JP7494622B2

JP7494622B2 - 運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システム

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Publication number: JP7494622B2
Application number: JP2020126491A
Authority: JP
Inventors: 祐司小熊; 謙一 ▲濱▼口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2024-06-04
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: JP2022023504A

Description

本発明は、運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムに関する。

近年、いわゆるマイクログリッドに関する技術が検討されている。マイクログリッドでは、所定の地域内に複数のエネルギー供給設備が配置され、当該地域内のエネルギー需要がエネルギー供給設備によって賄われる。マイクログリッドに関する技術として、例えば、特許文献１に記載されたエネルギーシステムや特許文献２に記載されたエネルギー管理システムが知られている。例えば、特許文献１のエネルギーシステムでは、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、それぞれのエネルギー供給設備について最適な目標出力値が算出される。また、特許文献２のエネルギー管理システムは、システムを上位エージェントと下位エージェントとに分割し、制御する。上位エージェントと下位エージェントとの間で、インセンティブなどの情報を交わすことにより、コミュニティにおける良好なエネルギー管理を目指す。

特開２０１４－１２８１３９号公報特開２０１９－１１０７４２号公報

例えば、特許文献１の技術では、１台の制御装置がエネルギーシステムを構成する全てのエネルギー供給設備を制御することを前提とする。しかし、実際には、エネルギーシステムを構成する全てのエネルギー供給設備を制御することができない場合があり得る。例えば、制御装置は、複数のエネルギー供給設備のうち、特定のエネルギー供給設備を制御できるが、その他のエネルギー供給設備を制御できない場合がある。また、再生可能エネルギーを利用する設備のように、そもそも自動制御になじまず、手動制御による場合がある。このような場合には、エネルギーシステムを構成する全てのエネルギー供給設備について、最適な運転状態を算出したとしても、実際の装置に反映できない。その結果、所望の条件を満たすエネルギーシステムの運用を行うことができない。

そこで、本発明は、エネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムを提供する。

本発明の一形態は、エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて対象エネルギー供給部を制御する運転制御装置であって、エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算部と、最適化計算部が出力する解に基づいて、対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令部と、を備える。

この運転制御装置では、最適化計算部が、エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解く。そして、最適化結果指令部は、最適化計算部が出力する解に基づいて、対象エネルギー供給部に制御指令を出力する。つまり、この運転制御装置では、エネルギー供給システムを構成するエネルギー供給部がすべて制御対象であることを前提とせず、制御対象であるいくつかのエネルギー供給部の最適化制御によって、エネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

一形態の運転制御装置は、最適化計算部が、最適化問題を解く動作と、最適化結果指令部が、対象エネルギー供給部の現在運転状態と、最適化計算部が出力する解である最適運転状態と、の差分に０以上且つ１より小さい重み係数を乗算して得た値を制御指令として出力する動作と、を繰り返してもよい。この構成によってもエネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

本発明の別の形態は、エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて対象エネルギー供給部を制御する運転制御システムであって、複数の対象エネルギー供給部に含まれる第１の対象エネルギー供給部に制御指令を出力する第１の運転制御装置と、複数の対象エネルギー供給部に含まれると共に第１の対象エネルギー供給部とは別の第２の対象エネルギー供給部に制御指令を出力する第２の運転制御装置と、を備え、第１の運転制御装置及び第２の運転制御装置は、エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、第１の対象エネルギー供給部又は第２の対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算部と、最適化計算部が出力する解に基づいて、第１の対象エネルギー供給部又は第２の対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令部と、をそれぞれ有する。

この運転制御システムも、運転制御装置と同様に、エネルギー供給システムを構成するエネルギー供給部がすべて制御対象であることを前提とせず、制御対象であるいくつかのエネルギー供給部の最適化制御によって、エネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

別の形態の運転制御システムにおいて、第１の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングは、第２の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングと異なってもよい。この構成によってもエネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

別の形態の運転制御システムにおいて、第１の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングは、第２の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングと同じであってもよい。この構成によってもエネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

別の形態の運転制御システムは、最適化計算部が、最適化問題を解く動作と、最適化結果指令部が、第１の対象エネルギー供給部又は第２の対象エネルギー供給部の現在運転状態と、最適化計算部が出力する解である最適運転状態と、の差分に０以上且つ１より小さい重み係数を乗算して得た値を制御指令として出力する動作と、を繰り返してもよい。この構成によってもエネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

本発明のさらに別の形態は、エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて対象エネルギー供給部を制御する運転制御方法であって、エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算ステップと、最適化計算ステップにより得た解に基づいて、対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令ステップと、を有する。

この運転制御方法も、運転制御装置と同様に、エネルギー供給システムを構成するエネルギー供給部がすべて制御対象であることを前提とせず、制御対象であるいくつかのエネルギー供給部の最適化制御によって、エネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

本発明のさらに別の形態は、エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて対象エネルギー供給部を制御する運転制御プログラムであって、エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算ステップと、最適化計算ステップにより得た解に基づいて、対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令ステップと、をコンピュータに動作させる。

この運転制御プログラムも、運転制御装置と同様に、エネルギー供給システムを構成するエネルギー供給部がすべて制御対象であることを前提とせず、制御対象であるいくつかのエネルギー供給部の最適化制御によって、エネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

本発明の運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムによれば、エネルギーシステムを所望の条件を満たすように運用できる。

図１は、一実施形態に係る運転制御装置を備えるエネルギーシステムの概略構成を示すブロック図である。図２は、運転制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図３は、運転制御装置の機能構成を示すブロック図である。図４は、運転制御装置における最適化処理の一例を示すフローチャートである。図５は、変形例１に係るマイクログリッドを備えるエネルギーシステムの概略構成を示すブロック図である。図６（ａ）は、電力需要に対する出力配分割合を示すグラフである。図６（ｂ）は、蒸気需要に対する出力配分割合を示すグラフである。図７は、変形例２に係るマイクログリッドを備えるエネルギーシステムの概略構成を示すブロック図である。図８は、変形例３に係るマイクログリッドを備えるエネルギーシステムの概略構成を示すブロック図である。図９は、変形例４に係るマイクログリッドを備えるエネルギーシステムの概略構成を示すブロック図である。図１０は、運転制御装置の出力動作の一例を説明する図である。図１１は、運転制御装置の出力動作の別の例を説明する図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る運転制御システム５０Ｓを備えるエネルギーシステム１の概略構成を示すブロック図である。エネルギーシステム１が扱うエネルギーの形態としてはたとえば電力、熱（蒸気）などが挙げられる。また、エネルギーシステム１が備えるエネルギー供給設備としてはたとえばガスタービンやガスエンジンによるコジェネレーションシステム、蒸気ボイラ、蓄電池などが挙げられる。ただし、実施形態としてはエネルギー形態やエネルギー供給設備の種類や数に関する制限はない。また、エネルギーシステム１において、時間断面におけるエネルギーの需要とその負荷配分はなんらかの方法で計測あるいは計算可能であるとする。

