JP3887578B2 - プロセス運転計画システム - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギプラント等のプロセス設備に適用されるプロセス運転計画システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図19は、この種のプロセス設備運転計画システムが応用される対象プロセスの一例として、エネルギプラントを示している。このエネルギプラントAは、燃料タンク1と、この燃料タンク1から燃料F,Fの供給を受ける2台のボイラ2(2a,2b)と、これらのボイラ2で発生する蒸気Sb,Sbを供給するための蒸気母管3と、この蒸気母管3に接続され蒸気Sa,Sa,Saにより冷凍作用を行う3台の吸収式冷凍機4(4a,4b,4c)と、これらの吸収式冷凍機4から冷水C,C,Cを受ける冷水母管5とにより構成され、冷水母管5から冷水Cが冷水需要者6に供給されるようになっている。プロセス設備運転計画の目的は、このような冷水需要者6に要求される所定期間中の冷水C需要を満足しながら、消費される燃料F,Fコスト合計が最小となるように、ボイラ2と吸収式冷凍機4の運転状態を決定することである。このような最適化問題は、下記の式1(1a〜1i)のように定式化することができる。
【0003】
【数1】
Figure 0003887578
【0004】
上記の式(1)において、添字{z}は第z時点を表す(例えば、Fi{z}は時点zにおけるボイラi(2002)に供給される燃料を表す)。式(1)により示される問題は、所定期間中、すなわち、ある時点(z=1)から第n時点(z=n)までの各時点の冷水需要Cd{z}を満足しながら、合計燃料コストMが最小となるように、所定期間中の各時点(z=1…n)における各ボイラi(i=1,2)の運転停止状態δbi{z}、各吸収式冷凍機j(j=1…3)の運転停止状態δaj{z}等を決定し、また運転中のボイラi(δbi{z}=1)の場合には、その蒸気出力Sbi{z}を決定し、運転中の吸収式冷凍機j(δaj{z}=1)の場合には、その冷水出力Cj{z}を決定することである。
【0005】
【外1】
Figure 0003887578
【0006】
θは燃料Fのコスト換算パラメータを表す。abi,bbi,cbiは、それぞれボイラiの発生蒸気Sbiの消費燃料F換算パラメータを表す。Sbi min,Sbi maxは、それぞれボイラiの運転下限値および上限値を表す。aai,bai,caiは、それぞれ吸収式冷凍機jの発生冷水Cの消費蒸気Saj換算パラメータを表す。C min,C maxはそれぞれ吸収式冷凍機jの運転下限値、上限値を表す。
【0007】
式(1)により表されるプロセス運転計画問題は非線形で整数を含んでいる。所定期間中の最小コストを計算するプロセス運転計画問題の従来の技術(例えば特開2000−78750公報)では、混合整数計画法(Mixed Integer Programming)を用いている。この混合整数計画法は、線形数式と整数数式により構成される混合整数数式モデルを対象とし、分技限定法を使用して、高速に所定期間最小コストで運転するようなスケジュールを演算することができる(例えば、整数計画法、培風館、昭和51年)。
【0008】
一方、混合整数計画法を利用可能なため、対象プロセス運転計画問題を線形化する必要がある。この場合、線形化により、式(1)により表される問題は式2(2a〜2i)となる。
【0009】
【数2】
Figure 0003887578
【0010】
以上のように、式(1b,1e)により表現される非線形数式は式(2b,2e)のような線形数式となる。
【0011】
図20は、上述した従来のプロセス運転計画システムの構成例を示している。この図20に示すように、従来のプロセス運転計画システムはモデル11、データ入力部12、スケジューリング演算部13およびスケジューリング演算結果出力部14により構成される。同図において、スケジューリング演算部13は混合整数計画法により、データ入力部12より入力された管理データ101とモデル記憶部11により記憶されるモデル100に基づいて、対象プロセスの所定期間最小コストで運転するようなスケジュールを求める演算を行い、該当演算結果102をスケジューリング演算結果出力部14に出力する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
所定期間中の運転コスト最小化問題は、機器の起動停止を伴うので、式(1)に示したように、整数を含んだ問題となる。従来技術においては上述したように、このような整数を含んだ問題に対し、対象プロセスを線形化(式(2))することにより、「整数+線形計画問題」、すなわち混合整数計画問題として、分技限定法を使用して計算し、問題を解く。
【0013】
しかしながら、現実の対象問題は、非線形である。したがって、上述したように、もともと非線形であるような問題(式(1))を線形化(式(2))することによる解、所定期間中における全時点の合計コスト、各時点のコスト、ボイラ消費燃料、ボイラ発生蒸気、吸収式冷凍機消費蒸気、吸収式冷凍機発生冷水等の計算については精度が欠ける欠点がある。
