(57)【要約】【課題】複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題を各水運用計画システムがもつ計算資源を用いて高速に解いて各水運用計画システムを運用制御する水運用制御システム等を提供する。【解決手段】複数の水運用計画システムのうち電力の平準化の度合いが相対的に小さい水運用計画システムから処理対象として下記（１）および（２）の処理を行って得られた最適解を、複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題の解として決定する解決定部と、（１）処理対象の水運用計画システムで解かれた最適解に対応する電力時系列情報を次の処理対象の水運用計画システムに送信する、（２）電力時系列情報を目的関数に加えて解かれた最適解を次の処理対象の水運用計画システムから受信する、解決定部で決定された解を用いて水設備を運用するように複数の水運用計画システムの各々に対して指示する指示部とを設けるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク電力を最小化するように目的関数を解いて最適解を求める複数の水運用計画システムと通信可能な水運用制御システムであって、
前記複数の水運用計画システムの各々における電力の平準化の度合いの大小を電力調整指数に基づいて識別し、前記複数の水運用計画システムのうち電力の平準化の度合いが相対的に小さい水運用計画システムから処理対象として下記（１）および（２）の処理を行って得られた最適解を、前記複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題の解として決定する解決定部と、
（１）処理対象の水運用計画システムで解かれた最適解に対応する電力時系列情報を次の処理対象の水運用計画システムに送信する
（２）前記電力時系列情報を目的関数に加えて解かれた最適解を前記次の処理対象の水運用計画システムから受信する
前記解決定部で決定された解を用いて水設備を運用するように前記複数の水運用計画システムの各々に対して指示する指示部と
を備えることを特徴とする水運用制御システム。
【請求項２】
前記複数の水運用計画システムにおける依存関係を加味するための共通の変数を決定変数とし、ピーク電力が最小値となるよう、前記決定変数を探索する決定変数探索部を更に備え、
前記決定変数探索部は、前記決定変数を加えた制約条件において目的関数を解いて最適解を求めるように前記複数の水運用計画システムの各々に対して指示する
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用制御システム。
【請求項３】
前記複数の水運用計画システムの各々が解いた最適解に対応する電力時系列情報に基づいて前記電力調整指数を算出する算出部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用制御システム。
【請求項４】
前記水設備のトータル水需要量とトータル配水池容量とに基づいて前記電力調整指数を算出する算出部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用制御システム。
【請求項５】
前記複数の水運用計画システムの各々が解いた最適解に対応する電力時系列のピーク時刻に基づいて前記電力調整指数を算出する算出部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用制御システム。
【請求項６】
ピーク電力を最小化するように目的関数を解いて最適解を求める複数の水運用計画システムと通信可能な水運用制御システムが実行する水運用制御方法であって、
前記複数の水運用計画システムの各々における電力の平準化の度合いの大小を電力調整指数に基づいて識別し、前記複数の水運用計画システムのうち電力の平準化の度合いが相対的に小さい水運用計画システムから処理対象として下記（１）および（２）の処理を行って得られた最適解を、前記複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題の解として決定する第１ステップと、
（１）処理対象の水運用計画システムで解かれた最適解に対応する電力時系列情報を次の処理対象の水運用計画システムに送信する
（２）前記電力時系列情報を目的関数に加えて解かれた最適解を前記次の処理対象の水運用計画システムから受信する
前記第１ステップで決定された解を用いて水設備を運用するように前記複数の水運用計画システムの各々に対して指示する第２ステップと
を備えることを特徴とする水運用制御方法。
【請求項７】
ピーク電力を最小化するように目的関数を解いて最適解を求める複数の水運用計画システムと通信可能な水運用制御装置であって、
前記複数の水運用計画システムの各々における電力の平準化の度合いの大小を電力調整指数に基づいて識別し、前記複数の水運用計画システムのうち電力の平準化の度合いが相対的に小さい水運用計画システムから処理対象として下記（１）および（２）の処理を行って得られた最適解を、前記複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題の解として決定する解決定部と、
（１）処理対象の水運用計画システムで解かれた最適解に対応する電力時系列情報を次の処理対象の水運用計画システムに送信する
