JP2019203287A - Operation plan planning device and method of planning operation plan - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラントの運用計画立案装置および運用計画立案方法に関する。 The present invention relates to an operation plan planning apparatus and an operation plan planning method for a plant.
上下水道プラントなどの運用に関して、特許文献1には、「配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、前記需要の予測を修正すべきかを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に応じて、前記計測結果に基づき前記需要の予測を修正する需要予測修正手段と、修正された前記需要の予測に基づいて、前記配水網に設けられた設備の運用計画を修正する運用計画修正手段とを備える水運用計画装置」、「前記判定手段は、前記需要の予測と前記計測結果との差異が所定の基準よりも大きい場合に前記需要の予測を修正する」、「前記需要予測修正手段は、前記需要の予測と前記計測結果に基づく実際の需要との差異を求めることで前記需要の予測を修正する」、「前記運用計画修正手段は、前記運用計画と、修正された前記需要の予測に応じて定められる新たな運用計画との差異を求めることで前記運用計画を修正する」、という記載がある。 Regarding the operation of a water and sewage plant or the like, Patent Document 1 describes, “Determining means for determining whether or not the demand prediction should be corrected based on the demand prediction and measurement result in the distribution network, and the determination result by the determination means” And a demand forecast correcting means for correcting the demand prediction based on the measurement result, and an operation plan correction for correcting the operation plan of the facilities provided in the water distribution network based on the corrected demand forecast. A water operation planning apparatus comprising: means ”,“ the determination means corrects the demand prediction when a difference between the demand prediction and the measurement result is larger than a predetermined reference ”,“ the demand prediction correction ” The means corrects the demand prediction by obtaining a difference between the demand prediction and the actual demand based on the measurement result "," the operation plan correction means is the operation plan Modifying said operation plan by obtaining the difference between a new operation plan which is determined in accordance with the predicted demand "is described as.
特許文献1の技術では、需要予測の誤差以外の原因による各種運用変更によって運用計画の修正が必要となる場合が想定されていない。運用変更の例としては、設備点検のために運用計画外のポンプ運転を行う場合や、一つの配水区域に対して複数の配水池から配水を行っている送配水系において、需要予測どおりの総配水量であっても配水池間の配水量のバランスが計画と異なった場合などが挙げられる。 In the technique of Patent Document 1, it is not assumed that the operation plan needs to be corrected due to various operation changes due to causes other than demand prediction errors. Examples of operational changes include pump operation outside the operation plan for equipment inspection, and transmission / distribution systems that distribute water from multiple reservoirs to a single distribution area. Even if the amount of water is distributed, the balance of the water distribution between the reservoirs may be different from the plan.
また、ポンプ始動・停止などの運転切替時刻は、例えば毎正時と毎時30分のように限定して運用計画を立案することが一般的である。このため、運用計画を修正する場合であっても、前記の限定によって運用計画の修正の自由度が低く、実際に運転切替を行うまでには少なくとも30分以上の時間を要する可能性が高い。結果として、例えば配水池の変動幅が大きくなってしまう可能性が高く、運用をより最適化する余地が残る。 Further, it is common to formulate an operation plan by limiting operation switching times such as pump start / stop such as every hour on the hour and 30 minutes per hour. For this reason, even when the operation plan is corrected, the degree of freedom in correcting the operation plan is low due to the above limitation, and it is highly likely that it takes at least 30 minutes or more to actually switch the operation. As a result, for example, there is a high possibility that the fluctuation range of the distribution reservoir will become large, and there remains room for further optimization of operation.
そこで、本発明では、各種運用変更に追従した運用計画を出力する運用計画立案装置および運用計画立案方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an operation plan planning apparatus and an operation plan planning method for outputting an operation plan following various operation changes.
本発明にかかる運用計画立案装置は、制御対象となる設備の過去の運転実績データに基づいて、需要の予測値を計算する需要予測部と、所定周期または前記設備に対する運用変更の検知により、前記設備の運用計画を再立案する必要性を判定する再計画判定部と、前記再計画判定部による前記判定の結果に基づいて、前記再立案する必要があると判定された設備について、制御可能な時間的な境界点を示す変更限界時刻を計算する変更限界時刻計算部と、前記需要予測部が計算した前記需要の予測値と、前記変更限界時刻計算部が計算した前記変更限界時刻とに基づいて、前回の運用計画から運転切替を前倒しする修正は、前記変更限界時刻より後の時刻への修正であることを追加の制約条件として、前記設備の運用を最適化する運用計画を立案する運用計画立案部と、を備えることを特徴とする運用計画立案装置として構成される。 The operation planning apparatus according to the present invention is based on a demand prediction unit that calculates a predicted value of demand based on past operation performance data of a facility to be controlled, and detection of an operation change for a predetermined period or the facility, A re-planning determination unit that determines the necessity of re-planning the operation plan of the facility, and a facility that is determined to be re-planned based on a result of the determination by the re-planning determination unit is controllable Based on a change limit time calculation unit that calculates a change limit time indicating a temporal boundary point, a predicted value of the demand calculated by the demand prediction unit, and the change limit time calculated by the change limit time calculation unit Therefore, the operation plan that optimizes the operation of the equipment is subject to an additional constraint that the correction to advance the operation switching from the previous operation plan is a correction to a time after the change limit time. And operational planning unit to plan, constructed as operational planning apparatus, characterized in that it comprises a.
また、本発明は、上記運用計画立案装置で行われる運用計画立案方法としても把握される。 The present invention is also grasped as an operation planning method performed by the operation planning apparatus.
本発明によれば、各種運用変更に追従した運用計画を出力することができる。 According to the present invention, it is possible to output an operation plan that follows various operation changes.