図１に示すように、エネルギーシステム１は、エネルギー需要設備１１（エネルギー需要部）と、複数のエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃを有するマイクログリッド１０と、マイクログリッド１０におけるエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の運転を支援する運転制御システム５０Ｓと、を備える。

以下、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃを区別して説明する必要が無い場合には、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃをまとめて「エネルギー供給設備１２」と称する。

マイクログリッド１０では、エネルギー供給設備１２からそれぞれエネルギーが出力され、出力されたエネルギーはエネルギー需要設備１１によって消費される。マイクログリッド１０において、例えば、エネルギー需要設備１１によって要求されるエネルギーの全てが、エネルギー供給設備１２によって賄われてもよい。マイクログリッド１０は、必要に応じて、外部エネルギー系統８０に接続されてもよい。この場合、マイクログリッド１０において、エネルギー需要設備１１によって要求されるエネルギーの一部が、外部エネルギー系統８０によって賄われてもよい。

マイクログリッド１０において、エネルギー供給設備１２によって出力されたエネルギーの全てが、エネルギー需要設備１１によって消費されてもよいし、出力されたエネルギーの一部が、外部エネルギー系統８０に流出（いわゆる逆潮流）されてもよい。なお、マイクログリッド１０から外部エネルギー系統８０へのエネルギーの逆潮流は、外部エネルギー系統８０におけるエネルギーの需要と供給とのバランスに影響を与え得る。このため、マイクログリッド１０においては、このような逆潮流が発生しないように管理されることが望ましい。

エネルギー供給設備１２から出力されるエネルギーは、例えば、電気エネルギー（すなわち電力）であってもよいし、熱エネルギー（すなわち蒸気）であってもよいし、水素エネルギーであってもよいし、他の種類のエネルギーであってもよい。このようなエネルギーを出力するエネルギー供給設備１２としては、例えば、燃料を用いて電力を供給可能な原動機（例えばガスタービン又はガスエンジン等）、燃料を用いて蒸気を供給可能な蒸気ボイラ、及び電力を充放電可能な蓄電池など、が挙げられる。また、エネルギー供給設備１２は、いずれか１種類のエネルギーを出力する１つの出力部を有するエネルギー供給設備であってもよいし、互いに異なる２種類のエネルギーをそれぞれ出力する一対の出力部を有する複合エネルギー供給設備であってもよい。

２種類のエネルギーを出力する複合エネルギー供給設備としては、例えば、電力と蒸気とを並行して供給可能なコジェネレーションシステムが挙げられる。コジェネレーションシステムは、例えば、電力を生成可能なガスタービンと、ガスタービンにおける燃焼排ガスの熱量を利用して蒸気を生成可能な蒸気発生器と、を含んで構成される。コジェネレーションシステムは、電力と蒸気との出力比を可変に調整可能な熱電比可変型のコジェネレーションシステムであってもよいし、電力と蒸気との出力比が一定となる熱電比一定型のコジェネレーションシステムであってもよい。

本実施形態では、エネルギー供給設備１２は、電力を出力するものとする。マイクログリッド１０における電力需要は、エネルギー供給設備１２からの電力と、外部エネルギー系統８０からの電力と、によって賄われる。図１において、実線の矢印は電力の流れを示しており、破線の矢印は制御指令又は計測値の流れを示している。

運転制御システム５０Ｓは、第１の運転制御装置５０Ａと、第２の運転制御装置５０Ｂと、を有する。第１の運転制御装置５０Ａは、第１の所掌機器群に対して制御指令を出力する。第１の所掌機器群は、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２（第１の対象エネルギー供給部）を含む。第１の運転制御装置５０Ａは、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２のそれぞれに対して制御指令を出力する。つまり、第１の運転制御装置５０Ａは、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２を制御できるが、エネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃを制御できない。従って、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２は、第１の運転制御装置５０Ａに関する対象エネルギー供給部である。

第２の運転制御装置５０Ｂは、第２の所掌機器群に対して制御指令を出力する。第２の所掌機器群は、エネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２（第２の対象エネルギー供給部）を含む。第２の運転制御装置５０Ｂは、エネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２のそれぞれに対して制御指令を出力する。つまり、第２の運転制御装置５０Ｂは、エネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２を制御できるが、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｃを制御できない。従って、エネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２は、第２の運転制御装置５０Ｂに関する対象エネルギー供給部である。

上述のとおり、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２は、運転制御システム５０Ｓからの制御指令を受け入れる。エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２は、制御指令によって自動制御が可能である。これに対して、エネルギー供給設備１２Ｃ（非対象エネルギー供給部）は、運転制御システム５０Ｓからの制御指令を受け入れない。つまり、エネルギー供給設備１２Ｃは、制御指令によって自動制御ができない。エネルギー供給設備１２Ｃは、オペレータによって手動制御される。従って、エネルギー供給設備１２Ｃは、非対象エネルギー供給部である。

エネルギー需要設備１１は、エネルギー供給設備１２から出力されたエネルギーを消費する。エネルギー需要設備１１は、例えば、工場などのプラントである。本実施形態では、エネルギー需要設備１１は電力を消費するプラントである場合を例示する。エネルギー需要設備１１は、エネルギー供給設備１２の出力部に接続されており、これらの出力部からそれぞれ出力される電力と、外部エネルギー系統８０から出力される電力と、を消費する。

マイクログリッド１０には、エネルギーを計測可能な複数の計測器３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７が設置されている。計測器３１は、エネルギー供給設備１２Ａ１から出力される電力を計測する。計測器３１は、計測した電力を示す計測データＤ１を運転制御システム５０Ｓに送信する。計測器３２は、エネルギー供給設備１２Ａ２から出力される電力を計測する。計測器３２は、計測した電力を示す計測データＤ２を運転制御システム５０Ｓに送信する。計測器３３は、エネルギー供給設備１２Ｂ２から出力される電力を計測する。計測器３３は、計測した電力を示す計測データＤ３を運転制御システム５０Ｓに送信する。計測器３４は、エネルギー供給設備１２Ｂ２から出力される電力を計測する。計測器３４は、計測した電力を示す計測データＤ４を運転制御システム５０Ｓに送信する。計測器３６は、外部エネルギー系統８０から出力される電力を計測する。計測器３６は、計測した電力を示す計測データＤ６を運転制御システム５０Ｓに送信する。計測器３７は、エネルギー需要設備１１へ供給される電力の合計値を計測する。計測器３７は、計測した電力の合計値を示す計測データＤ７を運転制御システム５０Ｓに送信する。