（２）前記電力時系列情報を目的関数に加えて解かれた最適解を前記次の処理対象の水運用計画システムから受信する
前記解決定部で決定された解を用いて水設備を運用するように前記複数の水運用計画システムの各々に対して指示する指示部と
を備えることを特徴とする水運用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水運用制御システム、水運用制御方法、および水運用制御装置に関し、例えば複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題を解いて各水運用計画システムを運用制御する水運用制御システム等に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、需要者の水需要に対して適切に水道施設を運用し、需要者に安定して水を送り届けるため、水道設備の運用計画が立案される。運用計画では、過去の水需要量のデータ、気象情報等を利用して数日先までの水需要が予測され、予測に基づいてポンプ等の送配水設備の運転スケジュールが策定されている。
【０００３】
近年、広域の水道設備の運用計画を策定するため、運用計画問題の目的関数に、ポンプの電力消費量、およびポンプによる送水量の変動の項を設け、送水量の変動を抑制したうえで、例えば1日の電力消費量を最小化するような運用計画を立案する技術が開示されている（特許文献１参照）。より具体的には、電力消費のピーク時間帯に運転可能なポンプの台数の制約を設けて運用計画問題をＧＡ（Genetic  Algorithm）を用いて解き、運用計画を立案することで、電力ピークカットへ対応している。この際、運用計画すべき送水量は、離散値をとり、かつその値は時間の経過とともに変化するので、流量変化時刻Ｔとその時刻の流量Ｑの組み合わせ（Ｔ，Ｑ）を１つの遺伝子としてＧＡを適用している。これによれば、各時刻の流量を１つの遺伝子として指定する通常の適用方法に比べ、解の探索空間を削減できるので、高速に解が得られるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５０９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、１つの水道事業体（１つの水運用計画システム）における広域設備の運用計画問題解法を実時間で実施できるというメリットがあるが、電力のピークシフトなどで複数の水道事業体の水道設備全体を対象とする運用計画の策定を行う場合、水道事業体の数が増えると探索空間が飛躍的に拡大するので、実時間の解法は困難という問題がある。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題を各水運用計画システムがもつ計算資源を用いて高速に解いて各水運用計画システムを運用制御する水運用制御システム、水運用制御方法、および水運用制御装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明においては、ピーク電力を最小化するように目的関数を解いて最適解を求める複数の水運用計画システムと通信可能な水運用制御システムであって、前記複数の水運用計画システムの各々における電力の平準化の度合いの大小を電力調整指数に基づいて識別し、前記複数の水運用計画システムのうち電力の平準化の度合いが相対的に小さい水運用計画システムから処理対象として下記（１）および（２）の処理を行って得られた最適解を、前記複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題の解として決定する解決定部と、（１）処理対象の水運用計画システムで解かれた最適解に対応する電力時系列情報を次の処理対象の水運用計画システムに送信する、（２）前記電力時系列情報を目的関数に加えて解かれた最適解を前記次の処理対象の水運用計画システムから受信する、前記解決定部で決定された解を用いて水設備を運用するように前記複数の水運用計画システムの各々に対して指示する指示部とを設けるようにした。
【０００８】
また本発明においては、ピーク電力を最小化するように目的関数を解いて最適解を求める複数の水運用計画システムと通信可能な水運用制御システムが実行する水運用制御方法であって、前記複数の水運用計画システムの各々における電力の平準化の度合いの大小を電力調整指数に基づいて識別し、前記複数の水運用計画システムのうち電力の平準化の度合いが相対的に小さい水運用計画システムから処理対象として下記（１）および（２）の処理を行って得られた最適解を、前記複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題の解として決定する第１ステップと、（１）処理対象の水運用計画システムで解かれた最適解に対応する電力時系列情報を次の処理対象の水運用計画システムに送信する、（２）前記電力時系列情報を目的関数に加えて解かれた最適解を前記次の処理対象の水運用計画システムから受信する、前記第１ステップで決定された解を用いて水設備を運用するように前記複数の水運用計画システムの各々に対して指示する第２ステップとを設けるようにした。
【０００９】
