JP6283606B2 - Pump operation planning system and pump operation planning method - Google Patents
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Description
本発明は、ポンプ運用計画システムおよびポンプ運用計画方法に関するものであり、具体的には、任意の時間帯における電力使用の各種要請に対応し、送配水システムにおいて各条件を踏まえた好適な電力使用形態を確立する計画の立案を可能とする技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pump operation planning system and a pump operation planning method, and more specifically, suitable power usage based on various conditions in a transmission and distribution system in response to various requests for power usage in an arbitrary time zone. The present invention relates to a technology that enables a plan to establish a form.
資源コストの高止まりが常態化する状況等もあり、電力需要家に需要抑制を促して電力消費のピークカットや平準化を図るいわゆるデマンドレスポンスの手法が注目されている。そこで、こうしたデマンドレスポンスに関する従来技術として、以下の技術が提案されている。 There is a situation where resource costs remain high, and so-called demand response techniques are attracting attention that encourage power consumers to reduce demand and achieve peak cuts and leveling of power consumption. Therefore, the following techniques have been proposed as conventional techniques related to such demand response.
すなわち、節電要請に応えられるピークシフト送水計画の提供を目的として、浄水池から配水池への送水における電力消費を、電力料金および前記配水池の水位に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせるピークシフト工程を含むピークシフト送水計画方法(特許文献1参照)などが提案されている。この技術においては、1日の送水量を電力料金
が最も安い時間帯である夜間時にピークが来るよう電力料金テーブルに基づいて計画する。このとき、最低水位を下回らずデマンドを超えないようにピークシフトの送水量を決定する。その後水位を基準に最安単価終了時刻やその他の送水量を決定する。最大単価時間帯は送水しなければ水位が維持できない場合は送水する。
In other words, for the purpose of providing a peak shift water transmission plan that can respond to power saving requests, the power consumption in the transmission from the water purification pond to the distribution reservoir is shifted from the time zone where the power saving request is made, based on the power rate and the water level of the distribution reservoir A peak shift water supply planning method including a peak shift process (see Patent Document 1) has been proposed. In this technology, the amount of water delivered per day is planned based on the power rate table so that the peak will come at night, which is the time zone when the power rate is the cheapest. At this time, the amount of peak shift is determined so that it does not fall below the minimum water level and does not exceed the demand. After that, the lowest unit price end time and other water supply amount are determined based on the water level. If the water level cannot be maintained unless water is supplied during the maximum unit price period, water is supplied.
浄水場と水需要家とを結ぶ送配水システムにおける配水池は、浄水場からポンプ圧送されてくる水を一旦蓄え、これを下流の配水対象に向けポンプを介して供給する、いわゆるバッファ機能を果たすものである。こうした配水池は、大規模災害に伴う一部機能停止など非常時の給水に備えるべく、容量に余裕を持たせた仕様となっているケースが多い。そのため、従来技術の如く送水時間帯の変更を行うとしても水位維持が図りやすく、節電要請に応えやすい施設の一つとされる。 The distribution pond in the water distribution system that connects the water treatment plant and the water customer temporarily stores the water pumped from the water purification plant and supplies it to the downstream water distribution target via a pump. Is. In many cases, these reservoirs are designed with a sufficient capacity to prepare for emergency water supply such as partial outages due to large-scale disasters. For this reason, even if the water supply time zone is changed as in the prior art, it is easy to maintain the water level and is considered as one of the facilities that can easily respond to power saving requests.
ところが従来においては、電力料金テーブルにて規定する特定の時間帯に基づいて送水計画を行う構成となっており、任意の時間帯に関する節電要請に対し、柔軟に対応することは困難である。そうした節電要請が、例えば5分先などごく近い将来に関するものであれば、その困難さは更に増し、実際には対応出来ない事態となる。 However, conventionally, the water transmission plan is configured based on a specific time zone defined in the power rate table, and it is difficult to flexibly respond to a power saving request for an arbitrary time zone. If such a power-saving request is for the very near future, for example 5 minutes away, the difficulty will be further increased and it will not be possible to respond in practice.
また、電力料金には着目するものの、時間変化するはずの配水池の上下限水位や送水可能量など、送配水システムにおいて重要な各条件を併せて踏まえることなく計画策定を行う場合、各配水池の配置や配水池間の接続形態、或いはポンプの運用形態など実際の送配水システムの構成に則した計画内容を得られないという問題もあった。 In addition, when paying attention to power charges, but planning without taking into account each important condition in the transmission and distribution system, such as the upper and lower limit water levels of the distribution reservoirs that should change over time and the amount of water that can be transferred, the location of each distribution reservoir There is also a problem that it is impossible to obtain the plan contents according to the actual configuration of the water transmission and distribution system such as the connection form between the distribution reservoirs and the operation form of the pump.
一方、上述のデマンドレスポンスとは逆に、再生可能エネルギーによる非安定的な発電形態の増加に伴い、送電系統にて過剰となる電力の消費要請を行う場合も想定されるが、勿論、従来技術ではこうした状況に対応して計画を立案することは出来ない。 On the other hand, contrary to the demand response described above, there is a case where an excessive power consumption request is made in the power transmission system due to an increase in an unstable power generation form using renewable energy. It is not possible to make a plan in response to such a situation.
そこで本発明の目的は、任意の時間帯における電力使用の各種要請に対応し、送配水システムにおいて各条件を踏まえた好適な電力使用形態を確立する計画の立案を可能とする技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique that can make a plan for establishing a suitable power usage form based on each condition in a transmission and distribution system in response to various requests for power usage in an arbitrary time zone. It is in.
上記課題を解決する本発明のポンプ運用計画システムは、送配水システムの浄水池および配水池と、前記浄水池から前記配水池に送水を行うポンプの各情報を格納した記憶装置と、 所定の節電要請および前記各情報に基づき、前記節電要請が示す節電時間帯に関し、所定時間おきの前記ポンプの運転台数を決定変数、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和を目的関数とし、各配水池の担う配水区における時刻毎の水需要量予測値と該当配水池に送水するポンプの運転台数とに基づく各配水池の水位予測値が、所定の運用上下限を満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する演算装置と、を備えることを特徴とする。 The pump operation planning system of the present invention that solves the above problems includes a water purification pond and a water distribution pond of a water transmission / distribution system, a storage device that stores information on a pump that supplies water from the water purification pond to the water distribution pond, and a predetermined power saving Based on the request and each information, regarding the power saving time zone indicated by the power saving request, the number of operating pumps every predetermined time is a decision variable, and the sum of the average power consumption of each pump for a predetermined time at each time in the power saving time zone And the estimated water level for each reservoir based on the predicted water demand at each time in the distribution territory responsible for each reservoir and the number of operating pumps that supply water to the reservoir. An arithmetic unit that determines a planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by a mathematical programming algorithm under a constraint condition to be satisfied. To.
また、本発明のポンプ運用計画方法は、送配水システムの浄水池および配水池と、前記浄水池から前記配水池に送水を行うポンプの各情報を格納した記憶装置を備えたコンピュータシステムが、所定の節電要請および前記各情報に基づき、前記節電要請が示す節電時間帯に関し、所定時間おきの前記ポンプの運転台数を決定変数、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和を目的関数とし、各配水池の担う配水区における時刻毎の水需要量予測値と該当配水池に送水するポンプの運転台数とに基づく各配水池の水位予測値が、所定の運用上下限を満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、ことを特徴とする。 In the pump operation planning method of the present invention, a computer system including a storage pond of a water purification pond and a water distribution pond of a water transmission / distribution system and a pump that supplies water from the water purification pond to the water distribution pond is a predetermined system. Based on the power saving request and the information, the number of operating pumps at a predetermined time is determined as a variable for the power saving time zone indicated by the power saving request, and the average power consumption of the pump for a predetermined time at each time in the power saving time zone The estimated water level of each reservoir based on the predicted water demand at each time in the distribution territory responsible for each reservoir and the number of pumps operating to the relevant reservoir is calculated as the objective function. A planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone is determined by a mathematical programming algorithm under a constraint condition that the lower limit is to be satisfied.
本発明によれば、任意の時間帯における電力使用の各種要請に対応し、送配水システムにおいて各条件を踏まえた好適な電力使用形態を確立する計画の立案が可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the plan which respond | corresponds to the various request | requirements of the electric power use in arbitrary time zones, and establishes the suitable electric power usage form based on each condition in a transmission and distribution system is attained.
−−−送配水システムの例−−− --- Example of water transmission and distribution system ---
まず、本実施形態のポンプ運用計画技術を適用する送配水システムについて説明する。図1は、本実施形態のポンプ運用計画技術を適用する送配水システム100の構成例を示す図である。ここで例示する送配水システム100は、水源1から取水ポンプ10によって導水管110経由で得た水を浄化する浄水場2、この浄水場2で浄化された水を一旦貯留する浄水池3、浄水池3から送水ポンプ場A〜Cの各送水ポンプ11〜13によって送水される水を送水管101、102、103経由で受け入れて貯留し、下流の各水需要家に供給する複数の配水池4〜6、を少なくとも含む構成となっている。なお、以降の説明において、配水池間の区別を必要としない場合には、配水池4を代表させて記載することとする。同様に、送水ポンプ場間の区別を必要としない場合には、送水ポンプ場Aを代表させて記載することとする。また、送水ポンプ間の区別を必要としない場合には、送水ポンプ11を代表させて記載することとする。また、各配水池4,5,6が水の供給を担当するエリアを配水区と称する。この配水区には上述の水需要家が所在している。 First, a transmission and distribution system to which the pump operation planning technology of the present embodiment is applied will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission and distribution system 100 to which the pump operation planning technology of the present embodiment is applied. The water supply / distribution system 100 illustrated here is a water purification plant 2 that purifies water obtained from a water source 1 by a water intake pump 10 via a water conduit 110, a water purification tank 3 that temporarily stores water purified in the water purification plant 2, A plurality of distribution reservoirs 4 that receive and store water supplied from the pond 3 by the water pumps 11 to 13 of the water pump stations A to C via the water pipes 101, 102, and 103 and supply the water to downstream water consumers. To 6 at least. In the following description, when it is not necessary to distinguish between the reservoirs, the reservoir 4 is described as a representative. Similarly, when it is not necessary to distinguish between the water pumping stations, the water pumping station A is described as a representative. In addition, when it is not necessary to distinguish between the water pumps, the water pump 11 is described as a representative. An area where each of the reservoirs 4, 5, 6 is responsible for supplying water is referred to as a distribution area. The water users mentioned above are located in this distribution area.
また、各配水池4〜6と各水需要者との間は、配水管104、105、106をそれぞれ介して接続されている。この配水管104、105、106による水需要家への配水形態は、重力エネルギーを利用したものを想定したが、配水池4〜6が水需要量の所在地より低地にある場合などは、適宜な配水ポンプを利用した配水形態を採用することになる。また、上述の各送水ポンプ場における送水ポンプは、例えば固定速ポンプであり該当経路における流量は並列運転する送水ポンプの運転台数で制御可能となっている。つまり、送水ポンプ場A〜Cのそれぞれは、複数台の送水ポンプを備えている。 In addition, each of the water reservoirs 4 to 6 and each water consumer are connected via water pipes 104, 105, and 106, respectively. Although the distribution form to the water consumer by this distribution pipe 104,105,106 assumed the thing using gravity energy, when the distribution reservoirs 4-6 are in the lowland from the location of the amount of water demand, it is appropriate. The distribution form using a distribution pump will be adopted. Moreover, the water pump in each water pump station mentioned above is, for example, a fixed speed pump, and the flow rate in the corresponding route can be controlled by the number of water pumps operated in parallel. That is, each of the water pumping stations A to C includes a plurality of water pumps.
なお、図1に例示した送配水システム100はあくまで一例であって、配水池4や送水ポンプ場A、送水ポンプ11が図1の構成例よりも多く配置された系であっても良い。また、2つの配水池4を接続した構成を想定するとしても良い。 1 is merely an example, and a system in which the distribution reservoir 4, the water pumping station A, and the water pump 11 are arranged more than the configuration example of FIG. 1 may be used. Further, a configuration in which two reservoirs 4 are connected may be assumed.
−−−ポンプ運用計画システムの構成−−− --- Configuration of pump operation planning system ---
続いて本実施形態におけるポンプ運用計画システム2000の構成例について説明する。図2は、本実施形態のポンプ運用計画システム2000の構成例を示す図である。図2に示すポンプ運用計画システム2000は、図1にて例示した送配水システム100について各送水ポンプ場の送水ポンプ運転計画を策定するものであり、任意の時間帯における電力使用の各種要請に対応し、送配水システム100において各条件を踏まえた好適な電力使用形態を確立する計画の立案を可能とするコンピュータシステムである。 Next, a configuration example of the pump operation planning system 2000 in the present embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the pump operation planning system 2000 according to the present embodiment. A pump operation planning system 2000 shown in FIG. 2 formulates a water pump operation plan for each water pump station for the water distribution system 100 illustrated in FIG. 1, and responds to various requests for power use in an arbitrary time zone. Thus, the computer system enables the planning of a suitable power usage pattern based on each condition in the transmission and distribution system 100.
