JP2012197629A - Water supply central monitoring control device, water supply monitoring control system, and water supply monitoring control program - Google Patents

Water supply central monitoring control device, water supply monitoring control system, and water supply monitoring control program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a central monitoring control device which can allow for flow rate-cost non-linearity and multivalued property and which uses cost calculation with less calculation load for making a water supply operation plan and controlling facilities to minimize an operation cost.SOLUTION: The water supply central monitoring control device for water introducing, supplying and distributing pump facilities to be controlled comprises: an equipment property storage part for storing the equipment property of each pump machine; a control rule storage part for storing an operation system, etc., for the facilities to be controlled; a cost model construction part for constructing a cost model based on the stored equipment property and a control rule; a cost calculation part using the cost model for evaluating the operation cost of water supply operation plan data; an operation plan optimization part for creating the water supply operation plan data to minimize the operation cost to be evaluated by the cost calculation part; and a communication part for transmitting the optimum operation plan data to the facilities to be controlled.

Description

本発明は、水道中央監視制御装置、水道監視制御システムおよび水道監視制御プログラムに係り、特にコスト評価に関して最適な運用計画を求め、その運用計画に基づいて水道施設を制御する水道中央監視制御装置、水道監視制御システムおよび水道監視制御プログラムに関する。   The present invention relates to a water supply central monitoring and control device, a water supply monitoring and control system, and a water supply monitoring and control program. In particular, a water supply central monitoring and control device for obtaining an optimal operation plan for cost evaluation and controlling a water supply facility based on the operation plan, The present invention relates to a water monitoring control system and a water monitoring control program.

本技術分野の背景技術として、特許文献1および特許文献2がある。特許文献1には、上水道施設全体の運用コスト(薬品コストおよび電力コスト)を計算することで上水道施設全体の運用コストを評価できる上水道運用評価装置を提供すると記載されている。   As background art of this technical field, there are Patent Literature 1 and Patent Literature 2. Patent Document 1 describes that a water supply operation evaluation apparatus capable of evaluating the operation cost of the entire water supply facility by calculating the operation cost (chemical cost and power cost) of the entire water supply facility is described.

特許文献2には、設備構成および運転方法の変更によるポンプおよび送風機の消費電力量の差を精度良く評価することができると記載されている。   Patent Document 2 describes that the difference in power consumption between the pump and the blower due to the change in the equipment configuration and the operation method can be accurately evaluated.

特開2002−266380JP2002-266380 特開2007−249374JP2007-249374

特許文献1には、上水道運用評価装置の仕組みが記載されている。しかし、特許文献1の上水道運用評価装置は、取水量・送水量・配水量の日量に比例したコスト評価しか行なうことができない。   Patent Document 1 describes a mechanism of a water supply operation evaluation device. However, the water supply operation evaluation apparatus of Patent Document 1 can only perform cost evaluation in proportion to the daily amount of water intake, water supply, and water distribution.

このような上水道運用評価装置では、例えば、配水量に代表されるように、流量とコスト(消費電力)の間に非線形性があり、また一日の中での流量の変化が大きい評価対象において、コストの評価誤差が大きい場合がある。また、一般的なポンプの台数制御ルールでは、配水量の増加時と減少時で同じ配水量でもポンプ運転台数が異なり、コスト(消費電力)も異なる場合があり、この現象はヒステリシスと呼ばれる。特許文献1の上水道運用評価装置では、ヒステリシスを考慮できず、コストの評価誤差が大きい場合がある。言い換えると流量に対するコストの多値性を考慮できない。また、上記の誤差により、評価を行なう上水道運用計画や、その計画に基づく制御にさらなる改善の余地が残る場合がある。   In such an evaluation system for water supply operation, for example, as represented by the amount of water distribution, there is a non-linearity between the flow rate and the cost (power consumption), and the evaluation target has a large change in the flow rate throughout the day. The cost evaluation error may be large. In addition, according to a general control rule for the number of pumps, there are cases where the number of pumps is different and the cost (power consumption) is different even when the amount of water distribution is increased and decreased, and this phenomenon is called hysteresis. In the water supply operation evaluation device of Patent Document 1, hysteresis cannot be taken into account, and cost evaluation errors may be large. In other words, it is not possible to consider the multi-valued cost with respect to the flow rate. In addition, due to the above error, there may be a room for further improvement in the water supply operation plan for evaluation and the control based on the plan.

また、特許文献2には、エネルギー診断装置の仕組みが記載されている。しかし、特許文献2のエネルギー診断装置は、複数台のポンプを連携して制御する施設でのエネルギー評価に際して、個別のポンプの吐出量まで与えるか、あるいは個別ポンプの吐出量を計算するシミュレーション装置を用意しなければならない。   Patent Document 2 describes a mechanism of an energy diagnostic apparatus. However, the energy diagnostic device of Patent Document 2 provides a simulation device that gives up to the discharge amount of an individual pump or calculates the discharge amount of an individual pump when evaluating energy in a facility that controls a plurality of pumps in cooperation. Must be prepared.

このようなエネルギー診断装置では、例えば、エネルギー診断装置による評価を利用して、水道施設全体で消費エネルギーを最小化する施設運用方法を最適化技術で求める際に、個別ポンプの吐出量まで運用方法を定めるために探索空間が莫大となる、あるいは個別ポンプの吐出量を計算するシミュレーション装置の計算量が多い、との理由で最適化計算の計算時間が増大する場合がある。   In such an energy diagnostic device, for example, when the facility operation method for minimizing the energy consumption in the entire water supply facility is obtained by optimization technology using the evaluation by the energy diagnostic device, the operation method up to the discharge amount of the individual pump For this reason, the calculation space for the optimization calculation may increase because the search space becomes enormous or the calculation amount of the simulation device for calculating the discharge amount of the individual pump is large.

そこで、本発明は、流量とコストの非線形性・多値性を考慮でき、また計算負荷を抑えたコスト計算を用いて、運用コストが最小となる水道運用計画の立案ならびに施設制御を行なう中央監視制御装置を提供する。例えば、特に配水ポンプ施設で顕著な流量とコストの対応の非線形性や、ポンプ台数運転のヒステリシスを考慮したコスト評価に関して最適な運用計画を求め、その運用計画に基づいて水道施設を制御する中央監視制御装置を提供する。   Therefore, the present invention can take into account non-linearity and multi-value characteristics of flow rate and cost, and use a cost calculation with a reduced calculation load to make a water supply operation plan that minimizes operation cost and to perform central control for facility control. A control device is provided. For example, a central monitoring system that obtains an optimal operation plan for cost evaluation that takes into account the nonlinearity of the correspondence between flow rate and cost, especially in the distribution pump facility, and the hysteresis of the number of pumps, and controls the water supply facility based on the operation plan A control device is provided.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。   In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、取水ポンプ施設、送水ポンプ施設、配水ポンプ施設などを制御対象とする水道中央監視制御装置101であって、制御対象施設のポンプ号機ごとの機器特性を記憶する機器特性記憶部121と、制御対象施設で各ポンプ号機の運転方式などを定める制御ルールを記憶する制御ルール記憶部122と、機器特性記憶部と制御ルール記憶部の情報をもとに、制御対象施設ごとにコストモデルを構築し、コストモデル記憶部123に格納するコストモデル構築部111と、コストモデル記憶部123に記憶されたコストモデルを用いて水道運用計画データの運用コストを評価するコスト計算部112と、コスト計算部112で評価される運用コストを最小とする最適な水道運用計画データを作成する運用計画最適化部113と、最適な運用計画データを制御対象施設へと送信する通信部142と、運転員とのインタフェースを行なうヒューマンインタフェース部141とを有し、コストモデルは、制御対象施設のポンプ運転台数を状態とする状態遷移関係と、各状態での制御対象施設の吐出流量を入力としてコストを与える関数とからなり、コスト計算部112はコストモデルの状態遷移表現を実行する状態遷移機械によって構成される。   The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, the water supply central monitoring and control device 101 that controls intake water pump facilities, water pump facilities, water distribution pump facilities, etc. A device characteristic storage unit 121 that stores device characteristics for each pump in the target facility, a control rule storage unit 122 that stores control rules that determine the operation method of each pump unit in the control target facility, a device characteristic storage unit, and a control Based on the information in the rule storage unit, a cost model is constructed for each controlled facility, and the cost model construction unit 111 stored in the cost model storage unit 123 and the cost model stored in the cost model storage unit 123 are used. A cost calculation unit 112 that evaluates the operation cost of the water supply operation plan data, and an optimal operation cost that is evaluated by the cost calculation unit 112 is minimized. An operation plan optimizing unit 113 that creates road operation plan data, a communication unit 142 that transmits the optimal operation plan data to the controlled facility, and a human interface unit 141 that interfaces with an operator are provided. The model is composed of a state transition relationship in which the number of pumps operated in the control target facility is a state, and a function that gives a cost with the discharge flow rate of the control target facility in each state as an input, and the cost calculation unit 112 changes the state transition of the cost model It consists of a state transition machine that executes expressions.

本発明によれば、配水ポンプ施設で顕著な流量とコストの非線形性や、ポンプ台数運転のヒステリシスを考慮したコスト評価に関して最適な運用計画を求め、その運用計画に基づいて水道施設を制御する中央監視制御装置および水道監視制御システムを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, an optimum operation plan is obtained with respect to cost evaluation taking into account the remarkable flow rate and cost nonlinearity in the distribution pump facility and the hysteresis of the number of pumps operated, and the central point for controlling the water supply facility based on the operation plan. A monitoring control device and a water monitoring control system can be provided.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

上水道監視制御システムのブロック図である。It is a block diagram of a waterworks monitoring control system. 制御対象施設の制御対象設備の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the control object facility of a control object facility. 上水道中央監視制御装置のハードウェアブロック図である。It is a hardware block diagram of a waterworks central monitoring and control device. 機器特性テーブルを説明する図である。It is a figure explaining an apparatus characteristic table. 機器特性テーブルの要素である流量−揚程特性のグラフである。It is a graph of the flow volume-head characteristic which is an element of an apparatus characteristic table. 機器特性テーブルの要素である流量−効率特性のグラフである。It is a graph of the flow rate-efficiency characteristic which is an element of an apparatus characteristic table. 制御ルールテーブルを説明する図である。It is a figure explaining a control rule table. 制御ルールテーブルの要素である吐出圧力設定のグラフである。It is a graph of the discharge pressure setting which is an element of a control rule table. 制御ルールテーブルの要素である管路モデルのグラフである。It is a graph of the pipe line model which is an element of a control rule table. 制御ルールテーブルの要素であるポンプ台数切替流量テーブルの例である。It is an example of the pump number switching flow rate table which is an element of a control rule table. コストモデル記憶部に記憶されるコストモデルテーブルを説明する図である。It is a figure explaining the cost model table memorize | stored in a cost model memory | storage part. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの状態遷移関係を表す状態遷移図である。It is a state transition diagram showing the state transition relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの流量−コスト関係のグラフである。It is a graph of the flow rate-cost relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの状態遷移関係を表す状態遷移図である。It is a state transition diagram showing the state transition relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの流量−コスト関係のグラフである。It is a graph of the flow rate-cost relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの状態遷移関係を表す状態遷移図である。It is a state transition diagram showing the state transition relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの流量−コスト関係のグラフである。It is a graph of the flow rate-cost relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの状態遷移関係を表す状態遷移図である。It is a state transition diagram showing the state transition relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデルテーブルの要素であるコストモデルの流量−コスト関係のグラフである。It is a graph of the flow rate-cost relationship of the cost model which is an element of a cost model table. コストモデル構築処理のフローチャートである。It is a flowchart of a cost model construction process. 運用計画データである。Operation plan data. 施設制約データである。It is facility constraint data. 機器特性・制御ルール更新部の処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process of an apparatus characteristic and control rule update part.

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。本実施例では、機器特性と制御ルールからコストモデルを構築する上水道ポンプ運用最適化装置を説明する。しかし、水道は、上水道には限らず、工業用水道(工水)、雨水・再生水等の中水道、農業用水道を含む。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings using examples. The same reference numerals are assigned to substantially the same parts, and the description will not be repeated. In the present embodiment, a water supply pump operation optimizing device that constructs a cost model from device characteristics and control rules will be described. However, the water supply is not limited to the water supply, but includes industrial water (industrial water), rainwater / reclaimed water, and agricultural water.

