(57)【要約】【課題】本発明の一実施形態は、発電機の運転計画の作成にかかる時間を抑える。【解決手段】本発明の一実施形態の運転計画作成装置は、単位時間における運転状態が示された発電機の運転計画を作成する装置であって、時間枠算出部と、運転計画候補算出部と、係数算出部と、運転計画作成部と、を備える。時間枠算出部は、連続した複数の前記単位時間により構成された時間枠を算出する。運転計画候補算出部は、前記時間枠における前記発電機の複数の運転計画候補を算出する。係数算出部は、前記時間枠における前記発電機の運転計画の初期解に基づき、前記運転計画候補に対応する係数を算出する。運転計画作成部は、前記係数が少なくとも目的関数または制約条件に用いられた最適化問題を解くことにより、前記時間枠における前記複数の運転計画候補のうちの一つを前記時間枠における前記発電機の運転計画とする。【選択図】図１
2018073118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位時間における運転状態が示された発電機の運転計画を作成する運転計画作成装置であって、
連続した複数の前記単位時間により構成された時間枠を算出する時間枠算出部と、
前記時間枠における前記発電機の複数の運転計画候補を算出する運転計画候補算出部と、
前記時間枠における前記発電機の運転計画の初期解に基づき、前記運転計画候補に対応する係数を算出する係数算出部と、
前記係数が少なくとも目的関数または制約条件に用いられた最適化問題を解くことにより、前記時間枠における前記複数の運転計画候補のうちの一つを前記時間枠における前記発電機の運転計画とする運転計画作成部と、
を備える運転計画作成装置。
【請求項２】
前記時間枠算出部が、複数の前記時間枠を算出し、
前記運転計画作成部が、前記時間枠ごとに前記運転計画候補を一つずつ組み合わせた組み合わせのうち、最適と判断される組み合わせを算出することにより、前記発電機の運転計画を作成する
請求項１に記載の運転計画作成装置。
【請求項３】
前記係数が、前記初期解における前記単位時間ごとの運転状態と、前記運転計画候補における前記単位時間ごとの運転状態とが相違する数に基づき、決定される
請求項１または２に記載の運転計画作成装置。
【請求項４】
前記目的関数が、前記発電機または前記発電機を含むグループの運転コストを最小にするものである
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の運転計画作成装置。
【請求項５】
前記制約条件のうちの一部に基づき、前記初期解を算出する初期解算出部
をさらに備える請求項１ないし４のいずれか一項に記載の運転計画作成装置。
【請求項６】
単位時間における運転状態が示された発電機の運転計画を作成する運転計画作成方法であって、
連続した複数の前記単位時間により構成された時間枠を算出する時間枠算出ステップと、
前記時間枠における前記発電機の複数の運転計画候補を算出する運転計画候補算出ステップと、
前記時間枠における前記発電機の運転計画の初期解に基づき、前記運転計画候補に対応する係数を算出する係数算出ステップと、
前記係数が少なくとも目的関数または制約条件に用いられた最適化問題を解くことにより、前記時間枠における前記複数の運転計画候補のうちの一つを前記時間枠における前記発電機の運転計画とする運転計画作成ステップと、
を備える運転計画作成方法。
【請求項７】
単位時間における運転状態が示された発電機の運転計画を作成するためのプログラムであって、
連続した複数の前記単位時間により構成された時間枠を算出する時間枠算出ステップと、
前記時間枠における前記発電機の複数の運転計画候補を算出する運転計画候補算出ステップと、
前記時間枠における前記発電機の運転計画の初期解に基づき、前記運転計画候補に対応する係数を算出する係数算出ステップと、
前記係数が少なくとも目的関数または制約条件に用いられた最適化問題を解くことにより、前記時間枠における前記複数の運転計画候補のうちの一つを前記時間枠における前記発電機の運転計画とする運転計画作成ステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、運転計画作成装置、運転計画作成方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般電気事業者の発電部門等にとって、発電機の運転計画を立てることは重要な業務の１つである。予測された電力需要を満たしつつ、運転させる発電機をなるべく少なくするような運転計画を作成することができれば、発電機の運転に係るコストを削減することができる。
【０００３】