【0014】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、非線形な対象プロセスに対しても、より高精度な解を提供しながら、効率よく問題を解き、速やかに精度のよいプロセス運転計画を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項1に係る発明では、プラント運転等の対象プロセスの運転計画計算を行うプロセス運転計画システムにおいて、前記対象プロセスの特性を示す非線形数式モデルを記憶する非線形数式モデル記憶手段と、前記非線形数式モデル記憶手段に記憶されている前記非線形数式モデルに基づいて、線形数式と整数数式により構成される混合整数数式モデルを生成する線形数式モデル変換手段と、前記線形数式モデル変換手段により生成された前記混合整数数式モデルを記憶する混合整数数式モデル記憶手段と、前記混合整数数式モデル記憶手段に記憶されている前記混合整数数式モデルに基づいてプロセス運転の概要計画を算出する概要計画手段と、前記概要計画手段により算出される前記概要計画と前記非線形数式モデル記憶手段に記憶されている前記非線形数式モデルとに基づいてプロセス運転の詳細計画を算出する詳細計画手段と、前記詳細計画手段により算出される前記詳細計画を出力する計画出力手段とを具備し、前記混合整数数式モデル記憶手段は、前記線形数式モデル作成手段により作成される前記線形数式を前記混合整数数式モデルの一部として記憶し、前記非線形数式モデル記憶手段は、前記非線形数式モデル作成手段により作成される前記非線形数式を前記非線形数式モデルの一部として記憶することを特徴とするプロセス運転計画システムを提供する。
【0017】
請求項2に係る発明では、前記非線形数式モデル記憶手段に記憶されている前記非線形数式モデルに基づいて前記混合整数数式モデルの機器運転範囲を生成する機器運転範囲設定手段をさらに具備し、前記混合整数数式モデル記憶手段は、前記機器運転範囲設定手段により生成される前記機器運転範囲を前記混合整数数式モデルの一部として記憶することを特徴とする請求項1記載のプロセス運転計画システムを提供する。
【0018】
請求項3に係る発明では、前記混合整数数式モデル記憶手段は、前記混合整数数式モデルを複数記憶し、前記概要計画手段は、前記混合整数数式モデル記憶手段に記憶されている前記複数の混合整数数式モデルに対応して複数の概要計画を算出し、前記詳細計画手段は、前記概要計画手段により算出される前記複数の概要計画に対応して複数の詳細計画を算出し、前記詳細計画手段により算出される前記複数の詳細計画の中から実行可能で且つコストが適切な詳細計画を選択する詳細計画選択手段をさらに具備し、前記計画出力手段は、前記詳細計画選択手段により選択された前記詳細計画を出力することを特徴とする請求項1または2記載のプロセス運転計画システムを提供する。
【0019】
請求項4に係る発明では、前記プロセスデータまたは前記混合整数数式モデルと共に前記非線形数式モデルを表示し、この表示に応じた利用者からの入力に基づき前記混合整数数式モデル記憶手段により記憶される前記混合整数数式モデルを修正する数式モデル表示修正手段をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のプロセス運転計画システムを提供する。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、対象プロセスとして、図19に示したエネルギプラントを適用する場合について説明する。
【0026】
第1実施形態(図1〜図4)
図1は本発明に係るプロセス運転計画システムの第1実施形態の構成を示す系統図である。この図1に示すように、本実施形態のプロセス運転計画システムは、機器運転範囲設定手段21と、数式モデル表示修正手段22と、混合整数数式モデル記憶手段23と、線形数式モデル変換手段24と、非線形数式モデル記憶手段25と、線形数式モデル作成手段26と、非線形数式モデル作成手段27と、プロセスデータ記憶手段28と、概要計画手段29と、詳細計画手段30と、詳細計画選択手段31と、計画出力手段32とを備えている。
【0027】
非線形数式モデル記憶手段25は、前述した式(1)によって示される「整数+非線形数式」を記憶する。図2は非線形数式モデル(式(1b,1e))の例を示している。この図2において、x軸はボイラ出力(蒸気Sbi)や冷凍機出力(冷水C)を表し、y軸は対応するボイラ入力(燃料F)や冷凍機入力(蒸気Saj)を表している。xminおよびxmaxは、それぞれボイラや冷凍機の運転下限値Sbi min,C minおよび運転上限値Sbi max,C maxを表している。非線形曲線aは、ボイラ2や吸収式冷凍機4の非線形式(式(1b,1e))に対応している。
【0028】
本実施形態では、機器運転範囲設定手段21は、非線形数式モデル記憶手段25に記憶されている運転範囲(式(1c,1f))を混合整数数式モデル記憶手段23の運転範囲に対応することとし、運転範囲(式(1c,1f))をそのまま混合整数数式モデル記憶手段23に線形式(2c,2f)として記憶する。
【0029】
線形数式モデル変換手段24は式(1)の非線形数式モデルをベースに式(2)の混合整数数式モデルを生成する。この実施形態では式(1a,1d,1g,1h,1i)をそのまま、混合整数数式モデル記憶手段23に式(2a,2d,2g,2h,2i)として記憶する。線形曲線(式(2b,2e))の生成に関しては、本実施形態では、一つの非線形曲線に対して、3タイプの線形曲線または1タイプのみの線形曲線を生成する。
【0030】
図3は図2に示した非線形曲線aに対応して生成される3タイプの線形曲線(上側線形曲線a1,中間線形曲線a2,下側線形曲線aの例を示している。一つの非線形曲線aに対して1タイプのみの線形曲線が対応する場合には、例えば図3の中間線形曲線a2を生成する。
【0031】