図1において、上水道監視制御システム500は、上水道中央監視制御装置101と、制御対象施設151と、制御対象施設152とから構成されている。
上水道中央監視制御装置101は、コストモデル構築部111と、コスト計算部112と、運用計画最適化部113と、需要予測部114と、機器特性記憶部121と、制御ルール記憶部122と、コストモデル記憶部123と、施設制約記憶部124と、運用計画記憶部125と、実績運用データ記憶部126と、ヒューマンインタフェース部141と、通信部142とを有する。また、上水道中央監視制御装置101は、監視・制御の対象である制御対象施設151、制御対象施設152と通信部142を介して接続されている。
In FIG. 1, a water supply monitoring and control system 500 includes a water supply central monitoring and control apparatus 101, a control target facility 151, and a control target facility 152.
The water supply central monitoring and control apparatus 101 includes a cost model construction unit 111, a cost calculation unit 112, an operation plan optimization unit 113, a demand prediction unit 114, a device characteristic storage unit 121, a control rule storage unit 122, and a cost. The model storage unit 123, the facility constraint storage unit 124, the operation plan storage unit 125, the actual operation data storage unit 126, the human interface unit 141, and the communication unit 142 are included. Further, the water supply central monitoring and control apparatus 101 is connected to a control target facility 151 and a control target facility 152 that are targets of monitoring and control via a communication unit 142.

制御対象施設151は、遠隔施設制御装置161と制御対象設備(ポンプ)171、を有する。同様に、制御対象施設152は、遠隔施設制御装置162と制御対象設備(バルブ)172、を有する。   The control target facility 151 includes a remote facility control device 161 and a control target facility (pump) 171. Similarly, the control target facility 152 includes a remote facility control device 162 and a control target facility (valve) 172.

図1にて上水道中央監視制御装置101は、制御対象施設151、制御対象施設152の2つの施設のみと接続されているが、一般には導送配水ポンプ施設、浄水場、配水場などの多数の制御対象の施設と接続される。ここで制御対象の施設とは、上水道中央監視制御装置101にネットワークを介して接続された水道施設である。制御対象の施設は、上水道中央監視制御装置101にて計測情報を収集すること、また上水道中央監視制御装置101から制御方法に関する情報を送信すること、そのいずれかまたは両者を行なう施設である。   In FIG. 1, the water supply central monitoring and control apparatus 101 is connected to only two facilities, ie, a control target facility 151 and a control target facility 152, but in general, there are many facilities such as a transfer water distribution pump facility, a water purification plant, and a water distribution plant. Connected to the facility to be controlled. Here, the facility to be controlled is a water supply facility connected to the water supply central monitoring and control apparatus 101 via a network. The facility to be controlled is a facility that collects measurement information in the waterworks central monitoring and control device 101 and / or transmits information related to the control method from the waterworks central monitoring and control device 101.

コストモデル構築部111は、制御対象施設151などの、一つまたは複数のポンプから構成された制御対象の施設ごとに、機器特性記憶部121に格納された当該制御対象施設の各ポンプの機器特性と、制御ルール記憶部122に格納された当該制御対象施設の制御ルールとを読み出し、その機器特性と制御ルールに基づいて当該制御対象施設のコストモデルを構築する。また、コストモデル構築部111は、構築したコストモデルをコストモデル記憶部123に格納する。   The cost model construction unit 111 includes, for each control target facility composed of one or a plurality of pumps such as the control target facility 151, the device characteristics of each pump of the control target facility stored in the device characteristic storage unit 121. And the control rule of the said control object facility stored in the control rule memory | storage part 122 is read, and the cost model of the said control object facility is constructed | assembled based on the apparatus characteristic and control rule. Further, the cost model construction unit 111 stores the constructed cost model in the cost model storage unit 123.

コスト計算部112は、コストモデル記憶部123から読みだしたコストモデルに基づき、運用計画最適化部113から与えられる運用計画データ340に対して、その運用計画データ340で制御を行なうことに要するコストを計算して、コストデータ131として出力する。ただし、運用計画データ340は制御対象の全施設の運用方法を示す情報であるため、コスト計算部112は、制御対象施設ごとにコストモデル記憶部123からコストモデルを読みだし、当該施設の運用方法を運用計画データ340から抽出して当該施設のコストを計算する。コスト計算部112は、続いて全ての制御対象施設について加算してコストデータを算出する。制御対象の全施設の運用コストは、式1で表すことができる。   Based on the cost model read from the cost model storage unit 123, the cost calculation unit 112 costs the operation plan data 340 given from the operation plan optimization unit 113 to control with the operation plan data 340. Is calculated and output as cost data 131. However, since the operation plan data 340 is information indicating the operation method of all the facilities to be controlled, the cost calculation unit 112 reads the cost model from the cost model storage unit 123 for each control object facility, and operates the facility. Is extracted from the operation plan data 340 and the cost of the facility is calculated. Subsequently, the cost calculation unit 112 calculates the cost data by adding all the control target facilities. The operation cost of all the facilities to be controlled can be expressed by Equation 1.

Figure 2012197629
Figure 2012197629

ここで、
Ctotal:制御対象の全施設の運用コスト[kWh]
j:制御対象の施設を表すインデックス
M:制御対象の施設の総数
C(j):制御対象の施設jの運用コスト[kWh]
である。
各施設jの運用コストC(j)の計算方法についてはコストモデルの説明とあわせて図11の説明にて後述する。
here,
Ctotal: Operating cost of all controlled facilities [kWh]
j: Index indicating the facility to be controlled M: Total number of facilities to be controlled C (j): Operating cost of the facility j to be controlled [kWh]
It is.
A method of calculating the operation cost C (j) of each facility j will be described later in the description of FIG. 11 together with the description of the cost model.

制御対象施設ではないが、運用コストを考慮したい施設がある場合は、当該施設を制御対象施設とみなして同様に運用コストを算出・加算することができる。上水道中央監視制御装置101と接続されていない施設だがその運用コストを考慮したい施設がある場合などが該当する。   If there is a facility that is not a control target facility but that requires operation costs, the operation cost can be calculated and added in the same manner with the facility regarded as a control target facility. This is the case, for example, when there is a facility that is not connected to the water supply central monitoring and control apparatus 101 but whose operation cost is to be considered.

コストデータ131は、上記制御対象の全施設の運用コストCtotalを含むコスト情報からなり、制御対象の全施設の運用コストCtotalのほかに、各制御対象施設のコスト情報等を含んでもよい。   The cost data 131 includes cost information including the operation cost Ctotal of all the control target facilities, and may include cost information of each control target facility in addition to the operation cost Ctotal of all the control target facilities.

なお本実施例にてコストとは、ポンプ運転(施設運用)に要する消費電力量を指す。ただし、時間帯ごとの単価の変化も考慮した消費電力量の購入費用(電力料金)や、消費電力量の温室効果ガス換算値等、消費電力量を変換して得られる指標を用いることもできる。   In the present embodiment, the cost refers to the amount of power consumption required for pump operation (facility operation). However, it is also possible to use an index obtained by converting the power consumption, such as the purchase cost (power charge) of the power consumption considering the change in unit price for each time zone, and the greenhouse gas equivalent value of the power consumption. .

運用計画最適化部113は、施設制約記憶部124から運用計画の満たすべき制約条件を読み出し、需要予測部114から得た地域ごとの上水道の需要予測値を制約条件とし、これらの制約条件を満たす運用計画の候補を運用計画データ340として出力する。さらに運用計画最適化部113は、先に出力した運用計画データ340に対してコスト計算部112が算出したコストデータ131を参照し、よりコストを小さくする別の運用計画の候補を探索し、運用計画データ340を出力する処理を繰り返す。上記の処理を何らかの停止条件が満たされるまで繰り返すことで、運用計画最適化部113はコストを最小化する運用計画を算出する。   The operation plan optimization unit 113 reads out the constraint conditions to be satisfied by the operation plan from the facility constraint storage unit 124, uses the demand forecast value of the water supply for each region obtained from the demand prediction unit 114 as a constraint condition, and satisfies these constraint conditions Operation plan candidates are output as operation plan data 340. Further, the operation plan optimization unit 113 refers to the cost data 131 calculated by the cost calculation unit 112 with respect to the operation plan data 340 output earlier, searches for another operation plan candidate for further reducing the cost, and operates The process of outputting the plan data 340 is repeated. By repeating the above process until some stop condition is satisfied, the operation plan optimization unit 113 calculates an operation plan that minimizes the cost.

運用計画最適化部113は、算出した最適な運用計画データを、運用計画記憶部125に格納する。利用するコストモデルや施設制約の詳細に依存するが、運用計画最適化部113の機能は、数理計画法としての最適化問題として記述できる。運用計画最適化部113の機能は、シンプレックス法や分枝限定法を利用した数理最適化手法や、遺伝的アルゴリズムなどのメタヒューリスティクス手法などを用いて実装できる。   The operation plan optimization unit 113 stores the calculated optimal operation plan data in the operation plan storage unit 125. Depending on the cost model to be used and the details of the facility constraints, the function of the operation plan optimization unit 113 can be described as an optimization problem as a mathematical programming method. The function of the operation plan optimization unit 113 can be implemented using a mathematical optimization method using a simplex method or a branch and bound method, a metaheuristic method such as a genetic algorithm, or the like.

機器特性・制御ルール更新部115は、実績運用データ記憶部126に蓄積された実績運用データから、制御対象施設のポンプの機器特性情報を更新し、機器特性記憶部121の記憶内容を更新する。また、制御対象施設の送水管路モデルなどの情報を更新し、制御ルール記憶部122の記憶内容を更新する。   The device characteristic / control rule update unit 115 updates the device characteristic information of the pump of the control target facility from the actual operation data accumulated in the actual operation data storage unit 126, and updates the storage contents of the device characteristic storage unit 121. In addition, information such as the water supply pipeline model of the control target facility is updated, and the storage content of the control rule storage unit 122 is updated.

ヒューマンインタフェース部141は、機器特性記憶部121、制御ルール記憶部122およびコストモデル記憶部123に格納された各種情報や、最適な運用計画データに対してコスト計算部112が算出したコストデータ131をディスプレイ装置などを通じて表示し、上水道中央監視制御装置101の操作オペレータに提示する。ヒューマンインタフェース部141は、図示しないディスプレイ装置を含んでもよい。   The human interface unit 141 stores the cost data 131 calculated by the cost calculation unit 112 for various types of information stored in the device characteristic storage unit 121, the control rule storage unit 122, and the cost model storage unit 123, and optimal operation plan data. The information is displayed through a display device or the like and presented to the operator of the waterworks central monitoring and control device 101. The human interface unit 141 may include a display device (not shown).

通信部142は、運用計画記憶部125に格納された最適な運用計画データを制御対象施設151や制御対象施設152などの各制御対象施設に送信する。また、通信部142は、各制御対象施設から実績運用データを収集し、実績運用データ記憶部126に格納する。運用実績データとは、制御対象のポンプ施設の吐出流量、吐出圧力等を指す。   The communication unit 142 transmits optimal operation plan data stored in the operation plan storage unit 125 to each control target facility such as the control target facility 151 and the control target facility 152. In addition, the communication unit 142 collects actual operation data from each control target facility and stores the actual operation data in the actual operation data storage unit 126. Operation result data refers to the discharge flow rate, discharge pressure, etc. of the pump facility to be controlled.

制御対象施設151では、遠隔施設制御装置161が受信した運用計画データをポンプ等の制御対象設備への制御信号へと変換し、制御対象設備(ポンプ)171の運転状態へと反映させる。また、遠隔施設制御装置161は吐出流量や吐出圧力等の計測情報を各計測機器から収集し、上水道中央監視制御装置101へと送信する。制御対象施設152等においても同様の処理が行なわれ、上水道中央監視制御装置101が作成した最適な運用計画を施設の運転状態へと反映させることで水道施設の運転を最適化する。   In the control target facility 151, the operation plan data received by the remote facility control device 161 is converted into a control signal for the control target facility such as a pump and reflected in the operation state of the control target facility (pump) 171. Further, the remote facility control device 161 collects measurement information such as discharge flow rate and discharge pressure from each measuring device and transmits it to the waterworks central monitoring and control device 101. The same processing is also performed at the control target facility 152 and the like, and the operation of the water supply facility is optimized by reflecting the optimum operation plan created by the waterworks central monitoring and control apparatus 101 in the operation state of the facility.

図2を参照して、制御対象施設の制御対象設備(ポンプ)171の構成を説明する。図2において、ポンプ1号機201およびポンプ2号機202は可変速ポンプ、ポンプ3号機203は固定速ポンプである。吐出弁211はポンプ1号機201の吐出弁、吐出弁212はポンプ2号機202の吐出弁、吐出弁213はポンプ3号機203の吐出弁である。吸込み井221は、ポンプ201〜203へ水を供給する。計測器231は、吐出流量ならびに吐出圧力の計測器である。各設備を接続している矢印線は施設内の管路を表す。   With reference to FIG. 2, the structure of the control object equipment (pump) 171 of a control object facility is demonstrated. In FIG. 2, pump No. 1 201 and pump No. 2 202 are variable speed pumps, and pump No. 3 203 is a fixed speed pump. The discharge valve 211 is a discharge valve of the pump No. 1 machine 201, the discharge valve 212 is a discharge valve of the pump No. 2 machine 202, and the discharge valve 213 is a discharge valve of the pump No. 3 machine 203. The suction well 221 supplies water to the pumps 201 to 203. The measuring instrument 231 is a measuring instrument for the discharge flow rate and the discharge pressure. The arrow line connecting each equipment represents a pipeline in the facility.