また本発明においては、ピーク電力を最小化するように目的関数を解いて最適解を求める複数の水運用計画システムと通信可能な水運用制御装置であって、前記複数の水運用計画システムの各々における電力の平準化の度合いの大小を電力調整指数に基づいて識別し、前記複数の水運用計画システムのうち電力の平準化の度合いが相対的に小さい水運用計画システムから処理対象として下記（１）および（２）の処理を行って得られた最適解を、前記複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題の解として決定する解決定部と、（１）処理対象の水運用計画システムで解かれた最適解に対応する電力時系列情報を次の処理対象の水運用計画システムに送信する、（２）前記電力時系列情報を目的関数に加えて解かれた最適解を前記次の処理対象の水運用計画システムから受信する、前記解決定部で決定された解を用いて水設備を運用するように前記複数の水運用計画システムの各々に対して指示する指示部とを設けるようにした。
【００１０】
本発明の水運用制御システム、水運用制御方法、および水運用制御装置によれば、電力の平準化の度合いが小さい水運用計画システムにより最適解が求められた後、平準化の度合いが大きい水運用計画システムによりその最適解が参照され、平準化の度合いが小さい水運用計画システムの電力調整不足分が補われながら全体の解が求められるので、計算負荷を増大させることなく、解を速やかに得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の水運用計画システムにまたがる運用計画問題を各水運用計画システムがもつ計算資源を用いて高速に解いて各水運用計画システムを運用制御する水運用制御システム、水運用制御方法、および水運用制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態における水運用制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における水運用制御システムのシステム構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における水運用計画システムにより運用される水道設備の構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態における統合計画案の策定および運用に係る処理フローを示す図である。
【図５】第１の実施の形態における水運用計画システムが解くべき運用計画問題を示す図である。
【図６】第１の実施の形態における水運用計画システムが立案した計画値に対する電力時系列を示す図である。
【図７】第１の実施の形態における第１水運用計画システムの計画案をベースに第１および第２の水運用計画システムの統合計画案を策定することを示す図である。
【図８】第１の実施の形態における第１および第２の水運用計画システムの統合計画案をベースに第１〜第３の水運用計画システムの統合計画案を策定することを示す図である。
【図９】第１の実施の形態における第１〜第３の水運用計画システムの統合計画案をベースに第１〜第４の水運用計画システムの統合計画案を策定することを示す図である。
【図１０】第２の実施の形態における各水運用計画システムに依存関係がある場合の各水運用計画システムが扱う運用計画問題を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態における各水運用計画システムがトータル電力時系列のピークを計算するための計算処理を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態における統合計画案の策定および運用に係る処理フローを示す図である。
【図１３】第３の実施の形態における水運用計画システムの概略構成を示す図である。
【図１４】第４の実施の形態における水運用計画システムにより運用される下水道設備の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１４】
（１）第１の実施の形態
（水運用制御システム）
図１において、第１の実施の形態による水運用制御システム１の概略構成を示す。図１に示すように、水運用制御システム１は、エネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）２００と、第１水運用計画システム２０１、第２水運用計画システム２０２、・・・、第ｎ水運用計画システムなど、複数の水運用計画システムとを備える。ＥＭＳ２００と各水運用計画システムとは、通信路（１０１，１０２）を介して各種情報を通信可能に接続されている。
【００１５】
ＥＭＳ２００は、各水運用計画システムが管理する水道設備（特に送配水設備）のトータル消費電力の電力ピークカット・シフトを実現するため、各水運用計画システムと情報を送受信し、それらを協調管理する。ここで、各水運用計画システムについては、１つの大規模な事業体が複数の水運用計画システムを保有して運用を行うものと考えてもよいし、第１水運用計画システム２０１は第１水道事業体のシステム、第２水運用計画システム２０２は第２水道事業体のシステムというように、異なる事業体が保有すると考えてもよい。
【００１６】
