WO2014203731A1 - 運転制御装置及び運転制御方法 - Google Patents

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WO2014203731A1
WO2014203731A1 PCT/JP2014/064835 JP2014064835W WO2014203731A1 WO 2014203731 A1 WO2014203731 A1 WO 2014203731A1 JP 2014064835 W JP2014064835 W JP 2014064835W WO 2014203731 A1 WO2014203731 A1 WO 2014203731A1
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軍 楊
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上海住友商事有限公司
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24F2110/20—Humidity

Definitions

  • the present invention relates to an operation control device and an operation control method.
  • Patent Literature 1 discloses a central air conditioning system that determines an optimal control value that minimizes energy consumption based on an energy consumption function and controls the operation of the air conditioning system using the optimal control value.
  • the energy consumption function is determined by determining the coefficient of the model, which is the initial function form of the energy consumption function, using measurement data during operation.
  • the energy consumption function used in the air conditioning system of Patent Document 1 is a function for obtaining the energy consumption of the entire air conditioning system. For this reason, when a new device is added to the air conditioning system or the configuration of the air conditioning system is changed by removing the device from the air conditioning system, it is necessary to change the initial function form of the energy consumption function. Changing the initial function form of this energy consumption function takes time and cost. Thus, in the air conditioning system of Patent Document 1, it is difficult to flexibly cope with a configuration change of the air conditioning system.
  • an air conditioning load status variable or the like at a certain time is input to an energy consumption function, and a control value that minimizes the energy consumption of the air conditioning system is calculated.
  • a control value that minimizes the energy consumption of the entire air conditioning system over time may not be obtained only with the air conditioning load status variable at a certain point in time.
  • An embodiment of the present invention provides an operation control device and an operation control method that can flexibly cope with a configuration change of a control target system and can further reduce power consumption.
  • An operation control apparatus includes a model update unit that updates a power consumption model prepared for each type of control target device included in a control target system that is an air conditioning system, based on collected environment information. And a power consumption system construction unit that constructs a power consumption system from the power consumption model updated by the model update unit according to the configuration of the control target system, and a power consumption system that is constructed by the power consumption system construction unit A calculation unit that calculates a control value of the control target device so that power consumption until the operation end time of the control target system is minimized, a setting unit that sets the control value calculated by the calculation unit in the control target device, Is provided.
  • An operation control method includes a model update that updates a power consumption model prepared for each type of control target device included in a control target system that is an air conditioning system, based on collected environment information.
  • a power consumption system construction step for constructing a power consumption system from the power consumption model updated in the model update step, and a power consumption system constructed in the power consumption system construction step
  • a calculation step for calculating the control value of the control target device so that power consumption until the operation end time of the control target system is minimized, and a setting step for setting the control value calculated in the calculation step to the control target device; .
  • a power consumption model is prepared for each type of control target device included in the control target system, and each power consumption model is updated based on environmental information. Then, a power consumption system is constructed from the power consumption model in accordance with the configuration of the controlled system. For this reason, even if a control target device is added or deleted, there is no need to recreate the power consumption model, and the power consumption system is configured using the power consumption model of the control target device included in the control target system after the change. Can be built. Therefore, it is possible to facilitate the reconstruction of the power consumption system according to the configuration change of the control target system.
  • the control value of the control target device is calculated using the power consumption system so that the power consumption until the operation end time of the control target system is minimized, and the control value is the control target.
  • the control value is the control target.
  • the power consumption system may be a Lagrangian system including a constraint model that is a model indicating a constraint in the control target system.
  • power consumption can be reduced while satisfying the conditions defined by the constraint model.
  • the constraint model may include a heat amount change model that is a model indicating a restriction on a heat amount change of the air-conditioning target by the control target system. In this case, it is possible to reduce power consumption while satisfying the heat amount change condition defined by the heat amount change model.
  • the constraint model may include a device performance model that is a model indicating a constraint on the performance of the control target device. In this case, it is possible to reduce power consumption while satisfying the device performance condition defined by the device performance model.
  • the calculation unit may dynamically calculate the control value so that the power consumption from the operation start time to the operation end time of the control target system is minimized.
  • the control value of the control target device is calculated so that the power consumption from the operation start time to the operation end time of the control target system is minimized, and the control value is set in the control target device. The For this reason, not only the power consumption at a certain point of time but also the total power consumption of the entire operation period from the operation start to the operation end of the controlled system can be minimized. As a result, the power consumption can be further reduced.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an operation control system according to an embodiment.
  • the operation control system 10 includes an operation control device 1 and a control target system 2, and is a system that performs operation control of the control target system 2.
  • the operation control device 1 and the control target system 2 are connected to be communicable via a network NW, for example.
  • This network NW may be configured by either wired or wireless.
  • the network NW is, for example, a network such as a wired LAN (Local Area Network) or a wireless LAN.
  • the control target system 2 is a system that includes equipment (hereinafter referred to as “control target equipment”) that is controlled by the operation control apparatus 1.
  • the control target system 2 is an air conditioning system that adjusts the indoor temperature of a room 20 to be air-conditioned using, for example, frozen water, and includes a refrigerator 4, a pump 5, an air conditioner 6, and a pipe 7.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the control target system 2.
  • the refrigerator 4 is a device for cooling the frozen water circulating through the controlled system 2.
  • the refrigerator 4 cools frozen water using, for example, a refrigerant.
  • a refrigerant a substance that easily becomes high temperature and high pressure by compression is used, and for example, Freon (R22, R410, etc.) is used.
  • the refrigerator 4 includes, for example, a compressor 41, a condenser 42, an expansion valve 43, an evaporator 44, a refrigerant pipe 45, a frozen water inlet 46, and a frozen water outlet 47.
  • the compressor (compressor) 41 is a device that compresses a refrigerant at normal temperature and normal pressure to generate a high-temperature and high-pressure refrigerant.
  • the compressor 41 receives a control instruction for setting the refrigerated water outlet temperature from the operation control device 1, and controls the amount of refrigerant to be compressed according to the refrigerated water outlet temperature to control the temperature and pressure of the refrigerant.
  • the frozen water outlet temperature is the temperature of the frozen water at the frozen water outlet 47.
  • the compressor 41 sends the compressed refrigerant to the condenser 42. Note that the power consumption of the compressor 41 increases as the amount of refrigerant to be compressed increases.
  • the condenser 42 is a device that performs heat exchange between the high-temperature and high-pressure refrigerant generated by the compressor 41 and the outside air.
  • the condenser 42 sends the refrigerant after heat exchange to the expansion valve 43.
  • the expansion valve 43 is a device that lowers the pressure and temperature of the refrigerant by expanding the refrigerant heat-exchanged by the condenser 42.
  • the expansion valve 43 sends the expanded refrigerant to the evaporator 44.
  • the evaporator 44 is a device that performs heat exchange between the refrigerant expanded by the expansion valve 43 and the frozen water.
  • the evaporator 44 sends the refrigerant after heat exchange to the compressor 41.
  • the refrigerant pipe 45 is a pipe through which the refrigerant passes.
  • the refrigerant pipe 45 is provided between the compressor 41 and the condenser 42, between the condenser 42 and the expansion valve 43, between the expansion valve 43 and the evaporator 44, and between the evaporator 44 and the compressor 41.
  • the refrigerant is circulated in the order of the compressor 41, the condenser 42, the expansion valve 43 and the evaporator 44.
  • the frozen water inlet 46 is an inlet of frozen water returned from the air conditioner 6 and supplies the frozen water to the evaporator 44.
  • the frozen water outlet 47 is an outlet of the frozen water cooled by the evaporator 44 and sends the cooled frozen water to the air conditioner 6.
  • the refrigerator 4 configured in this way receives, for example, a control instruction for setting the outlet temperature of the frozen water from the operation control device 1 and receives the temperature of the frozen water at the outlet of the frozen water 47 from the operation control device 1. Cool to water outlet temperature. Specifically, the normal-temperature and normal-pressure refrigerant in an amount corresponding to the frozen water outlet temperature received from the operation control device 1 is compressed by the compressor 41 to become a high-temperature and high-pressure refrigerant. The high-temperature and high-pressure refrigerant exchanges heat with the outside air in the condenser 42, and a part of the heat of the refrigerant is removed by the outside air.
  • coolant after heat-exchanged in the condenser 42 is expanded by the expansion valve 43, and becomes a low-temperature and low-pressure refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure refrigerant is subjected to heat exchange with the frozen water supplied from the frozen water inlet 46 in the evaporator 44 to remove the heat of the frozen water.
  • the frozen water from which the heat has been removed is sent out from the frozen water outlet 47 to the air conditioner 6.
  • the temperature of the frozen water at the frozen water outlet 47 is the frozen water outlet temperature received from the operation control device 1.
  • the refrigerant after heat exchange in the evaporator 44 is compressed again by the compressor 41.
  • the pump 5 is a device for circulating frozen water.
  • the pump 5 includes, for example, an electric motor and an inverter, and supplies power to the frozen water by pushing out the frozen water.
  • the pump 5 receives a control value (for example, a current value) for setting the frequency of the inverter from the operation control device 1, and sets the frequency of the inverter based on the control value.
  • the pump 5 controls the rotational speed of the electric motor by changing the frequency of the inverter, and changes the flow rate of the frozen water (flow rate per unit time).
  • the air conditioner 6 is a device for cooling the air in the room 20 using frozen water, and is, for example, an FCU (Fan Coil Unit: fan coil unit).
  • the air conditioner 6 is provided, for example, on the ceiling of the room 20.
  • the air conditioner 6 includes, for example, an evaporator 61, a suction port 62, and an air outlet 63.
  • the evaporator 61 is a heat exchanger that performs heat exchange between the air in the room 20 sucked in by the suction port 62 and the frozen water sent out from the refrigerator 4.
  • the evaporator 61 includes, for example, a pipe, and frozen water flows through the pipe.
  • the suction port 62 is a portion that sucks in air in the room 20.
  • the air outlet 63 is a part that blows out the air cooled by the evaporator 61 into the room 20.
  • the air conditioner 6 further includes a fan.
  • the suction port 62 sucks in the air in the room 20 as the fan rotates.
  • the air sucked from the suction port 62 is cooled by exchanging heat with frozen water on the pipe surface of the evaporator 61. Then, the cooled air returns from the outlet 63 to the room 20.
  • the suction amount of the suction port 62 and the blow amount of the blower port 63 are constant.
  • the pipe 7 is a pipe through which frozen water passes.
  • the pipe 7 is provided between the refrigerator 4 and the pump 5, between the pump 5 and the air conditioner 6, and between the air conditioner 6 and the refrigerator 4, and is connected to the refrigerator 4, the pump 5, and the air conditioner 6. Frozen water is circulated in order.
  • the frozen water is powered by the pump 5 and circulates in the pipe 7.
  • the air is exchanged with the air in the room 20 in the air conditioner 6.
  • the heat-exchanged frozen water returns to the refrigerator 4 and is cooled again.
  • the control target system 2 is provided with sensors for acquiring various environmental information.
  • sensors for acquiring various environmental information for the refrigerator 4, for example, a sensor for acquiring the outside air temperature, a sensor for acquiring the temperature of the frozen water at the frozen water inlet 46, a sensor for acquiring the temperature of the frozen water at the frozen water outlet 47, the refrigerator Sensors for acquiring the input power of 4 are provided.
  • the pump 5 is provided with, for example, a sensor for acquiring the flow rate of circulating frozen water, a sensor for acquiring input power of the pump 5, and the like.
  • a sensor for acquiring the temperature and humidity of air at the suction port 62, a sensor for acquiring the temperature and humidity of air at the air outlet 63, and the input power of the air conditioner 6 are acquired.
  • a sensor or the like is provided.
  • the air conditioner 6 may be provided with a sensor for acquiring the air volume of the air blown from the blower outlet 63.