また、本実施形態のポンプ運用計画システム2000は、図2にて示すように監視制御システム211とLAN210を介して通信可能に接続されている。この監視制御システム211は、上述の送配水システム100におけるポンプ運転制御や配水池4の水位計測を行うシステムである。従ってポンプ運用計画システム2000は、この監視制御システム211から、送配水システム100における各設備の観測値(過去ログを含むとしてもよい)を取得可能である。観測値には、浄水池3および配水池4の各水位、各送水ポンプ場の送水ポンプの稼働状況などが該当する。 In addition, the pump operation planning system 2000 according to the present embodiment is communicably connected to the monitoring control system 211 and the LAN 210 as shown in FIG. The monitoring control system 211 is a system that performs pump operation control in the above-described water supply and distribution system 100 and measures the water level of the distribution reservoir 4. Therefore, the pump operation planning system 2000 can acquire the observation values (may include the past log) of each facility in the transmission and distribution system 100 from the monitoring control system 211. The observed values correspond to the water levels in the water purification tank 3 and the distribution pond 4, the operation status of the water pumps at each water pump station, and the like.
こうしたポンプ運用計画システム2000のハードウェア構成は以下の如くとなる。 ポンプ運用計画システム2000は、通信機能を備えた一般的なコンピュータとして構成されており、CPUなど適宜な演算装置であるプロセッサ200、ROM、RAM、フラッシュメモリ等の記憶デバイスであるメモリ201、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力デバイスを含むデータ入力手段202、表示モニタ、プリンタ等の出力デバイスを含む出力手段205、及び、ネットワークインターフェースカード等の通信モジュール等である通信手段209を少なくとも備えている。 The hardware configuration of such a pump operation planning system 2000 is as follows. The pump operation planning system 2000 is configured as a general computer having a communication function, and includes a processor 200 that is an appropriate arithmetic device such as a CPU, a memory 201 that is a storage device such as a ROM, a RAM, and a flash memory, a keyboard, Data input means 202 including an input device such as a mouse and a touch panel, output means 205 including an output device such as a display monitor and a printer, and communication means 209 such as a communication module such as a network interface card are provided.
このうち上述のプロセッサ200は、メモリ201に格納されているプログラムを実行することで、ポンプ運用計画システム2000として必要な機能として、需要予測手段203および運用計画立案手段204を実装する装置となる。すなわち、図2で例示する需要予測手段203および運用計画立案手段204の実体はプログラムである。また、メモリ201は、プロセッサ200による演算処理に利用される各種データを格納しており、配水池104から水需要家になされた配水量の履歴データを記憶した需要量データベース206(図3参照)、各配水区に関する過去の気象データを蓄積した気象情報データベース207(図4参照)、および、送配水システム100における各配水池4の運用上下限水位、配水池断面積、導水管、送水管、配水管の流量の上下限、ポンプの性能情報(定格電力、定格流量、揚程、ポンプ動作時の流量、消費電力など)の情報を格納した設備情報データベース208(図5参照)、を保持している。 Among them, the processor 200 described above is a device that implements the demand prediction unit 203 and the operation plan drafting unit 204 as functions necessary for the pump operation planning system 2000 by executing a program stored in the memory 201. That is, the substance of the demand forecasting means 203 and the operation planning means 204 exemplified in FIG. 2 is a program. Further, the memory 201 stores various data used for arithmetic processing by the processor 200, and a demand amount database 206 (see FIG. 3) that stores history data of the amount of water distributed from the distribution reservoir 104 to water consumers. , A weather information database 207 (see FIG. 4) that accumulates past meteorological data relating to each water distribution area, and the upper and lower water levels of operation of each water reservoir 4 in the water distribution system 100, the cross-sectional area of the water reservoir, the water conduit, the water pipe, The facility information database 208 (see FIG. 5) that stores information on the upper and lower limits of the flow rate of the distribution pipe and the pump performance information (rated power, rated flow rate, lift, flow rate during pump operation, power consumption, etc.) Yes.
こうしたポンプ運用計画システム2000を用いてポンプ運用計画の立案を行う計画立案者は、上述のデータ入力手段202を用いて、ポンプ運用計画を策定する時間帯、すなわち電力事業者から受け取った電力の節電要請や消費要請が示す時間帯(例:13時から16時)を含む所定時間帯や、ポンプ運用計画の時間刻み(例:15分ごと、30分ごと、1時間ごと)、水需要量予測の予測期間(例:翌日の0時から24時まで)や予測周期(例:15分ごと、1時間ごと)といった各値を指定することになる。 A planner who makes a pump operation plan using such a pump operation planning system 2000 uses the above-described data input means 202 to save time of power received from a power company, that is, a time zone for preparing a pump operation plan. Predicted time zone including the time zone indicated by the request or consumption request (eg, 13:00 to 16:00), time interval of pump operation plan (eg: every 15 minutes, every 30 minutes, every hour), water demand forecast Each value such as a prediction period (e.g., from 0:00 to 24:00 on the next day) and a prediction cycle (e.g., every 15 minutes or every hour) is designated.
一方、上述の需要予測手段203は、データ入力手段202を介して計画立案者から入力された各情報と、メモリ201の需要量データベース206および気象情報データベース207にそれぞれ格納されている情報とを用い、計画立案者指定の予測期間における各配水池4の配水区に関する各時刻での水需要量予測を行う。ここでの水需要量予測の手法としては、需要量データベース206の格納データのうち、予測期間と同時期(例:同月、同季節など)の同時刻についての水需要量データであり、予測期間に関して得られる気象予測値と同じ気象条件の時期に関するデータを、該当配水区における各時刻の水需要量予測値として特定するパターンマッチング法等を採用出来る。またこの他にも、重回帰法、ニューラルネットワーク法など既知の様々な予測手法を適宜に用いるとしてよい。 On the other hand, the above-described demand prediction unit 203 uses each information input from the planner through the data input unit 202 and information stored in the demand amount database 206 and the weather information database 207 of the memory 201, respectively. Then, the water demand is predicted at each time concerning the water distribution areas of each reservoir 4 in the prediction period designated by the planner. As a method for forecasting water demand here, water demand data at the same time of the forecast period and the same period (eg, same month, same season, etc.) of the stored data in the demand quantity database 206 is used. A pattern matching method or the like that specifies data relating to the time of the same weather conditions as the weather forecast value obtained for the water demand as the water demand forecast value at each time in the watershed can be adopted. In addition, various known prediction methods such as a multiple regression method and a neural network method may be used as appropriate.
また、運用計画立案手段204は、上述の需要予測手段203が予測した、各時刻に関する水需要量予測値と、設備情報データベース208に格納されている各配水池4の運用上下限水位情報および各送水ポンプ場の送水ポンプの消費電力情報と、通信手段210を経て監視制御システム211から得た配水池4の最新水位および各送水ポンプ場の送水ポンプ運転台数の情報と、データ入力手段202から得たポンプ運用計画対象の所定時間帯やポンプ運用計画の時間刻み、といった各情報を用いて、上述の節電要請や消費要請が指定する将来のポンプ運用計画(各送水ポンプ場における送水ポンプ運転台数の計画)を策定する。 The operation planning unit 204 also predicts the water demand predicted value for each time predicted by the above-described demand prediction unit 203, the operation upper and lower limit water level information of each reservoir 4 stored in the facility information database 208, and each Information on the power consumption of the water pump at the water pump station, information on the latest water level of the distribution reservoir 4 obtained from the monitoring control system 211 via the communication means 210, and the number of water pumps operating at each water pump station, and data input means 202 Using the information such as the predetermined time zone for the pump operation plan and the time increment of the pump operation plan, the future pump operation plan specified by the above-mentioned power saving request and consumption request (the number of water pumps operating at each water pump station) Develop a plan).
本実施形態において、まずは、上述の所定時間帯における各送水ポンプ場の送水ポンプによる消費電力を極力抑制する運用計画の策定を行うものとする。すなわち、電力事業者や電力アグリゲータからの節電要請(DR要請:デマンドレスポンプ要請)に対応したポ
ンプ運用計画を立案する例についてまずは説明する。
−−−処理手順例1−−−
In the present embodiment, first, an operation plan that suppresses the power consumption by the water pumps at each water pump station in the above-described predetermined time zone as much as possible is formulated. That is, an example in which a pump operation plan corresponding to a power saving request (DR request: demandless pump request) from a power company or a power aggregator is first described.
--- Example of processing procedure 1 ---
以下、本実施形態におけるポンプ運用計画方法の実際手順について図に基づき説明する。以下で説明するポンプ運用計画に対応する各種動作は、ポンプ運用計画システム20000におけるメモリ201のプログラムによって実現される。そして、このプログラムは、以下に説明される各種の動作を行うためのコードから構成されている。 Hereinafter, the actual procedure of the pump operation planning method in the present embodiment will be described with reference to the drawings. Various operations corresponding to the pump operation plan described below are realized by a program in the memory 201 in the pump operation plan system 20000. And this program is comprised from the code | cord | chord for performing the various operation | movement demonstrated below.
図6は、本実施形態におけるポンプ運用計画方法の処理手順例1を示すフロー図であり、図7は本実施形態において立案される電力逼迫時のポンプ運用計画例を示す図である。ここでは図7に示したポンプ運用計画例を踏まえつつ、ポンプ運用計画方法の処理について説明するものとする。 FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure example 1 of the pump operation planning method in the present embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing an example of a pump operation plan at the time of power shortage planned in the present embodiment. Here, the process of the pump operation planning method will be described based on the example of the pump operation plan shown in FIG.
まず、ステップ401において、ポンプ運用計画システム2000需要予測手段203は、データ入力手段202より、ポンプ運用計画の策定対象となる所定時間帯(例:13時から16時)やポンプ運用計画の時間刻み(例:15分ごと、30分ごと、1時間ごと
)、水需要量の予測期間(例:翌日の0時から24時まで)や予測周期(例:15分ごと、1時間ごと)といった各入力情報を読み込む。
First, in step 401, the pump operation planning system 2000 demand prediction means 203 uses the data input means 202 to determine a predetermined time zone (for example, from 13:00 to 16:00) for which a pump operation plan is to be formulated, or a time interval of the pump operation plan. (Examples: every 15 minutes, every 30 minutes, every hour), forecast periods of water demand (eg, from 0:00 to 24:00 on the next day) and forecast cycles (eg: every 15 minutes, every hour) Read input information.
続いてステップ402において、需要予測手段203は、上述の需要量データベース206および気象情報データベース207の情報を用いて、上述した既存手法に応じた適宜なアルゴリズムによって、上述の予測期間における各配水区の水需要量を予測周期ごとに予測する。 Subsequently, in step 402, the demand forecasting means 203 uses the information in the demand volume database 206 and the weather information database 207, and uses the appropriate algorithm according to the existing method described above for each water distribution area in the forecast period. Predict water demand for each forecast cycle.
次にステップ403において、運用計画立案手段204は、上述したように、設備情報データベース208の情報、需要予測手段203から得た水需要量予測値、監視制御システム211から入手する送配水システム100の情報を用いて、後述する数1から数10
にて示す運用計画問題を解く。
Next, in step 403, the operation planning means 204, as described above, the information in the facility information database 208, the predicted water demand amount obtained from the demand prediction means 203, and the transmission / distribution system 100 obtained from the monitoring control system 211. Using information, the following formulas 1 to 10
Solve the operational planning problem shown in.
またステップ404において、運用計画立案手段204は、上述のステップ403によって得た運用計画問題の解、すなわち各送水ポンプ場の送水ポンプの運用計画(運転台数)の情報を、出力手段205に表示して、上述の計画立案者に提示する。ここで提示したポンプ運用計画は、デマンドレスポンスの要請がなされた時間帯(節電時間帯:以下、DR要請時間帯)における各送水ポンプ場の送水ポンプの最大消費電力を最小化するもので、最大限に送水ポンプ消費電力を抑制する計画値になる。 In step 404, the operation plan drafting means 204 displays on the output means 205 information on the solution of the operation plan problem obtained in step 403 described above, that is, information on the operation plan (number of units operated) of the water pumps at each water pump station. Present it to the planner. The pump operation plan presented here minimizes the maximum power consumption of the water pumps at each water pump station in the time zone when the demand response is requested (power saving time zone: DR request time zone). It will be the planned value that will limit the power consumption of the water pump.
図7にポンプ運用計画の策定結果例を示す。ここでは、ポンプ運用計画の策定結果である各送水ポンプ場A〜Cの送水ポンプ運転台数のグラフ302、304、306に加え、各配水池A〜C(配水池4〜6に対応)の水位301、303、305、および各送水ポンプ場A〜Cのトータルの送水ポンプ消費電力307、の各グラフを時間軸を揃えで並列させたものとする。こうした各グラフにおけるグレーアウト部分がDR要請時間帯300であり、その時間帯の直前(例えば5分前)に、電力事業者から節電要請が来たと仮定する。また、DR要請時間帯300の時間幅が例えば3時間であったとする。 FIG. 7 shows an example of the result of formulating the pump operation plan. Here, in addition to the graphs 302, 304, and 306 of the number of water pumps operating at each of the water pump stations A to C, which are the results of formulation of the pump operation plan, the water level of each of the water reservoirs A to C (corresponding to the water reservoirs 4 to 6) It is assumed that the graphs of 301, 303, 305 and the total water pump power consumption 307 of each water pump station A to C are arranged in parallel with the time axis aligned. It is assumed that the gray-out portion in each graph is the DR request time zone 300, and that a power-saving request is received from an electric power company immediately before that time zone (for example, 5 minutes before). Further, it is assumed that the time width of the DR request time zone 300 is, for example, 3 hours.
