JP4300092B2

JP4300092B2 - プラント運用計画導出装置

Info

Publication number: JP4300092B2
Application number: JP2003350963A
Authority: JP
Inventors: 川勝也横; 本義行坂; 崎謙一山; 岡由紀夫平; 淳八重樫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: JP2005115765A

Description

本発明は、プラントシステムとしての浄水場において用いられるプラント運用計画導出装置に関するものである。

浄水場において浄水池から受水池まで効率的且つ安定な送水を行う場合、需要予測及びその他の条件を考慮して１日の運用計画を導出し、この導出した運用計画に基づきプラントの運転を実施するようにしている。この運用計画導出にあたっては、一般に、受水池に対する浄水の供給量を離散的に扱い、適切に選択された供給量、及び予測需要等に基づき、制御上の誤差や運転コストが最小になるように最適化を行っている。

これまで、プラント運用計画の最適化演算の手法のひとつとして、遺伝的アルゴリズム(ＧＡ)が適用されてきた(例えば、特許文献１参照)。遺伝的アルゴリズムによれば、送水量や浄水処理量といった供給量を離散的に扱い、その離散量をより細かく定義することにより最適な運用計画を求めることが可能となる。

また、浄水の供給量設定値を含む各種パラメータを演算する手法もある（例えば、特許文献２参照）。この手法では、評価値の分布状況をもとに適切なパラメータの予測をおこなっている。
特開２００１−２１４４７０号公報特開２０００−１３２５３５号公報

しかし、特許文献１に係る手法では次のような課題がある。すなわち、システム稼働後ある程度の期間が経過すると、種々の条件の変化により運用計画が次第に実情と合わなくなってくることがある。例えば、運用計画作成に時間がかかりすぎて制御が間に合わなくなるような事態が生じることである。このような場合、オペレータは浄水の供給量の値を新たに設定し直すなどして運用計画作成の仕方の変更を検討する必要がある。

ところが、複数の浄水場から複数の受水池への送水計画といった広域プラントを対象とし、供給源となる浄水場などから受水池などへの供給量を離散量で定義してそのプラント運用計画を演算する場合、離散間隔を細かくすると最適化の問題規模が増大し、演算時間の増大を招くこととなる。また、離散間隔を大きくすると演算時間は短縮されるものの、不要な台数制御が発生したり、不必要な電力量を消費してしまい、評価値が低下することになる。また、特許文献２に係る手法では、演算時間を評価していないため、十分な結果を得られていないのが実情である。

プラントの広域監視化に伴い、効率的かつ安定的な上水道プラント運用を実現し、かつ、実用性を失うことなく高速にプラント運用計画を作成するためには、演算時間を考慮して供給量設定値といった各パラメータを適切に決定することが重要となる。また、プラントの複雑化・大規模化に伴って、最適あるいは近似的に最適なプラント運用計画を実用的な時間内で迅速に演算することが困難となりつつあり、演算規模の増大により、プラント運用最適化演算に適切な供給量設定値といった各種パラメータ設定値の設定範囲も増大し、それを調整する技術者の負担が多くなっている状況である。そのため、広域プラントにおいて、各種パラメータの調整を技術者の負担とすることなく自動的に求めることができるプラント運用計画導出装置の実現が望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、プラント運用計画の最適化演算においても高速で最適な（又は、近似的に最適な）運用計画を導出できる供給量設定値を、技術者が試行錯誤の末に設定するのではなく、演算時間と評価値とのトレードオフを考慮しつつ、自動的に且つ適切に設定できるようにすることにより、技術者の負担を軽減すると共に、より好適なプラント運用計画を導出することが可能なプラント運用計画導出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、予測需要に基づき、プラントシステムとしての浄水場の浄水池から受水池へ、供給対象物としての浄水を供給する場合の供給量に関する運用計画を導出するプラント運用計画導出装置において、少なくとも前記浄水の需要予測値を含む、前記運用計画を導出するために必要なデータを入力するデータ入力手段と、前記データ入力手段からのデータに基づく演算を行い、離散的に表された複数の供給量設定値を用いて、下記（１）式の目的関数Fが最小となるように、前記運用計画の作成を行う最適計画演算手段と、少なくとも、前記最適計画演算手段が作成した前記運用計画、この作成した運用計画に対する評価値、及びこの作成に要した演算時間を含むデータを出力するデータ出力手段と、前記データ出力手段が出力する前記評価値及び前記演算時間についての過去実績データを保存するデータ記憶手段と、浄水場稼働後に前記最適計画演算手段が作成した運用計画が実情と合わなくなった場合に起動され、前記データ記憶手段が保存する過去実績データ、及び前記データ出力手段が出力する前記最適計画演算手段の演算結果を用いて、前記評価値及び前記演算時間の双方が好適となるように、下記（２）式で表される制約条件の下に、下記（３）式の目的関数ｆを最小化し得る供給量設定値離散間隔についての演算を行う供給量設定値離散間隔演算手段と、を備え、前記最適計画演算手段は、前記供給量設定値離散間隔演算手段が演算した前記供給量設定値離散間隔を有する複数の供給量設定値を用い、前記実情と合わなくなってきた運用計画を実情と合致するように、前記運用計画を作成し直すものである、ことを特徴とする。

