JP7016449B2 - 運転計画装置、運転計画方法および運転計画プログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数台の発電機の運転計画を求めるための技術に関するものである。

電力供給の安定性と電力供給の経済性とを両立するためには、複数台の発電機の運転計画を適切に作成する必要がある。具体的には、電力需要と発電量を一致させ、且つ、各発電機の物理的な制約条件を満たし、且つ、発電効率が良い発電機を適切に稼動させるように、運転計画を作成する必要がある。

発電機の運転計画を決定する問題を「運転計画問題」と称する。
運転計画問題は、Ｕｎｉｔ Ｃｏｍｍｉｔｍｅｎｔ問題とも呼ばれ、広く研究されている。運転計画問題は、０１決定変数と連続決定変数とが混在した混合０１整数計画問題として定式化されることが良く知られている。

運転計画問題を混合０１整数計画問題として定式化する多くの研究では、発電機の起動状態と発電機の停止状態とが０１決定変数で表され、発電機の出力値が連続決定変数で表される。その上で、考慮したい制約条件の種類と考慮したい制約条件の記述の仕方とに応じて、決定変数が適宜追加される。目的は、燃料費と発電機の起動費とを合計した発電総費用を最小化することである。
主な制約条件は、需給バランス制約、予備力制約、発電機運転制約および燃料制約などである。需給バランス制約とは、電力需要と発電量を一致させるという制約である。予備力制約とは、一定量の予備力および一定量の調整力を確保するという制約である。発電機運転制約とは、最小連続起動時間、最小連続停止時間、出力上限値、出力下限値および出力変化速度などの発電機固有の運転制約を遵守するという制約である。燃料制約とは、燃料消費量が残燃料量を上回らないようにするという制約である。

混合０１整数計画問題は組合せ最適化問題であるので、混合０１整数計画問題の求解には時間が掛かる。特に、混合０１整数計画問題の規模が大きくなると、求解時間は急激に増大する傾向にある。

運転計画問題の規模は、発電機台数、計画期間の長さ、及び時刻の刻み幅によって決定される。
今後、電力自由化に伴う広域連携により、運転計画の対象となる発電機の台数が増加することが予想される。また、より精緻な運転計画を立案する為に、時刻の刻み幅が細かく設定されることが予想される。
したがって、運転計画問題の規模が今後増大していくと予想される。そのため、運転計画問題を高速に解く手段が必要である。

特許文献１には、運転計画問題を高速に解くための方法が開示されている。
その方法では、需要が極大値または極小値を取る時刻の運転計画が先に決定され、その後に残りの時刻の運転計画が決定される。
つまり、特許文献１には、運転計画問題を２段階に分けて立案する方法が開示されている。

特開２００１－２５８１５７号公報

特許文献１の方法では、１段階目の立案時に、ある時点の運転計画が単独で決定される。そのため、ある程度まとまった時間の運転計画を扱わなければ、ある時点の運転計画を適切に立てられないような場合、特許文献１の方法では対処することができない。
例えば、揚水発電機では、事前に水をくみ上げておいて、需要のピーク時に放水によって発電が行われる。つまり、需要のピーク時に向けた事前の準備が必要となる。そのため、需要のピーク時までのある程度まとまった時間の運転計画を扱わなければ、需要のピーク時における適切な運転計画を立てることができない可能性が高い。
また、起動速度が遅い火力発電機では、需要のピーク時に合わせて、事前に起動を開始しなければならない。つまり、需要のピーク時に向けた事前の準備が必要となる。そのため、需要のピーク時までのある程度まとまった時間の運転計画を扱わなければ、需要のピーク時における適切な運転計画を立てることができない可能性が高い。
したがって、特許文献１の方法では、揚水発電機または火力発電機に対して適切な運転計画を立てることができない可能性が高い。

本発明は、ある程度まとまった時間の運転計画を扱いつつ、運転計画問題を高速に解くことができるようにすることを目的とする。

本発明の運転計画装置は、
複数台の発電機の運転計画が対象とする計画期間のうち運転計画が確定済みでない未確定期間を、前記未確定期間の先頭時刻から始まり次に運転計画が確定される期間である確定対象期間と、前記確定対象期間の後の期間と、に分割する期間分割部と、
前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に含まれる複数の決定変数のうちの運転計画が確定済みである確定済み期間に対する決定変数の値を確定済みの値に固定して得られる最適化問題である暫定解決定問題を生成する暫定解決定問題生成部と、
前記暫定解決定問題を解くことによって、前記暫定解決定問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定対象期間に対する決定変数の解を新たな確定済みの値として求める部分確定部と、を備える。