  • the room 20 is provided with a sensor for acquiring indoor temperature and humidity, and a sensor for acquiring outdoor outdoor temperature.
  • the room 20 may be provided with a sensor for acquiring the pressure in the room.
  • Each of the refrigerator 4, the pump 5, the air conditioner 6 and the room 20 is provided with a timer for measuring time.
  • the environment information acquired by each sensor is transmitted to the operation control apparatus 1 via the network NW together with time information indicating the time when each environment information is acquired.
  • the operation control device 1 is a device that controls a control target device of the control target system 2 based on environmental information acquired from the control target system 2.
  • the operation control device 1 is composed of an information processing device such as a server device, for example.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a hardware configuration of the operation control apparatus 1.
  • the operation control apparatus 1 physically includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) 101, a RAM (Random Access Memory) 102, a ROM (Read Only Memory) 103, and an auxiliary storage device. 104, a communication device 105, an input device 106, an output device 107, and the like.
  • the RAM 102 is a main storage device.
  • the auxiliary storage device 104 is, for example, a hard disk.
  • the communication device 105 is a data transmission / reception device, for example, a network card.
  • the input device 106 is, for example, a mouse, a touch pad, a keyboard, or the like.
  • the output device 107 is a display, for example.
  • the operation control device 1 loads a predetermined computer program on hardware such as the RAM 102 to operate the communication device 105, the input device 106, the output device 107, and the like under the control of the CPU 101. Data reading and writing in the storage device 104 are performed. Thereby, the operation control apparatus 1 implement
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing the functional configuration of the operation control device 1.
  • the operation control device 1 includes an environment information collection unit 11, an environment information storage unit 12, a model storage unit 13, a model update unit 14, a power consumption system construction unit 15, and a control value.
  • a calculation unit 16 (calculation unit) and a control value setting unit 17 (setting unit) are provided.
  • the environment information collection unit 11 has a function of receiving environment information acquired by various sensors provided in the control target system 2 together with time information indicating the time when each environment information is acquired.
  • the environment information collection unit 11 receives environment information from various sensors at a cycle T1, for example.
  • the period T1 is, for example, about 1 second.
  • the environment information collection unit 11 stores each environment information in the environment information storage unit 12 in association with time information indicating the time when each environment information was acquired.
  • the environment information storage unit 12 has a function of storing the environment information received by the environment information collection unit 11.
  • the environment information storage unit 12 stores each environment information in association with time information indicating the time when each environment information is acquired.
  • the environmental information related to the refrigerator 4 includes, for example, the outside air temperature, the temperature of the frozen water at the frozen water inlet 46, the temperature of the frozen water at the frozen water outlet 47, and the input power of the refrigerator 4.
  • the environmental information regarding the pump 5 includes, for example, the flow rate of cooling water circulated by the pump 5 and the input power of the pump 5.
  • the environmental information related to the air conditioner 6 includes, for example, the humidity and temperature of air at the inlet 62 and the humidity and temperature of air at the outlet 63. Further, the air volume may be included as environmental information regarding the air conditioner 6.
  • the environmental information regarding the room 20 includes indoor humidity, indoor temperature, and outdoor temperature. Further, the environmental information regarding the room 20 may include the atmospheric pressure in the room.
  • the model storage unit 13 has a function of storing a physical model prepared in advance.
  • the physical model is a simulation model that represents a predetermined physical quantity such as each control target device and a room to be air-conditioned.
  • the physical model does not include a parameter.
  • the physical model includes parameters.
  • Each parameter is periodically updated by, for example, the model update unit 14.
  • the physical model stored in the model storage unit 13 includes, for example, a power consumption model and a thermal model.
  • the power consumption model is set for each type of control target device included in the control target system 2.
  • the thermal model is set for the air-conditioned room 20 and the air conditioner 6. Details of each model will be described below.
  • Heat exchange amount of the condenser 42 at time t is a heat exchange coefficient alpha 1 of the condenser 42, the heat exchange coefficient alpha 2 of the compressor 41, the input power (power consumption) of the refrigerator 4 at time t and A t , And the outside air temperature temo t at time t.
  • Heat exchange coefficient alpha 1 for example is determined according to the area in contact with the outside air of the condenser 42. Further, the heat exchange coefficients ⁇ 1 and ⁇ 2 are both greater than zero. That is, the heat quantity of the refrigerant removed by the condenser 42 at time t is expressed by the following equation (1).
  • the product of the heat exchange coefficient alpha 2 and the input power A t represents the temperature of the refrigerant after being compressed by the compressor 41.
  • the refrigerant larger the input power A t becomes more elevated temperature and pressure.
  • the difference between the temperature and the outside air temperature Temo t of the refrigerant increases, the heat exchange efficiency increases.
  • a high heat exchange rate can be obtained even when the outside air temperature temo t at time t is sufficiently small.
  • the amount of heat of the refrigerant after passing through the condenser 42 is obtained by subtracting the amount of heat of the refrigerant removed by the condenser 42 from the amount of heat of the refrigerant before entering the condenser 42. That is, at time t, the amount of heat of the refrigerant after passing through the condenser 42 is expressed by the following equation (2) using the heat exchange coefficient ⁇ of the compressor 41.
  • the first term of the equation (2) indicates the amount of heat of the refrigerant before entering the condenser 42.
  • the amount of heat of the refrigerant entering the compressor 41 since it is determined by the absolute quantity of the refrigerant, the greater the input power A t is the number of refrigerant compressor than larger amount of heat.
  • the refrigerant heat-exchanged by the condenser 42 is expanded by the expansion valve 43.
  • the expansion valve 43 increases the opening degree ⁇ as the amount of refrigerant increases, thereby reducing the pressure of the refrigerant.
  • coolant falls. That is, at the time t, the temperature of the refrigerant after passing through the expansion valve 43 is expressed by the following equation (3).
  • the refrigerant expanded by the expansion valve 43 is heat-exchanged with frozen water by the evaporator 44.
  • the heat exchange amount of the temperature of the refrigerant is expanded by the expansion valve 43 (the formula (4)), and frozen water inlet temperature Iwi t, defined heat exchange coefficient ⁇ of the evaporator 44, by.
  • freezing water inlet temperature Iwi t is the temperature of the freezing water coming into the refrigerator 4 from frozen water inlet 46 at time t.
  • the heat exchange coefficient ⁇ is determined by the material of the evaporator 44, the contact area with the frozen water, and the contact pressure.
  • the contact pressure is determined by the flow rate V t of the frozen water and the temperature and pressure of the refrigerant. That is, the calorie
  • Equation (6) represents the amount of heat exchanged between the refrigerator 4 and the frozen water at time t.
  • the frozen water outlet temperature Iwot at time t is obtained by subtracting Equation (6) from the amount of heat of the frozen water before entering the refrigerator 4. That is, at time t, the change from the freezing water inlet temperature Iwi t refrigeration water temperature of the freezing water inlet 46 into the freezing water outlet temperature Iwo t of frozen water outlet 47 is represented by the following equation (7).
  • the following equation (8) is obtained by arranging the equation (7) so that the amount of frozen water to be explained becomes an explanatory variable.
  • the input power A t is greater than 0, it means that the refrigerator 4 is running.
  • the input power A t may be added a condition that is greater than 1 kW. That is, when the input power A t is 1kW less, the refrigerator 4 can be determined not to be running. In this case, freezing water inlet temperature Iwi t is equal to the freezing water outlet temperature Iwo t.
  • the following operating characteristics of the refrigerator 4 are obtained. That is, the outside air temperature Temo t, when the flow rate V t and frozen water inlet temperature Iwi t of the refrigeration water is constant, the larger the input power A t, frozen water outlet temperature Iwo t decreases.
  • the input power A t when the flow rate V t and frozen water inlet temperature Iwi t of the refrigeration water is constant, the greater the outside air temperature Temo t, frozen water outlet temperature Iwo t increases.
  • frozen water inlet temperature Iwi t when freezing water outlet temperature Iwo t and the outside air temperature Temo t is constant, the input power A t is increased by the flow rate V t of the refrigeration water increases.
  • an increase in input power A t is a monotonically increasing, limited to capacity range of the refrigerator 4.
  • the input power A t of the refrigerator 4 at time t is expressed by the following equation (10).
  • This equation (10) is a power consumption model of the refrigerator 4.
  • the cooling effect of the refrigerating water by the refrigerator 4 is formula (10) a physical property of decreasing in accordance with the input power A t increases meets.
  • the relationship between the flow rate V t of the frozen water at time t and the input power (power consumption) PA t of the pump 5 at time t has the following characteristics. That is, when the frequency of the input power PA t of the pump 5 decreases by 1 Hz, the flow rate V t decreases by 1/50 (2%). Further, when the frequency of the input power PA t of the pump 5 decreases by 1 Hz, the input power PA t decreases by a ratio of (1 ⁇ ((50-1) / 50) 3 ) with respect to the power consumption KW during full operation. .
  • This equation (11) is a power consumption model of the pump 5.
  • Heat exchange amount of the air conditioner 6 at time t (cooling amount) C t is a heat exchange coefficient ⁇ and the heat exchange coefficient of the air conditioner 6 xi], and the flow rate V t of frozen water at time t, frozen water outlet at time t temperature Iwo t, defined by the interior temperature Temi t is the temperature of the circulating air of the room 20 at time t.
  • the heat exchange amount C t of the air conditioner 6 at time t is expressed by the following equation (12).
  • the heat exchange coefficient ⁇ is a heat exchange coefficient determined by the flow rate of the frozen water
  • the heat exchange coefficient ⁇ is determined by the area where heat exchange between the circulating air in the room 20 and the frozen water is performed in the air conditioner 6. Heat exchange coefficient.
  • This equation (13) is a heat exchange amount (cooling amount) model of the air conditioner 6.
  • the air conditioner 6 is operated at a constant speed and is always operated. Therefore, the input power (power consumption) FA t of the air conditioner 6 at time t is expressed by the following equation (14).
  • This equation (14) is a power consumption model of the air conditioner 6.
  • the input power FA t of the air conditioner 6 is a constant value FA.
  • the constant value FA can be acquired by a power sensor provided in the air conditioner 6.
  • the constant value FA may be the rated power of the air conditioner 6.
  • Is greater than the amount of heat change Delta] Q t is 0 room 20 at time t, the room temperature of the room 20 rises. It is smaller than the amount of heat change Delta] Q t is 0 room 20 at time t, the room temperature of the room 20 drops. Equal to the amount of heat change Delta] Q t is 0 room 20 at time t, the room temperature of the room 20 is not changed, to maintain the interior temperature of the room 20 at time t-1.
  • the amount of heat Qi t occurring in the room 20 at time t from time t-1 is radiant heat, convection heat, and can be divided into three elements of heat generation in the chamber.
  • Radiant heat is generated when external heat is conducted through the building of the room 20 into the room 20 according to the heat conduction law.
  • the convection heat is generated when a part of the air in the room 20 is released to the outside and the fresh air outside is sucked into the room 20. Heat generation is caused by people in the room 20 and electrical equipment.
  • the amount of heat of the indoor air ii t-1 , the temperature temb t-1 of the surrounding structure (eg, wall, window, roof, etc.) of the building of the room 20 at time t-1, and the temperature of the room 20 at time t-1 It is determined by the room temperature temit t-1 .
  • the amount of heat Qi t is expressed by the following equation (16).
  • the first term on the right side of Equation (16) indicates the heat generation in the room 20.
  • the parameter ⁇ 1 indicates the amount of heat generated by a person in the room 20 and electric equipment. For example, when the room 20 is a building or a factory, it is assumed that it is rarely changed once equipment is introduced. Moreover, it is assumed that the number of persons working in the room 20 and the number of operators do not vary greatly every day. For this reason, the parameter ⁇ 1 may be a constant value.