以下、図面を用いて実施例を説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
図1は、運用制御システム100および運用計画立案装置101の論理構成を示す図である。運用制御システム100および運用計画立案装置101は、水道の導送配水プロセスを運用制御および運用計画立案の対象とし、予め作成した運用計画に基づいて機器を制御する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a logical configuration of the
運用制御システム100は、運用計画立案装置101と、監視制御装置102と、センサ103と、サブコントローラ104とを有している。
The
運用計画立案装置101は、再計画判定部111と、変更限界時刻計算部112と、需要予測部113と、運用計画立案部114と、運転実績データ記憶部121と、変更限界基礎データ記憶部122と、データ収集部151と、計画出力部152と、計画表示部153とを備える。
The operation
再計画判定部111は、運転実績データ記憶部121より運転実績データを読み出し、運用計画立案部114より最新の運用計画を受信し、所定周期または運用変更の検知によって運用計画の再立案の必要性、すなわち、再計画の要否を判定する処理を行う。また、再計画判定部111は、再計画を要と判定した場合に、判定理由を変更限界時刻計算部112と運用計画立案部114に送信する。再計画判定部111の処理の詳細は、図5の説明とともに後述する。
The replan determination unit 111 reads out the operation result data from the operation result
変更限界時刻計算部112は、再計画判定部111より判定理由を受信し、当該判定理由に含まれる再計画の対象設備を選択し、運用計画の変更限界時刻を計算する処理を行い、前記再計画の対象設備と、前記変更限界時刻を運用計画立案部114に送信する。変更限界時刻計算部112の処理の詳細は、図6の説明とともに後述する。
The change limit
需要予測部113は、運転実績データ記憶部121より過去の運転実績データを読み出し、当該運転実績データに基づいて需要の予測値を計算し、前記需要の予測値を運用計画立案部114に送信する。ここで、需要の予測値とは、予測時点から所定の将来期間(例えば24時間分)における、所定の時間ステップ(例えば15分間)ごと、配水区域ごとの配水量の予測値の時系列をさす。需要予測の計算方法には、公知の時系列予測方法を採用することができる。
The
運用計画立案部114は、運転実績データ記憶部121より直近の運転実績データを読み出し、需要予測部113より需要の予測値を受信し、変更限界時刻計算部112より再計画の対象設備と変更限界時刻を受信し、再計画判定部111より判定理由を受信する。そして、運用計画立案部114は、前回の運用計画から運転切替を前倒しする修正は、前記変更限界時刻より後の時刻への修正であることを追加の制約条件として、プラント運用を最適化する運用計画を立案する処理を行い、前記運用計画を計画出力部152および計画表示部153に送信する。運用計画立案部114の処理の詳細は、図7および図8の説明とともに後述する。また、運用計画の詳細は図4の説明にて後述する。
The
運転実績データ記憶部121は、データ収集部151より送信された運用計画対象についての取送配水プロセスの運転実績データを蓄積する。当該運転実績データは、再計画判定部111、変更限界時刻計算部112、需要予測部113、運用計画立案部114により読み出される。運転実績データとは、例えば、取送配水プロセスのセンサ計測値、および、機器やセンサの故障状態を示すデータをさす。また、運転実績データには、監視制御装置102で管理している関連データ、すなわち、機器やセンサの故障状態の変化に関するアラーム情報等を含めてもよい。
The operation result
変更限界基礎データ記憶部122は、変更限界時刻の計算の基礎となるデータとして、設備ごとの特徴に応じた余裕時間と、再計画の対象設備の組合せに対応する計算時間の上限値を蓄積する。余裕時間は、運用計画立案装置101で立案された再計画後の運用計画が、監視制御装置102およびサブコントローラ104を介して再計画の対象設備に送信され、上記対象設備が当該運用計画を反映した再計画後の運用を開始するまでの時間である。余裕時間の具体的な設定方法については、図6の説明において後述する。また、上記計算時間の上限値は、運用計画立案部114が上記対象設備についての最適な運用計画を立案するために必要な時間の閾値であり、例えば、運用計画についての最適化問題を計算して近似最適解を得るために許容される時間の閾値である。当該上限値の具体的な用い方については図7を用いて後述する。当該データは、変更限界時刻計算部112により読み出される。変更限界基礎データ記憶部122が蓄積するデータの詳細は図6の説明にて後述する。
The change limit basic data storage unit 122 stores, as data serving as a basis for calculation of the change limit time, an allowance time corresponding to the feature of each facility and an upper limit value of the calculation time corresponding to the combination of facilities to be replanned. . In the allowance time, the operation plan after the re-planning which is planned by the
データ収集部151は、監視制御装置102から運用計画対象の導送配水プロセスの運転実績データを受信し、運転実績データ記憶部121に送信する。
The
計画出力部152は、運用計画立案部114より運用計画を受信し、前記運用計画を監視制御装置102に運用制御の目標値として送信する。
The
計画表示部153は、変更限界時刻計算部112より変更限界時刻を受信し、運用計画立案部114より前回および最新の運用計画を受信し、これらを操作者向けのディスプレイのウィンドウに表示する。計画表示部153の表示例は、図8の説明として後述する。
The
監視制御装置102は、運用制御対象の導送配水プロセスの状態を計測するセンサ103から計測値を収集し、前記計測値と、センサ103や機器の故障状態と、センサ103や機器の故障状態の変化に関するアラーム情報を運用計画立案装置101に送信し、また運用制御の目標値として運用計画を運用計画立案装置101から受信し、受信した当該運用計画に基づいて運用制御対象の導送配水プロセスの状態を制御するサブコントローラ104に制御目標値を送信する。
なお、運用計画立案装置101は、監視制御装置102からは遠隔地に設置されたデータセンター上のプログラムとして実現してもよい。
The monitoring and
The
図2は、運用計画立案装置のハードウェアブロック図である。図2を参照して、運用計画立案装置101のハードウェア構成を説明する。
図2において、運用計画立案装置101は、CPU(Central Processing Unit)201と、メモリ202と、HDD(Hard Disk Drive)203と、通信制御装置204と、入力装置205と、表示装置206と、バス210とを有して構成されている。
FIG. 2 is a hardware block diagram of the operation planning apparatus. With reference to FIG. 2, the hardware configuration of the
In FIG. 2, an
CPU201は、メモリ202上のプログラムを実行する演算装置である。メモリ202は、プログラム、テーブル等を一時記憶する記憶媒体である。HDD203は、プログラム、テーブル等を保持する記憶装置である。
The
入力装置205は、キーボード、マウス等の入力機器である。通信制御装置204は、NIC(Network Interface Card)等の通信機器であり、ネットワーク220と接続されている。
表示装置206は、例えば、図1で説明したディスプレイである。
The
The
バス210は、CPU201、メモリ202、メディア入出力部203、入力部205、通信制御部204、表示部206、周辺機器IF部207を相互接続する通信路である。
A
図1と図2との対比から明らかなように、図1の運用計画立案装置101は、CPU201がプログラムを実行することで実現している。