この場合、送水ポンプ場Aでは、DR要請時間帯300の開始から最初の2時間は、各送水ポンプをOFF(運転台数を0)にする計画となっている。また送水ポンプ場Bでは、DR要請時間帯300における最初と最後の1時間だけ各送水ポンプをOFF(運転台
数を0)にする計画となっている。また送水ポンプ場Cでは、DR要請時間帯300のうち最後の2時間だけ各送水ポンプをOFF(運転台数を0)にする計画となっている。いずれの送水ポンプ場も、DR要請時間帯300である3時間のうち1時間は送水ポンプの
運転を行うことで送水対象の配水池における水位が運用下限(図7の該当グラフにおける点線)を下回らぬよう計画されている。
In this case, at the water pumping station A, the first two hours from the start of the DR request time zone 300 are scheduled to turn off each water pump (the number of operating units is 0). In addition, at the water pump station B, it is planned to turn off each water pump (the number of operating units is 0) for the first and last hour in the DR request time zone 300. In addition, at the water pumping station C, it is planned to turn off each water pump (the number of operating units is 0) for the last two hours in the DR request time zone 300. In any of the water pump stations, the water level in the distribution reservoir targeted for water supply falls below the operation lower limit (dotted line in the corresponding graph in FIG. 7) by operating the water pump for one hour out of the three hours that are the DR request time zone 300. It is planned not to.
図7のポンプ運用計画例に示すように、3つの送水ポンプ場の各送水ポンプ運転タイミングが同時刻で重ならないよう計画することで、DR要請時間帯300での各送水ポンプ場での送水ポンプ消費電力を合計したトータル消費電力307のピーク抑制が可能である。つまり、DR要請時間帯300におけるトータルの送水ポンプ消費電力を最小化できる。 As shown in the example of pump operation plan in FIG. 7, the water pumps at each water pump station in the DR request time zone 300 are planned so that the operation timings of the water pumps at the three water pump stations do not overlap at the same time. It is possible to suppress the peak of the total power consumption 307, which is the total power consumption. That is, the total power consumption of the water pump in the DR request time zone 300 can be minimized.
上述した概念でポンプ運用計画を厳密に行うためには、以下の数1〜数10に示す数理計画問題を、ポンプ運用計画システム2000が解法することで各送水ポンプ場における送水ポンプ運用計画を策定することとなる。ここでのポンプ運用計画策定における時間刻み(周期)は15分とした。 In order to make a pump operation plan strictly based on the concept described above, the pump operation plan system 2000 solves the mathematical planning problems shown in the following formulas 1 to 10 to formulate a water pump operation plan in each water pump station. Will be. The time step (cycle) in the pump operation plan formulation here was 15 minutes.
ここに、X:DR要請時間帯の全送水ポンプ場A〜Cの15分ごとの送水ポンプ運転台数を成分に持つ行列(n×2T)、t:時刻を表す整数(1時刻は30分に相当、例えばt=0が10時0分、t=1が10時30分を表す)、t’:時刻を表す整数(1時刻は15分に相当、例えば、t=0が10時0分、t=1が10時15分を表す)、T:DR要請時間帯の終了時刻を表す定数(15分刻みの場合は時刻0から時刻2TがDR要請時間帯、30分刻みの場合は時刻0から時刻TがDR要請時間帯になる)、Et:時刻t−1から時刻tの30分間の各送水ポンプ場の送水ポンプ消費電力の総和の平均値(kW)、et’:時刻t’−1から時刻t’の15分間の各送水ポンプ場の送水ポンプ消費電力の総
和(kW)、xt’:時刻t’−1から時刻t’における各送水ポンプ場の送水ポンプ運転
台数を成分にもつベクトル(n×1)(成分は0か1の値をとる)、n:送水ポンプ場の数(ここでは3)、a,b:定数ベクトル(1×n)(送水ポンプ運転台数を消費電力に換
算する係数を成分に持つもの)、1:全ての成分が1の定数ベクトル(n×1)、li,t’:配水池i(0≦i≦n)の時刻t’の水位、Δt:スケジューリング刻みを表す定数(ここでは0.25[15分]に設定)、Si:配水池iの断面積、ft’: 時刻t’−1から時刻
t’の各配水池向け送水量を成分にもつベクトル(n×1)、fmax,t’:DR要請時間
帯の終了後の時刻t’における各配水池向け最大送水量(上限送水量)を成分にもつベクトル(n×1)、di,t’: 時刻t’−1から時刻t’の15分間における各配水池が担当する配水区の総需要量、ci:定数ベクトル(1×n)(配水池ごとの接続形態によって
値は異なる)、A,B:定数ベクトル(n×n)(各送水ポンプ場の送水ポンプ運転台数を
流量に換算するためのもの。対角成分以外は0になる。)、lmin,i,t’:配水池iの時刻
t’の運用下限水位、lmax,i:配水池iの運用上限水位、xi,t’: 配水池iへ送水する送
水ポンプ場の時刻t’−1から時刻t’の15分間の送水ポンプ運転台数、fi,t’:配水
池iへの時刻t’−1から時刻t’の15分間の送水量である。
Here, X: matrix (n × 2T) having as a component the number of water pumps operating every 15 minutes of all water pumping stations A to C in the DR request time zone, t: an integer representing time (1 time is 30 minutes) Corresponding, for example, t = 0 represents 10:00, t = 1 represents 10:30, t ′: an integer representing time (one time corresponds to 15 minutes, for example, t = 0 is 10:00) , T = 1 represents 10:15), T: a constant representing the end time of the DR request time zone (in the case of 15 minutes, time 0 to time 2T is the DR request time zone, and in the case of 30 minutes, the time 0: time T becomes the DR request time zone), Et: average value (kW) of sum of water pump power consumption of each water pump station for 30 minutes from time t-1 to time t, et ': time t' -1 to sum t (kW) of water pump power consumption at each water pump station for 15 minutes from time t ′, xt ′: time t′−1 to time t ′ A vector (n × 1) whose components are the number of water pumps operating at each water pump station (component takes a value of 0 or 1), n: number of water pump stations (here 3), a, b: constant Vector (1 × n) (having a coefficient for converting the number of water pumps operating to power consumption as a component), 1: Constant vector with all components being 1 (n × 1), li, t ′: Reservoir i ( Water level at time t ′ (0 ≦ i ≦ n), Δt: a constant indicating a scheduling step (here, set to 0.25 [15 minutes]), Si: cross-sectional area of reservoir i, ft ′: time t′− A vector (n × 1) having as a component the amount of water delivered to each reservoir from 1 to time t ′, fmax, t ′: the maximum amount of water delivered to each reservoir at time t ′ after the end of the DR request time zone (upper limit delivery) Vector (n × 1) with component (water quantity), di, t ′: total demand of the distribution districts in charge of each reservoir for 15 minutes from time t′−1 to time t ′ , Ci: constant vector (1 × n) (value varies depending on connection type for each reservoir), A, B: constant vector (n × n) (to convert the number of water pumps operating at each water pump station to flow rate 1), lmin, i, t ′: operation lower limit water level at time t ′ of reservoir i, lmax, i: operation upper limit water level of reservoir i, xi, t ′: Number of water pumps operating for 15 minutes from time t′-1 to time t ′ of the water pumping station that supplies water to the distribution reservoir i, fi, t ′: 15 minutes from time t′-1 to time t ′ to the distribution reservoir i The amount of water delivered.
また、上述の数1は、送水ポンプの30分平均消費電力を与えるものであり、数2の15分ごとの消費電力計算値の平均により算出される。このように30分平均を用いるのは、現在日本では、30分平均の電力量で電力代金が決定されているためのである。数1により、DR要請時間帯における30分平均電力の時系列中の最大値が最小となる全送水ポンプ場の送水ポンプ運転台数Xが決定される。数4から数7で、DR要請時間帯とDR要請時間帯終了後の所定時間帯における水位変化を計算して、その計算結果である水位が運用上下限に収まるような制約を与えている。DR要請時間帯終了後の制約を与えるのは、DR要請時間帯終了後の運用で配水池の水位が運用下限を下回るのを避けるためである。
また、数8では、現時刻をt’として、以後12時間の水需要量予測値を用いて、各配水区の水需要家に12時間継続供給可能な配水池水位を求め、これを下限水位として与えている。
Moreover, the above-mentioned number 1 gives the 30-minute average power consumption of the water pump, and is calculated by the average of the power consumption calculation values of the number 2 every 15 minutes. The reason why the 30-minute average is used in this way is that, in Japan, the electricity price is determined based on the 30-minute average power amount. The number X of water pumps operating in all the water pumping stations at which the maximum value in the time series of the 30-minute average power in the DR request time zone becomes the minimum is determined by Equation 1. In Equations 4 to 7, the water level change in the DR request time zone and the predetermined time zone after the end of the DR request time zone is calculated, and the water level as the calculation result is constrained to be within the operation upper and lower limits. The reason why the restriction after the end of the DR request time period is given is to avoid that the water level of the distribution reservoir falls below the operation lower limit in the operation after the end of the DR request time period.
In Equation 8, the current time is t ′, and the estimated water demand for 12 hours is used to obtain the water level of the reservoir that can be continuously supplied to the water customers in each distribution area for 12 hours. As given.
このように下限水位を時刻に応じて変化させる理由を図8に基づいて説明する。図8は、本実施形態における需要量予測値と運用下限水位の各グラフ例を示す図である。この図8において、運用下限水位グラフ820における固定運用下限水位503として示すように、従来運用下では下限水位は固定値であった。しかしながら運用下限水位は、事故や停電によりポンプによる送水(浄水池3から配水池4への送水)がストップした場合でも、ある程度の時間(例えば12時間)、該当配水区の需要家に対して水の継続供給を可能とする貯留量の確保を目的に設定されるものである。ここで、水の需要量は、一般に図8の需要量予測値グラフ810における水需要量予測値501として示すように、ある2つの時刻でピークを持つ波形となりやすい。従って各時刻において、12時間の継続給水が可能となる水位すなわち運用下限水位は異なることになる。厚労省の指針では、12時間程度の継続給水が可能な水位を各配水池にて確保することが望ましいとされている。そこで本実施形態のポンプ運用計画システム2000は、数8に基づき、水需要量予測値から運用下限水位を計算することとした。その計算結果を一例は、図8における可変運用下限水位502の点線のようになる。図8で示す例では、水需要量予測値501が1つのピークを迎える6時の数時間前で運用下限水位502が最高となる。 The reason why the lower limit water level is changed according to time will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating graph examples of the demand amount prediction value and the operation lower limit water level in the present embodiment. In FIG. 8, as shown as a fixed operation lower limit water level 503 in the operation lower limit water level graph 820, the lower limit water level was a fixed value under conventional operation. However, even if the water supply by the pump (water supply from the clean water reservoir 3 to the distribution reservoir 4) is stopped due to an accident or a power failure, the operation lower limit water level is a certain amount of time (for example, 12 hours). It is set for the purpose of ensuring the amount of storage that enables continuous supply. Here, the amount of water demand tends to be a waveform having peaks at two certain times, as generally indicated as a water demand amount predicted value 501 in the demand amount predicted value graph 810 of FIG. Therefore, at each time, the water level at which continuous water supply for 12 hours is possible, that is, the operation lower limit water level is different. According to the guidelines of the Ministry of Health, Labor and Welfare, it is desirable to secure water levels in each distribution reservoir that allow continuous water supply for about 12 hours. Therefore, the pump operation planning system 2000 according to the present embodiment calculates the operation lower limit water level from the predicted water demand amount based on Equation 8. An example of the calculation result is shown by a dotted line of the variable operation lower limit water level 502 in FIG. In the example shown in FIG. 8, the operation lower limit water level 502 becomes the highest several hours before 6 o'clock when the water demand predicted value 501 reaches one peak.