  • the parameter ⁇ 1 may be a time variable.
  • the second term on the right side of Equation (16) indicates convective heat.
  • the parameter ⁇ 2 indicates a ratio of the room 20 to the whole air in the room. If the pressure of the air in the room 20 is constant, the amount of fresh air entering the room from the outside of the room 20 is the same as the amount of air released from the room 20 to the outside. For this reason, the absolute amount of convective heat is uniquely determined by factors such as the surrounding structure of the building and ventilation capacity, and is assumed not to change with time. Therefore, the parameter mu 2 may be a fixed value.
  • Equation (16) represents radiant heat.
  • Parameter mu 3 shows the parameters of the convection heat.
  • Parameter mu 4 shows the parameters of the radiation heat amount.
  • the conduction path of radiant heat in the room 20 is considered as follows. First, the air outside the room 20 exchanges heat with the surrounding structure of the building. And the surrounding structure of a building follows the process of conducting heat quantity to the air in the room 20.
  • This equation (20) is a temperature model of the surrounding structure of the room 20 building.
  • equation (20) the amount of heat Qit -1 generated in the room 20 at time t-1 can be observed, and other explanatory variables can be acquired by the sensor.
  • equation (20) can be calculated by linear regression. From time t-1 to time t, the temperature temb t-1 of the surrounding structure of the building changes mainly according to changes in the outside air temperature and the room temperature, so that the temperature difference between the outside air temperature and the room temperature and the heat still remain. It is determined by the replacement area (area of the surrounding structure of the building, wall, roof, window, etc.). That is, the temperature temb t-1 of the surrounding structure of the building is expressed by the following equation (21).
  • Equation (23) is a calorie model of the room 20.
  • the model update unit 14 has a function of updating the physical model stored in the model storage unit 13.
  • the model update unit 14 updates the physical model by periodically estimating and updating the parameter value of the physical model stored in the model storage unit 13 at the period T2.
  • the period T2 is, for example, not less than the period T1.
  • the model update unit 14 estimates the parameter value of the physical model using the environment information stored in the environment information storage unit 12.
  • the model update unit 14 estimates the parameter values of the physical model using part or all of the environmental information acquired before the update time.
  • the model update unit 14 estimates the value of the parameter by using, for example, statistics and applying a conditional least square method. It should be noted that the greater the information on environmental changes and equipment operation, the better the accuracy of parameter value estimation.
  • the model update unit 14 uses the regression equation (10) stored in the model storage unit 13 and the environment information stored in the environment information storage unit 12 to set the parameters ⁇ 1 and ⁇ . 2, to estimate the value of the kappa 3.
  • Environment information used in the estimation the difference between been frozen water inlet temperature obtained by a sensor or the like and frozen water outlet temperature (Iwi t -Iwo t), the outside air temperature Temo t, input power A t, relates to a flow V t like Environmental information. Constraints, frozen water inlet temperature Iwi t and frozen water outlet temperature Iwo t is greater than 0, the freezing water inlet temperature Iwi t is larger than the freezing water outlet temperature Iwo t.
  • the model update unit 14 estimates the value of the parameter ⁇ using the regression equation (13) stored in the model storage unit 13 and the environment information stored in the environment information storage unit 12.
  • the heat exchange amount C t of the air conditioner 6 can be calculated by the temperature of the air at the suction port 62 and the temperature of the air at the air outlet 63.
  • frozen water outlet temperature Iwo t, room temperature Temi t of the room 20 is used regarding the flow rate V t like. Therefore, the model update unit 14 estimates the value of the parameter ⁇ by regression analysis and formulates the regression equation (13).
  • the model updating unit 14 uses the expression (20) stored in the model storage unit 13 and the environment information stored in the environment information storage unit 12 to calculate the values of the parameters ⁇ 1 to ⁇ 4 . presume. Further, the model update unit 14 estimates the values of the parameters ⁇ 0 to ⁇ 8 using the equation (23) stored in the model storage unit 13 and the environment information stored in the environment information storage unit 12. To do.
  • the power consumption system construction unit 15 has a function of constructing a power consumption system using the physical model updated by the model update unit 14 in accordance with the configuration of the control target system 2.
  • the power consumption system is a simulation model showing the power consumption of the control target system 2 for minimizing the total power consumption until the operation of the control target system 2 is finished, and the power consumption according to the configuration of the control target system 2 Includes model.
  • the power consumption system construction unit 15 constructs a power consumption system periodically, for example, at a cycle T3. This period T3 is, for example, not less than the period T1.
  • the power consumption system construction unit 15 stores configuration information indicating the configuration of the control target system 2 in advance.
  • This configuration information is changed by an administrator in accordance with, for example, a change in the physical configuration of the control target system 2 (for example, addition or deletion of a control target device, modification of piping, etc.).
  • the power consumption system construction unit 15 may construct a power consumption system according to the change of the configuration information.
  • the frozen water sent from the frozen water outlet 47 exchanges heat with the air in the room 20 in the air conditioner 6.
  • the frozen water absorbs the amount of heat in the room 20 and returns to the frozen water inlet 46. That is, the freezing water outlet temperature Iwo t at time t, by adding the amount of heat absorbed at the time t, the frozen water inlet temperature Iwi t + 1 at time t + 1. That is, the frozen water inlet temperature Iwi t + 1 at time t + 1 is expressed by the following equation (24).
  • Equation (25) shows the increased one unit frozen water outlet temperature Iwo t at time t, or results in how much the temperature rise in the refrigerating water inlet temperature Iwi t + 1 at time t + 1.
  • the operation control device 1 uses a restricted Lagrangian system in order to reduce power consumption over the entire period in which the controlled system 2 is operating.
  • the power consumption system construction unit 15 constructs a restricted Lagrangian system as a power consumption system, for example.
  • the power consumption system construction unit 15 constructs a constrained Lagrangian system represented by the following equation (26) using, for example, a Lagrange multiplier q.
  • the parentheses in the first term on the right side of Expression (26) indicate the power consumption of the controlled system 2 at time t.
  • the control target system 2 includes one refrigerator 4, one pump 5, and one air conditioner 6. Therefore, power consumption of the controlled system 2 at time t is represented an input power A t of the refrigerator 4, an input power PA t pump 5, and the input power FA t of the air conditioner 6, the sum of .
  • the second term on the right side of Equation (26) represents a constraint model.
  • the constraint model is a model indicating constraints in the controlled system 2.
  • the constraint model is a heat amount change model, and indicates that the cooling amount at the time t must be equal to the new heat amount generated at the time t or the heat amount to be removed.
  • the heat quantity change model is a model that shows restrictions on the heat quantity change of the air conditioning target (in this example, the room 20) by the control target system 2.
  • Equation (26) by selecting the frozen water outlet temperature Iwo t and the flow rate V t at time t, so that the cooling amount at time t is equal to the amount of heat to be removed a new heat or occurred at time t In addition, the sum of the power consumption of the control target system 2 from time t0 to time T is minimized.
  • the time t0 is the current time when the control value is calculated in the operation control device 1, for example.
  • the time t0 may be an operation start time of the control target system 2.
  • Time T is the operation end time of the controlled system 2. When the control target system 2 operates indefinitely, the time T becomes infinite.
  • the constraint model is that the amount of cooling (heat exchange amount) C t at time t and the new amount of heat generated at time t until the room temperature of the room 20 reaches the indoor target temperature set by the operation control device 1.
  • the difference between Qi t may be set such that the maximum.
  • constraint model, after the room temperature of the room 20 has reached the indoor target temperature may be set so that the the new heat Qi t generated in cooling amount C t and the time t at time t equal.
  • the control value calculation unit 16 has a function of calculating a control value based on the power consumption system constructed by the power consumption system construction unit 15.
  • the control value calculation unit 16 calculates the control value periodically, for example, at a cycle T3. Specifically, the control-value calculating unit 16, by solving the Hamilton equation (28), and calculates the optimum value of the refrigeration water outlet temperature Iwo t and the flow rate V t at time t.
  • the Hamilton equation (28) cannot be directly solved. Therefore, a method for solving the Hamilton equation (28) will be described below.
  • Expression (31) means that a sudden change does not occur in the outside air environment at a sufficiently short time interval. For this reason, it can be assumed that the following formulas (32) and (33) hold.
  • the control value calculation unit 16 reads the environment information stored in the environment information storage unit 12, and acquires all the information necessary to solve the system equation (34) based on the read environment information. These pieces of information are obtained directly from the environmental information or are calculated based on the environmental information. Control value calculating unit 16, by solving the system equation (34) using this information to calculate the optimal value of the refrigeration water outlet temperature Iwo t and the flow rate V t at time t.
  • the control value calculation unit 16 reads the environment information stored in the environment information storage unit 12, and acquires all the information necessary to solve the system equation (36) based on the read environment information. These pieces of information are obtained directly from the environmental information or are calculated based on the environmental information. Control value calculating unit 16, by solving the system equation (36) using this information to calculate the optimal value of the refrigeration water outlet temperature Iwo t and the flow rate V t at time t.
  • the control value setting unit 17 has a function of transmitting a control instruction to the control target system 2 in order to set the control value calculated by the control value calculation unit 16 in the control target device.
  • the control value setting unit 17 transmits a control instruction for setting the refrigerator 4 a calculated frozen water outlet temperature Iwo t by the control value calculation unit 16.
  • the control value setting unit 17 transmits a control instruction for setting the flow rate V t calculated by the control value calculation unit 16 to the pump 5 to the pump 5.
  • the control value setting unit 17 may transmit a current value for setting a frequency corresponding to the flow rate V t to the pump 5.
  • the control value setting unit 17 sets the indoor target temperature of the room 20 in the control target system 2.
  • the indoor target temperature of the room 20 is set in the operation control device 1 by the user.
  • the control value setting unit 17 performs control, for example, by writing a set value in the control unit of the refrigerator 4 and transmitting an analog signal of a current corresponding to the indoor target temperature to the external control terminal of the inverter of the pump 5.
  • the control value setting unit 17 may set the indoor target humidity of the room 20 in the control target system 2.
  • the indoor target humidity of the room 20 is set in the operation control device 1 by the user. Also in this case, similarly to the indoor target temperature, the control value setting unit 17 sets the control target device of the control target system 2 according to the indoor target humidity.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the operation control method of the operation control device 1.
  • the environment information collection unit 11 receives the environment information acquired by a sensor or the like provided in the control target system 2 together with time information indicating the time when each environment information is acquired. . Then, the environment information collection unit 11 stores the received environment information in the environment information storage unit 12 in association with the time information (collection step S11).
  • the model update unit 14 updates each physical model stored in the model storage unit 13 based on the environment information collected by the environment information collection unit 11 in the collection step S11 (model update step S12). Specifically, the model update unit 14 uses a part or all of the environment information acquired before the update time among the environment information stored in the environment information storage unit 12, and uses the model storage unit 13. The parameter value of the physical model stored in is estimated. Then, the model update unit 14 updates the physical model by updating the parameter of the physical model with the estimated parameter value. The model update unit 14 estimates the value of the parameter by using, for example, statistics and applying a conditional least square method.
  • the power consumption system construction unit 15 constructs a power consumption system according to the configuration of the control target system 2 using the physical model updated by the model update unit 14 in the model update step S12 (power consumption system construction). Step S13).
  • the power consumption system construction unit 15 constructs a constrained Lagrangian system such as the formula (26), for example.
  • control value calculation unit 16 calculates the control value of the control target device of the control target system 2 using the power consumption system constructed by the power consumption system construction unit 15 in the power consumption system construction step S13 (calculation). Step S14).
  • the control value calculation unit 16 dynamically uses, for example, the first solution or the second solution described above so that the total power consumption until the operation end time of the control target system 2 is minimized. Is calculated. In this example, the control value calculating unit 16 calculates the optimum value of the refrigeration water outlet temperature Iwo t and the flow rate V t at time t.