図２の水運用制御システム１のシステム構成に示すように、ＥＭＳ２００は、各水運用計画システムとルータ（２１１，２１２，２１３）および広域ネットワーク２２０（例えばＩＰネットワーク）を介して接続され、電力ピークカット・シフトに必要な各種情報を送受信し、統合計画案の策定、運用依頼などを行う。各種情報には、各水運用計画システムが保有する水道設備の設備情報、電力時系列情報、計画立案結果などが含まれる。なお、統合計画案の策定および運用に係る処理については後述する。
【００１７】
（水道設備）
各水運用計画システムにより運用される水道設備（送配水システム）について図３を用いて説明する。図３に示すように、ダム３０１から浄水場３１１への送水は、重力による自然流下で行われ、その送水量は、バルブ３５２により制御されるように構成されている。浄水場３１１は、ダム３０１から送水された水のろ過処理、消毒処理等を行う。
【００１８】
河川３０２から浄水場３１２への導水は、固定速のポンプであり、運転台数によって送水量を変更可能なポンプである導水ポンプ３３１により行われる。浄水場３１２は、河川３０２から送水された水のろ過処理、消毒処理等を行う。
【００１９】
浄水場（３１１、３１２）で浄化（ろ過、消毒）された浄水は、それぞれ浄水池（３２１，３２２）に貯留される。浄水池３２１の浄水は、固定速のポンプである送水ポンプ３３３によって配水池３２３へ送られたり、自然流下によって配水池３２４へ送られたりする。配水池３２３への送水量は、送水ポンプ３３３の運転台数により制御され、配水池３２４への送水量は、バルブ３５３により制御されている。配水池（３２３，３２４）の浄水は、重力を利用した自然流下により、それぞれ、配水区（３４１，３４２）に供給される。配水区（３４１，３４２）の配水圧は、バルブ（３５４，３５５）により制御されている。
【００２０】
また、浄水池３２２の浄水は、可変速のポンプである配水ポンプ３３２により配水区３４３に供給される。本水道設備では、配水区３４２から配水区３４３への水の融通が可能であり、融通量は、流量調整バルブ３５１により制御される。なお、図３は、水道設備の一例であり、水源、浄水場、配水地、送水ポンプ、配水区の数や種類は多彩である。例えば、ダム３０１および河川３０２の一方または両方は、湖、貯留池など他の水源でもよい。
【００２１】
上記のポンプやバルブによる流量は、浄水場での浄水処理が安定的に行われ、かつ、ポンプによる消費エネルギーや運用コストが最小となるよう計画されなければならない。また、電力ピークカット・シフトにも対応できることが望ましい。例えば、第１水運用計画システム２０１は、上記のような水道設備の運用計画を策定するシステムであり、配水池の貯留量などの情報をＳＣＡＤＡ（Supervisory  Control  And  Data  Acquisition）システム２１０を介して収集し、その情報を活用して各管路を流れる水の流量の計画値を算出し、それを運用計画者に提示する。
【００２２】
（水運用計画システム）
水運用計画システムについて、第１水運用計画システム２０１を例に挙げて説明する。図２に示すように、第１水運用計画システム２０１は、ＬＡＮ２３０を介して、第１水運用計画システム２０１により運用される水道設備を監視制御するＳＣＡＤＡシステム２１０と通信可能に接続される。第１の水運用計画システム２０１では、主に、ＳＣＡＤＡシステム２１０の情報、データベース（２５，２６，２７）の情報等に基づいて運用計画問題を解法する。
【００２３】
より具体的には、運用計画者は、データ入力部２１を介して需要予測に必要な予測期間（例えば明日の０時から２４時の間の２４時間）、予測周期（例えば１時間周期）、運用計画のきざみ（例えば０時から２４時までの１時間きざみで計画値を立案する）などを入力する。データ入力部２１は、キーボード、マウスなどのマンマシンインターフェースであってもよいし、外部のネットワークからデータを取り込むネットワークインターフェースであってもよい。
【００２４】
続いて、需要予測部２２は、データ入力部２１による入力情報、データベース（２５，２６）の情報を用いて、指定期間における各配水区の水需要量を予測する。予測には、パターンマッチング法、重回帰法、ニューラルネットワーク法を用いることができる。ここで、需要量ＤＢ２５は、配水区（３４１，３４２，３４３）の過去の水需要量を示す履歴データを記憶しているデータベースである。また、気象情報ＤＢ２６は、過去の気象データを示す履歴データ（例えば、天気、最高気温、最低気温、平均気温、湿度など）を記憶しているデータベースである。
【００２５】
続いて、運用計画問題解法部２３は、需要予測部２２が計算した予測需要量時系列、設備情報条件ＤＢ２７に格納されている管路流量の上下限情報、配水池貯留量の上下限情報、ポンプの消費電力特性情報（１ｍ３の水を送るのに必要な消費電力ｋＷｈ）、ＳＣＡＤＡシステム２１０からＬＡＮ２３０を経て送られてくる配水池の水位情報、後述の統合計画案の策定および運用に係る処理で立案される統合計画案などに基づいて、ＧＡ（遺伝的アルゴリズム）、混合整数計画法などのソルバー等を利用して運用計画問題を解法する。第１水運用計画システム２０１では、運用計画問題解法部２３の解（計画立案結果、再計画立案結果等）が通信部３３を介してＥＭＳ２００に送信されると共に、グラフ等に表されてディスプレイ等の表示部２４に表示される。
【００２６】