図4は、上述したタイプの線形曲線a1,a2,a3を生成するための図1に示した線形数式モデル変換手段24の一構成例を示している。この図4に示したように、線形数式モデル変換手段24は上側線形曲線生成手段24a、中間線形曲線生成手段24bおよび下側線形曲線生成手段24cにより構成される。
【0032】
ここで、図3または図2に示した非線形曲線aをy(x)とすると、本実施形態では、3タイプの線形曲線yl1(x),yl2(x),yl3(x)が、以下のように生成される。
【0033】
上側線形曲線生成手段24aの作用:任意なx(xmin≦x≦xmax)に対して、常にy(x)≦yl1(x)となるように、y(xmin)とy(xmax)とを通過するような上側線形曲線yl1(x)を生成する。
【0034】
中間線形曲線生成手段24bの作用:空間(xmin≦x≦xmax)において、y(x)とyl2(x)との誤差がなるべく小さくなるように、例えば、最小二乗法によりyl2(x)を生成する。
【0035】
下側線形曲線生成手段24cの作用:任意なx(xmin≦x≦xmax)に対して、常にyl3(x)≦y(x)となり、かつ、空間(xmin≦x≦xmax)において、y(x)とyl2(x)との誤差がなるべく小さくなるように、例えば、最小二乗法及びyl2(x)とy(x)との接線によりyl3(x)を生成する。
【0036】
そして、図5に示すように、生成される3タイプの線形曲線yl1(x),yl2(x),yl3(x)に対応する上側、中間および下側の3つの混合整数数式モデル23a,23b,23cが混合整数数式モデル記憶手段23に記憶される。このように生成される3つの混合整数数式モデル23a,23b,23cはいずれも式(2)に対応するが、ボイラ線形式(2b)に関しては、上側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23aは上記の上側線形曲線生成手段24aにより生成され、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bは中間線形曲線生成手段24bにより生成され、下側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23cは下側線形曲線生成手段24cにより生成される。
【0037】
なお、吸収式冷凍機線形式(2e)に関しては、上側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23aにおいても、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bにおいても、下側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23cにおいても、それぞれ中間線形曲線生成手段24bによって生成される。
【0038】
プロセスデータ記憶手段28は、各機器ボイラ2a、冷凍機4bの入出力履歴データF,Sbi,Saj,Cを記憶する。
【0039】
非線形数式モデル作成手段27は、プロセスデータ記憶手段28に記憶されているプロセスデータを用いて、プロセスデータと対応する非線形数式(1bまたは1e)との誤差がなるべく小さくなるように、例えば、最小自乗法により、非線形数式(1b,1e)を作成する。
【0040】
図6は、プロセスデータ33を用いて最小自乗法により作成された非線形曲線aの例を示している。この図6に示すように、プロセスデータ33は分散図として表示される。なお、図6においては、図2と対応して、x軸がボイラ出力(蒸気Sbi)や冷凍機出力(冷水C)に対応し、y軸が対応するボイラ入力(燃料F)や冷凍機入力(蒸気Saj)に対応している。例えば、ボイラ2a(i)の非線形式(式1b)を作成する場合、プロセスデータ記憶手段28に記憶されているボイラi出力(蒸気Sbi)とボイラi入力(燃料F)の履歴データセットを使用する。作成された非線形数式(式1b,式1e)は非線形数数式モデルの一部として非線形数式モデル記憶手段25に記憶される。
【0041】
線形数式モデル作成手段26は、プロセスデータ記憶手段28に記憶されているプロセスデータ33を用いて、プロセスデータ33と対応する線形数式(式2bまたは式2e)との誤差がなるべく小さくなるように、例えば、最小自乗法により、線形数式(式2b,式2e)を作成する。図6においては、プロセスデータ33を用いて最小自乗法により作成された線形曲線a2の例が示してある。例えば、ボイラiの線形式(式2b)を作成する場合、プロセスデータ記憶手段28に記憶されているボイラi出力(蒸気Sbi)およびボイラi入力(燃料F)の履歴データセットを使用する。作成された線形数式(式2b,式2e)は、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル(図5の23b)の一部として混合整数数式モデル記憶手段23に記憶される。
【0042】
以上のように、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル(図5の23b)の線形数式(式2b,式2e)は、線形数式モデル作成手段26または線形数式モデル変換手段24の中間線形曲線生成手段(図4の24b)のいずれかの手段により作成することができる。
【0043】
数式モデル表示修正手段22は、混合整数数式モデル記憶手段23に記憶されている混合整数数式モデル、非線形数数式モデル記憶手段25に記憶される非線形数数式モデル、またはプロセスデータ記憶手段28に記憶されるプロセスデータを表示しながら、利用者の入力により、混合整数数式モデルの修正を行う。数式モデル表示修正手段22は、例えば「キーボード+マウス付き」のCRTディスプレイ等により構成される。