minimize Ｆ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ …… （１）
Ｆ：［目的関数］
Ａ：［浄水場送水量の変化］
Ｂ：［各受水池目標水位との誤差］
Ｃ：［運用コスト］

Ｔ≦Ｔmax …… （２）

Ｔ：演算時間〔s〕
Ｔmax：許容演算時間〔s〕
ｆ：目的関数
Ｅ：評価値〔-〕（Ｅ＝１／Ｆの関係となる）
Ｗ1：演算時間に関する重み係数〔-〕
Ｗ2：評価値に関する重み係数〔-〕
ｘ：供給量設定値離散間隔〔m3/h〕
ｉ：受水池又は系統の番号（１〜Ｎのいずれかの値）

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記供給量設定値離散間隔は等間隔である、ことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記供給量設定値離散間隔は遺伝的アルゴリズムにより設定された任意間隔である、ことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記供給量設定値離散間隔演算手段は、前記データ出力手段から出力される前記最適計画演算手段の演算結果に含まれる演算時間が、予め設定されている許容値を超えた時点で前記供給量設定値離散間隔の演算を終了するものである、ことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記浄水場の経年変化又は季節の変動、その他予め設定された判定基準に基づき、現在の供給量設定値離散間隔を更新する必要があると判定した場合に、前記供給量設定値離散間隔演算手段に更新指令を出力して新たに演算した供給量設定値離散間隔を前記最適計画演算手段に出力させるようにする離散間隔更新判定手段を、備えたことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記供給量設定値離散間隔を手動操作により設定することが可能な離散間隔手動設定手段を、備えたことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記供給量設定値離散間隔演算手段は、前記浄水池から受水池に至る管路抵抗を考慮して、送水ポンプの運転台数切換地点付近に前記供給量設定値が設定されることを回避するように、前記供給量設定値離散間隔の演算を行うものである、ことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記供給量設定値離散間隔演算手段は、前記浄水システムの浄水池から受水池への浄水の供給が自然流下により行われるものである場合に、流量調節弁の有効流量特性を考慮して、開度変化に対する流量変化が大きい領域及び小さな領域を除外した設定領域内に前記供給量設定値が設定されるように、前記供給量設定値離散間隔の演算を行うものである、ことを特徴とする。

本発明によれば、プラント運用計画の最適化演算においても高速で最適な（又は、近似的に最適な）運用計画を導出できる供給量設定値を、技術者が試行錯誤の末に設定するのではなく、演算時間と評価値とのトレードオフを考慮しつつ、自動的に且つ適切に設定できるようにすることにより、技術者の負担を軽減すると共に、より好適なプラント運用計画を導出することが可能なプラント運用計画導出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図１乃至図７を参照しつつ説明する。