本発明によれば、確定済み期間の運転計画に基づく暫定解決定問題が生成され、暫定解決定問題を解いて確定対象期間の運転計画が確定される。暫定解決定問題では、確定済み期間に対する決定変数の値が固定される。そのため、確定済み期間に対する決定変数の値が固定されない最適化問題を解く場合に比べて、暫定解決定問題は高速に解くことができる。
したがって、確定済み期間のある程度まとまった時間の運転計画を扱いつつ、運転計画問題（暫定解決定問題）を高速に解くことができる。

実施の形態１における運転計画システム２００の構成図。 実施の形態１における運転計画装置１００の構成図。 実施の形態１における運転計画部１２０と最適化問題部１４０とのそれぞれの構成を示す図。 実施の形態１における運転計画方法のフローチャート。 実施の形態１における受付処理（Ｓ１１０）のフローチャート。 実施の形態１における運転計画処理（Ｓ１２０）のフローチャート。 実施の形態１における計画期間の構成図。 実施の形態１における運転計画装置１００のハードウェア構成図。

実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。図中の矢印はデータの流れ又は処理の流れを主に示している。

実施の形態１．
運転計画システム２００について、図１から図７に基づいて説明する。
運転計画システム２００は、複数の運転計画を決定するためのシステムである。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、運転計画システム２００の構成を説明する。
運転計画システム２００は、利用者端末２１０と運転計画装置１００とを備える。

利用者端末２１０は、利用者が操作するコンピュータである。
具体的な利用者は、発電機の運用担当者である。
利用者端末２１０の具体例は、パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータまたはスマートフォンである。

利用者端末２１０は、ネットワークを介して、運転計画装置１００と通信する。
具体的には、利用者端末２１０は、入力データ２１１を運転計画装置１００へ送信する。
入力データ２１１は、電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４と確定時間幅データ２１５とを含む。
但し、電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４と確定時間幅データ２１５とのそれぞれが個別に送信されてもよい。
電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４と確定時間幅データ２１５とのそれぞれの内容については後述する。

運転計画装置１００は、運転計画サーバとして機能する。
そして、運転計画装置１００は、入力データ２１１に基づいて運転計画データ２０１を生成する。
運転計画データ２０１は、複数台の発電機の運転計画を示すデータである。

図２に基づいて、運転計画装置１００の構成を説明する。
運転計画装置１００は、プロセッサ１０１とメモリ１０２と補助記憶装置１０３と通信装置１０４と入出力インタフェース１０５といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。

プロセッサ１０１は、演算処理を行うＩＣであり、他のハードウェアを制御する。例えば、プロセッサ１０１は、ＣＰＵ、ＤＳＰまたはＧＰＵである。
ＩＣは、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略称である。
ＤＳＰは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒの略称である。
ＧＰＵは、Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略称である。

メモリ１０２は揮発性の記憶装置である。メモリ１０２は、主記憶装置またはメインメモリとも呼ばれる。例えば、メモリ１０２はＲＡＭである。メモリ１０２に記憶されたデータは必要に応じて補助記憶装置１０３に保存される。
ＲＡＭは、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略称である。

補助記憶装置１０３は不揮発性の記憶装置である。例えば、補助記憶装置１０３は、ＲＯＭ、ＨＤＤまたはフラッシュメモリである。補助記憶装置１０３に記憶されたデータは必要に応じてメモリ１０２にロードされる。
ＲＯＭは、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙの略称である。
ＨＤＤは、Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅの略称である。

通信装置１０４はレシーバ及びトランスミッタである。例えば、通信装置１０４は通信チップまたはＮＩＣである。
ＮＩＣは、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄの略称である。

入出力インタフェース１０５は、入力装置および出力装置が接続されるポートである。例えば、入出力インタフェース１０５はＵＳＢ端子であり、入力装置はキーボードおよびマウスであり、出力装置はディスプレイである。
ＵＳＢは、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓの略称である。