【0044】
図7は数式モデル表示修正手段22の一構成例を示す。この図7に示したように、数式モデル表示修正手段22は、表示手段34と修正手段35により構成され、修正手段35はさらに、上側線形曲線修正手段35a、中間線形曲線修正手段35b、下側線形曲線修正手段35cにより構成されている。
【0045】
図8は、表示手段34による混合整数数式モデル記憶手段0103に記憶される混合整数数式モデル、非線形数数式モデル記憶手段25に記憶される非線形数式モデルおよびプロセスデータ記憶手段28に記憶されるプロセスデータの表示例を示している。
【0046】
図9は修正手段35によりブレイクポイントx(1)をx軸上に追加したことにより作成した上側線形曲線a1を示している。なお、図9には示されていないが、本実施例の修正手段35は、図7に示したような3つの手段構成35a,35b,35cによりブレイクポイントを追加し、これにより、下記のように上側線形曲線a1とあわせて、中間線形曲線a2および下側線形曲線a3も作成することができる。非線形曲線をy(x)とすると、本実施例では、3タイプの線形曲線yl1(x),yl2(x),yl3(x)は以下のように生成される。
【0047】
上側線形曲線修正手段35a:任意なx(xmin≦x≦x(1))または(x(1)≦x≦xmax)に対して、常にy(x)≦yl1(x)となるように、y(xmin)とy(x(1))またはy(x(1))とy(xmax)と通過するような上側線形曲線yl1(x)を生成する。
【0048】
中間線形曲線修正手段35b:空間(xmin≦x≦x(1))または(x(1)≦x≦xmax)において、y(x)とyl2(x)との誤差がなるべく小さくなるように、例えば、最小二乗法によりyl2(x)を生成する。または、空間(xmin≦x≦x(1))または(x(1)≦x≦xmax)において、プロセスデータ0601とyl2(x)との誤差がなるべく小さくなるように、例えば、最小二乗法によりyl2(x)を生成する。
【0049】
下側線形曲線修正手段35c:任意なx(xmin≦x≦x(1))または(x(1)≦x≦xmax)に対して、常にyl3(x)≦y(x)となり、かつ、区間(xmin≦x≦x(1))または(x(1)≦x≦xmax)において、y(x)とyl2(x)との誤差がなるべく小さくなるように、例えば、最小二乗法及びyl2(x)とy(x)との接線によりyl3(x)を生成する。
【0050】
以上のブレイクポイントx(1)追加により生成される混合整数数式モデルの例を以上の式(2)に対応して以下に示す。
【0051】
【数3】
Figure 0003887578
【0052】
ただし、式(2b,2e)のS(1) bi,C(1) は図9のブレイクポイントx(1)に、式(2b1,2e1)は図09の区間(xmin≦x≦x(1))の線形曲線に、式(2b2,2e2)は区間(x(1)≦x≦xmax)の線形曲線に、それぞれ対応している。
【0053】
以上においては、ブレイクポイントが一つの場合を示したが、複数の場合においても同様に、混合整数数式モデル記憶手段23に記憶される混合整数数式モデルを修正することができる。なお、以上の説明では、修正手段35により線形曲線a1,a2,a3を自動生成する場合を例として説明したが、利用者がマウスを使用して、直接に線形曲線a1,a2,a3を作成することも可能である。また、運転範囲xmin〜xmax0204,0205)に関しても、利用者によるキーボードまたはマウス入力の直接修正が可能である。
【0054】
また、概要計画手段29は、混合整数数式モデル記憶手段23に記憶されている3タイプの混合整数数式モデル23a,23b,23cのそれぞれに対して、所定期間中の合計燃料コストMが最小となるように、各時点zにおけるボイラと吸収式冷凍機の運転状態δ(α) bi{z},δ(α) aj{z}を決定する。
【0055】
ただし、添字αは混合整数数式モデルのタイプを表し、例えば、α=1は上側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23aに対応する燃料コストM最小のボイラと吸収式冷凍機の運転状態δ(1) bi{z},δ(1) aj{z}をを表す。また、α=2は、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対応する燃料コストM最小のボイラと吸収式冷凍機の運転状態δ(2) bi{z},δ(2) aj{z}を表す。さらに、α=3は、上側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23aに対応する燃料コストMが最小のボイラと吸収式冷凍機の運転状態δ(3) bi{z},δ(3) aj{z}を表す。このような混合整数数式モデル(線形+整数)に対応する効率的なコスト最小計算手法として、分技限定法がある。
【0056】
詳細計画手段30においては、概要計画手段29により計算された3セットのボイラと吸収式冷凍機の運転状態δ(α) bi{z},δ(α) aj{z}(α=1…3)に対し、非線形数式モデル記憶手段25に記憶されている非線形数式モデル(式(1))を用いて、それぞれのセット(α=1…3)に対応する燃料コストM最小なるような詳細計画が算出される、すなわち、各時点zにおけるコストθ(F(α) 1{z}+F(α) 2{z})、ボイラ消費燃料F(α) i{z}、ボイラ発生蒸気S(α) bi{z}、吸収式冷凍機消費蒸気S(α) aj {z}、吸収式冷凍機発生冷水C(α) j{z}が算出される。不連続な変数(整数)である運転状態δ(α) bi{z},δ(α) aj{z}(α=1…3)が決定されれば、非線形数式モデル(式1)に対応する詳細計画は非線形計画法(例えば内点法)により効率よく計算することができる。