すなわち、図2に示すHDD203には、運用計画立案装置101の再計画判定部111、変更限界時刻計算部112、需要予測部113、運用計画立案部114、データ収集部151、計画出力部152、計画表示部153の機能を実現するためのプログラム、および運転実績データ記憶部121、変更限界基礎データ記憶部122が蓄積するデータが記憶される。CPU201が、上記プログラムをHDD203から読み出してメモリ202にロードして実行することにより、上記各部の機能を実現する。
As is clear from the comparison between FIG. 1 and FIG. 2, the
That is, the
なお、上記プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでUSB(Universal Serial Bus)メモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供したり、インターネット等のネットワークに接続された他のコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより、HDD203に提供または配布するように構成してもよい。運用計画立案装置101と、監視制御装置102を同一のハードウェア上に異なるプログラムとして実現することとしてもよい。
The program is provided in an installable or executable format, recorded on a computer-readable recording medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory, or connected to a network such as the Internet. It may be configured to be provided or distributed to the
図3は、運用制御の対象となる水道施設群の構成を示す図である。図3を参照して、運用計画立案装置101が監視対象とする広域プラントである水道の導送配水プロセスの構成を説明する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a water supply facility group that is a target of operation control. With reference to FIG. 3, the structure of the water supply / distribution process of the water supply which is a wide area plant which the
図3は、水道の導送配水系の設備構成を示す。配水池301、302から配水区域341に対して、配水ポンプ施設321、322により多点注入でポンプ配水している。図中には、配水管354のように、代表的な配水管のみを記載している。配水区域341中には、末端局361、362があり、水圧や水質を計測する。また、配水池303から配水区域342に対して減圧バルブ334を通じて自然流下配水している。配水池301への流入は、送水管351を通じて用水供給事業者から受水と、合わせて導水ポンプ施設324からの原水を浄水場311で処理した浄水とからなる。配水池301の水の一部は、送水ポンプ施設323、送水管353を経由して配水池303に送水している。配水池302への流入は、送水管352を通じた用水供給事業者から受水である。各配水池の送水管からの流入部には、流量調整バルブ331、流量調整バルブ332、仕切バルブ333がある。
FIG. 3 shows the equipment configuration of the water supply and distribution system. Water is distributed from the
この例にて、監視制御装置102が計測値を収集するセンサ103は、各配水池の水位計、各ポンプ施設、バルブにおける流量計、各ポンプ施設と末端局における水圧計、各ポンプ施設のポンプ運転号機、回転数、消費電力の計測器、各バルブの開度の計測器、などが該当する。
In this example, the
また、この例にて、監視制御装置102が制御を指示するサブコントローラ104は、各ポンプの始動・停止、回転数調整機器、各バルブの開度調整などを制御するコントローラが該当する。
In this example, the sub-controller 104 to which the monitoring and
なお、以下、配水ポンプ施設321をA配水ポンプ、配水ポンプ施設322をB配水ポンプ、送水ポンプ施設323をC送水ポンプと略記することがある。
Hereinafter, the water
運用計画の例を示す図4を参照して、本実施例における運用計画の例を説明する。運用計画とは、ここでは、運用計画立案時点から所定の将来期間(例えば24時間分)における、制御目標ないしはプロセス状態の推移の計画をさす。 With reference to FIG. 4 which shows the example of an operation plan, the example of the operation plan in a present Example is demonstrated. Here, the operation plan refers to a plan for transition of control target or process state in a predetermined future period (for example, 24 hours) from the time of the operation plan.
制御目標ないしはプロセス状態の具体例としては、各流量計での導水量、送水量、配水量、導送配水ポンプの運転台数、配水池水位、ポンプ回転数や、バルブ開度、目標流量などのポンプ・バルブの制御目標などがある。後述するように、運用計画立案装置101は、水道の導送配水プロセスを運用計画立案の対象とし、運用計画立案部114が、導水量、送水量、配水量、導送配水ポンプの運転台数、配水池水位のいずれかを含む運用計画であって、運転切替として、導送配水ポンプの起動または/および停止、バルブの開閉、ポンプまたは/およびバルブの制御目標の変更のいずれかの操作を含む運用計画を立案する。
Specific examples of the control target or process status include the water flow rate, water flow rate, water flow rate, number of running water pumps, reservoir water level, pump speed, valve opening, target flow rate, etc. There are control targets for pumps and valves. As will be described later, the
図4中では、運用計画の例として、配水区域341の総配水量と、配水池301の水位と、送水ポンプ施設323のポンプ運転台数の時間的な推移を表示している。
In FIG. 4, as an example of the operation plan, the total water distribution amount of the
運用計画における推移は、主に時間ステップ(以下、例として30分間とする)ごとの値の時系列で表現する。この際、時々刻々と変化するプロセスを30分間ごとの値で表現するために、適切な集約方法で時間ステップを代表する値を定める。例えば、水位は毎正時および毎時30分における値、取水・送水・配水量は各30分の平均値を取る。 The transition in the operation plan is mainly expressed as a time series of values for each time step (hereinafter, 30 minutes as an example). At this time, in order to express the process that changes every moment as a value every 30 minutes, a value representative of the time step is determined by an appropriate aggregation method. For example, the water level takes a value at every hour on the hour and every 30 minutes, and the water intake / water supply / distribution amount takes an average value for 30 minutes each.