ここで、第１水運用計画システム２０１では、制御部３１が各種プログラムを記憶部３２から読み出して実行することで、需要予測部２２および運用計画問題解法部２３の機能が実現される。制御部３１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などであり、記憶部３２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）などである。また、ＥＭＳ２００では、制御部４１が各種プログラムを記憶部４２から読み出して実行することで、ＥＭＳ２００の機能が実現（統合計画案の策定および運用に係る処理が実行）される。制御部４１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などであり、記憶部４２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）などである。
【００２７】
第１水運用計画システム２０１の構成を例に挙げて説明したが、他の水運用計画システムも同様の構成を有しているので、その構成については図示を省略している。
【００２８】
（統合計画案の策定および運用に係る処理）
図４〜図９を参照して統合計画案の策定および運用に係る処理を説明する。ＥＭＳ２００は、自身では運用計画問題は解法せず、各水運用計画システムに運用計画問題を順次解かせ、各水運用計画システムの担当水道設備（主にポンプ）のトータル電力時系列のピークが最小となる統合計画案を速やかに得るための処理を実行する。以下では、図４に示すように水運用計画システムが４つ存在し、本来、それぞれが独立に運用計画を策定可能なケースを例に挙げて説明する。なお、水運用計画システムは、２つ、３つ、または５以上あってもよい。
【００２９】
図４に、統合計画案の策定および運用に係る処理フローを示す。ＥＭＳ２００は、まず、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）に図５に示す運用計画問題を解法するよう要求する（ステップＳ４０１）。
【００３０】
図５には、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）が解くべき各運用計画問題（５０１，５０２，５０３，５０４）が示されている。ここで、変数ｅｉ（ｔ）は、第ｉ水運用計画システムにより運用される水道設備（主にポンプ）の時刻ｔにおけるトータル電力である。Ｘｉは、第ｉ水運用計画システムが解くべき運用計画問題の決定変数ベクトル（主に管路流量）である。ＦｉおよびＧｉは、水道設備の水系構造などから定められる関数、およびマトリクス関数であり、マトリクスＸｉの線形関数である。Ｇｉ０は、定数マトリクスである。図３に示される水系を含め、送配水システムの運用計画問題は、一般に図５に示されるように表現される。ここでは、目的関数を最小にするような流量変数Ｘｉを決定する。これにより、消費電力が平準化する（１日を通じてピーク電力を最小化する）運用計画（計画案）が策定される。各運用計画問題（５０１，５０２，５０３，５０４）が解かれて得られた計画値は、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）が担当する水道設備の運用を最適化するもので、全ての水運用計画システムの対象となる全体水道設備の運用を最適化するものではない。なお、ここでは、時刻「０」から時刻「２３」の１日の電力平準化（電力ピークカット・シフト）を対象にした運用計画を策定するケースを扱っている。
【００３１】
次に、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）は、運用計画問題を解き、計画立案結果（計画値［管路流量計画値］、および計画値に対応する電力時系列）をＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ４０２〜ステップＳ４０５）。
【００３２】
次に、ＥＭＳ２００は、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）の電力調整能力を判定する（ステップＳ４０６）。ここで、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）が策定した計画値に対応する電力時系列が、それぞれ、図６の電力時系列（６０１，６０２，６０３，６０４）になったとする。ＥＭＳ２００は、電力時系列（６０１，６０２，６０３，６０４）に基づいて各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）による電力調整能力（ここでは、電力ピークカット・シフト能力）を判定する。電力調整能力の判定については、下記の式（１）より算出される電力調整指数を用いて行われる。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
電力調整指数が小さいほど、電力が平準化される度合い（レベル）が高い、すなわち電力ピークカット・シフト能力が高いとみなされる。図６の例では、水運用計画システム２０４の電力調整指数が最も小さく（すなわち電力調整能力が最も高く）、水運用計画システム２０３、水運用計画システム２０２、水運用計画システム２０１の順に電力調整指数が大きくなっている。
【００３５】
次に、ＥＭＳ２００は、電力調整能力が２番目に小さい第２水運用計画システム２０２に対し、電力調整能力が最も小さい第１水運用計画システム２０１の計画値に対する電力時系列６０１を送信し、再運用計画立案を指示する（ステップＳ４０７）。