  • control value setting unit 17 sets the control value calculated by the control value calculation unit 16 in the calculation step S14 in the control target device of the control target system 2 (setting step S15).
  • the control value setting unit 17 transmits a control instruction for setting the refrigerator 4 frozen water outlet temperature Iwo t calculated by the control-value calculating unit 16 in the calculation step S14.
  • the control value setting unit 17 transmits a control instruction for setting the flow rate V t that is calculated by the control-value calculating unit 16 to the pump 5 in the calculation step S14 to the pump 5.
  • the collection step S11 to the setting step S15 are performed as a series of processes in that order, but the present invention is not limited to this.
  • the collection step S11 may be periodically performed at a cycle T1 (for example, about 1 second).
  • the model update step S12 may be periodically performed at a cycle T2.
  • the power consumption system construction step S13, the calculation step S14, and the setting step S15 may be periodically performed at a cycle T3 as a series of processes.
  • the collecting step S11, the model updating step S12, and the power consumption system construction step S13 to the setting step S15 may be performed independently.
  • a power consumption model is prepared for each type of control target device included in the control target system 2, and each power consumption model is updated based on the environment information.
  • a power consumption system is constructed
  • the operation control device 1 uses the power consumption system to calculate the control value of the control target device so that the power consumption until the operation end time of the control target system 2 is minimized, and the control value is stored in the control target device. Is set. For this reason, not only the power consumption at a certain point of time but also the total power consumption until the operation of the controlled system 2 is completed can be minimized. As a result, power consumption can be reduced.
  • the power consumption system is a Lagrangian system including a constraint model.
  • the constraint model includes a heat quantity change model. For this reason, it is possible to reduce the power consumption while satisfying the condition defined by the constraint model, that is, the condition of the heat quantity change defined by the heat quantity change model.
  • the controlled system 2 may further include terminal equipment such as one or more air conditioners (Air Handling Unit: AHU).
  • the power consumption model of the air conditioner is stored in the model storage unit 13 in advance, and the model update unit 14 updates the power consumption model of the air conditioner.
  • control target system 2 may include two or more air conditioners 6.
  • the power consumption system construction unit 15 constructs a power consumption system including a power consumption model corresponding to the number of air conditioners 6.
  • the air conditioner 6 is operated at a constant speed, the input power FA t of the air conditioner 6 is constant regardless of the time, not limited to this.
  • the air conditioner 6 may include an inverter and have a configuration in which the operation control device 1 can control the air volume.
  • the input power FA t of the air conditioner 6 may be a model of time-varying model update unit 14 may update the power models of the air conditioner 6.
  • the control-value calculating unit 16 in addition to the freezing water outlet temperature Iwo t and the flow rate V t, it may be calculated air volume of the air conditioner 6 as a control value.
  • the control value setting unit 17 may transmit a control instruction for setting the air volume calculated by the control value calculation unit 16 to the air conditioner 6.
  • the air conditioner 6 may include a switch, and the operation control device 1 may be configured to be able to perform on / off control of the air conditioner 6.
  • the input power FA t of the air conditioner 6 may be a model of time-varying model update unit 14 may update the power models of the air conditioner 6.
  • the control value setting unit 17 may transmit a control instruction for setting the air conditioner 6 to an on state or an off state to the air conditioner 6.
  • a physical model of each control target device a physical model that further includes time-series variables representing the aging property of the equipment may be used.
  • the model update unit 14 may estimate the values of all parameters of the physical model stored in the model storage unit 13, but is not limited thereto.
  • the model updating unit 14 estimates the values of the parameters ⁇ 1 to ⁇ 3 using the equation (10) and the environment information, and uses the equation (23) and the environment information to set the parameters ⁇ 0 to What is necessary is just to estimate the value of (nu) 8 .
  • the power consumption system construction unit 15 may detect a change in the configuration of the control target system 2 and change the configuration information of the control target system 2 according to the configuration of the control target system 2 after the change.
  • the constraint model includes a heat quantity change model, but is not limited thereto.
  • the constraint model may include, for example, a device performance model.
  • the device performance model is a model indicating constraints on the performance of the control target device of the control target system 2. In this case, it is possible to reduce power consumption while satisfying the device performance condition defined by the device performance model.
  • the Hamilton equation (28) is an equality constraint equation, but when applied in reality, it may not be equality constraints due to the existence of a room with different environmental requirements, equipment performance problems, and the like. For this reason, the control value calculation unit 16 may calculate the control value using nonlinear programming. More specifically, the control value calculation unit 16 may solve the expression (37) so as to satisfy the following conditional expression (38).
  • frozen water outlet temperature Iwo t is the lowest freezing water outlet temperature Iwo min or more which is determined by the performance of the refrigerator 4.
  • the control value calculation unit 16 may modify the equation (37) in the same manner as in the above embodiment, and calculate the control value using the edged Hessian matrix.
  • an operation control device and an operation control method that can flexibly cope with a configuration change of a control target system and can further reduce power consumption.