ただし、導送配水ポンプの起動・停止、バルブの開閉、ポンプ・バルブの制御目標の変更などの運転切替は、毎正時および毎時30分だけでなく、任意の時刻での切替を運用計画として含む。例えば、運用計画立案装置101は、送水ポンプ施設323の送水ポンプ運転台数を15時5分に0台から1台へと切り替える運用計画を出力することがある。
なお、送水ポンプ1台運転時の送水流量が60m3/hの場合、15時0分から30分の送水量は60/30×25=50m3/hと出力する。
However, operation switching such as starting / stopping of the water supply and distribution pump, opening / closing of the valve, change of the control target of the pump / valve is not limited to every hour and every 30 minutes, but as an operation plan Including. For example, the
In addition, when the water supply flow rate at the time of operation of one water pump is 60 m 3 / h, the amount of water supplied for 30 minutes from 15:00 is output as 60/30 × 25 = 50 m 3 / h.
また、運用計画立案装置101は、毎正時および毎時30分だけでなく、任意の時刻を初期状態として運用計画を立案する。
Further, the operation
後述するとおり、再計画判定部111が運用計画と運転実績の差異から運用変更を検知したとき、運用計画立案装置101は次の正時あるいは30分を待たずに直ちに運用計画を立案する。この時運用計画立案装置101は、運用計画の最初の時間ステップとしては、初期状態である計画立案時刻から次の正時あるいは30分までの時間ステップを採用する。
As will be described later, when the re-planning determination unit 111 detects an operation change from the difference between the operation plan and the operation result, the operation
この時間ステップは30分間ではなくより短い変則的な長さとなる。運用計画立案部114における最適化問題の定式化においては、水量バランスの制約条件で時間ステップの長さを考慮することで、時間ステップの変則的な長さに対応可能な式とする。当該式については数2を用いて後で具体的に説明する。
This time step results in a shorter irregular length, not 30 minutes. In the formulation of the optimization problem in the
図5は、A配水ポンプの運転台数を対象とし、運用計画と実績の差分にもとづく運用変更の検知を示す図である。図5を参照して、再計画判定部111の処理を説明する。
再計画判定部111は、データ受信、判定、結果送信の各ステップで処理を行う。
データ受信ステップでは、再計画判定部111は、運転実績データ記憶部121より運転実績データを読み出し、運用計画立案部114より最新の運用計画を受信する。
続く判定ステップでは、再計画判定部111は、二通りの方法により再計画の要否を判定する。どちらか一方の方法が要と判定すれば、再計画の要否の判定結果は要とする。
FIG. 5 is a diagram illustrating detection of an operation change based on the difference between the operation plan and the results, targeting the number of operating A water distribution pumps. With reference to FIG. 5, the process of the re-planning determination part 111 is demonstrated.
The replanning determination unit 111 performs processing in each step of data reception, determination, and result transmission.
In the data receiving step, the re-planning determination unit 111 reads the operation result data from the operation result
In the subsequent determination step, the replanning determination unit 111 determines the necessity of replanning by two methods. If it is determined that one of the methods is necessary, the determination result of necessity of re-planning is necessary.
まず第一の方法として、再計画判定部111は、処理時刻が所定周期に該当する場合に再計画が要と判定する。例えば再計画の周期を30分として、毎正時および毎時30分に再計画が要と判定する。 First, as a first method, the replanning determination unit 111 determines that replanning is necessary when the processing time corresponds to a predetermined period. For example, assuming that the re-planning period is 30 minutes, it is determined that re-planning is necessary every hour and every 30 minutes.
一方、第二の方法として、再計画判定部111は、運用計画立案部114から受信した最新の運用計画と、運転実績データ記憶部121から読み出した運転実績とを比較し、運用変更、すなわち、計画外の運転操作や外乱を検知した場合に再計画が要と判定し、計画外の運転操作や外乱に追従してプラント運用を行えるようにする。
On the other hand, as a second method, the replan determination unit 111 compares the latest operation plan received from the operation
運用変更の検知の例を説明する。図5(a)はA配水ポンプの運転台数の最新の運用計画値、(b)は同運転台数の実績値である。運用計画値501のポンプ始動時刻502に対して、実績値503のポンプ始動時刻504が前倒しされている。
An example of operation change detection will be described. FIG. 5A shows the latest operation plan value of the number of operating A water pumps, and FIG. 5B shows the actual value of the number of operating water pumps. The pump start
この例のように、再計画判定部111は、運用計画と実績とで運転切替時刻の差が所定の閾値(例えば10分)よりも大きいか否かを判定し、その差が所定の閾値よりも大きいと判定した場合に、運用変更を検知し、再計画が要と判定する。 As in this example, the re-planning determination unit 111 determines whether or not the difference in operation switching time between the operation plan and the actual result is larger than a predetermined threshold (for example, 10 minutes), and the difference is larger than the predetermined threshold. Is determined to be larger, an operation change is detected and it is determined that replanning is necessary.
再計画判定部111は、また、運用計画と実績との間で、配水池水位、導水量、送水量、配水量、導送配水ポンプの運転台数のいずれかの差が所定の閾値以上であるか否かを判定し、その差が所定の閾値よりも大きいと判定した場合に運用変更を検知する。 The re-planning determination unit 111 also has a difference between the operation plan and the actual result in any of the distribution reservoir water level, the water transfer amount, the water supply amount, the water supply amount, and the number of operation of the transfer water distribution pumps being a predetermined threshold value or more. If the difference is larger than a predetermined threshold, an operation change is detected.