なお、計測器３７は、マイクログリッド１０に設置されていなくてもよい。この場合、計測器３１～３６によって計測された電力の合計値を計算することによって、エネルギー需要設備１１における電力需要を求めることができる。

運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、エネルギー供給設備１２の運転を支援するために用いられる。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、最適化されたエネルギー供給設備１２の運転状態を算出する。換言すると、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、それぞれが所掌するエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の最適な運転状態を求める。マイクログリッド１０を制御する運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、式（１）として示され、最適化問題（Ｑ_ｎ）を解く。

以下、「エネルギー供給設備１２の運転状態」は、「エネルギー供給設備１２の出力値」である場合を例に、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂの詳細について説明する。

図２は、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂのハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示すように、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、物理的には、１又は複数のプロセッサ１０１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory)等の記憶装置１０２と、キーボード等の入力装置１０３と、ディスプレイ等の表示装置１０４と、データを送受信するための通信インターフェースである通信装置１０５と、を備えるコンピュータとして構成される。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、プロセッサ１０１等のハードウェアに所定のコンピュータプログラムを読み込ませることにより、プロセッサ１０１の制御の下でハードウェアを動作させると共に、記憶装置１０２におけるデータの読み出し及び書き込みを行う。これにより、次の図３に示す運転制御装置５０Ａ、５０Ｂの機能が実現される。

図３は、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂの機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、入力端５１と、目的関数データベース５２と、制約条件データベース５３と、機器特性データベース５４と、最適化計算部５５と、最適化結果指令部５６と、を含む。運転制御システム５０Ｓ及び運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、典型的には単一の計算機において実現される。しかし、例えば、上述した機能的構成要素を互いに別の計算機上に配置するなど、その形態に限定されないし、形態によって運転制御システム５０Ｓ及び運転制御装置５０Ａ、５０Ｂの企図する効果は変わらない。

運転制御装置５０Ａは、或る一定の指標を目的関数として、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２の出力値の配分を最適化する。運転制御装置５０Ｂは、或る一定の指標を目的関数として、エネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２の出力値の配分を最適化する。具体的には、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、所定の制約条件の下で目的関数の最適化問題を解くことにより、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の出力値の配分を最適な状態にする。

入力端５１は、計測器３１～３７から計測値を受ける。入力端５１は、受け取った計測値を最適化計算部５５に提供する。なお、入力端５１は、計測値に変えて計算値を受け取ってもよい。入力端５１は、図２における入力装置１０３や通信装置１０５に対応する。また、入力端５１は、図２に図示しないコンピュータの通信インターフェースであってもよい。

目的関数データベース５２は、最適化の指標となる目的関数（モデル）やパラメータを格納する。目的関数データベース５２は、図２における記憶装置１０２に対応する。最適化の指標すなわち目的関数としては、例えば、電気料金単価の最小化、燃料単価の最小化、及び燃料使用量の最小化などが挙げられる。目的関数は、これら指標以外の指標であってもよい。目的関数は、入力装置１０３における入力によって提供されてもよい。目的関数データベース５２は、目的関数を示す目的関数データを、最適化計算部５５に送信する。

目的関数は、以下の式（２）のように定式化される。

式（２）において、関数ｆは、最適化の指標を最小化する目的関数であり、エネルギー供給設備１２の運転状態（本実施形態では出力値）に対する所与の指標値を示す。

第１の変数ｘ_ｎは、最適化問題を解く対象である運転制御装置が所掌するエネルギー供給設備１２の運転状態である。第１の変数ｘ_ｎは、多変数である。運転状態は、たとえばエネルギー供給設備１２が出力する発電電力といった出力量が相当する。最適化問題（Ｑ_ｎ）は、第１の変数ｘ_ｎのみを決定変数として解く。その結果、所掌するエネルギー供給設備に関する最適な運転状態が得られる。

オーバーラインを付した第２の変数ｘ_ｎは、第１の変数ｘ_ｎで指定されなかった別の運転制御装置が所掌するエネルギー供給設備の運転状態である。例えば、第１の変数ｘ_ｎが運転制御装置５０Ａによって所掌されるエネルギー供給設備１２Ａ１又は１２Ａ２の運転状態を意味する場合には、オーバーラインを付した第２の変数ｘ_ｎは、運転制御装置５０Ｂによって所掌されるエネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２の運転状態を意味する。第２の変数ｘ_ｎに付されたオーバーラインは、第１の変数ｘ_ｎに対応する運転制御装置から直接に制御できないことを意味する。第２の変数ｘ_ｎは、多変数である。最適化問題を解くにあたり、第２の変数ｘ_ｎには、計測器３１～３７から入力端５１へ入力された計測データ（現状値）が定数として代入される。入力される値は、計測データそのものであってもよいし、計測データを加工したものであってもよい。なお、運転制御システム５０Ｓでは、１台のエネルギー供給設備だけを備えることもあり得る（Ｎ＝１）。この場合には、第２の変数ｘ_ｎに相当するものが存在しないため省略してもよい。

オーバーラインを付した第３の変数ｙ_ｎは、自動制御の対象としない非対象エネルギー供給設備の運転状態である。第３の変数ｙ_ｎに付されたオーバーラインも、第２の変数ｘ_ｎと同様に、第１の変数ｘ_ｎに対応する運転制御装置から直接に制御できないことを意味する。第３の変数ｙ_ｎは、多変数である。本実施形態では、手動制御がなされるエネルギー供給設備１２Ｃを意味する。最適化問題を解くにあたり、第３の変数ｘ_ｎには、計測器３１～３７から入力端５１へ入力された計測データ（現状値）が定数として代入される。なお、マイクログリッド１０は、エネルギー供給設備１２として手動制御がなされる設備を備えることを要しない。換言すると、マイクログリッド１０は、手動制御がなされる設備を備えないこともあり得る。この場合には、第３の変数ｙ_ｎに相当するものが存在しないため省略してもよい。

つまり、式（２）に示されるように、本実施形態の運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、最適化問題を解くにあたり、マイクログリッド１０を構成するすべてのエネルギー供給設備１２が単一の運転制御装置によって制御可能であることを前提としない。本実施形態の運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、マイクログリッド１０にそれぞれの装置が所掌しないエネルギー供給設備１２が存在したとしても、全体として所望の条件を満たす運用が可能である。