【００３６】
次に、第２水運用計画システム２０２は、図７のブロック７１１に示すように、第１水運用計画システム２０１の電力時系列６０１を加算した形で目的関数を構成して運用計画問題を解き、計画立案結果（計画値、および計画値に対応する電力時系列７０１）をＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ４０８）。なお、第１水運用計画システム２０１および第２水運用計画システム２０２の計画案を加算した統合計画案は、ブロック７１２に示すようになり、第１水運用計画システム２０１による計画案に比べ、電力波形が平準化されている（電力ピークカットのレベルが大きくなっている）。
【００３７】
次に、ＥＭＳ２００は、電力調整能力が３番目に小さい第３水運用計画システム２０３に対し、第１および第２の水運用計画システム（２０１，２０２）の計画値に対する電力時系列７０１を送信し、再運用計画立案を指示する（ステップＳ４０９）。
【００３８】
次に、第３水運用計画システム２０３は、図８のブロック８１１に示すように、第１および第２の水運用計画システム（２０１，２０２）の電力時系列７０１を加算した形で目的関数を構成して運用計画問題を解き、計画立案結果（計画値、および計画値に対応する電力時系列８０１）をＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ４１０）。なお、第１〜第３の水運用計画システム（２０１，２０２，２０３）の計画案を加算した統合計画案は、図８のブロック８１２に示すようになり、第１および第２の水運用計画システム（２０１，２０２）による統合計画案に比べ、電力波形が平準化されている（電力ピークカットのレベルが大きくなっている）。
【００３９】
次に、ＥＭＳ２００は、電力調整能力が一番大きい第４水運用計画システム２０４に対し、第１〜第３の水運用計画システム（２０１，２０２，２０３）の計画値に対する電力時系列８０１を送信し、再運用計画立案を指示する（ステップＳ４１１）。
【００４０】
次に、第４水運用計画システム２０４は、図９のブロック９１１に示すように、第１〜第３の水運用計画システム（２０１，２０２，２０３）の電力時系列８０１を加算した形で目的関数を構成して運用計画問題を解き、計画立案結果（計画値、および計画値に対応する電力時系列９０１）をＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ４１２）。なお、第１〜第３の水運用計画システム（２０１，２０２，２０３）の計画案を加算した統合計画案は、図９のブロック９１２に示すようになり、第１〜第３の水運用計画システム（２０１，２０２，２０３）による統合計画案に比べ、電力波形が平準化されている（電力ピークカットのレベルが大きくなっている）。
【００４１】
次に、ＥＭＳ２００は、得られた統合計画案（図９のブロック９１２）を実現する各水運用計画システムが立案した最終的な案で、各水運用計画システムが担当する水道設備の運用を行うよう、各水運用計画システムに指示を出す（ステップＳ４１３）。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、各水運用計画システムに運用計画を立案させることで常に比較的小規模な問題を解法し、かつ電力調整能力が大きい水運用計画システムが、電力調整能力がない水運用計画システムが運用計画を立案した後、その運用計画を参照し、電力調整能力がない水運用計画システムの電力調整不足分を補いながら全体の運用計画を立案するので、運用計画の立案負荷を増大させることなく準最適な解（最適値に近いところの解）を速やかに得ることができる。
【００４３】
また、更に精度の高い解（計画値）を得るために、ステップＳ４１１の処理の後、第２〜第４の水運用計画システム（２０２，２０３，２０４）による最新の解（電力時系列９０１）を第１水運用計画システム２０１に渡し、第１水運用計画システム２０１が、第２〜第４の水運用計画システム（２０２，２０３，２０４）の電力時系列を加算した形で目的関数を構成して運用計画問題を解き、その解（計画値）と、解に対応する電力時系列とをＥＭＳ２００に送信する。更に、第１、第３、および第４の水運用計画システム（２０１，２０３，２０４）による最新の解（電力時系列）を第２水運用計画システム２０２に渡し、第２運用システム２０２が、第１、第３、および第４の水運用計画システム（２０１，２０３，２０４）の電力時系列を加算した形で目的関数を構成して運用計画問題を解き、その解（計画値）と、解に対応する電力時系列をＥＭＳ２００に送信する。次に、第３水運用計画システムが処理を行うというように、これらの処理を繰り返すことで解の精度は高くなる。計算時間の許す範囲で、このような処理を実施して解の精度を高め、よい大きな電力ピークカット・シフトを実現できる。
【００４４】
（２）第２の実施の形態
第１の実施の形態との対応部分に同一符号を付して示す図１０〜図１２を参照して第２の実施の形態の水運用制御システム１を説明する。
【００４５】