最後の結果送信ステップでは、再計画判定部111は、再計画の要否の判定結果が要のときに、判定理由を変更限界時刻計算部112と運用計画立案部114に送信する。ここで、判定理由は、所定周期に基づく判定か、あるいは運用変更を検知したかの区別と、後者の場合は運用変更を検知した項目である。上記の例の場合、検知した項目はA配水ポンプのポンプ始動時刻の前倒しである。
In the final result transmission step, the replanning determination unit 111 transmits the determination reason to the change limit
上述した再計画判定部111を備えることで、運用計画立案装置101は設備点検のために運用計画外のポンプ運転を行う場合や、一つの配水区域に対して複数の配水池から配水を行っている送配水系において、需要予測どおりの総配水量であっても配水池間の配水量のバランスが計画と異なった場合などの運用変更を検知できる。
By providing the re-planning determination unit 111 described above, the operation
図6は、変更限界時刻計算部の処理フローチャートである。図6を参照して、変更限界時刻計算部112の処理を説明する。
ステップ601において、変更限界時刻計算部112は、処理を開始する。
ステップ602において、変更限界時刻計算部112は、再計画判定部111より判定理由を受信する。
ステップ603において、変更限界時刻計算部112は、前記判定理由に基いて再計画の対象設備を選択する。
FIG. 6 is a process flowchart of the change limit time calculation unit. With reference to FIG. 6, the process of the change limit
In
In
In
ここで、変更限界時刻計算部112は、前記判定理由が運用変更の検知である場合に、検知項目による影響の大きい設備、具体的には、検知項目の上流に位置する設備を再計画の対象設備として選択する。
Here, when the determination reason is the detection of operation change, the change limit
例えば、運用変更の検知項目が配水池303の水位である場合、変更限界時刻計算部112は、その上流となる送水ポンプ施設323、配水池301、流量調整バルブ331、浄水場311、導水ポンプ施設324を再計画の対象設備とする。一方で、配水ポンプ施設321−322や、配水池302、流量調整バルブ332は上流にはないため、変更限界時刻計算部112は、これらの設備を再計画の対象外とする。また、例えば、運用変更の検知項目が配水ポンプ施設321−322の配水量である場合、変更限界時刻計算部112は、上流にはない送水ポンプ施設323、配水池303、減圧バルブ334は再計画の対象外とし、その他の設備を再計画の対象設備とする。
なお、前記判定理由が所定周期に基づく判定の場合、変更限界時刻計算部112は、変更限界時刻計算部112は全ての設備を再計画の対象設備として選択する。
For example, when the operation change detection item is the water level of the
When the determination reason is determination based on a predetermined cycle, the change limit
ステップ604において、変更限界時刻計算部112は、前記再計画の対象設備に対応する運用計画立案部114が近似最適解を得るために許容される計算時間の上限値Sを、変更限界基礎データ記憶部122から読み出す。
In
ここで、変更限界基礎データ記憶部122は、再計画の対象設備の組合せごとに、計算時間の上限値をテーブル形式で蓄積している。例えば、変更限界基礎データ記憶部122は、上述した二通りの組合せと、全ての設備を含む組合せについて、それぞれ計算時間の上限値を記憶しており、変更限界時刻計算部112により読み出される。なお、記憶していない再計画の対象設備の組合せに対しては、変更限界基礎データ記憶部122に記憶されている全ての設備を含む組合せの計算時間の上限値が、変更限界時刻計算部112により読み出される。
Here, the change limit basic data storage unit 122 stores the upper limit value of the calculation time in a table format for each combination of replanned target facilities. For example, the change limit basic data storage unit 122 stores the upper limit value of the calculation time for each of the two combinations described above and the combination including all facilities, and is read out by the change limit
ステップ605において、変更限界時刻計算部112は、再計画の対象となる各設備kについて、変更限界基礎データ記憶部122より余裕時間R_kを読み出す。なお、_は下付き文字の略記法である。
ここで、変更限界基礎データ記憶部122は、設備ごとの余裕時間をテーブル形式で蓄積している。
In
Here, the change limit basic data storage unit 122 accumulates the margin time for each facility in a table format.
余裕時間は、設備の特徴に応じて異なる値を設定できる。例えば、導水量を調整する導水ポンプの運転台数は、運用計画立案装置101の操作者、すなわち水道の導送配水システムを監視する運転員が運用計画の修正による浄水プロセスの安定性への影響を確認する時間を確保するために、送水ポンプよりも長い余裕時間を設定する。一方、例えば水需要量に比べて容量の小さい配水池へと送水する送水ポンプの運転台数は、速やかな配水池水位の適正化のために、導水ポンプよりも短い余裕時間を設定する。他にも、設備に対する監視制御システムから遠方制御の可否などの特徴に応じて余裕時間を設定できる。
The allowance time can be set to a different value depending on the feature of the facility. For example, the number of water pumps operating to adjust the water flow amount is affected by the operator of the
ステップ606において、変更限界時刻計算部112は、再計画の対象となる各設備kについて、ステップ604で受信した計算時間の上限値Sと、ステップ605で受信した余裕時間R_kを用いて、式
T_k = S + R_k
により変更限界時刻T_kを計算する。変更限界時刻は、設備を適切に制御できる時間的な境界点である。
In
To calculate the change limit time T_k. The change limit time is a temporal boundary point at which the equipment can be appropriately controlled.