この制御対象設備(ポンプ)171に対して、図1の遠隔施設制御装置161は、吐出弁211の開度設定を含むポンプ1号機201の稼働・停止信号、ポンプ1号機201の回転数、吐出弁212の開度設定を含むポンプ2号機202の稼働・停止信号、ポンプ2号機202の回転数、吐出弁213の開度設定を含むポンプ3号機203の稼働・停止信号、を制御信号として送信する。   For this control target equipment (pump) 171, the remote facility control device 161 in FIG. 1 includes an operation / stop signal of the pump No. 1 201 including the opening setting of the discharge valve 211, the rotation speed of the pump No. 1 201, the discharge Operation / stop signal of pump No. 2 202 including opening setting of valve 212, rotation number of pump No. 2 202, operation / stop signal of pump No. 3 203 including opening setting of discharge valve 213 are transmitted as control signals. To do.

また、遠隔施設制御装置161は、ポンプ1号機201の稼働・停止状態、ポンプ1号機201の回転数、吐出弁211の開度情報、ポンプ1号機201の消費電力、ポンプ2号機202の稼働・停止状態、ポンプ2号機202の回転数、吐出弁212の開度情報、ポンプ2号機202の消費電力、ポンプ3号機203の稼働・停止状態、吐出弁213の開度情報、ポンプ3号機203の消費電力、吸込み井221の水位情報、計測器231からの吐出流量および吐出流量情報を収集する。
消費電力計が設置されていない場合、消費電力の計測は、電流計による電流の計測値と力率の計測値を組み合わせて電力を推定することとしてもよい。
In addition, the remote facility control device 161 operates / stops the pump No. 1 201, the rotational speed of the pump No. 1 201, the opening information of the discharge valve 211, the power consumption of the pump No. 1 201, the operation / Stop state, rotation speed of pump No. 2 202, opening information of discharge valve 212, power consumption of pump No. 2 202, operation / stop state of pump No. 3 203, opening information of discharge valve 213, pump No. 3 of 203 The power consumption, the water level information of the suction well 221, the discharge flow rate from the measuring device 231 and the discharge flow rate information are collected.
When the power consumption meter is not installed, the power consumption may be measured by combining the current measurement value by the ammeter and the power factor measurement value to estimate the power.

図3を参照して、上水道中央監視制御装置のハードウェア構成を説明する。図3において、上水道中央監視制御装置101は、中央処理装置(CPU)110と、メモリ120と、メディア入出力部130と、入力部140と、通信制御部142と、表示部145と、周辺機器IF部180と、バス190とから構成されている。   With reference to FIG. 3, the hardware configuration of the waterworks central monitoring and control apparatus will be described. In FIG. 3, the waterworks central monitoring and control device 101 includes a central processing unit (CPU) 110, a memory 120, a media input / output unit 130, an input unit 140, a communication control unit 142, a display unit 145, and peripheral devices. The IF unit 180 and a bus 190 are included.

CPU110は、メモリ120上のプログラムを実行する。メモリ120は、プログラム、テーブル等を一時記憶する。メディア入出力部130は、プログラム、テーブル等を保持する。入力部140は、キーボード、マウス等である。通信制御部142は、図1の通信部142である。通信制御部142は、ネットワーク400と接続されている。表示部145は、図1の説明のディスプレイである。周辺機器IF部180は、プリンタ等のインタフェースである。バス190は、CPU110、メモリ120、メディア入出力部130、入力部140、通信制御部142、表示部145、周辺機器IF部180を相互接続する。   CPU 110 executes a program on memory 120. The memory 120 temporarily stores programs, tables, and the like. The media input / output unit 130 holds programs, tables, and the like. The input unit 140 is a keyboard, a mouse, or the like. The communication control unit 142 is the communication unit 142 in FIG. The communication control unit 142 is connected to the network 400. The display unit 145 is the display illustrated in FIG. The peripheral device IF unit 180 is an interface such as a printer. The bus 190 interconnects the CPU 110, the memory 120, the media input / output unit 130, the input unit 140, the communication control unit 142, the display unit 145, and the peripheral device IF unit 180.

図1と図3との対比から明らかなように、図1のコストモデル構築部111、コスト計算部112、運用計画最適化部113、需要予測部114は、CPU110がプログラムを実行することで実現している。   As is clear from the comparison between FIG. 1 and FIG. 3, the cost model construction unit 111, the cost calculation unit 112, the operation plan optimization unit 113, and the demand prediction unit 114 in FIG. 1 are realized by the CPU 110 executing a program. is doing.

図4を参照して、機器特性記憶部121に格納される機器特性テーブルを説明する。図4において、機器特性テーブル300は、施設301と、ポンプ号機302と、流量−揚程特性303と、流量−効率特性304と、可変速305と、規格化した回転数の制御範囲306とから構成されている。   The device characteristic table stored in the device characteristic storage unit 121 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the device characteristic table 300 includes a facility 301, a pump unit 302, a flow rate-head characteristic 303, a flow rate-efficiency characteristic 304, a variable speed 305, and a standardized rotation speed control range 306. Has been.

機器特性テーブル300は、制御対象施設のポンプ号機ごとに、流量−揚程特性、流量−効率特性、回転数制御可能かどうか(可変速かどうか)の真偽値、可変速の場合は規格化した回転数の制御範囲、のそれぞれについて情報を保持している。   The equipment characteristic table 300 is standardized in the case of variable speed, for each pump unit of the controlled facility, flow rate-head characteristic, flow rate-efficiency characteristic, truth value of whether the rotational speed can be controlled (whether it is variable speed), or variable speed. Information is held for each of the rotation speed control ranges.

図5を参照して、機器特性記憶部121に格納される機器特性情報のうち、一台の特定のポンプの流量−揚程特性(Q−H特性曲線)を説明する。
先に図4を参照して述べたとおり、機器特性テーブル300は、制御対象施設のポンプ号機ごとに同様の流量−揚程特性303を保持する。上水道向けに多く用いられる渦巻きポンプでは、流量−揚程特性は、式2または式3のいずれかによる近似が知られている。
With reference to FIG. 5, the flow rate-head characteristic (QH characteristic curve) of one specific pump among the apparatus characteristic information stored in the apparatus characteristic memory | storage part 121 is demonstrated.
As described above with reference to FIG. 4, the device characteristic table 300 holds the same flow rate-lift characteristic 303 for each pump of the controlled facility. In a centrifugal pump often used for waterworks, the flow rate-head characteristic is known to be approximated by either Equation 2 or Equation 3.

H=A・Q^2+B・Q+C …(式2)
H=A・Q^B+C …(式3)
ここで、
H:ポンプの全揚程[m]
Q:ポンプの吐出流量[m^3/h]
A、B、C:式ごとに独立な係数
^:べき乗
である。上記の式で流量−揚程特性を近似する場合は、近似式の種別と係数A、B、Cを保持すればよい。あるいは、複数の代表的な流量および揚程のペアをデータとして保持し、それらのデータを直線でつないだ折れ線で流量−揚程特性を近似することとしてもよい。
H = A · Q ^ 2 + B · Q + C (Formula 2)
H = A · Q ^ B + C (Formula 3)
here,
H: Total pump head [m]
Q: Pump discharge flow rate [m ^ 3 / h]
A, B, C: coefficient independent for each equation ^: power. When the flow rate-head characteristics are approximated by the above formula, the type of the approximate formula and the coefficients A, B, and C may be held. Alternatively, a plurality of typical flow rate and head pairs may be held as data, and the flow rate-head characteristics may be approximated by a polygonal line connecting these data with straight lines.

回転数制御を行なうポンプの場合、図5の実線と破線の曲線のように、流量−揚程特性は、回転数の変化によって異なる曲線をとる。そのため機器特性情報として回転数ごとの流量−揚程特性を保持しなければならない。回転数制御の効果は、一般に次の式4または式5(ポンプの相似則)で近似される。   In the case of a pump that performs rotational speed control, as shown by the solid and dashed curves in FIG. 5, the flow rate-head characteristics have different curves depending on changes in the rotational speed. Therefore, it is necessary to maintain the flow rate-head characteristics for each rotation speed as device characteristic information. The effect of the rotational speed control is generally approximated by the following expression 4 or 5 (pump similarity law).

H/S^2=一定 …(式4)
Q/S=一定 …(式5)
ここで、
S:回転数[rpm]
である。回転数ごとの流量−揚程特性の保持の方法としては、上記相似則での近似を用いることができる。あるいは、複数の代表的な回転数における流量−揚程特性を保持し、その他の回転数に関しては補間を行なって流量−揚程特性を近似することとしてもよい。
H / S ^ 2 = constant (Expression 4)
Q / S = constant (Formula 5)
here,
S: Number of revolutions [rpm]
It is. As a method for maintaining the flow rate-head characteristics for each number of revolutions, approximation by the above-mentioned similarity law can be used. Alternatively, the flow rate-head characteristics at a plurality of representative rotational speeds may be held, and interpolation may be performed for other rotational speeds to approximate the flow-head characteristics.

図6を参照して、機器特性記憶部121に格納される機器特性情報のうち、一台の特定のポンプの流量−効率特性を説明する。   With reference to FIG. 6, the flow rate-efficiency characteristic of one specific pump among the apparatus characteristic information stored in the apparatus characteristic memory | storage part 121 is demonstrated.

流量−揚程特性と同様に、先に図4を参照して述べたとおり、機器特性テーブル300は、制御対象施設のポンプ号機ごとに同様の流量−効率特性304を保持する。上水道向けに多く用いられる渦巻きポンプでは、流量−効率特性は次の式6または式7のいずれかによる近似が知られている。   Similar to the flow rate-head characteristics, as described above with reference to FIG. 4, the device characteristic table 300 holds the same flow rate-efficiency characteristics 304 for each pump unit of the controlled facility. In a centrifugal pump often used for waterworks, the flow rate-efficiency characteristics are known to be approximated by either of the following formulas 6 and 7.

η=A・Q^2+B・Q …(式6)
η=A・Q^3+B・Q^2+C・Q …(式7)
ここで、
η:ポンプの効率[−]
Q:ポンプの吐出流量[m^3/h]
A、B、C:式ごとに独立な係数
である。上記の式で流量−揚程特性を近似する場合は、近似式の種別と係数A、B、Cを保持すればよい。あるいは、複数の代表的な流量および効率のペアをデータとして保持し、それらのデータを直線でつないだ折れ線で流量−効率特性を近似することとしてもよい。
η = A · Q ^ 2 + B · Q (Formula 6)
η = A · Q ^ 3 + B · Q ^ 2 + C · Q (Expression 7)
here,
η: Pump efficiency [−]
Q: Pump discharge flow rate [m ^ 3 / h]
A, B, C: Independent coefficients for each formula. When the flow rate-head characteristics are approximated by the above formula, the type of the approximate formula and the coefficients A, B, and C may be held. Alternatively, a plurality of typical flow rate / efficiency pairs may be held as data, and the flow rate-efficiency characteristics may be approximated by a polygonal line connecting the data with straight lines.

ここでポンプの効率とは、ポンプが吐出する水に行なった仕事率を、ポンプ駆動のために供給された電力で除した値を指す。すなわち、一般にポンプの機械仕様に記載されるポンプ機械効率と、電動機の効率、回転数制御であればインバータ等制御機器の効率を掛け合わせた値を指す。効率特性の保持方法としては、ポンプ機械効率と、電動機効率と、インバータ効率とを別に保持することとしてもよい。   Here, the efficiency of the pump refers to a value obtained by dividing the work rate performed on the water discharged by the pump by the electric power supplied for driving the pump. In other words, it generally indicates a value obtained by multiplying the pump machine efficiency described in the machine specifications of the pump, the efficiency of the electric motor, and the efficiency of the control device such as an inverter in the case of rotation speed control. As a method for maintaining the efficiency characteristics, the pump machine efficiency, the motor efficiency, and the inverter efficiency may be separately maintained.