図１０に示すように、水運用制御システム１では、水運用計画システム間で依存関係があるケース（共通の変数ベクトルである共通変数ｙを持つケース）を対象にしている。依存関係があるケースとしては、例えば、各水運用計画システムが担当する水道設備の間で水の融通が行われる場合であり、共通変数ｙは融通路の流量時系列などが相当する。このときの第１〜第４の水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）が解くべき運用計画問題は、運用計画問題（１００１，１００２，１００３，１００４）になる。
【００４６】
図１０に示すように、制約条件には、共通変数ｙが含まれている。本実施の形態では、この共通変数ｙの最適値、すなわち各水運用計画システムによって運用される全ての水道設備のトータル電力のピークが最小となるようなｙの値をＧＡなどの最適化手法を用いて探索する。この結果、各水運用計画システムによる計画値Ｘｉ（ｉ＝１，２，３，４）が同時に得られる。このような探索を実行するためには、各共通変数ｙに対する運用対象の水道設備全体のトータル電力のピークの最小値を求める必要がある。
【００４７】
図１１に、運用対象の水道設備全体のトータル電力の電力ピークの計算処理の詳細を示す。前提条件として、電力調整能力については、第１の実施の形態と同様、第４水運用計画システム２０４が最も高く、次いで第３水運用計画システム２０３、第２水運用計画システム２０２、第１水運用計画システム２０１の順となっている。
【００４８】
まず、ＥＭＳ２００から送られたあるｙの値（基本的には最適化手法により探索された値）に対して、第１水運用計画システム２０１は、トータル電力ピークを最小とする問題（運用計画問題１００１）を解き、解Ｘ１とその解に対応する電力応答ｅ１_ｏｐｔ（ｔ）とをＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ１１０１）。
【００４９】
次に、第２水運用計画システム２０２は、同じｙの値を用い、第１水運用計画システム２０１の電力応答（定数時系列）に自身の電力応答を加算したトータル電力応答のピークを目的関数として問題を解き、解Ｘ２とその解に対応する電力応答ｅ２_ｏｐｔ（ｔ）とをＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ１１０２）。この処理では、目的関数としては、図７のブロック７１１に示されるものを活用し、図１０の運用計画問題１００２の制約条件式を用いて問題を解くことに等価である。
【００５０】
次に、第３水運用計画システム２０３は、同じｙの値を用い、第１および第２の水運用計画システム（２０１，２０２）の電力応答（定数時系列）に自身の電力応答を加算したトータル電力応答のピークを目的関数として問題を解き、解Ｘ３とその解に対応する電力応答ｅ３_ｏｐｔ（ｔ）とをＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ１１０３）。この処理では、目的関数としては、図８のブロック８１１に示されるものを活用し、図１０の運用計画問題１００３の制約条件式を用いて問題を解くことに等価である。
【００５１】
次に、第４水運用計画システム２０４は、同じｙの値を用い、第１〜第３の水運用計画システム（２０１，２０２，２０３）の電力応答（定数時系列）に自身の電力応答を加算したトータル電力応答のピークを目的関数として問題を解き、解Ｘ４とその解に対応する電力応答ｅ４_ｏｐｔ（ｔ）とをＥＭＳ２００に送信する（ステップＳ１１０４）。この処理では、目的関数としては、図９のブロック９１１に示されるものを活用し、図１０の運用計画問題１００４の制約条件式を用いて問題を解くことに等価である。
【００５２】
次に、ＥＭＳ２００は、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）の電力時系列を加算し、トータル電力時系列を計算する。更に、ＥＭＳ２００は、その電力時系列のピークを計算する。このピークを共通変数ｙ（ｔ）に対する評価値（トータル電力のピーク）とする（ステップＳ１１０５）。
【００５３】
図１２に、以上の共通変数ｙに対する電力ピークの計算処理に基づいて、共通変数ｙの最適値を含む最適な計画案を導出する処理を示す。
【００５４】
まず、ＥＭＳ２００は、ＧＡなどの最適化手法を用いて各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）と情報を送受信しながら、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）の運用対象の水道設備全体のトータル電力時系列のピークが最小となる共通変数ｙ（ｔ）を求める（ステップＳ１２０１）。この計算過程で様々なｙの値に対するトータル電力ピークを計算するため（図１１で説明した処理に相当）、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）は、ＥＭＳ２００の指示に従い運用計画問題を解き、計画値と、その計画値に対する電力応答ｅｉ_ｏｐｔ（ｔ）（ｉ＝１，２，３，４）をＥＭＳ２００に送る処理を適宜行うことになる（ステップＳ１２０２）。
【００５５】
次に、ＧＡによる最適化で得られたｙとそのｙに対応する各計画値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４（これらの変数はトータル電力ピークを最小にする変数組み合わせである。）を各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）に送信する（ステップＳ１２０３）。