上述の例では、図9にて示すように、ポンプ50により浄水池3から送水された浄水が1つの配水池500を経て需要家に給水される構成を想定したものとなっていた。一方、配水池が2つ接続した構成も珍しくない。そこで図10に基づいて、配水池が2つ接続した構成である場合の運用下限水位の求め方を以下に示す。図10に示す構成の場合、第1配水池601と比べて浄水池3から遠い位置にある第2配水池602では、第1配水池601から給水を受けるためのポンプ604がストップした場合が最悪の状況であり、その場合に12時間継続して、配水管608を介した需要家への給水可能な水位を運用下限水位とすればよい。一方、第1配水池601では、ポンプ603がストップして浄水池3からの水供給が断たれた状況下で、ポンプ604は稼働可能の状態である場合が最悪の状況であり、この場合に配水池1から配水管607を介した需要家への給水が12時間継続できる水位を求める必要がある。 In the above-described example, as shown in FIG. 9, a configuration is assumed in which purified water supplied from the water purification tank 3 by the pump 50 is supplied to consumers through one distribution reservoir 500. On the other hand, a configuration in which two distribution reservoirs are connected is not uncommon. Therefore, based on FIG. 10, a method for obtaining the operation lower limit water level in the case where the two reservoirs are connected is shown below. In the case of the configuration shown in FIG. 10, the worst case is that the pump 604 for receiving water from the first reservoir 601 is stopped in the second reservoir 602 that is farther from the clean water reservoir 3 than the first reservoir 601. In this case, the water level at which water can be supplied to consumers via the water distribution pipe 608 may be set as the operation lower limit water level for 12 hours. On the other hand, in the first distribution reservoir 601, the worst case is when the pump 604 is in an operable state in a situation where the pump 603 is stopped and the water supply from the clean water reservoir 3 is cut off. It is necessary to obtain a water level at which water supply from the distribution reservoir 1 to the customer via the distribution pipe 607 can be continued for 12 hours.
ここで、時刻tにおける配水池1の運用下限水位をLL1(t)、配水池2の水位をL(2)とし、時刻t直後から12時間における配水池1,2からの総配水量(需要量)を、それぞれ、V1(t)、V2(t)、配水池1,2の断面積をS1,S2とする。この時、12時間後に配水池1,2が同時に空になる条件は以下となる。 Here, the operation lower limit water level of the reservoir 1 at time t is LL1 (t), the water level of the reservoir 2 is L (2), and the total amount of water distributed from the reservoirs 1 and 2 (demand) immediately after time t is 12 hours. Amount) is V1 (t) and V2 (t), and the cross-sectional areas of the reservoirs 1 and 2 are S1 and S2. At this time, the conditions under which the reservoirs 1 and 2 become empty simultaneously after 12 hours are as follows.
S1・LL1(t)+S2・L2(t)=V1(t)+V2(t) (数11)
数11をL1について、
S1 · LL1 (t) + S2 · L2 (t) = V1 (t) + V2 (t) (Equation 11)
Equation 11 for L1
LL1(t)=(V1(t)+V2(t)−S2・L2(t))/S1(数12) LL1 (t) = (V1 (t) + V2 (t) −S2 · L2 (t)) / S1 (Equation 12)
これが、配水池1における時刻tの運用下限水位を与える式になる。時刻tの配水池1の水位をL1(t)とすると、ポンプ運用計画システム2000は、以下の制約式を上述の運用計画問題で加味し計画問題を解法すれば良いことになる。 This is an equation that gives the operation lower limit water level at time t in the reservoir 1. Assuming that the water level of the distributing reservoir 1 at time t is L1 (t), the pump operation planning system 2000 may solve the planning problem by adding the following constraint equation to the operation planning problem described above.
L1(t)≧(V1(t)+V2(t)−S2・L2(t))/S1 (数13) L1 (t) ≧ (V1 (t) + V2 (t) −S2 · L2 (t)) / S1 (Equation 13)
なお、運用計画問題においてV1(t)、V2(t)は需要量予測値から算出される定数値になる。 In the operation planning problem, V1 (t) and V2 (t) are constant values calculated from the demand amount predicted value.
次に、上述の運用計画問題においてポンプ運用計画(運転台数)策定の時間刻みを15分とした理由について、図11に基づき説明する。我が国における消費電力の計測周期が30分であることから、1日の送水ポンプ消費電力量を最小化するポンプ運用計画においても30分刻みでの計画策定とすることが一般的である。しかしながら、上述のポンプ運用計画のように、30分ごとの平均消費電力の最大値を最小化する問題を扱う場合、10分や15分刻みのように、30分より短い時間刻みで計画を立てるほうが、ピーク電力をより削減できる可能性が広がることになる。 Next, the reason why the time interval for formulating the pump operation plan (number of operating units) is set to 15 minutes in the above operation plan problem will be described with reference to FIG. Since the measurement cycle of power consumption in Japan is 30 minutes, it is common to formulate plans every 30 minutes in a pump operation plan that minimizes the power consumption of the water pump per day. However, when dealing with the problem of minimizing the maximum value of average power consumption every 30 minutes, such as the above-mentioned pump operation plan, the plan is made in steps shorter than 30 minutes, such as every 10 minutes or 15 minutes. In this case, the possibility of further reducing the peak power is increased.
図11に示す、時系列上のポンプ運転台数とその平均消費電力の対応関係を示す各グラフ700〜702のうち、グラフ700は従来通りポンプ運転を30分刻みで計画した場合の平均消費電力を示しており、該当送水ポンプの消費電力を50kWとすると、該当送水ポンプを運転した10時半から11時までの30分間の平均消費電力は、そのまま50kWになる。 Of the graphs 700 to 702 showing the correspondence between the number of pumps in time series and the average power consumption shown in FIG. 11, the graph 700 shows the average power consumption when the pump operation is planned every 30 minutes as usual. As shown, if the power consumption of the water pump is 50 kW, the average power consumption for 30 minutes from 10:30 to 11:00 when the water pump is operated is directly 50 kW.
一方、グラフ701、702はポンプ運転を15分刻みで計画した場合の平均消費電力を示しており、ポンプ運転の時間帯を30分離間させて分散させることで、送水ポンプの総運転時間は30分で変わらないが、10時半から11時までの30分間の平均消費電力は25kW、同様に11時から11時半までの30分間の平均消費電力も25kWとなり、各時間帯におけるピーク電力を半減できる。このことは、30分ごとの電力計測周期(評価周期)の中でポンプ運転を分散させることで実現されるものである。この実現に際しては、上述のようにポンプ運転計画の時間刻みを30分より小さくすれば良いが、過度に時間刻みを小さくした場合、運用計画問題の規模(決定変数の数)が大きくなり、解法時間が膨大になる恐れがある。従って現実的には15分、10分程度の時間刻みが妥当である。 On the other hand, graphs 701 and 702 show the average power consumption when the pump operation is planned in 15-minute increments, and the total operation time of the water pump is 30 by dispersing the time period of the pump operation over 30 separations. The average power consumption for 30 minutes from 10:30 to 11:00 is 25 kW, and the average power consumption for 30 minutes from 11:00 to 11:30 is 25 kW. Can be halved. This is realized by dispersing the pump operation in a power measurement cycle (evaluation cycle) every 30 minutes. In order to realize this, the time step of the pump operation plan may be made smaller than 30 minutes as described above. However, when the time step is made excessively small, the scale (number of decision variables) of the operation plan problem becomes large, and the solution method Time can be enormous. Therefore, a time interval of about 15 minutes or 10 minutes is appropriate in practice.
次に、上述の数4、数6でDR要請時間帯後の制約を設けた理由について図12に基づき説明する。ここで、送配水システム100の各送水ポンプ場における契約電力の関係から、送水ポンプ運転台数の上限を1台と仮定している。なお、送水ポンプ2台の同時運転
は契約電力以上の電力消費を招き、基本電力料金が増大してコスト増につながるので避けるべきことである。
Next, the reason why the restriction after the DR request time period is provided in the above equations 4 and 6 will be described with reference to FIG. Here, the upper limit of the number of operating water pumps is assumed to be one from the relationship of contract power at each water pumping station of the water distribution system 100. In addition, simultaneous operation of two water pumps should be avoided because it causes more power consumption than contracted power, and the basic power rate increases and leads to cost increase.
図12にて例示するように、配水池水位803が、DR要請時間帯802中には運用下限水位804より十分高くとも、DR要請時間帯802の終了後、運用下限水位804を割り込む場合がある。これは、配水池4から需要家への配水量(需要量)が、浄水池3から配水池4への水の供給量を上回る場合に起こりうる現象である。これを避けるため、ポンプ運用計画システム2000は、DR要請時間帯802の終了後、運転台数上限の送水ポンプを運転するとの仮定で(上述の数6に相当)、DR要請時間帯802の終了後の或る時間帯で、上述の数4にて計算される水位が運用下限水位以上になるという制約(数7)を設けて問題解法を行えば良い。図12の下段にて、この場合の制約(数7)を例示した。ここで、WS(t)は時刻tでの送水ポンプによる配水への浄水供給量、D(t)は時刻tでの需要量、Sは配水池断面籍である。このように問題解法を行って計画立案することに
より、DR要請時間帯802の終了後も配水池4の水位が運用下限水位を割り込む事態を防ぐことができる。なお、ポンプ運用計画システム2000は、上述の数4の取り扱いに際し、時刻0の水位の値が必要になるが、この値はLAN210を介して監視制御から取得するものとする。
As illustrated in FIG. 12, even if the reservoir water level 803 is sufficiently higher than the operation lower limit water level 804 during the DR request time zone 802, the operation lower limit water level 804 may be interrupted after the DR request time zone 802 ends. . This is a phenomenon that may occur when the amount of water distribution (demand amount) from the reservoir 4 to the customer exceeds the amount of water supplied from the clean water reservoir 3 to the reservoir 4. In order to avoid this, it is assumed that the pump operation planning system 2000 operates the upper limit number of water pumps after the DR request time zone 802 (corresponding to the above equation 6), and after the DR request time zone 802 ends. The problem may be solved by providing a constraint (Equation 7) that the water level calculated in Equation 4 above is equal to or higher than the operation lower limit water level in a certain time zone. The lower part of FIG. 12 illustrates the constraint (Equation 7) in this case. Here, WS (t) is the amount of purified water supplied to the water distribution by the water pump at time t, D (t) is the demand amount at time t, and S is the reservoir cross-sectional register. By performing problem solving in this way and making a plan, it is possible to prevent a situation where the water level of the distribution reservoir 4 falls below the operation lower limit water level even after the end of the DR request time zone 802. Note that the pump operation planning system 2000 needs a water level value at time 0 when handling the above-described Expression 4, and this value is acquired from the monitoring control via the LAN 210.
なお、上述のように定式化した数理計画問題(min-max問題)は、補助変数の設定で等
価な混合整数計画問題に変換できる。この場合、数理計画問題は、混合整数計画のソルバーで解法可能である。
The mathematical programming problem (min-max problem) formulated as described above can be converted into an equivalent mixed integer programming problem by setting auxiliary variables. In this case, the mathematical programming problem can be solved by a mixed integer programming solver.
また上述の例では、送水ポンプ場が3つである構成を前提とした例を示したが、実際の送配水システムにおいては、数多くのポンプ場を設置するケースが多い。よって、そのようなケースで送水ポンプ消費電力のピーク電力を最大限削減し、DR要請時間帯における消費電力を平準化するためには、上述で述べたように数理計画問題を計算機で解くことが必須となる。 Moreover, in the above-mentioned example, the example on the premise of the configuration having three water pumping stations is shown, but in an actual water distribution system, there are many cases where many pumping stations are installed. Therefore, in such a case, in order to reduce the peak power consumption of the water pump as much as possible and level the power consumption in the DR request time zone, the mathematical programming problem can be solved with a computer as described above. Required.
次に、図13に基づき、DR要請の通知がDR要請時間帯の12時間前、或いは、1日
前などDR要請時間帯開始、すなわちDR実施まで時間的に余裕がある場合のポンプ運用計画の例について説明する。図13の水位グラフ950にて示すように、従来運用における配水池水位902は、DR実施前に運用上限水位904と運用下限水位905の中間程度に維持される。そのため、ポンプ運転台数グラフ960にて示すように、DR時間帯903において水位が運用下限水位905に早く到達し、DR時間帯903の後半にてポンプを起動させる必要が生じてしまい、送水ポンプOFFを継続できない。一方、本実施形態のポンプ運用計画での配水池水位901(図中:提案運用)は、DR開始時刻前に送水ポンプONを継続して水位を運用上限水位近くにもってゆく。これにより、ポンプ運転台数グラフ970にて示すように、DR実施時間帯903内は送水ポンプOFFを維持できることとなる。従ってピーク電力削減を大きく行うことが可能になる。
Next, based on FIG. 13, an example of a pump operation plan in which the DR request notification is 12 hours before the DR request time zone, or the DR request time zone starts, such as one day before, that is, there is a time margin until DR implementation. Will be described. As shown by the water level graph 950 in FIG. 13, the reservoir water level 902 in the conventional operation is maintained at an intermediate level between the operation upper limit water level 904 and the operation lower limit water level 905 before the DR is performed. Therefore, as shown in the pump operation number graph 960, the water level quickly reaches the operation lower limit water level 905 in the DR time zone 903, and it becomes necessary to start the pump in the latter half of the DR time zone 903. Cannot continue. On the other hand, the distribution reservoir water level 901 (in the figure: proposed operation) in the pump operation plan of the present embodiment keeps the water pump ON before the DR start time and brings the water level close to the operation upper limit water level. Thereby, as shown in the pump operation number graph 970, the water supply pump OFF can be maintained in the DR execution time zone 903. Therefore, it is possible to greatly reduce the peak power.