しかし、発電機の運転には、電力需要の他にも多くの制約が課せられる。例えば、期間が月単位の中長期の運転計画を作成する場合、複数の発電機が使用する燃料等を保管する基地の在庫等も制約となる。制約の数が多いほど、運転計画を算出する処理の負荷は高くなり、運転計画の作成までに時間がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８８１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態は、発電機の運転計画の作成にかかる時間を抑える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態の運転計画作成装置は、単位時間における運転状態が示された発電機の運転計画を作成する装置であって、時間枠算出部と、運転計画候補算出部と、係数算出部と、運転計画作成部と、を備える。時間枠算出部は、連続した複数の前記単位時間により構成された時間枠を算出する。運転計画候補算出部は、前記時間枠における前記発電機の複数の運転計画候補を算出する。係数算出部は、前記時間枠における前記発電機の運転計画の初期解に基づき、前記運転計画候補に対応する係数を算出する。運転計画作成部は、前記係数が少なくとも目的関数または制約条件に用いられた最適化問題を解くことにより、前記時間枠における前記複数の運転計画候補のうちの一つを前記時間枠における前記発電機の運転計画とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る運転計画作成装置の概略構成の一例を示すブロック図。
【図２】運転計画候補を説明する図。
【図３】本実施形態に係る運転計画作成装置の全体処理の概略フローチャートの一例を示す図。
【図４】本実施形態に係る運転計画作成装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（本発明の一実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る運転計画作成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示された運転計画作成装置１は、記憶部（取得部）１１と、初期解算出部１２と、時間枠算出部１３と、運転計画候補算出部１４と、係数算出部１５と、運転計画作成部１６と、を備える。
【００１０】
運転計画作成装置１は、予測される電力需要などの制約条件（制約式）と、所定の目的を表す目的関数とに基づき、発電機の運転計画を作成する。作成された運転計画には、制約条件を満たしつつ、所定の目的を達成することができるように、単位時間における発電機の運転状態が示される。
【００１１】
単位時間は、運転計画における最小の時間単位（期間）である。単位時間内において、各発電機の運転状態は一意に定められ、変化しないとする。ゆえに、単位時間内において、発電機または複数の発電機を含む１つのグループによる発電量は一定になる。したがって、例えば、３０分同時同量を考慮する場合は、単位時間を３０分と定めてもよい。このように、単位時間は、発電量を計る期間に基づいて定めてもよい。
【００１２】
発電機の運転状態は、電力を出力する「運転（ＯＮ）」と、電力を出力しない「停止（ＯＦＦ）」の２種類を想定して説明する。なお、運転でも停止でもない運転状態があってもよい。例えば、運転を、発電機の最大出力電力を出力する「通常運転」と、発電機の最大出力電力の数十％を出力する「試運転」とに区別することにより、運転状態の種類が３つ以上設けられてもよい。逆に、電力を出力してはいるが発電機の最大出力電力を出力しない運転状態は、「停止」とみなしてしまってもよい。例えば、第1の発電機が起動してから最大出力電力を出力可能になるまでは停止とみなし、計算上、第1の発電機の発電量は全発電機の発電量に加えないとしてもよい。
【００１３】
所定の目的は、任意に定めてよい。例えば、発電機または発電機を含むグループの運転に係る費用を示す運転コストを小さくすることを目的としてもよい。運転コストを所定の目標値に近づけることを目的としてもよい。所定の目標値も任意に定めてよい。
【００１４】
運転計画の作成において課される制約条件には、発電機単体に係る制約条件（ユニット制約条件）が含まれていてもよい。複数の発電機を含む１つのグループに係る制約条件（グループ制約条件）が含まれていてもよい。ユニット制約条件は、発電機の停止時間、起動停止カーブといった発電機個別の運転に関する制約条件を示す。グループ制約条件は、グループ全体での入出力に関する制約条件を示す。例えば、グループ全体での発電量、グループ全体での燃料使用量といったものが考えられる。
【００１５】
グループは予め決められているものとする。例えば、計画作成の対象とする発電機全てを１つのグループとしてもよい。同一のガス基地からガスが提供される発電機を１つのグループとしてもよい。または、特定地域に電力を供給する発電機を１つのグループとしてもよい。また、１つの発電機が複数のグループに所属してもよい。
【００１６】
なお、本実施形態では、運転計画作成装置１は、複数の発電機にまたがる運転計画を作成することを想定するが、１台の発電機の運転計画を作成してもよい。また、発電機の種類は特に限られるものではない。火力、水力、原子力の発電機でもよい。風力、太陽光、地熱、バイオマス等の自然エネルギーによる発電機でもよい。水素発電などの発電機でもよい。また、各発電機の種類は、同じでも異なっていてもよい。