制約条件データベース５３は、最適化問題の制約条件を格納する。制約条件データベース５３は、図２における記憶装置１０２に対応する。制約条件データベース５３は、式（３）及び式（４）で表される制約条件を示す制約条件データを、最適化計算部５５に送信する。

制約条件は、例えば、以下の式（３）及び式（４）のように表される。式（３）及び式（４）において、ｈ及びｇはそれぞれ、最適化問題を解くための等式制約条件及び不等式制約条件を示している。等式条件は、例えば、エネルギー供給設備１２から供給される電力の上下限を制約する条件としてよい。不等式制約条件は、例えば、マイクログリッド１０における電力の受給バランスを制約する条件としてよい。

機器特性データベース５４は、最適化の対象とするエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の入力と出力とを模擬する数理モデル及び当該数理モデルに含まれるパラメータを格納する。機器特性データベース５４は、図２における記憶装置１０２に対応する。例えば、効率に関する数式及び数式に含まれるパラメータが挙げられる。

最適化計算部５５は、目的関数データベース５２に格納された目的関数モデル及びパラメータと、制約条件データベース５３に格納された制約条件モデル及びパラメータと、機器特性データベース５４に格納された機器特性モデル及びパラメータと、計測器３１～３７から入力端５１を介して受けた計測データＤ１～Ｄ７と、を受信する。最適化計算部５５は、制約条件データが示す制約条件の下で、目的関数データが示す目的関数の最適化問題を求解する。本実施形態では、最適化計算部５５は、式（３）及び式（４）に示す制約条件の下で、式（２）に示す目的関数を最大化又は最小化するようなエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の出力量をそれぞれ算出する。そして、最適化計算部５５は、最適化問題の解を、最適化結果指令部５６に出力する。

機器特性データ及び計測データＤ１～Ｄ７は、最適化問題におけるパラメータとして用いられる。計測データＤ１～Ｄ７は、現在の電力供給を示す現況値として用いられる。最適化問題の求解手法としては、例えば、線形計画法又は二次計画法などの公知の最適化問題の求解手法を用いることができる。最適化計算部５５は、最適化問題の求解処理を行うために、専用のプログラムを用いてもよいし、公知のソルバを用いてもよい。

最適化結果指令部５６は、最適化計算部５５から受けた最適化計算の解に基づいて、所掌するエネルギー供給設備１２に出力するための制御指令を生成し、出力する。換言すると、最適化結果指令部５６は、最適化計算部５５で求めた最適負荷配分をもとに、所掌するエネルギー供給設備１２に対し、設備の追従性や機器が受付可能な指令値の解像度などを考慮のうえ、適切な制御指令を作成し、これをエネルギー供給設備１２に送信する。つまり、本実施形態において、運転制御システム５０Ｓと、自動制御の対象であるエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２との間には、オペレータの存在を必須としない。なお、オペレータの存在を排除するものではないので、例えば、必要に応じて運転制御システム５０Ｓからエネルギー供給設備１２に送信される制御指令を監視するためのオペレータが配置されてもよい。

なお、最適化結果指令部５６の出力動作の具体例について後に変形例５、６として説明する。

続いて、図４を参照して、運転制御システム５０Ｓの運転制御装置５０Ａ、５０Ｂにおいて実行される最適化処理、すなわち本実施形態に係る運転制御方法の一例について説明する。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂにおける最適化処理は、記憶装置１０２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０１が読み出し実行することによって実行される。図４は、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂにおける最適化処理（最適化ステップ）の一例を示すフローチャートである。

まず、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、最適化処理を終了するか否かを判断する（ステップＳ１）。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、最適化処理を終了すると判断した場合（ステップＳ１においてＹｅｓ）、最適化処理を終了する。一方、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、最適化処理を終了しないと判断した場合（ステップＳ１においてＮｏ）、最適化処理を継続する。すなわち、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、ステップＳ２～Ｓ８を実行する。

続いて、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、最適化計算を行う計算タイミングであるか否かを逐次判断する（ステップＳ２）。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂが最適化計算を行う頻度は、例えば、一定間隔（例えば３０分ごと）としてもよい。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、最適化計算を行う計算タイミングであると判断した場合（ステップＳ２においてＹｅｓ）、以下に示すステップＳ３～ステップＳ８を実行する。

制約条件データベース５３から制約条件を読み込む（ステップＳ３）。ステップＳ３では、制約条件は、前述した式（３）及び式（４）で表される。式（３）及び式（４）は、上述したように、制御対象となるエネルギー供給設備１２の数を制約する制約条件を示している。制約条件データベース５３は、式（３）及び式（４）で表される制約条件を示す制約条件データを、最適化計算部５５に送信する。

続いて、目的関数データベース５２から最適化の指標となる目的関数を読み込む（ステップＳ４）。ステップＳ４では、目的関数は、前述した式（２）で表される。目的関数データベース５２は、式（２）で表される目的関数を示す目的関数データを、最適化計算部５５に送信する。

次に、最適化計算部５５は、最適化計算を実行するために、計測器３１～３７から提供される現況値を受け入れる（ステップＳ５）。現況値は、計測器３１～３７からの計測データＤ１～Ｄ７に含まれる。現況値は、現在の電力供給（又は電力需要）を意味する。

次に、最適化計算部５５は、最適化計算を実行するために、機器特性データベース５４から機器特性データを読み込む（ステップＳ６）。

次に、最適化計算部５５は、最適化計算を実行する（ステップＳ７：最適化計算ステップ）。すなわち、最適化計算部５５は、ステップＳ３において設定された制約条件の下で、ステップＳ４において設定された目的関数の最適化問題を求解する。機器特性データ及び計測データＤ１～Ｄ７は、最適化問題におけるパラメータとして用いられる。

ステップＳ７では、最適化計算部５５は、式（３）及び式（４）に示す制約条件の下で、式（２）に示す目的関数を最小化するようなエネルギー供給設備１２Ａ及び１２Ｃの目標出力変化量をそれぞれ算出する。つまり、最適化計算部５５は、全てのエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の出力値が最適となるように、制御可能なエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２のそれぞれの目標出力変化量を算出する。最適化計算部５５は、算出したエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の目標出力変化量を示す計算結果データを最適化結果指令部５６に送信する。

次に、最適化結果指令部５６は、ステップＳ７において計算された最適化計算結果を出力する（ステップＳ８：最適化結果指令ステップ）。ステップＳ８では、最適化結果指令部５６は、最適化計算部５５からの計算結果データに基づく制御指令をエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２にそれぞれ出力する。その結果、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の出力値が、最適化計算により算出された目標出力変化量に応じた出力値に制御される。これにより、全てのエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の出力値が最適化された状態となる。