【0057】
詳細計画選択手段31は、詳細計画手段30により算出された複数の燃料コストM最小の詳細計画(α=1…3)の中から、実行可能で、かつ燃料コストMが最小である詳細計画を一つ選択する。ここで、上述したように、各ボイラiおよび各吸収式冷凍機jの線形数式モデルおよび非線形数式モデルは、図3に示した特性とする。また、図5に示した上側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23a、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル22bおよびと下側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23cに対する各ボイラiと対応する線形式(式2b)は、それぞれ図3の上側線形曲線a1、中間線形曲線a2および下側線形曲線a3に対応するものとする。
【0058】
各吸収式冷凍機jに対応する線形式(式2b)は、3つのモデル23a,23b,23cにおいても、中間線形曲線a2に対応するとする。さらにに、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対する概要計画手段29による、ある時点zにおける概要計画の計算結果は、Sb1{z}=Sb1 max,Sb2{z}=Sb2 max,δb1{z}=1,δb2{z}=1,C1{z}=C max,C2{z}=C max,C3{z}=0,δa1{z}=1,δa2{z}=1,δa3{z}=0とする。
【0059】
詳細計画手段30は、概要計画手段29により与えられたδb1{z}=1,δb2{z}=1,δa1{z}=1,δa2{z}=1,δa3{z}=0により、非線形モデル数式を用いて計算を行うと、図03により、明らかにSb1{z}>Sb1 maxまたはSb2{z}>Sb2 maxとなる。したがって、制約式(1c)を満足することができなくなり、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対する計算結果は実行不可能である。一方、このような場合、上側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23aに対応する計算結果は実行可能である。
【0060】
次に、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対する概要計画手段29によるある時点zにおける計算結果は、Sb1{z}=Sb1 min,Sb2{z}=0,δb1{z}=1,δb2{z}=0,C1{z}=C1x,C2{z}=0,C3{z}=0,δa1{z}=1,δa2{z}=0,δa3{z}=0とする。
【0061】
図10に示したように、吸収式冷凍機4aの冷水出力C1x(1001)は、Sa1n(C1x)<Sa1l(C1x)である。ただし、Sa1n(C1x)は非線形曲線a(式1e)、Sa1l(C1x)は線形曲線a2(式2e)により計算されたとすると、詳細計画手段30は概要計画手段29により与えられたδb1{z}=1,δb2{z}=0,δa1{z}=1,δa2{z}=0,δa3{z}=0により、非線形モデル数式を用いて計算を行うと、明らかにSb1{z}<Sb1 minとなる。
【0062】
したがって、制約式(式1c)を満足することができなくなり、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対する計算結果は実行不可能である。このような場合、下側線形曲線タイプの混合整数数式モデル23cに対応する計算結果は実行不可能である。
【0063】
詳細計画選択手段31は、以上のように、詳細計画手段30により算出された複数の燃料コストM最小の詳細計画(α=1…3)の中から、実行可能で、燃料コストMが最小である詳細計画を一つ選択する。
【0064】
計画出力手段32は、詳細計画選択手段31により選択された詳細計画を利用者に表示するため、または、対象プロセスを本プロセス運転計画システムにより計算された詳細計画により運転を行うため、詳細計画を利用者に表示出力または対象プロセスの制御装置に制御出力を行う。
【0065】
以上のように、本実施形態によれば、混合整数数式モデを用いた概要計画と非線形数式モデルを用いた詳細計画により、プロセスの運転計画を短時間に精度よく計算して提供することができる。また、非線形数式モデルまたはプロセスデータから混合整数数式モデルの一部を自動生成することにより、より正確な混合整数数式モデルを作成することができると同時に、利用者の負担を軽減することができる。さらに、利用者が非線形数式モデル、混合整数数式モデルまたは関連するプロセスデータを確認しながら、混合整数数式モデルを修正可能することにより、より柔軟に、またはブレイクポイントの追加により、より精度の高い混合整数数式モデルを作成することができる。
【0066】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【0067】
