JP6509537B2 - Plant simulator and operation assignment method of plant simulator - Google Patents
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Description
本発明は、プラントシミュレータ及びプラントシミュレータの演算割り当て方法に関するものである。 The present invention relates to a plant simulator and an operation assignment method of the plant simulator.
従来、火力発電プラント、原子力発電プラント等の発電プラントにおいて、運転員の教育及び訓練に利用される運転訓練用シミュレータが開発されている(例えば、特許文献1、2参照)。このような運転訓練用シミュレータを複数のプロセッサによる並列処理により実施する場合、発電プラントの構成要素が連結されたプラントモデルを作成し、各プロセッサに対して機器単位の数理モデルを割り当てることにより、演算を実行させていた。
Conventionally, in power generation plants such as thermal power plants and nuclear power plants, simulators for operation training used for education and training of operators have been developed (see, for example,
近年、シミュレーション速度についての更なる高速化の要請(例えば、現実の挙動に対して10倍速)があり、この要請を満足するようなシミュレータの開発が必要とされている。しかしながら、機器単位で数理モデルを各プロセッサに割り当てる従来の方法では、各プロセッサに割り当てられる演算負荷にばらつきが生じてしまうことから、並列処理を効率的に進行させることができず、時間的なロスの発生により、上記の要請を満足するような高速化が望めないという問題があった。例えば、各プロセッサの演算負荷にばらつきが生じてしまうと、処理を終える時間がプロセッサ間でばらつくため、早く処理を終了したプロセッサは、他のプロセッサの処理が終了するまで待たなければならず、無駄な待ち時間が生じていた。
また、シミュレーション速度は、各プロセッサに対して機器単位の数理モデルを割り当てることで各プロセッサの処理を平準化するには限界があるため、他のプロセッサの処理の終了までの無駄な待ち時間を十分には解消できず、シミュレーション速度の高速化を実現するには、各プロセッサの数量を更に増加させて並列処理数を増加することで対処するなど、シミュレータのコスト増加の要因となっていた。
In recent years, there has been a demand for further speedup of simulation speed (for example, 10 times the speed of the actual behavior), and there is a need to develop a simulator that satisfies this demand. However, according to the conventional method of assigning a mathematical model to each processor on an equipment basis, since the calculation load assigned to each processor varies, parallel processing can not be efficiently progressed, and time loss is caused. There has been a problem that speeding up to satisfy the above requirements can not be expected. For example, if the processing load of each processor varies, the time to finish the processing varies among the processors, and the processor that finished the process has to wait until the processing of the other processor finishes, which is a waste Waiting time had occurred.
In addition, simulation speed has a limit in leveling the processing of each processor by allocating a mathematical model in units of equipment to each processor, so sufficient waiting time until the end of processing of other processors is sufficient. In order to realize the speeding up of the simulation speed, the cost of the simulator has been increased, for example, by further increasing the number of processors and increasing the number of parallel processes.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シミュレーション速度の更なる高速化を図ることの可能なプラント運転シミュレータ及びその方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a plant operation simulator capable of achieving a further increase in simulation speed and a method thereof.
本発明の第1態様は、複数のプロセッサがシミュレーション演算を並列して行うことにより、発電プラントの挙動を模擬するプラントシミュレータであって、プラントの挙動を演算するための複数の数理モデルがデータ種別と関連付けられて格納されている数理モデル格納手段と、前記データ種別毎に前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる演算割り当て手段とを備え、前記データ種別の一つは、非線形モデルであり、前記演算割り当て手段は、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に前記数理モデルを優先的に割り当てるとともに、各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、前記数理モデルの割り当てを行い、前記演算割り当て手段は、非線形モデルの前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる非線形演算割り当て手段を有し、前記非線形演算割り当て手段は、非線形モデルの前記数理モデルの中から、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に所定数の前記数理モデルを抽出し、抽出した各前記数理モデルを個別の前記プロセッサにそれぞれ割り当てるステップと、非線形モデルの前記数理モデルが割り当てられた前記プロセッサを含む、シミュレーション演算を実行する各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、他の非線形モデルの数理モデルを割り当てるステップとを実行するプラントシミュレータである。 A first aspect of the present invention is a plant simulator that simulates the behavior of a power plant by a plurality of processors performing simulation operations in parallel, and a plurality of mathematical models for computing the behavior of the plant are data types. And mathematical operation storing means stored in association with each other and arithmetic assignment means for assigning the mathematical model to the processor for each data type, one of the data types being a nonlinear model, the operation assignment The means extracts the mathematical model having a predetermined computational load or more, and preferentially assigns the mathematical model among the extracted mathematical models in descending order of the computational load, and the computational load of each processor is approximately as will be equally, have row assignment of the mathematical model, the arithmetic assignment means, nonlinear A non-linear operation assignment unit for assigning the mathematical model of Dell to the processor, wherein the non-linear operation assignment unit extracts the mathematical model having a computational load equal to or greater than a preset operation load from the mathematical model of the non-linear model Extracting a predetermined number of the mathematical models from the extracted mathematical models in descending order of operation load, and assigning each of the extracted mathematical models to the individual processors; and the mathematical model of the non-linear model being assigned. And a step of assigning a mathematical model of another non-linear model so as to substantially equalize the operation load of each of the processors that execute the simulation operation including the processors .