ところで、電気や蒸気などのエネルギーを大量かつ定常的に消費する工場では、エネルギー供給の安定化やエネルギーコストの低減を目的として、コジェネレーションシステムなどのエネルギー供給設備を独自に備えている場合がある。このような工場においては、エネルギー需要にあわせてコストが最適となるようにエネルギー供給設備を運転することが課題である。

この課題に対する技術としては、特許第６１６６８９４号を挙げることができる。特許第６１６６８９４号は、複数のエネルギー供給設備に対して所定の最適化問題を解くことにより、複数のエネルギー供給設備における最適な出力配分を求める技術を提案する。特許第６１６６８９４号では、具体的な適用の例示として、複数のガスタービン・ガスエンジンを含む複合エネルギーシステムをあげている（特許第６１６６８９４号の段落〔００２１〕）。例示されている形態において、負荷配分最適化計算は、「最適制御装置」にて実行される。最適化計算の結果はガスタービン・ガスエンジンに対して燃料を供給する「燃料供給設備」への指令を通して、ガスタービン・ガスエンジンの運転に自動的に反映される。

しかし、実際のエネルギーシステムにおいては、エネルギー供給設備のハードウェアの制約といった要因により、必ずしも特許第６１６６８９４号の図１等に例示されるように、全てのエネルギー供給設備をまとめて、かつ自動的に制御できるとは限らない。実際のエネルギーシステムでは、単一あるいは複数機器の負荷配分を決定する制御装置が複数独立して存在することもあり得るし、手動でのみ操作可能なエネルギー供給設備が含まれるといった場合もあり得る。このようなエネルギーシステムでは、複数のエネルギー供給設備に対する最適な指令値を求めても、それを実際のエネルギー供給設備の運転に反映できないという問題点がある。

この問題点を部分的に解決している技術として特開２０１９－１１０７４２号公報が挙げられる。特開２０１９－１１０７４２号公報は、特許第６１６６８９４号のような単一制御装置でなくてもエネルギー最適化が実現できる形態として、システムを上位エージェント、下位エージェントに分割する技術を例示する。しかし特開２０１９－１１０７４２号公報が開示する解決策では、エージェント間で指令の強制力がないかわりに、それを促すものとして上位エージェントと下位エージェントとの間でインセンティブなどの情報を取り交わす手法を採用する。つまり、エージェント（制御装置）間の連携を設計する必要があるという意味において、上述の問題点の本質的な解決にはつながらない。

本発明の一形態は、エネルギー需要設備１１にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされたエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２と、運転状態が制御の対象とされていないエネルギー供給設備１２Ｃと、を含むエネルギー供給システム１２Ｓについてエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２を制御する運転制御装置５０Ａ、５０Ｂである。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算部５５と、最適化計算部５５が出力する解に基づいて、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２に制御指令を出力する最適化結果指令部５６と、を備える。

要するに、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂ、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システム５０Ｓは、制御可能な複数のエネルギー供給設備１２を有するマイクログリッド１０において、エネルギー供給設備群の運転を最適化する。マイクログリッド１０の全体のエネルギー需要や、他の運転制御装置の所掌のエネルギー供給設備１２の運転状態変化に追従させて、当該運転制御装置が所掌するエネルギー供給設備１２の最適な運転状態を求め、またそれを当該運転制御装置が所掌するエネルギー供給設備１２の制御に反映させる。

さらに換言すると、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂ、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システム５０Ｓは、制御可能な複数のエネルギー供給設備１２を有するマイクログリッド１０において、単一あるいは複数機器の負荷配分を所掌する運転制御装置５０Ａ、５０Ｂが複数独立して存在している場合、あるいは手動でのみ操作可能なエネルギー供給設備１２Ｃが含まれる場合に、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂあるいは手動による一部のエネルギー供給設備１２Ｃの操作に対して、所定の指標を最大化あるいは最小化するように残りのエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の運転状態を求め、またそれを達成するようにこれらのエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２を制御する。

上記の３つの視点から見た運転制御装置５０Ａ、５０Ｂ、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システム５０Ｓにおいて、式（２）、式（３）及び式（４）に示される具体的なｆ、ｈ、ｇの定め方やその解き方については運転制御装置５０Ａ、５０Ｂ等の特徴を構成しない。運転制御装置５０Ａ、５０Ｂ等は、（１）それぞれの運転制御装置５０Ａ、５０Ｂが所掌するエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の運転状態以外を定数とおいた最適化問題を解くこと、（２）運転制御装置５０Ａ、５０Ｂが独立して所掌するエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２を制御すること、を特徴としている。

この運転制御装置５０Ａ、５０Ｂでは、最適化計算部５５が、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解く。そして、最適化結果指令部５６は、最適化計算部６６が出力する解に基づいて、エネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２に制御指令を出力する。つまり、この運転制御装置５０Ａ、５０Ｂでは、エネルギー供給システム１２Ｓを構成するエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃがすべて制御対象であることを前提とせず、制御対象であるエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の最適化制御によって、エネルギーシステム１を所望の条件を満たすように運用できる。

つまり、この運転制御装置５０Ａ、５０Ｂは、単一あるいは複数機器の負荷配分を決定する運転制御装置５０Ａ、５０Ｂが複数独立して存在する、あるいは手動でのみ操作可能なエネルギー供給設備１２Ｃが含まれるようなマイクログリッド１０においても、最適な運転、たとえばコスト最適な運転を実現することができる。

本実施形態の運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、上述した実施形態に限られず、他に様々な変形が可能である。

＜変形例１＞
運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、図５に示すようなエネルギーシステム１Ａに適用してもよい。エネルギーシステム１Ａは、エネルギー需要設備１１Ａ、１１Ｂと、複数のエネルギー供給設備１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆと、エネルギー供給設備１２Ｄ、１２Ｅの運転を支援する運転制御システム５０Ｋと、を備える。

エネルギー需要設備１１Ａは、電力を消費する設備である。エネルギー需要設備１１Ａに提供される電力は、計測器４１によって計測される。エネルギー需要設備１１Ｂは、蒸気を消費する設備である。エネルギー需要設備１１Ｂに提供される蒸気は、計測器４２によって計測される。