回転数制御を行なうポンプの場合、図6の実線と破線の曲線のように、流量−効率特性は、回転数の変化によって異なる曲線をとる。流量−揚程特性と同様に、回転数制御の効果はポンプの相似則で近似することができる。あるいは、代表的な回転数における流量−効率特性を保持し、その他の回転数については補間を行なって流量−効率特性を近似することとしてもよい。   In the case of a pump that performs rotational speed control, the flow rate-efficiency characteristics take different curves depending on changes in the rotational speed, as indicated by the solid and dashed curves in FIG. Similar to the flow rate-head characteristics, the effect of rotational speed control can be approximated by the pump similarity law. Alternatively, the flow rate-efficiency characteristics at typical rotation speeds may be retained, and the flow rate-efficiency characteristics may be approximated by interpolation for other rotation speeds.

機器特性記憶部121に格納される機器特性により、一台のポンプに対して、その運転状態を定めたときの電力(コスト)を評価できる。ポンプが吐出する水に行なった仕事率は、吐出流量と揚程の積であらわされることから、ポンプ駆動に必要な電力は、式8で表現できる。   Based on the device characteristics stored in the device characteristic storage unit 121, it is possible to evaluate the power (cost) when the operation state is determined for one pump. Since the work rate performed on the water discharged by the pump is expressed by the product of the discharge flow rate and the head, the power required for driving the pump can be expressed by Equation 8.

E=k・Q・H/η …(式8)
ここで、
E:ポンプ駆動に必要な電力[kW]
Q:ポンプの吐出流量[m^3/h]
H:ポンプの全揚程[m]
η:ポンプの効率[−]
k:比例係数[kWh/m^4]
である。
E = k · Q · H / η (Formula 8)
here,
E: Electric power required for driving the pump [kW]
Q: Pump discharge flow rate [m ^ 3 / h]
H: Total pump head [m]
η: Pump efficiency [−]
k: Proportional coefficient [kWh / m ^ 4]
It is.

ただし、運転状態を定めるとは、図5、図6の特性を用いて上記の式のQ(吐出流量)、H(全揚程)、η(効率)を定めることを指す。同一施設内の他のポンプの運転状態、並びに施設から水を送る管路・配水区等の特性に応じて運転状態は変化する。可変速ポンプの場合は、回転数の選択も運転状態に影響する。   However, to determine the operating state means to determine Q (discharge flow rate), H (total lift), and η (efficiency) of the above formula using the characteristics shown in FIGS. The operating state changes depending on the operating state of other pumps in the same facility and the characteristics of the pipelines / distribution zones for sending water from the facility. In the case of a variable speed pump, the selection of the rotational speed also affects the operating state.

図7を参照して、制御ルール記憶部122に格納される制御ルールテーブルを説明する。図7において、制御ルールテーブル310は、施設311と、運転台数切替流量テーブル312と、ポンプ号機運転順序313と、流量/圧力制御の有無314と、流量/圧力制御の方式315とから構成される。   A control rule table stored in the control rule storage unit 122 will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the control rule table 310 includes a facility 311, an operation number switching flow rate table 312, a pump unit operation order 313, presence / absence of flow rate / pressure control 314, and a flow rate / pressure control method 315. .

制御ルールテーブル310は、制御対象施設ごとに、ポンプ運転台数制御の切替流量テーブル、ポンプ号機の運転順序決定方式、吐出流量および吐出圧力の制御の有無、吐出流量および吐出圧力の制御の方式、のそれぞれについて情報を保持している。ポンプ号機の運転順序決定方式とは、施設に複数台あるポンプ号機をどのような順序で起動し、あるいは停止するかを定めた制御ルールを指す。一般にポンプの運転時間を均等化する目的で設定される。また、施設に可変速ポンプ号機がある場合は、可変速ポンプ号機を利用することが消費電力を下げる効果を持つため、固定速ポンプより優先して利用されることが一般的である。ポンプ運転台数制御の切替流量テーブル、ポンプ号機の運転順序決定方式の情報は、図11を参照して後述するポンプ施設の運転台数に関する状態遷移の遷移条件を定める他の情報で置き換えることもできる。   The control rule table 310 includes, for each control target facility, a switching flow rate table for controlling the number of pumps operated, an operation order determination method for pump units, whether discharge flow rate and discharge pressure are controlled, and a method for controlling discharge flow rate and discharge pressure. It holds information about each. The operation order determination method of the pump unit refers to a control rule that determines in what order a plurality of pump units in the facility are started or stopped. Generally, it is set for the purpose of equalizing the operation time of the pump. In addition, when there is a variable speed pump in the facility, the use of the variable speed pump has the effect of reducing the power consumption, so that it is generally used in preference to the fixed speed pump. The information on the switching flow rate table of the pump operation number control and the operation order determination method of the pump unit can be replaced with other information that defines the transition condition of the state transition related to the operation number of the pump facility described later with reference to FIG.

ポンプ台数運転制御以外の吐出流量および吐出圧力制御を行なわない施設の場合、運転するポンプ号機を定めることで運転状態が確定する。しかし可変速ポンプ号機がある場合や、バルブ制御を行なう場合、吐出流量および吐出圧力制御の代表的な方式に、吐出圧力を設定する方式、および吐出流量を設定する方式、の2つの方式がある。例えば可変速ポンプ号機を備える配水ポンプ施設では、吐出圧力の設定を目標にポンプ回転数の制御を行ない、吐出流量は配水区の需要量に任せて変化することを許容する。ここで例えば制御対象施設151が上記配水ポンプ施設とした場合、この吐出圧力の設定方式が例えば遠隔施設制御装置161に記憶されている。この吐出圧力の設定方式の内容を制御ルール記憶部122でも保持する。詳細は図8Aの説明にて後述する。一方、送水ポンプ施設では、吐出流量の設定を目標にポンプ回転数やバルブ開度の制御を行ない、吐出圧力は円滑な送水が可能な範囲で任意に変化することを許容する。ただし、回転数制御を行なう施設では、一般的に、バルブ(吐出弁)でのエネルギーロスを減らすために、吐出弁の開度調整による吐出流量や吐出圧力の調整は行なわない。ここで、制御対象施設151が可変速ポンプ号機を備える上記送水ポンプ施設とした場合、吐出流量を設定目標とした回転数の制御を推定するためには、制御対象施設151からの送水先の管路のモデル(流量−圧力特性)が必要となる。この送水管路モデルを制御ルール記憶部122でも保持する。詳細は図8Bの説明にて後述する。   In the case of facilities that do not perform discharge flow rate and discharge pressure control other than the pump unit number operation control, the operating state is determined by determining the pump number to be operated. However, when there is a variable speed pump or when valve control is performed, there are two methods, a method for setting the discharge pressure and a method for setting the discharge flow rate, as representative methods for the discharge flow rate and discharge pressure control. . For example, in a water distribution pump facility equipped with a variable speed pump unit, the pump rotation speed is controlled with the aim of setting the discharge pressure, and the discharge flow rate is allowed to change depending on the demand amount of the water distribution area. Here, for example, when the control target facility 151 is the water distribution pump facility, the discharge pressure setting method is stored in the remote facility control device 161, for example. The control rule storage unit 122 also holds the contents of the discharge pressure setting method. Details will be described later with reference to FIG. 8A. On the other hand, in the water pump facility, the pump rotation speed and valve opening degree are controlled with the aim of setting the discharge flow rate, and the discharge pressure is allowed to change arbitrarily within a range where smooth water supply is possible. However, in facilities that perform rotational speed control, in general, in order to reduce energy loss in the valve (discharge valve), the discharge flow rate and the discharge pressure are not adjusted by adjusting the opening degree of the discharge valve. Here, when the control target facility 151 is the above-described water supply pump facility including a variable speed pump unit, in order to estimate the control of the rotation speed with the discharge flow rate as a setting target, the pipe of the water supply destination from the control target facility 151 A model of the path (flow rate-pressure characteristics) is required. This water supply pipe model is also held in the control rule storage unit 122. Details will be described later with reference to FIG. 8B.

図8Aを参照して、制御ルール記憶部122に格納される制御ルール情報のうち、吐出圧力設定方式を説明する。
先に図7の制御ルールテーブルにて述べたとおり、吐出圧力設定による制御を行なう施設(配水ポンプ施設など)について、同様の吐出圧力設定方式を保持する。図8Aは、代表的な吐出圧力設定方式の一つである推定末端圧一定制御と呼ばれる方式を示す。この方式は、吐出圧力を吐出流量(または吐出流量に何らかの平均化処理をかけた値)から式9で定める。
With reference to FIG. 8A, the discharge pressure setting method in the control rule information stored in the control rule storage unit 122 will be described.
As described above with reference to the control rule table of FIG. 7, the same discharge pressure setting method is maintained for facilities (such as water distribution pump facilities) that perform control based on discharge pressure setting. FIG. 8A shows a method called estimated terminal pressure constant control, which is one of typical discharge pressure setting methods. In this method, the discharge pressure is determined by Equation 9 from the discharge flow rate (or a value obtained by subjecting the discharge flow rate to some averaging process).

P=P0+C・Q^1.85 …(式9)
ここで、
P:吐出圧力[kPa]
Q:吐出流量[m^3/h]
P0、C:係数
である。この方式のように、吐出流量のみから吐出圧力を決定する任意の方式を利用できる。任意の吐出流量に対して一定の吐出圧力を設定する吐出圧力一定制御を用いることもできる。一方で、他の施設の吐出流量などに依存して吐出圧力を決定する方式でも、図11の説明にて詳細を述べる方法によって取り扱うことができる。
P = P0 + C · Q ^ 1.85 (Formula 9)
here,
P: Discharge pressure [kPa]
Q: Discharge flow rate [m ^ 3 / h]
P0, C: coefficients. As in this method, any method for determining the discharge pressure only from the discharge flow rate can be used. It is also possible to use discharge pressure constant control that sets a constant discharge pressure for an arbitrary discharge flow rate. On the other hand, the method of determining the discharge pressure depending on the discharge flow rate of other facilities can also be handled by the method described in detail in the description of FIG.

図8Bを参照して、制御ルール記憶部122に格納される制御ルール情報のうち、管路モデルを説明する。
先に図7の制御ルールテーブルにて述べたとおり、可変速ポンプ号機を含む制御対象施設で、吐出流量設定による回転数制御を行なう施設(送水ポンプ施設など)について、同様の管路モデルを保持する。管路モデルは、当該施設から水を送る先の管路に対して、吐出流量Q[m^3/h]を流す際に必要となる吐出圧力P[kPa]の関係を表す。代表的なモデルとして、管路での圧力損失としてヘーゼン・ウィリアムス式を仮定した式10を用いる。
With reference to FIG. 8B, the pipeline model among the control rule information stored in the control rule storage unit 122 will be described.
As described in the control rule table of FIG. 7, the same pipeline model is maintained for facilities (such as water pump facilities) that control the number of revolutions by setting the discharge flow rate in the controlled facilities including the variable speed pump unit. To do. The pipe model represents the relationship of the discharge pressure P [kPa] that is required when the discharge flow rate Q [m ^ 3 / h] is allowed to flow through the pipe to which water is sent from the facility. As a typical model, Formula 10 assuming the Hazen-Williams formula as pressure loss in the pipeline is used.

P=P0+C・Q^1.85 …(式10)
ここで、
P:吐出圧力[kPa]
Q:吐出流量[m^3/h]
P0、C:係数
である。係数P0は、当該施設の標高と、送水先(管路の出口)の標高差に依存し、Cは管路の長さと口径等に依存する。
P = P0 + C · Q ^ 1.85 (Expression 10)
here,
P: Discharge pressure [kPa]
Q: Discharge flow rate [m ^ 3 / h]
P0, C: coefficients. The coefficient P0 depends on the altitude of the facility and the elevation difference between the water supply destination (exit of the pipeline), and C depends on the length and the diameter of the pipeline.

図8Aの圧力設定方式と、図8Bの管路モデルとで式の形が同一の式の例を挙げたが、設定の意味合いは異なる。圧力設定方式の情報は、任意性を持って定められる制御パラメータであるのに対して、管路モデルの情報は実制御対象のモデルである。   Although the example of the same type | formula of the type | formula of the pressure setting system of FIG. 8A and the pipe line model of FIG. 8B was given, the meaning of a setting differs. The information on the pressure setting method is a control parameter determined with arbitraryness, while the information on the pipe model is a model of the actual control target.

図9を参照して、制御ルール記憶部122に格納される制御ルール情報のうち、ポンプ運転台数を切り替える流量を定めた運転台数切替流量テーブルを説明する。図9において、運転台数切替流量テーブル320は、停止後ポンプ運転台数321と、起動後ポンプ運転台数322と、ポンプ停止流量323と、ポンプ起動流量324とから構成される。   With reference to FIG. 9, the operation number switching flow rate table that defines the flow rate for switching the number of pump operations among the control rule information stored in the control rule storage unit 122 will be described. In FIG. 9, the operating number switching flow rate table 320 includes a pump operating number 321 after stopping, a pump operating number 322 after starting, a pump stopping flow rate 323, and a pump starting flow rate 324.