本態様によれば、数理モデル格納手段には、プラントの挙動を表す複数の数理モデルがデータ種別と関連付けられて分類されて格納されており、各プロセッサの演算負荷が略均等となるように、演算割り当て手段によって、数理モデルがデータ種別毎に複数のプロセッサにそれぞれ割り当てられる。これにより、各プロセッサの使用率、換言すると、各プロセッサの演算時間を略均一にすることができ、シミュレータ速度を向上させることが可能となる。
更に、本態様によれば、従来に行われていた機器毎ではなく、データ種別毎に処理内容を分割した数理モデルの割り当てを行うので、演算の特殊性に応じた割り当てを行うことが可能となる。また、予め設定されている演算負荷以上の数理モデルを抽出し、抽出した数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に数理モデルを優先的にプロセッサに割り当てるので、各プロセッサの演算負荷が略均等となるような数理モデルの割り当てを比較的容易に行うことが可能となり、必要以上にプロセッサの数量を増加する必要性を解消することが可能となる。
また、本態様によれば、非線形モデルの数理モデルは、線形モデルの数理モデルに比べて演算負荷が高く、処理時間も長くなるが、演算負荷の大きい数理モデルを優先的にプロセッサに割り当てるので、各プロセッサの演算負荷が略均等となるような数理モデルの割り当てを比較的容易に行うことが可能となる。
According to this aspect, the mathematical model storage means stores a plurality of mathematical models representing the behavior of the plant in association with the data types and is classified and stored, and the calculation load of each processor is substantially equal, A mathematical model is assigned to a plurality of processors for each data type by the operation assigning means. As a result, the utilization rates of the processors, in other words, the computation time of each processor can be made substantially uniform, and the simulator speed can be improved.
Furthermore, according to the present aspect, since mathematical model allocation in which the processing content is divided for each data type is performed, not for each device conventionally performed, it is possible to perform allocation according to the peculiarity of operation. Become. In addition, since mathematical models above the operation load set in advance are extracted, and among the extracted mathematical models, the mathematical models are preferentially assigned to the processors in descending order of the operation load, so that the operation load of each processor becomes substantially equal. It is possible to relatively easily assign such mathematical models, and it is possible to eliminate the need to increase the number of processors more than necessary.
Further, according to this aspect, although the mathematical model of the nonlinear model has a high operation load and a longer processing time than the linear model, it preferentially assigns the mathematical model with the high operation load to the processor. It is possible to relatively easily assign a mathematical model so that the calculation load of each processor is substantially equal.
上記プラントシミュレータにおいて、前記演算割り当て手段は、1つの前記プロセッサに対して、同一または類似のデータ種別の数理モデルが割り当てられるように、前記数理モデルの割り当てを行うこととしてもよい。 In the plant simulator, the operation assignment unit may assign the mathematical model so that a mathematical model of the same or similar data type is assigned to one processor.
上記構成によれば、同一または類似のデータ種別の数理モデルを一つのプロセッサに割り当てることにより、同じような処理を繰り返し行わせることが可能となる。これにより、演算速度の向上が期待できる。 According to the above configuration, by assigning mathematical models of the same or similar data types to one processor, it is possible to repeat similar processing. Thereby, the improvement of the calculation speed can be expected.
上記プラントシミュレータにおいて、前記演算割り当て手段は、演算行列の大きさに基づいて演算負荷を判断することとしてもよい。 In the plant simulator, the operation assignment unit may determine the operation load based on the size of the operation matrix.
演算行列の大きさが同じであれば、演算時間もほぼ同じであるとみなすことができるため、演算行列の大きさを演算負荷の大きさの指標として利用することで、容易にかつ効率的に、数理モデルの割り当てを行うことが可能となる。 If the size of the operation matrix is the same, the operation time can be considered to be substantially the same, so by using the size of the operation matrix as an index of the size of the operation load, it is easily and efficiently It becomes possible to assign mathematical models.
上記プラントシミュレータにおいて、前記演算割り当て手段は、線形モデルのうち、蒸気系統の圧力計算の数理モデルを前記非線形演算割り当て手段によって抽出された前記非線形モデルの数理モデルが割り当てられていない、いずれかの前記プロセッサに割り当てる圧力演算割り当て手段を備えていてもよい。 In the above-mentioned plant simulator, the operation assignment unit is any one of linear models to which no mathematical model of the non- linear model extracted by the non-linear operation assignment unit is assigned. It may have pressure operation assignment means assigned to the processor.
蒸気系統の圧力計算は、線形モデルの数理モデルの中で、重要な位置を占めており、また、演算負荷の比較的大きいことから、他の線形モデルに比べて演算時間も長くなる。したがって、このような蒸気系統の圧力計算の数理モデルについては、非線形演算割り当て手段によって抽出された非線形モデルの演算を行わない、いずれかのプロセッサに優先的に割り当てることにより、演算負担を分散させることが可能となる。 The pressure calculation of the steam system occupies an important position in the mathematical model of the linear model, and the computation time is also longer compared to other linear models due to the relatively large computational load. Therefore, with regard to such a mathematical model of pressure calculation of steam system, the operation load is distributed by giving priority to any processor that does not calculate the non-linear model extracted by the non- linear operation allocation means. Is possible.
上記プラントシミュレータにおいて、前記演算割り当て手段は、線形モデルのうち、燃焼系統の体積計算の数理モデルを、前記非線形演算割り当て手段によって抽出された前記非線形モデルの数理モデルも前記蒸気系統の圧力計算の数理モデルも割り当てられていない、いずれかの前記プロセッサに割り当てる体積演算割り当て手段を備えていてもよい。 In the above-mentioned plant simulator, the operation assignment unit is a mathematical model of volume calculation of a combustion system among linear models, and also a mathematical model of the non-linear model extracted by the non-linear operation assignment unit. A volume operation assignment means may be provided which is assigned to any of the processors which is not assigned a model.