この場合、ポンプ運用計画システム2000は、上述の数理計画法のアルゴリズムによるポンプ運用計画の決定に際し、DR実施時間帯903の到来直前の時間帯において、各配水池の水位予測値が運用上限となることを求める制約条件を追加し、数理計画法のアルゴリズムによってDR実施時間帯903における送水ポンプ運転台数の計画値を決定することとなる。この場合の処理については、上述のように制約条件を追加する以外、既に各数式に基づき述べた通りである。 In this case, when the pump operation planning system 2000 determines the pump operation plan by the above-described mathematical programming algorithm, the predicted water level of each distribution reservoir becomes the operation upper limit in the time zone immediately before the arrival of the DR implementation time zone 903. Therefore, the planned value of the number of water pumps operating in the DR implementation time zone 903 is determined by the mathematical programming algorithm. The processing in this case is as already described based on each formula except that the constraint condition is added as described above.
次に、図14に基づいて、複数の時間刻み(周期)でポンプ運用計画を立案し、その中でベストの計画を選択出力する処理について説明する。この処理は、図2、図16の運用計画立案手段204で実行されるものである。 Next, a process for creating a pump operation plan at a plurality of time intervals (cycles) and selecting and outputting the best plan among them will be described with reference to FIG. This process is executed by the operation planning means 204 shown in FIGS.
この場合、ステップ1201において、運用計画立案手段204は、ポンプ運用計画立案の時間刻みを、30分、15分、10分の3種として、この3種類のポンプ運用計画(送水ポンプ運転台数の計画)を立案する。 In this case, in step 1201, the operation plan drafting means 204 sets the time increment of the pump operation plan as three types of 30 minutes, 15 minutes, and 10 minutes, and the three types of pump operation plans (plan for the number of water pumps operating). ).
時間刻み15分のポンプ運用計画を立案するための運用計画問題は、前述した通り(数1から数10)である。一方、30分および10分刻みのポンプ運用計画を立案する計画問題については後述する。 The operation plan problem for creating a pump operation plan with a time increment of 15 minutes is as described above (Equation 1 to Equation 10). On the other hand, the planning problem of creating a pump operation plan in increments of 30 minutes and 10 minutes will be described later.
次にステップ1202において、運用計画立案手段204は、上述の3種の時間刻みのうち他の時間刻みよりピーク電力が小さくなるポンプ運用計画があるか判定する。この判定の結果、該当ポンプ運用計画が存在した場合(1202:Y)、運用計画立案手段204は、ステップ1203に処理を遷移させる。他方、上述の判定の結果、該当ポンプ運用計画が存在しなかった場合(1202:N)、運用計画立案手段204は処理をステップ1204に遷移させる。 Next, in step 1202, the operation plan drafting means 204 determines whether there is a pump operation plan in which the peak power is smaller than the other time intervals among the above three types of time intervals. As a result of this determination, if the corresponding pump operation plan exists (1202: Y), the operation plan drafting means 204 shifts the processing to step 1203. On the other hand, if the corresponding pump operation plan does not exist as a result of the above determination (1202: N), the operation plan drafting means 204 shifts the processing to step 1204.
続いてステップ1203において、運用計画立案手段204は、上述の3種の時間刻みの各ポンプ運用計画のうち、最もピーク電力が小さい運用計画案を、最終的な(最適な)運用計画案として特定し、出力手段205に出力する。 Subsequently, in step 1203, the operation plan drafting means 204 identifies the operation plan with the lowest peak power among the above-described three types of time-based pump operation plans as the final (optimum) operation plan. And output to the output means 205.
他方、ステップ1204において、運用計画立案手段204は、上述の3種の時間刻み
の各ポンプ運用計画のうち最もピーク電力が小さい運用計画案(各時間刻みのポンプ運用計画でピーク電力が全て同じとなる場合もある)のうち、時間刻みが最も大きい運用計画案を最終的な(最適な)運用計画案として出力手段205に出力し、処理を終了する。
On the other hand, in step 1204, the operation plan drafting means 204 determines that the operation plan with the smallest peak power among the above-mentioned three types of pump operation plans in time increments (the peak power is all the same in the pump operation plans in each time increment). The operation plan with the largest time step is output to the output means 205 as the final (optimal) operation plan, and the process is terminated.
なお、上述のステップ1204において、最小のピーク電力を与えるポンプ運用計画が複数存在する場合、時間刻みがもっとも大きいものを最終案とすることで、送水ポンプON/OFFの頻度を小さくして設備への負荷を軽減し、最小のピーク電力を実現できる効果がある。 In addition, in the above-mentioned step 1204, when there are a plurality of pump operation plans that give the minimum peak power, the one with the largest time step is set as the final plan, thereby reducing the frequency of the water pump ON / OFF to the equipment. It is possible to reduce the load and realize the minimum peak power.
なお、30分刻みの運用計画問題は、以下のようになる。
ここに、X:DR要請時間帯の全ポンプ場の30分ごとの送水ポンプ運転台数を成分に
持つ行列(n×T)、t:時刻を表す整数(1時刻は30分に相当)、T:DR終了時刻を表す定数(時刻0から時刻TがDR要請時間帯になる)、Et:時刻t−1から時刻tの30分間の各送水ポンプの消費電力の総和の平均値(kW)、et:時刻t−1から時刻
tの30分間の各送水ポンプの消費電力の総和(kW)、xt:時刻t−1から時刻tにお
ける各送水ポンプの運転台数を成分にもつベクトル(n×1)(成分は0か1の値をとる)、n:送水ポンプ場の数(ここでは3)、a,b:定数ベクトル(1×n)(送水ポンプ
運転台数を消費電力に換算する係数を成分に持つもの)、1:全ての成分が1の定数ベクトル(n×1)、li,t:配水池i(0≦i≦n)の時刻tの水位、Δt:スケジューリング刻みを表す定数(ここでは0.5[30分]に設定)、Si:配水池iの断面積、ft: 時刻t
−1から時刻tの各配水池向け送水量を成分にもつベクトル(n×1)、fmax,t:DR
要請時間帯後の時刻tにおける各配水池向け最大送水量(上限送水量)を成分にもつベクトル(n×1)、ci:定数ベクトル(1×n)(配水池ごとの接続形態によって値は異
なる)、A,B:定数ベクトル(n×n)(各送水ポンプ場合の送水ポンプ運転台数を流量
に換算するためのもの。対角成分以外は0になる。)、lmin,i,t:配水池iの時刻tの運
用下限水位、lmax,i:配水池iの運用上限水位、di,t:配水池iからの時刻t−1から時刻tの30分間の総配水量(総需要量)、fi,t:配水池iへの時刻t−1から時刻tの30分間の送水流量である。
Here, X: a matrix (n × T) having as a component the number of water pumps operated every 30 minutes of all pump stations in the DR request time zone, t: an integer representing time (one time corresponds to 30 minutes), T : A constant indicating the DR end time (from time 0 to time T becomes the DR request time zone), Et: an average value (kW) of the total power consumption of each water pump for 30 minutes from time t-1 to time t, et: Total power consumption (kW) of each water pump for 30 minutes from time t-1 to time t, xt: Vector (n × 1) having as components the number of water pumps operated from time t-1 to time t ) (Component takes a value of 0 or 1), n: number of water pumping stations (here 3), a, b: constant vector (1 × n) (coefficient for converting the number of water pumps operating to power consumption 1) All components have a constant vector (n × 1), li, t: Reservoir i (0 ≦ i ≦ n) Water level at time t, Δt: constant indicating the scheduling step (set here to 0.5 [30 minutes]), Si: cross-sectional area of reservoir i, ft: time t
-1 to vector (n × 1), fmax, t: DR with the amount of water delivered to each reservoir from time t
A vector (n × 1) whose components are the maximum water supply amount (upper limit water supply amount) for each reservoir at time t after the requested time zone, ci: constant vector (1 × n) (the value depends on the connection form of each reservoir) A, B: Constant vector (n × n) (for converting the number of water pumps operating in each water pump into a flow rate, 0 except for diagonal components), lmin, i, t: Operational minimum water level at time t of reservoir i, lmax, i: Maximum operational water level of reservoir i, di, t: Total water distribution amount from time t-1 to time t from reservoir i (total demand) ), Fi, t: The water supply flow rate for 30 minutes from time t-1 to time t to distribution reservoir i.
一方、10分刻みの運用計画問題は次のようになる。
ここに、X:DR要請時間帯の全ポンプ場の10分ごとの送水ポンプ運転台数を成分に持つ行列(n×2T)、t:時刻を表す整数(1時刻は30分に相当)、t’:時刻を表
す整数(1時刻は10分に相当)、T:DR終了時刻を表す定数(10分刻みの場合は時刻0から時刻3TがDR要請時間帯、30分刻みの場合は時刻0から時刻TがDR要請時間帯になる)、Et:時刻t−1から時刻tの30分間の各送水ポンプの消費電力の総和の平均値(kW)、et’:時刻t’−1から時刻t’の10分間の各送水ポンプの消費電
力の総和(kW)、xt’:時刻t’−1から時刻t’における各送水ポンプの運転台数を
成分にもつベクトル(n×1)(成分は0か1の値をとる)、n:送水ポンプ場の数(ここでは3)、a,b:定数ベクトル(1×n)(送水ポンプ運転台数を消費電力に換算する
係数を成分に持つもの)、1:全ての成分が1の定数ベクトル(n×1)、li,t’:配水池i(0≦i≦n)の時刻t’の水位、Δt:スケジューリング刻みを表す定数(ここでは1/3[10分]に設定)、Si:配水池iの断面積、ft’: 時刻t’−1から時刻t’の各
配水池向け送水量を成分にもつベクトル(n×1)、fmax,t’:DR要請時間帯後の時
刻t’における各配水池向け最大送水量を成分にもつベクトル(n×1)、di,t’: 時
刻t’−1から時刻t’の10分間における各配水池が担当する配水区の総需要量(各配
水池からの総配水量)、ci:定数ベクトル(1×n)(配水池ごとの接続形態によって
値は異なる)、A,B:定数ベクトル(n×n)(各送水ポンプ場の送水ポンプ運転台数を
流量に換算するためのもの。対角成分以外は0になる。)、lmin,i,t’:配水池iの時刻
t’の運用下限水位、lmax,i:配水池iの運用上限水位、fi,t’:配水池iへの時刻t’−
1から時刻t’の10分間の送水流量である。
Here, X: matrix (n × 2T) having as a component the number of water pumps operated every 10 minutes of all pumping stations in the DR request time zone, t: an integer representing time (one time corresponds to 30 minutes), t ': Integer representing time (1 time corresponds to 10 minutes), T: Constant representing DR end time (time 0 to time 3T is DR request time zone in 10 minute increments, time 0 in 30 minute increments) To time T becomes the DR request time zone), Et: average value (kW) of the total power consumption of each water pump for 30 minutes from time t-1 to time t, et ': time from time t'-1 Total power consumption (kW) of each water pump for 10 minutes of t ′, xt ′: a vector (n × 1) (component is a component of the number of water pumps operated from time t′−1 to time t ′) (Takes 0 or 1), n: number of water pump stations (here 3), a, b: constant vector (1 × n) (water feed 1) Constant vector (n × 1) where all components are 1, li, t ′: Time of distribution reservoir i (0 ≦ i ≦ n) t ′ water level, Δt: a constant indicating a scheduling step (here, set to 1/3 [10 minutes]), Si: cross-sectional area of reservoir i, ft ′: each distribution from time t′−1 to time t ′ Vector (n × 1) having the water supply amount for the reservoir as a component, fmax, t ′: vector (n × 1) having the maximum water supply amount for each reservoir at the time t ′ after the DR request time zone, di, t ′: Total demand of the distribution territories that each reservoir is responsible for 10 minutes from time t′−1 to time t ′ (total water distribution from each reservoir), ci: constant vector (1 × n) (distribution) A, B: Constant vector (n × n) (for converting the number of water pumps operating at each water pump station to the flow rate). Other than the angular component, it is 0.), lmin, i, t ′: Operation lower limit water level at time t ′ of reservoir i, lmax, i: Operation upper limit water level of reservoir i, fi, t ′: To reservoir i Time t'−
1 to 10 minutes from time t ′.
以上で示した例においては、送水ポンプの消費電力の総和の30分平均値を目的関数としたが、これに、図1の取水ポンプ10の消費電力を加え、取水ポンプ10の運転台数を含めて計画問題を定式化し、ポンプ運用計画を策定するとしても良い。この場合、計算負荷が大きくなるが、より厳密な(より大きな電力削減を可能とする)運用計画(ポンプ運転計画)の策定が可能になる。 In the example shown above, the 30-minute average value of the total power consumption of the water pump is used as the objective function, but the power consumption of the water intake pump 10 in FIG. It is also possible to formulate a planning problem and formulate a pump operation plan. In this case, the calculation load increases, but it becomes possible to formulate a stricter operation plan (pump operation plan) that enables greater power reduction.