図11は、この変形例の構成を示しており、基本的には第1実施形態の基本構成(図1のもの)と同様であるが、図11に示したように、詳細計画選択手段31が必要とされることなく、詳細計画手段30により計算された結果が、直接に計画出力手段32に出力される。以下、この変形例の異なる点のみを説明する。
【0068】
図11において、機器運転範囲設定手段21は非線形数式モデル記憶手段25に記憶されている非線形数式モデル(式1)により、混合整数数式モデル記憶手段23の混合整数数式モデルのボイラの運転範囲(式(2c))を以下の式(3)により与える。
【0069】
【数4】
Figure 0003887578
【0070】
式(3)により与えられる混合整数数式モデルのボイラの運転範囲の目的は、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対する詳細計画手段30による計算結果は実行不可能にならないことである。式(3)の記号について、図12および図13を用いて説明する。
【0071】
図12は、吸収式冷凍機の特性を非線形曲線a1と線形曲線a2により表し、図13はボイラ特性の特性を非線形曲線a1と線形曲線a2とにより表している。
【0072】
式(3b)と(3c)のSbi min,Sbi maxは、非線形数式モデル記憶手段25により記憶されている非線形数式モデルのボイラ運転下限値と上限値(式(1c))であり、式(3)のSbil min,Sbil maxは、この変形例の機器運転範囲設定手段21により生成される線形数式モデルの場合のボイラ運転下限値と上限値である。
【0073】
範囲設定手段21は、混合整数数式モデルの一部として、式(2c)の代わり、式(3)を混合整数数式モデル記憶手段23に記憶する。そして、図13に示したように、この変形例により、線形数式モデルの場合のボイラ運転下限値Sbil min(上限値Sbil max)は非線形数式モデルの運転下限値Sbi min(上限値Sbi max)より大きく(小さく)設定している。式(3b)および式(3c)に示したように、線形数式モデルの場合のボイラ運転下限値S il min(上限値Sbil max)は、非線形数式モデルの運転下限値Sbi min(上限値Sbi max)と吸収式冷凍機の消費蒸気Sajにより計算される。
【0074】
図12に示したように、Sajn(C max),Sajn(Cjx),Sajn(C min)はそれぞれ非線形曲線(a1,式(1b))により、吸収式冷凍機jの最大冷水C max,Cjx,C minに対応する消費蒸気であり、Sajl(C max),Sajl(Cjx),Sajl(C min)はそれぞれ非線形曲線(a2,式(2b))により、吸収式冷凍機jの最大冷水C max,Cjx,C minに対応する消費蒸気である。
【0075】
プロセス機器の線形特性により、概要計画手段29により計算される概略計画の結果、運転中である吸収式冷凍機の中で、冷水出力Cが最大C maxでない吸収式冷凍機(C<C max)が高々1台であるため、式(3)により与えられる混合整数数式モデルのボイラの運転範囲を与えると、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対する詳細計画手段30による計算結果は実行可能となる。
【0076】
この変形例では、概要計画手段29に用いられる中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bは式(2)により与えられるが、式(2)の中で式(2b)の代わりに、式(3)が使用される。
【0077】
このような変形例によれば、混合整数数式モデル記憶手段23は図14に示したように、中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bにより構成される。そして、概要計画手段29と詳細計画手段30は中間線形曲線タイプの混合整数数式モデル23bに対応する燃料コストM最小の詳細計画を計算し、計画出力手段32に出力する。
【0078】
したがって、この変形例によれば、混合整数数式モデルを一つ用意するだけで、実行可能な燃料コストM最小の詳細計画を提供することができ、計算時間が短縮できると同時に、非線形数式モデルとの誤差が少ない中間線形曲線タイプの混合整数数式モデルを用いるため、精度のよい燃料コストM最小の詳細計画を得ることができる。
【0079】
第2の実施形態(図15、図16)
図15は本発明の第2実施形態を示すシステム構成図である。この図5に示したように、本実施形態では、非線形数式モデル記憶手段25、詳細計画手段30、計画出力手段32および運転パターン設定手段40により構成される。
【0080】
すなわち、図15に示すように、非線形数式モデル記憶手段25、詳細計画手段30および計画出力手段32は、第1実施形態の変形例(図11)における非線形数式モデル記憶手段25、詳細計画手段30および計画出力手段32と同様な作用を行う。
【0081】
運転パターン設定手段40は、図16に示したように、需要パターン入力手段51、変換手段52および概要計画出力手段53により構成される。需要パターン入力手段51は所定期間(ある時点(z=1)から第n時点(z=n)まで)の冷水需要Cd{z}を入力する。
【0082】
変換手段52は、需要パターン入力手段51により入力された冷水需要Cd{z}(z=1…n)を概要計画、すなわち、各時点zにおけるボイラと吸収式冷凍機の運転状態δbi{z},δaj{z}(z=1…n)に変換する。冷水需要Cd{z}と運転状態δbi{z},δaj{z}との関係は非線形性が強いが、変換手段52は、例えば、汎化機能、学習機能を備えた、非線形関係を学習可能なニューラルネットワークを用いることができる。
