JP2017084346A - 発電機運転計画作成装置、発電機運転計画作成方法、プログラム、データ及び発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経済性と燃料の適正在庫の両方を考慮した発電機の最適な運転計画を、高速に作成する。
【解決手段】本発明の実施形態に係る発電機運転計画作成装置は、第２消費目標値と発電機の稼働により消費される物品の消費量との逸脱度合を示す逸脱コストと、前記消費量における物品コストと、に基づき発電機の運転計画を作成する運転計画作成部を備える。前記物品コストは、前記物品に係るコストを示す。前記第２消費目標値は、前記物品コストに基づき算出された前記物品の第１消費目標値を、前記物品の在庫制約に基づく期間において、前記在庫制約を満たすように補正することにより算出される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発電機運転計画作成装置、発電機運転計画作成方法、プログラム、データ及び発電機制御装置に関する。

電力会社の発電部門にとって、短時間で変動する将来の電力需要を予測し、その予測に基づいて、例えば、３０分同時同量などを満たすように、発電機の運転計画を立てることは、重要な業務の１つである。また、発電機の運転計画は、当日、１週間単位といった短期のみならず、月次又は年次などの中長期に渡る運転計画も作成する必要がある。月次又は年次などの中長期に渡る運転計画を作成する場合では、燃料の消費量についても考慮しなければならない。例えば、基地に保管されている燃料の在庫計画、燃料輸送のタンカーの入船計画なども考慮に入れて、計画対象期間を通じて、燃料基地における燃料の保有量が許容する範囲内に収まるように、燃料の消費量を定めた上で、統合的な最適化処理を行い、計画を作成する必要がある。さもないと、燃料を積載したタンカーが入船しても、積載した燃料を全て燃料基地に格納することができないといった問題が生じる。

このような燃料基地の在庫に関する制約は、最適な運転計画の算出を著しく困難にする。例えば、実運用において許容される１分程度の計算時間では、最適な運転計画の算出処理を完了することができないという問題が生じる。

特許第４５６６９８０号明細書 特許第５０４７０１４号明細書 特許第５４１２３３２号明細書

本発明の実施形態は、経済性と燃料の適正在庫の両方を考慮した発電機の最適な運転計画を、高速に作成する。

本発明の実施形態に係る発電機運転計画作成装置は、第２消費目標値と発電機の稼働により消費される物品の消費量との逸脱度合を示す逸脱コストと、前記消費量における物品コストと、に基づき発電機の運転計画を作成する運転計画作成部を備える。前記物品コストは、前記物品に係るコストを示す。前記第２消費目標値は、前記物品コストに基づき算出された前記物品の第１消費目標値を、前記物品の在庫制約に基づく期間において、前記在庫制約を満たすように補正することにより算出される。

本発明の実施形態に係る発電機運転計画作成装置の概略構成の一例を示すブロック図。 燃料基地データ格納部に格納される燃料基地データの一例を示す図。 燃料消費目標線作成部の処理を説明する図。 ペナルティ関数を用いて燃料消費目標線を作成する処理を説明する図。 作成された運転計画の一例を示す図。 発電機運転計画作成装置の概略処理のフローチャート。 本発明の一実施形態に係るハードウェア構成の一例を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

（本発明の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る発電機運転計画作成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示された発電機運転計画作成装置１は、電力需要データ格納部１１と、発電機運転データ（実績データ）格納部１２と、条件格納部１３と、燃料基地データ格納部１４と、最経済計画線作成部１５と、燃料消費目標線作成部１６と、運転計画作成部１７と、運転計画格納部１８を備える。発電機運転計画作成装置１は、電力需要予測システム２と、発電機運転データ取得システム３と、入出力装置４と、通信インタフェース又はデバイスインタフェースなどにより、直接又は間接的に接続され、データの送受が可能とする。

電力需要データ格納部１１は、電力需要予測システム２などから取得された電力需要データを格納する。電力需要データは、電力需要の予測に関する時系列のデータを表すものである。予測された電力需要は、発電機運転計画作成装置１が、運転計画を作成する対象である複数の発電機により、満たされるべき供給電力でもある。

発電機運転データ格納部１２は、発電機運転データ取得システム３などから取得された発電機運転データを格納する。発電機運転データは、発電機運転計画作成装置１が運転計画を作成する対象である複数の発電機の運転に関するデータを表すものである。例えば、発電機の出力電力と燃料コストとの関係を示す係数など、発電機の基本特性に関するデータが含まれる。

なお、発電機の種類は、燃料が用いられる発電機であれば特に限られるものではない。燃料も特に限られるものではなく、化石燃料、木質燃料、核燃料でもよい。燃料コストは、例えば、当該燃料を購入するコスト（料金）、燃料を管理するコストなどでもよいし、複数のコストの組み合わせでもよい。

条件格納部１３は、入出力装置４などから取得された条件データを格納する。条件データには、計画の作成に必要な計算式が含まれる。また、その計算式に用いられるパラメータ及びその計算式が満たすべき条件式などの制約条件が含まれる。なお、ここでは、燃料コストが最も安くなる運転計画を最適と想定するが、最も安いではなく、最も高いでもよいし、所定の値に最も近い又は最も遠いなどとしてもよい。そのような条件も制約条件に含めてよい。

