JPS62206605A - 複数機器の負荷配分方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は複数機器の負荷配分方法に係り、特に並列に動
作して負荷を分担している複数台の機器に効果的に負荷
を配分するのに好適な複数機器の負荷配分方法に関する
。

（従来の技術） 一般に、並列に運転を行なう機器としては、ボンブやコ
ンプレッサ等数多くの機器が挙げられる。

近年、省エネルギーが叫ばれる中で、これらの並列運転
機器の消費エネルギーが最小となるように最適な負荷配
分を計算機によりオンラインで決定しようとする試みが
なされている。

（発明が解決しようとする問題点） 最適負荷配分を決定する手法としては、線形計画法や非
線形計画法があるが、線形計画法は線形モデルしか扱う
ことができず精度的に限界があるため、最近では非線形
計画法が使われ始めている。

しかしながら、非線形計画法は収束計算を行なうため常
に一定時間内に最適解が求まるとは限らず、問題の条件
が悪い場合などは解が求まらないこともあるためオンラ
イン計算に使用することは非常に困難であった。

また、いずれの手法を使うにしても、オンライン用の計
算機には大容量の主記憶装置と高速の処理能力が要求さ
れ、計算機システムとしては高価なものが必要であった
。

従って、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し
、消費エネルギーが最小となるような複数機器の最適な
負荷配分を小型の計体機でしがちオンラインリアルタイ
ムで決定し得る複数開型の負荷配分方法を提供するにあ
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は並列に動作して負荷を分担している複数台の機
器で消費されるエネルギーが最小となるように予め最適
化手法を用いて機器の最適負荷配分を負荷の変動範囲全
域にわたって計算しておき、この計算結果を機器の制御
を行う計算機に記憶させ、負荷配分要求に応じて記憶さ
れている計算結果に基づいて機器の負荷配分をリアルタ
イムに決定する複数機器の負荷配分方法を提供するもの
である。

（作　用） 本発明の複数機器の負荷配分方法では、上記手段に基づ
き機器の負荷半分を予めオフラインで計算し、負荷配分
要求に対してはオフラインの計算結果に基づいて対処す
ることにより、小型の泪算機によるオンラインリアルタ
イムでの負荷配分を可能としている。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳。

細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る複数機器の負荷配分方
法の処理の流れと入出力関係を示す機能ブロック図であ
る。本実施例の方法では、まず計算機によるオンライン
負荷配分を行なう前に予め対象機器１０の最適な負荷配
分を計算しておく。

このための処理を行なうのがオフライン負荷配分３であ
る。この計算は対象機器１０のｉ器特性１を入力データ
として、オフライン負荷配分要求２が発生した場合に計
算機により実行される。

また最適負荷配分を計算するために最適化手法４が使用
される。最適化手法４としては線形計画法、非線形計画
法、動的計画法などがあるが、ここでは特にその手法は
限定しない。オフライン負荷配分は直接対象機器の制御
を行なうものではないので、計算時間の制約がなく十分
に時間をかけ精度の高い計算を行なうことができる。ま
たこの計算はオンライン負荷配分８の前に一度計痺して
おけば良いが、機器の設置台数や特性が変化した場合に
は随時再計算を行なうこととなる。

ネ オフライン負荷配分３の計算結果５は下記のような関数
に近似してオンライン負荷配分を行なう　　　゛計算機
に記憶される。

ｙｉ−ｆｉ（Ｘ）　　　（＋−１，２，・ｎ）・・・・
・・・・・（１） ただし、ｙ・はｉ号機器の負荷配分量、ｆ、は１号機器
の負荷配分関数、Ｘはトータル負荷Ｘ＝Σ　ｙｉ、ｎは
ｉ器台数である。

オンライン負荷配分８は周期的に発生するオンライン負
荷配分要求７によって起動され、記憶されている（１）
式の負荷配分関数ｙ・−ｆＨ（ｘ）■ によって負荷配分要求が発生した時点のトータル負荷６
に対する機器の負荷配分を決定する。そして対象機器１
０に対して負荷配分指令９を出力する。

なお、オフライン負荷配分３とオンライン負荷配分８を
実行する計算機は同一のものでも別々のものでも構わな
い。また、別々の計ｑ機で実行する場合、オンライン負
荷配分は負荷配分関数の計算を行なうだけであるから、
マイクロコンピュータのような小規模計算機でも十分に
実行可能である。

次に、並列運転を行なう機器の一つであるポンプの例を
基に本実施例の具体的な処理を説明する。

第２図はポンプ３台が並列に構成された例を示す系統図
である。要求送水ａＷを満たすように３台のポンプ１１
．１２．１３が並列運転される。さて、本例では、この
３台のポンプで消費されるエネルギー（消費電力）が最
小となるように各ポンプの吐出ＩＱ　　、Ｑ２　、Ｑ３
を決定する。