【００１７】
作成される運転計画の全体の期間の長さは、特に限られるものではない。時間または日単位でもよいし、月単位ほどの中長期でもよい。なお、時間または日単位の運転計画を作成する場合よりも、月単位の運転計画を作成する場合のほうが、課せられる制約条件の数は多くなるため、運転計画の作成までの時間が長くなる。しかし、本実施形態の運転計画作成装置１は、中長期の運転計画であっても、運転計画の作成までにかかる時間を抑える。詳細は後述する。
【００１８】
運転計画作成装置１の構成要素について説明する。
記憶部（取得部）１１は、運転計画の作成に用いられる情報をデータとして取得して記憶する。運転計画の作成に用いられる情報には、目的関数に関する情報と、制約条件に関する情報とがある。例えば、運転コストを小さくすることを目的とする場合は、発電機の単位時間当たりの運転コストが記憶部１１に記憶される。また、制約条件に関する情報として、作成される運転計画の期間において予測される電力需要が記憶部１１に記憶される。電力需要は、複数の発電機が賄う電力量であるため、各発電機の単位時間当たりの発電量といった情報も必要となる。ゆえに、発電機の特性を示す情報も記憶部１１に記憶される。以降、発電機の特性を示す情報を、発電機特性と記載する。また、例えば、運転コストを各発電機が使用する燃料等の物品の費用から算出する場合は、当該物品の費用に関する情報も記憶部１１に記憶されてもよい。
【００１９】
なお、運転計画作成装置１は複数の記憶部を有していてもよい。つまり、複数の記憶部により記憶部１１が構成されていてもよい。例えば、運転計画作成装置１に複数の記憶部が存在し、各記憶部に記憶される情報の種類が異なるようにしてもよい。
【００２０】
記憶部１１に記憶される情報は、ユーザにより予め記憶部１１に記憶されていてもよいし、運転計画作成装置１が外部の装置またはシステムから取得することにより記憶されてもよい。図１の例のように、運転計画作成装置１は、電力需要予測システム２から電力需要を取得し、発電機特性取得システム３から発電機特性を取得し、入出力インタフェース４から入力情報を取得してもよい。入力情報はユーザ等が入力する情報である。入力情報は、目的関数および制約条件に関する情報のうち、運転計画が作成される期間内において値が変動するような情報が想定される。例えば、発電機の保守期間、燃料の費用などが考えられる。
【００２１】
なお、図１の例のように、外部の装置またはシステムから情報を取得する場合は、運転計画作成装置１は、外部の装置またはシステムと、通信インタフェースまたはデバイスインタフェースなどにより直接または間接的に接続されて、データの送受が可能とする。ＩＰアドレス等のデータの送受に必要な情報は、記憶部１１に予め記憶されているものとする。
【００２２】
また、記憶部１１は、運転計画作成装置１の各構成要素の処理による結果を取得し記憶してもよい。例えば、記憶部１１は作成された運転計画を記憶してもよい。また、記憶部１１に記憶された情報は入出力インタフェース４に出力されてもよいし、外部の装置またはシステムに送られてもよい。
【００２３】
初期解算出部１２は、運転計画の初期解を算出する。運転計画の初期解とは、様々な制約条件全てを考慮するのではなく、それら制約条件の一部に基づき定められた運転計画を意味する。
【００２４】
本実施形態では、制約条件の一部を電力需要とする。つまり、電力需要以外の制約は考慮せずに、電力需要を満たしつつ運転コストが最も小さくなる運転計画を初期解とする。その場合、例えば、初期解算出部１２は、各単位時間において、各単位時間における電力需要を満たすまで、運転コストの低い順にＯＮにする（運転させる）発電機を決定することにより、初期解が算出されてもよい。また、考慮する制約条件のうちの一部が用いられた最適化問題を解くことにより、初期解が算出されてもよい。
【００２５】
時間枠算出部１３は、1つ以上の時間枠を算出する。時間枠は、運転計画が作成される期間の一部であり、連続した複数の単位時間により構成される。作成される運転計画は、各時間枠における運転計画の集合となる。時間枠の長さは単位時間の整数倍となる。例えば、単位時間が３０分であれば、時間枠は３００分、７２０分といった３０分の整数倍の時間となる。
【００２６】
時間枠の長さは、単位時間の整数倍であれば、運転計画作成装置１の処理負荷などを考慮して任意に定められてよい。時間枠の長さは、各時間枠において同じでも異なっていてもよい。例えば、各時間枠の長さが３００分で統一されていてもよいし、第１の時間枠の長さは３００分とするが第２の時間枠の長さは７２０分としてもよい。
【００２７】
時間枠は、電力需要に基づいて定められてもよい。なお、電力需要の値の範囲に基づいて定められてもよいし、電力需要のグラフの形状等に基づいて定められてもよい。グラフの形状の場合は、例えば、電力需要のグラフが極大となる時点と、電力需要のグラフが極小となる時点との間の期間を時間枠と定めてもよい。
【００２８】