【００５６】
次に、各水運用計画システム（２０１，２０２，２０３，２０４）は、共通変数ｙ（ｔ）、および計画値Ｘｉ（ｉ＝１，２，３，４）に従って、ホンプなど水道設備を運用する（ステップＳ１２０４）。
【００５７】
以上、本実施の形態によれば、水運用計画システム間に依存関係がある場合も、効率的に、トータル電力ピークが最小となる計画値を算出できる。
【００５８】
（３）第３の実施の形態
図１３に示すように、第１および第２の実施形態の技術を、１つの事業体（第１事業体）の複数のエリアに適用することもできる。つまり、本実施の形態の水運用計画システム１３００では、１つの事業体が複数のエリアの運用計画を独立に策定するようにし、１つの大規模な運用計画問題を複数に分割して解くことで、解法の高速化を図ることが可能である（１３０１，１３０２，１３０３，１３０４）。なお、各エリアに対応する運用計画システムが設けられ、それを利用して運用計画が策定される。
【００５９】
（４）第４の実施の形態
第１〜第３の実施の形態では水道設備の運用計画の策定および運用を例に説明したが、図１４に示すように、第１〜第３の実施形態の技術を、下水道設備（下水システム）に適用することができる。下水設備では、家庭等の水需要家１４０１から出た下水は、下水が自然に流れていくように勾配がつけられた下水管１４１１に流れ込み、中継ポンプ場１４２１のポンプ井１４３１に貯留される。そして、ポンプ井１４３１に貯留された下水は、揚水ポンプ１４４１により汲み上げられて下水管１４５１を流れ、下水処理場１４６１のポンプ井１４７１に貯留され、揚水ポンプ１４８１により汲み上げられて水処理が行われる。つまり、下水道設備は、下水を送る下水管、下水の揚水ポンプ、下水を貯留するポンプ井を備えることから、水道設備と同様に運用計画問題として定式化でき、解（統合計画値）を求めることができる。また、水道、下水道をともに含む系にも当然のことながら適用可能である。
【００６０】
（５）他の実施の形態
なお上述の第１〜第４の実施の形態においては、本発明を、式（１）より算出した電力調整指数を用いた構成に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の方法により算出した電力調整指数を用いた構成に広く適用することができる。
【００６１】
例えば、上記の式（１）より算出される電力調整指数以外には、下記の式（２）より算出される電力調整指数を用いることもできる。
【００６２】
【数２】
2018059269.tif 000004
【００６３】
式（２）では、水運用計画システムによって運用される水道設備に対するトータル水需要量、トータル配水池容量が対象である。需要量に対して配水池容量が大きい場合（電力調整指数が小さい場合）、ポンプの運転をシフトできる余地が大きくなる、すなわち電力ピークカット・シフトの余地（能力）が大きくなる。なお、１日のトータル水需要量、およびトータル配水池容量は、設備情報条件ＤＢ２７に記憶されている。
【００６４】
また例えば、ＥＭＳ２００は、式（１）および式（２）の両方を用いて電力調整指数を算出してもよい。例えば、式（１）で算出された電力調整指数で、２つの水運用計画システムが同等レベルの場合、式（２）で算出された電力調整指数を用いて電力調整能力の大小を判定するようにしてもよい。
【００６５】
また例えば、式（１）および式（２）の計算値の加重平均値を用いて電力調整能力の大小を判定するようにしてもよい。
【００６６】
また例えば、図６に示される各電力時系列（６０１，６０２，６０３，６０４）のピーク電力の時刻をクラスタリングし、ピーク時刻が最も他より離れているものを電力調整指数が小さい（電力調整能力が大きい）と識別してもよい。つまり、本発明は、電力調整能力が小さい水運用計画システムから順に運用計画を立案させる場合に限られるものではなく、電力調整能力が相対的に小さい水運用計画システムから運用計画を立案させた解を用いて、電力調整能力が相対的に大きい水運用計画システムに運用計画を立案させるようにしてもよい。電力調整能力に差がない水運用計画システム群における処理の順序は解を求める速度にそれほど大きな影響を及ぼさないので、上記構成においても、解を速やかに得ることができる。
【００６７】
また上述の第２の実施の形態においては、ＧＡの適用にあたり、あるｙに対する運用対象の水道設備全体のトータル電力のピークの最小値を第１の実施形態の手法を用いて求めて評価値とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、あるｙを各水運用計画システムに与えて運用計画問題を解かせて最適な電力応答ｅｉ_ｏｐｔ（ｔ）を返答してもらい、それらを加算したトータル電力を求めてそのピーク値を評価値とするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１……水運用制御システム、２００……ＥＭＳ、２０１，２０２……水運用計画システム。
【図１】
2018059269.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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