運転台数切替流量テーブル320は、吐出流量が増加していく際に、ポンプ運転台数を増加させる目安となる流量と、吐出流量が減少していく際に、ポンプ運転台数を減少させる目安となる流量の情報を保持している。台数を増加させる流量と台数を減少させる流量がもし同じだった場合、その流量前後で吐出量が小刻みに変化する場合にポンプの起動・停止が頻発してポンプや電気機器などの劣化が早まるおそれがある。そのため台数を増加させる流量と台数を減少させる流量を変えた制御を行なうことが一般的である。このことにより同じ吐出流量でもポンプの運転台数が異なる現象はヒステリシスと呼ばれる。図9の例ではポンプ号機を指定しない記述となっているが、特性の異なる複数のポンプを有する施設の場合などでは、具体的なポンプ号機を指定したテーブルとなっていてもよい。   The operating unit switching flow rate table 320 is a guideline for increasing the number of pumps operated when the discharge flow rate increases and a flow rate for reducing the number of pumps operated when the discharge flow rate decreases. Information is retained. If the flow rate to increase the number of units and the flow rate to decrease the number are the same, if the discharge rate changes in small increments before and after that flow rate, the pump may start and stop frequently, and the deterioration of pumps and electrical equipment may be accelerated There is. Therefore, it is common to perform control by changing the flow rate for increasing the number and the flow rate for decreasing the number. A phenomenon in which the number of operating pumps is different even at the same discharge flow rate is called hysteresis. In the example of FIG. 9, it is described that the pump unit is not specified, but in the case of a facility having a plurality of pumps having different characteristics, a table specifying a specific pump unit may be used.

図10を参照して、コストモデル記憶部123に格納されるコストモデルテーブルを説明する。図10において、コストモデルテーブル330は、施設331と、種別332と、コストモデル333とから構成される。   The cost model table stored in the cost model storage unit 123 will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the cost model table 330 includes a facility 331, a type 332, and a cost model 333.

コストモデルテーブル330は、制御対象の施設331ごとに、少なくとも一つの種別332と、コストモデル情報333とを格納している。ここで種別332とは、コストモデルの精密さ、あるいは近似の程度を表す項目である。種別332、およびコストモデル333の内容の詳細については、図11から図14の説明において後述する。   The cost model table 330 stores at least one type 332 and cost model information 333 for each facility 331 to be controlled. Here, the type 332 is an item representing the precision of the cost model or the degree of approximation. Details of the contents of the type 332 and the cost model 333 will be described later in the description of FIGS.

図11を参照して、コストモデル記憶部123に格納されるコストモデル情報のうち、可変速ポンプ2台と固定速ポンプ1台からなるある施設のコストモデルを説明する。この施設は、図2に示した制御対象設備で、図4および図7における配水ポンプ場Bであり、ここではこの施設を制御対象施設151とする。この施設151は、可変速ポンプ2台(1号機、2号機)と固定速ポンプ1台(3号機)の合計3台のポンプを備えている。   With reference to FIG. 11, a cost model of a facility including two variable speed pumps and one fixed speed pump among the cost model information stored in the cost model storage unit 123 will be described. This facility is the control target facility shown in FIG. 2 and is the water distribution pump station B in FIGS. 4 and 7. Here, this facility is referred to as a control target facility 151. This facility 151 includes a total of three pumps, two variable speed pumps (No. 1 and No. 2) and one fixed speed pump (No. 3).

遠隔施設制御装置161の行なう制御について説明する。吐出流量が図9の切替流量テーブルに記載された流量閾値をまたいで変化した場合、ポンプ運転台数を変化させる。1台ポンプが運転されているとき、吐出流量が11m^3/minを超えた場合に2台目のポンプを起動させる。   The control performed by the remote facility control device 161 will be described. When the discharge flow rate changes across the flow rate threshold values described in the switching flow rate table of FIG. 9, the number of pumps to be operated is changed. When one pump is in operation, the second pump is activated when the discharge flow rate exceeds 11 m 3 / min.

可変速ポンプである1号機あるいは2号機を優先して運転し、3号機は既に2台が稼働している場合にのみ追加で運転する。ただし必ず1台以上のポンプを運転する。1号機と2号機とが運転されていて、そのうちの1台を停止する場合、ポンプ稼働時間を平均化するため累積運転時間の長い号機を停止する。図8Aに示した圧力設定(推定末端圧一定)となるよう、1号機と2号機の回転数を制御する。   The first or second variable speed pump is operated with priority, and the third unit is additionally operated only when two units are already operating. However, be sure to operate at least one pump. When Unit 1 and Unit 2 are operating and one of them is stopped, the unit with the long cumulative operation time is stopped to average the pump operation time. The rotational speeds of the first and second machines are controlled so that the pressure setting (constant estimated terminal pressure) shown in FIG. 8A is obtained.

本実施例におけるコストモデルは、施設のポンプ運転状態の変化を抽象化した状態遷移関係と、その各状態において消費電力を施設の吐出流量から算出する関数(以下、消費電力関数)と、からなる。図11Aは、状態遷移関係を表す状態遷移図、図11Bは、各状態での消費電力関数を重ねて表示したグラフである。   The cost model in the present embodiment includes a state transition relationship that abstracts a change in the pump operation state of the facility, and a function that calculates power consumption from the discharge flow rate of the facility in each state (hereinafter, power consumption function). . FIG. 11A is a state transition diagram showing a state transition relationship, and FIG. 11B is a graph in which power consumption functions in each state are displayed in an overlapping manner.

図11Aにおいて、状態AX、AY、B、Cとは、施設の各ポンプ号機が稼働中か、あるいは運転中か、の情報を表す。具体的には、状態AXは、1号機が稼働中、2号機と3号機が停止中の運転状態を表す。図11Aは先述した遠隔施設制御装置161のポンプ台数に関わる制御を再現した状態遷移図である。吐出流量が図9の運転台数切替流量テーブル320に記載の閾値をまたいで変化した場合、状態遷移する。具体的には、状態Bにおいて流量が閾値より減少しポンプを1台停止させる場合、遠隔施設制御装置161は、1号機と2号機の累積運転時間の大小に応じて状態AXあるいは状態AYに遷移する。   In FIG. 11A, states AX, AY, B, and C represent information indicating whether each facility pump is operating or operating. Specifically, the state AX represents an operation state in which the first unit is operating and the second unit and the third unit are stopped. FIG. 11A is a state transition diagram reproducing the control related to the number of pumps of the remote facility control device 161 described above. When the discharge flow rate changes across the threshold values described in the operation number switching flow rate table 320 of FIG. Specifically, when the flow rate is reduced from the threshold value in the state B and one pump is stopped, the remote facility control device 161 shifts to the state AX or the state AY depending on the accumulated operation time of the first and second units. To do.

図11Bの各グラフは、各状態において吐出流量を定めた場合の消費電力を表す。状態ごとに消費電力関数を設定することで、状態によって同じ流量でも消費電力が異なる現象(ヒステリシス)を再現できる。各状態において消費電力を施設の吐出流量から算出する関数は、必ずしも施設の吐出流量のみの関数である必要はない。ポンプ施設の吸込み側にある吸込井の水位や、他の施設の吐出流量にパラメータとして依存する関数であってもよい。   Each graph in FIG. 11B represents the power consumption when the discharge flow rate is determined in each state. By setting a power consumption function for each state, it is possible to reproduce a phenomenon (hysteresis) in which the power consumption varies depending on the state even at the same flow rate. The function for calculating the power consumption from the facility discharge flow rate in each state does not necessarily need to be a function of only the facility discharge flow rate. The function may depend on the water level of the suction well on the suction side of the pump facility or the discharge flow rate of another facility as a parameter.

図11のコストモデルでは、ポンプ消費電力の非線形性や、台数運転ヒステリシスによる多値性も含めて精緻なコスト評価を行なうことができる。これに対して、特許文献1に記載の配水量(吐出流量)に比例するコストモデルを用いた場合は、図11Bにみられる非線形性や多値性を再現することができない。   In the cost model of FIG. 11, it is possible to perform precise cost evaluation including non-linearity of pump power consumption and multi-value characteristics due to unit operation hysteresis. On the other hand, when the cost model proportional to the water distribution amount (discharge flow rate) described in Patent Document 1 is used, the non-linearity and multi-valued characteristics shown in FIG. 11B cannot be reproduced.

全ての吐出流量の範囲でみると下に凸の曲線となっているため、吐出流量が小さい場合や大きい場合に誤差が大きくなる。小さい吐出流量や、ヒステリシスによる多値性の影響する吐出流量では、比例コストモデルは相対的に20%以上も過大あるいは過小に偏った評価値となりえる。   Since the curve is convex downward in the entire range of the discharge flow rate, the error increases when the discharge flow rate is small or large. At a small discharge flow rate or a discharge flow rate that is affected by multi-value due to hysteresis, the proportional cost model can be an evaluation value that is relatively over or under biased by 20% or more.

図11Bの例では、1号機ポンプのみが稼働している状態AXと、2号機ポンプのみが稼働している状態AYとで異なる消費電力関数を持っている。これは1号機と2号機の機器特性が異なることによる消費電力の違いを表現している。1号機と2号機がたとえ同型のポンプであっても、経年変化によって機器特性に差異が生じることもある。図11Aのような運転状態を考慮したコストモデルを用いることで、こうした場合においても精緻なコストの評価が行なえる。   In the example of FIG. 11B, the state AX in which only the No. 1 pump is operating and the state AY in which only the No. 2 pump is operating have different power consumption functions. This expresses the difference in power consumption due to the difference in device characteristics between Unit 1 and Unit 2. Even if Unit 1 and Unit 2 are the same type of pump, there may be differences in equipment characteristics due to aging. By using a cost model that considers the operating state as shown in FIG. 11A, a precise cost evaluation can be performed even in such a case.

コスト計算部112では、制御対象施設ごとにステートマシン(状態遷移機械)をもち、コストモデルの状態遷移関係をシミュレートしながら、状態に応じた消費電力関数でコスト(消費電力)を計算し、各時間のコスト(消費電力)を積分することで当該施設のコスト(消費電力量)を算出する。   The cost calculation unit 112 has a state machine (state transition machine) for each control target facility, calculates the cost (power consumption) with the power consumption function according to the state while simulating the state transition relationship of the cost model, The cost (power consumption) of the facility is calculated by integrating the cost (power consumption) of each time.

コストモデルは、吐出流量の瞬時値から消費電力の瞬時値を評価するものであるが、運用計画データ340に一般的に用いられる10分から1時間程度の平均値に対してもそのまま適用する。一般的に、上水道施設の吐出流量の変化は比較的ゆるやかで、10分程度では大きくは変化しないこと、また水源からの取水や配水池への送水などでは1時間に1回以下の頻度でしか吐出流量を切り替えないことから上記の適用方法でも精度は保たれる。また、10分程度より短い時間ではポンプの起動・停止にかかる過渡現象の影響が大きいため、10分程度以上の平均化流量を用いることが望ましい。   The cost model evaluates the instantaneous value of the power consumption from the instantaneous value of the discharge flow rate, but is applied as it is to an average value of about 10 minutes to 1 hour that is generally used for the operation plan data 340. In general, changes in the discharge flow rate of waterworks facilities are relatively gradual and do not change significantly in about 10 minutes. In addition, water intake from the water source or water supply to the reservoir is only once or less per hour. Since the discharge flow rate is not switched, the accuracy can be maintained even by the above application method. Moreover, since the influence of the transient phenomenon which starts and stops a pump is large in time shorter than about 10 minutes, it is desirable to use the average flow volume of about 10 minutes or more.

先述したとおり、本実施例のコストモデルの評価対象はポンプの消費電力を賄うのに要する電力料金としてもよい。一般に電力料金は、電力消費の少ない夜間に単価が低い。夜間の単価は昼間の1/3程度となることもあり、活用が望ましい。上水道運用計画を日量ではなく1時間単位以下のピッチで立案することで、単価の変化を含めた電力料金の評価が可能で、夜間電力を活用する上水道運用計画が立案できる。   As described above, the evaluation target of the cost model of the present embodiment may be a power charge required to cover the power consumption of the pump. In general, the electricity rate is low at night when the electricity consumption is low. Since the unit price at night may be about 1/3 of the daytime, it is desirable to use it. By drafting a water supply operation plan at a pitch of 1 hour or less instead of a daily amount, it is possible to evaluate a power rate including a change in unit price, and a water supply operation plan using nighttime power can be made.