燃焼系統の体積計算(例えば、燃焼空気、排ガス、及び燃料ガス等の体積計算)は、線形モデルの数理モデルの中で、重要な位置を占めており、また、演算負荷も比較的大きいことから、他の線形モデルに比べて演算時間も長くなる。したがって、このような燃焼系統の体積計算の数理モデルについては、非線形演算割り当て手段によって抽出された非線形モデルの演算も、蒸気系統の圧力計算の演算も行わないプロセッサに優先的に割り当てることにより、演算負担を分散させることが可能となる。 The volume calculation of the combustion system (for example, volume calculation of combustion air, exhaust gas, fuel gas, etc.) occupies an important position in the mathematical model of the linear model, and the calculation load is also relatively large. The computation time is also longer than other linear models. Therefore, with regard to such mathematical model of volume calculation of the combustion system, the calculation of the non-linear model extracted by the non- linear calculation allocation means is also performed by preferentially allocating to the processor which does not calculate the pressure calculation of the steam system. It is possible to distribute the burden.
上記プラントシミュレータにおいて、前記演算割り当て手段は、線形モデルのうち、配管に関する伝熱計算の数理モデル、弁に関する伝熱計算の数理モデル、及びポンプファンに関する伝熱計算の数理モデルをそれぞれ異なる前記プロセッサに分散させて割り当てる伝熱計算割り当て手段を備えていてもよい。 In the plant simulator, the arithmetic assignment means, of the linear model, the processor mathematical model of the heat transfer calculation for the pipe, a mathematical model of the heat transfer calculations for the valve, and a mathematical model of the heat transfer calculations for the pump fan different The heat transfer calculation assignment means may be distributed and assigned to
線形モデルの一つとして電熱計算がある。電熱計算は、機器毎に行うことが必要となるが、配管、弁、ポンプファンについては、特に数が多いことから、演算負荷が大きく、処理時間も比較的長くなる。したがって、配管に関する伝熱計算の数理モデル、弁に関する伝熱計算の数理モデル、及びポンプファンに関する伝熱計算の数理モデルについては、それぞれ異なるプロセッサに分散して優先的に割り当てることにより、プロセッサの演算負担を分散させることが可能となる。 Electric heating calculation is one of linear models. Electric heat calculation needs to be performed for each device, but the number of pipes, valves, and pump fans is particularly large, so the operation load is large and the processing time is also relatively long. Therefore, the processor operation can be performed by distributing and preferentially assigning the mathematical model of heat transfer calculation for piping, the mathematical model of heat transfer calculation for valves, and the mathematical model of heat transfer calculation for pump fans to different processors. It is possible to distribute the burden.
本発明の第2態様は、複数のプロセッサがシミュレーション演算を並列して行うことにより、発電プラントの挙動を模擬するプラントシミュレータに適用される演算割り当て方法であって、前記プラントシミュレータは、前記発電プラントの挙動を演算するための複数の数理モデルがデータ種別と関連付けられて格納されている数理モデル格納手段を有し、コンピュータが、前記データ種別毎に前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる演算割り当てステップを実行し、前記データ種別の一つは、非線形モデルであり、前記演算割り当てステップでは、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に前記数理モデルを優先的に割り当てるとともに、各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、前記数理モデルの割り当てを行い、前記演算割り当てステップは、非線形モデルの前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる非線形演算割り当てステップを有し、前記非線形演算割り当てステップは、非線形モデルの前記数理モデルの中から、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に所定数の前記数理モデルを抽出し、抽出した各前記数理モデルを個別の前記プロセッサにそれぞれ割り当てるステップと、非線形モデルの前記数理モデルが割り当てられた前記プロセッサを含む、シミュレーション演算を実行する各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、他の非線形モデルの数理モデルを割り当てるステップとを有するプラントシミュレータの演算割り当て方法である。 A second aspect of the present invention is the operation assignment method applied to a plant simulator that simulates the behavior of a power plant by a plurality of processors performing simulation operations in parallel, wherein the plant simulator is the power plant And a mathematical model storing unit in which a plurality of mathematical models for computing the behavior of the mathematical model are stored in association with the data type, and a computer assigns an arithmetic assignment step of assigning the mathematical model to the processor for each data type. One of the data types is a non-linear model, and in the operation assignment step, the mathematical model above the preset operation load is extracted and the operation load is large among the extracted mathematical models In addition to assigning the mathematical model in order of priority, each processor As calculation load is substantially uniform, have row assignment of the mathematical model, the arithmetic assignment step, the mathematical model of the nonlinear model includes a nonlinear operation allocation step of allocating to said processor, said non-linear operation assignment step And extracting the mathematical model having a predetermined operation load or more from the mathematical model of the non-linear model, and extracting a predetermined number of the mathematical models from the extracted mathematical models in descending order of the operation load. Step of assigning each of the extracted mathematical models to the individual processors, and the processor to which the mathematical model of the non-linear model is assigned, so that the operation load of each of the processors executing the simulation operation becomes substantially equal. Assign mathematical models of other nonlinear models, and A calculation method of assigning a plant simulator.
本発明によれば、シミュレーション速度の更なる高速化を図ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the simulation speed can be further increased.