運転計画候補算出部１４は、各時間枠において、各発電機の複数の運転計画候補を算出する。図２は、運転計画候補を説明する図である。図２の上部に時間枠が示されている。図２の時間枠は１０個の単位時間から構成されている。前述のとおり、時間枠内の単位時間ごとに、各発電機の運転状態が決定される。
【００２９】
図２の中部に、当該時間枠における、ユニットｕと示された発電機の運転計画の初期解が示されている。時間枠内の黒塗りの単位時間は、ユニットｕの運転状態がＯＮを示す。時間枠内の白塗りの単位時間は、ユニットｕの運転状態がＯＦＦを示す。
【００３０】
図２の中部から下部に、運転計画候補算出部１４が算出した運転計画候補が示されている。運転計画候補は、同じ時間枠のいくつかの単位時間における運転状態を変えて算出される。図２のように、各運転計画候補は、同じ時間枠の他の運転計画候補と比較して、単位時間の運転状態のいずれかが異なる。
【００３１】
作成される運転計画候補の数は、運転計画作成装置１の処理負荷などを考慮して任意に定められてよい。つまり、作成可能な運転計画候補全てを作成する必要はない。
【００３２】
係数算出部１５は、初期解に基づき、運転計画候補に対応する係数を算出する。係数算出部１５により算出される係数を最適化用係数と記載する。最適化用係数は、初期解と運転計画候補との相違を示す。例えば、初期解における単位時間ごとの運転状態と、運転計画候補における単位時間ごとの運転状態とが相違する数に基づき、最適化用係数を算出してもよい。発電機の運転状態が２種類の場合、係数算出部１５は、ユニットｕにおける最適化用係数を次式にて算出することができる。
【数１】
2018073118.tif 000003
【００３３】
ｆｍ→ｎ（ｍとｎは運転状態を示す整数）は、ある時間枠において、初期解では運転状態がｍであるが、運転計画候補では運転状態がｎである単位時間の数を示す。ｆ１→０は、初期解では運転状態が「運転」ではあるが、運転計画候補では「停止」である単位時間の数を示す。ｆ０→１は、初期解では運転状態が「停止」ではあるが、運転計画候補では「運転」である単位時間の数を示す。
【００３４】
αｕおよびβｕは、ユニットｕに対応する正の定数を示す。αｕおよびβｕは発電機特性に含まれ記憶部１１に記憶されていてもよいし、係数算出部１５により算出されてもよい。例えば、αｕおよびβｕは、ユニットｕの運転コストをユニットｕの出力電力値で除算した値としてもよい。
【００３５】
Ｍは、時間枠に対応する定数を示す。Ｍは、対応する時間枠が含む単位時間の数以上とする。例えば、時間枠が５つの単位時間を含む場合は、Ｍ≧５とする。Ｍは、時間枠算出部１３、運転計画候補算出部１４、または係数算出部１５が算出すればよい。このように、初期解と運転計画候補との相違に基づき、最適化用係数が算出される。
【００３６】
なお、数１では、発電機の運転状態が２種類と想定したため、ｆ１→０とｆ０→１の２つが示されている。発電機の運転状態が３種類以上の場合は、ｆ１→０とｆ０→１以外のｆｍ→ｎがあってもよい。
【００３７】
なお、数１では、ｆ１→０の数が多いほど最適化用係数が小さくなり、ｆ０→１の数が多いほど最適化用係数が大きくなるように定めている。これは、運転コストを小さくするという目的から、停止の発電機が多くなるように、発電機の運転状態が運転である単位時間が初期解よりも多い運転計画候補が選択されにくくするためである。このように、最適化用係数は、目的に合う運転計画候補が選択されやすくなるように定められる。
【００３８】
なお、係数算出部１５は、所定の条件に基づき、作成された最適化用係数を変更してもよい。例えば、初期解と同じ運転計画候補が存在する場合は、初期解と同じ運転計画候補が選択されるように、初期解と同じ運転計画候補に対する最適化用係数の値を変更してもよい。例えば、初期解と同じ運転計画候補に対する最適化用係数の値を負の無限大（−∞）にしてもよい。
【００３９】
図２の各運転計画候補の右側に示された式は、図２に示された初期解に基づき係数算出部１５により算出された、各運転計画候補に対応する最適化用係数を示す。上から１番目の運転計画候補では、単位時間の運転状態が全てＯＦＦのため、ｆ０→１が０となり、当該運転計画候補の最適化用係数は−αｕ（Ｍ-ｆ１→０）となる。上から３番目以降の運転計画候補は、ｆ１→０が０となり、各運転計画候補の最適化用係数はβｕｆ０→１となる。なお、各運転計画候補におけるｆ０→１の値は異なる。上から２番目の運転計画候補は、初期解と同じであるため、当該運転計画候補の最適化用係数は−∞とされている。
【００４０】
運転計画作成部１６は、与えられた目的関数および制約条件による最適化問題を解くことにより、各時間枠において、複数の運転計画候補のうちの１つを適切と判断し、適切と判断された運転計画候補を当該時間枠における運転計画とする。各時間枠において運転計画が定まることにより、発電機の運転計画が作成される。具体的には、各発電機の各時間枠ごとに運転計画候補を一つずつ組み合わせた組み合わせのうち、最適と判断される組み合わせを、各組み合わせにおける目的関数の値に基づき算出する。そして、最適と判断された組み合わせに含まれる各運転計画候補が、各発電機の各時間枠における運転計画とする。例えば、運転コストを小さくするという目的であれば、運転コストに関する目的関数の値が最も小さくなる組み合わせが最適と判断される。