図12を参照して、コストモデル記憶部123に格納されるコストモデル情報のうち、図11と同一の施設の別のコストモデルを説明する。図11と同様に、図12Aは、状態遷移関係を表す状態遷移図、図12Bは、各状態での消費電力関数を重ねて表示したグラフである。   With reference to FIG. 12, another cost model of the same facility as FIG. 11 among the cost model information stored in the cost model storage unit 123 will be described. Similar to FIG. 11, FIG. 12A is a state transition diagram showing the state transition relationship, and FIG. 12B is a graph in which the power consumption function in each state is superimposed and displayed.

図12のコストモデルは、図11のコストモデルを近似的に簡単化したコストモデルの例である。図12Aにおいて、状態A、B、Cとは、施設のポンプ運転台数の情報を表す。具体的には、状態Aは、ポンプ運転台数が1台という運転状態を表す。   The cost model in FIG. 12 is an example of a cost model obtained by approximately simplifying the cost model in FIG. In FIG. 12A, states A, B, and C represent information on the number of pumps operating in the facility. Specifically, the state A represents an operation state in which the number of pumps operated is one.

状態Aは、図11Aの状態AXおよび状態AYを統合した状態、状態Bは、図11Aの状態Bと同等の状態、状態Cは、図11Aの状態Cと同等の状態を表現している。状態の統合により、状態Aにおける消費電力関数は、状態AXおよび状態AYのそれぞれの消費電力関数の値を平均化した関数としている。平均化により、1号機ポンプと2号機ポンプの機器特性の差異を考慮したコスト評価は行なえなくなるが、モデルが簡単化されることにより、ポンプ号機の累積運転時間を考慮する必要がなくなるなど、コスト評価が簡便となるメリットがある。   State A represents a state in which state AX and state AY in FIG. 11A are integrated, state B represents a state equivalent to state B in FIG. 11A, and state C represents a state equivalent to state C in FIG. 11A. Due to the integration of the states, the power consumption function in the state A is a function obtained by averaging the values of the power consumption functions of the states AX and AY. Due to the averaging, it is not possible to evaluate the cost considering the difference in equipment characteristics between the Unit 1 and Unit 2 pumps, but the simplified model eliminates the need to consider the cumulative operating time of the Pump Unit. There is a merit that the evaluation is simple.

運用計画最適化部113にて多数の運用計画データ340を生成して評価する際、コスト評価の簡便化によって、コスト評価に要する計算量が削減されることや、最適化問題のクラスが変わることでより高速な最適化手法が利用可能になる。もし1号機ポンプと2号機ポンプの機器特性に有意な差異がない場合、図11のコストモデルと比べて、コスト評価に新たな誤差を生じさせることなく、より簡単なモデルに図12のコストモデルはなっている。   When the operation plan optimizing unit 113 generates and evaluates a large number of operation plan data 340, the amount of calculation required for cost evaluation can be reduced and the optimization problem class can be changed by simplifying the cost evaluation. Will enable faster optimization techniques. If there is no significant difference between the machine characteristics of the Unit 1 pump and the Unit 2 pump, the cost model shown in FIG. 12 can be changed to a simpler model without causing a new error in the cost evaluation compared to the cost model shown in FIG. It is.

図13を参照して、コストモデル記憶部123に格納されるコストモデル情報のうち、図11と同一の施設の別のコストモデルを説明する。図13において、図11と同様に、図13Aは、状態遷移関係を表す状態遷移図、図13Bは、各状態での消費電力関数を重ねて表示したグラフである。   With reference to FIG. 13, another cost model of the same facility as FIG. 11 in the cost model information stored in the cost model storage unit 123 will be described. In FIG. 13, similarly to FIG. 11, FIG. 13A is a state transition diagram showing a state transition relationship, and FIG. 13B is a graph in which the power consumption function in each state is superimposed and displayed.

図13のコストモデルは、図12のコストモデルをさらに近似的に簡単化したコストモデルの例である。図13Aにおいて、状態は状態Aの一つだけであり、状態遷移のないモデルとなっている。また、図13Bにおいて、消費電力関数は、図12Bの複数の消費電力関数を、単一の区分的に線形な関数(折れ線)で近似した関数である(区分線形近似)。なお、図13Bにおいて、破線は、近似前の図12Bの消費電力関数を表す。   The cost model in FIG. 13 is an example of a cost model obtained by further simplifying the cost model in FIG. In FIG. 13A, there is only one state A, which is a model without state transition. 13B, the power consumption function is a function obtained by approximating the plurality of power consumption functions in FIG. 12B with a single piecewise linear function (polygonal line) (piecewise linear approximation). In FIG. 13B, the broken line represents the power consumption function of FIG. 12B before approximation.

状態遷移のないモデルにより、ポンプ運転台数の差異によるコストの多値性は考慮できない。また非線形な関数を区分線形近似することによる誤差も生じる。しかしながら、図12の説明でも述べたとおりコストモデルを簡素化することによるメリットは、高まる。本実施例で、コストモデルは、運用計画データ340の評価に用いられることを考えると、一定の評価誤差は許容される。なぜならば、需要予測部114から出力される需要予測値にも誤差はあるため、需要予測値から計算される運用計画データ340も、制御時には必然的に誤差を生じるためである。   The model without state transition cannot take into account the multi-valued cost due to the difference in the number of pumps operating. In addition, an error due to piecewise linear approximation of a nonlinear function also occurs. However, as described in the explanation of FIG. 12, the merit of simplifying the cost model is enhanced. In this embodiment, given that the cost model is used for evaluating the operation plan data 340, a certain evaluation error is allowed. This is because the demand forecast value output from the demand forecast unit 114 also has an error, and the operation plan data 340 calculated from the demand forecast value inevitably causes an error during control.

全ての制御対象施設のコストモデルにおいて、図13のように消費電力関数を区分線形近似すると、運用計画最適化部113およびコスト計算部112を、線形計画問題、あるいは混合整数線形計画問題の最適化エンジンによって実装することができる。このため、高速解法が可能で、最適な運用計画の立案に要する計算時間を短縮することができる。   When the power function is piecewise linearly approximated as shown in FIG. 13 in the cost models of all controlled facilities, the operation plan optimization unit 113 and the cost calculation unit 112 are optimized for a linear programming problem or a mixed integer linear programming problem. Can be implemented by the engine. For this reason, a high-speed solution is possible, and the calculation time required for making an optimum operation plan can be shortened.

図14を参照して、コストモデル記憶部123に格納されるコストモデル情報のうち、固定速ポンプ3台からなる施設の流量−エネルギーコストモデルを説明する。の例である。この施設では、回転数制御やバルブ開度制御を基本的に行なわず、ポンプの起動・停止のみで吐出流量や吐出圧力を制御している。   With reference to FIG. 14, the flow rate-energy cost model of the facility composed of three fixed speed pumps among the cost model information stored in the cost model storage unit 123 will be described. It is an example. This facility basically does not perform rotation speed control or valve opening control, and controls discharge flow rate and discharge pressure only by starting and stopping the pump.

図14Aは、状態遷移関係を表す状態遷移図、図14Bは各状態での消費電力関数を重ねて表示したグラフである。図14Aにおける状態A、B、Cは、図12Aと同様に、ポンプ運転台数を表す情報である。上述のように回転数制御やバルブ制御を行なわない場合、一般的に吐出流量は、ポンプ運転状態に応じた離散的な値のみをとる。図14Bの消費電力関数も、ポンプ運転状態に応じた離散的な吐出流量にのみ消費電力の値をとる関数となっている。
一方、この施設において図13のように状態遷移の除去および区分線形近似によるモデルの簡単化を行なう場合、図14Bの破線で示す消費電力関数を選ぶことができる。
FIG. 14A is a state transition diagram showing a state transition relationship, and FIG. 14B is a graph in which power consumption functions in each state are superimposed and displayed. States A, B, and C in FIG. 14A are information representing the number of operating pumps, as in FIG. 12A. When the rotational speed control and the valve control are not performed as described above, the discharge flow rate generally takes only discrete values according to the pump operation state. The power consumption function in FIG. 14B is also a function that takes the value of power consumption only at discrete discharge flow rates according to the pump operating state.
On the other hand, in this facility, when the model is eliminated by state transition removal and piecewise linear approximation as shown in FIG. 13, the power consumption function indicated by the broken line in FIG. 14B can be selected.

図15を参照して、コストモデル構築部111における、一つの制御対象施設に対してコストモデルを構築する処理フローを説明する。ここではまず、図11から図13で説明した施設151について、コストモデルの構築処理を説明する。   With reference to FIG. 15, a processing flow in the cost model construction unit 111 for constructing a cost model for one controlled facility will be described. Here, first, the construction process of the cost model will be described for the facility 151 described with reference to FIGS.

状態遷移関係の構築のステップ1401で、コストモデル構築部111は、制御ルール記憶部122に格納されている情報を用いて、当該施設の各ポンプ号機の稼働・停止状態を再現する状態遷移関係を作成する。図7の制御ルールテーブル310では、運転台数切替流量テーブル320と、ポンプ号機運転順序313とを用いる。また、図11Aの説明で述べたような、各状態の間で状態遷移する条件を決定し、各状態の担当する吐出流量の範囲を定める。   In step 1401 of the construction of the state transition relationship, the cost model construction unit 111 uses the information stored in the control rule storage unit 122 to create the state transition relationship for reproducing the operation / stop state of each pump unit of the facility. create. In the control rule table 310 of FIG. 7, the operation number switching flow rate table 320 and the pump unit operation sequence 313 are used. Further, as described in the description of FIG. 11A, conditions for state transition between the states are determined, and the range of the discharge flow rate in charge of each state is determined.

図14のように、固定ポンプの台数運転制御のみを行なう場合、図8Bの管路モデルと、各状態での稼働中のポンプ号機の機器特性を用いて、状態で実現する吐出流量を求める。複数台ポンプが並列で運転している際の、合成された流量−揚程特性は、次のように求められる。揚程がH1のとき1号機ポンプの吐出流量がQ11、2号機ポンプの吐出流量がQ12とすると、1号機ポンプと2号機ポンプが稼働している際には、揚程がH1のとき吐出流量はQ11+Q12となる。上記のような合成された流量−揚程特性と、図8Bの管路モデルとの交点が、状態で実現される吐出流量となる。   As shown in FIG. 14, when only the operation control of the number of fixed pumps is performed, the discharge flow rate realized in the state is obtained using the pipe line model in FIG. 8B and the device characteristics of the pump machine in operation in each state. The combined flow rate-head characteristics when a plurality of pumps are operating in parallel are obtained as follows. If the discharge flow rate of the No. 1 pump is Q11 and the discharge flow rate of the No. 2 pump is Q12 when the lift is H1, the discharge flow rate is Q11 + Q12 when the No. 1 pump and the No. 2 pump are operating. It becomes. The intersection of the combined flow rate-lift characteristics as described above and the pipe model of FIG. 8B is the discharge flow rate realized in the state.

消費電力関数の算出のステップ1402で、コストモデル構築部111は、状態遷移関係の構築のステップ1401で得た各状態について、消費電力を施設の吐出流量から算出する関数(消費電力関数)を定める。ある状態を選ぶと、吐出流量の範囲(下限値および上限値)と、稼働するポンプの号機一覧とが決まっている。吐出流量を、上記範囲内で固定した場合を考える。ポンプ回転数制御やバルブ制御があれば、図7の制御ルールテーブル310で示した吐出圧力と吐出流量の制御方式315に則って、固定した吐出流量を実現する制御パラメータを定める。その制御パラメータに応じた、各ポンプ号機の消費電力を図6の説明で述べたように機器特性情報から算出し、各ポンプ号機の消費電力を総和して施設の消費電力として定める。   In step 1402 of calculating the power consumption function, the cost model construction unit 111 determines a function (power consumption function) for calculating the power consumption from the discharge flow rate of the facility for each state obtained in step 1401 of the state transition relationship construction. . When a certain state is selected, the range (lower limit value and upper limit value) of the discharge flow rate and the list of pump units to be operated are determined. Consider a case where the discharge flow rate is fixed within the above range. If there is pump rotation speed control or valve control, control parameters for realizing a fixed discharge flow rate are determined according to the discharge pressure and discharge flow rate control method 315 shown in the control rule table 310 of FIG. The power consumption of each pump unit corresponding to the control parameter is calculated from the device characteristic information as described in the explanation of FIG. 6, and the power consumption of each pump unit is summed and determined as the power consumption of the facility.