図２は、浄水場に設置されている浄水池から市町村の所定場所に設置されている各受水池までのシステム構成を示す説明図である。この図において、図示を省略しているろ過池からのろ過水が総ろ過流量計TFMを介して、水位計WLその他のセンサが設けられている浄水池FPに送られるようになっている。浄水池FPに貯溜された浄水は、２台の送水ポンプP1，P2により第１〜第Ｎの系統に送られるようになっている。そして、第１〜第Ｎの系統に送られてきた浄水は、流量計AFM1〜AFMN及び流量調整弁FV1〜FVNを通って、水位計RWL1〜RWLN及びその他のセンサが設けられている受水池RP1〜RPNに貯溜され、更に受水池RP1〜RPNに貯溜された浄水は流量計BFM1〜BFMNを通って各配水区域へ配水されるようになっている。

浄水池FPから各系統への合計供給量に関する浄水場送水計画SPLの作成にあたっては、送水ポンプP1，P2の運転台数切換を極力少なくするように平滑化することが要求される。浄水場送水計画SPLを作成する場合は、まず、需要予測値DE1〜DENを求め、その後に運用計画UPL1〜UPLN及び受水池水位DRWL1〜DRWLNを求めるようにする。本発明は、流量調整弁FV1〜FVNから受水池RP1〜RPNへの浄水の各供給量を適正に設定することにより最適な運用計画UPL1〜UPLNを作成する技術に関するものである。なお、図２のシステム構成では、浄水池FPから受水池RP1〜RPNへの送水を送水ポンプP1，P2を用いて行っているが、場合によっては自然流下により行うこともある。その場合には送水ポンプP1，P2が省略された構成となる。

図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。この図に示すように、この実施形態に係る装置は、データ入力手段１、最適計画演算手段２、データ出力手段３、表示手段４、データ記憶手段５、及び供給量設定値離散間隔演算手段６を備えている。

データ入力手段１は、オペレータの操作に基づき、需要予測値、あるいはプロセス機器構成に関する各種パラメータ等のデータを最適計画演算手段２へ出力するものである。ここで、需要予測値とは、各受水池の需要量をある単位時間ごとに予測した値である。その予測方法としては、統計的な手法や最小自乗法、GMDH（Grouping Method of Data Handling）などの各種同定手法、ニューラルネットワークによる方法などが考えられるが、特に手法を限定するものではなく、どの手法でもよい。例えば、需要予測したい日の天気予報や最高または最低気温予報といった天候情報やそれまでに得られた天候情報の実績値や需要量実績値などに基づいて、ある単位時間ごとにある時刻分までの需要量を予測したものを需要予測値とする。なお、システム導入時は、運用計画を導出したい日時の需要量を手動(シミュレーション用)又は自動で入力したものでもよい。また、データ入力手段から入力するプロセスの機器構成に関する各種パラメータは、受水池断面積や受水池上下限値といったプロセスごとに不変の設定値である。

最適計画演算手段２は、データ入力手段１からの上記データを入力し、離散的に表された複数の供給量設定値を用いて最適化手法によりプラント運用計画を演算し、これをデータ出力手段３に出力するようになっている。このとき、プラント運用計画と共に、評価値及び演算時間についてもデータ出力手段３に出力する。

データ出力手段３は、最適計画演算手段２で得られたプラント運用計画、及び供給量設定値を表示手段４に出力し、その内容を画面に表示させるようになっており、また、運用計画、評価値、及び演算時間のデータを過去実績データとしてデータ記憶手段５に出力するようになっている。

データ記憶手段５に保存された、これらの過去実績データは供給量設定値離散間隔演算手段６が供給量設定値離散間隔を演算する場合に用いられることになる。また、供給量設定値離散間隔演算手段６が演算動作中である場合、データ出力手段３は、最適計画演算手段２からの運用計画、評価値、及び演算時間のデータを直ちに供給量設定値離散間隔演算手段６に出力するようになっている。これにより、供給量設定値離散間隔演算手段６は、好適な供給量設定値離散間隔を演算することができる。

