JP2013064245A - 取送水運用制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御対象の取送水系統から、配水池と、上記の配水池への流入水路とからなる部分ブロックを構成する部分ブロック構成部と、離散的な制約条件を緩和して暫定的な運用計画を策定する緩和問題最適化部と、離散的な制約条件を一つまたは複数の部分ブロックにおいてのみ考慮して、上記部分ブロックにおける運用計画を策定する部分問題最適化部と、水需要量と施設接続関係とを条件として、取送水運用コストを最小化する最適化問題を構成し、部分ブロック情報に基づいて緩和問題と部分問題を構成し、それらの結果を統合して運用計画を策定する最適化計算統合部と、策定された運用計画データを制御対象施設に送信する運用計画送信部とを備える。
【選択図】図1
Description
配水区における水需要量を予測する需要予測部と、
取送水系統を、各々が配水池と当該の配水池への流入水路と当該流入水路の流量を制御する施設とを有する複数の部分ブロックに分割し、施設の上下流関係に基づいて当該複数の部分ブロック間の依存関係を定義する部分ブロック構成部と、
離散的な制約条件を緩和して暫定的な運用計画を策定するための緩和問題を求解する緩和問題最適化部と、
離散的な制約条件を、一つの部分ブロックまたは複数の部分ブロックの組の中において考慮し、緩和問題最適化部による暫定的な運用計画の近傍において一つの部分ブロックまたは前記複数の部分ブロックの組における運用計画を策定するための部分問題を求解する部分問題最適化部と、
需要予測部にて予測された水需要量と、取送水系統を構成する施設の施設接続関係と、当該施設の設備能力とを条件として、取送水運用に関するコストを最小化する運用計画を策定する最適化問題を設定し、部分ブロック構成部により作成された複数の部分ブロックおよび当該複数の部分ブロック間の依存関係に基づいて、緩和問題と部分問題を設定し、緩和問題最適化部による当該緩和問題の求解結果と部分問題最適化部による当該部分問題の求解結果を統合することによって最適化問題の近似最適解を算出し、当該近似最適解に基づく運用計画を策定する最適化計算統合部と、
最適化計算統合部で策定された運用計画を前記施設に送信する運用計画送信部とを備える。
j:制御対象施設を表す記号
t:30分刻みの時刻を表す記号(tは整数で0≦t≦T)
T:計画期間の長さを表す記号
Cj:電力料金原単位[円/m^3](j=13,14,18)
Rj(t):浄水池または配水池jの時刻tでの貯水量[m^3](j=15,16,19,20)
Qj(t):流量制御施設(取送水ポンプまたはバルブ)jの時刻tでの流量[m^3/時](j=13,14,17,18,21)
Dj(t):配水区jでの時刻tでの予測需要量[m^3/時](j=31,32)
LRj(t),HRj(t):浄水池または配水池jの時刻tでの下限および上限貯水量[m^3]
LQj(t),HQj(t):流量制御施設(取送水ポンプまたはバルブ)jの時刻tでの下限および流量[m^3/時]
QjA,QjB,QjC,QjD:取水ポンプ施設jの既定取水量[m^3/時]
であり、最適化問題の決定変数は1≦t≦TにおけるRj(t)およびQj(t)である。また、A^Bはべき乗の表現でAのB乗を表す。
t1:目標貯水量を設定する時刻を表す記号
S20(t1):配水池120のt1における目標貯水量(緩和問題の結果のため定数)[m^3]
s20;目標貯水量との許容される差(定数)[m^3]
である。
また、累積貯水量に関しては例えば次のように記述できる。
P21(t):バルブ121により制御される管路Bの緩和問題の結果での流量[m^3/時]
p21:目標累積貯水量との許容される差(定数)[m^3/時]
である。
101 取送水運用制御装置
141 最適化計算統合部
142 緩和問題最適化部
143 部分問題最適化部
144 部分ブロック構成部
146 運用計画送信部
147 運用計画提示部
Claims (9)
- 取送水系統を制御する取送水運用制御装置であって、
配水区における水需要量を予測する需要予測部と、
前記取送水系統を、各々が配水池と当該の配水池への流入水路と当該流入水路の流量を制御する施設とを有する複数の部分ブロックに分割し、施設の上下流関係に基づいて当該複数の部分ブロック間の依存関係を定義する部分ブロック構成部と、
離散的な制約条件を緩和して暫定的な運用計画を策定するための緩和問題を求解する緩和問題最適化部と、
前記離散的な制約条件を、一つの部分ブロックまたは複数の部分ブロックの組の中において考慮し、前記緩和問題最適化部による暫定的な運用計画の近傍において前記一つの部分ブロックまたは前記複数の部分ブロックの組における運用計画を策定するための部分問題を求解する部分問題最適化部と、
前記需要予測部にて予測された水需要量と、前記取送水系統を構成する施設の施設接続関係と、当該施設の設備能力とを条件として、取送水運用に関するコストを最小化する運用計画を策定する最適化問題を設定し、前記部分ブロック構成部により作成された前記複数の部分ブロックおよび当該複数の部分ブロック間の依存関係に基づいて、前記緩和問題と前記部分問題を設定し、前記緩和問題最適化部による当該緩和問題の求解結果と前記部分問題最適化部による当該部分問題の求解結果を統合することによって前記最適化問題の近似最適解を算出し、当該近似最適解に基づく運用計画を策定する最適化計算統合部と、