また、上述の例では、送水ポンプ場が3つである場合のポンプ運用計画を策定したが、より送水ポンプ場が少ない、例えば2つの送水ポンプ場のみを対象にポンプ運用計画を策定するとしても良い。この場合、ポンプ運用計画システム2000は、ポンプ運用計画の対象外であるポンプに関して、従来運用を行うとしてDR要請時間帯の運用計画を策定し、それを数理計画問題(数1から数10)の入力として与えて、本実施形態のポンプ運用計画対象のポンプのみについてポンプ運用計画を策定する。 In the above-mentioned example, the pump operation plan is formulated when there are three water pump stations. However, even if there are fewer water pump stations, for example, only two water pump stations are formulated. good. In this case, the pump operation planning system 2000 formulates an operation plan for the DR request time period for a pump that is not the target of the pump operation plan, and performs the operation plan in the DR request time zone (math formula 1 to formula 10). Given as an input, a pump operation plan is formulated only for the pumps targeted for the pump operation plan of this embodiment.
ここまでで述べた手法は、電力需給が逼迫して電力事業者から節電要請が発信された場合に、送配水システム100における電力DRを実施する状況を踏まえたものである。一方、太陽光や風力発電など、再生可能エネルギーによる発電が電力系統に多く流入する状況を想定した場合、不安定な発電傾向に起因して電力系統における電力が余剰分を生じてしまう恐れもある。こうした場合に、電力事業者から電力の消費要請を受けたポンプ運用
計画システム2000は、上述の余剰電力を送水ポンプの稼働による電力消費にて吸収するよう、ポンプ運用計画を策定することができる。
The method described so far is based on the situation where the power DR is performed in the transmission and distribution system 100 when the power supply / demand balance is tight and a power saving request is transmitted from the power company. On the other hand, assuming a situation where a large amount of power generated by renewable energy such as solar power or wind power flows into the power system, there is a risk that the power in the power system may generate surplus due to unstable power generation trends. . In such a case, the pump operation planning system 2000 that receives the power consumption request from the electric power company can formulate a pump operation plan so that the above-described surplus power is absorbed by the power consumption due to the operation of the water pump.
この場合、ポンプ運用計画システム2000は、上述の数2の目的関数を−1倍したも
のを目的関数として用い、上述の決定変数のとりうる値を送水ポンプの上限運転台数か上限台数−1台とし、送水ポンプが電力消費しやすい条件にて解法する。−1倍することは
、消費電力時系列の中で最小のものが最大となるよう計画値を算出することを意味する。この解法自体は、既に述べた節電要請に対応したポンプ運用計画に関するものと同様である。
In this case, the pump operation planning system 2000 uses a value obtained by multiplying the objective function of the number 2 by −1 as the objective function, and sets the value that the decision variable can take as the upper limit number of water pumps or the upper limit number of units −1. The solution is made under the condition that the water pump easily consumes power. Multiplying by -1 means that the planned value is calculated so that the smallest one in the power consumption time series becomes the maximum. This solution itself is the same as that related to the pump operation plan corresponding to the power saving request already described.
図15に、こうした余剰電力消費に向けたポンプ運用計画の策定例を示す。ここでは、ポンプ運用計画の策定結果である各送水ポンプ場A〜Cの送水ポンプ運転台数のグラフ1002、1004、1006に加え、各配水池A〜C(配水池4〜6に対応)の水位1001、1003、1005、および各送水ポンプ場A〜Cのトータルの送水ポンプ消費電力1007、の各グラフを時間軸を揃えで並列させたものとする。こうした各グラフ1001〜1007におけるグレーアウト部分がDR実施時間帯1000であり、その時間帯の直前(例えば5分前)に、電力事業者から消費要請が来たと仮定する。また、DR実施時間帯1000の時間幅は3時間であったとする。 FIG. 15 shows an example of formulating a pump operation plan for surplus power consumption. Here, in addition to the graphs 1002, 1004, 1006 of the number of water pumps operating at each of the water pump stations A to C, which are the formulation results of the pump operation plan, the water level of each of the water reservoirs A to C (corresponding to the water reservoirs 4 to 6) It is assumed that the graphs of 1001, 1003, 1005 and the total water pump power consumption 1007 of the water pump stations A to C are arranged in parallel with the time axis aligned. It is assumed that the gray-out portion in each of these graphs 1001 to 1007 is the DR implementation time zone 1000, and that a consumption request comes from the power company immediately before that time zone (for example, 5 minutes before). Further, it is assumed that the time width of the DR execution time zone 1000 is 3 hours.
この場合、運転台数グラフ1002にて示すように、送水ポンプ場Aでは、DR実施時間帯1000の開始から最初の2時間は、各送水ポンプを2台ON(運転台数は上限)にする計画となっている。また運転台数グラフ1004にて示すように、送水ポンプ場Bでは、DR実施時間帯1000における最初と最後の1時間だけ各送水ポンプを2台ON(
運転台数は上限)にする計画となっている。また運転台数グラフ1006にて示すように、送水ポンプ場Cでは、DR実施時間帯1000のうち最後の2時間だけ各送水ポンプを2台ON(運転台数は上限)にする計画となっている。いずれの送水ポンプ場も、DR実施時間帯1000である3時間のうち1時間は送水ポンプの運転を1台のみとすることで
送水対象の配水池における水位が運用上限を上回らぬよう計画されている。
In this case, as shown in the operation number graph 1002, in the water supply pump station A, for the first two hours from the start of the DR execution time zone 1000, two water supply pumps are set to ON (the operation number is the upper limit). It has become. In addition, as shown in the operating unit graph 1004, at the water pumping station B, two water pumps are turned ON for the first and last hour in the DR implementation time zone 1000 (
The number of operating units is planned to be the upper limit). In addition, as shown in the operation number graph 1006, in the water supply pump station C, it is planned that two water supply pumps are turned ON (the operation number is the upper limit) for the last two hours in the DR execution time zone 1000. All water pumping stations are planned so that the water level in the distribution target reservoir will not exceed the operation upper limit by operating only one water pump for one hour out of the three hours in the DR implementation time zone 1000. Yes.
図15のポンプ運用計画例に示すように、3つの送水ポンプ場の各送水ポンプ運転タイミングが同時刻で重なるよう計画することで、DR実施時間帯1000での各送水ポンプ場での送水ポンプ消費電力を合計したトータル消費電力1007の最小値を最大化することが可能である。つまり、DR実施時間帯1000におけるトータルの送水ポンプ消費電力を最大化できる。このように、目的関数をマイナス倍するなど評価関数をマイナス倍することは、送水ポンプにおける最小消費電力を最大化することを意味し、配水池4の水位が運用上下限に入る制約にて消費電力を平準化しつつ、送水ポンプにて極力多くの電力を消費するポンプ運用計画を得ることができる。このポンプ運用計画に従って送水ポンプの運用を行えば、上述の余剰電力を効果的に吸収できるようになる。 As shown in the example of pump operation plan in FIG. 15, the water pump consumption at each water pump station in the DR implementation time period 1000 is planned by planning that the water pump operation timings of the three water pump stations overlap at the same time. It is possible to maximize the minimum value of the total power consumption 1007 obtained by summing the power. That is, the total power consumption of the water pump in the DR implementation time zone 1000 can be maximized. In this way, multiplying the evaluation function by minus, such as multiplying the objective function by minus, means maximizing the minimum power consumption in the water pump, and is consumed by the restriction that the water level of the distribution reservoir 4 falls within the upper and lower limits of operation. It is possible to obtain a pump operation plan that consumes as much power as possible with the water pump while leveling the power. If the water pump is operated according to this pump operation plan, the above-mentioned surplus power can be effectively absorbed.
次に、上述のごときポンプ運用計画システム2000によるポンプ運用計画立案のサービスを、クラウドシステムによって計画立案者に提供する形態について説明する。上述までの説明におけるポンプ運用計画システム2000は、例えば水道事業体が自社で所有し活用するものである場合を想定していた。しかしながら、水道事業体によってはそうしたポンプ運用計画システム2000を個別に開発、設置し、運用するよりも、ポンプ運用計画システム2000の機能のみを効率良く利用したいとのニーズも存在する。 Next, a mode in which the pump operation planning service by the pump operation planning system 2000 as described above is provided to the planner by the cloud system will be described. The pump operation planning system 2000 in the above description assumes, for example, a case where a water utility owns and uses it in-house. However, there is a need to use only the functions of the pump operation planning system 2000 more efficiently than to individually develop, install, and operate such a pump operation planning system 2000 depending on the water utility.
そこで図16に、クラウドシステム1100としてのポンプ運用計画システムの全体構成図を示す。この場合、水道事業体の監視制御システム1103は、ポンプ運用計画策定に必要な情報を、インターネットなどの適宜なネットワーク1102を介しクラウドシステム1100に送信し、ポンプ運用計画立案依頼を行う。 FIG. 16 shows an overall configuration diagram of a pump operation planning system as the cloud system 1100. In this case, the monitoring and control system 1103 of the water service entity transmits information necessary for formulating a pump operation plan to the cloud system 1100 via an appropriate network 1102 such as the Internet, and requests a pump operation plan.
一方のクラウドシステム1100は、予め蓄積した顧客(水道事業体)ごとの情報(需要量データベース1106、設備情報データベース1108に格納)を活用し、需要予測手段1103で水需要量予測値を特定し、更に、運用計画立案手段1104でポンプ運用計画を上述のポンプ運用計画システム2000と同様に作成し、その結果を監視制御システム1103に返すこととなる。クラウドシステム1100における各処理は、上述のポンプ運用計画システム2000と同様であり、備える機能も同様となる。 On the other hand, the cloud system 1100 uses the information (stored in the demand database 1106 and the facility information database 1108) for each customer (water supply entity) accumulated in advance, specifies the predicted water demand by the demand forecasting unit 1103, Further, a pump operation plan is created by the operation plan drafting means 1104 in the same manner as the pump operation plan system 2000 described above, and the result is returned to the monitoring control system 1103. Each process in the cloud system 1100 is the same as that of the above-described pump operation planning system 2000, and the functions provided are also the same.
以上、本発明を実施するための最良の形態などについて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 Although the best mode for carrying out the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
こうした本実施形態によれば、任意の時間帯における電力使用の各種要請に対応し、送配水システムにおいて各条件を踏まえた好適な電力使用形態を確立する計画の立案が可能となる。 According to this embodiment, it is possible to formulate a plan that establishes a suitable power usage pattern based on each condition in the transmission and distribution system in response to various requests for power usage in an arbitrary time zone.
本明細書の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。すなわち、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和である前記目的関数の関数値の中で最大のものを最小化する、ミニマックス最適化の処理を実行するものである、としてもよい。 At least the following will be clarified by the description of the present specification. That is, in the pump operation planning system of the present embodiment, the arithmetic unit, when determining the planned value by the mathematical programming algorithm, sums the average power consumption for a predetermined time of each pump at each time in the power saving time zone. It is also possible to perform a minimax optimization process that minimizes the maximum function value of the objective function.
これによれば、例えば節電時間帯での送水ポンプ消費電力を合計したトータル消費電力のピーク抑制、つまり節電時間帯におけるトータルの送水ポンプ消費電力を最小化する処理を効率的なものとできる。 According to this, for example, the peak suppression of the total power consumption obtained by summing the power consumption of the water pump in the power saving time zone, that is, the processing for minimizing the total power consumption of the water pump in the power saving time zone can be made efficient.
また、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、前記各配水区における時刻毎の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった配水池が需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、各配水池の各時刻の運用下限水位を算定する処理を更に実行し、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、としてもよい。 Further, in the pump operation planning system of the present embodiment, the arithmetic unit is configured such that a predicted water demand amount for each time in each of the distribution districts and a distribution reservoir that cannot receive water from the water purification basin are consumers. The water level at each time of each distribution reservoir can meet the water demand indicated by the predicted water demand during the specified time from the stoppage of the water supply based on the minimum specified time to maintain water distribution to Further, a process of calculating the operation lower limit water level at each time of each reservoir is executed, and when the plan value is determined by the mathematical programming algorithm, the predicted water level of each reservoir is calculated as described above. The plan value of the number of operating pumps in the power saving time zone may be determined by a mathematical programming algorithm under the constraint condition that the operation lower limit water level at each time is satisfied at each time.
これによれば、配水池における運用水位の閾値について時間変化を特定し、これを踏まえた的確なポンプ運用計画を効率良く策定可能となる。 According to this, it is possible to identify a time change with respect to the threshold of the operating water level in the distribution reservoir, and to efficiently formulate an accurate pump operation plan based on this.
また、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、接続された2つの配水池のうち前記浄水池に近い一方の配水池が担う配水区の水需要量予測値と、前記一方の配水池から送水を受ける他方の配水池の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった前記一方および他方の各配水池が各該当配水区の需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、前記一方および他方の各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に各水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、前記各配水池の各時刻の運用下限水位を算定する処理を更に実行し、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、としてもよい。 Moreover, in the pump operation planning system according to the present embodiment, the arithmetic unit is configured to calculate a predicted water demand amount of a distribution area that is served by one of the two distribution reservoirs that is close to the clean water reservoir. The predicted amount of water demand for the other reservoir that receives water from the reservoir, and the one and the other reservoirs that are unable to receive water from the clean water reservoir are distributed to consumers in each relevant reservoir The water level at each time of each of the one and the other reservoirs based on the minimum specified time to maintain the water demand indicated by each water demand predicted value during the specified time from the stoppage of water supply Further, a process of calculating an operation lower limit water level at each time of each reservoir is obtained, and when the plan value is determined by the mathematical programming algorithm, the predicted water level of each reservoir is , Operation at each calculated time Under the constraint condition seeking to meet the limit water level at each time, it is what determines the planned value of the number of operating units of the pump in the power saving time period by the algorithm of mathematical programming may be.