ステップ607において、変更限界時刻計算部112は、再計画の対象設備と、各設備の変更限界時刻T_kを運用計画立案部114に送信する。
In
ステップ608において、変更限界時刻計算部112は、処理を終了する。
In
上述した変更限界時刻計算部112を備えることで、運用計画立案装置101は、設備ごとの運転切替の変更限界時刻を精緻に評価でき、後述する運用計画立案部114にて、より自由度の高い運用計画の立案を行える。
By providing the change limit
また、判定理由に基いて再計画の対象設備を限定し、運用計画立案部114の計算時間の上限を変更することで、運用計画立案装置101は、可能な場合に変更限界時刻を前倒しし、より自由度の高い運用計画の立案を行える。さらに、局所的だが対応の緊急度が高い運用変更に対して迅速に運用計画を修正できる。
In addition, by limiting the equipment to be re-planned based on the determination reason and changing the upper limit of the calculation time of the operation
図7および図8を参照しながら、運用計画立案部114の処理を説明する。
運用計画立案部114は、データ受信、最適化問題構成、最適化問題求解、結果送信のステップで処理を行う。
The processing of the operation
The
続くデータ受信ステップでは、運用計画立案部114は、運転実績データ記憶部121より直近の運転実績データを読み出し、需要予測部113より需要の予測値を受信し、変更限界時刻計算部112より再計画の対象設備と変更限界時刻を受信し、再計画判定部111より判定理由を受信する。
In the subsequent data receiving step, the
続く最適化問題構成ステップでは、運用計画立案部114は、受信した各データに基いて、運用計画を立案する最適化問題を構成する。例えば、運用計画立案部114は、当該各データを受信したときの値を以下の算式に当てはめる。
In the subsequent optimization problem configuration step, the operation
最適化問題は以下で表現する。 The optimization problem is expressed below.
ここで、f、g_j、h_iは関数であり、
X:運用計画を表現するベクトル、
s:各配水池の水位や各ポンプの運転状態などの運用計画立案時点での導送配水システムの状態を表すベクトル、
D:需要の予測値を表すベクトル、
T:各設備の変更限界時刻のベクトル、
Y:前回立案した運用計画を表現するベクトル、
p:設備のインデックス、
P:全設備の集合、
Q:再計画の対象設備の集合、である。
Here, f, g_j, h_i are functions,
X: vector expressing the operation plan,
s: a vector representing the state of the transmission and distribution system at the time of operation planning, such as the water level of each reservoir and the operating state of each pump,
D: a vector representing the predicted value of demand,
T: Vector of change limit time of each equipment,
Y: A vector that expresses the previously planned operation plan,
p: equipment index,
P: a set of all equipment,
Q: A set of facilities to be replanned.
関数f、g_jを定式化するためには、公知の手法を利用することができる。例えば、関数fは対象システムにおけるポンプ消費電力を表す関数とし、関数g_jは、配水区域における水需要の満足を表す制約式、配水池における水量バランスを意味する流入量と流出量と水位変化の関係式、固定速ポンプのみからなる導送配水ポンプ施設におけるポンプ運転台数と導送配水量の関係式、などを意味する関数とする。すなわち、関数g_jは、設備側の制約条件を表す関数として定めることができる。例として、配水池rにおける水量バランスを意味する流入量と流出量と水位変化の関係式は、 In order to formulate the functions f and g_j, a known method can be used. For example, the function f is a function representing the pump power consumption in the target system, the function g_j is a constraint expression representing the satisfaction of water demand in the distribution area, and the relationship between the inflow, outflow and water level changes that mean the water balance in the distribution reservoir. It is a function that means an equation, a relational expression between the number of pumps operated and the amount of water delivered and delivered in a water delivery and distribution pump facility consisting of only a fixed speed pump. That is, the function g_j can be defined as a function that represents the constraint condition on the facility side. As an example, the relational expression of the inflow, outflow and water level change that means the water balance in the reservoir r is
と書ける。ただし、
A_r:配水池rの底面積、
L_r[t]:水位rの時間ステップtでの水位、
q_r,in[t]:水位rの時間ステップtにおける流入量、
q_r,out[t]:水位rの時間ステップtにおける流出量、
δ[t]:時間ステップtの長さ、である。
Can be written. However,
A_r: bottom area of reservoir r
L_r [t]: water level at time step t of water level r,
q_r, in [t]: Inflow at time step t of water level r,
q_r, out [t]: outflow amount at time step t of the water level r,
δ [t]: length of time step t.
上記数2では、従来のように固定値(例えば、30分ごと)ではなく、時間ステップtの長さを変数として定義している。したがって、例えば、運用計画立案部114が、最初の正時を経過し、その30分後に至るまで(例えば、最初の正時から20分後)に、上記第二の方法により再計画が要である旨の判定結果を受信した場合であっても、その時点での時間ステップの長さδ[t](例えば、20分)を上記算式に与えることにより、運用変更が検知されたタイミングで、直ちに運用計画を修正することができる。
In the
関数h_iは、運転切替に関する制約条件を表す関数であり、後述する。
制約式X_p=Y_pは、再計画の対象外である設備では、前回立案した運用計画の値をそのまま採用することを表す。
The function h_i is a function representing a constraint condition regarding operation switching, which will be described later.
The constraint equation X_p = Y_p represents that the value of the operation plan prepared last time is adopted as it is for equipment that is not subject to re-planning.
運転切替に関する制約条件は、前回の運用計画から運転切替を前倒しする修正は、前記変更限界時刻より後の時刻への修正であることを課すという条件である。図7および図8を参照して、詳細を説明する。 The constraint condition regarding the operation switching is a condition that the correction that brings the operation switching forward from the previous operation plan is imposed to the time after the change limit time. Details will be described with reference to FIGS.
図7は、B配水ポンプの運転台数に関する変更限界時刻と計画の修正を示す図である。
再計画判定時刻701は、再計画判定部111が図5で説明した処理を実行して再計画を要と判定したときの時刻である。期間702、703は、それぞれ、変更限界時刻704の計算に用いられた運用計画立案部114の計算時間の上限値、当該設備の余裕時間を示す。また、時刻704は、変更限界時刻計算部112が計算した変更限界時刻である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a change limit time and a plan correction regarding the number of operating B water pumps.