運転計画装置１００は、受付部１１０と運転計画部１２０と出力部１３０と最適化問題部１４０といった要素を備える。これらの要素はソフトウェアで実現される。

補助記憶装置１０３には、受付部１１０と運転計画部１２０と出力部１３０と最適化問題部１４０としてコンピュータを機能させるための運転計画プログラムが記憶されている。運転計画プログラムは、メモリ１０２にロードされて、プロセッサ１０１によって実行される。
補助記憶装置１０３には、さらに、ＯＳが記憶されている。ＯＳの少なくとも一部は、メモリ１０２にロードされて、プロセッサ１０１によって実行される。
プロセッサ１０１は、ＯＳを実行しながら、運転計画プログラムを実行する。
ＯＳは、Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略称である。

運転計画プログラムの入出力データは記憶部１９０に記憶される。
メモリ１０２は記憶部１９０として機能する。但し、補助記憶装置１０３、プロセッサ１０１内のレジスタおよびプロセッサ１０１内のキャッシュメモリなどの記憶装置が、メモリ１０２の代わりに、又は、メモリ１０２と共に、記憶部１９０として機能してもよい。

運転計画装置１００は、プロセッサ１０１を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。複数のプロセッサは、プロセッサ１０１の役割を分担する。

運転計画プログラムは、光ディスクまたはフラッシュメモリ等の不揮発性の記録媒体にコンピュータ読み取り可能に記録（格納）することができる。

図３に基づいて、運転計画部１２０と最適化問題部１４０とのそれぞれの構成を説明する。
運転計画部１２０は、期間分割部１２１と暫定解決定問題生成部１２２と部分確定部１２３といった要素を備える。運転計画部１２０に備わる各要素の機能については後述する。
最適化問題部１４０は、基準問題生成部１４１と最適化問題計算部１４２といった要素を備える。最適化問題部１４０に備わる各要素の機能については後述する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
運転計画装置１００の動作の手順は運転計画方法に相当する。また、運転計画装置１００の動作の手順は運転計画プログラムによる処理の手順に相当する。

図４に基づいて、運転計画方法を説明する。
ステップＳ１１０において、受付部１１０は、入力データ２１１を受け付ける。

図５に基づいて、受付処理（Ｓ１１０）を説明する。
ステップＳ１１１において、受付部１１０は、利用者端末２１０から送信された入力データ２１１を受信する。

ステップＳ１１２において、受付部１１０は、受信した入力データ２１１を記憶部１９０に記憶する。

図４に戻り、ステップＳ１２０から説明を続ける。
ステップＳ１２０において、運転計画部１２０は、入力データ２１１に基づいて、運転計画データ２０１を生成する。
運転計画処理（Ｓ１２０）の詳細について後述する。

ステップＳ１３０において、出力部１３０は、運転計画データ２０１を出力する。
例えば、出力部１３０は、運転計画データ２０１を利用者端末２１０へ送信する。

図６に基づいて、運転計画処理（Ｓ１２０）を説明する。
ステップＳ１２１において、基準問題生成部１４１は、入力データ２１１に基づいて、基準問題を生成する。
基準問題は、複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である。

入力データ２１１は、電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４と確定時間幅データ２１５とを含む。

電力需要データ２１２は、電力の需要を示すデータである。
具体的には、電力需要データ２１２は、計画期間の予想電力需要値を示す。計画期間は、運転計画の対象となる期間である。予想電力需要値は、複数台の発電機によって発電すべき電力量を表し、単位時間毎に与えられる。
４月１日から４月７日までの１週間の運転計画を１時間単位で決定したい場合、電力需要データ２１２は、４月１日から４月７日までの各日の２４時点（０時、１時、・・・、２３時）の予想電力需要値を示す。

発電機構成データ２１３は、複数台の発電機の構成を示すデータである。
具体的には、発電機構成データ２１３は、発電機の台数および発電機間の関係などの情報を示す。発電機間の関係とは、例えば、燃料タンクを共有していること、揚水発電機において貯水池を共有していること、２台以上の発電機でコンバインドサイクル発電機を構成することなどの情報である。発電機間の関係は、２台以上の発電機に跨る制約条件の基となる。

発電機特性データ２１４は、各発電機の特性を示すデータである。
具体的には、発電機特性データ２１４は、発電機の種類、発電効率、最小連続運転時間、最小連続停止時間、出力上限値、出力下限値および出力変化速度などの情報を示す。発電効率は、発電量と燃料消費量との関数で表される。

確定時間幅データ２１５は、確定時間幅を示すデータである。
確定時間幅は、運転計画が一度に確定される時間幅である。時間幅は時間の長さに相当する。確定時間幅の単位は運転計画を決定する単位に等しい。
複数台の発電機の運転計画は、確定時間幅ずつ確定される。