各ポンプ１１．１２．１３の消費電力を吐出Ｒの二次式
で近似すれば、 Ｅ、−ａ−Ｑ＝２　＋ｂ、Ｑ、＋Ｃ＝ Ｉ　　　　　　　ＩＩ　　　　　　　　　ＩＩ　　　　
　　　１（ｉ−１〜３）・・・・・・・・・（２）とな
る。ただし、Ｅ、は＃ｉ水ポンプ費電力（ｋＷ）　、Ｑ
、は＃ｉ水ポンプ出１（ｔｏｎ／ｈ）、ａ、、ｂ、、ｃ
、は係数である。オフライン負荷配分３では次のような
最適化問題を解くことになる。

＋Ｃ−１・　　　・・・・・・・・・（３）を最小とし
、なおかつ＄９約条件 Ｑ１＋０２＋０３−Ｗ　　　　町・・・・・（４）Ｑｉ
　　Ｉｉ≦Ｑ１≦ＱＨＩＨ（ｉ＝１〜３）・・・・・・
・・・（５） Ｉ、−０または１（ｉ−１〜３）・・・・・・（６）を
満足する。ただし、ＣＬｌはＱｌの下限値、ＱｌはＱ、
の上限値である。ここで、Ｑｉと［ｉが決定すべき変数
である。また、■、はポンプの稼動、停止を表わす変数
で１が稼働、０が停止を意味する。

オフライン負荷配分３では、要求送水ｆｆ１Ｗの全領域
に対して機器の稼働台数と負荷配分を決定しておかなけ
ればならないので、Ｗを変動領域内で微小量ΔＷずつ変
化させてそれぞれのＷに対して上記の最適化問題を解く
必要がある。

かかる計算のフローを第３図のフローチャートに示す。

第３図において、ルーチン１４ではまず要求送水■Ｗに
初期値Ｗ。を設定する。次にルーチン１５では上記の最
適化問題を設定されたＷに対して解き、稼Ｉ！１機器と
負荷配分を決定する。ルーチン１６ではルーチン１５の
最適負荷配分の結果を記Ｉａする。そしてルーチン１７
でＷの値をΔＷだけ増加さｌ！Ｗがその最大値ＷＨＡｘ
より大きくなればｇ１算を終了し、ＷＨＡＸ以下であれ
ばルーチン１５に戻り、更新されたＷに対して計算を続
行する。

オフラインの負荷配分結果５をグラフにまとめたちのが
第４図である。横軸が要求送水ｆｆ１Ｗを示し、縦軸が
各ポンプの吐出量を示す。この例の場合、Ｗ　≦ＷくＷ
ｌの範囲では＃１ポンプ１１だけを稼働し、その吐出量
はＱ８である。またＷ１≦ＷくＷ２の範囲では＃１ポン
プ１１と＃２ポンプ１２を稼働し、それぞれの吐出量は
Ｑ、＊＊と０２＊＊である。さらに、Ｗ２≦Ｗ≦Ｗ３の
範囲においては、＃１〜＃３ポンプを３台とも稼働し、
それぞれの吐出量はＱ１′＊＊　　　　　、　Ｑ３＊＊
＊とな本零本 ・Ｑ２ る。

オフライン負荷配分の結果５は、計算機に記憶できるよ
うに次のような関数に近似する。

Ｑ・−丁・（Ｗ）−α・・Ｗ２＋β１１・Ｗｌ１１１ （Ｗ　≦ＷくＷｌ）・・・・・・・・・（７）＋γｉ１
　　　　　　０ Ｑ・−丁・　（Ｗ）−α・　・Ｗ　＋β１１・Ｗ＋＋　
　　　　　　＋１ ＋γｉ２　　　　（Ｗｌ　≦ＷくＷ２）・・・・・・・
・・（８）Ｑ・−ｆ、（Ｗ）−αｉ３・Ｗ　＋βｉ３・
Ｗｌ （Ｗ　≦Ｗ≦Ｗ３）・・・・・・・・・（９）＋γｉ３
　　　　　　　ま ただし、Ｑ、は＃ｉ水ポンプ出１（ｔｏｎ／ｈ）、ｆ、
は＃ｉポンプ負荷配分関数、Ｗは要求送水量（ｔｏｎ／
ｈ）、α・・　β・・　γ・・は係数である。