エネルギー供給設備１２Ｄは、熱電比可変型コジェネレーションシステムである。エネルギー供給設備１２Ｄは、燃料供給源２０から燃料の提供を受ける。エネルギー供給設備１２Ｄは、電力と蒸気とを出力する。エネルギー供給設備１２Ｄが出力する電力及び蒸気は、運転制御装置５０Ｃから提供される制御指令によって制御される。エネルギー供給設備１２Ｄが出力する電力は、計測器４３によって計測され、エネルギー需要設備１１Ａに提供される。エネルギー供給設備１２Ｄが出力する蒸気は、計測器４４によって計測され、エネルギー需要設備１１Ｂに提供される。

エネルギー供給設備１２Ｅは、熱電比一定型コジェネレーションシステムである。エネルギー供給設備１２Ｅは、燃料供給源２０から燃料の提供を受ける。エネルギー供給設備１２Ｅは、電力と蒸気とを出力する。エネルギー供給設備１２Ｅが出力する電力及び蒸気は、運転制御装置５０Ｃから提供される制御指令によって制御される。エネルギー供給設備１２Ｅが出力する電力は、計測器４５によって計測され、エネルギー需要設備１１Ａに提供される。エネルギー供給設備１２Ｅが出力する蒸気は、計測器４６によって計測され、エネルギー需要設備１１Ｂに提供される。

エネルギー供給設備１２Ｆは、蒸気ボイラである。エネルギー供給設備１２Ｅは、燃料供給源２０から燃料の提供を受ける。エネルギー供給設備１２Ｆは、蒸気を出力する。エネルギー供給設備１２Ｆが出力する蒸気は、計測器４７によって計測され、エネルギー需要設備１１Ｂに提供される。なお、エネルギー供給設備１２Ｆは、エネルギー供給設備１２Ｄ、１２Ｅのように、運転制御装置５０Ｃから制御指令を受け入れない。エネルギー供給設備１２Ｆは、手動によって制御される。

つまり、変形例１では、熱電比可変型コジェネレーションシステムであるエネルギー供給設備１２Ｄと、熱電比一定型コジェネレーションシステムであるエネルギー供給設備１２Ｅとは、単一の運転制御装置５０Ｃから制御可能である。しかし、蒸気ボイラであるエネルギー供給設備１２Ｆは手動での操作にのみ対応している。

このようなエネルギーシステム１Ａにおいても、運転制御装置５０Ｃは適用可能であり、実施形態と同様の効果を得ることができる。

エネルギーシステム１Ａにおける運転制御装置５０Ｃの制御例を示す。図６（ａ）は、電力需要に対する負荷配分の変化を示す棒グラフである。図６（ａ）において、グラフＧ６ａは操作前の負荷配分を示し、グラフＧ６ｂは操作後の負荷配分を示す。グラフＧ６ａ、Ｇ６ｂにおいて、ＥＢは外部エネルギー系統８０からの買電電力であり、Ｅ１はエネルギー供給設備１２Ｄの出力電力であり、Ｅ２はエネルギー供給設備１２Ｅの出力電力である。図６（ｂ）は、蒸気需要に対する負荷配分の変化を示す棒グラフである。図６（ｂ）において、グラフＧ６ｃは操作前の負荷配分を示し、グラフＧ６ｄは操作後の負荷配分を示す。グラフＧ６ｃ、Ｇ６ｄにおいて、Ｖ３はエネルギー供給設備１２Ｆの出力蒸気であり、Ｖ１はエネルギー供給設備１２Ｄの出力蒸気であり、Ｖ２はエネルギー供給設備１２Ｅの出力電力である。

例えば、ある電力需要と蒸気需要に対してエネルギー供給設備１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆのそれぞれが最適な運転状態をとっている状態（図６（ａ）のグラフＧ６ａ及び図６（ｂ）のグラフＧ６ｃ）から蒸気ボイラであるエネルギー供給設備１２Ｆを手動で停止させた場合（図６（ｂ）のグラフＧ６ｄ）を示す。この操作によるエネルギー供給設備１２Ｆの運転状態の変化に応じて、運転制御装置５０Ｃが導出したエネルギー供給設備１２Ｄ、１２Ｅの負荷配分割合を示す。図６（ｂ）のグラフＧ６ｄを参照すると、エネルギー供給設備１２Ｆ（蒸気ボイラ）が担っていた蒸気負荷分（Ｖ３）については、エネルギー供給設備１２Ｄ（熱電比可変型コジェネレーションシステム）とエネルギー供給設備１２Ｅ（熱電比一定型コジェネレーションシステム）の２台の蒸気出力（Ｖ１、Ｖ２）を上げることで補償していることがわかる。エネルギー供給設備１２Ｄ（熱電比可変型コジェネレーションシステム）については、発生エネルギーのバランスが蒸気寄りとなる。その結果、図６（ａ）のグラフＧ６ｂを参照すると、エネルギー供給設備１２Ｄの出力電力（Ｅ１）が低下しており、これをエネルギー供給設備１２Ｅ（熱電比一定型コジェネレーションシステム）の出力電力（Ｅ３）と買電電力（ＥＢ）で補償していることがわかる。

＜変形例２＞
運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、図７に示すエネルギーシステム１Ｂに適用してもよい。変形例２のエネルギーシステム１Ｂは、実施形態のエネルギーシステム１から運転制御装置５０Ｂと、運転制御装置５０Ｂが所掌するエネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２とを省略したものである。換言すると、変形例２のエネルギーシステム１Ｂは、運転制御装置５０Ａと、運転制御装置５０Ａが所掌するエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２（対象エネルギー供給部）と、運転制御装置５０Ａが所掌しないエネルギー供給設備１２Ｃ（非対象エネルギー供給部）と、を備える。このようなエネルギーシステム１Ｂにおいても、運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、実施形態と同様に制御対象であるエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２の最適化制御によって、所望の条件を満たすようにエネルギーシステム１Ｂを運用することができる。

＜変形例３＞
運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、図８に示すようなエネルギーシステム１Ｃに適用してもよい。変形例３のエネルギーシステム１Ｃは、実施形態のエネルギーシステム１からエネルギー供給設備１２Ｃを省略したものである。換言すると、変形例３のエネルギーシステム１Ｃは、運転制御装置５０Ａと、運転制御装置５０Ａが所掌するエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２（対象エネルギー供給部）と、運転制御装置５０Ｂと、運転制御装置５０Ｂが所掌するエネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２（対象エネルギー供給部）と、を備える。つまり、変形例３のエネルギーシステム１Ｃは、非対象エネルギー供給部としてのエネルギー供給設備１２Ｃを備えない。このエネルギーシステム１Ｃにおいても、運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、実施形態と同様に制御対象であるエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２の最適化制御によって、所望の条件を満たすようにエネルギーシステム１Ｃを運用することができる。