基準問題は、最適化問題を生成するための既存技術を利用することによって生成することが可能である。基準問題を生成する手順については説明を省略する。

ステップＳ１２２において、期間分割部１２１は、計画期間のうちの未確定期間を確定対象期間と緩和対象期間とに分割する。
未確定期間は、運転計画が確定済みでない期間である。
確定対象期間は、未確定期間の先頭時刻から始まり次に運転計画が確定される期間である。確定対象期間の長さは、確定時間幅データ２１５に基づいて決定される。
緩和対象期間は、確定対象期間の後の期間である。

期間分割部１２１は、未確定期間を以下のように分割する。
まず、期間分割部１２１は、計画期間を確定済み期間と未確定期間とに分割する。確定済み期間は、運転計画が確定済みである期間である。初回のステップＳ１２２では、確定済み期間が存在せず、計画期間の全体が未確定期間となる。
次に、期間分割部１２１は、未確定期間の先頭時刻から確定時間幅を有する時間が経過時の時刻を算出する。算出される時刻を確定対象時刻と称する。但し、算出された時刻が未確定期間の最終時刻より後の時刻である場合、期間分割部１２１は、未確定期間の最終時刻を確定対象時刻とする。未確定期間の最終時刻は、計画期間の最終時刻と同じである。
そして、期間分割部１２１は、未確定期間の先頭時刻から確定対象時刻までの期間を確定対象期間に決定する。
また、期間分割部１２１は、未確定期間の残りの期間を緩和対象期間に決定する。未確定期間の残りの期間とは、未確定期間から確定対象期間を除いた期間である。
確定対象時刻が未確定期間の最終時刻である場合、未確定期間の全体が確定対象期間となる。この場合、緩和対象期間は存在しない。

ステップＳ１２３において、暫定解決定問題生成部１２２は、基準問題に基づいて暫定解決定問題を生成する。
暫定解決定問題は、確定対象期間における複数台の発電機の運転計画を確定するための最適化問題である。
暫定解決定問題生成処理（Ｓ１２３）の詳細について後述する。

ステップＳ１２４において、部分確定部１２３は、暫定解決定問題を解いて確定対象期間の運転計画を確定する。
言い換えると、部分確定部１２３は、暫定解決定問題を解くことによって、暫定解決定問題に含まれる複数の決定変数のうちの確定対象期間に対する決定変数の解を新たな確定済みの値として求める。
したがって、時刻の早い順に確定時間幅ずつ運転計画が確定済み状態に更新される。

具体的には、部分確定部１２３は以下のように動作する。
まず、部分確定部１２３は、暫定解決定問題を解くことによって暫定解を取得する。暫定解は、計画期間における複数台の発電機の運転計画を表す。
次に、部分確定部１２３は、暫定解から、確定対象期間に対する決定変数の解を抽出する。
そして、部分確定部１２３は、記憶部１９０に、確定対象期間に対する決定変数の解を確定済みの値として保存する。

具体的には、部分確定部１２３は以下のように暫定解を取得する。
部分確定部１２３は、暫定解決定問題を最適化問題計算部１４２に渡し、最適化問題計算部１４２から暫定解を受け取る。最適化問題計算部１４２は、部分確定部１２３から暫定解決定問題を受け取り、暫定解決定問題を解き、暫定解を部分確定部１２３に渡す。

暫定解決定問題を解く方法として、最適化問題を解くための任意の既存技術を利用することができる。
例えば、数理計画ソルバと呼ばれるソフトウェアを利用する方法がある。商用の数理計画ソルバまたはフリーの数理計画ソルバとして、多くのソフトウェアが知られている。商用の数計画ソルバの一例はＧｕｒｏｂｉ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒである。それぞれの数理計画ソルバには、解くことができる最適化問題のクラスが決まっている。最適化問題計算部１４２が既存の数理計画ソルバを使用する場合、基準問題生成部１４１は、使用される数理計画ソルバが解けるクラスの最適化問題（基準問題）を生成する。

ステップＳ１２５において、期間分割部１２１は、未確定期間が残っているか判定する。ステップＳ１２２で緩和対象期間が存在した場合、未確定期間が残っている。
未確定期間が残っている場合、処理はステップＳ１２２に進む。
未確定期間が残っていない場合、処理は終了する。