  • SYMBOLS 1 Operation control apparatus, 2 ... Control object system, 4 ... Refrigerator (control object apparatus), 5 ... Pump (control object apparatus), 6 ... Air conditioner (control object apparatus), 14 ... Model update part, 15 ... Consumption power system building unit, 16 ... control value calculation unit (calculation unit), 17 ... control value setting unit (setting unit), Iwo t ... frozen water outlet temperature (control value), S12 ... model updating step, S13 ... power systems construction step, S14 ... calculation step, S15 ... setting step, V t ... flow (control value).

Abstract

　運転制御装置１は、制御対象システム２に含まれる制御対象機器の種類ごとに準備された消費電力モデルを、収集された環境情報に基づいて更新するモデル更新部１４と、制御対象システム２の構成に応じて、モデル更新部１４によって更新された消費電力モデルから消費電力システムを構築する消費電力システム構築部１５と、消費電力システム構築部１５によって構築された消費電力システムを用いて、制御対象システム２の稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように制御対象機器の制御値を算出する制御値算出部１６と、制御値算出部１６によって算出された制御値を制御対象機器に設定する制御値設定部１７と、を備える。

Description

運転制御装置及び運転制御方法
　本発明は、運転制御装置及び運転制御方法に関する。
　空調システム等の制御対象システムを運転制御するためのシステムがある。例えば、特許文献１には、エネルギー消費関数に基づいてエネルギー消費量を最小にする最適制御値を決定し、最適制御値を用いて空調システムの運転を制御するセントラル空調システムが開示されている。この空調システムでは、運転時の計測データを用いて、エネルギー消費関数の初期関数形であるモデルの係数等を決定することにより、エネルギー消費関数を決定している。
特開２００６－２０７９２９号公報
　しかしながら、特許文献１の空調システムで用いられるエネルギー消費関数は、空調システム全体のエネルギー消費量を求めるための関数である。このため、空調システムに新たな機器が追加され、または、空調システムから機器が取り除かれることにより、空調システムの構成が変更された場合、エネルギー消費関数の初期関数形を変更する必要がある。このエネルギー消費関数の初期関数形の変更には時間及びコストが掛かる。このように、特許文献１の空調システムでは、空調システムの構成変更に柔軟に対応することが困難である。
　また、特許文献１の空調システムでは、ある時点における空調負荷状況変数等をエネルギー消費関数に入力し、空調システムのエネルギー消費量が最小になる制御値を算出している。しかしながら、ある時点の空調負荷状況変数だけでは、時間の経過に伴う空調システム全体としてのエネルギー消費量を最小にする最適な制御値が得られないことがある。
　本発明の一態様は、制御対象システムの構成変化に柔軟に対応するとともに、消費電力のさらなる低減が可能な運転制御装置及び運転制御方法を提供する。
　本発明の一側面に係る運転制御装置は、空調システムである制御対象システムに含まれる制御対象機器の種類ごとに準備された消費電力モデルを、収集された環境情報に基づいて更新するモデル更新部と、制御対象システムの構成に応じて、モデル更新部によって更新された消費電力モデルから消費電力システムを構築する消費電力システム構築部と、消費電力システム構築部によって構築された消費電力システムを用いて、制御対象システムの稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように制御対象機器の制御値を算出する算出部と、算出部によって算出された制御値を制御対象機器に設定する設定部と、を備える。
　本発明の別の側面に係る運転制御方法は、空調システムである制御対象システムに含まれる制御対象機器の種類ごとに準備された消費電力モデルを、収集された環境情報に基づいて更新するモデル更新ステップと、制御対象システムの構成に応じて、モデル更新ステップにおいて更新された消費電力モデルから消費電力システムを構築する消費電力システム構築ステップと、消費電力システム構築ステップにおいて構築された消費電力システムを用いて、制御対象システムの稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように制御対象機器の制御値を算出する算出ステップと、算出ステップにおいて算出された制御値を制御対象機器に設定する設定ステップと、を備える。
　このような運転制御装置及び運転制御方法によれば、制御対象システムに含まれる制御対象機器の種類ごとに消費電力モデルが準備され、各消費電力モデルは環境情報に基づいて更新される。そして、制御対象システムの構成に応じて、消費電力モデルから消費電力システムが構築される。このため、制御対象機器の追加または削除が生じたとしても、消費電力モデルを作成し直す必要がなく、変更後の制御対象システムに含まれる制御対象機器の消費電力モデルを用いて消費電力システムを構築できる。従って、制御対象システムの構成変化に応じた消費電力システムの再構築を容易化することができる。また、運転制御装置及び運転制御方法では、消費電力システムを用いて、制御対象システムの稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように制御対象機器の制御値が算出され、制御値が制御対象機器に設定される。このため、ある時点での消費電力だけでなく、制御対象システムの稼働終了までの総消費電力を最小化できる。その結果、消費電力のさらなる低減が可能となる。
　本発明のさらに別の側面に係る運転制御装置では、消費電力システムは、制御対象システムにおける制約を示すモデルである制約モデルを含むラグランジアンシステムであってもよい。この場合、制約モデルで規定される条件を満たしつつ、消費電力を低減することが可能となる。
　本発明のさらに別の側面に係る運転制御装置では、制約モデルは、制御対象システムによる空調対象の熱量変化に関する制約を示すモデルである熱量変化モデルを含んでいてもよい。この場合、熱量変化モデルで規定される熱量変化の条件を満たしつつ、消費電力を低減することが可能となる。
　本発明のさらに別の側面に係る運転制御装置では、制約モデルは、制御対象機器の性能に関する制約を示すモデルである機器性能モデルを含んでいてもよい。この場合、機器性能モデルで規定される機器性能の条件を満たしつつ、消費電力を低減することが可能となる。
　本発明のさらに別の側面に係る運転制御装置では、算出部は、制御対象システムの稼働開始時刻から稼働終了時刻までの消費電力が最小になるように、動的に制御値を算出してもよい。この場合、消費電力システムを用いて、制御対象システムの稼働開始時刻から稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように制御対象機器の制御値が算出され、制御値が制御対象機器に設定される。このため、ある時点での消費電力だけでなく、制御対象システムの稼働開始から稼働終了までの稼働期間全体の総消費電力を最小化できる。その結果、消費電力のさらなる低減が可能となる。
　本発明の一態様によれば、制御対象システムの構成変化に柔軟に対応できるとともに消費電力をさらに低減できる。
一実施形態に係る運転制御システムの構成を概略的に示す図である。 図１の制御対象システムの構成を概略的に示す図である。 図１の運転制御装置のハードウェア構成を概略的に示す図である。 図１の運転制御装置の機能構成を概略的に示すブロック図である。 図１の運転制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当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、一実施形態に係る運転制御システムの構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、運転制御システム１０は、運転制御装置１と、制御対象システム２と、を備えており、制御対象システム２の運転制御を行うシステムである。運転制御装置１と制御対象システム２とは、例えばネットワークＮＷを介して通信可能に接続されている。このネットワークＮＷは、有線及び無線のいずれで構成されていてもよい。ネットワークＮＷは、例えば、有線ＬＡＮ（Local　Area　Network）、無線ＬＡＮ等のネットワークである。
　制御対象システム２は、運転制御装置１によって運転制御される機器（以下、「制御対象機器」という。）を含むシステムである。制御対象システム２は、例えば、冷凍水を用いて空調対象となる部屋２０の室内温度を調整する空調システムであって、冷凍機４、ポンプ５、空調機６及び配管７を備えている。
　図２は、制御対象システム２の構成を概略的に示す図である。図２に示されるように、冷凍機４は、制御対象システム２を循環する冷凍水を冷却するための装置である。冷凍機４は、例えば冷媒を用いて冷凍水を冷却する。冷媒としては、圧縮により高温及び高圧になりやすい物質が用いられ、例えばフロン（Ｒ２２、Ｒ４１０等）が用いられる。冷凍機４は、例えば圧縮機４１と、凝縮器４２と、膨張弁４３と、蒸発器４４と、冷媒管路４５と、冷凍水入口４６と、冷凍水出口４７と、を備えている。
　圧縮機（コンプレッサ）４１は、常温及び常圧の冷媒を圧縮して、高温及び高圧の冷媒を生成する装置である。圧縮機４１は、冷凍水出口温度を設定するための制御指示を運転制御装置１から受信し、冷凍水出口温度に応じて圧縮する冷媒の量を制御して冷媒の温度及び圧力を制御する。冷凍水出口温度は、冷凍水出口４７における冷凍水の温度である。圧縮機４１は、圧縮した冷媒を凝縮器４２に送る。なお、圧縮される冷媒の量が多いほど、圧縮機４１の消費電力は上昇する。
　凝縮器４２は、圧縮機４１によって生成された高温及び高圧の冷媒と外気との熱交換を行う装置である。凝縮器４２は、熱交換後の冷媒を膨張弁４３に送る。膨張弁４３は、凝縮器４２によって熱交換された冷媒を膨張することによって、冷媒の圧力及び温度を下げる装置である。膨張弁４３は、膨張した冷媒を蒸発器４４に送る。蒸発器４４は、膨張弁４３によって膨張された冷媒と冷凍水との熱交換を行う装置である。蒸発器４４は、熱交換後の冷媒を圧縮機４１に送る。
　冷媒管路４５は、冷媒が通る管である。冷媒管路４５は、圧縮機４１と凝縮器４２との間、凝縮器４２と膨張弁４３との間、膨張弁４３と蒸発器４４との間、蒸発器４４と圧縮機４１との間に設けられ、圧縮機４１、凝縮器４２、膨張弁４３及び蒸発器４４の順に冷媒を循環している。冷凍水入口４６は、空調機６から戻ってきた冷凍水の入口であって、冷凍水を蒸発器４４に供給する。冷凍水出口４７は、蒸発器４４によって冷却された冷凍水の出口であって、冷却された冷凍水を空調機６に送り出す。
　このように構成された冷凍機４は、例えば冷凍水出口温度を設定するための制御指示を運転制御装置１から受信し、冷凍水出口４７における冷凍水の温度を運転制御装置１から受信した冷凍水出口温度まで冷却する。具体的には、運転制御装置１から受信した冷凍水出口温度に応じた量の常温及び常圧の冷媒が、圧縮機４１によって圧縮され、高温及び高圧の冷媒となる。高温及び高圧の冷媒は凝縮器４２において外気と熱交換されて、冷媒の一部の熱が外気によって取り除かれる。そして、凝縮器４２において熱交換された後の冷媒は、膨張弁４３によって膨張されて、低温及び低圧の冷媒となる。続いて、低温及び低圧の冷媒は、蒸発器４４において冷凍水入口４６から供給された冷凍水と熱交換されて、冷凍水の熱を取り除く。熱が取り除かれた冷凍水は、冷凍水出口４７から空調機６に送り出される。このとき、冷凍水出口４７における冷凍水の温度は、運転制御装置１から受信した冷凍水出口温度となる。一方、蒸発器４４において熱交換された後の冷媒は、圧縮機４１により再び圧縮される。
　ポンプ５は、冷凍水を循環するための装置である。ポンプ５は、例えば電動機及びインバータを備えており、冷凍水を押し出すことによって冷凍水に動力を提供する。ポンプ５は、インバータの周波数を設定するための制御値（例えば電流値）を運転制御装置１から受信し、制御値に基づいてインバータの周波数を設定する。ポンプ５は、インバータの周波数を変更することにより、電動機の回転数を制御し、冷凍水の流速（単位時間当たりの流量）を変化させる。
　空調機６は、冷凍水を用いて部屋２０の室内の空気を冷却するための装置であって、例えばＦＣＵ（Fan　Coil　Unit：ファンコイルユニット）である。空調機６は、例えば部屋２０の天井に設けられている。空調機６は、例えば蒸発器６１と、吸込口６２と、吹出口６３と、を備えている。
　蒸発器６１は、吸込口６２によって吸い込んだ部屋２０の室内の空気と、冷凍機４から送り出された冷凍水との熱交換を行う熱交換器である。蒸発器６１は、例えばパイプを備えており、パイプの中に冷凍水を流している。吸込口６２は、部屋２０の室内の空気を吸い込む部分である。吹出口６３は、蒸発器６１によって冷却された空気を部屋２０の室内に吹き出す部分である。空調機６は、さらにファンを備えている。
　空調機６では、ファンが回転することによって、吸込口６２は部屋２０の室内の空気を吸い込む。そして、吸込口６２から吸い込まれた空気は、蒸発器６１のパイプ表面において冷凍水との間で熱交換されて冷却される。そして、冷却された空気が吹出口６３から部屋２０の室内に戻る。なお、この例では、ファンの回転速度は一定としているので、吸込口６２の吸い込み量及び吹出口６３の吹き出し量は一定である。
　配管７は、冷凍水が通る管である。配管７は、例えば冷凍機４とポンプ５との間、ポンプ５と空調機６との間、空調機６と冷凍機４との間に設けられ、冷凍機４、ポンプ５、空調機６の順に冷凍水を循環している。冷凍水は、ポンプ５によって動力が付与され、配管７を循環している。冷凍水は、冷凍機４において冷却された後、空調機６において部屋２０の室内の空気と熱交換される。そして、熱交換された冷凍水は、冷凍機４に戻って再び冷却される。
　制御対象システム２には、各種の環境情報を取得するためのセンサが設けられている。冷凍機４には、例えば外気温度を取得するためのセンサ、冷凍水入口４６における冷凍水の温度を取得するためのセンサ、冷凍水出口４７における冷凍水の温度を取得するためのセンサ、冷凍機４の入力電力を取得するためのセンサ等が設けられている。ポンプ５には、例えば循環する冷凍水の流量を取得するためのセンサ、ポンプ５の入力電力を取得するためのセンサ等が設けられている。