以下に、本発明の一実施形態に係るプラントシミュレータ及びプラントシミュレータの演算割り当て方法について、図面を参照して説明する。本発明におけるプラントシミュレータは、例えば、火力発電プラント、原子力発電プラント等の発電プラントの挙動を模擬するものであり、例えば、運転訓練に用いられる運転訓練シミュレータである。本発明のプラントシミュレータ及びプラントシミュレータの演算割り当て方法は、発電プラントのシミュレーションに広く適用可能であるが、特に、主な構成としてボイラ、タービン、復水器を備え、流量、温度、圧力の状態量を要素とする発電プラントのシミュレーションに適用されて好適なものである。以下の実施形態においては、説明の便宜上、火力発電プラントのシミュレーションを行う場合を例示して説明するが、本発明のプラントシミュレータにより挙動が模擬される対象は、火力発電プラントに限定されない。 Hereinafter, a plant simulator and an operation assignment method of the plant simulator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The plant simulator in the present invention simulates the behavior of a power plant such as a thermal power plant or a nuclear power plant, for example, and is, for example, an operation training simulator used for operation training. The plant simulator and the operation assignment method of the plant simulator according to the present invention can be widely applied to the simulation of a power plant, but particularly includes a boiler, a turbine, and a condenser as main components, and state quantities of flow rate, temperature and pressure. Is suitable for being applied to the simulation of a power plant having as an element. In the following embodiment, although the case where a thermal power plant is simulated is illustrated for convenience of explanation, the object by which the behavior is simulated by the plant simulator of the present invention is not limited to a thermal power plant.
図1は、火力発電プラントの模擬系統図の一例を示した図である。図1に示すように、プラントモデル模擬系統図には、プラントの挙動を模擬するのに必要とされる各種構成が、実際の火力発電プラントにおける関係に基づいてブロック線図で結ばれ、蒸気系統、冷却水系統、燃料系統などが形成されている。
図1において、ボイラ51で発生した蒸気は、高圧タービン52に供給される。高圧タービン52で仕事をした蒸気は、再熱器53に送られて加熱された後、中圧タービン54及び低圧タービン55に供給されて仕事を行う。低圧タービン55で仕事をした蒸気は復水器56において冷却されて復水61とされる。この復水61は、脱気器57に送られ不純物が除去された後、給水62としてボイラ51に再び戻される。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a simulated system diagram of a thermal power plant. As shown in FIG. 1, in the plant model simulation system diagram, various components required to simulate the behavior of the plant are connected by a block diagram based on the relationship in the actual thermal power plant, and the steam system , Cooling water system, fuel system etc. are formed.
In FIG. 1, the steam generated by the
また、再熱器53、高圧タービン52の付近では高圧蒸気が一部取り出され、補助蒸気66として利用される。また、高圧タービン52、中圧タービン54及び低圧タービン55の回転動力が発電機58に伝達されることにより、発電機58が発電する。中圧タービン54における蒸気の一部は、蒸気駆動の給水ポンプ59に供給され、給水ポンプ59の駆動に用いられる。
In addition, high pressure steam is partially taken out in the vicinity of the
また、給水62の一部及び復水61の一部は、ヒータドレン60を介して復水器56から脱気器57の間に、復水として再び戻される。更に、図1には、燃料系統の要素として、燃料空気63、排ガス64、燃料65が、冷却水系統の要素として補給水67、海水68、バキューム69、軸冷水70、及び軸受油71等が示されている。
Further, a portion of the
図2は、本実施形態に係るプラントシミュレータのハードウェア構成を示した図である。図2に示すように、プラントシミュレータは、いわゆるコンピュータであり、ホストバス18には、8個のCPU(プロセッサ)11a〜11hと、各プログラム実行時のワーク領域として機能するメインメモリ12とが接続されている。一方、ホストバス18にI/Oブリッジ13を介して接続されるI/Oバス19には、CPU11a〜11hが実行する各種プログラム等が格納されたハードディスクドライブ(以下「HDD」という。)14、操作者(例えば、訓練生)によって操作されることにより入力指令が入力される入力部15、及びシミュレーション結果等を表示する表示部16が接続されている。
FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of a plant simulator according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the plant simulator is a so-called computer, and eight CPUs (processors) 11a to 11h and a
8個のCPU11a〜11hは、1つのプロセッサ・パッケージ内に複数のプロセッサコアが搭載されたマルチコア・シングルプロセッサとして実現されてもよく、また、1つのプロセッサ・パッケージ内に1つのプロセッサコアが搭載されたシングルコアを複数備えるシングルコア・マルチプロセッサにより実現されてもよい。また、マルチコアのプロセッサを複数有する、マルチコア・マルチプロセッサとして実現されてもよい。なお、図2では、8個のCPU11a〜11hを有している場合について例示しているが、CPUの個数については限定されない。また、CPUの個数については、必要以上に処理能力を向上させるために、必要な処理に対して個数の余裕を持ち過ぎずに、むしろ最少個数で構成されるほうがコスト低減に好ましい。