【0083】
ニューラルネットワークを用いた変換手段52の学習は、例えば、前記の第1実施形態で得られた複数の冷水需要Cd{z}と対応する概略計画δbi{z},δaj{z}データセットを用い、冷水需要Cd{z}を入力信号とし、概略計画δbi{z},δaj{z}を教師信号として行うことができる。概要計画出力手段53は、変換手段52により得られた冷水需要Cd{z}と概要計画δbi{z},δaj{z}を、詳細計画手段30に出力する。詳細計画手段30は非線形数式モデル記憶手段25に記憶される非線形数式モデル(式(1))を用いて、運転パターン設定手段40から出力される冷水需要Cd{z}と概要計画δbi{z},δaj{z}とにより、上記の第1実施形態の変形例と同様に、燃料コストMが最小の詳細計画を計算し、計画出力手段32に出力する。
【0084】
計画出力手段32は詳細計画手段30により計算された詳細計画を利用者に表示するため、または対象プロセスを本プロセス運転計画システムにより計算された詳細計画により運転を行うため、詳細計画を利用者に表示出力または対象プロセスの制御装置に制御出力を行う。
【0085】
一般的に、負荷需要と運転計画とは対応関係にある。本実施形態によれば、予め概要計画の学習を行うことにより、混合整数計画法による概要計画計算を必要なく、負荷需要から直接に概要運転計画を得ることができるので、より短時間にプロセスの運転計画を得ることができる。
【0086】
第3実施形態(図17、図18)
図17は本発明の第3実施形態を示すシステム構成図である。この図17に示したように、本実施形態では、第2実施例において、詳細計画選択手段61を設けたものである。
【0087】
この図17において、非線形数式モデル記憶手段25、詳細計画手段30、詳細計画選択手段31および計画出力手段32については、第1実施形態の非線形数式モデル記憶手段25、詳細計画手段30、詳細計画選択手段31および計画出力手段32と同様な作用である。
【0088】
本実施形態の運転パターン設定手段40の構成を図18に示している。この図18に示したように、本実施例の運転パターン設定手段40は、需要パターン入力手段61、変換手段62、概要計画出力手段63および複数概要計画発生手段64により構成される。需要パターン入力手段61および変換手段62は、第1実施形態と同様に、学習を行ったニューラルネットワークを用いて、与えられる冷水需要Cd{z}により、初期概略計画δ(1) bi{z},δ(1) aj{z}を生成する。
【0089】
複数概要計画発生手段64は、変換手段62により生成された初期概略計画δ(1) bi{z},δ(1) aj{z}の近傍に初期概略計画δ(1) bi{z},δ(1) aj{z}を含めて合計Nセットの概略計画δ(η) bi{z},δ(η) aj{z}(η=1…N)を生成する。複数概要計画発生手段64の構成例としては、ある時点zに対してボイラや吸収式冷凍機のそれぞれの運転台数を変えずに、その運転対象機器をランダムに変更し、合計Nセットの概略計画δ(η) bi{z},δ(η) aj{z}(η=1…N)を生成することである。
【0090】
概要計画出力手段63は、複数概要計画発生手段64により得られた冷水需要Cd{z}とそれに対応する複数の概要計画δ(η) bi{z},δ(η) aj{z}(η=1…N)を詳細計画手段30に出力する。詳細計画手段30は非線形数式モデル記憶手段25に記憶される非線形数式モデル(式(1))を用いて、運転パターン設定手段40から出力される冷水需要Cd{z}と、それに対応する複数の概要計画δ(η) bi{z},δ(η) aj{z}(η=1…N)とにより、第1実施形態と同様に複数、すなわちN通りの燃料コストM最小の詳細計画を計算する。
【0091】
詳細計画選択手段31は詳細計画手段30により算出された複数の燃料コストMが最小の詳細計画(η=1…N)の中から、実行可能で、かつ燃料コストMが最小である詳細計画を一つ選択する。
【0092】
計画出力手段32は、詳細計画選択手段31により選択された詳細計画を利用者に表示するため、または、対象プロセスを本プロセス運転計画システムにより計算された詳細計画により運転を行うため、詳細計画を利用者に表示出力または対象プロセスの制御装置に制御出力を行う。
【0093】
一般的に、負荷需要と運転計画は対応関係にある。ここで、本実施形態では、予め概要計画の学習を行うことにより、概要計画計算を必要なく、負荷需要から直接に概要運転計画を得ることができるので、より短時間にプロセスの運転計画を得ることができる。また、一般的に、予め概要計画の学習効果により負荷需要から直接に概要運転計画を得る場合、得られた概要運転計画の近傍に好適な(燃料コストMが少ない)が存在することが多いので、本実施例により、より好適な詳細計画を得ることができる。
【0094】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、混合整数数式モデルを用いた概要計画と、非線形数式モデルを用いた詳細計画により、プロセスの運転計画を短時間に精度よく計算し、プロセスの運転に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるプロセス運転計画システム構成を示す図。
【図2】本発明の第1実施形態による非線形数式モデル例を示す図。
【図3】本発明の第1実施形態による図2に対応する線形数式モデル例を示す図。
【図4】本発明の第1実施形態による線形数式モデル変換手段0104の一実施例を示す図。