次に、最適計画演算手段２が行う演算の内容につき説明する。最適計画演算手段２では、需要予測値及び供給量設定値、更に受水池、浄水池、排水池等の容量、運用水位上下限値などの各種パラメータに基づいてプラント運用計画を演算するが、この場合、浄水池や受水池の運用水位が上下限を逸脱したり需要予測値に対して不足するようなことがないように、あるいは、総ろ過流量や送水量に急激な変化が生じないように演算を行う。また、この際、運用コストについてもできるだけ低減化するよう考慮して演算を行う。なお、定式化の方法は、どのような送水計画を最適化したいかによって異なるので多種多様であるが、例えば広域上水道プラントの場合、以下のように目的関数を設定すると共に制約条件を付することにより定式化を行うようにする。

（１）＜目的関数の設定＞
目的関数をＦとすると、このＦはＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃで表され、（１）式のようにＦを最小化し得るように最適計画演算手段２は各受水池に対する運用計画を演算する。そして、最適計画演算手段２は、Ｆの逆数すなわち１／Ｆを評価値としてデータ出力手段３に出力する。なお、本発明では、この評価値を用いて浄水の供給量設定値の設定を行うので、本発明の技術を適用し得るシステムは、目的関数を設定することができ、この目的関数から評価値を得ることのできるシステムであることが前提である。

minimize Ｆ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ …… （１）
Ｆ：［目的関数］
Ａ：［浄水場送水量の変化］
Ｂ：［各受水池目標水位との誤差］
Ｃ：［運用コスト］
ここで、「浄水場送水量の変化」を目的関数に入れ、その最小化（つまり平坦化）を図っているのは、送水ポンプP1，P2の起動・停止回数の低減化を図るためである。そして、浄水場送水量は、受水池RP1〜受水池RPNへの供給量の総和として表される。「各受水池目標水位との誤差」を最小化するにあたっては、朝方の受水池水位を上限値近傍にし、朝方の需要量の急激な変動に備えたり、夜間に受水池の浄水をある程度使い切るようにし、また、最終時刻での水位を常に一定にして浄水の安定供給の実現を図るようにする。「運用コスト」を最小化するにあたっては、ポンプ動力等に関する電力料金の低減化を深夜電力の活用により図るようにする。

（２）＜制約条件の付加＞
制約条件としては、第一に、各受水池の容量に基づく水位上下限値を満たした送水運用を実現しなければならないという条件、第二に、送水ポンプP1，P2の能力に基づく制限を考慮し、送水量の急激変動を抑制しながら送水運用を実現しなければならないという条件などがある。

次に、供給量設定値離散間隔演算手段６が行う演算の内容につき説明する。供給量設定値離散間隔演算手段６は、（２）式で表される制約条件の下に、（３）式で示されるように、目的関数ｆを最小化し得る供給量設定値離散間隔の設定を行う。

Ｔ≦Ｔmax …… （２）

Ｔ：演算時間〔s〕
Ｔmax：許容演算時間〔s〕
ｆ：目的関数
Ｅ：評価値〔-〕（Ｅ＝１／Ｆの関係となる）
Ｗ1：演算時間に関する重み係数〔-〕
Ｗ2：評価値に関する重み係数〔-〕
ｘ：供給量設定値離散間隔〔m3/h〕
ｉ：受水池又は系統の番号（１〜Ｎのいずれかの値）

図３は、供給量設定値離散間隔演算手段６が（３）式に基づき演算した離散間隔を有する複数の供給量設定値を各受水池について示した図表である。この図表において、供給量下限値Ｓ0及び供給量上限値Ｓmは、送水ポンプP1，P2の能力あるいはその他の条件により決められている固定値であり、この両固定値の間の各設定値は可変値である。