Eight
図3は、本実施形態に係るプラントシミュレータの機能ブロック図である。図3に示すように、プラントシミュレータは、シミュレーションに関する演算を実行する8個のシミュレーション実行部21a〜21hと、プラントの挙動を演算するための複数の数理モデルが格納されている数理モデル格納部25と、各シミュレーション実行部21a〜21hに数理モデルを割り当てる演算割り当て部30とを備えている。
FIG. 3 is a functional block diagram of a plant simulator according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the plant simulator includes eight
シミュレーション実行部21a〜21hの各々は、CPU11a〜11hの各々に1対1対応している。すなわち、本実施形態においては、8個のCPU11a〜11hがそれぞれシミュレーション実行部21a〜21hとして機能し、これらが並行処理を行うことによりシミュレーション演算が進行する。
Each of the
数理モデル格納部25には、プラントの挙動を演算するための複数の数理モデルがそのデータ種別に関連付けられて格納されている。データ種別には、例えば、非線形モデルか否か、演算される状態量の情報(圧力、体積、温度等)が含まれる。
The mathematical
演算割り当て部30は、シミュレーション実行部21a〜21hのそれぞれの演算負荷が略均等となるように、数理モデルの割り当てを行う。ここで、「略均等」とは、各シミュレーション実行部21a〜21hに割り当てられた演算負荷の平均値からの差分が所定の許容範囲内とされることを意味する。演算割り当て部30は、更に、シミュレーション実行部21a〜21hの各々に割り当てられる数理モデルのデータ種別が、なるべく同一または類似するように数理モデルの割り当てを行う。
The
演算割り当て部30は、例えば、非線形モデルの数理モデルの割り当てを行う第1演算割り当て部31(非線形演算割り当て手段)、線形モデルのうち、伝熱計算以外の数理モデル(例えば、圧力、体積等)の割り当てを行う第2演算割り当て部32(圧力演算割り当て手段、体積演算割り当て手段)、及び線形モデルのうち、伝熱計算の数理モデルの割り当てを行う第3演算割り当て部33(伝熱計算割り当て手段)を備えている。
The
第1演算割り当て部31は、例えば、非線形モデルの数理モデルのうち、演算負荷が予め設定されている演算負荷閾値以上の数理モデルを抽出し、抽出した数理モデルの中から演算負荷の大きい順に所定数の数理モデルを抽出し、抽出した各数理モデルをそれぞれ異なるシミュレーション実行部21a〜21hに割り当てる。例えば、所定数が「4つ」に設定されていた場合、第1演算割り当て部31は、演算負荷の大きい順に4つの数理モデルを抽出し、それぞれの数理モデルを4つのシミュレーション実行部、例えば、シミュレーション実行部21a、21b、21e、21fにそれぞれ割り当てる。なお、演算負荷が演算負荷閾値以上である数理モデルが「所定数」未満である場合、例えば、「所定数」が「4つ」で、演算負荷が演算負荷閾値以上である数理モデルが「2つ」であった場合には、これら2つの数理モデルを2つのシミュレーション実行部にそれぞれ割り当てる。
The first
そして、非線形モデルにおける残りの数理モデルについては、既に非線形モデルの数理モデルが割り当てられているシミュレーション実行部21a、21b、21e、21fを含む、シミュレーション実行部21a〜21hに対して、それぞれの演算負荷が略均等になるように、割り当てを行う。ここで、それぞれの演算負荷が略均等になるということは、各シミュレーション実行部21a〜21hの各演算処理時間の上限と下限が、各演算処理時間から算出した平均演算処理時間に対して±10%以内、更に好ましくは±5%以内にある状態を示している。
Then, with regard to the remaining mathematical models in the non-linear model, the calculation load of each of the
「演算負荷」は、演算行列の大きさに基づいて判断することが可能である。すなわち、数理モデルは、ヤコビアン行列等の行列によって表されるので、この行列の大きさ(列行の数)に応じて、上位から所定数(例えば、4つ)選択すればよい。行列のサイズが同じであれば、演算時間もほぼ同じであるとみなすことができるため、行列サイズに基づいて数理モデルを割り当てることにより、容易にかつ効率的に数理モデルの割り当てを行うことができる。また、この場合、演算負荷閾値も、行列のサイズを用いて設定されることとなる。また、「演算負荷閾値」及び「所定数」は、プログラム上で動的に設定できるように実装されていてもよいし、プラントの規模やシミュレーションに応じて予め設定されていてもよい。または、操作者が適宜入力できるような構成とされていてもよい。このように、「演算負荷閾値」、「所定数」の設定については方法を問わない。 The “calculation load” can be determined based on the size of the calculation matrix. That is, since the mathematical model is represented by a matrix such as a Jacobian matrix, a predetermined number (for example, four) may be selected from the top according to the size (the number of column rows) of the matrix. If the size of the matrix is the same, the operation time can also be regarded as almost the same, and by assigning the mathematical model based on the matrix size, the mathematical model can be assigned easily and efficiently. . In this case, the operation load threshold is also set using the size of the matrix. Also, the “calculation load threshold” and the “predetermined number” may be implemented so as to be able to be set dynamically on the program, or may be set in advance according to the scale of the plant and simulation. Alternatively, the configuration may be such that the operator can input as appropriate. As described above, any method may be used to set the “calculation load threshold” and the “predetermined number”.