以下に、暫定解決定問題生成処理（Ｓ１２３）の詳細を説明する。
暫定解決定問題生成部１２２は、固定処理（１）と緩和処理（２）とによって基準問題を編集する。編集後の基準問題が暫定解決定問題となる。但し、暫定解決定問題生成部１２２は、緩和処理（２）を行わずに暫定解決定問題を生成してもよい。
（１）暫定解決定問題生成部１２２は、基準問題に含まれる複数の決定変数から確定済み期間に対する決定変数を選択し、確定済み期間に対する決定変数の値を確定済みの値に固定する。これにより、確定済み期間に対する決定変数の値が制約条件の一つになる。
（２）暫定解決定問題生成部１２２は、基準問題に含まれる複数の制約条件から緩和対象期間に対する制約条件を選択し、緩和対象期間に対する制約条件を緩和する。

固定処理（１）の詳細を説明する。
暫定解決定問題生成部１２２は、確定済み期間に対する全ての決定変数のそれぞれの値を確定済みの値に固定する。

但し、暫定解決定問題生成部１２２は、確定済み期間に対する一部の決定変数のそれぞれの値を確定済みの値に固定してもよい。
この場合、暫定解決定問題生成部１２２は、基準問題に含まれる複数の決定変数から確定済み期間に対する全ての決定変数を選択し、確定済み期間に対する全ての決定変数から一部の決定変数を選択する。そして、暫定解決定問題生成部１２２は、選択した一部の決定変数のそれぞれの値を確定済みの値に固定する。

一部の決定変数の具体例は、第１決定変数群である。
第１決定変数群は、確定済み期間における各発電機の稼働の有無（稼働または停止）を示す決定変数群である。決定変数群は１つ以上の決定変数である。
つまり、第２決定変数群に含まれる各決定変数の値は固定されない。
第２決定変数群は、確定済み期間に対する複数の決定変数において第１決定変数群に含まれない全ての決定変数である。例えば、第２決定変数群は、確定済み期間における各発電機の出力値などを示す。第２決定変数群は、暫定解決定問題において決定対象となる。

値が固定される決定変数が多いほど、求解速度が向上するが、近似精度が低下する。つまり、求解速度と近似制度とはトレードオフの関係にある。
最適化問題において一般に決定が難しいと判断される決定変数の値を固定することで、求解速度を効果的に向上させることができる。
例えば、離散変数は、最適化問題において一般に決定が難しいと判断される。離散変数は、離散値が設定される決定変数である。また、多くの制約条件の影響を受けている決定変数なども、最適化問題において一般に決定が難しいと判断される。

固定処理（１）の説明を続ける。
暫定解決定問題生成部１２２は、未確定期間に対する全ての決定変数のそれぞれの値を固定しない。

但し、未確定期間に対する全ての決定変数の中に一意決定変数が含まれる場合、暫定解決定問題生成部１２２は、未確定期間に対する一意決定変数の値を一意決定値に固定してもよい。
一意決定変数は、確定済み期間の運転計画に応じて一意に値が定まる決定変数である。一意決定値は、確定済み期間の運転計画に応じて一意に定まる値である。
この場合、暫定解決定問題生成部１２２は、基準問題に含まれる複数の決定変数から未確定期間に対する全ての決定変数を選択し、未確定期間に対する全ての決定変数から一意決定変数を選択する。そして、暫定解決定問題生成部１２２は、選択した一意決定変数の値を一意決定値に固定する。

一意決定変数の一例を説明する。
発電機特性データ２１４は各発電機の最小連続停止時間を示す。ある発電機の最小連続停止時間は６時間である。この発電機が確定済み期間の最終時刻から１時間前に停止状態になった場合、未確定期間の先頭時刻から少なくとも５時間、この発電機は停止しなければならない。したがって、この発電機の稼働の有無を示す決定変数のうち未確定期間の先頭時刻から始まる５時間に対する決定変数が一意決定変数となる。また、停止を意味する値が一意決定値となる。最小連続稼働時間に関しても同様のことが言える。

一意決定変数の別の例を説明する。
複数台の発電機のうちの少なくともいずれかが複数の起動パターンを有する。発電機特性データ２１４がこれらの発電機の複数の起動パターンを示す。起動パターンは、起動前の停止時間の長さに依存する。一般には、起動前の停止時間が長いほど、起動パターンにおける起動速度が遅くなる。起動パターンを考慮した運転計画を立てる場合、基準問題は、起動パターンを決定するための決定変数を有する。ある発電機が確定済み期間に一定時間停止した後に未確定期間に起動する場合、起動パターンが確定される。したがって、この発電機の起動パターンを示す決定変数が一意決定変数となる。また、この発電機が停止した一定時間の長さに対応する起動パターンを識別する値が一意決定値となる。