燃料基地データ格納部１４は、入出力装置４などから取得された燃料基地データを格納する。燃料基地データは、発電機が消費する燃料に関するデータを表すものであり、ここでは、発電機が消費する燃料は、発電機に対応する燃料基地に格納されているものと想定する。なお、発電機は１つの燃料基地から供給を受けることを想定しているが、複数の燃料基地から供給を受けてもよい。

図２は、燃料基地データ格納部１４に格納される燃料基地データの一例を示す図である。ここでは、燃料基地データの一例として、燃料基地に到着する燃料のデータ（運搬計画）と、燃料基地の在庫に関するデータ（在庫の上下限の変更計画）を示す。燃料基地データは、これらの例に限られるものではなく、様々な燃料に関するデータが含まれてもよい。

図２（Ａ）は、燃料基地に到着する燃料のデータの一例を示す。ここでは、燃料がタンカーに積載されて送られてくることを想定したデータである。なお、燃料を届けるものは、本発明の実施形態に何ら関与するものではない。到着日時は燃料の到着日時を示し、船ＩＤは到着した燃料を運搬した船のＩＤである。基地ＩＤは、到着した燃料を格納する基地を示すＩＤであり、受入量は当該基地が受け入れる燃料の量を示す。ここでは、燃料の量の単位はｔｏｎで表すものとする。

図２（Ｂ）は、在庫の上下限の変更計画を示すデータの一例を示す。設定日時は、在庫上限と在庫下限を変更する日時であり、月次又は年次などの将来の燃料消費計画を作成する際に、定められるものとする。基地ＩＤは、当該設定又は変更が行われる燃料基地を示すＩＤである。在庫上限と在庫下限は、燃料基地に到着する燃料の量、当該期間の需要量、不測の事態に備える備蓄量などを考慮して、任意に定められるものとする。

最経済計画線作成部１５は、最経済計画線（第１消費目標値）を生成する。最経済計画線とは、燃料基地の在庫といった制約を考慮せずに、各発電機が消費する燃料コストの総和を最も安くする場合における発電機の運転計画を示すものである。最経済計画線は、様々な方法で表すことができる。例えば、３０分などの所定の期間内における燃料消費量で表してもよいし、計画対象の期間内における累積の燃料消費量で表してもよい。ここでは、燃料基地の在庫を後に考慮するため、最経済計画線は、燃料基地それぞれに対し作成され、燃料基地が供給した累積の燃料消費量で表すものとする。この量は、燃料基地の累積供給量でもあり、燃料基地の供給先の１つ以上の発電機の累積消費量でもある。

なお、ここでは、発電機が消費する燃料コストが最も安くなるように最経済計画線を生成するが、前述の通り、最も安いではなく、最も高いでもよいし、所定の値に最も近い又は最も遠いなどとしてもよい。これらの指定は、制約条件から読み込んでもよいし、予め最経済計画線作成部１５に定められていてもよい。

最経済計画線作成部１５が最経済計画線を生成する方法について説明する。最経済計画線作成部１５は、電力需要データ格納部１１から電力需要データを、発電機運転データ格納部１２から発電機の基本特性を、条件格納部１３から制約条件を取得する。そして、取得したそれらのデータに基づき、電力需要を満たす出力電力において、発電機の燃料コストを最小にする最経済計画線を算出する。

まず、発電機の燃料コストの算出について説明する。発電機の燃料コストは、出力電力（供給電力）と燃料コストとの関係を示す算出関数を用いて、求めることができる。算出関数は、発電機の出力電力と、発電機の運転状態を示す２つの変数Ｘ_ｉｔとＵ_ｉｔから成る次式で表される。

ｉは複数ある発電機を特定する番号（発電機ＩＤ）を示す。ｔは時刻を表すものであるが、ここでは、３０分の同時同量を想定しているため、３０分単位に区切られた期間の番号を示すとしてもよい。Ｘ_ｉｔは、時刻ｔにおける発電機ｉの出力電力量を表す。Ｘ_ｉｔは、非負の実数とし、単位はＭＷｈなどである。Ｕ_ｉｔは、時刻ｔにおける発電機ｉの運転状態を表す。Ｕ_ｉｔは、運転中ならば１、停止中ならば０で表される。係数ａ_ｉｔ、ｂ_ｉｔ、ｃ_ｉｔは、発電機運転電データに含まれる発電機の基本特性である。例えば、発電機の発電効率が良い場合における係数ａ_ｉｔ、ｂ_ｉｔは、発電効率が悪い場合よりも小さな値となる。なお、Ｕ_ｉｔ＝０（停止）のとき、Ｘ_ｉｔ＝０となるため、Ｕ_ｉｔは、定数項ｃ_ｉｔにのみ積算されている。

なお、燃料コストの算出式は、式（１）に限られるものではない。式（１）では、燃料コストをＸ_ｉｔの２次関数で表しているが、線形関数などにより表してもよい。

次に、燃料コスト算出時の制約条件について説明する。最経済計画線作成部１５は、電力の需給バランスを満たしながら、式（１）により算出される最経済計画線を最小にするように、変数Ｘ_ｉｔとＵ_ｉｔの値を決定する。まず、需給バランスは以下の制約式で表される。