　空調機６には、例えば吸込口６２における空気の温度及び湿度を取得するためのセンサ、吹出口６３における空気の温度及び湿度を取得するためのセンサ、空調機６の入力電力を取得するためのセンサ等が設けられている。また、空調機６には、吹出口６３から吹き出される空気の風量を取得するためのセンサが設けられてもよい。部屋２０には、室内の温度及び湿度を取得するためのセンサ、室外の外気温度を取得するためのセンサが設けられている。また、部屋２０には、室内の圧力を取得するためのセンサが設けられてもよい。
　冷凍機４、ポンプ５、空調機６及び部屋２０の各々には、時間を計測するためのタイマが設けられている。各センサによって取得された環境情報は、各環境情報が取得された時間を示す時間情報とともにネットワークＮＷを介して運転制御装置１に送信される。
　図１に戻って、運転制御システム１０の説明を続ける。運転制御装置１は、制御対象システム２から取得した環境情報に基づいて、制御対象システム２の制御対象機器を制御する装置である。運転制御装置１は、例えばサーバ装置等の情報処理装置から構成されている。
　図３は、運転制御装置１のハードウェア構成を概略的に示す図である。図３に示されるように、運転制御装置１は、物理的には、例えばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１０１と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）１０２と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）１０３と、補助記憶装置１０４と、通信装置１０５と、入力装置１０６と、出力装置１０７等のハードウェアにより構成されている。ＲＡＭ１０２は主記憶装置である。補助記憶装置１０４は例えばハードディスクである。通信装置１０５は、データ送受信デバイスであり、例えばネットワークカードである。入力装置１０６は、例えばマウス、タッチパッド及びキーボード等である。出力装置１０７は例えばディスプレイである。
　運転制御装置１は、ＲＡＭ１０２等のハードウェア上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、ＣＰＵ１０１の制御のもとで通信装置１０５、入力装置１０６及び出力装置１０７等を動作させるとともに、ＲＡＭ１０２及び補助記憶装置１０４におけるデータの読み出し及び書き込みを行わせる。これによって、運転制御装置１は、後述の運転制御装置１の各機能を実現する。運転制御装置１の各機能を以下に説明する。
　図４は、運転制御装置１の機能構成を概略的に示すブロック図である。図４に示されるように、運転制御装置１は、環境情報収集部１１と、環境情報記憶部１２と、モデル記憶部１３と、モデル更新部１４と、消費電力システム構築部１５と、制御値算出部１６（算出部）と、制御値設定部１７（設定部）と、を備えている。
　環境情報収集部１１は、制御対象システム２に設けられた各種センサ等によって取得された環境情報を各環境情報が取得された時間を示す時間情報とともに受信する機能を有している。環境情報収集部１１は、例えば周期Ｔ１で各種センサから環境情報を受信する。周期Ｔ１は、例えば１秒程度である。環境情報収集部１１は、各環境情報を各環境情報が取得された時間を示す時間情報に対応付けて環境情報記憶部１２に格納する。
　環境情報記憶部１２は、環境情報収集部１１によって受信された環境情報を記憶する機能を有している。環境情報記憶部１２は、各環境情報を各環境情報が取得された時間を示す時間情報に対応付けて記憶している。
　冷凍機４に関する環境情報としては、例えば外気温度、冷凍水入口４６における冷凍水の温度、冷凍水出口４７における冷凍水の温度及び冷凍機４の入力電力等がある。ポンプ５に関する環境情報としては、例えばポンプ５によって循環される冷却水の流量及びポンプ５の入力電力等がある。空調機６に関する環境情報としては、例えば吸込口６２における空気の湿度及び温度、並びに、吹出口６３における空気の湿度及び温度等がある。また、空調機６に関する環境情報として、風量が含まれてもよい。部屋２０に関する環境情報としては、室内の湿度、室内の温度及び外気温度がある。また、部屋２０に関する環境情報として、室内の気圧が含まれてもよい。
　モデル記憶部１３は、予め準備された物理モデルを記憶する機能を有している。物理モデルは、各制御対象機器及び空調対象の部屋等の所定の物理量を表すシミュレーションモデルである。物理量が時間変化しない一定値である場合、その物理モデルはパラメータを含まない。物理量が時間変化する場合、その物理モデルはパラメータを含む。各パラメータは、例えばモデル更新部１４によって定期的に更新される。モデル記憶部１３が記憶する物理モデルには、例えば消費電力モデルと、熱モデルと、が含まれている。消費電力モデルは、制御対象システム２に含まれる制御対象機器の種類ごとに設定されている。熱モデルは、空調対象の部屋２０及び空調機６に対して設定されている。以下に、各モデルの詳細を説明する。
　（冷凍機４の物理モデル）
　冷凍機４では、圧縮機４１によって冷媒が圧縮され、圧縮された冷媒が凝縮器４２によって外気と熱交換される。時刻ｔにおける凝縮器４２の熱交換量は、凝縮器４２の熱交換係数α１と、圧縮機４１の熱交換係数α２と、時刻ｔにおける冷凍機４の入力電力（消費電力）Ａｔと、時刻ｔにおける外気温度ｔｅｍｏｔと、によって定められる。熱交換係数α１は、例えば凝縮器４２の外気と接触する面積に応じて定められる。また、熱交換係数α１及びα２は、いずれも０より大きい。つまり、時刻ｔにおいて、凝縮器４２によって取り除かれる冷媒の熱量は、以下の式（１）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、熱交換係数α２と入力電力Ａｔとの積は、圧縮機４１によって圧縮された後の冷媒の温度を示している。このため、時刻ｔにおいて、入力電力Ａｔが大きければ大きいほど冷媒がより高温及び高圧になる。そして、冷媒の温度と外気温度ｔｅｍｏｔとの差が大きくなるので、熱交換率が大きくなる。一方、時刻ｔにおける外気温度ｔｅｍｏｔが十分小さい場合でも、高い熱交換率が得られる。
　凝縮器４２を経由した後の冷媒の熱量は、凝縮器４２に入る前の冷媒の熱量から凝縮器４２によって取り除かれる冷媒の熱量を引くことによって求められる。つまり、時刻ｔにおいて、凝縮器４２を経由した後の冷媒の熱量は、圧縮機４１の熱交換係数βを用いて、以下の式（２）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）の第一項（熱交換係数βと入力電力Ａｔとの積）は、凝縮器４２に入る前の冷媒の熱量を示している。なお、圧縮機４１に入る冷媒の熱量は、冷媒の絶対量により決定されるので、入力電力Ａｔが大きいほどより多くの冷媒が圧縮されて熱量も大きくなる。
　次に、凝縮器４２によって熱交換された冷媒は、膨張弁４３によって膨張される。膨張弁４３は、冷媒の量が多いほど開度θを大きくして、冷媒の圧力を小さくする。これにより、冷媒の温度が下がる。つまり、時刻ｔにおいて、膨張弁４３を経由した後の冷媒の温度は、以下の式（３）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）を整理することにより、以下の式（４）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　次に、膨張弁４３によって膨張された冷媒は、蒸発器４４によって冷凍水と熱交換される。この熱交換量は、膨張弁４３によって膨張された冷媒の温度（式（４））と、冷凍水入口温度Ｉｗｉｔと、蒸発器４４の熱交換係数ηと、によって定められる。なお、冷凍水入口温度Ｉｗｉｔは、時刻ｔにおいて冷凍水入口４６から冷凍機４に入ってくる冷凍水の温度である。熱交換係数ηは、蒸発器４４の材質、冷凍水との接触面積及び接触圧力によって定められる。また、接触圧力は、冷凍水の流量Ｖｔと、冷媒の温度及び圧力によって定められる。つまり、時刻ｔにおいて、蒸発器４４によって取り除かれる冷凍水の熱量は、以下の式（５）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（５）を書き換えることによって、以下の式（６）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（６）は、時刻ｔにおいて冷凍機４が冷凍水との間で熱交換した熱量を表している。このため、冷凍機４に入る前の冷凍水の熱量から式（６）を引くことによって、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔが求められる。つまり、時刻ｔにおいて、冷凍水温度の冷凍水入口４６の冷凍水入口温度Ｉｗｉｔから冷凍水出口４７の冷凍水出口温度Ｉｗｏｔへの変化は、以下の式（７）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　冷凍水の冷凍量が被説明変数となるように式（７）を整理することによって、以下の式（８）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ここで、理論上では、入力電力Ａｔが０より大きいことは、冷凍機４が稼働していることを意味する。しかし、センサの検出誤差等を考慮して、入力電力Ａｔは１ｋＷよりも大きいという条件を付加してもよい。つまり、入力電力Ａｔが１ｋＷ以下の場合に、冷凍機４は稼働していないと判断してもよい。この場合、冷凍水入口温度Ｉｗｉｔは冷凍水出口温度Ｉｗｏｔに等しくなる。
　式（８）によれば、以下のような冷凍機４の稼働特性が得られる。つまり、外気温度ｔｅｍｏｔ、冷凍水の流量Ｖｔ及び冷凍水入口温度Ｉｗｉｔが一定の場合には、入力電力Ａｔが大きければ大きいほど、冷凍水出口温度Ｉｗｏｔが小さくなる。また、入力電力Ａｔ、冷凍水の流量Ｖｔ及び冷凍水入口温度Ｉｗｉｔが一定の場合には、外気温度ｔｅｍｏｔが大きければ大きいほど、冷凍水出口温度Ｉｗｏｔが大きくなる。さらに、冷凍水入口温度Ｉｗｉｔ、冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び外気温度ｔｅｍｏｔが一定の場合には、冷凍水の流量Ｖｔが大きくなることによって入力電力Ａｔが増加する。なお、入力電力Ａｔの増加は、単調増加で、冷凍機４の能力範囲に限られる。
　式（８）において、冷凍水入口温度と冷凍水出口温度との差（Ｉｗｉｔ－Ｉｗｏｔ）、外気温度ｔｅｍｏｔ、入力電力Ａｔ及び流量Ｖｔ等は、冷凍機４に設けられたセンサによって取得可能である。このため、時刻ｔにおける誤差εｔを用いて、以下の式（９）に示される回帰方程式が定義され得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　式（９）を整理することによって、時刻ｔにおける冷凍機４の入力電力Ａｔは以下の式（１０）によって表される。この式（１０）は、冷凍機４の消費電力モデルである。冷凍機４による冷凍水の冷却効果は入力電力Ａｔが大きくなるに従って逓減するという物理特性を式（１０）は満たしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　（ポンプ５の物理モデル）
　ポンプ５では、時刻ｔにおける冷凍水の流量Ｖｔと時刻ｔにおけるポンプ５の入力電力（消費電力）ＰＡｔとの関係は、以下のような特性を有している。つまり、ポンプ５の入力電力ＰＡｔの周波数が１Ｈｚ下がると、流量Ｖｔが１／５０（２％）減少する。また、ポンプ５の入力電力ＰＡｔの周波数が１Ｈｚ下がると、フル運転時の消費電力ＫＷに対して（１－（（５０－１）／５０）３）の割合だけ入力電力ＰＡｔが減少する。以上の特性に基づいて、時刻ｔにおけるポンプ５の入力電力ＰＡｔと冷凍水の流量Ｖｔとの関係は、フル運転時の消費電力ＫＷ及びフル運転時の流量Ｖｆを用いて、式（１１）によって表される。この式（１１）は、ポンプ５の消費電力モデルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　式（１１）において、流量Ｖｔ、フル運転時の流量Ｖｆ及びフル運転時の消費電力ＫＷは、ポンプ５に設けられたセンサによって取得可能である。このため、時刻ｔにおけるポンプ５の入力電力ＰＡｔは、式（１１）を用いて一意に算出され得る。
　（空調機６の物理モデル）
　時刻ｔにおける空調機６の熱交換量（冷房量）Ｃｔは、空調機６の熱交換係数ψ及び熱交換係数ξと、時刻ｔにおける冷凍水の流量Ｖｔと、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔと、時刻ｔにおける部屋２０の循環空気の温度である室内温度ｔｅｍｉｔとによって定められる。つまり、時刻ｔにおける空調機６の熱交換量Ｃｔは、以下の式（１２）によって表される。なお、熱交換係数ψは、冷凍水の流量によって定められる熱交換係数であり、熱交換係数ξは、空調機６において部屋２０の循環空気と冷凍水との熱交換が行われる面積により定められる熱交換係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　従って、時刻ｔにおける誤差εｔを用いて、以下の回帰方程式（１３）が定義され得る。この式（１３）は、空調機６の熱交換量（冷房量）モデルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　空調機６は、一定速で運転し、常時運転している。このため、時刻ｔにおける空調機６の入力電力（消費電力）ＦＡｔは、以下の式（１４）によって表される。この式（１４）は、空調機６の消費電力モデルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　この例では、式（１４）に示されるように、空調機６の入力電力ＦＡｔは一定値ＦＡである。一定値ＦＡは、空調機６に設けられた電力センサによって取得可能である。一定値ＦＡは、空調機６の定格電力としてもよい。
　（部屋２０の物理モデル）
　時刻ｔ－１から時刻ｔに遷移するときにおける部屋２０の熱量変化ΔＱｔは、時刻ｔにおいて部屋２０の室内に入る熱量及び部屋２０の室内で新たに発生する熱量Ｑｉｔと、時刻ｔにおいて部屋２０の室内に送られる冷房量Ｑｏｔと、によって定められる。つまり、部屋２０の熱量変化ΔＱｔは、以下の式（１５）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　時刻ｔにおける部屋２０の熱量変化ΔＱｔが０より大きければ、部屋２０の室内温度は上昇する。時刻ｔにおける部屋２０の熱量変化ΔＱｔが０より小さければ、部屋２０の室内温度は降下する。時刻ｔにおける部屋２０の熱量変化ΔＱｔが０に等しければ、部屋２０の室内温度は変化せず、時刻ｔ－１における部屋２０の室内温度を維持する。
　ここで、時刻ｔ－１から時刻ｔにおいて部屋２０で生じる熱量Ｑｉｔは、輻射熱、対流熱、及び、室内における発熱の３要素に分けて考えることができる。輻射熱は、部屋２０の建物を介し、外部の熱が熱伝導法則に従って部屋２０の室内に熱を伝導することにより生じる。対流熱は、部屋２０の室内の空気の一部が外部に放出されるとともに、外部のフレッシュエアが部屋２０の室内に吸い込まれることにより生じる。発熱は、部屋２０の室内の人及び電気設備等によって生じる。