【図5】本発明の第1実施形態による混合整数数式モデ記憶手段構成例を示す図。
【図6】本発明の第1実施形態によるプロセスデータによる作成される線形と非線形曲線例を示す図。
【図7】本発明の第1実施形態による数式モデル表示修正手段の構成例を示す図。
【図8】本発明の第1実施形態による数式モデル表示修正手段による表示例を示す図。
【図9】本発明の第1実施形態による数式モデル表示修正手段により修正された線形曲線の例を示す図。
【図10】本発明の第1実施形態による吸収式冷凍機の計算結果例を示す図。
【図11】本発明の第1実施形態による変形例の構成を示す図。
【図12】本発明の第1実施形態による吸収式冷凍機jの運転範囲例を示す図。
【図13】本発明の第1実施形態による実施例1の変形例によるボイラiの運転範囲例を示す図。
【図14】本発明の第1実施形態による第1実施例の変形例の混合整数数式モデル記憶手段構成例を示す図。
【図15】本発明の第2実施形態によるシステム構成を示す図。
【図16】本発明の第2実施形態による運転パターン設定手段を示す図。
【図17】本発明の第3実施形態によるシステム構成を示す図。
【図18】本発明の第3実施形態による運転パターン設定手段を示す図。
【図19】本発明に係るプロセス運転計画システムの対象となるエネルギプラント構成例を示す系統図。
【図20】従来のプロセス運転計画システムを示すシステム構成図。
【符号の説明】
1 燃料タンク
2,2a,2b ボイラ
3 蒸気母管
4,4a,4b,4c 吸収式冷凍機
5 冷水母管
6 冷水需要者
11 モデル
12 データ入力部
13 スケジューリング演算部
14 スケジューリング演算結果出力部
21 機器運転範囲設定手段
22 数式モデル表示修正手段
23 混合整数数式モデル記憶手段
24 線形数式モデル変換手段
25 非線形数式モデル記憶手段
26 線形数式モデル作成手段
27 非線形数式モデル作成手段
28 プロセスデータ記憶手段
29 概要計画手段
30 詳細計画手段
31 詳細計画選択手段
32 計画出力手段
33 プロセスデータ
34 表示手段
35 修正手段
35a 上側線形曲線修正手段
35b 中間線形曲線修正手段
35c 下側線形曲線修正手段
40 運転パターン設定手段
51 需要パターン入力手段
52 変換手段
53 概要計画出力手段
61 需要パターン入力手段
62 変換手段
63 概要計画出力手段
64 複数概要計画発生手段

Claims (4)

  1. プラント運転等の対象プロセスの運転計画計算を行うプロセス運転計画システムにおいて、前記対象プロセスの特性を示す非線形数式モデルを記憶する非線形数式モデル記憶手段と、線形数式と整数数式により構成される混合整数数式モデルを記憶する混合整数数式モデル記憶手段と、前記対象プロセスの関連プロセスデータを記憶するプロセスデータ記憶手段と、前記プロセスデータ記憶手段に記憶されている前記プロセスデータに基づいて線形数式を作成する線形数式モデル作成手段と、前記プロセスデータ記憶手段に記憶されている前記プロセスデータに基づいて非線形数式を作成する非線形数式モデル作成手段と、前記混合整数数式モデル記憶手段に記憶されている前記混合整数数式モデルに基づいてプロセス運転の概要計画を算出する概要計画手段と、前記概要計画手段により算出される前記概要計画と前記非線形数式モデル記憶手段に記憶されている前記非線形数式モデルとに基づいてプロセス運転の詳細計画を算出する詳細計画手段と、前記詳細計画手段により算出される前記詳細計画を出力する計画出力手段とを具備し、前記混合整数数式モデル記憶手段は、前記線形数式モデル作成手段により作成される前記線形数式を前記混合整数数式モデルの一部として記憶し、前記非線形数式モデル記憶手段は、前記非線形数式モデル作成手段により作成される前記非線形数式を前記非線形数式モデルの一部として記憶することを特徴とするプロセス運転計画システム。
  2. 前記非線形数式モデル記憶手段に記憶されている前記非線形数式モデルに基づいて前記混合整数数式モデルの機器運転範囲を生成する機器運転範囲設定手段をさらに具備し、前記混合整数数式モデル記憶手段は、前記機器運転範囲設定手段により生成される前記機器運転範囲を前記混合整数数式モデルの一部として記憶することを特徴とする請求項1記載のプロセス運転計画システム。
  3. 前記混合整数数式モデル記憶手段は、前記混合整数数式モデルを複数記憶し、前記概要計画手段は、前記混合整数数式モデル記憶手段に記憶されている前記複数の混合整数数式モデルに対応して複数の概要計画を算出し、前記詳細計画手段は、前記概要計画手段により算出される前記複数の概要計画に対応して複数の詳細計画を算出し、前記詳細計画手段により算出される前記複数の詳細計画の中から実行可能で且つコストが適切な詳細計画を選択する詳細計画選択手段をさらに具備し、前記計画出力手段は、前記詳細計画選択手段により選択された前記詳細計画を出力することを特徴とする請求項1または2記載のプロセス運転計画システム。
  4. 前記プロセスデータまたは前記混合整数数式モデルと共に前記非線形数式モデルを表示し、この表示に応じた利用者からの入力に基づき前記混合整数数式モデル記憶手段により記憶される前記混合整数数式モデルを修正する数式モデル表示修正手段をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3記載のプロセス運転計画システム。
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