式（２）のｄ_ｔは、時刻ｔにおける電力需要を示し、単位はＭＷｈなどで表される。ｄ_ｔは、電力需要データに含まれる。

また、各発電機の出力電力には、上限値と下限値の制約がある。各発電機の出力電力は、次式で表される制約条件を有する。

ここで、式（３）のｐ_ｉｔとｑ_ｉｔはそれぞれ、時刻ｔにおける発電機ｉの最小出力電力と最大出力電力を示し、単位はＭＷｈなどで表される。これらの情報は、発電機の基本特性に含まれる。

このように、最経済計画線作成部１５は、制約条件である式（２）と式（３）を満たしつつ、式（１）の値が最小となるＸ_ｉｔとＵ_ｉｔの組み合わせを算出する。この求解計算は、ソルバーなどのプログラムを実行することにより、算出することができる。式（１）から（３）は、混合整数二次計画問題という数学的分類で知られており、この種類の問題は、公知のソルバーにより、高速に求解することができる。ゆえに、最経済計画線作成部１５は、公知のソルバーを用いて、実現することができる。

次に、最経済計画線作成部１５は、算出した発電機の出力電力量に基づき、燃料基地に格納された燃料の消費量を算出する。例えば、発電機ｉには、燃料基地ｂから燃料であるガスが供給されるものとする。時刻ｔにおいて、燃料基地ｂから発電機ｉに供給されるガス量をＹ_ｂｉｔとすると、Ｙ_ｂｉｔは、一般に以下の式（４）のように、発電機ｉの出力電力Ｘ_ｉｔの線形式又は２次式で表される。

式（４）のｅ_ｂｉｔとｆ_ｂｉｔは、ガス量と発電量を変換する一次係数と定数項を表す。ｅ_ｂｉｔとｆ_ｂｉｔは、発電機の基本特性に含まれる。

時刻ｔにおける燃料基地ｂにおける累積消費量をＷ_ｂｔと定義すると、Ｗ_ｂｔは以下の式で表される。

式（５）のＩ_ｂは、燃料基地ｂから燃料の供給を受ける発電機ｉの集合を示す。ここでは、式（５）より算出されるＷ_ｂｔを、時刻ｔにおける燃料基地ｂの最経済計画線とする。このように、最経済計画線で示される値は、基準の時刻から時刻ｔまでにおける累積値とする。

式（４）と（５）では、発電機は１つの燃料基地から供給を受けることを想定しているが、複数の燃料基地から供給を受けてもよい。また、転送管などを用いて、燃料基地間で燃料の交換を行うといった、より複雑な状況も想定される。そのような場合は、ネットワーク問題として捉え、定式化を行う。例えば、式（４）のＹｂ_ｉｔを、発電機ｉが各燃料基地から取得したガス量の総和に置き換える。また、各燃料基地と各発電機を結ぶ各転送管を流れるガス量、各燃料基地から送出したガス量の総和、各燃料基地と各発電機が取得したガス量の総和などを考慮すればよい。

なお、式（１）から（５）は、最経済計画線を計算する場合の最も基本的な定式化である。他にも、例えば、出力変化率制約、起動及び停止における制限、群出力制限などの様々な発電機の制約条件と、ガス導管流量制限などの燃料基地と発電機の間の制約条件を考慮して、定式化を行ってもよい。ゆえに、上に挙げた定式化は、あくまで本実施例を説明するための簡単な例であり、本発明を限定するものではない。

式（１）から（４）は、後述する各時断面で独立した定式化になっており、時系列順にソルバーで計算することが可能である。式（５）にはｔとｔ−１が現れるが、最経済計画線を計算する際にはＷ_ｂｔに関する制約が他にないため、時系列順に独立に計算することが可能である。従って、最経済計画線の計算は時断面に関する独立性により、高速に計算することが可能である。

燃料消費目標線作成部１６は、最経済計画線作成部１５が生成した最経済計画線に基づき、燃料消費目標線（第２消費目標値）を生成する。最経済計画線は、前述のとおり、燃料基地の在庫が考慮されていない。そのため、燃料消費目標線作成部１６は、燃料基地の在庫が考慮された燃料消費目標線を生成する。

まず、燃料消費目標線作成部１６は、燃料基地の燃料の在庫の上限値と下限値のいずれか又は両方が変更される時断面を境に、計画対象期間を分割する。ここでは、燃料基地の燃料の在庫の下限値又は上限値又はその両方を、燃料基地在庫制約と称する。時断面は、時刻又は例えば３０分などの所定の期間を意味する。このように分割すると、分割された期間において、燃料基地在庫制約が変動することがないため、燃料基地在庫制約を定数として、計算量を減らすことができる。

図３は、燃料消費目標線作成部１６の処理を説明する図である。図３のグラフの縦軸は、ある燃料基地における燃料の累積の在庫量又は消費量を示す。また、最経済計画線が点線の曲線で示されている。図３では、計画対象の期間において、対象の燃料基地に対し、燃料の受け入れと、在庫の上限値及び下限値の変更とが、複数回行われることを想定している。図３は、燃料の受け入れを黒塗りの三角形にて、在庫の上下限の変更を白抜きの三角形にて示す。また、このように燃料の受け入れと、燃料基地の在庫の上限値及び下限値の変更が起きる時又は期間を時断面としている。時断面は横軸に垂直な点線で示されている。時断面により、燃料消費目標線作成部１６は、計画対象期間を複数の分割期間に分割する。このように、分割期間は燃料基地在庫制約に基づき定められ、燃料基地在庫制約に基づく期間において燃料基地在庫制約は変動しない。