　従って、時刻ｔ－１から時刻ｔにおいて部屋２０で生じる熱量Ｑｉｔは、時刻ｔにおける部屋２０の室外の空気の熱量ｉｏｔと、時刻ｔ－１（つまり、時刻ｔの開始時）における部屋２０の室内の空気の熱量ｉｉｔ－１と、時刻ｔ－１における部屋２０の建物の包囲構造（例えば、壁、窓、屋根等）の温度ｔｅｍｂｔ－１と、時刻ｔ－１における部屋２０の室内温度ｔｅｍｉｔ－１と、によって定められる。つまり、熱量Ｑｉｔは、以下の式（１６）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　式（１６）の右辺第１項は部屋２０の室内における発熱を示す。パラメータμ１は、部屋２０の室内の人及び電気設備等によって発生する熱量を示す。例えば、部屋２０がビルまたは工場等の場合、一旦設備が導入されたら変更されることがほとんどないと想定される。また、部屋２０の室内で働く人及び操作員の人数は、日々大きく変動しないと想定される。このため、パラメータμ１は一定値であってもよい。なお、パラメータμ１は時間変数であってもよい。
　式（１６）の右辺第２項は対流熱を示す。パラメータμ２は、部屋２０の室内の空気全体に対する割合を示す。部屋２０の室内の空気の圧力が一定であれば、部屋２０の室外から室内に入ってくるフレッシュエアの量は、部屋２０の室内から室外に放出される空気の量と同じになる。このため、対流熱の熱量の絶対量は、建物の包囲構造及び換気能力等の要因によって、一意に定められ、時間変化しないと想定される。従って、パラメータμ２は一定値であってもよい。
　式（１６）の右辺第３項は輻射熱を示す。パラメータμ３は、対流熱量のパラメータを示す。パラメータμ４は、輻射熱量のパラメータを示す。部屋２０における輻射熱の伝導経路は、以下のように考えられる。まず、部屋２０の室外の空気は、建物の包囲構造と熱交換する。そして、建物の包囲構造は、部屋２０の室内の空気に熱量を伝導するプロセスに従う。
　次に、式（１６）の右辺第３項を展開することにより、以下の式（１７）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　式（１７）を式（１６）に代入することにより、以下の式（１８）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　一方、式（１６）の時刻を１つ戻すことによって、以下の式（１９）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　式（１９）を時刻ｔ－２における建物の包囲構造の温度ｔｅｍｂｔ－２について解くことによって、以下の式（２０）が得られる。この式（２０）は、部屋２０の建物の包囲構造の温度モデルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　式（２０）では、時刻ｔ－１における部屋２０で生じる熱量Ｑｉｔ－１は観測可能で、他の説明変数もセンサによって取得可能である。このため、式（２０）は線形回帰によって算出され得る。時刻ｔ－１から時刻ｔに掛けて、建物の包囲構造の温度ｔｅｍｂｔ－１は、主に外気温度及び室内温度の変化に応じて変化するので、依然として外気温度及び室内温度の温度差と熱交換面積（建物の包囲構造、壁、屋根、窓等の面積）によって定められる。つまり、建物の包囲構造の温度ｔｅｍｂｔ－１は、以下の式（２１）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　式（２１）を変形することによって、以下の式（２２）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　式（２２）を式（１６）に代入し整理することによって、以下の回帰方程式（２３）が得られる。この式（２３）は、部屋２０の熱量モデルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　式（２３）において、時刻ｔの初めの時点では、右辺の全ての説明変数がセンサによって取得可能であるか、環境情報を利用して算出可能である。このため、式（２３）は統計推定の条件を満たしているので、パラメータν０～ν８は推定され得る。
　モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている物理モデルを更新する機能を有している。モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている物理モデルのパラメータの値を周期Ｔ２で定期的に推定し更新することによって、物理モデルを更新する。周期Ｔ２は、例えば周期Ｔ１以上である。モデル更新部１４は、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報を用いて、物理モデルのパラメータの値を推定する。モデル更新部１４は、更新を行う時刻以前に取得された環境情報の一部または全部を用いて物理モデルのパラメータの値を推定する。モデル更新部１４は、例えば統計学を利用し、条件付き最小二乗法を適用することによりパラメータの値の推定を行う。なお、環境変化と設備稼働の情報が多いほどパラメータの値の推定精度が向上する。
　具体的に説明すると、モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている回帰方程式（１０）と、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報と、を用いてパラメータκ１、κ２、κ３の値を推定する。この推定に用いられる環境情報は、センサ等によって取得された冷凍水入口温度と冷凍水出口温度との差（Ｉｗｉｔ－Ｉｗｏｔ）、外気温度ｔｅｍｏｔ、入力電力Ａｔ、流量Ｖｔ等に関する環境情報である。制約条件は、冷凍水入口温度Ｉｗｉｔ及び冷凍水出口温度Ｉｗｏｔが０より大きく、冷凍水入口温度Ｉｗｉｔが冷凍水出口温度Ｉｗｏｔよりも大きいことである。
　モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている回帰方程式（１３）と、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報と、を用いてパラメータρの値を推定する。ここで、空調機６の熱交換量Ｃｔは、吸込口６２における空気の温度、及び、吹出口６３における空気の温度によって算出され得る。また、冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ、部屋２０の室内温度ｔｅｍｉｔ、流量Ｖｔ等に関する環境情報が用いられる。このため、モデル更新部１４は、回帰分析によりパラメータρの値を推定し、回帰方程式（１３）を定式化する。
　同様に、モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている式（２０）と、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報と、を用いてパラメータμ１～μ４の値を推定する。また、モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている式（２３）と、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報と、を用いてパラメータν０～ν８の値を推定する。
　消費電力システム構築部１５は、制御対象システム２の構成に応じて、モデル更新部１４によって更新された物理モデルを用いて消費電力システムを構築する機能を有している。消費電力システムとは、制御対象システム２の稼働終了までの総消費電力を最小化するための制御対象システム２の消費電力を示すシミュレーションモデルであって、制御対象システム２の構成に応じた消費電力モデルを含む。消費電力システム構築部１５は、例えば周期Ｔ３で定期的に消費電力システムを構築する。この周期Ｔ３は、例えば周期Ｔ１以上である。消費電力システム構築部１５は、制御対象システム２の構成を示す構成情報を予め記憶している。この構成情報は、例えば制御対象システム２の物理的な構成の変更（例えば、制御対象機器の追加、削除、配管の改造等）に応じて管理者によって変更される。消費電力システム構築部１５は、構成情報の変更に応じて消費電力システムを構築してもよい。
　ここで、冷凍水出口４７から送出された冷凍水は、空調機６において部屋２０の室内の空気と熱交換を行う。そして、冷凍水は部屋２０の室内の空気の熱量を吸収して冷凍水入口４６に戻ってくる。すなわち、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔに、時刻ｔにおいて吸収した熱量を加えることによって、時刻ｔ＋１における冷凍水入口温度Ｉｗｉｔ＋１となる。つまり、時刻ｔ＋１における冷凍水入口温度Ｉｗｉｔ＋１は、以下の式（２４）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　この式（２４）を時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔについて微分することにより、以下の式（２５）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　式（２５）は、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔを一単位上げると、時刻ｔ＋１の冷凍水入口温度Ｉｗｉｔ＋１にどの程度の温度上昇をもたらすかを示している。このように、時刻ｔの初めにおいては、時間の変化により熱量が部屋２０の室内に入るので、空調しないと環境が変化する。このため、熱量の変化があっても時刻ｔ－１の環境を維持するために必要な冷房量を計算する必要がある。そこで、運転制御装置１では、制御対象システム２が稼働している全期間において消費電力を低減させるために、制約付きラグランジアンシステムが用いられる。
　消費電力システム構築部１５は、例えば消費電力システムとして制約付きラグランジアンシステムを構築する。消費電力システム構築部１５は、例えばラグランジュ乗数ｑを用いて、以下の式（２６）によって表される制約付きラグランジアンシステムを構築する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　式（２６）の右辺第１項の括弧内は、時刻ｔにおける制御対象システム２の消費電力を示している。この例では、制御対象システム２は、１つの冷凍機４と、１つのポンプ５と、１つの空調機６と、を備えている。このため、時刻ｔにおける制御対象システム２の消費電力は、冷凍機４の入力電力Ａｔと、ポンプ５の入力電力ＰＡｔと、空調機６の入力電力ＦＡｔと、の和によって表される。式（２６）の右辺第２項は、制約モデルを示している。制約モデルとは、制御対象システム２における制約を示すモデルである。この例では、制約モデルは、熱量変化モデルであって、時刻ｔにおける冷房量が時刻ｔに発生した新たな熱量または取り除くべき熱量に等しくならなければならないことを示している。熱量変化モデルとは、制御対象システム２による空調対象（この例では、部屋２０）の熱量変化に関する制約を示すモデルである。
　このように式（２６）は、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び流量Ｖｔを選択することによって、時刻ｔにおける冷房量が時刻ｔに発生した新たな熱量または取り除くべき熱量に等しくなるようにするとともに、時刻ｔ０から時刻Ｔまでの制御対象システム２の消費電力の総和を最小化することを示している。時刻ｔ０は、例えば運転制御装置１において制御値を算出する現在の時刻である。時刻ｔ０は、制御対象システム２の稼働開始時刻であってもよい。また、時刻Ｔは制御対象システム２の稼働終了時刻である。制御対象システム２が無期限で稼働する場合には、時刻Ｔは無限大となる。
　なお、制約モデルは、部屋２０の室内温度が運転制御装置１によって設定された室内目標温度に到達するまでは、時刻ｔにおける冷房量（熱交換量）Ｃｔと時刻ｔに発生した新たな熱量Ｑｉｔとの差が最大となるように設定されてもよい。また、制約モデルは、部屋２０の室内温度が室内目標温度に到達した後は、時刻ｔにおける冷房量Ｃｔと時刻ｔに発生した新たな熱量Ｑｉｔとが等しくなるよう設定されてもよい。
　式（２６）を変形することによって、以下の式（２７）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　式（２７）を解くことにより、以下のハミルトン方程式（２８）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
　なお、式（２８）における関数ｆｔ（・）は以下の式（２９）で表され、関数ｆｔ＋１（・）は式（３０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
　制御値算出部１６は、消費電力システム構築部１５によって構築された消費電力システムに基づいて、制御値を算出する機能を有している。制御値算出部１６は、例えば周期Ｔ３で定期的に制御値を算出する。具体的に説明すると、制御値算出部１６は、ハミルトン方程式（２８）を解くことにより、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び流量Ｖｔの最適値を算出する。しかし、時刻ｔにおいて、時刻ｔ＋１以降の環境情報を取得することはできないので、ハミルトン方程式（２８）を直接解くことができない。そこで、以下にハミルトン方程式（２８）の解法について説明する。
　（第１の解法）
　時刻ｔから時刻ｔ＋１までの時間を十分小さくすることにより、以下の式（３１）が成り立つと仮定することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
　式（３１）は、十分に短い時間間隔では、外気の環境には急激な変化が発生しないことを意味している。このため、以下の式（３２）及び式（３３）が成り立つと仮定することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
　そして、式（３２）及び式（３３）をハミルトン方程式（２８）に代入し、整理することによって以下のシステム式（３４）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
　制御値算出部１６は、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報を読み出し、読み出した環境情報に基づいてシステム式（３４）を解くために必要なすべての情報を取得する。これらの情報は、環境情報から直接得られるか、環境情報に基づいて算出される。制御値算出部１６は、これらの情報を用いてシステム式（３４）を解くことにより、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び流量Ｖｔの最適値を算出する。
　（第２の解法）