The replan determination time 701 is a time when the replan determination unit 111 executes the processing described in FIG. 5 and determines that replanning is necessary.
前回計画値705は、変更限界時刻704より後の時刻706にポンプを追加始動する運転切替を行う計画である。
The
こうした運転切替に対して、運用計画立案部114は、関数h_iの一つとして、前回の運用計画から前記運転切替を前倒しする修正は、前記変更限界時刻より後の時刻への修正であることを課す。すなわち、前記最適化問題の最適化解の候補である修正計画値707のポンプ追加始動時刻708は、変更限界時刻704より後の時刻でなければならないことを関数h_iの一つとして定式化する。
In response to such operation switching, the operation
また、図8は、C送水ポンプの運転台数に関する変更限界時刻と修正対象外の計画項目を示す図である。期間803、804の意味は図7と同様である。
Moreover, FIG. 8 is a figure which shows the change limit time regarding the operation number of C water pumps, and the plan item which is not correction object. The meanings of the
前回計画値805は、変更限界時刻804より前の時刻806にポンプを追加始動する運転切替を行う計画である。
こうした運転切替に対して、運用計画立案部114は、関数h_iの一つとして、時刻806の運転切替を修正計画値807そのまま採用することを課す。
The
For such operation switching, the
続く最適化問題求解ステップでは、運用計画立案部114は、上記期間702の時間内で得られた計算結果の中から前記最適化問題の近似最適解として最適な運用計画を求める。
In the subsequent optimization problem solving step, the operation
図8では、修正対象外の設備についての運用計画を例に説明しているが、修正対象の設備であっても、同様に考えることができる。すなわち、運用計画立案部114は、前回計画値805が変更限界時刻804よりも前の時刻として定められている場合について、時刻806を修正計画値807としてそのまま採用することを課すことができる。
Although FIG. 8 illustrates an operation plan for equipment that is not subject to correction, the same applies to equipment that is subject to correction. That is, the
最適化問題の近似最適解を求める方法は、例えば、遺伝的アルゴリズムや数理計画法などの公知の技術を用いることができる。 As a method for obtaining the approximate optimum solution of the optimization problem, for example, a known technique such as a genetic algorithm or mathematical programming can be used.
最後の結果送信ステップでは、運用計画立案部114は、前記運用計画を計画出力部152と計画表示部153に送信する。
In the final result transmission step, the operation
運用計画立案部114の処理時点では、収集できるデータは再計画判定時刻701までのプラントの状態であるため、運用計画立案部114は、再計画判定時刻701を初期状態として運用計画を立案する。しかしながら、運用計画立案部114の処理が終了し、その出力した運用計画に従って制御を行うタイミングは、変更限界時刻704ごろとなる。
At the time of processing by the operation
上述した運用計画立案部114を備えることで、運用計画立案装置101は必要な場合には運転切替を変更限界時刻の直後まで前倒しする、より自由度の高い運用計画を立案できる。
By including the operation
また、図8を参照して説明した運用計画立案部114を備えることで、運用計画立案装置101は、運用計画の立案時点では未実施だが、運用計画の修正には間に合わない運転切替について、前回の運用計画通りの運転切替を前提として以降の運用計画を修正できる。なお、こうした運転切替については、実施有無の両方の場合についてそれぞれ前提として運用計画を立案し、運用計画の立案後に実施有無を実績に基づいて確認し、実績に即した運用計画を採用する構成としてもよい。
Further, by including the operation
図9は、運用計画表示ウィンドウの例を示す図である。図9を参照して、計画表示部153が変更限界時刻および運用計画を操作者に提示する方法を説明する。
計画表示部153がディスプレイ等に表示する運用計画表示ウィンドウ901は、項目選択パネル911と計画詳細表示パネル912を有する。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an operation plan display window. With reference to FIG. 9, the method by which the
The operation
計画表示部153は、項目選択パネル911に対して、表示対象とする運用計画の項目の選択肢を表示する。また、計画表示部153は、項目選択パネル911にて、操作者からの選択操作を受け付けて、表示する運用計画の項目の入力を受け取る。
The
計画表示部153は、計画詳細表示パネル912に対して、項目選択パネル911で選択された項目を対象に、変更限界時刻計算部112が計算した再計画時刻921、運用計画立案部114の計算時間の上限922、余裕時間923、変更限界時刻924と、運用計画立案部114が計算した前回計画値935および修正計画値937、それらの運転切替時刻936、938を表示する。
The
上述した計画表示部153を備えることで、運用計画立案装置101は操作者に対して変更限界時刻704を精緻に評価した運用計画の修正結果を伝えることができる。
By providing the above-described
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。例えば、上記した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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。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。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、例えば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。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described 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, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment. 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, for example, 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 memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
100 運用制御システム
101 運用計画立案装置
111 再計画判定部
112 変更限界時刻計算部
114 運用計画立案部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
所定周期または前記設備に対する運用変更の検知により、前記設備の運用計画を再立案する必要性を判定する再計画判定部と、
前記再計画判定部による前記判定の結果に基づいて、前記再立案する必要があると判定された設備について、制御可能な時間的な境界点を示す変更限界時刻を計算する変更限界時刻計算部と、
前記需要予測部が計算した前記需要の予測値と、前記変更限界時刻計算部が計算した前記変更限界時刻とに基づいて、前回の運用計画から運転切替を前倒しする修正は、前記変更限界時刻より後の時刻への修正であることを追加の制約条件として、前記設備の運用を最適化する運用計画を立案する運用計画立案部と、
を備えることを特徴とする運用計画立案装置。 A demand prediction unit that calculates a predicted value of demand based on past operation result data of the equipment to be controlled;
A re-planning determination unit that determines the necessity of re-planning the operation plan of the facility by detecting a change in operation for a predetermined period or the facility;
A change limit time calculation unit that calculates a change limit time indicating a controllable temporal boundary point for the equipment determined to be re-planned based on the result of the determination by the replan determination unit; ,
Based on the predicted value of the demand calculated by the demand prediction unit and the change limit time calculated by the change limit time calculation unit, the correction for moving forward the operation switching from the previous operation plan is performed from the change limit time. As an additional constraint that it is a correction to a later time, an operation plan drafting unit that formulates an operation plan that optimizes the operation of the facility;
An operation planning apparatus characterized by comprising:
前記変更限界時刻計算部は、前記運用計画立案部が前記最適化する運用計画を立案するための計算時間の上限値と、前記運用計画立案部が前記再立案した運用計画に従って前記設備を運転するまでの余裕時間とを、前記再計画判定部が前記運用計画を再立案する必要があると判定したときの時刻に加えることで、前記変更限界時刻を計算する、
ことを特徴とする運用計画立案装置。 An operation planning device according to claim 1,
The change limit time calculation unit operates the facility according to an upper limit value of calculation time for the operation plan drafting unit to plan the optimized operation plan and the operation plan re-planned by the operation plan drafting unit. By adding the margin time until the time when the re-planning determination unit determines that the operation plan needs to be re-planned, the change limit time is calculated.