一意決定変数の別の例を説明する。
発電機特性データ２１４が各発電機の複数の出力帯を示す。各出力帯は、出力帯下限値から出力帯上限値までの出力範囲である。出力帯下限値は出力帯における出力値の下限であり、出力帯上限値は出力帯における出力値の上限である。複数の出力帯は連続し、連続する２つの出力帯は境界値を除いて重複しない。ある出力帯から次の出力帯へ出力値を移行させるためには、出力値の大きさが境界値と同じ大きさで一定時間保持されなければならない。このような制約条件を考慮した運転計画を立てる場合、基準問題は、各時刻において出力値が属する出力帯を示す決定変数を有する。一方、各発電機は出力変化速度制約を有する。発電機特性データ２１４は各発電機の出力変化速度制約を示す。ある時刻における出力値が定まると、その出力値は出力変化速度制約の範囲内でしか変化させられない。そのため、時刻毎に到達し得ない出力帯が定まる場合がある。したがって、各時刻において出力値が属する出力帯を示す決定変数が一意決定変数となる。また、各時刻において出力値が到達し得る出力帯を識別する値が一意決定値となる。

緩和処理（２）の詳細を説明する。
ステップＳ１２２において、未確定期間は確定対象期間と緩和対象期間とに分割される。
ステップＳ１２４において、確定対象期間に対する暫定解は確定対象期間における最終的な運転計画となる。暫定解は、暫定解決定問題を解くことによって得られる解である。
そのため、ステップＳ１２３において、暫定解決定問題生成部１２２は、確定対象期間に対する全ての制約条件を緩和しない。これにより、最終的な運転計画の実行可能性が担保される。一方、暫定解決定問題生成部１２２は、確定対象期間の後の期間（緩和対象期間）に対する制約条件を緩和する。例えば、暫定解決定問題生成部１２２は、一部制約条件を無視する。

しかし、緩和対象期間に対する制約条件の中に、長時間に跨る制約条件が含まれる場合がある。
例えば、長時間に跨る制約条件とは、最小連続稼働時間に基づく制約、最小連続停止時間に基づく制約、出力帯移行時の出力保持制約、および、停止時間に基づく起動パターンの制約などである。
長時間に跨る制約条件が存在する場合、早い時刻の段階で適切に運転計画が決定されなければ、各時刻における各発電機の出力値を所望の値に調整することができない。その結果、最終的な運転計画が需給バランス制約に違反することになり兼ねない。

そのため、暫定解決定問題生成部１２２は、緩和対象期間の前半に対する制約条件の緩和の度合いを、緩和対象期間の後半に対する制約条件の緩和の度合いよりも小さくしてよい。例えば、暫定解決定問題生成部１２２は、緩和対象期間の後半に対する制約条件を緩和するが、緩和対象期間の前半に対する制約条件を緩和しない。
これにより、長時間に跨る制約条件を適切に考慮することができる。

そこで、暫定解決定問題生成部１２２は、以下のように動作する。
まず、暫定解決定問題生成部１２２は、緩和対象期間を第１緩和対象期間と第２緩和対象期間とに分割する。
第１緩和対象期間は、緩和対象期間の先頭時刻から始まる期間である。
第２緩和対象期間は、第１緩和対象期間の後の期間である。
そして、暫定解決定問題生成部１２２は、第１緩和対象期間に対する制約条件の緩和の度合いを第２緩和対象期間に対する制約条件の緩和の度合いよりも低くする。
例えば、暫定解決定問題生成部１２２は、第１緩和対象期間に対する制約条件のうち長時間に跨る制約条件を緩和せず、第２緩和対象期間に対する制約条件のうち長時間に跨る制約条件を緩和する。長時間とは、予め決められた基準時間よりも長い時間である。
例えば、暫定解決定問題生成部１２２は、第１緩和対象期間に対する制約条件の緩和の度合いをゼロにする。