図11のコストモデルで、状態Cを考える。担当する範囲内にて吐出流量Qを固定する。すると図8Aの吐出圧力設定(推定末端圧一定)から、制御目標の吐出圧力Pが定まる。一般的には吐出圧力Pは単位変換することでポンプの揚程Hと近似できるので、ポンプの揚程Hが定まる。より厳密には、ポンプ吸込み井の水位に応じた補正が加わるため、こうした補正の影響を考慮してもよい。   Consider state C in the cost model of FIG. The discharge flow rate Q is fixed within the range in charge. Then, the control target discharge pressure P is determined from the discharge pressure setting (constant estimated terminal pressure) in FIG. 8A. Generally, since the discharge pressure P can be approximated to the pump head H by unit conversion, the pump head H is determined. More strictly, since correction according to the water level of the pump suction well is added, the influence of such correction may be taken into consideration.

機器特性情報(流量−揚程特性)から、揚程Hのときの固定速3号機ポンプの吐出流量Q3が定まる。図7の配水ポンプ場Bの行に記載の通り、残る流量(Q−Q3)を可変速ポンプ1号機および2号機で同一流量ずつに担当すればよい。ポンプ1号機および2号機のそれぞれについて、機器特性情報(流量−揚程特性)から揚程がHでありかつ流量が(Q−Q3)/2となる回転数S1、S2が定まる。こうして求めた揚程H、流量Q1、Q2、Q3から、各ポンプ号機の効率η1、η2、η3も求まり、図6の説明で述べた式にて各ポンプ号機の消費電力E1、E2、E3を算出できる。吐出流量Qのときの当該施設の消費電力は、E1+E2+E3と定める。   The discharge flow rate Q3 of the fixed-speed No. 3 pump at the lift H is determined from the device characteristic information (flow rate—head characteristic). As shown in the row of the distribution pump station B in FIG. For each of the pump No. 1 and No. 2, the rotational speeds S1 and S2 at which the head is H and the flow rate is (Q-Q3) / 2 are determined from the device characteristic information (flow rate-head property). The efficiency η1, η2, and η3 of each pump unit is obtained from the head H and the flow rates Q1, Q2, and Q3 thus obtained, and the power consumption E1, E2, and E3 of each pump unit is calculated using the formula described in the explanation of FIG. it can. The power consumption of the facility at the discharge flow rate Q is defined as E1 + E2 + E3.

モデルの簡素化のステップ1403で、コストモデル構築部111は、必要に応じて、図11のコストモデルから図12のコストモデル、さらに図13のコストモデルで説明したような、コストモデルの簡素化を行なう。簡素化の観点は、状態遷移関係の簡単化と、消費電力関数の簡単化がある。   In step 1403 of model simplification, the cost model construction unit 111 simplifies the cost model as described in the cost model of FIG. 11 to the cost model of FIG. 12 and further the cost model of FIG. To do. From the viewpoint of simplification, there are simplification of the state transition relation and simplification of the power consumption function.

図11のコストモデルでは、状態AXと状態AYは、担当する吐出流量の範囲がほぼ同一で、また消費電力関数も同一の吐出流量では差が小さく、互いに類似した状態と言える。これはポンプ1号機とポンプ2号機が互いに同型のポンプであるような場合に実現される。吐出流量の範囲の差分と、消費電力関数の差が一定の閾値以下であるような、互いに類似した状態を見出し、それらの状態を統合することで図12のコストモデルへとモデルを簡素化できる。   In the cost model of FIG. 11, the state AX and the state AY have almost the same discharge flow rate range, and the power consumption function has a small difference at the same discharge flow rate. This is realized when the pump No. 1 and the pump No. 2 are the same type of pumps. The model can be simplified to the cost model of FIG. 12 by finding similar states such that the difference in the range of the discharge flow rate and the difference in the power consumption function are equal to or less than a certain threshold, and integrating these states. .

一方で、消費電力関数は非線形関数であるが、区分的に線形な関数で近似することができる。具体的には、任意にいくつかの吐出流量を選択し、選択した吐出流量における点をグラフ上で結んだ折れ線は、一つの区分線形近似となる。近似の精度を各吐出流量における差の2乗和として評価し、この2乗和が最小となるような近似を求めてもよい。   On the other hand, the power consumption function is a nonlinear function, but can be approximated by a piecewise linear function. Specifically, a polygonal line obtained by arbitrarily selecting several discharge flow rates and connecting points on the selected discharge flow rates on the graph is one piecewise linear approximation. The approximation accuracy may be evaluated as a sum of squares of differences in the discharge flow rates, and an approximation that minimizes the sum of squares may be obtained.

このようにして得られたコストモデルは、簡素化の程度、すなわち、コストモデルの精密さ、あるいは近似の程度とともに、コストモデル記憶部123に格納する。   The cost model thus obtained is stored in the cost model storage unit 123 together with the degree of simplification, that is, the precision of the cost model or the degree of approximation.

図16を参照して、運用計画最適化部113に格納される最適な運用計画データ340を説明する。図16において、運用計画データ340は、種別341と、時刻342と、計画流量343とから構成される。   The optimum operation plan data 340 stored in the operation plan optimization unit 113 will be described with reference to FIG. In FIG. 16, the operation plan data 340 includes a type 341, a time 342, and a planned flow rate 343.

運用計画データ340は、各制御対象施設に対して、将来の30分刻みの各期間における吐出流量の計画値の情報を有する。なお制御対象施設でなくとも、ポンプ運用と関連の深い項目、具体的には配水池の水位などについて、将来の各時刻の計画値を含めることとしてもよい。   The operation plan data 340 has information on the planned value of the discharge flow rate for each period of 30 minutes in the future for each control target facility. In addition, even if it is not a control object facility, it is good also as including the plan value of each future time about the item deeply related to pump operation, specifically the water level of a distribution reservoir.

図17を参照して、施設制約記憶部124に格納される施設制約情報を説明する。図17において、施設制約情報350は、種類351と、項目352と、内容353とから構成される。   The facility constraint information stored in the facility constraint storage unit 124 will be described with reference to FIG. In FIG. 17, the facility constraint information 350 includes a type 351, an item 352, and contents 353.

施設制約情報350は、制御対象施設などの各施設にて、運用計画データ340が満たすべき制約の情報を格納している。図17に示す通り、制約として、ポンプ施設の吐出流量の範囲(上下限値)や、ポンプ施設の吐出流量の切替回数の上限、ポンプ施設の吐出流量の変化量の最大値、配水池の水位の範囲(上下限値)、制御対象施設の間の接続関係などが挙げられる。   The facility constraint information 350 stores information on constraints that should be satisfied by the operation plan data 340 in each facility such as a control target facility. As shown in FIG. 17, the restrictions (upper and lower limits) of the discharge flow rate of the pump facility, the upper limit of the number of switching of the discharge flow rate of the pump facility, the maximum value of the change amount of the discharge flow rate of the pump facility, the water level of the reservoir Range (upper and lower limit values), connection relations between controlled facilities, and the like.

図18を参照して、機器特性・制御ルール更新部115の処理フローを説明する。なお、図2に示した制御対象設備171をもつ制御対象施設151を取り上げて説明する。
流量−揚程特性の更新のステップ1701で、機器特性・制御ルール更新部115は、図5に示した流量−揚程特性を、更新する。ここでは、流量−揚程特性を式11
H=f(Q,A,B,C) …(式11)
ただし、
H:揚程[m]
Q:吐出流量[m^3/h]
でモデル化し、係数A、B、Cを定めると流量−揚程特性が定まる。また、回転数制御は、ポンプの相似則でモデル化する。すなわち、定格回転数S0を用いて、回転数Sのときの流量−揚程特性は式12
H=f(Q×S/S0,A,B,C)×S^2/S0^2…(式12)
でモデル化する。関数fの具体例としては、図5の説明で取り上げた式2、式3を用いることができる。
With reference to FIG. 18, the process flow of the apparatus characteristic / control rule update unit 115 will be described. The control target facility 151 having the control target facility 171 shown in FIG.
In step 1701 of the flow rate-head characteristic update, the device characteristic / control rule update unit 115 updates the flow rate-head characteristic shown in FIG. Here, the flow rate-lift characteristic is expressed by Equation 11
H = f (Q, A, B, C) (Formula 11)
However,
H: Head [m]
Q: Discharge flow rate [m ^ 3 / h]
If the coefficients A, B, and C are determined, the flow rate-head characteristics are determined. The rotation speed control is modeled by the pump similarity law. That is, using the rated rotational speed S0, the flow rate-lifting characteristic at the rotational speed S is expressed by Equation 12.
H = f (Q × S / S0, A, B, C) × S ^ 2 / S0 ^ 2 (Equation 12)
Model with. As specific examples of the function f, Expressions 2 and 3 taken up in the description of FIG. 5 can be used.

実績運用データ記憶部126より、過去1か月間など、一定期間の運用実績データから、吐出圧力P、吐出流量Q、吸込み井の水位、各ポンプ号機の稼働・停止状況、各可変速ポンプ号機の回転数を抽出する。吐出圧力Pと吸込み井の水位から、ポンプの揚程Hを推定する。各ポンプ号機において、係数A、B、Cを仮に定めた場合、実績の稼働・停止状況および回転数を用いて、揚程Hのときの吐出流量Q1、Q2、Q3が推定できる。その推定吐出流量の総和Q1+Q2+Q3と、実績吐出流量Qの差の自乗(Q−Q1−Q2−Q3)^2を、運用実績データについて和をとった値(残差自乗和)が最小となるように各ポンプ号機の係数A、B、Cを定めればよい。
残差自乗和を最小にする係数の決定手法には、滑降シンプレックス法などの一般的な最適化手法を用いることができる。
From the actual operation data storage unit 126, the operation pressure data for a certain period such as the past month, discharge pressure P, discharge flow rate Q, suction well water level, operation / stop status of each pump unit, each variable speed pump unit's Extract the number of revolutions. The pump head H is estimated from the discharge pressure P and the water level of the suction well. In each pump unit, when the coefficients A, B, and C are tentatively determined, the discharge flow rates Q1, Q2, and Q3 at the head H can be estimated using the actual operation / stop state and the rotational speed. The sum of the estimated discharge flow rate Q1 + Q2 + Q3 and the square of the difference between the actual discharge flow rate Q (Q−Q1−Q2−Q3) ^ 2 is summed with respect to the operation result data (residual sum of squares) to be the minimum. The coefficients A, B, and C of each pump unit may be determined.
As a method for determining a coefficient that minimizes the residual sum of squares, a general optimization method such as a downhill simplex method can be used.

流量−効率特性の更新のステップ1702で、機器特性・制御ルール更新部115は、図6に例を示した流量−効率特性を、更新する。ここでは、流量−効率特性を式13
η=g(Q,A,B,C) …(式13)
ただし、
η:効率[−]
Q:吐出流量[m^3/h]
でモデル化し、係数A、B、Cを定めると流量−効率特性が定まる。また、回転数制御はポンプの相似則でモデル化する。すなわち、定格回転数S0を用いて、回転数Sのときの流量−揚程特性は、式14
η=g(Q×S/S0,A,B,C) …(式14)
でモデル化する。このとき消費電力は、
E=k・Q・H/η …(式15)
ただし
E:消費電力[kW]
k:比例係数[kWh/m^4]
H:揚程[m]
とモデル化できる。関数gの具体例としては、図5の説明で取り上げた式2、式3を用いることができる。
In step 1702 for updating the flow rate-efficiency characteristic, the device characteristic / control rule updating unit 115 updates the flow rate-efficiency characteristic shown in FIG. Here, the flow rate-efficiency characteristic is expressed by Equation 13
η = g (Q, A, B, C) (Formula 13)
However,
η: Efficiency [−]
Q: Discharge flow rate [m ^ 3 / h]
If the coefficients A, B, and C are determined, the flow rate-efficiency characteristics are determined. The rotation speed control is modeled by the pump similarity law. That is, using the rated rotational speed S0, the flow rate-lift characteristic at the rotational speed S is expressed by the equation 14
η = g (Q × S / S0, A, B, C) (Formula 14)
Model with. At this time, power consumption is
E = k · Q · H / η (Formula 15)
E: Power consumption [kW]
k: Proportional coefficient [kWh / m ^ 4]
H: Head [m]
Can be modeled. As specific examples of the function g, Expressions 2 and 3 taken up in the description of FIG. 5 can be used.