すなわち、図３の図表は、供給量設定値離散間隔演算手段６が（３）式に基づき演算した離散間隔を用いて両固定値間を等間隔に分けることにより得られる各供給量設定値Ｓ1〜Ｓm-1を、下限値Ｓ0及び上限値Ｓmと共に示したものであり、最適計画演算手段２が運用計画演算の際に用いることができる複数の供給量設定値候補をテーブル形式で示したものである。そして、この図表における右端には「流量ステップ数」つまり、下限値Ｓ0及び上限値Ｓmを含んだ全ての設定値の数（ｍ＋１通り）が記載されている。例えば、受水池RPNについて、供給量設定値離散間隔演算手段６は離散間隔を２０〔m³/h〕と演算しており、最適計画演算手段２が運用計画演算の際に用いることができる設定値は０，２０，４０，６０，８０，１００〔m³/h〕の６通りである。この離散間隔を仮に１０〔m³/h〕に小さくしたとすると、同様に最適計画演算手段２が運用計画演算の際に用いることができる設定値は０，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０．８０，９０，１００〔m³/h〕の１１通りになり、演算規模が約２×１０⁶倍と指数関数的に増大することになる。

図４は、供給量設定値離散間隔演算手段６が（３）式及び遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）の手法に基づき演算した離散間隔を有する複数の供給量設定値を各受水池について示した図表である。図３の図表では、各設定値間の間隔は等間隔になっていたが、この図４の図表では等間隔ではなく任意の数となっている。したがって、この図４の図表に係る設定値を用いれば、最適計画演算手段２は運用計画をよりきめ細かく作成することができる。

次に、上記の遺伝的アルゴリズムの手法を図５のフローチャートに基づき説明する。なお、以下の説明における「個体」とは、図４に示したように、全ての受水池の設定値全体を指しており、「遺伝子」とは上下限値間の任意の離散間隔を示している。

＜ステップ１：初期個体群の生成＞
ランダムに遺伝子を割り当てて生成した固体を、それぞれ予め定義した個体数ｎ個だけ発生させる。

＜ステップ２：各固体の評価＞
与えられた遺伝子に基づき、最適計画演算手段２運用計画を導出し、その運用計画の評価値と演算時間を参照する。その後、(３)式によって評価値を求める。そのとき制約条件が存在すればチェックし、制約条件を満足しなければその個体の評価値を０とする。

＜ステップ３：淘汰処理＞
評価値の悪い(評価値の小さい)個体を予め定義した個体数だけ淘汰(削除)する。

＜ステップ４：交叉処理＞
ランダムにペアリングを行う。ペアリングは全個体数に対する割合（交叉率）分だけ行い、ペアごとに、ランダムに遺伝子座(遺伝子の場所)を選び、一点交叉(選んだ遺伝子の場所から交互に遺伝子のセットを交換)させる。なお、交叉処理は同じ受水池番号同士で行う。

＜ステップ５：突然変異処理＞
全個体数に対する割合（突然変異率）分だけランダムに個体を選び、各個体の任意（ランダムに決定する）の遺伝子座の遺伝子を変更させる。

＜ステップ６：終了判定処理＞
すなわち、ステップ２〜５の処理が設定回数以上繰り返し行われたか否かを判定し、設定回数以上繰り返されていればアルゴリズムを終了する。ステップ２における運用計画の評価値は、最適計画演算手段２が運用計画の評価値及び演算時間を導出した後に求まるため、ステップ２では、毎回最適計画演算を行うようにする。

供給量設定値離散間隔演算手段６は、上述した（３）式及び遺伝的アルゴリズムに基づき離散間隔を演算し、最適計画演算手段２はこの演算された離散間隔を有する複数の供給量設定値を用いて運用計画の作成を行う。このとき、既述したように、供給量設定値離散間隔演算手段６は、最適計画演算手段２の運用計画作成に要した演算時間Ｔをデータ出力手段３を介して入力しており、この演算時間Ｔが（２）式の許容演算時間Ｔmaxを超えた時点で演算を終了し、それ以上の無駄な演算動作を行わないようにする。