第１緩和対象期間の長さの決め方、すなわち、第１緩和対象期間と第２緩和対象期間との分け方について説明する。
例えば、暫定解決定問題生成部１２２は、長時間に跨る制約条件のうち最も長い時間に跨る制約条件における時間の長さを第１緩和対象期間の長さに決定する。
長時間に跨る制約条件が最小連続稼働時間に関する制約であれば、最小連続稼働時間が第１緩和対象期間の長さの候補となる。
長時間に跨る制約条件が最小連続停止時間に関する制約であれば、最小連続停止時間が第１緩和対象期間の長さの候補となる。
長時間に跨る制約条件が出力帯移行時の出力保持制約であれば、出力の必要保持期間が第１緩和対象期間の長さの候補となる。
長時間に跨る制約条件が起動パターンに関する制約であれば、起動パターンを決定する最も長い発電機停止時間が第１緩和対象期間の長さの候補となる。
このように第１緩和対象期間の長さを決定することで、長時間に跨る制約条件の全てを正しく考慮して暫定解を導出することが可能となる。

つまり、暫定解決定問題生成部１２２は、基準問題に含まれる複数の制約条件のうちの時間制約によって規定される時間長に基づいて、第１緩和対象期間の長さを決定する。
時間制約は、確定対象期間と緩和対象期間とに跨る時間に対する制約条件である。
具体的には、暫定解決定問題生成部１２２は、複数の時間制約によって規定される複数の時間長のうち最も長い時間長に基づいて、第１緩和対象期間の長さを決定する。

図７に、計画期間の構成を示す。
計画期間は、確定済み期間と未確定期間とに分割される。
未確定期間は、確定対象期間と緩和対象期間とに分割される。
緩和対象期間は、第１緩和対象期間と第２緩和対象期間とに分割される。

＊＊＊実施例の説明＊＊＊
運転計画システム２００は、複数台の利用者端末２１０を備えてもよい。
運転計画装置１００が利用者端末２１０を兼ねてもよい。
入力データ２１１は、他システムから運転計画装置１００へ自動的に入力されてもよい。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
実施の形態１により、複数台の発電機の運転計画を時刻の早い順に逐次的に確定させることできる。さらに、長時間に渡って課される制約条件の時間を考慮して、各制約条件の緩和の度合いを変えることができる。これにより、長時間に渡って課される制約条件を考慮しつつ、高速に運転計画を求めることができる。

＊＊＊実施の形態１の補足＊＊＊
図８に基づいて、運転計画装置１００のハードウェア構成を説明する。
運転計画装置１００は処理回路１０９を備える。
処理回路１０９は、受付部１１０と運転計画部１２０と出力部１３０と最適化問題部１４０とを実現するハードウェアである。
処理回路１０９は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリ１０２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ１０１であってもよい。

処理回路１０９が専用のハードウェアである場合、処理回路１０９は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。
ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略称である。

運転計画装置１００は、処理回路１０９を代替する複数の処理回路を備えてもよい。複数の処理回路は、処理回路１０９の役割を分担する。

運転計画装置１００において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。

このように、処理回路１０９はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。

実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。

運転計画装置１００は、複数の装置で実現されてもよい。
運転計画装置１００の要素である「部」は、「処理」または「工程」と読み替えてもよい。

１００ 運転計画装置、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ、１０３ 補助記憶装置、１０４ 通信装置、１０５ 入出力インタフェース、１０９ 処理回路、１１０ 受付部、１２０ 運転計画部、１２１ 期間分割部、１２２ 暫定解決定問題生成部、１２３ 部分確定部、１３０ 出力部、１４０ 最適化問題部、１４１ 基準問題生成部、１４２ 最適化問題計算部、１９０ 記憶部、２００ 運転計画システム、２０１ 運転計画データ、２１０ 利用者端末、２１１ 入力データ、２１２ 電力需要データ、２１３ 発電機構成データ、２１４ 発電機特性データ、２１５ 確定時間幅データ。

Claims (11)