燃料の受入があると、受入量に応じて、燃料基地における累積の燃料消費上限値及び下限値が上昇する。また、在庫上限及び下限の変更時には、燃料消費上限及び下限も上昇又は下降する。図３は、各時断面においての燃料消費上限を黒塗りの丸にて、燃料消費下限を白抜きの丸にて示す。分割期間内には、燃料の変動はないため、分割期間内の燃料消費上限及び下限は一定値となる。図３は、分割期間における燃料消費上限を、分割期間の始端と終端の時断面における燃料消費上限（黒塗りの丸）を結んだ直線で示す。同様に、分割期間における燃料消費下限を、分割期間の始端と終端の時断面における燃料消費下限（白抜きの丸）を結んだ直線で示す。この分割期間における、燃料消費上限と下限の間の範囲が、発電機の燃料消費の許容範囲となる。また、時断面においては、先の分割期間と後の分割期間の両方の許容範囲を満たす必要がある。この先の分割期間と後の分割期間の両方の許容範囲の重複部分をゲートと称する。

また、燃料消費目標線作成部１６は、分割期間内において、最経済計画線を補正することにより、燃料消費目標線を生成する。燃料消費目標線作成部１６は、最経済計画線に対して、発電機の燃料消費量が満たすべき下限値又は上限値又はその両方を考慮して、補正を行う。補正方法は、任意に定めてよい。例えば、予め定められた補正比率を乗じてもよい。補正比率は、下限値又は上限値からの距離に応じて、変えてもよい。この補正された最経済計画線を、燃料消費目標線と称する。燃料消費目標線は、発電機が消費する燃料の目標値となる。図３では、点線の曲線が最経済計画線を示し、実線の曲線が燃料消費目標線を示す。燃料消費上限を越えている最経済計画線が補正により縮小され、燃料消費目標線が燃料消費上限と下限に囲まれた範囲に含まれ、燃料基地在庫制約を満たすことが分かる。

燃料消費目標線の計算は単純な補正処理のため、一般にソルバーを使って行う求解計算に比べ非常に高速である。また、分割期間毎に並列化して計算機に処理させることにより、更に高速化を実現することが可能である。

運転計画作成部１７は、燃料消費目標線作成部１６が生成した燃料消費目標線と、燃料コストと、に基づき、各発電機の運転計画を作成する。最経済計画線を補正することにより生成された燃料消費目標線は、燃料基地在庫制約を満たすが、その経済性は低下する。ゆえに、燃料コストを再考慮する。作成される発電機の運転計画は、分割期間内における発電機の最適な燃料消費量を示す。

運転計画作成部１７は、燃料消費目標線と、燃料基地の燃料消費量とに基づき、逸脱コストを算出する。逸脱コストは、燃料消費目標線と、燃料消費量とが逸脱（乖離）している度合を示す。また、運転計画作成部１７は、逸脱コストと、逸脱コスト算出に係る燃料消費量における燃料コストとの総和が最小となる場合の発電機の電力量を、最適な運転計画として求める。つまり、運転計画作成部１７は、逸脱コストと燃料コストとの総和が小さいほど、発電機の運転計画をより適切と判断する。なお、運転計画作成部１７は、全分割期間における運転計画を作成しなくともよく、１つの分割期間の運転計画を作成するだけでもよい。

なお、総和を最小とする場合を最適とするのではなく、総和が所定の値に最も近づく場合を最適としてもよい。また、単に逸脱コストと燃料コストの総和とするのではなく、逸脱コストなどに重み係数を乗じることにより、逸脱コストと燃料コストとの間で軽重を設けてもよい。

逸脱コストは、予め定められた方法に基づき、求められる。逸脱コストの算出方法は、任意に定めてよい。例えば、燃料消費目標線と燃料消費量との差分である逸脱（乖離）量に、予め定められたペナルティ係数を乗じた量を、逸脱コストとしてもよい。又は、逸脱量を変数とするポテンシャル関数を予め定めておき、ポテンシャル関数により算出された値としてもよい。ポテンシャル関数は、任意に定めてよい。例えば、燃料消費量が燃料基地在庫制約の上下限値に近づく程、逸脱コストが急激に増加するような３次関数、指数関数などにしてもよい。

逸脱コストを含む目的関数の一例を次式（６）に示す。式（６）では、燃料基地ｂにおける時刻ｔの最適な燃料消費量Ｗ_ｂｔから燃料消費目標線Ｇ_ｂｔを減算した値の絶対値に、ペナルティ係数αを乗じたものを逸脱コストとしている。ＦＣ_ｉｔは式（１）における発電機ｉにおける時刻ｔの燃料コストを示す。

運転計画作成部１７は、式（２）から（５）を満たした上で、式（６）が最小となる最適な燃料消費量、つまり運転計画を求める。この求解計算は、式（１）と同様、ソルバーなどのプログラムを実行することにより、算出することができる。ゆえに、運転計画作成部１７も、公知のソルバーを用いて、実現することができる。

