測された水需要量を条件とする線形計画法を実施して、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを暫定的に策定する線形計画法実行部２４を設け、設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの送水量可能範囲を、その運転スケジュールにしたがって送水ポンプ４Ａ〜４Ｄを運転したときに、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄにより送水される送水量を含む所定の送水量範囲に限定する処理と、限定後の送水量可能範囲を条件とする動的計画法を実施して、その送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを策定する処理とを行うように構成したので、目的関数に対する重み付けパラメータの設定作業を実施することなく、複数の運用目標を達成することができるとともに、実際の送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転に適している運転スケジュールを策定することができる効果を奏する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転スケジュールを策定するものについて示したが、取水ポンプ２Ａ，２Ｂの運転スケジュールを策定するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、線形計画法実行部２４が、動力コストの低減を目的とする目的関数を設定し、その目的関数の関数値が最小値をとるように、その制御変数を決定する線形計画法を実行するものについて示したが、動力コストの低減以外を目的とする目的関数を設定するようにしてもよい。この場合には、その目的関数の関数値が最大値をとるように、その制御変数を決定する線形計画法を実行するようにしてもよい。

また、上記実施の形態１では、動的計画法実行部２５が、送水ポンプ４Ａ〜４Ｄの運転の平滑化を目的とする目的関数を設定し、その目的関数の関数値が最小値をとるように、その制御変数を決定する動的計画法を実行するものについて示したが、運転の平滑化以外を目的とする目的関数を設定するようにしてもよい。この場合には、その目的関数の関数値が最大値をとるように、その制御変数を決定する動的計画法を実行するようにしてもよい。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、特に言及していないが、送水系統における設備の増築や改修に伴って、送水ポンプが追加されたり、送水能力の異なる他の送水ポンプと取り替えられたりする場合がある。
このような場合には、設備能力ＤＢ２２に記録されている送水ポンプの送水量可能範囲を変更するだけで、設備の増築や改修に対応することができる。
また、設備の増築や改修に伴って、配管が変更された場合には、配管ＤＢ１３に記録されている配管に関するデータを変更するだけで、設備の増築や改修に対応することができる。

この発明の実施の形態１による送水運用制御装置が適用する上水道の送水系統を示すシステム系統図である。この発明の実施の形態１による送水運用制御装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１による送水運用制御装置の運用計画結果を示す説明図である。この発明の実施の形態１による送水運用制御装置の処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ取水場、２Ａ，２Ｂ取水ポンプ、３Ａ，３Ｂ浄水場、４Ａ〜４Ｄ送水ポンプ、５Ａ，５Ｂ配水池、６Ａ，６Ｂ需要家、７送水運用制御装置、８需要量予測装置、９送水運用計画装置、１１データ入力部、１２需要量履歴ＤＢ、１３気象履歴ＤＢ、１４需要量予測部（水需要量予測手段）、１５需要量提示部、１６需要量予測結果ＤＢ、２１データ入力部、２２設備能力ＤＢ、２３配管ＤＢ、２４線形計画法実行部（運転スケジュール暫定手段）、２５動的計画法実行部（可能範囲限定手段、運転スケジュール策定手段）、２６計画提示部。

Claims

上水道の送水系統を構成している配水池における水需要量を予測する水需要量予測手段と、上記水需要量予測手段により予測された水需要量を条件とする線形計画法を実施して、その送水系統を構成しているポンプの運転スケジュールを暫定する運転スケジュール暫定手段と、予め設定されているポンプの送水量可能範囲を、上記運転スケジュール暫定手段により暫定された運転スケジュールにしたがってポンプを運転したときに、そのポンプにより送水される送水量を含む所定の送水量範囲に限定する可能範囲限定手段と、上記可能範囲限定手段により限定された送水量可能範囲を条件とする動的計画法を実施して、そのポンプの運転スケジュールを策定する運転スケジュール策定手段とを備えた送水運用制御装置。
水需要量予測手段は、配水池における過去の水需要量と気象データを考慮して、配水池における水需要量を予測することを特徴とする請求項１記載の送水運用制御装置。
運転スケジュール暫定手段は、送水系統を構成している設備の能力を超えない条件の下で、ポンプの運転スケジュールを暫定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の送水運用制御装置。
運転スケジュール策定手段は、可能範囲限定手段により限定された送水量可能範囲を満足する送信ポンプの運転スケジュールが複数通り存在する場合、複数通りの運転スケジュールの中から、ポンプの送水量を制御変数とする目的関数の関数値が最小値又は最大値をとる運転スケジュールを探索することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の送水運用制御装置。