次に、上記のように構成される図１の第１の実施形態の動作につき説明する。但し、最適計画演算手段２が運用計画作成のために用いる供給量設定値はシステム導入時点において既に設定済みであるものとする。

オペレータは、各受水池毎のある１日の運用計画を作成すべく、前日に需要予測値及び各種パラメータを、表示手段４の画面を見ながらデータ入力手段１から最適計画演算手段２に入力する。最適計画演算手段２は、この需要予測値及び各種パラメータ、並びに既に設定済みの供給量設定値を用いて運用計画を作成し、この作成した運用計画と共に、評価値及び演算時間をデータ出力手段３に出力する。

データ出力手段３は、作成した運用計画と、そのときに用いられる供給量設定値とを表示手段４に出力し、また、運用計画、評価値、及び演算時間をデータ記憶手段５に出力する。データ記憶手段５は、これらを過去実績データとして保存する。

そして、オペレータは、最適計画演算手段２により得られた各受水池毎の運用計画に基づき浄水場送水計画の作成を行うようにする。つまり、オペレータは、通常の日常業務においては、単に、需要予測値及び各種パラメータを入力して最適計画演算手段２に運用計画を作成させるだけであり、供給量設定値離散間隔演算手段６を用いることはしない。

しかし、システム稼働後ある程度の期間が経過すると、種々の条件の変化により運用計画が次第に実情と合わなくなってくることがある。例えば、運用計画にしたがって各受水池に対して浄水の供給を行った場合に各受水池の水位が目標値から大きくずれてしまったり、あるいは運用計画作成に時間がかかりすぎて制御が間に合わなくなる虞も出てくる。

このような場合、オペレータは、供給量設定値離散間隔演算手段６を起動して供給量設定値の新たな離散間隔を演算させる。これにより、供給量設定値離散間隔演算手段６は、データ記憶手段５に保存されている、運用計画、評価値、及び演算時間についての過去実績データに基づき離散間隔を演算し、これを最適計画演算手段２に出力する。最適計画演算手段２は、この演算された新たな離散間隔を有する複数の供給量設定値を用いて最適化された運用計画を作成する。そして、このとき作成された運用計画、及びそのときの評価値及び演算時間はデータ出力手段３を介して供給量設定値離散間隔演算手段６に入力される。つまり、前述の（１）式の目的関数Ｆが最小化されるまで、供給量設定値離散間隔演算手段６、最適計画演算手段２、データ出力手段３を結ぶループ上でデータの循環が行われる。この際、演算時間Ｔが許容演算時間Ｔmaxを超えたらその時点で演算は終了することになる。

このように、図１の構成によれば、種々の条件の変化により運用計画が次第に実情と合わなくなってきたような場合に、オペレータは、供給量設定値離散間隔演算手段６を起動して新たな離散間隔を演算させ、最適計画演算手段２にこの離散間隔を有する複数の供給量設定値を用いて運用計画を作成させることができる。この新たな離散間隔は、評価値と演算時間とのバランスを考慮した上で演算したものであるため、この離散間隔を有する供給量設定値で作成した運用計画は実情と合致したものとなる。

図６は、本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。この図６の構成は、図１の構成に離散間隔更新判定手段７、及び離散間隔手動設定手段８を付加したものである。

離散間隔更新判定手段７は、システム導入後に最適計画演算手段２が現在適用中である供給量設定値が適正なものでなくなり、この供給量設定値の離散間隔を更新すべきものになったかどうかを、データ記憶手段５に保存されている過去実績データを用いて判定するものである。例えば、システムの経年変化や、季節の変動により、供給量設定値の離散間隔を更新すべき必要が生じることがあるので、そのような場合に離散間隔更新判定手段７が判定を行う。