なお、運転計画作成部１７は、最適な燃料消費量の算出後、分割期間における最適な燃料消費量に基づき、分割期間内の所定の期間、例えば３０分ごとの各発電機の出力電力値をさらに求める。なお、出力電力値を運転計画としてもよい。

式（６）は式（１）と同様、各時断面で独立した定式化になっており、時系列順にソルバーで計算することが可能であり、高速に計算できる。また、累積消費量Ｗ_ｂｔに関して図３に示すような上下限制約があり、時間軸方向の制約のため、そのままでは高速に計算することが困難である点を、式（６）の目的関数で置き換えることにより、各時断面で独立した計算処理にして高速化することができる。

また、定数であるペナルティ係数の代わりに、ペナルティ関数を用いてもよい。例えば、ペナルティ関数の値の絶対値が、燃料消費量が燃料基地在庫制約、つまり燃料消費量上限又は燃料消費量下限に近づくほどに増加し、燃料消費目標線に近づくほど０（ゼロ）に近づくようにすることが考えられる。また、ペナルティ係数及びペナルティ関数は１種類でなくともよく、複数を使い分けてもよい。

図４は、ペナルティ関数を用いて燃料消費目標線を作成する処理を説明する図である。
図４（Ａ）に、燃料基地における燃料の累積消費量のグラフを示す。図４（Ｂ）に、用いられるペナルティ関数を示す。図４では、Ｆ、Ｍ、Ｓの３種類のペナルティ関数を用いることとする。ペナルティ関数は、前述のとおり、燃料消費量が燃料消費量上限又は燃料消費量上限に近づくほど、ペナルティ関数の値の絶対値が増加するが、その増加量が異なる。増加量が最小なのがＦ、２番目に小さいのがＭ、最大なのがＳである。

図４（Ａ）の横軸の下方に、ある期間において、用いられるペナルティ関数が示されている。用いられるペナルティ関数は、予め定められていてもよいし、目的関数の値によって、用いるペナルティ関数を決定してもよい。例えば、ゲートの近傍では、当該増加量の大きい関数を用いることが考えられる。ここでは、燃料消費量目標線が燃料消費量上限と燃料消費量下限との中点と重なるまではＦのペナルティ関数を、それ以降はＭのペナルティ関数を用いている。これにより、期間の終期に近づくほど、逸脱コストの増加量が大きくなり、運転計画がゲートを通過する確実性を高めている。

さらに、計画対象期間の最後には、Ｓのペナルティ関数が用いられている。これにより、計画対象期間の最後においては、今までの分割期間の後半よりも、目的関数の値において逸脱コストが占める割合がさらに高くなり、燃料消費計画の達成度を高めることができる。

また、燃料消費上限及び燃料消費下限よりもさらに厳しい燃料消費量の上下限をゲートの近傍において設定し、その上下限に基づいてペナルティ関数の値を決定するという方法もある。図４（Ａ）では、その例として、第２の下限値であるゲート近傍下限の補助線を点線の曲線で示している。この補助線は、燃料消費量目標線が燃料消費量上限と燃料消費量下限との中点と重なった時点から始まり、その補助線と燃料消費上限との中点がちょうど燃料消費目標線となるように作成されている。このような補助線を用いて、燃料消費目標線が補助線に近づくほど、逸脱コストの増加量が大きくなるように、ペナルティ関数の値を決定しても、運転計画がゲートを通過する確実性を高めることができる。

運転計画格納部１８は、運転計画作成部１７が生成した運転計画を取得し、格納する。運転計画作成部１７又は運転計画格納部１８は、運転計画を定期的に又は入出力装置４からのリクエストクエリなどを受け付けて、入出力装置４に出力してもよい。入出力装置４への出力は、データでもよいしグラフでもよい。また画像として出力（表示）してもよいし、ファイルとして出力してもよい。なお、運転計画の他の情報を出力してもよい。例えば、燃料基地在庫制約、最経済計画線、燃料消費目標線などを出力してもよい。出力は、運転計画格納部１８がデータベースなどにより実現される場合は、データベースのＤＢＭＳなどの管理ソフトを用いて実現することができる。

図５は、作成された運転計画の一例を示す図である。運転計画は、このように表で表されてもよいし、発電機ごとのグラフで表されてもよい。なお、運転計画は、全ての発電機に対する運転計画ではなく、少なくとも１つの発電機に対する運転計画であってもよい。開始日時は、発電機の運転状態を変化させる可能性がある日時を示す。ここでは、開始日時は３０分刻みで記録されている。これは、３０分同時同量を考慮して、運転計画を３０分ごとに作成したためであるが、この運転計画の開始日時は任意に定めてよい。発電機ＩＤは、運転計画により、制御される発電機のＩＤである。ここでは１つしか含まれていないが、複数の発電機ＩＤが含まれていてもよい。出力値は、発電機ＩＤで示された発電機が、開始時刻から次の開始時刻までの間に出力する電力量を表す。電力量の代わりに又は電力量とともに、燃料消費量が記録されていてもよい。運転状態は、当該発電機の状態を示す。ここでは、運転、停止、定期検査などの状態が記載されているが、その他の状態があってもよい。また、ここでは、定期検査時は、停止時と同様に、出力値を０としているが、指定された一定値を出力するとしてもよい。