【００４１】
次式は、目的関数と制約条件の一例を示す式である。
【数２】
2018073118.tif 000004
【００４２】
数２の式（１）は、目的関数を示す。当該目的関数は、複数の発電機の運転コストの総和を小さくすることを目的とすることを意味する。ｕ∈ＵのＵは発電機（ユニット）の集合を示し、ｕはＵに含まれる１つのユニットを示す。ｂ∈ＢのＢはバケット（時間枠）の集合を示し、ｂはＢに含まれる１つのバケットを示す。ｓ∈ＳｕｂのＳｕｂは、ユニットｕのバケットｂの運転計画候補の集合を示し、ｓはＳｕｂに含まれる１つの運転計画候補を示す。ｃｕｂｓは、ユニットｕのバケットｂの運転計画候補がｓである場合における運転コストを示す。但し、本実施形態では、ｃｕｂｓに最適化用係数が用いられる。つまり、ｃｕｂｓは運転コストの絶対値ではなく、初期解における運転コストの相対値で表される。ｙｕｂｓは、ユニットｕのバケットｂの運転計画候補がｓである場合に対応する値を示す。
【００４３】
式（２）から式（５）は、制約条件を示す。制約条件は、単位時間あたりの制約条件でもよいし、複数の時間枠にまたがる制約条件でもよい。また、ユニット制約条件が含まれていてもよいし、グループ制約条件が含まれていてもよい。
【００４４】
式（２）は、ｙｕｂｓが取り得る値が０または１であることを示す制約条件である。つまり、ｙｕｂｓは二値変数となる。ここでは、ｙｕｂｓは、ユニットｕのバケットｂの運転計画候補ｓを運転計画とするかしないかを表すものとする。運転計画候補ｓをユニットｕのバケットｂの運転計画とする場合はｙｕｂｓが１となり、運転計画としない場合はｙｕｂｓが０となるとする。ゆえに、目的関数において、運転計画とする運転計画候補での運転コストだけが加算される。
【００４５】
なお、運転状態が停止のときは運転コストがかからないと想定してもよいし、運転状態が停止であっても運用、管理等によりコストがかかるため運転コストがかかるとしてもよい。
【００４６】
式（３）は、ｙｕｂｓの総和が１になることを示す制約条件である。上述のように、ｙｕｂｓは０と１の２値であるため、ｙｕｂｓが１となる運転計画候補は、１つであることを示す。式（４）は、電力需要に関する制約条件であり、メッシュ（単位時間）における全発電機による発電量の総和が、そのメッシュにて要求される電力需要以上であることを示す。ｍ∈ＭのＭはメッシュの集合を示し、ｍはＭに含まれる１つのメッシュを示す。Ｂｕｃｋｅｔ（ｍ）は、メッシュｍが属するバケットｂを返す関数である。ｄｕｂｓｍは、ユニットｕのバケットｂの運転計画候補がｓの場合におけるメッシュｍにおいて出力されると想定される出力電力値（仮出力値）を示す。Ｄｅｍ（ｍ）は、メッシュｍにおいて要求される電力需要を示す。
【００４７】
式（５）は、ユニットｕの２つのバケットにおける運転計画候補の組み合わせが、違反とされている組み合わせにはならないことを示す制約条件である。Ｖｉｏｌａｔｉｏｎ（ｕ，ｂ）は、ユニットｕのバケットｂにおいて、メッシュつなぎ制約違反、停止時間違反、同時起動制限といった違反とされる運転計画候補の集合の組み合わせを返す関数である。違反とされる運転計画候補の集合の組み合わせが（Ｖ、Ｋ）と表されている。例えば、バケットｂにおける最後のメッシュが電力を出力していない運転状態であるのに、次のバケットｂ+１における最初のメッシュにおいて定常出力の運転状態である運転計画候補の組み合わせは、違反とされてもよい。また、例えば、バケットｂにおける最後のメッシュの運転状態が運転であり、次のバケットｂ+１における最初のメッシュの運転状態が停止である場合に、所定の停止時間を満たさないとして違反としてもよい。
【００４８】
なお、上記では、最適化用係数が目的関数に用いられたが、最適化用係数は制約条件に用いられてもよい。例えば、目的を余剰電力（グループ全体での発電量とグループ全体に要求される電力需要との差）を小さくするとし、運転コストを所定範囲に収めるという制約条件とする場合、最適化用係数は制約条件に用いられる。
【００４９】
このように、運転計画作成部１６が、最適化用係数が少なくとも目的関数または制約条件に用いられた最適化問題を解くことにより、各時間枠における複数の運転計画候補のうちの一つが各時間枠における発電機の運転計画となる。最適化問題は、汎用ソルバ等により処理することができる。ゆえに、運転計画作成部１６は、公知のソルバを用いて実現することができる。
【００５０】
多数の制約条件を有し、多数の単位時間それぞれに対する運転状態を決定する最適化問題を解こうとすると、ソルバの負荷が高くなり、運転計画が作成されるまでの時間が長くなる。しかし、本実施形態では、制約条件の一部を考慮して算出された初期解を用いて、単位時間をまとめた時間枠それぞれに対する運転計画候補を決定する最適化問題とすることにより、運転計画作成部１６の負荷を抑え、発電機の運転計画の作成にかかる時間が抑えられる。