前記最適化計算統合部で策定された運用計画を前記施設に送信する運用計画送信部とを備えたことを特徴とする取送水運用制御装置。 - 請求項1に記載の取送水運用制御装置であって、
前記部分問題最適化部が求解する前記部分問題は、
予め設定された時刻において、部分ブロック内の配水池の貯水量と、前記緩和問題最適化部による求解結果に基づく暫定的な運用計画に従った場合の当該配水池の貯水量との差が、予め定められた範囲内に収まることを条件とした第一の条件、
予め設定された期間毎に、前記部分ブロック内の流入水路の流量と、前記緩和問題最適化部による求解結果に基づく前記暫定的な運用計画に従った場合の当該流入水路の流量との差が、予め定められた範囲内に収まることを条件とした第二の条件、
あるいは前記第一の条件と前記第二の条件の双方が成立することを条件とした第三の条件のいずれかを用いて、
前記暫定的な運用計画の近傍の運用計画を探索するように前記最適化計算統合部にて設定されることを特徴とする取送水運用制御装置。 - 請求項1乃至請求項2に記載の取送水運用制御装置であって、
前記部分問題最適化部は、前記最適化計算統合部から与えられた部分問題に対応する部分ブロックに対する複数の運用計画の候補を出力し、
前記最適化計算統合部は前記部分ブロックに対する前記複数の運用計画の候補をそれぞれ固定した取送水系統全体の運用計画を探索し、
前記探索において前記最適化計算統合部は、下流側の部分ブロックにおける運用計画を固定することで、上流側において取送水量に関する依存関係が解消されたことを検知し、上流側における運用計画の策定を2系統以上で独立に変更して運用計画の探索を進めることを特徴とする取送水運用制御装置。 - 請求項1乃至3に記載の取送水運用制御装置であって、
前記最適化計算統合部は、操作者が入力する部分問題設定データに基づき、指定された複数の部分ブロックを同一の部分問題で担当するよう部分問題を設定することを特徴とする取送水運用制御装置。 - 請求項1乃至4に記載の取送水運用制御装置であって、
前記最適化計算統合部が設定する最適化問題は、固定ポンプの台数運転制御を行う取送水ポンプ施設におけるポンプ運転台数、または取送水ポンプ施設およびバルブ設備の流量を切替える回数の制限の少なくとも一方を離散的な制約条件とし、
前記最適化計算統合部は前記制約条件を緩和した緩和問題を設定して緩和問題最適化部に求解させることを特徴とする取送水運用制御装置。 - 請求項1乃至5に記載の取送水運用制御装置であって、
前記最適化計算統合部は前記緩和問題を線形計画問題として定式化し、
前記緩和問題最適化部は前記線形計画問題を求解することを特徴とする取送水運用制御装置。 - 請求項1乃至6に記載の取送水運用制御装置であって、
前記最適化計算統合部が運用計画を策定するために設定する最適化問題は、最小化するコストとして、施設の消費する消費電力、当該消費電力に起因する電力費用、当該消費電力に起因する温室効果ガス発生量、あるいは、取送水ポンプ施設の運用に伴い発生する浄水発生土および消費される薬品注入量、当該上水発生土の処分および当該薬品の購入にかかる費用、または当該薬品の注入に起因する温室効果ガス発生量、のいずれかを用いることを特徴とする取送水運用制御装置。 - 請求項1乃至請求項7に記載の取送水運用制御装置であって、
通信ネットワークを介して制御対象の複数の施設と接続し、当該複数の設備から運用計画に対する条件データを受信し、前記最適化計算統合部によって策定された運用計画を当該複数の設備に送信することを特徴とする取送水運用制御装置。 - 取送水系統を制御する取送水運用制御装置によって実行されるプログラムであって、
当該取送水運用制御装置を、
配水区における水需要量を予測する需要予測部と、
前記取送水系統を、各々が配水池と当該配水池への流入水路と当該流入水路の流量を制御する施設とを有する複数の部分ブロックに分割し、施設の上下流関係に基づいて当該複数の部分ブロック間の依存関係を定義する部分ブロック構成部と、
離散的な制約条件を緩和して暫定的な運用計画を策定するための緩和問題を求解する緩和問題最適化部と、
前記離散的な制約条件を、一つの部分ブロックまたは複数の部分ブロックの組の中において考慮し、前記緩和問題最適化部による暫定的な運用計画の近傍において前記一つの部分ブロックまたは前記複数の部分ブロックの組における運用計画を策定する部分問題を求解する部分問題最適化部と、
前記需要予測部にて予測された水需要量と、前記取送水系統を構成する施設の施設接続関係と、当該施設の設備能力とを条件として、取送水運用に関するコストを最小化する運用計画を策定する最適化問題を設定し、前記部分ブロック構成部により作成された前記複数の部分ブロックおよび当該複数の部分ブロック間の依存関係に基づいて、前記緩和問題と前記部分問題を設定し、前記緩和問題最適化部による当該緩和問題の求解結果と前記部分問題最適化部による当該部分問題の求解結果を統合することによって前記最適化問題の近似最適解を算出し、当該近似最適解に基づく運用計画を策定する最適化計算統合部と、
前記最適化計算統合部で策定された運用計画を前記施設に送信する運用計画送信部とを備えた取送水運用制御装置として動作させることを特徴とするプログラム。
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