　制御対象システム２の稼働開始時の０期の運転、つまり時刻０（ｔ＝０）の初期運転では、部屋２０はしばらく空調がされていないので、部屋２０の室内温度は室内目標温度よりも高くなっていると考えられる。このような状況下において制御対象システム２が稼働する場合、部屋２０の室内温度を迅速に室内目標温度に到達させるためには、冷凍機４及びポンプ５の初期設定値を最大値（最大能力）に設定して運転させる。このような状態では、制御対象システム２は、冷凍機４及びポンプ５の入力を最大にすることで、最大の出力ΔＱ０を達成する。従って、この最大入力は最適解に等しいといえる。
　この期間の制御対象システム２の運転は、最適制御運転と同じ結果になる。このため、時刻０を時刻ｔ－１とし、ハミルトン方程式（２８）の時刻を一つ前に戻すことにより、以下の式（３５）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
　そして、関数ｆｔ（・）に式（２９）を代入し、ハミルトン方程式（２８）の第３式を式（３５）の第３式と入れ替えることによって、以下のシステム式（３６）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000036
　制御値算出部１６は、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報を読み出し、読み出した環境情報に基づいてシステム式（３６）を解くために必要なすべての情報を取得する。これらの情報は、環境情報から直接得られるか、環境情報に基づいて算出される。制御値算出部１６は、これらの情報を用いてシステム式（３６）を解くことにより、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び流量Ｖｔの最適値を算出する。
　制御値設定部１７は、制御値算出部１６によって算出された制御値を制御対象機器に設定するために制御対象システム２に制御指示を送信する機能を有している。この例では、制御値設定部１７は、制御値算出部１６によって算出された冷凍水出口温度Ｉｗｏｔを冷凍機４に設定するための制御指示を送信する。また、制御値設定部１７は、制御値算出部１６によって算出された流量Ｖｔをポンプ５に設定するための制御指示をポンプ５に送信する。制御値設定部１７は、例えば流量Ｖｔに対応する周波数を設定するための電流値をポンプ５に送信してもよい。
　制御値設定部１７は、部屋２０の室内目標温度を制御対象システム２に設定する。部屋２０の室内目標温度は、使用者によって運転制御装置１に設定される。制御値設定部１７は、例えば冷凍機４の制御部に設定値を書き込み、ポンプ５のインバータの外部制御端子に室内目標温度に応じた電流のアナログ信号を送信することによって、制御を行う。制御値設定部１７は、部屋２０の室内目標湿度を制御対象システム２に設定してもよい。部屋２０の室内目標湿度は、使用者によって運転制御装置１に設定される。この場合も室内目標温度と同様に、制御値設定部１７は、制御対象システム２の制御対象機器に室内目標湿度に応じた設定を行う。
　次に、上述の構成を有する運転制御装置１における運転制御方法について説明する。図５は、運転制御装置１の運転制御方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
　図５に示されるように、まず、環境情報収集部１１は、制御対象システム２に設けられたセンサ等によって取得された環境情報を、各環境情報が取得された時間を示す時間情報とともに受信する。そして、環境情報収集部１１は、受信した環境情報を時間情報に対応付けて環境情報記憶部１２に格納する（収集ステップＳ１１）。
　続いて、モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている各物理モデルを、収集ステップＳ１１において環境情報収集部１１によって収集された環境情報に基づいて更新する（モデル更新ステップＳ１２）。具体的には、モデル更新部１４は、環境情報記憶部１２に記憶されている環境情報のうち、更新を行う時刻以前に取得された環境情報の一部または全部を用いて、モデル記憶部１３に記憶されている物理モデルのパラメータの値を推定する。そして、モデル更新部１４は、推定したパラメータの値で物理モデルのパラメータを更新することによって、物理モデルを更新する。モデル更新部１４は、例えば統計学を利用し、条件付き最小二乗法を適用することによりパラメータの値の推定を行う。
　続いて、消費電力システム構築部１５は、モデル更新ステップＳ１２においてモデル更新部１４によって更新された物理モデルを用いて、制御対象システム２の構成に応じた消費電力システムを構築する（消費電力システム構築ステップＳ１３）。消費電力システム構築部１５は、例えば式（２６）のような制約付きラグランジアンシステムを構築する。
　続いて、制御値算出部１６は、消費電力システム構築ステップＳ１３において消費電力システム構築部１５によって構築された消費電力システムを用いて、制御対象システム２の制御対象機器の制御値を算出する（算出ステップＳ１４）。制御値算出部１６は、例えば、上述の第１の解法または第２の解法を用いて、制御対象システム２の稼働終了時刻までの消費電力の総和が最小になるように、動的に制御値を算出する。この例では、制御値算出部１６は、時刻ｔにおける冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び流量Ｖｔの最適値を算出する。
　続いて、制御値設定部１７は、算出ステップＳ１４において制御値算出部１６によって算出された制御値を制御対象システム２の制御対象機器に設定する（設定ステップＳ１５）。この例では、制御値設定部１７は、算出ステップＳ１４において制御値算出部１６によって算出された冷凍水出口温度Ｉｗｏｔを冷凍機４に設定するための制御指示を送信する。また、制御値設定部１７は、算出ステップＳ１４において制御値算出部１６によって算出された流量Ｖｔをポンプ５に設定するための制御指示をポンプ５に送信する。
　そして、運転制御装置１による運転制御方法の一連の処理が終了される。なお、図５のフローチャートでは、収集ステップＳ１１～設定ステップＳ１５は、その順に一連の処理として行われているが、これに限定されない。例えば、収集ステップＳ１１は、周期Ｔ１（例えば１秒程度）で定期的に行われてもよい。また、モデル更新ステップＳ１２は、周期Ｔ２で定期的に行われてもよい。また、消費電力システム構築ステップＳ１３、算出ステップＳ１４及び設定ステップＳ１５は、一連の処理として、周期Ｔ３で定期的に行われてもよい。このように、収集ステップＳ１１と、モデル更新ステップＳ１２と、消費電力システム構築ステップＳ１３～設定ステップＳ１５と、はそれぞれが独立して行われてもよい。
　以上のように、運転制御装置１では、制御対象システム２に含まれる制御対象機器の種類ごとに消費電力モデルが準備され、各消費電力モデルは環境情報に基づいて更新される。そして、制御対象システム２の構成に応じて、消費電力モデルから消費電力システムが構築される。このため、制御対象機器の追加または削除が生じたとしても、消費電力モデルを作成し直す必要がなく、変更後の制御対象システム２に含まれる制御対象機器の消費電力モデルを用いて消費電力システムを構築できる。従って、制御対象システム２の構成変化に応じた消費電力システムの再構築を容易化することができる。
　また、運転制御装置１では、消費電力システムを用いて、制御対象システム２の稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように制御対象機器の制御値が算出され、制御値が制御対象機器に設定される。このため、ある時点での消費電力だけでなく、制御対象システム２の稼働終了までの総消費電力を最小化できる。その結果、消費電力の低減が可能となる。
　また、運転制御装置１では、消費電力システムは制約モデルを含むラグランジアンシステムである。また、制約モデルは熱量変化モデルを含んでいる。このため、制約モデルで規定される条件、つまり熱量変化モデルで規定される熱量変化の条件を満たしつつ、消費電力を低減することが可能となる。
　なお、本発明に係る運転制御装置及び運転制御方法は上記実施形態に限定されない。例えば、制御対象システム２は、１または複数の空気調和機（Air Handling Unit：ＡＨＵ）等の末端設備をさらに備えていてもよい。この場合、空気調和機の消費電力モデルを予めモデル記憶部１３に記憶しておき、モデル更新部１４は、空気調和機の消費電力モデルを更新する。また、消費電力システム構築部１５は、空気調和機の消費電力モデルを含む消費電力システムを構築する。
　また、制御対象システム２は、２以上の空調機６を備えていてもよい。この場合、消費電力システム構築部１５は、空調機６の数に応じた消費電力モデルを含む消費電力システムを構築する。
　また、上記実施形態では、空調機６は一定速度で動作し、空調機６の入力電力ＦＡｔは時間によらず一定であるが、これに限られない。例えば、空調機６はインバータを備え、運転制御装置１による風量の制御が可能な構成であってもよい。この場合、空調機６の入力電力ＦＡｔは時間変動するモデルであってもよく、モデル更新部１４は、空調機６の消費電力モデルを更新してもよい。そして、制御値算出部１６は、冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び流量Ｖｔに加えて、空調機６の風量を制御値として算出してもよい。また、制御値設定部１７は、制御値算出部１６によって算出された風量を設定するための制御指示を空調機６に送信してもよい。
　また、空調機６はスイッチを備え、運転制御装置１による空調機６のオンオフ制御が可能な構成であってもよい。この場合、空調機６の入力電力ＦＡｔは時間変動するモデルであってもよく、モデル更新部１４は、空調機６の消費電力モデルを更新してもよい。そして、制御値算出部１６は、冷凍水出口温度Ｉｗｏｔ及び流量Ｖｔに加えて、空調機６のオン状態またはオフ状態のいずれかを示す状態値を制御値として算出してもよい。また、制御値設定部１７は、空調機６をオン状態またはオフ状態に設定するための制御指示を空調機６に送信してもよい。
　また、各制御対象機器の物理モデルとして、設備の老朽性を表す時系列の変数をさらに有する物理モデルが用いられてもよい。
　また、モデル更新部１４は、モデル記憶部１３に記憶されている物理モデルの全てのパラメータの値を推定してもよいが、これに限られない。例えば上記実施形態では、モデル更新部１４は、式（１０）と環境情報とを用いてパラメータκ１～κ３の値を推定し、式（２３）と環境情報とを用いてパラメータν０～ν８の値を推定すればよい。
　また、上記実施形態では、管理者が制御対象システム２の構成情報を変更しているが、これに限られない。消費電力システム構築部１５は、制御対象システム２の構成の変更を検出し、変更後の制御対象システム２の構成に応じて制御対象システム２の構成情報を変更してもよい。
　また、上記実施形態では、制約モデルは熱量変化モデルを含んでいるが、これに限られない。制約モデルは、例えば機器性能モデルを含んでいてもよい。機器性能モデルは、制御対象システム２の制御対象機器の性能に関する制約を示すモデルである。この場合、機器性能モデルで規定される機器性能の条件を満たしつつ、消費電力を低減することができる。
　また、ハミルトン方程式（２８）は等号制約方程式であるが、現実に応用する場合には、環境要求の異なる部屋の存在、設備性能の問題等によって等号制約にならないことがある。このため、制御値算出部１６は、非線形計画法を利用して制御値を算出してもよい。具体的に説明すると、制御値算出部１６は、以下の条件式（３８）を満たすように、式（３７）を解いてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000038
　つまり、冷凍水出口温度Ｉｗｏｔは、すべての時刻において、冷凍機４の性能によって決められている最低冷凍水出口温度Ｉｗｏｍｉｎ以上である。また、冷凍機４が冷房状態の場合には、冷凍機４において冷凍水は加熱されないので、すべての時刻において冷凍水出口温度Ｉｗｏｔが冷凍水入口温度Ｉｗｉｔよりも大きくなることはない。制御値算出部１６は、例えば、上記実施形態と同様に式（３７）を変形し、縁付きヘッセ行列を用いて制御値を算出してもよい。
　本実施形態によれば、制御対象システムの構成変化に柔軟に対応するとともに、消費電力のさらなる低減が可能な運転制御装置及び運転制御方法を提供できる。
　１…運転制御装置、２…制御対象システム、４…冷凍機（制御対象機器）、５…ポンプ（制御対象機器）、６…空調機（制御対象機器）、１４…モデル更新部、１５…消費電力システム構築部、１６…制御値算出部（算出部）、１７…制御値設定部（設定部）、Ｉｗｏｔ…冷凍水出口温度（制御値）、Ｓ１２…モデル更新ステップ、Ｓ１３…消費電力システム構築ステップ、Ｓ１４…算出ステップ、Ｓ１５…設定ステップ、Ｖｔ…流量（制御値）。

Claims (6)

  1. 　空調システムである制御対象システムに含まれる制御対象機器の種類ごとに準備された消費電力モデルを、収集された環境情報に基づいて更新するモデル更新部と、
    　前記制御対象システムの構成に応じて、前記モデル更新部によって更新された消費電力モデルから消費電力システムを構築する消費電力システム構築部と、
    　前記消費電力システム構築部によって構築された前記消費電力システムを用いて、前記制御対象システムの稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように前記制御対象機器の制御値を算出する算出部と、
    　前記算出部によって算出された制御値を前記制御対象機器に設定する設定部と、
    を備える運転制御装置。
  2. 　前記消費電力システムは、前記制御対象システムにおける制約を示すモデルである制約モデルを含むラグランジアンシステムである、
    請求項１に記載の運転制御装置。
  3. 　前記制約モデルは、前記制御対象システムによる空調対象の熱量変化に関する制約を示すモデルである熱量変化モデルを含む、
    請求項２に記載の運転制御装置。
  4. 　前記制約モデルは、前記制御対象機器の性能に関する制約を示すモデルである機器性能モデルを含む、
    請求項２または請求項３に記載の運転制御装置。
  5. 　前記算出部は、前記制御対象システムの稼働開始時刻から稼働終了時刻までの消費電力が最小になるように、動的に前記制御値を算出する、
    請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の運転制御装置。
  6. 　空調システムである制御対象システムに含まれる制御対象機器の種類ごとに準備された消費電力モデルを、収集された環境情報に基づいて更新するモデル更新ステップと、
    　前記制御対象システムの構成に応じて、前記モデル更新ステップにおいて更新された消費電力モデルから消費電力システムを構築する消費電力システム構築ステップと、
    　前記消費電力システム構築ステップにおいて構築された前記消費電力システムを用いて、前記制御対象システムの稼働終了時刻までの消費電力が最小となるように前記制御対象機器の制御値を算出する算出ステップと、
    　前記算出ステップにおいて算出された制御値を前記制御対象機器に設定する設定ステップと、
    を備える運転制御方法。
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