【００５１】
なお、運転コストは、発電機の運転にかかる費用であればよく、発電機の運転に必要な物品、人、またはサービスに係る費用が含まれてもよい。発電機の運転に必要な物品は、燃料等の発電気の動力源でもよいし、動力源以外の冷却水、触媒などでもよい。動力源も特に限られるものではない。例えば、化石燃料、木質燃料、核燃料でもよい。ダム等に蓄えられた揚水でもよい。水素発電で用いられるメチルシクロヘキサンなどの化学物質でもよい。また、発電機を運転させたことにより発生する費用を含めてもよい。例えば、発電により生じる排気ガスに含まれる化学物質を除去するために用いられる石灰石、液体アンモニアに係る費用を含めてもよい。
【００５２】
なお、上記の目的関数は、各発電機の運転コストの総和としたが、一部の特定の発電機の運転コストの総和としてもよい。例えば、特定のグループに所属する発電機を考慮し、所属していない発電機の運転コストを考慮しなくてもよい。また、各発電機の運転コストを単に足し合わせるのではなく、例えば、各発電機の運転コストに対し重み係数を乗じてから足し合わせることにより、各発電機の間で軽重を設けてもよい。
【００５３】
数２では、運転コストを小さくすることを目的とした目的関数を示したが、その他のコストに基づく目的関数を作成してもよいし、複数のコストを考慮した目的関数を作成してもよい。次式は、目的関数と制約条件の他の一例を示す式である。
【数３】
2018073118.tif 000005
数３は、運転コストと逸脱コストの総和を最小とする目的関数を示す。ｅ∈ＥのＥは基地の集合を示し、eはＥに含まれる１つの基地を示す。ｐｅｍは連続変数であり、メッシュｍの基地ｅに保管された在庫の目標値と、運転計画を実行した場合の在庫の予測値との逸脱量を示す。ａｅｍは逸脱量に係る係数を示す。
【００５４】
逸脱量は、予め設定された目標値と、運転計画を実行した場合の予測値との差を示すものであればよい。数３では、メッシュｍの基地ｅに保管された在庫の逸脱量としたが、例えば、燃料の消費目標と、運転計画による燃料の消費量との差分でもよい。逸脱コストは、当該目標値と当該予測値との逸脱している度合を示す。上記では、逸脱量ｐｅｍに対して、逸脱量ｐｅｍに対応するａｅｍを乗じた量を、逸脱コストとしている。
【００５５】
逸脱コストの算出方法は、上記に限られるものではなく、任意に定めてよい。例えば、逸脱量を変数とするポテンシャル関数を予め定めておき、ポテンシャル関数により算出された値としてもよい。ポテンシャル関数も任意に定めてよく、例えば、燃料消費量が燃料基地在庫制約の上下限値に近づく程、逸脱コストが急激に増加するような３次関数、指数関数などにしてもよい。
【００５６】
なお、目的関数が複数のコストに基づく場合は、単に各コストを足し合わせるのではなく、各コストに対し重み係数を乗じることにより、各コストの間で軽重を設けてもよい。
【００５７】
また、制約条件もさらに追加してもよい。例えば、メッシュごとの電力量、運転に必要な物品を貯蔵する基地の基地在庫量、発電機またはグループの燃料使用量、発電機に接続されているガス等の燃料注入管の流量、電力または燃料を供給または使用する需要家の電力または燃料の使用量といったものの値の取り得る範囲、つまり上限および下限を制約条件としてもよい。
このときに使用されるユニットｕにおけるメッシュｍの出力値は、その運転状態が選択された場合には仮出力値を出力するとして、下記の式で算出することができる。
【数４】
2018073118.tif 000006
この出力値を用いて、メッシュごとの電力量、運転に必要な物品を貯蔵する基地の基地在庫量、発電機またはグループの燃料使用量、発電機に接続されているガス等の燃料注入管の流量、電力または燃料を供給または使用する需要家の電力または燃料の使用量が算出可能であるため、その取り得る範囲を制約条件として追加してもよい。
仮出力値を用いた計算では、例えば仮出力値をユニットの最大出力値としていた場合に、実際にはそのユニットの出力はもっと下げられるにもかかわらず、高い出力しか出せないとして計算されてしまい、制約を満たす計算結果が得られないという問題が起きる可能性がある。この問題を防止するには、各ユニット、各バケット、各運転状態、各メッシュにおける最大出力値と最小出力値の２つの値を用いる。例えば、ガス使用量等の上限に係る制約条件には、仮出力が最小出力とした場合で計算された値を用い、下限に係る制約条件には仮出力が最大出力とした場合で計算された値を用いることで、この問題を回避することができる。ユニットｕにおけるメッシュｍの最大出力値は下記の式で計算することができる。
【数５】
2018073118.tif 000007
ユニットｕにおけるメッシュｍの最小出力値は下記の式で計算することができる。
【数６】
2018073118.tif 000008
数５に示された上線付のｄｕｂｓｍは、ユニットｕ、バケットｂ、運転計画候補ｓのメッシュｍにおける最大出力値を表す。数６に示された下線付きのｄｕｂｓｍは、ユニットｕ、バケットｂ、運転計画候補ｓのメッシュｍにおける最小出力値を表す。
