JP5874297B2 - 熱源制御装置、空調システム、熱源制御プログラムおよび熱源制御方法 - Google Patents
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Description
以下、図1を参照して、本発明の一実施形態における空調システム全体の構成の概略および熱源制御装置の構成について説明する。
本実施形態の熱源制御装置1は、予め空調熱源システム2の運用コストの最小化問題を混合整数計画問題として定式化しておき、制御周期ごとにこの問題を解くことによって、各熱源機器および搬送機器の運転制御を行うための状態変数を求めている。そこで、まず、一例として図1に示した空調熱源システム2に対して、このような混合整数計画問題を定式化する方法について説明する。
このとき、時刻kにおける運用コスト特性を、以下の式(2)のように、時変パラメータを有する線形離散事象モデルで表す。
ここで、冷凍機、冷却塔、および外気冷房の出力(冷却能力)を、それぞれ
の連続変数で表し、時刻kにおける制御入力(ベクトル)ukを、以下の式(4)のように定義する。
また、冷凍機、冷却塔、外気冷房、および共有ポンプPMの起動/停止(1/0)を、それぞれ
の0−1変数で表し、時刻kにおける起動/停止(ベクトル)δkを、以下の式(6)のように定義する。
なお、図1に示した空調熱源システム2においては、共有ポンプの台数NP=1となっている。
また、各熱源機器の冷却能力は以下の上下限制約式(8)を満たす。
さらに、熱源機器の急激な起動/停止の切り替えを防ぐため、以下の連続起動時間制約式(9)
および以下の連続停止時間制約式(10)
を課す。
ここで、共有ポンプPMを利用する熱源機器の冷却能力の和の最大値を
と定義している。ただし、太字の“ek”は太字の“uk”と同じサイズの単位ベクトルである。
ここで、
とする。また、
とすれば、
である。なお、式(18)において、“diag”はdiagonal matrixの略号であり、対角成分のみ保持する対角行列を意味する。また、式(16)と式(18)における、斜体の“0”は零行列であり、該当する箇所(行と列成分)が全て0により構成される。
以下、図2を適宜参照して、本実施形態における熱源制御装置の動作の概略について説明する。
以下、図3を参照して、混合整数計画演算部15の動作(混合整数計画演算処理)について説明する。本実施形態において、混合整数計画演算部15は、図3に示すような分枝限定法を用いて、定式化された混合整数計画問題を解いている。
と推定される。そして、例えば、それぞれの差の絶対値を
と求め、djが最大となる0−1変数を優先的に固定して部分問題を生成する。当該部分問題のうち、推定される目的関数値が小さい方の部分問題について先に解の探索を行うことによって、新たな暫定値z=z’が得られた場合(S409:YES、S411)には、他方の部分問題については、下界値テストによってただちに探索が終了する(S408:YES、S412)可能性が高くなる。
前述したように、計測値データベース11には、所定の計測周期で計測された外気温度・湿度などの計測値が入力され、混合整数計画演算部15は、当該計測値を考慮に入れて定式化された混合整数計画問題を、分枝限定法を用いて制御周期ごとに解いている。このように、オンラインで繰り返し分枝限定法を用いて混合整数計画問題を解く場合には、時間的に隣接する制御周期における問題の類似性を活用することができる。
2 空調熱源システム
3 温湿度計
11 計測値データベース
12 パラメータテーブル
13 時系列予測部
14 パラメータ推定部
15 混合整数計画演算部
16 制御部
L 冷却対象(負荷)
PM 共有ポンプ
R1〜RNR 冷凍機
C1〜CNC 冷却塔
A1〜ANA 外気冷房
Claims (9)
- 外気冷房を含む複数の熱源機器を備えた空調熱源システムの運転を制御する熱源制御装置であって、
所定の計測周期で計測された前記空調熱源システムの空調負荷および外気条件の計測値を時系列データとして格納する計測値データベースと、
前記計測値の時系列データに基づいて、前記計測周期の所定回数先までの所定期間における前記空調負荷および前記外気条件の予測値を時系列データとして求める時系列予測部と、