次に、本実施形態に係る処理の流れについて説明する。図６は、発電機運転計画作成装置１の全体処理のフローチャートである。このフローチャートは一例であって、特に限定されるものではない。例えば、予め生成することができる処理の順番は、前後してもよい。また、当該処理は、入出力装置４からの指示を受け付けた時点で開始されてもよいし、電力需要データ、発電機運転データ、条件データ、燃料基地データなどが入力又は更新された時点で開始されてもよい。また、予め定められた時刻などで定期的に実行されてもよい。

最経済計画線作成部１５が、電力需要データ格納部１１から電力需要データを、発電機運転データ格納部１２から発電機の基本特性を、条件格納部１３から制約条件を取得する。そして、取得したそれらのデータに基づき、発電機の燃料コストを最小にする最経済計画線を算出する（Ｓ１０１）。生成された最経済計画線は、燃料消費目標線作成部１６に送られる。

燃料消費目標線作成部１６は、燃料基地データ格納部１４から、在庫の上下限の変更計画と、燃料データ（運搬計画）のいずれか又は両方を取得し、これらに基づき、燃料基地在庫制約を生成した上で、分割期間を生成する（Ｓ１０２）。なお、燃料消費目標線作成部１６ではなく、最経済計画線作成部１５が生成してもよい。そして、燃料消費目標線作成部１６は、分割期間それぞれに対し、当該分割期間における燃料消費上限及び下限を算出した上で、燃料消費上限及び下限を満たすように、分割期間内の最経済計画線を補正する（Ｓ１０３）。全ての分割期間において補正を行ったときは、補正した曲線をつなぎ、燃料消費目標線を生成する（Ｓ１０４）。生成された燃料消費目標線は、運転計画作成部１７に送られる。

運転計画作成部１７は、取得した燃料消費目標線に基づき、運転計画を生成し、運転計画格納部１８に対し、出力する（Ｓ１０５）。なお、運転計画作成部１７は、生成した運転計画を、直接、入出力装置４に出力してもよい。以上が、発電機運転計画作成装置１の全体処理のフローである。

以上のように、本発明の実施形態によれば、時間に対する制約を、時断面で独立なコスト最小化問題とすることにより、問題を単純化し、高速に運転計画を作成することが可能になる。また、最経済計画線から燃料消費目標線を作成することにより、発電機の経済性と燃料基地の適正在庫の両方を考慮した運転計画を作成することができる。

なお、発電機運転計画作成装置１と、電力需要予測システム２と、発電機運転データ取得システム３と、入出力装置４とは、同一ＬＡＮ上に存在していてもよいし、異なるネットワーク上に存在していてもよい。例えば、電力需要予測システム２は送配電部門又は送配電事業者に保有されるシステムであり、発電機運転計画作成装置１等は発電部門又は発電事業者等に保有され、発電事業者等は送配電事業者から電力需要データを適宜受信して、発電機の運転計画を作成することが考えられる。

また、例えば、発電機運転計画作成装置１は運転計画案を提供するサービス提供装置としてクラウド上に存在し、発電事業者等はクラウドから運転計画案、つまり運転計画に関するデータを自己のネットワーク上にあるコンピュータ装置にダウンロードしてもよい。この場合、入出力装置４がコンピュータ装置に該当する。なお、ダウンロードの方法は、特に限られるものではなく、ＦＴＰ、ＨＴＴＰ通信でもよい。また、運転計画に関するデータが添付された電子メールを受信してもよい。また、ｔｘｔ、ｃｓｖ、ｘｍｌなどといったデータの形式も特に限られるものではない。

また、各発電機を制御可能な統合制御装置が、当該運転計画に関するデータに基づき、発電機の出力電力を制御してもよい。例えば、各発電機を一意に示すＩＤ等の識別情報と、燃料基地在庫制約に基づく期間における発電機の出力電力値を示す計画情報と、が当該運転計画に関するデータに含まれているとする。そうすると、統合制御装置が当該運転計画に関するデータに基づき、識別情報に示される発電機を、計画情報を満たすように、制御することができる。これにより、運転計画の実行も自動化することができる。また、運転計画案を取得した発電事業者等が実際に当該制御を行わせることを承認したことを示す承認フラグのような情報を、当該運転計画に関するデータに追加し、承認フラグがオンの計画情報に対して、統合制御装置が制御を行うようにしてもよい。

また、発電機運転計画作成装置１は、複数の装置にて構成されてもよい。つまり、発電機運転計画作成装置１はシステムでもよい。例えば、最経済計画線を算出するまでの処理を担当する第１発電機運転計画作成装置と、最経済計画線を補正し燃料消費目標線を生成するまでの処理を担当する第２発電機運転計画作成装置と、運転計画を作成するまでの処理を行う第３発電機運転計画作成装置と、にて運転計画作成システムが構成されてもよい。なお、発電機運転計画作成システムの構成装置の数及び担当する処理は特に限られるものではない。