＜変形例４＞
運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、図９に示すようなエネルギーシステム１Ｄに適用してもよい。変形例４のエネルギーシステム１Ｄは、実施形態のエネルギーシステム１から運転制御装置５０Ａと、運転制御装置５０Ａが所掌するエネルギー供給設備１２Ａ１、１２Ａ２とを省略したものである。換言すると、変形例４のエネルギーシステム１Ｄは、運転制御装置５０Ｂと、運転制御装置５０Ｂが所掌するエネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２（対象エネルギー供給部）と、運転制御装置５０Ｂが所掌しないエネルギー供給設備１２Ｃ（非対象エネルギー供給部）と、を備える。このようなエネルギーシステム１Ｄにおいても、運転制御装置、運転制御方法、運転制御プログラム及び運転制御システムは、実施形態と同様に制御対象であるエネルギー供給設備１２Ｂ１、１２Ｂ２の最適化制御によって、所望の条件を満たすようにエネルギーシステム１Ｄを運用することができる。

＜変形例５＞
運転制御装置５０Ａ、５０Ｂの最適化結果指令部５６は、現在運転状態から徐々に最適運転状態近づけていくように制御指令を出力してもよい。具体的には、最適化結果指令部５６は、式（５）に従い、現在のエネルギーシステム１の運転状態から導いたエネルギー供給設備１２Ａ１の最適運転状態（アスタリスクを付した変数ｘ_n）と現在運転状態（ゼロを付した変数ｘ_ｎ）から、状態変更量（Δｘ_ｎ）を算出する。式（５）において、ｈは、重み係数である。ｈは、０以上且つ１より小さい正の数である。たとえば、ｈ＝０．１としてよい。この場合には、最大で定格出力の１０％分を運転状態として変更するものとなる。

図１０は、運転制御装置５０Ａが所掌するエネルギー供給設備１２Ａ１が最適化制御の対象とされ、その他のエネルギー供給設備１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃの運転状態は一定であるとした場合の、エネルギー供給設備１２Ａ１の運転状態の推移を示す。図１０は、横軸に実時間を示し、縦軸にエネルギー供給設備の現在運転状態を示す。そうすると、グラフＧ１０ａは、エネルギー供給設備１２Ａ１が出力する電力と考えてよい。破線Ｇ１０ｂは、現在時刻におけるエネルギー供給設備１２Ａ１の運転状態を示す。破線Ｇ１０ｃは、エネルギー供給設備１２Ａ１の最適運転状態を示す。

運転制御装置５０Ａは、時刻ｔ_０において、第１回目の最適化計算を行い、式（５）を用いて状態変更量（Δｘ_ｎ）を算出したのちに、当該状態変更量となるようにエネルギー供給設備１２Ａ１に制御指令を出力する。そして、所定の時間が経過し、時刻ｔ_１となったとき、運転制御装置５０Ａは、第２回目の最適化計算を行う。そして、第１回目の処理と同様に、式（５）を用いて状態変更量（Δｘ_ｎ）を算出したのちに、当該状態変更量となるようにエネルギー供給設備１２Ａ１に制御指令を出力する。つまり、運転制御装置５０Ａは、最適化計算を行う処理と、最適運転状態から導いた状態変更量を出力する処理と、を所定時間ごとに繰り返す。

運転制御装置５０Ａに関する最適化問題（Ｑ_ｎ）を解いたときに得られる結果と、運転制御装置５０Ｂに関する最適化問題（Ｑ_ｎ）を解いたときに得られる結果と、を同時にそれぞれのエネルギー供給設備に反映させた場合には、迅速な制御が可能である。その一方、指令結果を同時に出力した場合には、全体としてのエネルギーシステムの制約条件に違反するような不測の事態も場合もあり得る。変形例５によれば、このような不測の事態も確実に回避することができる。つまり、基本的には、同時出力で運用に問題は生じないが、重みを適用した制約条件を用いればエネルギーシステムの制約条件に違反するような不測の事態を回避できるので、さらに安定した運用が可能になる、

なお、図１０に示す例では、制御指令を送信する時間の間隔（Δｔ）は、一定であるとした。例えば、制御指令を送信するタイミングは、一定の周期である必要はない。例えば、制御指令の送信を、エネルギー需要設備１１の需要量が急激に変化したとき、手動での操作を検知したとき、のように、イベントドリブンとしてもよい。

＜変形例６＞
最適化結果指令部５６がエネルギー供給設備１２に制御指令を出力する別の態様は、図１１に示すものであってもよい。例えば、変形例６では、運転制御システムが第１～第４運転制御装置を有する。そして、第１～第４運転制御装置のそれぞれは、所掌するエネルギー供給設備に対して制御指令を出力する。この場合において、時刻ｔ_０であるときに第１運転制御装置が制御指令Ｃ１を出力する。次に、時刻ｔ_０から時間Δｔが経過した後の時刻ｔ_１であるときに第２運転制御装置が制御指令Ｃ２を出力する。例えば、エネルギー供給設備としてガスタービンやガスエンジンを含む場合には位相差の時間相当量（ΔＴ）は３０分程度としてよい。以下同様に、時刻ｔ_２であるときに第３運転制御装置が制御指令Ｃ３を出力し、時刻ｔ_３であるときに第４運転制御装置が制御指令Ｃ４を出力する。つまり、第１～第４運転制御装置のそれぞれが制御指令を出力する位相をずらしてもよい。制御指令を出力するタイミングを変えることによれば、第１～第４運転制御装置の最適化結果が互いに干渉することを防ぐことができる。また、変形例６に示す制御指令の出力態様によっても、変形例５と同様にエネルギーシステム全体としての制約条件に違反する事態が発生することを防止できる。

なお、変形例５の出力態様と変形例６の出力態様とは、組み合わせることもできる。例えば、第１運転制御装置は、最適運転状態とするための制御指令に代えて制御指令から式（５）を用いて得た、状態変更量（Δｘ_ｎ）を所掌するエネルギー供給設備に出力してもよい。

さらに、図１１に示す例では、制御指令を送信する時間の間隔（Δｔ）は、一定であるとした。変形例４と同様に、制御指令を送信するタイミングは、一定の周期である必要はない。制御指令の送信を、エネルギー需要設備１１の需要量が急激に変化したとき、手動での操作を検知したとき、のように、イベントドリブンとしてもよい。