前記予測値の時系列データに基づいて、前記外気条件と対応付けられた前記複数の熱源機器のモデルパラメータを推定するパラメータ推定部と、
前記モデルパラメータに基づいて、所定の制御周期ごとの前記複数の熱源機器の運転状態を状態変数とし、少なくとも前記空調熱源システムの前記所定期間における運用コストの最小化を目的関数として定式化された混合整数計画問題を解き、少なくとも次の制御周期における前記状態変数を求める演算部と、
前記演算部の演算結果に基づいて前記複数の熱源機器の運転を制御する制御部と、
を有することを特徴とする熱源制御装置。 - 前記演算部は、直前の制御周期における演算結果を利用して前記混合整数計画問題を解くことを特徴とする請求項1に記載の熱源制御装置。
- 前記状態変数は、前記複数の熱源機器のそれぞれの停止または起動を表す0−1変数、および前記複数の熱源機器のそれぞれの出力を表す連続変数を含み、
前記演算部は、分枝限定法を用いて前記混合整数計画問題を解き、
前記分枝限定法においては、前記演算部は、前記0−1変数を0または1に固定する優先順位を決定するための指標値を求め、当該求めた指標値を、前記混合整数計画問題を解くのに利用するとともに、次の制御周期における前記指標値の初期値として利用することを特徴とする請求項2に記載の熱源制御装置。 - 前記外気条件は、外気温度および外気湿度を含み、
前記パラメータ推定部は、前記モデルパラメータが前記外気温度および前記外気湿度と対応付けられたパラメータテーブルを参照して前記モデルパラメータを求めることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載の熱源制御装置。 - 請求項4に記載の熱源制御装置と、
前記空調熱源システムと、
前記外気温度および前記外気湿度を計測する温湿度計と、
を備えることを特徴とする空調システム。 - 前記複数の熱源機器は、冷凍機および冷却塔をさらにを含むことを特徴とする請求項5に記載の空調システム。
- 外気冷房を含む複数の熱源機器を備えた空調熱源システムの運転を制御する制御部と、
所定の計測周期で計測された前記空調熱源システムの空調負荷および外気条件の計測値を時系列データとして格納する記憶部と、
を備えるコンピュータに、
前記計測値の時系列データに基づいて、前記計測周期の所定回数先までの所定期間における前記空調負荷および前記外気条件の予測値を時系列データとして求める時系列予測処理と、
前記予測値の時系列データに基づいて、前記外気条件と対応付けられた前記複数の熱源機器のモデルパラメータを推定するパラメータ推定処理と、
前記モデルパラメータに基づいて、所定の制御周期ごとの前記複数の熱源機器の運転状態を状態変数とし、少なくとも前記空調熱源システムの前記所定期間における運用コストの最小化を目的関数として定式化された混合整数計画問題を解き、少なくとも次の制御周期における前記状態変数を求め、前記制御部に入力する演算処理と、
を実行させることを特徴とする熱源制御プログラム。 - 前記外気条件は、外気温度および外気湿度を含み、
前記記憶部は、前記モデルパラメータが前記外気温度および前記外気湿度と対応付けられたパラメータテーブルを予め格納しており、
前記パラメータ推定処理は、前記パラメータテーブルを参照して前記モデルパラメータを求めることを特徴とする請求項7に記載の熱源制御プログラム。 - 外気冷房を含む複数の熱源機器を備えた空調熱源システムの運転を制御する熱源制御方法であって、
所定の計測周期で計測された前記空調熱源システムの空調負荷および外気条件の計測値の時系列データに基づいて、前記計測周期の所定回数先までの所定期間における前記空調負荷および前記外気条件の予測値を時系列データとして求め、
前記予測値の時系列データに基づいて、前記外気条件と対応付けられた前記複数の熱源機器のモデルパラメータを推定し、
前記モデルパラメータに基づいて、所定の制御周期ごとの前記複数の熱源機器の運転状態を状態変数とし、少なくとも前記空調熱源システムの前記所定期間における運用コストの最小化を目的関数として定式化された混合整数計画問題を解き、少なくとも次の制御周期における前記状態変数を求め、
求めた前記状態変数に基づいて前記複数の熱源機器の運転を制御することを特徴とする熱源制御方法。
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