なお、本実施形態では、燃料コストを小さくするような出力電力量Ｘ_itに基づいて、運転計画を作成したが、出力電力量Ｘ_itに応じて変化する、燃料コスト以外の他のコストを考慮してもよい。すなわち、他のコストがある場合は、他のコストを式（１）に加算してもよい。他のコストは、例えば、出力電力量Ｘ_itが大きいほど、処理量が増加する排水、排ガス処理等に掛かるコストでもよい。又は、発電機の停止期間中に電力需要をまかなうために需要家から電力を購入するコスト等でもよい。

例えば、時刻ｔにおける需要家から購入する電力Ｚ_tと、時刻ｔにおける需要家から購入する電力の単位当たりの料金をＣＰとすると、総合コストは次式で表される。

また、需給バランスの制約式は、次式で表される。

Ｚ_ｔは、条件データに含まれていればよい。これにより、総合コストを考慮した運転計画を作成することができる。

また、本実施形態では、燃料の在庫制約を制約条件としたが、発電により生じた生成物（廃棄物）の在庫制約を制約条件に加えてもよい。発電により生じる生成物、例えば、石炭灰（ばいじん）、燃え殻（クリンカ）、スラグ、石膏、放射能廃棄物、トルエン等の化学物質、使用済み冷却水、回収された二酸化炭素等は、廃棄物のための基地等にて保管された上で、処理施設への運搬等が行われる。ゆえに、発電により生じた生成物が在庫の上限を超えないように、生成物の在庫制約を制約条件としてもよい。

生成物の在庫制約を加える場合では、燃料消費目標線作成部１６は、燃料の基地在庫制約に基づいて分割期間を生成した後に、さらに生成物の燃料基地在庫制約に基づいて分割期間を分割する。生成物の在庫制約に基づく分割は、燃料基地在庫制約に基づく分割と同じ方法でよい。すなわち、燃料消費目標線作成部１６は、廃棄物のための基地の廃棄物の在庫の上限値と下限値のいずれか又は両方が変更される時断面を境に、分割期間をさらに分割する。これにより、生成物の在庫制約を加えない場合に比べ、分割期間がより細かくなるが、処理内容は同じとすることができる。

なお、上記の説明では、燃料を想定したが、発電機の稼働により消費される物品であれば、燃料でなくともよい。つまり、「燃料」は、「物品」と、「燃料コスト」は、「発電機の稼働により消費される物品に係るコスト」と読み替えてもよい。

発電機の稼働により消費される物品は、発電気の動力源でもよいし、動力源以外の冷却水、触媒などでもよい。動力源も特に限られるものではない。例えば、化石燃料、木質燃料、核燃料でもよい。ダム等に蓄えられた揚水でもよい。水素発電で用いられるメチルシクロヘキサンなどの化学物質でもよい。

また、発電により消費される物品であれば、発電機に直接用いられなくともよい。例えば、発電により生じる排気ガスに含まれる化学物質を除去するために用いられる石灰石、液体アンモニアなどでもよい。

また、「燃料」を「物品」と読みかえた場合において、発電機の種類は特に限られるものではない。火力、水力、原子力の発電機でもよい。風力、太陽光、地熱、バイオマス等の自然エネルギーによる発電機でもよい。水素発電などの発電機でもよい。また、異なる種類の発電機の組み合わせでもよい。

なお、上記に説明した実施形態における各処理は、ソフトウェア（プログラム）によって実現することが可能である。よって、上記に説明した実施形態における発電機運転計画作成装置１は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することが可能である。

図７は、本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図である。発電機運転計画作成装置１は、プロセッサ５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、ネットワークインタフェース５４、デバイスインタフェース５５を備え、これらがバス５６を介して接続された、コンピュータ装置５として実現できる。

プロセッサ５１が、補助記憶装置５３からプログラムを読み出して、主記憶装置５２に展開して、実行することで、最経済計画線作成部１５、燃料消費目標線作成部１６、運転計画作成部１７の機能を実現することができる。

本実施形態の発電機運転計画作成装置１は、当該発電機運転計画作成装置１で実行されるプログラムをコンピュータ装置５に予めインストールすることで実現してもよいし、プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して配布して、コンピュータ装置５に適宜インストールすることで実現してもよい。

ネットワークインタフェース５４は、通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。電力需要予測システム２、発電機運転データ取得システム３、入出力装置４などと通信にて接続される場合は、このネットワークインタフェース５４にて実現してもよい。例えば、プログラムの実行により作成された運転計画案、つまり運転計画に関するデータは、ネットワークインタフェース５４を介して、発電機運転計画作成装置１から入出力装置４に送信される。ここではネットワークインタフェースを１つのみ示しているが、複数のネットワークインタフェースを搭載してもよい。また、ネットワークインタフェース５４と接続先のシステムとは、１対１又は１対多にて接続されていてもよい。

デバイスインタフェース５５は、外部装置６などの機器に接続するインタフェースである。外部装置６は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記憶装置又は記録媒体でもよい。電力需要データ格納部１１、発電機運転データ格納部１２、条件格納部１３、燃料基地データ格納部１４、運転計画格納部１８は、データベースや、データベースのテーブルとして実現され、外部記憶装置としてデバイスインタフェース５５に接続されてもよい。

また、入出力装置４は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等の表示ディスプレイと、キーボード、マウス等の入力デバイスとを備えた外部装置６として、デバイスインタフェース５５に接続されていてもよい。入出力装置４が備える入力デバイスの操作による操作信号はプロセッサ５１に出力される。