実績運用データ記憶部126より、過去1か月間など、一定期間の運用実績データから、吐出圧力P、吐出流量Q、各ポンプ号機の稼働・停止状況、各可変速ポンプ号機の回転数、各ポンプの消費電力を抽出する。吐出圧力Pと吸込み井の水位から、ポンプの揚程Hを推定する。各ポンプ号機において、係数A、B、Cを仮に定めた場合、実績の稼働・停止状況および回転数、先に更新した流量−揚程特性を用いて、揚程Hのときの吐出流量Q1、Q2、Q3と、消費電力E1、E2、E3が推定できる。その推定消費電力E1、E2、E3と、対応する実績消費電力の差の自乗を、運用実績データについて和をとった値(残差自乗和)が最小になるように各ポンプ号機の係数A、B、Cを定めればよい。
残差自乗和を最小にする係数の決定手法には、例えば滑降シンプレックス法などの一般的な最適化手法を用いることができる。
From the actual operation data storage unit 126, operation pressure data for a certain period such as the past month, discharge pressure P, discharge flow Q, operation / stop status of each pump unit, rotation speed of each variable speed pump unit, each pump Extract power consumption. The pump head H is estimated from the discharge pressure P and the water level of the suction well. In each pump unit, if the coefficients A, B, C are tentatively determined, the discharge flow rate Q1, Q2, when the head is H, using the actual operation / stop status and the number of revolutions, the flow rate-head characteristics updated earlier, Q3 and power consumption E1, E2, and E3 can be estimated. The coefficient A of each pump unit, so that the sum of the squares of the difference between the estimated power consumption E1, E2, E3 and the corresponding actual power consumption (sum of the squares of the residual) is minimized. B and C may be determined.
As a method for determining a coefficient that minimizes the residual sum of squares, a general optimization method such as a downhill simplex method can be used.

機器特性・制御ルール更新部115による機器特性情報の更新処理により、機器の劣化に伴う特性変化に対応したコストの評価が行なえる。また、ポンプ施設の新設や改修を行なったときに、当初はポンプ仕様に記載の特性値を設定して評価を始めて、運用実績が蓄積するにしたがってより運用実態に合った機器特性情報に更新していくことができる。   By updating the device characteristic information by the device characteristic / control rule updating unit 115, it is possible to evaluate the cost corresponding to the characteristic change accompanying the deterioration of the device. In addition, when a pump facility is newly constructed or renovated, initially the characteristic values described in the pump specifications are set and the evaluation is started, and as the operation results accumulate, the device characteristic information is updated to match the actual operating conditions. Can continue.

本実施例では機器特性記憶部121に格納される機器特性情報のみの更新を扱ったが、図8Bに例を示した管路モデルなど、制御ルール記憶部122に格納される情報を実績運用データから更新してもよい。   In this embodiment, only the update of the device characteristic information stored in the device characteristic storage unit 121 is handled, but the information stored in the control rule storage unit 122 such as the pipeline model illustrated in FIG. You may update from

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. The embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。   Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。   Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

101…上水道中央監視制御装置、110…中央処理装置(CPU)、111…コストモデル構築部、112…コスト計算部、113…運用計画最適化部、114…需要予測部、120…メモリ、121…機器特性記憶部、122…制御ルール記憶部、123…コストモデル記憶部、124…施設制約記憶部、125…運用計画記憶部、126…実績運用データ記憶部、130…メディア入出力部、140…入力部、141…ヒューマンインタフェース部、142…通信部、145…表示部、180…周辺機器IF部、190…バス、400…ネットワーク、500…上水道監視制御システム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Water supply central monitoring and control apparatus, 110 ... Central processing unit (CPU), 111 ... Cost model construction part, 112 ... Cost calculation part, 113 ... Operation plan optimization part, 114 ... Demand prediction part, 120 ... Memory, 121 ... Device characteristic storage unit 122 ... Control rule storage unit 123 ... Cost model storage unit 124 ... Facility constraint storage unit 125 ... Operation plan storage unit 126 ... Result operation data storage unit 130 ... Media input / output unit 140 ... Input unit 141 Human interface unit 142 Communication unit 145 Display unit 180 Peripheral device IF unit 190 Bus 400 Network 500 Water supply monitoring control system

Claims (8)

取水ポンプ施設と、送水ポンプ施設と、配水ポンプ施設とを制御対象とする水道中央監視制御装置において、
前記制御対象施設のポンプ号機ごとの機器特性を記憶する機器特性記憶部と、前記制御対象施設で各ポンプ号機の運転方式などを定める制御ルールを記憶する制御ルール記憶部と、前記機器特性記憶部と前期制御ルール記憶部の情報をもとに、前記制御対象施設ごとにコストモデルを構築し、コストモデル記憶部に格納するコストモデル構築部と、前記コストモデル記憶部に記憶されたコストモデルを用いて水道運用計画データの運用コストを評価するコスト計算部と、前記コスト計算部で評価される運用コストを最小とする最適な水道運用計画データを作成する運用計画最適化部と、前記最適な運用計画データを前記制御対象施設へと送信する通信部と、運転員とのインタフェースを行なうヒューマンインタフェース部とを有し、
前記コストモデルは、制御対象施設のポンプ運転台数を状態とする状態遷移関係と、各状態での制御対象施設の吐出流量を入力としてコストを与える関数とからなり、
前記コスト計算部は、前記コストモデルの状態遷移表現を実行する状態遷移機械によって構成されることを特徴とする水道中央監視制御装置。
In the central monitoring and control system for water intake pump facilities, water pump facilities, and water distribution pump facilities,
A device characteristic storage unit that stores device characteristics of each pump unit of the control target facility, a control rule storage unit that stores a control rule that determines an operation method of each pump unit in the control target facility, and the device characteristic storage unit And a cost model construction unit that constructs a cost model for each controlled facility based on the information in the previous control rule storage unit and stores the cost model in the cost model storage unit, and a cost model stored in the cost model storage unit. A cost calculation unit that uses the cost calculation unit to evaluate the operation cost of the water supply operation plan data, an operation plan optimization unit that creates optimal water operation plan data that minimizes the operation cost evaluated by the cost calculation unit, and the optimum A communication unit that transmits operation plan data to the controlled facility, and a human interface unit that interfaces with an operator;
The cost model is composed of a state transition relationship in which the number of pumps operated in the controlled facility is in a state, and a function that gives a cost by inputting the discharge flow rate of the controlled facility in each state,
The water supply central monitoring and control device, wherein the cost calculation unit is configured by a state transition machine that executes a state transition expression of the cost model.
請求項1に記載の水道中央監視制御装置であって、
さらに、実績運用データ記憶部と機器特性・制御ルール更新部とを有し、
前記通信部は、制御対象施設から運転実績に関する情報を収集して前記実績運用データ記憶部に格納し、
前記機器特性・制御ルール更新部は、前記運用実績に関する情報から、前記機器特性記憶部に記憶された機器特性情報、および前記制御ルール記憶部に記憶された制御ルール情報を更新することを特徴とする水道中央監視制御装置。
The water supply central monitoring and control device according to claim 1,
Furthermore, it has a track record operation data storage unit and a device characteristics / control rule update unit,
The communication unit collects information on the operation results from the controlled facility and stores the information in the operation data storage unit.
The device characteristic / control rule update unit updates the device characteristic information stored in the device characteristic storage unit and the control rule information stored in the control rule storage unit from information on the operation results. Central monitoring and control system.
請求項1または請求項2に記載の水道中央監視制御装置であって、
前記コストモデル構築部は、制御対象施設のポンプ号機の稼働・停止状態ごとに独立の状態を有する状態遷移表現をもつコストモデルを、類似した状態を統合することで状態遷移表現を簡素化したコストモデルへ変換する機能を有し、各状態での制御対象施設の吐出流量を入力としてコストを与える関数を、区分的に線形な関数で近似する機能を有することを特徴とする水道中央監視制御装置。
The water supply central monitoring and control device according to claim 1 or 2,
The cost model construction unit is a cost model that simplifies the state transition expression by integrating a similar state with a cost model having a state transition expression having an independent state for each operation / stop state of the pump unit of the controlled facility. Water supply central monitoring and control device characterized in that it has a function of converting to a model and has a function of approximating a function that gives a cost with the discharge flow rate of the control target facility in each state as an input by a piecewise linear function .
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の水道中央監視制御装置であって、
前記コストモデルの制御対象施設の吐出流量を入力としてコストを与える関数は、前記機器特性記憶部に記憶された、ポンプの吐出流量と揚程との関係を表す特性と、ポンプの吐出流量と効率との関係を表す特性と、を用いて、前記制御ルール記憶部に記憶された、吐出流量あるいは吐出圧力を設定する制御方式により定まる可変速ポンプの回転数と、バルブの減圧幅とを用いて計算されることを特徴とする水道中央監視制御装置。
The water supply central monitoring and control device according to any one of claims 1 to 3,
The function that gives the cost with the discharge flow rate of the facility to be controlled of the cost model as an input is the characteristic stored in the device characteristic storage unit that represents the relationship between the pump discharge flow rate and the head, the pump discharge flow rate, and the efficiency. Using the characteristic representing the relationship between the speed of the variable speed pump stored in the control rule storage unit and determined by the control method for setting the discharge flow rate or discharge pressure, and the pressure reduction width of the valve. A central monitoring and control device for water supply.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の水道中央監視制御装置であって、
前記制御ルール記憶部に記憶された、配水ポンプ施設の吐出圧力を設定する制御方式として、推定末端圧力一定制御、あるいは吐出圧力一定制御を用いることを特徴とする水道中央監視制御装置。
The water supply central monitoring and control device according to any one of claims 1 to 4,
A water supply central monitoring and control device using estimated terminal pressure constant control or constant discharge pressure control as a control method for setting the discharge pressure of a water distribution pump facility stored in the control rule storage unit.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の水道中央監視制御装置であって、
前記コスト計算部で評価し、前記運用計画最適化部で最小化する運用コストは、
水道施設の運用に要する消費電力、
あるいは前記消費電力を賄うための電力料金、
あるいは前記消費電力の温室効果ガス換算値のいずれかであることを特徴とする水道中央監視制御装置。
The water supply central monitoring and control device according to any one of claims 1 to 5,
The operation cost evaluated by the cost calculation unit and minimized by the operation plan optimization unit is:
Power consumption required for operation of water supply facilities,
Or power charges to cover the power consumption,
Or it is either the greenhouse gas conversion value of the said power consumption, The water supply center monitoring control apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項6に記載の水道中央監視制御装置を計算機サーバで実現し、
通信ネットワークを介して制御対象施設と接続することで、
水道中央監視制御装置が運用計画データを制御対象施設に送信し、実績運用データを制御対象施設から収集するよう構成された水道監視制御システム。
The water supply central monitoring and control device according to any one of claims 1 to 6 is realized by a computer server,
By connecting to the controlled facility via a communication network,
A water monitoring and control system configured such that a central water monitoring and control device transmits operation plan data to a control target facility and collects actual operation data from the control target facility.
取水ポンプ施設と、送水ポンプ施設と、配水ポンプ施設とを制御対象とする水道監視制御プログラムにおいて、
コンピュータを
前記制御対象施設のポンプ号機ごとの機器特性を記憶する機器特性記憶部と、前記制御対象施設で各ポンプ号機の運転方式などを定める制御ルールを記憶する制御ルール記憶部と、前記機器特性記憶部と前期制御ルール記憶部の情報をもとに、前記制御対象施設ごとにコストモデルを構築し、コストモデル記憶部に格納するコストモデル構築部と、前記コストモデル記憶部に記憶されたコストモデルを用いて水道運用計画データの運用コストを評価するコスト計算部と、前記コスト計算部で評価される運用コストを最小とする最適な水道運用計画データを作成する運用計画最適化部と、前記最適な運用計画データを前記制御対象施設へと送信する通信部と、運転員とのインタフェースを行なうヒューマンインタフェース部と、として機能させ、
前記コストモデルは、制御対象施設のポンプ運転台数を状態とする状態遷移関係と、各状態での制御対象施設の吐出流量を入力としてコストを与える関数とからなり、
前記コスト計算部は、前記コストモデルの状態遷移表現を実行する状態遷移機械によって構成されることを特徴とする水道監視制御プログラム。
In the water monitoring and control program for controlling intake pump facilities, water pump facilities, and water distribution pump facilities,
A device characteristic storage unit that stores device characteristics for each pump unit of the control target facility, a control rule storage unit that stores a control rule that determines an operation method of each pump unit in the control target facility, and the device characteristic Based on the information in the storage unit and the previous control rule storage unit, a cost model is built for each controlled facility and stored in the cost model storage unit, and the cost stored in the cost model storage unit A cost calculation unit that evaluates the operation cost of water operation plan data using a model, an operation plan optimization unit that creates optimal water operation plan data that minimizes the operation cost evaluated by the cost calculation unit, and A communication unit that transmits optimal operation plan data to the controlled facility, a human interface unit that interfaces with an operator, Function as
The cost model is composed of a state transition relationship in which the number of pumps operated in the controlled facility is in a state, and a function that gives a cost with the discharge flow rate of the controlled facility in each state as an input,
The cost calculation unit is constituted by a state transition machine that executes a state transition expression of the cost model.
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