(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転制御装置及び運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０７９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
本発明は、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る運転制御装置は、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。
【０００８】
本発明の別の側面に係る運転制御方法は、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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２】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３】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４】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５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【数１】
0005495148.tif 000002
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【数２】
0005495148.tif 000003
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【数３】
0005495148.tif 000004
【００４５】
式（３）を整理することにより、以下の式（４）が得られる。
【数４】
0005495148.tif 000005
【００４６】
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。
【数５】
0005495148.tif 000006
【００４７】
式（５）を書き換えることによって、以下の式（６）が得られる。
【数６】
0005495148.tif 000007
【００４８】
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。
【数７】
0005495148.tif 000008
【００４９】
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。
【数８】
0005495148.tif 000009
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【数９】
0005495148.tif 000010
【００５３】
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。
【数１０】
0005495148.tif 000011
【００５４】
（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。
【数１１】
0005495148.tif 000012
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【数１２】
0005495148.tif 000013
【００５７】
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。
【数１３】
0005495148.tif 000014
【００５８】
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。
【数１４】
0005495148.tif 000015
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【数１５】
0005495148.tif 000016
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【数１６】
0005495148.tif 000017
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【数１７】
0005495148.tif 000018
【００６８】
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。
【数１８】
0005495148.tif 000019
【００６９】
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。
【数１９】
0005495148.tif 000020
【００７０】
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。
【数２０】
0005495148.tif 000021
【００７１】
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。
【数２１】
0005495148.tif 000022
【００７２】
式（２１）を変形することによって、以下の式（２２）が得られる。
【数２２】
0005495148.tif 000023
【００７３】
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。
【数２３】
0005495148.tif 000024
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【数２４】
0005495148.tif 000025
【００８１】
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。
【数２５】
0005495148.tif 000026
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【数２６】
0005495148.tif 000027
【００８４】
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。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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
式（２６）を変形することによって、以下の式（２７）が得られる。
【数２７】
0005495148.tif 000028
【００８８】
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。
【数２８】
0005495148.tif 000029
【００８９】
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。
【数２９】
0005495148.tif 000030
【数３０】
0005495148.tif 000031
【００９０】
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。
【００９１】
（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。
【数３１】
0005495148.tif 000032
【００９２】
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。
【数３２】
0005495148.tif 000033
【数３３】
0005495148.tif 000034
【００９３】
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。
【数３４】
0005495148.tif 000035
【００９４】
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。
【００９５】
（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。
【００９６】
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。
【数３５】
0005495148.tif 000036
【００９７】
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。
【数３６】
0005495148.tif 000037
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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）。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【数３７】
0005495148.tif 000038
【数３８】
0005495148.tif 000039
【０１２０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
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。
【符号の説明】
【０１２２】
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）。
【要約】
【課題】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、消費電力を低減する。
【解決手段】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。
【選択図】図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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