これによれば、配水池が連結された構成において想定される状況を踏まえた、的確なポンプ運用計画の効率的な作成が可能となる。 According to this, it is possible to efficiently create an accurate pump operation plan based on the situation assumed in the configuration in which the reservoirs are connected.
また、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、前記決定変数における前記ポンプの運転台数を30分未満の所定時間おきのものとして、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、としてもよい。 Further, in the pump operation planning system of the present embodiment, the arithmetic unit assumes that the number of pumps operated in the decision variable is every predetermined time of less than 30 minutes, and uses the mathematical programming algorithm in the power saving time zone. The plan value of the number of operating pumps may be determined.
これによれば、ポンプ運用計画の対象時間帯における平均消費電力を効果的に低減するポンプ運用計画の策定が可能となる。 According to this, it becomes possible to formulate a pump operation plan that effectively reduces the average power consumption in the target time zone of the pump operation plan.
また、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、前記決定変数における所定時間を複数種類とした場合の、各種類の所定時間に対応した決定変数を用いて、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を、各種類の所定時間ごとに決定し、当該決定した各種類の計画値のうち、前記目的関数を最適化するもので、かつ、前記所定時間が最も大きいものを最終的なポンプ運転台数の計画値と特定する処理を更に実行するものである、としてもよい。 Further, in the pump operation planning system of the present embodiment, the arithmetic unit uses the decision variable corresponding to each type of predetermined time when the predetermined time in the decision variable is a plurality of types. A plan value of the number of operating pumps in the power saving time zone by an algorithm is determined for each type of predetermined time, and the objective function is optimized among the determined plan values of each type, and It is good also as what further performs the process which specifies the thing with the said longest predetermined time as the plan value of the final number of pump operation.
これによれば、送水ポンプON/OFFの頻度を抑制しつつ、送水ポンプ消費電力を最も最小化するポンプ運用計画を効率良く作成することが可能になる。 This makes it possible to efficiently create a pump operation plan that minimizes the power consumption of the water pump while suppressing the frequency of the water pump ON / OFF.
また、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の経過した後の第2の時間帯において、前記配水池に送水するポンプを上限運転台数で運転した場合の前記配水池の水位予測値が運用下限以上となることを求める制約条件を追加し、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、としてもよい。 Further, in the pump operation planning system according to the present embodiment, the arithmetic unit, when determining the planned value by the mathematical programming algorithm, in the second time zone after the power saving time zone has elapsed, A constraint condition is calculated to require that the predicted water level of the reservoir when operating the pump to supply water to the upper limit operation number is equal to or higher than the operation lower limit, and the pump of the pump in the power saving time zone by the algorithm of the mathematical programming method is added. The plan value of the number of operating units may be determined.
これによれば、節電時間帯経過後に、配水池水位が運用下限水位を割り込むことを的確に回避するポンプ運用計画の策定が可能となる。 According to this, it becomes possible to formulate a pump operation plan that accurately avoids that the reservoir water level falls below the operation lower limit water level after the power saving time period has elapsed.
また、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の到来直前の時間帯において、各配水池の水位予測値が運用上限となることを求める制約条件を追加し、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、としてもよい。 Further, in the pump operation planning system of the present embodiment, the arithmetic unit, when determining the plan value by the mathematical programming algorithm, in the time zone immediately before the arrival of the power saving time zone, the predicted water level value of each distribution reservoir It is also possible to add a constraint condition for obtaining an upper limit of operation and determine a planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by the algorithm of the mathematical programming method.
これによれば、節電時間帯における送水ポンプの稼働を出来るだけ回避し、節電要請に応えるポンプ運用計画の効率的な策定が可能となる。 According to this, the operation of the water pump in the power saving time zone is avoided as much as possible, and it becomes possible to efficiently formulate a pump operation plan that meets the power saving request.
また、本実施形態のポンプ運用計画システムにおいて、前記演算装置は、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、複数台のポンプのうち、計画対象外の所定ポンプについて、所定の従来運用に対応したアルゴリズムで運転計画を決定し、当該決定した従来運用の所定ポンプに関する運転計画を、前記複数台のポンプのうち計画対象のポンプに関する前記数理計画法のアルゴリズムにおける入力の1つとし、前記節電時間帯における前記計画対象のポンプの運転台数の計画値を決定するものである、としてもよい。 Further, in the pump operation planning system according to the present embodiment, the arithmetic unit, when determining the plan value by the mathematical programming algorithm, performs predetermined conventional operation with respect to a predetermined pump that is not a target for planning among a plurality of pumps. The operation plan is determined with an algorithm corresponding to the determined operation plan, and the determined operation plan for the predetermined pump of the conventional operation is one of the inputs in the mathematical programming algorithm for the pump to be planned among the plurality of pumps, The planned value of the number of operating pumps to be planned in the power saving time zone may be determined.
これによれば、本実施形態のポンプ運用計画の対象ではないポンプに関しても考慮に入れつつ、ポンプ運用計画の作成を行うことが出来ることとなり、ポンプ運用計画の精度が
更に良好なものとなる。
According to this, it is possible to create a pump operation plan while taking into account pumps that are not the target of the pump operation plan of the present embodiment, and the accuracy of the pump operation plan is further improved.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和である前記目的関数の関数値の中で最大のものを最小化する、ミニマックス最適化の処理を実行する、としてもよい。 Further, in the pump operation planning method of the present embodiment, when the computer system determines the planned value by the mathematical programming algorithm, the sum of the predetermined average power consumption of each pump at each time in the power saving time zone. It is also possible to execute a minimax optimization process that minimizes the maximum function value of the objective function.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記各配水区における時刻毎の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった配水池が需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、各配水池の各時刻の運用下限水位を算定する処理を更に実行し、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、としてもよい。 Further, in the pump operation planning method of the present embodiment, the computer system is a water demand prediction value for each time in each of the distribution districts, and the distribution reservoir that has not been able to receive water from the clean water reservoir is a consumer. The water level at each time of each distribution reservoir can meet the water demand indicated by the predicted water demand during the specified time from the stoppage of the water supply based on the minimum specified time to maintain water distribution to Further, a process of calculating the operation lower limit water level at each time of each reservoir is executed, and when the plan value is determined by the mathematical programming algorithm, the predicted water level of each reservoir is calculated as described above. The planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone may be determined by a mathematical programming algorithm under a constraint condition that the operation lower limit water level at each time is satisfied at each time.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、接続された2つの配水池のうち前記浄水池に近い一方の配水池が担う配水区の水需要量予測値と、前記一方の配水池から送水を受ける他方の配水池の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった前記一方および他方の各配水池が各該当配水区の需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、前記一方および他方の各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に各水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、前記各配水池の各時刻の運用下限水位を算定する処理を更に実行し、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、としてもよい。 Further, in the pump operation planning method of the present embodiment, the computer system includes a predicted water demand amount of a distribution area that is served by one of the two distribution reservoirs connected to the clean water reservoir, and the one of the two distribution reservoirs. The predicted amount of water demand for the other reservoir that receives water from the reservoir, and the one and the other reservoirs that are unable to receive water from the clean water reservoir are distributed to consumers in each relevant reservoir The water level at each time of each of the one and the other reservoirs based on the minimum specified time to maintain the water demand indicated by each water demand predicted value during the specified time from the stoppage of water supply Further, a process of calculating an operation lower limit water level at each time of each reservoir is obtained, and when the plan value is determined by the mathematical programming algorithm, the predicted water level of each reservoir is , Each time calculated above Under the constraint condition seeking to meet the operational lower limit level at each time, to determine the planned value of the number of operating units of the pump in the power saving time period by the algorithm of mathematical programming may be.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記決定変数における前記ポンプの運転台数を30分未満の所定時間おきのものとして、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、としてもよい。 Further, in the pump operation planning method of the present embodiment, the computer system sets the number of pumps operated in the decision variable every predetermined time of less than 30 minutes, and uses the mathematical programming algorithm in the power saving time zone. The planned value of the number of operating pumps may be determined.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記決定変数における所定時間を複数種類とした場合の、各種類の所定時間に対応した決定変数を用いて、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を、各種類の所定時間ごとに決定し、当該決定した各種類の計画値のうち、前記目的関数を最適化するもので、かつ、前記所定時間が最も大きいものを最終的なポンプ運転台数の計画値と特定する処理を更に実行する、としてもよい。 Further, in the pump operation planning method according to the present embodiment, when the computer system uses a plurality of types of predetermined times in the decision variable, the decision variables corresponding to the predetermined times of each type are used. A plan value of the number of operating pumps in the power saving time zone by an algorithm is determined for each type of predetermined time, and the objective function is optimized among the determined plan values of each type, and It is also possible to further execute a process of specifying the largest predetermined time as a planned value of the final number of pumps to be operated.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の経過した後の第2の時間帯において、前記配水池に送水するポンプを上限運転台数で運転した場合の前記配水池の水位予測値が運用下限以上となることを求める制約条件を追加し、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、としてもよい。 Further, in the pump operation planning method according to the present embodiment, when the computer system determines the plan value by the mathematical programming algorithm, the distribution reservoir is used in a second time zone after the power saving time zone has elapsed. A constraint condition is calculated to require that the predicted water level of the reservoir when operating the pump to supply water to the upper limit operation number is equal to or higher than the operation lower limit, and the pump of the pump in the power saving time zone by the algorithm of the mathematical programming method is added. The planned value of the number of operating units may be determined.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の到来直前の
時間帯において、各配水池の水位予測値が運用上限となることを求める制約条件を追加し、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、としてもよい。
Further, in the pump operation planning method of the present embodiment, when the computer system determines the planned value by the mathematical programming algorithm, the predicted water level value of each reservoir in the time zone immediately before the arrival of the power saving time zone. May be added, and a planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone may be determined by the algorithm of the mathematical programming method.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、複数台のポンプのうち、計画対象外の所定ポンプについて、所定の従来運用に対応したアルゴリズムで運転計画を決定し、当該決定した従来運用の所定ポンプに関する運転計画を、前記複数台のポンプのうち計画対象のポンプに関する前記数理計画法のアルゴリズムにおける入力の1つとし、前記節電時間帯における前記計画対象のポンプの運転台数の計画値を決定する、としてもよい。 Further, in the pump operation planning method of the present embodiment, when the computer system determines the planned value by the algorithm of the mathematical programming method, a predetermined conventional operation is performed for a predetermined pump that is not a target for planning among a plurality of pumps. The operation plan is determined with an algorithm corresponding to the determined operation plan, and the determined operation plan for the predetermined pump of the conventional operation is one of the inputs in the mathematical programming algorithm for the pump to be planned among the plurality of pumps, The planned value of the number of operating pumps to be planned in the power saving time zone may be determined.
また、本実施形態のポンプ運用計画方法において、前記コンピュータシステムが、前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和である前記目的関数の関数値の中で最小のものを最大化する、ミニマックス最適化の処理を実行するとしてもよい。 Further, in the pump operation planning method of the present embodiment, the computer system is a sum of predetermined average power consumptions of the respective pumps in the power saving time zone when the plan value is determined by the mathematical programming algorithm. A minimax optimization process that maximizes the smallest function value of the objective function may be executed.
1 水源
2 浄水場
3 浄水池
4〜6 配水池
11〜13 送水ポンプ
100 送配水システム
2000 ポンプ運用計画システム
200 プロセッサ(演算装置)
201 メモリ(記憶装置)
202 データ入力手段
203 需要予測手段
204 運用計画立案手段
205 出力手段
206 需要量データベース
207 気象情報データベース
208 設備情報データベース
209 通信手段
210 LAN
211 監視制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water source 2 Water purification plant 3 Water purification tank 4-6 Water distribution tank 11-13 Water supply pump 100 Water supply / distribution system 2000 Pump operation planning system 200 Processor (computing device)
201 Memory (storage device)
202 Data input means 203 Demand prediction means 204 Operation planning means 205 Output means 206 Demand database 207 Weather information database 208 Equipment information database 209 Communication means 210 LAN
211 Monitoring and control device
Claims (20)
所定の節電要請および前記各情報に基づき、前記節電要請が示す節電時間帯に関し、所定時間おきの前記ポンプの運転台数を決定変数、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和を目的関数とし、各配水池の担う配水区における時刻毎の水需要量予測値と該当配水池に送水するポンプの運転台数とに基づく各配水池の水位予測値が、所定の運用上下限を満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する演算装置と、
を備えることを特徴とするポンプ運用計画システム。 A storage device storing each information of the water purification pond and the water distribution pond of the water transmission and distribution system, and a pump for supplying water from the water purification pond to the water distribution pond;
Based on a predetermined power saving request and each information, regarding the power saving time zone indicated by the power saving request, the number of pumps operated every predetermined time is a determining variable, and the average consumption of each pump for a predetermined time at each time in the power saving time zone Using the sum of power as an objective function, the predicted water level of each reservoir based on the predicted water demand for each time in the distribution territory of each reservoir and the number of pumps operating to the corresponding reservoir An arithmetic unit that determines a planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by a mathematical programming algorithm under a constraint condition that satisfies upper and lower limits,
A pump operation planning system comprising:
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和である前記目的関数の関数値の中で最大のものを最小化する、ミニマックス最適化の処理を実行するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
When determining the planned value by the mathematical programming algorithm, the largest one of the function values of the objective function that is the sum of the predetermined average power consumption of each pump at each time in the power saving time zone is minimized. To perform a minimax optimization process,
The pump operation planning system according to claim 1.