An operation planning device characterized by that.
前記運用計画立案部は、前記変更限界時刻より前の時刻への運転切替については、前回の運用計画を採用する、
ことを特徴とする運用計画立案装置。 An operation planning device according to claim 1,
The operation plan planning unit adopts the previous operation plan for operation switching to a time before the change limit time,
An operation planning device characterized by that.
前記運用計画立案装置は、水道の導送配水プロセスを運用計画立案の対象とし、
前記運用計画立案部は、導水量、送水量、配水量、導送配水ポンプの運転台数、配水池水位のいずれかを含む前記運用計画であって、前記運転切替として、導送配水ポンプの起動または/および停止、バルブの開閉、ポンプまたは/およびバルブの制御目標の変更のいずれかの操作を含む前記運用計画を立案する、
ことを特徴とする運用計画立案装置。 An operation planning device according to claim 1,
The operation planning device targets a water supply and distribution process for operation planning,
The operation plan drafting unit is the operation plan including any one of the water transfer amount, the water transfer amount, the water distribution amount, the number of operation of the transfer water distribution pumps, and the water level of the distribution pond, and the start of the transfer water distribution pump as the operation switching Or drafting the operation plan including any one of the operations of stopping and opening / closing the valve, changing the control target of the pump or / and the valve,
An operation planning device characterized by that.
前記再計画判定部は、前記運用計画と運転実績とに基づいて、前記運転切替の時刻、配水池水位、導水量、送水量、配水量、導送配水ポンプの運転台数のいずれかの差が所定の値以上である場合に前記運用変更を検知し、前記運用計画の再立案の必要性を判定する、
ことを特徴とする運用計画立案装置。 An operation planning device according to claim 1,
The re-planning determination unit is based on the operation plan and operation results, and the difference in any one of the operation switching time, the reservoir water level, the water transfer amount, the water supply amount, the water supply amount, and the operation number of the transfer water distribution pumps. Detecting the operation change when it is equal to or greater than a predetermined value, and determining the necessity of re-planning the operation plan;
An operation planning device characterized by that.
前記変更限界時刻計算部は、前記設備ごとの特徴に応じた前記余裕時間に基いて、前記変更限界時刻を設備ごとに計算する、
ことを特徴とする運用計画立案装置。 An operation planning device according to claim 2,
The change limit time calculation unit calculates the change limit time for each facility based on the margin time according to the feature for each facility.
An operation planning device characterized by that.
前記運用計画立案部は、前記再計画判定部による前記判定の理由に基いて、再計画の対象設備を選択して運用計画を修正し、
前記変更限界時刻計算部は、選択された前記再計画の対象設備に対応する前記計算時間の上限値を用いて前記変更限界時刻を計算する、
ことを特徴とする運用計画立案装置。 An operation planning device according to claim 2,
Based on the reason for the determination by the replan determination unit, the operation plan drafting unit selects a target facility for replanning and corrects the operation plan,
The change limit time calculation unit calculates the change limit time using an upper limit value of the calculation time corresponding to the selected re-planning target equipment,
An operation planning device characterized by that.
再計画判定部が、所定周期または前記設備に対する運用変更の検知により、前記設備の運用計画を再立案する必要性を判定し、
変更限界時刻計算部が、前記再計画判定部による前記判定の結果に基づいて、前記再立案する必要があると判定された設備について、制御可能な時間的な境界点を示す変更限界時刻を計算し、
運用計画立案部が、前記需要予測部が計算した前記需要の予測値と、前記変更限界時刻計算部が計算した前記変更限界時刻とに基づいて、前回の運用計画から運転切替を前倒しする修正は、前記変更限界時刻より後の時刻への修正であることを追加の制約条件として、前記設備の運用を最適化する運用計画を立案する、
ことを特徴とする運用計画立案方法。 The demand forecasting unit calculates the predicted value of demand based on the past operation data of the equipment to be controlled,
The re-planning determination unit determines the necessity of re-planning the operation plan of the facility by detecting the operation change for the predetermined cycle or the facility,
A change limit time calculation unit calculates a change limit time indicating a controllable temporal boundary point for the equipment determined to be re-planned based on the determination result by the re-plan determination unit And
Based on the predicted value of the demand calculated by the demand forecasting unit and the change limit time calculated by the change limit time calculation unit, the operation plan drafting unit corrects the operation switching forward from the previous operation plan. , As an additional constraint that it is a correction to a time after the change limit time, an operation plan for optimizing the operation of the equipment is made,
An operation planning method characterized by this.
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