第2演算割り当て部32は、線形モデルであって、伝熱計算以外の数理モデルの中から、蒸気系統の圧力計算の数理モデルと、燃焼系統の体積計算の数理モデル(例えば、燃焼空気、排ガス、及び燃焼ガスの体積計算の数理モデル)とを抽出し、これらを第1演算割り当て部31によって抽出された上記非線形モデルの数理モデルが割り当てられていないシミュレーション実行部、例えば、シミュレーション実行部21g、21hにそれぞれ割り当てる。続いて、第2演算割り当て部32は、残りの数理モデルを各シミュレーション実行部21a〜21hの演算負荷が略均等になるように割り当てる。
The second
第2演算割り当て部32が優先的に割り当てを行う蒸気系統の圧力計算及び燃焼系統の体積計算は、発電プラントの挙動を把握する上で重要な位置を占めており、また、演算負荷も比較的大きいことから、他の線形モデルの数理モデルに比べて演算時間も長くなる。したがって、蒸気系統の圧力計算及び燃焼系統の体積計算に関する数理モデルについては、第1演算割り当て部31によって抽出された非線形モデルの演算を行わないいずれかのシミュレーション実行部に対してそれぞれ個別に割り当てることにより、演算負担を効率的に分散させることが可能となる。また、これらのシミュレーション実行部においては、同じような演算を繰り返し行うことになるため、演算処理速度の向上を期待することができる。
The pressure calculation of the steam system and the volume calculation of the combustion system, to which the second
第3演算割り当て部33は、線形モデルであって、電熱計算に関する数理モデルの中から、配管に関する伝熱計算、弁に関する伝熱計算、ポンプファンに関する伝熱計算を抽出し、これらをそれぞれ個別のシミュレーション実行部に優先的に割り当てる。このとき、各伝熱計算のボリュームによっては、第1演算割り当て部31によって抽出された非線形モデルの数理モデルが割り当てられたシミュレーション実行部、すなわち、シミュレーション実行部21a、21b、21e、21fに割り当てることとしてもよい。続いて、残りの伝熱計算に関する数理モデルを、各シミュレーション実行部の演算負荷が略均等になるように割り当てる。
The third
伝熱計算のうち、上記配管、弁、ポンプファンについては設置数が多く、演算が煩雑になる。このため、演算負荷が比較的大きくなり、演算時間も長くなる。したがって、配管、弁、ポンプファンの伝熱計算の数理モデルについては、優先的に割り当てを行うとともに、それぞれ異なるシミュレーション実行部に割り当てることにより、演算負担を効率的に分散させることが可能となる。 In the heat transfer calculation, the number of installed pipes, valves, and pump fans is large, and the calculation becomes complicated. For this reason, the calculation load becomes relatively large, and the calculation time becomes long. Therefore, with regard to mathematical models for heat transfer calculation of piping, valves, and pump fans, by preferentially assigning them to different simulation execution units, it becomes possible to disperse computational load efficiently.
次に、本実施形態に係るプラントシミュレータにより実行される処理について図4を参照して説明する。
まず、シミュレーションの開始時において、所定のCPU(例えば、CPU11a)が、HDD14に格納されているメインプログラムをメインメモリ12に読み出して実行することにより、CPU11a〜11hが並列処理を正常に実行できるようにするための準備処理を行う。例えば、CPU11aは、CPU11a〜11hを、上述したシミュレーション実行部21a〜21hとして機能させるためのプログラムを各CPU11a〜11hに割り付けるとともに、分割演算用のスレッドを各CPU11a〜11hに割り付ける(ステップSA1)。続いて、CPU11aは、割り付けたスレッド及びプログラムに対して計算開始イベントを発行する(ステップSA2)。これにより、各CPU11a〜11hがシミュレーション実行部21a〜21hとして機能するための準備が完了する。
Next, the process performed by the plant simulator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, at the start of simulation, a predetermined CPU (for example, the
次に、CPU11aは、HDD14に格納されている各種プログラムを実行することにより、上記演算割り当て部30の第1演算割り当て部31、第2演算割り当て部32、第3演算割り当て部33として機能する。
具体的には、まず、数理モデル格納部25に格納されている非線形モデルの数理モデルの中から演算負荷の大きい順、例えば、ヤコビアン行列のサイズが大きい順に、4つの数理モデルを抽出し、抽出した各数理モデルを個別のシミュレーション実行部にそれぞれ割り当てる(第1演算割り当て部:ステップSA3)。これにより、例えば、最も演算量の大きい数理モデルがシミュレーション実行部21aに、2番目に演算量の大きい数理モデルがシミュレーション実行部21bに、3番目に演算量の大きい数理モデルがシミュレーション実行部21eに、4番目に演算量の大きい数理モデルがシミュレーション実行部21fにそれぞれ割り当てられる。
Next, the
Specifically, first, four mathematical models are extracted from the mathematical models of non-linear models stored in the mathematical
次に、CPU11aは、数理モデル格納部25に格納されている残りの非線形モデルの数理モデルを、シミュレーション実行部21a〜21hの演算負荷が略均等となるようにそれぞれ割り当てる(第1演算割り当て部:ステップSA4)。
Next, the
次に、CPU11aは、数理モデル格納部25に格納されている線形モデルのうち、蒸気系統の圧力計算に関する数理モデル及び燃焼系統の体積計算に関する数理モデルを抽出し、抽出した数理モデルを個別のシミュレーション実行部にそれぞれ割り当てる。このとき、ステップSA3にて、比較的大きな演算負荷の非線形モデルの数理モデルが割り当てられたシミュレーション実行部21a、21b、21e、21fとは別のシミュレーション実行部21c、21d、21g、21hへ割り当てるようにする(第2演算割り当て部:ステップSA5)。これにより、例えば、蒸気系統の圧力計算の数理モデルがシミュレーション実行部21gに、燃焼系統の体積計算の数理モデルがシミュレーション実行部21hに割り当てられる。続いて、CPU11aは、シミュレーション実行部21a〜21hの演算負担が略均等となるように、残りの数理モデルの割り当てを行う(第2演算割り当て部:ステップSA6)。
Next, the