前記各配水区における時刻毎の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった配水池が需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、各配水池の各時刻の運用下限水位を算定する処理を更に実行し、
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
Based on the predicted amount of water demand at each time in each of the distribution districts, and the minimum prescribed time that the distribution reservoir that has not been able to receive water from the clean water reservoir should maintain water distribution to consumers, The water level at each time in each reservoir is calculated so that the water level at each time in each reservoir can meet the water demand indicated by the predicted water demand between the stoppage of the water supply and the specified time. Perform further processing,
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, under the constraint that the predicted water level of each reservoir is to satisfy the calculated lower limit water level at each time at each time, the mathematical programming method A plan value of the number of operating pumps in the power saving time zone is determined by an algorithm.
The pump operation planning system according to claim 1.
接続された2つの配水池のうち前記浄水池に近い一方の配水池が担う配水区の水需要量予測値と、前記一方の配水池から送水を受ける他方の配水池の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった前記一方および他方の各配水池が各該当配水区の需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、
前記一方および他方の各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に各水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、前記各配水池の各時刻の運用下限水位、あるいは、前記一方および他方の各配水池の各時刻の水位が満たすべき条件式を算定する処理を更に実行し、
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
Of the two connected reservoirs, the predicted water demand of the distribution zone that is served by one of the reservoirs close to the clean water reservoir, and the predicted water demand of the other reservoir that receives water from the one reservoir , Based on the minimum prescribed time in which each of the one and the other distribution reservoirs, which have not been able to receive water from the water purification pond, should maintain the distribution of water to consumers in each distribution district,
Each time of each of the reservoirs, the water level at each time of each of the one and the other reservoirs can meet the water demand indicated by each predicted water demand during the specified time from the stop of the water supply. Or a process of calculating a conditional expression to be satisfied by the water level at each time of each of the one and the other reservoirs,
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, under the constraint that the predicted water level of each reservoir is to satisfy the calculated lower limit water level at each time at each time, the mathematical programming method A plan value of the number of operating pumps in the power saving time zone is determined by an algorithm.
The pump operation planning system according to claim 1.
前記決定変数における前記ポンプの運転台数を30分未満の所定時間おきのものとして、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
The operation number of the pumps in the determination variable is determined every predetermined time of less than 30 minutes, and the planned value of the operation number of the pumps in the power saving time zone is determined by the mathematical programming algorithm.
The pump operation planning system according to claim 1.
前記決定変数における所定時間を複数種類とした場合の、各種類の所定時間に対応した決定変数を用いて、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を、各種類の所定時間ごとに決定し、当該決定した各種類の計画値のうち、前記目的関数を最適化するもので、かつ、前記所定時間が最も大きいものを最終的なポンプ運転台数の計画値と特定する処理を更に実行するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
When the predetermined time in the decision variable is a plurality of types, using the decision variable corresponding to the predetermined time of each type, the planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by the mathematical programming algorithm, Each type is determined every predetermined time, and among the determined planned values of each type, the objective function is optimized, and the longest predetermined time is the final planned number of pumps operated Further processing is performed,
The pump operation planning system according to claim 1.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の経過した後の第2の時間帯において、前記配水池に送水するポンプを上限運転台数で運転した場合の前記配水池の水位予測値が運用下限以上となることを求める制約条件を追加し、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
When determining the planned value by the algorithm of the mathematical programming method, in the second time zone after the power saving time zone has elapsed, the pump of the water reservoir when the pump that supplies water to the reservoir is operated at the maximum number of operating units. Adding a constraint condition that the water level prediction value is equal to or higher than the operation lower limit, and determining the planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by the algorithm of the mathematical programming method,
The pump operation planning system according to claim 1.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の到来直前の時間帯において、各配水池の水位予測値が運用上限となることを求める制約条件を追加し、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, a constraint condition is added that requires the predicted water level of each reservoir to be an upper operation limit in the time zone immediately before the arrival of the power saving time zone, and the mathematical programming A plan value of the number of operating pumps in the power saving time zone is determined by a law algorithm.
The pump operation planning system according to claim 1.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、複数台のポンプのうち、計画対象外の所定ポンプについて、所定の従来運用に対応したアルゴリズムで運転計画を決定し、当該決定した従来運用の所定ポンプに関する運転計画を、前記複数台のポンプのうち計画対象のポンプに関する前記数理計画法のアルゴリズムにおける入力の1つとし、前記節電時間帯における前記計画対象のポンプの運転台数の計画値を決定するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, for a predetermined pump that is not the target of planning among a plurality of pumps, an operation plan is determined by an algorithm corresponding to a predetermined conventional operation, and the determined conventional operation is determined. The operation plan related to the predetermined pump is set as one of the inputs in the mathematical programming algorithm related to the pump to be planned among the plurality of pumps, and the planned value of the operation number of the pumps to be planned in the power saving time period is determined. To do,
The pump operation planning system according to claim 1.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和である前記目的関数の関数値の中で最小のものを最大化する、ミニマックス最適化の処理を実行するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ運用計画システム。 The arithmetic unit is
Minimizing the function value of the objective function, which is the sum of the predetermined average power consumption of each pump in the power saving time zone, when determining the planned value by the mathematical programming algorithm. It performs processing of max optimization,
The pump operation planning system according to claim 1.
所定の節電要請および前記各情報に基づき、前記節電要請が示す節電時間帯に関し、所定時間おきの前記ポンプの運転台数を決定変数、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和を目的関数とし、各配水池の担う配水区における時刻毎の水需要量予測値と該当配水池に送水するポンプの運転台数とに基づく各配水池の水位予測値が、所定の運用上下限を満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、
ことを特徴とするポンプ運用計画方法。 A computer system having a storage device storing each information of a water purification tank and a water distribution reservoir of the water transmission / distribution system and a pump for supplying water from the water purification reservoir to the water distribution reservoir,
Based on a predetermined power saving request and each information, regarding the power saving time zone indicated by the power saving request, the number of pumps operated every predetermined time is a determining variable, and the average consumption of each pump for a predetermined time at each time in the power saving time zone Using the sum of power as an objective function, the predicted water level of each reservoir based on the predicted water demand for each time in the distribution territory of each reservoir and the number of pumps operating to the corresponding reservoir Under the constraint condition that satisfies the upper and lower limits, determine the planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by an algorithm of mathematical programming,
A pump operation planning method characterized by that.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の各時刻における前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和である前記目的関数の関数値の中で最大のものを最小化する、ミニマックス最適化の処理を実行する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法 The computer system is
When determining the planned value by the mathematical programming algorithm, the largest one of the function values of the objective function that is the sum of the predetermined average power consumption of each pump at each time in the power saving time zone is minimized. Execute the minimax optimization process,
The pump operation planning method according to claim 11,
前記各配水区における時刻毎の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった配水池が需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、各配水池の各時刻の運用下限水位を算定する処理を更に実行し、
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
Based on the predicted amount of water demand at each time in each of the distribution districts, and the minimum prescribed time that the distribution reservoir that has not been able to receive water from the clean water reservoir should maintain water distribution to consumers, The water level at each time in each reservoir is calculated so that the water level at each time in each reservoir can meet the water demand indicated by the predicted water demand between the stoppage of the water supply and the specified time. Perform further processing,
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, under the constraint that the predicted water level of each reservoir is to satisfy the calculated lower limit water level at each time at each time, the mathematical programming method Determining a planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by an algorithm;
The pump operation planning method according to claim 11.
接続された2つの配水池のうち前記浄水池に近い一方の配水池が担う配水区の水需要量予測値と、前記一方の配水池から送水を受ける他方の配水池の水需要量予測値と、前記浄水池から送水を受けられない状況となった前記一方および他方の各配水池が各該当配水区の需要家への配水を維持すべき最低限の規定時間と、に基づき、
前記一方および他方の各配水池の各時刻の水位が、前記送水の停止から前記規定時間の間に各水需要量予測値が示す水需要に応えうるものとなる、前記各配水池の各時刻の運用下限水位を算定する処理を更に実行し、
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記各配水池の水位予測値が、前記算定した各時刻の運用下限水位を各時刻で満たすことを求める制約条件の下、数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
Of the two connected reservoirs, the predicted water demand of the distribution zone that is served by one of the reservoirs close to the clean water reservoir, and the predicted water demand of the other reservoir that receives water from the one reservoir , Based on the minimum prescribed time in which each of the one and the other distribution reservoirs, which have not been able to receive water from the water purification pond, should maintain the distribution of water to consumers in each distribution district,
Each time of each of the reservoirs, the water level at each time of each of the one and the other reservoirs can meet the water demand indicated by each predicted water demand during the specified time from the stop of the water supply. Execute the process to calculate the operational lower limit water level of
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, under the constraint that the predicted water level of each reservoir is to satisfy the calculated lower limit water level at each time at each time, the mathematical programming method Determining a planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by an algorithm;
The pump operation planning method according to claim 11.
前記決定変数における前記ポンプの運転台数を30分未満の所定時間おきのものとして、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
Assuming that the number of pumps operated in the decision variable is every predetermined time less than 30 minutes, the plan value of the number of pumps operated in the power saving time zone is determined by the algorithm of the mathematical programming method.
The pump operation planning method according to claim 11.
前記決定変数における所定時間を複数種類とした場合の、各種類の所定時間に対応した決定変数を用いて、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を、各種類の所定時間ごとに決定し、当該決定した各種類の計画値のうち、前記目的関数を最適化するもので、かつ、前記所定時間が最も大きいものを最終的なポンプ運転台数の計画値と特定する処理を更に実行する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
When the predetermined time in the decision variable is a plurality of types, using the decision variable corresponding to the predetermined time of each type, the planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by the mathematical programming algorithm, Each type is determined every predetermined time, and among the determined planned values of each type, the objective function is optimized, and the longest predetermined time is the final planned number of pumps operated And further execute the process of specifying
The pump operation planning method according to claim 11.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の経過した後の第2の時間帯において、前記配水池に送水するポンプを上限運転台数で運転した場合の前記配水池の水位予測値が運用下限以上となることを求める制約条件を追加し、前
記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
When determining the planned value by the algorithm of the mathematical programming method, in the second time zone after the power saving time zone has elapsed, the pump of the water reservoir when the pump that supplies water to the reservoir is operated at the maximum number of operating units. Add a constraint condition that the predicted water level is equal to or higher than the operation lower limit, and determine the planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone by the algorithm of the mathematical programming method,
The pump operation planning method according to claim 11.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の到来直前の時間帯において、各配水池の水位予測値が運用上限となることを求める制約条件を追加し、前記数理計画法のアルゴリズムによって前記節電時間帯における前記ポンプの運転台数の計画値を決定する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, a constraint condition is added that requires the predicted water level of each reservoir to be an upper operation limit in the time zone immediately before the arrival of the power saving time zone, and the mathematical programming The planned value of the number of operating pumps in the power saving time zone is determined by a law algorithm,
The pump operation planning method according to claim 11.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、複数台のポンプのうち、計画対象外の所定ポンプについて、所定の従来運用に対応したアルゴリズムで運転計画を決定し、当該決定した従来運用の所定ポンプに関する運転計画を、前記複数台のポンプのうち計画対象のポンプに関する前記数理計画法のアルゴリズムにおける入力の1つとし、前記節電時間帯における前記計画対象のポンプの運転台数の計画値を決定する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
In the determination of the planned value by the mathematical programming algorithm, for a predetermined pump that is not the target of planning among a plurality of pumps, an operation plan is determined by an algorithm corresponding to a predetermined conventional operation, and the determined conventional operation is determined. The operation plan related to the predetermined pump is set as one of the inputs in the mathematical programming algorithm related to the pump to be planned among the plurality of pumps, and the planned value of the operation number of the pumps to be planned in the power saving time period is determined. To
The pump operation planning method according to claim 11.
前記数理計画法のアルゴリズムによる前記計画値の決定に際し、前記節電時間帯の前記各ポンプの所定時間平均消費電力の総和である前記目的関数の関数値の中で最小のものを最大化する、ミニマックス最適化の処理を実行する、
ことを特徴とする請求項11に記載のポンプ運用計画方法。 The computer system is
Minimizing the function value of the objective function, which is the sum of the predetermined average power consumption of each pump in the power saving time zone, when determining the planned value by the mathematical programming algorithm. Execute the max optimization process,
The pump operation planning method according to claim 11.
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