【００５８】
次に、各構成要素による処理の流れについて説明する。
図３は、本実施形態に係る運転計画作成装置１の全体処理の概略フローチャートの一例を示す図である。記憶部１１が算出に必要な情報を取得し、記憶する（Ｓ１０１）。必要な情報が記憶された後、初期解算出部１２が記憶部１１に記憶された情報に基づき初期解を算出する（Ｓ１０２）。また、時間枠算出部１３が記憶部１１に記憶された情報に基づき時間枠を算出（Ｓ１０３）し、運転計画候補算出部１４が各ユニットにおける各時間枠での運転計画候補を複数算出する（Ｓ１０４）。
【００５９】
係数算出部１５が、各運転計画候補に対し最適化用係数を算出する（Ｓ１０５）。全ての運転計画候補に対する最適化用係数が算出された後、運転計画作成部１６が各ユニットの時間枠ごとに選択された運転計画候補の組み合わせから、適切な組み合わせを導出し、適切とされた組み合わせに係る運転計画候補を、各ユニットの各時間枠の運転計画として、全体の運転計画を作成する（Ｓ１０６）。
【００６０】
作成された運転計画は記憶部１１に送られ、記憶部１１が取得した運転計画を記憶し（Ｓ１０７）、処理が終了する。
【００６１】
なお、このフローチャートは一例であり、必要とされる処理結果を得ることができれば処理の順序等は限られるものではない。例えば、図３では、Ｓ１０２の処理と、Ｓ１０３およびＳ１０４の処理とは、並列に処理されるように記載されている。しかし、Ｓ１０２の処理が行われた上で、Ｓ１０３とＳ１０４の処理が行われてもよい。また、初期解が初期解算出部１２により算出されるのではなく、ユーザから入力される場合は、Ｓ１０２の処理はない。また、各処理の処理結果は逐次記憶部１１に記憶され、各構成要素は記憶部１１を参照して処理結果を取得してもよい。
【００６２】
以上のように、本実施形態によれば、時間枠ごとの各発電機の運転計画候補を算出し、運転計画候補に対応する最適化用係数を初期解に基づき算出し、最適化用係数を用いて最適化問題を解くことにより、発電機運転計画を作成する。時間枠ごとの運転計画を運転計画候補から選択することにより、多数の制約条件を有する最適化問題であっても処理の負荷を抑え、運転計画の作成までの時間を短縮することができる。
【００６３】
なお、上記の実施形態は一例であり、上記実施形態の構成要素の一部が外部の装置にあってもよい。例えば、上記の実施形態は初期解算出部１２を有していたが、初期解算出部１２が外部の装置にあってもよい。その場合、記憶部１１（取得部）が、初期解を外部の装置から取得し、係数算出部１５に渡してもよい。また、初期解は人が算出した上で、入出力インタフェース４を介して、記憶部１１に記憶されてもよい。
【００６４】
また、計画作成装置１が通信または電気信号によりデータの受け渡しを行うことができる複数の装置から構成されてもよい。言い換えると、計画作成装置１が複数の装置により構成されたシステムであってもよい。例えば、運転計画候補算出部１４までの処理を行う第１の装置と、運転状態を受け取って運転計画を作成する第２の装置とに分かれていてもよい。
【００６５】
また、上記に説明した実施形態における各処理は、ソフトウェア（プログラム）により実現することが可能である。ゆえに、上記に説明した実施形態は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載された中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサにプログラムを実行させることにより、実現することが可能である。
【００６６】
図４は、本実施形態に係る運転計画作成装置１のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。運転計画作成装置１は、プロセッサ５１と、主記憶装置５２と、補助記憶装置５３と、ネットワークインタフェース５４と、デバイスインタフェース５５とを備え、これらがバス５６を介して接続されたコンピュータ装置５として実現できる。また、運転計画作成装置１は、入出力インタフェース４の実現のため、汎用の入力装置および出力装置を備えていてもよい。
【００６７】
本実施形態における運転計画作成装置１は、各装置で実行されるプログラムをコンピュータ装置５に予めインストールすることで実現してもよいし、プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して配布して、コンピュータ装置５に適宜インストールすることで実現してもよい。
【００６８】
プロセッサ５１は、コンピュータの制御装置および演算装置を含む電子回路である。プロセッサ５１は、コンピュータ装置５の内部構成の各装置などから入力されたデータやプログラムに基づいて演算処理を行い、演算結果や制御信号を各装置等に出力する。具体的には、プロセッサ５１は、コンピュータ装置５のＯＳ（オペレーティングシステム）や、アプリケーションなどを実行し、コンピュータ装置５を構成する各装置を制御する。
【００６９】