制約条件データベース５３や目的関数データベース５２に格納された情報は、運転制御装置５０Ａ、５０Ｂの運転中に変更してもよい。例えば、外部エネルギー系統８０との連携点の電力に関する制約を随時変更することでデマンドレスポンスを実現してもよい。さらに、外部エネルギー系統８０からの買電に係る電力量単価を随時変更してもよい。この変更によれば、燃料単価、電力量単価のバランス変化に対して柔軟に対応したエネルギー供給設備の運転が可能となる。

また、図１１に示す例では、第１～第４運転制御装置のそれぞれが制御指令を出力する位相をずらしたが、必ずしも全てがずれている必要はない。第１～第４運転制御装置のそれぞれが制御指令を出力する位相は、第１～第４運転制御装置の全てにおいて、同じであってもよい。換言すると、第１～第４運転制御装置は、全て同時に制御指令を出力してもよい。この場合には、変形例５で例示したように、制御指令は、最適化問題（Ｑｎ）を解いたときに得られる運転状態をそのままではなく、０以上且つ１より小さい正の重み係数を乗じたものとしてよい。また、第１～第４運転制御装置において、少なくとも２つの装置において、同時に制御指令を出力してもよい。例えば、第１、第２運転制御装置が第１のタイミングで同時に制御指令を出力し、第３、第４運転制御装置が第２のタイミングで同時に制御指令を出力してもよい。そして、第１のタイミングは、第２のタイミングと異なっていてもよい。

＜その他の変形例＞
エネルギー供給設備は、コジェネレーションシステム、蓄電池、蒸気ボイラの他に、太陽光発電設備、風力発電設備、地熱発電設備といった発電設備であってもよい。これらの発電設備は、再生可能エネルギーに由来する。つまり、コジェネレーションシステムや蓄電池といった自動制御に適する電力供給設備よりも、出力のコントロールが難しい。なぜならば、再生可能エネルギーは、日照時間や風の状態といった気象条件などによって変化するからである。そうすると、太陽光発電設備等の再生可能エネルギーを基にするエネルギー供給設備は、運転状態が運転制御装置の管理下にないという点で、実施形態のエネルギー供給設備１２Ｃとして扱うことが可能である。従って、エネルギーシステムが自動制御に適するコジェネレーションシステムと、自動制御には適さない太陽光発電設備とを含む場合であっても、システムを好適に運用することができる。つまり、再生可能エネルギーを利用するエネルギー供給設備１２Ｃの出力変動に応じて、コジェネレーションシステムであるエネルギー供給設備１２Ａ、１２Ｂを最適に運用することができる。

１エネルギーシステム
１１，１１Ａ，１１Ｂエネルギー需要設備（エネルギー需要部）
１２エネルギー供給設備
１２Ａ１，１２Ａ２エネルギー供給設備（第１の対象エネルギー供給部）
１２Ｂ１，１２Ｂ２エネルギー供給設備（第２の対象エネルギー供給部）
１２Ｃエネルギー供給設備（非対象エネルギー供給部）
１２Ｓエネルギー供給システム
５０Ｓ，５０Ｋ運転制御システム
５０Ａ運転制御装置（第１の運転制御装置）
５０Ｂ運転制御装置（第２の運転制御装置）
５０Ｃ運転制御装置
５５最適化計算部
５６最適化結果指令部

Claims

エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて前記対象エネルギー供給部を制御する運転制御装置であって、
前記エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、前記対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算部と、
前記最適化計算部が出力する解に基づいて、前記対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令部と、を備え、
前記最適化計算部が、前記最適化問題を解く動作と、
前記最適化結果指令部が、前記対象エネルギー供給部の現在運転状態と、前記最適化計算部が出力する解である最適運転状態と、の差分に０以上且つ１より小さい重み係数を乗算して得た値を前記制御指令として出力する動作と、を繰り返す、運転制御装置。
エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて前記対象エネルギー供給部を制御する運転制御システムであって、
複数の前記対象エネルギー供給部に含まれる第１の対象エネルギー供給部に制御指令を出力する第１の運転制御装置と、
複数の前記対象エネルギー供給部に含まれると共に前記第１の対象エネルギー供給部とは別の第２の対象エネルギー供給部に制御指令を出力する第２の運転制御装置と、を備え、
前記第１の運転制御装置及び前記第２の運転制御装置は、
前記エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、前記第１の対象エネルギー供給部又は前記第２の対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算部と、
前記最適化計算部が出力する解に基づいて、前記第１の対象エネルギー供給部又は前記第２の対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令部と、をそれぞれ有し、
前記最適化計算部が、前記最適化問題を解く動作と、
前記最適化結果指令部が、前記第１の対象エネルギー供給部又は前記第２の対象エネルギー供給部の現在運転状態と、前記最適化計算部が出力する解である最適運転状態と、の差分に０以上且つ１より小さい重み係数を乗算して得た値を前記制御指令として出力する動作と、を繰り返す、運転制御システム。
前記第１の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングは、前記第２の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングと異なる、請求項２に記載の運転制御システム。
前記第１の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングは、前記第２の運転制御装置が制御指令を出力するタイミングと同じである、請求項２に記載の運転制御システム。
エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて前記対象エネルギー供給部を制御する運転制御方法であって、
前記エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、前記対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算ステップと、
前記最適化計算ステップにより得た解に基づいて、前記対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令ステップと、を有し、
前記最適化計算ステップにおいて、前記最適化問題を解くことと、
前記最適化結果指令ステップにおいて、前記対象エネルギー供給部の現在運転状態と、前記最適化計算ステップによって得られる解である最適運転状態と、の差分に０以上且つ１より小さい重み係数を乗算して得た値を前記制御指令として出力することと、を繰り返す、運転制御方法。
エネルギー需要部にエネルギーを出力すると共に、運転状態が制御の対象とされた対象エネルギー供給部を少なくとも含むエネルギー供給システムについて前記対象エネルギー供給部を制御する運転制御プログラムであって、
前記エネルギー供給システムの運転状態を利用して、最適化の指標となる目的関数の最適化問題を所定の制約条件の下で解くことにより、前記対象エネルギー供給部の運転状態を決定変数として最適化問題を解く最適化計算ステップと、
前記最適化計算ステップにより得た解に基づいて、前記対象エネルギー供給部に制御指令を出力する最適化結果指令ステップと、をコンピュータに動作させ、
前記最適化計算ステップにおいて、前記最適化問題を解くことと、
前記最適化結果指令ステップにおいて、前記対象エネルギー供給部の現在運転状態と、前記最適化計算ステップによって得られる解である最適運転状態と、の差分に０以上且つ１より小さい重み係数を乗算して得た値を前記制御指令として出力することと、をコンピュータに繰り返し実行させる、運転制御プログラム。