次に、CPU11aは、数理モデル格納部21に格納されている線形モデルのうち、配管に関する伝熱計算、弁に関する伝熱計算、ポンプファンに関する伝熱計算をそれぞれ個別のシミュレーション実行部に割り当てる(第3演算割り当て部:ステップSA7)。これにより、例えば、配管に関する伝熱計算の数理モデルがシミュレーション実行部21gに、弁に関する伝熱計算の数理モデルがシミュレーション実行部21aに、ポンプファンに関する伝熱計算の数理モデルがシミュレーション実行部21bにそれぞれ割り当てる。続いて、CPU11aは、残りの伝熱計算の数理モデル(例えば、ドラム、脱気器における伝熱計算等)を各シミュレーション実行部21a〜21hの演算負荷が略均等となるように割り当てる(第3演算割り当て部:ステップSA8)。
Next, among the linear models stored in the mathematical model storage unit 21, the
このようにして、数理モデル格納部25に格納されている全ての数理モデルについて割り当てが完了すると、各シミュレーション実行部21a〜21hによる数理モデルの演算が並列的に行われる(ステップSA9)。そして、各シミュレーション実行部21a〜21hは、自身に割り当てられた全ての数理モデルの演算が終了すると、その旨をCPU11aに通知する。
CPU11aは、全てのCPU11a〜11hから演算完了の通知を受信すると(ステップSA10)、ステップSA2に戻り、各CPU11a〜11h(シミュレーション実行部21a〜21h)に対して計算開始イベントを発行し、次の演算周期(スレッド)による処理を開始させる。
In this way, when the assignment is completed for all the mathematical models stored in the mathematical
When the
図5は、上記処理を実行することにより各CPU11a〜11hに割り当てられた数理モデルと各機器との関係の一例を模式的に示した図である。図5のボイラ51、再熱器53等からわかるように、1つの機器であっても演算種別に応じて複数のCPUに演算が割り当てられていることがわかる。また、例えば、再熱器53、中圧タービン54、低圧タービン55についての蒸気系統の圧力計算は、CPU11gに割り当てられている。このように、蒸気の一連の流れに関する演算を1つのCPU11gに担当させることにより、演算処理の効率化を図ることが可能となる。また特に、中圧タービン54に関しては、蒸気の供給元が1つであるのに対し、供給先が低圧タービン55と給水ポンプ59とに分かれており、演算が複雑化する。したがって、煩雑な演算については、1つのCPUに集中して実行させることにより、演算の更なる高速化を図ることが期待できる。
FIG. 5 is a view schematically showing an example of the relationship between the mathematical model assigned to each of the
以上説明してきたように、本実施形態に係るプラントシミュレータ及びプラントシミュレータの演算割り当て方法によれば、以下の効果を奏する。
数理モデル格納部25に格納されている各種数理モデルが、データ種別単位で各CPU11a〜11h(シミュレーション実行部21a〜21h)に割り当てられるので、例えば、発電プラントを構成する複数の機器間で同じデータ種別に属する演算内容同士を併合して1つのプロセッサに割り当てることが可能となる。
As described above, according to the plant simulator and the operation assignment method of the plant simulator according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The various mathematical models stored in the mathematical
数理モデルの割り当ては、各CPU11a〜11hの演算負荷が略均等となるように行われるので、各CPU11a〜11hの演算時間を略均等にすることができ、シミュレータ速度を向上させることが可能となる。ここでいう演算負荷が略均等になるということは、各シミュレーション実行部の各演算処理時間の上限と下限が、各演算処理時間から算出した平均演算処理時間に対して±10%以内、更に好ましくは±5%以内にある状態を示している。また、演算負荷の大きい数理モデルを優先的にプロセッサに割り当てるので、各プロセッサの演算負荷が略均等となるような数理モデルの割り当てを比較的容易に行うことが可能となる。
The assignment of the mathematical model is performed so that the calculation load of each of the
演算割り当て部30による数理モデルの割り当ては、プラントモデルの演算開始時、すなわち、シミュレーション開始時に行われるため、その時々の発電プラントの運転状態に応じて割り当てをダイナミックに変化させることが可能となる。このように、発電プラントの運転状態が変化した場合であっても、この変化に追従してCPU11a〜11hの演算負荷が均等となるように数理モデルを割り当てることにより、発電プラントの運転状態に依存してシミュレーション速度が著しく低下する等の現象を回避することが可能となり、安定したシミュレーション速度を保つことが可能となる。
The assignment of the mathematical model by the
なお、本実施形態においては、演算割り当て部30として機能するCPU11aについても、他のCPU11b〜11hと同様に、数理モデルを割り当て、シミュレーション実行部21aとして機能させていたが、CPU11aはOSから使用されることも多く、他のCPU11b〜11hと比べてシミュレーションの演算以外の処理を実行するのに利用されることが多い。このことから、例えば、メインプログラムを実行したり、数理モデルの割り当てを行ったりするCPU(上記の例ではCPU11a)については、OS等の動きなどを阻害しないように、シミュレーション実行部として機能することを排除するフラグを設けることとしてもよい。これにより、フラグが立っている場合には、シミュレーション実行部として機能することを禁止することができるため、OSの動きが阻害されるなどの不都合を回避することが可能となる。
In the present embodiment, a mathematical model is assigned to the
また、上述した実施形態では、図4を用いて説明したように、第1演算割り当て部31〜第3演算割り当て部33が順番に処理を行う場合について説明したが、第1演算割り当て部31〜第3演算割り当て部33のそれぞれが並列に処理を実行することとしてもよい。このように、並列処理を行うことで、割り当て時間を短縮することが可能となる。
In the embodiment described above, as described with reference to FIG. 4, the first
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、例えば、上述した各実施形態を部分的または全体的に組み合わせる等して、種々変形実施が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the invention, for example, by partially or wholly combining the above-described embodiments. It is.