ＩＪ’　　ＩＪ’　　ＩＪ 従って、第４図の場合には、下記のような関数となる。

Ｑ　　　＝ｆ・　（Ｗ）＝β　　・Ｗ ｌ　　　　１　　　　　　　　１１ （Ｗｏ＜ｗ＜ｗｌ）−・・−−−”−（１０）Ｑ　　＝
ｆ１　（Ｗ）＝α１２・Ｗ　＋β１□・Ｗ＋γ１２　　
　　　　（Ｗｌ　≦ＷくＷ２）・・・・・・（１１）Ｑ
１＝ｆ１　（Ｗ）＝γ１３ （Ｗ２≦Ｗ≦Ｗ３）・・・・・・・・・（１２）Ｑ　　
＝ｆ２　（Ｗ）−０ （Ｗｏ≦Ｗ≦Ｗ、）・・・・・・・・・（１３）Ｑ２−
ｆ２　（Ｗ）＝α２２・Ｗ　＋β２２・Ｗ（Ｗ　≦Ｗく
Ｗ２）・・・・・・・・・（１４）＋γ２２１ Ｑ　　−Ｔ　　（Ｗ）−α２３・Ｗ　十β２３・Ｗ＋γ
２３　　　　（Ｗ２≦Ｗ≦Ｗ３　＞・・・・・・・・・
（１５）Ｑ　　−ｆ３　（Ｗ）−０ （Ｗ　　＜ＷＯＷｌ）・・・・・・・・・（１６）Ｑ３
＝ｆ３　（Ｗ）＝０ （Ｗ、≦Ｗ＜Ｗ２　）・・・・・・・・・（１７）Ｑ３
＝ｆ３　（Ｗ）−α３３・Ｗ　十β３３・Ｗ（Ｗ　≦Ｗ
≦Ｗ３）・・・・・・・・・（１８）＋γ’ａ３２ 上記の負荷配分関数を作成するところまでがオフライン
負荷配分３０機能である。そしてこの負荷配分関数がオ
ンライン負荷配分８を行なう計鋒機に記憶される。

オンライン負荷配分８では、負荷配分要求７が発生した
場合、その時点の要求送水ｆｆ１Ｗに対して記憶されて
いる負荷配分関数ｏ、−ｆｉ　（Ｗ）を計算して各ポン
プ１１．１２．１３の負荷配分を決定する。従って、オ
ンラインの負荷配分計算には大量の主記憶容Ｒが必要で
、しかも時間のかかる最適化計算を実行する必要がない
ので、小型の計算機でもオンラインの負荷配分を計算−
することができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、並列に運転される
機器に関して合計の消費エネルギーが最小となるように
予め最適化手法を用いて並列運転　。

機器の最適負荷配分を計算しておき、その計算結果を機
器の制御を行なう計算機に記憶させ、負荷配分要求に応
じて記憶されている計算結果に基づいて機器の負荷配分
を決定するようにしたので、Ｒ３ａ負荷配分を比較的小
型の計算機によりオンラインリアルタイムで決定するこ
とが可能な複数機器の負荷配分方法を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る複数機器の負荷配分方
法の処理の流れと入出力関係を示す機能ブロック図、 第２図は並列運転を行なうポンプの例を示す系統図、 第３図はオフライン負荷配分の処理手順を示すフローチ
ャート、 第４図はオフライン負荷配分の結果を示すグラフである
。 １・・・機器特性データ、２・・・オフライン負荷配分
要求、３・・・オフライン負荷配分、４・・・Ｒ適化手
法、５・・・オフライン負荷配分結果、６・・・トータ
ル負荷、７・・・オンライン負荷配分要求、８・・・オ
ンライン負荷配分、９・・・負荷配分指令、１０・・・
負荷配分対象機器、１１〜１３・・・ポンプ。 第４図 Ｑ’７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、並列に動作して負荷を分担している複数台の機器で
   消費されるエネルギーが最小となるように予め最適化手
   法を用いて機器の最適負荷配分を負荷の変動範囲全域に
   わたって計算しておき、この計算結果を機器の制御を行
   なう計算機に記憶させ、負荷配分要求に応じて記憶され
   ている計算結果に基づいて機器の負荷配分をリアルタイ
   ムに決定することを特徴とする複数機器の負荷配分方法
   。 ２、最適負荷配分の計算結果を ｙ＿１＝ｆ＿１（ｘ） ｙ＿２＝ｆ＿２（ｘ） ｙ＿ｎ＝ｆ＿ｎ（ｘ） （ただし、ｙ＿ｉ（ただし、ｉ＝１、２、…ｎ）はｉ号
   機器の負荷配分量、ｆ＿ｉはｉ号機器の負荷配分関数、
   ｘはトータル負荷、ｎは機器台数を表わす。） なる関数の形で計算機に記憶させ、負荷配分要求に応じ
   て記憶されている関数を要求されるトータル負荷ｘに対
   して計算し、機器の負荷配分を決定することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の複数機器の負荷配分方
   法。