プロセッサ５１は、上記の処理を行うことができれば特に限られるものではない。プロセッサ５１は、例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシンなどでもよい。また、プロセッサ５１は、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）などでもよい。また、プロセッサ５１は、複数の処理装置から構成されていてもよい。例えば、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサの組み合わせでもよいし、ＤＳＰコアと協働する１つ以上のマイクロプロセッサでもよい。
【００７０】
主記憶装置５２は、プロセッサ５１が実行する命令および各種データ等を記憶する記憶装置であり、主記憶装置５２に記憶された情報がプロセッサ５１により直接読み出される。補助記憶装置５３は、主記憶装置５２以外の記憶装置である。なお、記憶装置は、電子情報を格納可能な任意の電子部品を意味するものとする。主記憶装置５２として、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の一時的な情報の保存に用いられる揮発性メモリが主に用いられるが、本発明の実施形態において、主記憶装置５２がこれらの揮発性メモリに限られるわけではない。主記憶装置５２および補助記憶装置５３として用いられる記憶装置は、揮発性メモリでもよいし、不揮発性メモリでもよい。不揮発性メモリは、プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ等がある。また、補助記憶装置５３として磁気または光学のデータストレージが用いられてもよい。データストレージとしては、ハードディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ等の光ディスク、ＵＳＢ等のフラッシュメモリ、および磁気テープなどが用いられてもよい。
【００７１】
なお、プロセッサ５１が主記憶装置５２または補助記憶装置５３に対して、直接または間接的に、情報を読み出しまたは書き込みまたはこれらの両方を行うならば、記憶装置はプロセッサと電気的に通信すると言うことができる。なお、主記憶装置５２は、プロセッサに統合されていてもよい。この場合も、主記憶装置５２は、プロセッサと電気的に通信していると言うことができる。
【００７２】
ネットワークインタフェース５４は、無線または有線により、通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース５４は、既存の通信規格に適合したものを用いればよい。ここではネットワークインタフェース５４を１つのみ示しているが、複数のネットワークインタフェース５４が搭載されていてもよい。ネットワークインタフェース５４により、通信ネットワーク６を介して通信接続された外部装置７に出力結果などが送信されてもよい。外部装置７は、外部記憶媒体でもよいし、表示装置でもよいし、データベースなどのストレージでもよい。
【００７３】
デバイスインタフェース５５は、出力結果などを記録する外部記憶媒体と接続するＵＳＢなどのインタフェースである。外部記憶媒体は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記録媒体でよい。デバイスインタフェース５５を介して、ストレージなどと接続されていてもよい。
【００７４】
また、コンピュータ装置５の一部または全部、つまり運転計画作成装置１の一部または全部は、プロセッサ５１などを実装している半導体集積回路などの専用の電子回路（すなわちハードウェア）にて構成されてもよい。専用のハードウェアは、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置との組み合わせで構成されてもよい。
【００７５】
なお、図４では、1台のコンピュータ装置が示されているが、ソフトウェアが複数のコンピュータ装置にインストールされてもよい。当該複数のコンピュータ装置それぞれがソフトウェアの異なる一部の処理を実行することにより、処理結果を算出してもよい。
【００７６】
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１  運転計画作成装置
１１  記憶部（取得部）
１２  初期解算出部
１３  時間枠算出部
１４  運転計画候補算出部
１５  係数算出部
１６  運転計画作成部
２  電力需要予測システム
３  発電機特性取得システム
４  入出力インタフェース
５  コンピュータ装置
５１  プロセッサ
５２  主記憶装置
５３  補助記憶装置
５４  ネットワークインタフェース
５５  デバイスインタフェース
５６  バス
６  通信ネットワーク
７  外部装置
【図１】
2018073118.tif 000009
【図２】
2018073118.tif 000010
【図３】
2018073118.tif 000011
【図４】
2018073118.tif 000012