また、離散間隔更新判定手段７の判定如何にかかわらず、オペレータが自らの判断に基づき供給量設定値の離散間隔を更新したい場合もある。そこで、この実施形態では離散間隔手動設定手段８が付加されている。オペレータは、この離散間隔手動設定手段８を操作して更新指令を供給量設定値離散間隔演算手段６に出力することにより、強制的に現在使用されている供給量設定値の離散間隔を更新させることができるようになっている。

ところで、浄水場のプラントシステムにおいて、送水ポンプによる送水、又は自然流下による送水を行う場合は、特有の注意すべき事項がある。以下、これにつき説明しておく。

図７は、２台の送水ポンプP1，P2の能力特性と、浄水池FPから受水池RP1〜RPNに至る管路の管路抵抗曲線との関係を示した説明図である。この図に示すように、送水ポンプを１台又は２台用いる場合の運転範囲は吐出量Ｑ0〜Ｑ2の範囲であり、全揚程Ｈはこの運転範囲における管路抵抗を超えていなければならない。したがって、通常は、吐出量Ｑ0〜Ｑ1の範囲では「ポンプ１台単独１００％」での運転を行い、吐出量Ｑ1〜Ｑ2の範囲では「ポンプ２台並列１００％」での運転を行うことになる。したがって、もし吐出量がＱ1又はＱ2付近になるように供給量設定値の離散間隔が設定されると、送水ポンプの運転台数が頻繁に切り換わる事態が発生する虞がある。よって、供給量設定値離散間隔演算手段６が離散間隔を演算する場合、送水ポンプの運転地点がＱ1，Ｑ2となるのを回避するようにすることが好ましい。

図８は、流量調節弁FV1〜FVNについての有効流量特性を示す説明図である。各流量調節弁は、損失係数の値に応じて固有の有効流量特性を持っており、損失係数Ｃpが小さくなるほど（つまり抵抗が大きくなるほど）流量制御が不可能な領域が拡大する。また、最大弁開度付近の領域では開度変化に対して流量変化が大きくなり、また、損失係数が小さい調節弁の場合最小弁開度付近の領域では開度変化に対して流量変化が小さくなる。したがって、使用可能な弁開度の設定範囲もこれらの領域が除外されるように、供給量設定値の離散間隔を設定することが好ましい。

本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図。上記第１の実施形態の適用対象となる浄水池から各受水池までのシステム構成を示す説明図。図１における供給量設定値離散間隔演算手段６が演算した離散間隔（等間隔）を有する複数の供給量設定値を各受水池について示した図表。図１における供給量設定値離散間隔演算手段６が演算した離散間隔（任意間隔）を有する複数の供給量設定値を各受水池について示した図表。図１における供給量設定値離散間隔演算手段６が離散間隔を演算する場合に用いる遺伝的アルゴリズムについて説明するためのフローチャート。本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図。本発明の技術を浄水場に適用する場合の注意事項を説明するためのポンプ能力特性図。本発明の技術を浄水場に適用する場合の注意事項を説明するための流量調節弁有効流量特性図。

符号の説明

１データ入力手段
２最適計画演算手段
３データ出力手段
４表示手段
５データ記憶手段
６供給量設定値離散間隔演算手段
７離散間隔更新判定手段
８離散間隔手動設定手段
TFM 総ろ過流量計
FP 浄水池
WL 水位計
P1，P2 送水ポンプ
AFM1〜AFMN 流量計
FV1〜FVN 流量調節弁
RP1〜RPN 受水池
RWL1〜RWLN 水位計
BFM1〜BFMN 流量計
SPL 浄水場送水計画
UPL1〜UPLN 運用計画
RWL1〜RWLN 受水池水位
DE1〜DEN 需要予測値