11a〜11h CPU
12 メインメモリ
13 I/Oブリッジ
14 HDD
15 入力部
16 表示部
21a〜21h シミュレーション実行部
25 数理モデル格納部
30 演算割り当て部
31 第1演算割り当て部
32 第2演算割り当て部
33 第3演算割り当て部
51 ボイラ
52 高圧タービン
53 再熱器
54 中圧タービン
55 低圧タービン
56 復水器
58 発電機
11a to 11h CPU
12 main memory 13 I /
15
Claims (7)
プラントの挙動を演算するための複数の数理モデルがデータ種別と関連付けられて格納されている数理モデル格納手段と、
前記データ種別毎に前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる演算割り当て手段と
を備え、
前記データ種別の一つは、非線形モデルであり、
前記演算割り当て手段は、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に前記数理モデルを優先的に割り当てるとともに、各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、前記数理モデルの割り当てを行い、
前記演算割り当て手段は、非線形モデルの前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる非線形演算割り当て手段を有し、
前記非線形演算割り当て手段は、
非線形モデルの前記数理モデルの中から、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に所定数の前記数理モデルを抽出し、抽出した各前記数理モデルを個別の前記プロセッサにそれぞれ割り当てるステップと、
非線形モデルの前記数理モデルが割り当てられた前記プロセッサを含む、シミュレーション演算を実行する各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、他の非線形モデルの数理モデルを割り当てるステップと
を実行するプラントシミュレータ。 A plant simulator that simulates the behavior of a power plant by a plurality of processors performing simulation operations in parallel,
Mathematical model storage means in which a plurality of mathematical models for calculating the behavior of the plant are stored in association with the data type;
Operation assigning means for assigning the mathematical model to the processor for each data type;
One of the data types is a non-linear model,
The operation assignment means extracts the mathematical model having a predetermined operation load or more, and preferentially assigns the mathematical model among the extracted mathematical models in descending order of the operation load, and the operation of each processor so that the load is substantially uniform, we have row assignment of the mathematical model,
The operation assignment means includes non-linear operation assignment means for assigning the mathematical model of a non-linear model to the processor,
The non-linear operation assignment means
The mathematical model having a preset operation load or more is extracted from the mathematical models of the non-linear model, and a predetermined number of the mathematical models are extracted from the extracted mathematical models in descending order of the operation load, and extracted Assigning each of said mathematical models to a respective one of said processors;
Assigning mathematical models of other non-linear models such that the processors of the non-linear models, to which the mathematical models are assigned, are approximately equal in operation load of each of the processors executing the simulation operation;
Plant simulator to run .
前記プラントシミュレータは、前記発電プラントの挙動を演算するための複数の数理モデルがデータ種別と関連付けられて格納されている数理モデル格納手段を有し、
コンピュータが、前記データ種別毎に前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる演算割り当てステップを実行し、
前記データ種別の一つは、非線形モデルであり、
前記演算割り当てステップでは、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に前記数理モデルを優先的に割り当てるとともに、各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、前記数理モデルの割り当てを行い、
前記演算割り当てステップは、非線形モデルの前記数理モデルを前記プロセッサに割り当てる非線形演算割り当てステップを有し、
前記非線形演算割り当てステップは、
非線形モデルの前記数理モデルの中から、予め設定されている演算負荷以上の前記数理モデルを抽出し、抽出した前記数理モデルのうち、演算負荷の大きい順に所定数の前記数理モデルを抽出し、抽出した各前記数理モデルを個別の前記プロセッサにそれぞれ割り当てるステップと、
非線形モデルの前記数理モデルが割り当てられた前記プロセッサを含む、シミュレーション演算を実行する各前記プロセッサの演算負荷が略均等となるように、他の非線形モデルの数理モデルを割り当てるステップと
を有するプラントシミュレータの演算割り当て方法。 An operation assignment method applied to a plant simulator that simulates the behavior of a power generation plant by a plurality of processors performing simulation operations in parallel.
The plant simulator includes mathematical model storage means in which a plurality of mathematical models for calculating the behavior of the power plant are stored in association with data types.
A computer executes an operation assigning step of assigning the mathematical model to the processor for each of the data types;
One of the data types is a non-linear model,
In the operation assignment step, the mathematical model having a preset operation load or more is extracted, and the mathematical model is preferentially assigned in descending order of the operation load among the extracted mathematical models, and the operation of each processor is performed. so that the load is substantially uniform, we have row assignment of the mathematical model,
The operation assignment step comprises a non-linear operation assignment step of assigning the mathematical model of a non-linear model to the processor;
The non-linear operation assignment step
The mathematical model having a preset operation load or more is extracted from the mathematical models of the non-linear model, and a predetermined number of the mathematical models are extracted from the extracted mathematical models in descending order of the operation load, and extracted Assigning each of said mathematical models to a respective one of said processors;
Assigning mathematical models of other non-linear models such that the processors of the non-linear models, to which the mathematical models are assigned, are approximately equal in operation load of each of the processors executing the simulation operation;
Method of operation assignment of a plant simulator having
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