主記憶装置５２は、プロセッサ５１が実行する命令及び各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置５３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、ＨＤＤ又はＳＳＤ等がある。電力需要データ格納部１１、発電機運転データ格納部１２、条件格納部１３、燃料基地データ格納部１４などから取得したデータ又は最経済計画線作成部１５、燃料消費目標線作成部１６、運転計画作成部１７などが生成したデータは、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、外部装置６に保存される。

なお、図７では、1台のコンピュータ装置が示されているが、ソフトウェアを複数のコンピュータ装置にインストールしてもよい。当該複数のコンピュータ装置それぞれがソフトウェアの異なる一部の処理を実行することにより、処理結果を生成してもよい。

上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 発電機運転計画作成装置
１１ 電力需要データ格納部
１２ 発電機運転データ格納部
１３ 条件格納部
１４ 燃料基地データ格納部
１５ 最経済計画線作成部
１６ 燃料消費目標線作成部
１７ 運転計画作成部
１８ 運転計画格納部
２ 電力需要予測システム
３ 発電機運転データ取得システム
４ 入出力装置
５ コンピュータ装置
５１ プロセッサ
５２ 主記憶装置
５３ 補助記憶装置
５４ ネットワークインタフェース
５５ デバイスインタフェース
６ 外部装置

Claims (16)

1. 発電機の稼働により消費される物品に係るコストを示す物品コストに基づき算出された前記物品の第１消費目標値を、前記物品の在庫制約に基づく期間において、前記在庫制約を満たすように補正することにより算出された第２消費目標値と、前記物品の消費量との逸脱度合を示す逸脱コストと、
   前記消費量における前記物品コストと、
   に基づき、前記発電機の運転計画を作成する運転計画作成部
   を備える発電機運転計画作成装置。
2. 前記在庫制約は、前記物品の消費量の下限値又は上限値又はその両方であり、
   前記期間は、前記在庫制約が変動しない期間である
   請求項１に記載の発電機運転計画作成装置。
3. 前記逸脱コストは、
   前記物品の前記消費量と、前記第２消費目標値と、の差分である逸脱量に基づき算出される
   請求項１又は２に記載の発電機運転計画作成装置。
4. 前記物品の消費量が前記在庫制約に近づくほど、前記逸脱コストの増加量が大きくなる
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
5. 前記在庫制約に基づく期間の終期に近づくほど、前記逸脱コストの増加量が大きくなる
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
6. 前記物品の消費量が第２の下限値に近づくほど、前記逸脱コストの増加量が大きくなる請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
7. 前記在庫制約と、前記第１消費目標値と、前記第２消費目標値と、前記発電機の運転計画との少なくとも１つに関するデータ又はグラフを、画像として表示又はファイルとして出力する出力部
   をさらに備える請求項１ないし６のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
8. 前記在庫制約は、前記物品を蓄える基地の在庫の上下限の変更計画と、前記基地に蓄えられる前記物品の運搬計画のいずれか又は両方に基づき、生成される
   請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
9. 前記運転計画作成部は、
   前記逸脱コストと前記物品コストの総和が小さいほど、前記発電機の運転計画をより適切と判断する
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
10. 前記物品コストに基づき、前記物品の第１消費目標値を算出する第１算出部と、
    前記在庫制約に基づき、前記在庫制約を満たすように補正することにより第２消費目標値を算出する第２算出部と、
    をさらに備える請求項１ないし９のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
11. 前記第１消費目標値は、
    前記物品コストに、需要家から電力を購入するコストを加えた総合コストに基づき算出される
    請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
12. 前記第２消費目標値は、
    前記発電機の稼働により生じる生成物の在庫制約も満たすように算出される
    請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の発電機運転計画作成装置。
13. 発電機の稼働により消費される物品に係るコストを示す物品コストに基づき、前記物品の第１消費目標値を算出する第１算出ステップと、
    前記物品の在庫制約に基づく期間において、前記在庫制約を満たすように補正することにより第２消費目標値を算出する第２算出ステップと、
    前記第２消費目標値と、前記物品の消費量との逸脱度合を示す逸脱コストと、前記消費量における前記物品コストと、に基づき、前記発電機の運転計画に係るデータを作成する運転計画作成ステップと、
    を備える発電機運転計画作成方法。
14. 発電機の稼働により消費される物品に係るコストを示す物品コストに基づき、前記物品の第１消費目標値を算出する第１算出ステップと、
    前記物品の在庫制約に基づく期間において、前記在庫制約を満たすように補正することにより第２消費目標値を算出する第２算出ステップと、
    前記第２消費目標値と、前記物品の消費量との逸脱度合を示す逸脱コストと、前記消費量における前記物品コストと、に基づき、前記発電機の運転計画に係るデータを作成する運転計画作成ステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
15. 前記発電機を一意に示す識別情報と、前記在庫制約に基づく期間における前記発電機の出力電力値を示す計画情報と、が対応付けられた
    請求項１４に記載のプログラムにより作成されたデータ。
16. 請求項１５に記載の前記データに基づき、前記計画情報を満たすように、前記識別情報に示された前記発電機を制御する
    発電機制御装置。

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