1. 複数台の発電機の運転計画が対象とする計画期間を、前記計画期間の先頭からの期間であって運転計画が確定済みである期間である確定済み期間と、前記確定済み期間を除いた期間であって運転計画が確定済みでない期間である未確定期間と、に分割し、前記未確定期間を、前記未確定期間の先頭時刻から、一度に確定される時間幅である確定時間幅を有する時間が経過したときの時刻までの期間である確定対象期間と、前記確定対象期間の後の期間である緩和対象期間と、に分割する期間分割部と、
   前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定済み期間に対する決定変数の値を確定済みの値に固定して得られる最適化問題である暫定解決定問題を生成する暫定解決定問題生成部と、
   前記暫定解決定問題を解くことによって、前記暫定解決定問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定対象期間に対する決定変数の解を新たな確定済みの値として求め、前記新たな確定済みの値を求めることによって、前記確定対象期間の運転計画を確定済みにする部分確定部と、
   を備える運転計画装置。
2. 前記暫定解決定問題生成部は、前記基準問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定済み期間に対する全ての決定変数から一部の決定変数を選択し、選択した一部の決定変数のそれぞれの値を確定済みの値に固定する
   請求項１に記載の運転計画装置。
3. 前記暫定解決定問題生成部は、前記基準問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記未確定期間に対する全ての決定変数から前記確定済み期間の運転計画に応じて一意に値が定まる決定変数を選択し、選択した決定変数の値を一意に定まる値に固定する
   請求項１または請求項２に記載の運転計画装置。
4. 前記暫定解決定問題生成部は、前記基準問題に含まれる複数の制約条件のうち前記緩和対象期間に対する制約条件を緩和して前記暫定解決定問題を生成する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の運転計画装置。
5. 前記暫定解決定問題生成部は、前記緩和対象期間を前記緩和対象期間の先頭時刻から始まる第１緩和対象期間と前記第１緩和対象期間の後の第２緩和対象期間とに分割し、前記第１緩和対象期間に対する制約条件の緩和の度合いを前記第２緩和対象期間に対する制約条件の緩和の度合いよりも低くする
   請求項４に記載の運転計画装置。
6. 前記暫定解決定問題生成部は、前記第１緩和対象期間に対する制約条件のうち基準時間よりも長い時間に跨る制約条件を緩和せず、前記第２緩和対象期間に対する制約条件のうち前記基準時間よりも長い時間に跨る制約条件を緩和する
   請求項５に記載の運転計画装置。
7. 前記暫定解決定問題生成部は、前記第１緩和対象期間に対する制約条件の緩和の度合いをゼロにする
   請求項５に記載の運転計画装置。
8. 前記暫定解決定問題生成部は、前記基準問題に含まれる複数の制約条件のうち前記確定対象期間と前記緩和対象期間とに跨る時間に対する制約条件である時間制約によって規定される時間長に基づいて、前記第１緩和対象期間の長さを決定する
   請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の運転計画装置。
9. 前記暫定解決定問題生成部は、複数の時間制約によって規定される複数の時間長のうち最も長い時間長に基づいて、前記第１緩和対象期間の長さを決定する
   請求項８に記載の運転計画装置。
10. 期間分割部が、複数台の発電機の運転計画が対象とする計画期間を、前記計画期間の先頭からの期間であって運転計画が確定済みである期間である確定済み期間と、前記確定済み期間を除いた期間であって運転計画が確定済みでない期間である未確定期間と、に分割し、前記未確定期間を、前記未確定期間の先頭時刻から、一度に確定される時間幅である確定時間幅を有する時間が経過したときの時刻までの期間である確定対象期間と、前記確定対象期間の後の期間である緩和対象期間とに分割し、
    暫定解決定問題生成部が、前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定済み期間に対する決定変数の値を確定済みの値に固定して得られる最適化問題である暫定解決定問題を生成し、
    部分確定部が、前記暫定解決定問題を解くことによって、前記暫定解決定問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定対象期間に対する決定変数の解を新たな確定済みの値として求め、前記新たな確定済みの値を求めることによって、前記確定対象期間の運転計画を確定済みにする
    運転計画方法。
11. 複数台の発電機の運転計画が対象とする計画期間を、前記計画期間の先頭からの期間であって運転計画が確定済みである期間である確定済み期間と、前記確定済み期間を除いた期間であって運転計画が確定済みでない期間である未確定期間と、に分割し、前記未確定期間を、前記未確定期間の先頭時刻から、一度に確定される時間幅である確定時間幅を有する時間が経過したときの時刻までの期間である確定対象期間と、前記確定対象期間の後の期間である緩和対象期間と、に分割する期間分割処理と、
    前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定済み期間に対する決定変数の値を確定済みの値に固定して得られる最適化問題である暫定解決定問題を生成する暫定解決定問題生成処理と、
    前記暫定解決定問題を解くことによって、前記暫定解決定問題に含まれる複数の決定変数のうちの前記確定対象期間に対する決定変数の解を新たな確定済みの値として求め、前記新たな確定済みの値を求めることによって、前記確定対象期間の運転計画を確定済みにする部分確定処理と、
    をコンピュータに実行させるための運転計画プログラム。

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