Claims

予測需要に基づき、プラントシステムとしての浄水場の浄水池から受水池へ、供給対象物としての浄水を供給する場合の供給量に関する運用計画を導出するプラント運用計画導出装置において、
少なくとも前記浄水の需要予測値を含む、前記運用計画を導出するために必要なデータを入力するデータ入力手段と、
前記データ入力手段からのデータに基づく演算を行い、離散的に表された複数の供給量設定値を用いて、下記（１）式の目的関数Fが最小となるように、前記運用計画の作成を行う最適計画演算手段と、
少なくとも、前記最適計画演算手段が作成した前記運用計画、この作成した運用計画に対する評価値、及びこの作成に要した演算時間を含むデータを出力するデータ出力手段と、
前記データ出力手段が出力する前記評価値及び前記演算時間についての過去実績データを保存するデータ記憶手段と、
浄水場稼働後に前記最適計画演算手段が作成した運用計画が実情と合わなくなった場合に起動され、前記データ記憶手段が保存する過去実績データ、及び前記データ出力手段が出力する前記最適計画演算手段の演算結果を用いて、前記評価値及び前記演算時間の双方が好適となるように、下記（２）式で表される制約条件の下に、下記（３）式の目的関数ｆを最小化し得る供給量設定値離散間隔についての演算を行う供給量設定値離散間隔演算手段と、
を備え、前記最適計画演算手段は、前記供給量設定値離散間隔演算手段が演算した前記供給量設定値離散間隔を有する複数の供給量設定値を用い、前記実情と合わなくなってきた運用計画を実情と合致するように、前記運用計画を作成し直すものである、
ことを特徴とするプラント運用計画導出装置。

minimize Ｆ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ …… （１）
Ｆ：［目的関数］
Ａ：［浄水場送水量の変化］
Ｂ：［各受水池目標水位との誤差］
Ｃ：［運用コスト］

Ｔ≦Ｔmax …… （２）

Ｔ：演算時間〔s〕
Ｔmax：許容演算時間〔s〕
ｆ：目的関数
Ｅ：評価値〔-〕（Ｅ＝１／Ｆの関係となる）
Ｗ1：演算時間に関する重み係数〔-〕
Ｗ2：評価値に関する重み係数〔-〕
ｘ：供給量設定値離散間隔〔m3/h〕
ｉ：受水池又は系統の番号（１〜Ｎのいずれかの値）
前記供給量設定値離散間隔は等間隔である、
ことを特徴とする請求項１記載のプラント運用計画導出装置。
前記供給量設定値離散間隔は遺伝的アルゴリズムにより設定された任意間隔である、
ことを特徴とする請求項１記載のプラント運用計画導出装置。
前記供給量設定値離散間隔演算手段は、前記データ出力手段から出力される前記最適計画演算手段の演算結果に含まれる演算時間が、予め設定されている許容値を超えた時点で前記供給量設定値離散間隔の演算を終了するものである、
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ラント運用計画導出装置。
前記浄水場の経年変化又は季節の変動、その他予め設定された判定基準に基づき、現在の供給量設定値離散間隔を更新する必要があると判定した場合に、前記供給量設定値離散間隔演算手段に更新指令を出力して新たに演算した供給量設定値離散間隔を前記最適計画演算手段に出力させるようにする離散間隔更新判定手段を、
備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラント運用計画導出装置。
前記供給量設定値離散間隔を手動操作により設定することが可能な離散間隔手動設定手段を、
備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラント運用計画導出装置。
前記供給量設定値離散間隔演算手段は、前記浄水池から受水池に至る管路抵抗を考慮して、送水ポンプの運転台数切換地点付近に前記供給量設定値が設定されることを回避するように、前記供給量設定値離散間隔の演算を行うものである、
ことを特徴とする請求項１記載のプラント運用計画導出装置。
前記供給量設定値離散間隔演算手段は、前記浄水システムの浄水池から受水池への浄水の供給が自然流下により行われるものである場合に、流量調節弁の有効流量特性を考慮して、開度変化に対する流量変化が大きい領域及び小さな領域を除外した設定領域内に前記供給量設定値が設定されるように、前記供給量設定値離散間隔の演算を行うものである、
ことを特徴とする請求項１記載のプラント運用計画導出装置。