(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象電力系統の発電機を複数のユニットに集約し、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、運転計画の制約条件に基づき遺伝的アルゴリズムを用いて複数発電機ユニットの運用計画を作成するものにおいて、
前記複数ユニットのうちで特性の類似したユニットに集合し、この集合ユニット単位で演算すべく新たな集合ユニットに集合するユニット集合部と、
この新たな集合ユニットの所定運転スケジュール毎の出力電力を判断し、余分時には同一集合ユニット内の個別ユニット間での起動時間の調整を行うグレーゾーン修正部を備えたことを特徴とした発電機の起動停止計画作成装置。
【請求項２】
前記同一集合ユニット内での調整は、ユニット起動時間を所定時間のばして起動コストをコールドスタートコストからホットスタートコストに切り換えることで行うことを特徴とした請求項１記載の発電機の起動停止計画作成装置。
【請求項３】
対象電力系統の発電機を複数のユニットに集約し、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、運転計画の制約条件に基づき遺伝的アルゴリズムを用いて複数発電機ユニットの運用計画を作成するものにおいて、
前記複数ユニットのうちで特性の類似した新たなユニットに集合し、この集合ユニット単位毎で演算すると共に、この集合ユニット毎の演算結果、同一集合ユニット内の起動ユニット過多時に当該集合ユニットの起動時間を所定時間のばし、起動コストをコールドスタートコストからホットスタートコストに切り換えることでユニット間での起動時間入れ換えを行うことを特徴とした発電機の起動停止計画作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の運転制約条件を満たしながらの発電機起動停止計画方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力の部分自由化の制度導入による一層の競争激化によって、より経済的な発電機運用が要求されている。
一方、高度情報化社会の進行に伴って設置される発電機数も増加して、その起動停止計画も大規模化が進んでおり、しかも、起動停止計画は電力系統の負荷状況に見合って日々更新される。
大規模発電機の起動停止計画を作成するに当たっては、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮したうえで運用コストを最小にするよう各発電機の運用計画を決定することが、電力系統の経済的な運用のためには重要となっている。
制約条件としては、各発電機の特性や技術的な制限など多くの制約条件を含んでいるため、最適解は勿論、実行可能解を得ることも困難となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
起動停止計画方法としては、電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会、平成１３年１０月３日〜５日、ＰＥ−０１−７６．ＰＥＳ−０１−７０「ユニットの特性分類に基づいたＧＡによる発電機起動停止計画問題」（以下単に文献という）等が知られている。
この文献による方法は、生物の進化メカニズムを模擬した遺伝的アルゴリズム（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用い、早い世代においては厳密な計算は行なわず、世代が進むにつれて厳密に計算を行うことで計算効率を改善し、また、発電機ユニットの最小運転・停止時間及びコスト特性に基づいたスケジュールの決定ができる等の利点を有している。
しかし、前述のように、高度情報化社会に伴い発電機数がますます増加していることに鑑みて、より高速に解くことが要求されている。
【０００４】
本発明が目的とするところは、上記文献の手法を取り入れてより高速に解を得ることのできる大規模発電機の起動停止計画装置とその方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、対象電力系統の発電機を複数のユニットに集約し、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、運転計画の制約条件に基づき遺伝的アルゴリズムを用いて複数発電機ユニットの運用計画を作成するものにおいて、
前記複数ユニットのうちで特性の類似したユニットに集合し、この集合ユニット単位で演算すべく新たな集合ユニットに集合するユニット集合部と、
この新たな集合ユニットの所定運転スケジュール毎の出力電力を判断し、余分時には同一集合ユニット内の個別ユニット間での起動時間の調整を行うグレーゾーン修正部を備えたことを特徴としたものである。
【０００６】
本発明の第２は、前記同一集合ユニット内での調整は、ユニット起動時間を所定時間のばして起動コストをコールドスタートコストからホットスタートコストに切り換えることで行うことを特徴としたものである。
【０００７】
本発明の第３は、対象電力系統の発電機を複数のユニットに集約し、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、運転計画の制約条件に基づき遺伝的アルゴリズムを用いて複数発電機ユニットの運用計画を作成するものにおいて、
前記複数ユニットのうちで特性の類似した新たなユニットに集合し、この集合ユニット単位毎で演算すると共に、この集合ユニット毎の演算結果、同一集合ユニット内の起動ユニット過多時に当該集合ユニットの起動時間を所定時間のばし、起動コストをコールドスタートコストからホットスタートコストに切り換えることでユニット間での起動時間入れ換えを行うことを特徴としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の説明に先立って、その前提となる概要について説明する。
【００１０】
大規模発電機の起動停止問題を考慮するに当たっては、与えられた期間における発電機の燃料コストと起動コストの和で表される総コストを最小化することであり、その総コストＴＣは、次式で表せる。
【００１１】
【数１】
0003969141.tif 000002
【００１２】
ここで、Ｔはスケジュール期間、Ｎはユニット数、ＦＣｉ（ｔ）は発電機ｉの燃料コスト、ＳＣｉ（ｔ）は発電機ｉの起動コストである。
一般的に発電機の起動停止問題における燃料コストは（２）式で示すように各発電機出力の二次関数で表される。
【００１３】
【数２】
ＦＣｉ（ｔ）＝ａｉ＋ｂｉＰｉ（ｔ）＋ｃｉＰｉ2（ｔ）          （２）
ここで、ａｉ，ｂｉ，ｃｉは非負のコスト換算係数である。
また、起動コストは蒸気を発生させるボイラーの温度に依存する。
発電機を長時間停止し、ボイラーが冷えると起動コストが増加する。そのため起動コストＳＣｉは停止時間の関数となり、ある停止時間を境にホットスタートｈ−ｃｏｓｔｉとコールドコストｃ−ｃｏｓｔｉの２つに分けることができる。
【００１４】
発電機の起動停止問題には、発電機の特性や技術面などからいくつかの制約条件があり、その条件を大別すると、システムに関する制約と各発電機に関する制約とに分けることができる。例えばシステムに関する制約条件としては、スケジュール期間の全ての時間において各発電機の総出力は需要電力し等しくなければならないという電力需要バランス制約と、系統の信頼性を確保するために十分な運転予備力が必要で、通常，運転予備力は総電力需要の比率で与えられる運転予備力制約とがあり、この予備力は（３）式によって求められる。
【００１５】
【数３】
0003969141.tif 000003
【００１６】
また、各発電機に関する制約条件としては、発電機の出力はその上限と下限との間でなければならなという発電機の出力制約と、発電機は技術上最小運転時間と最小停止時間が考慮されるという最小運転・停止時間がある。
【００１７】
上記の各制約条件を前提として（１）式の目的関数を最小化する。そのための手法として遺伝的アルゴリズムを適用する。
遺伝的アルゴリズムは、問題となる環境において生存に適した固体を次世代に保存し、交叉や突然変異のような遺伝的操作によってさらに環境に適した固体を生成することにより、固体を進化させるシステムの最適化を行うアルゴリズムで、発電機の起動停止状態を決定変数として扱い、目的変数として（１）式の総コストを用いる。
【００１８】
図９は遺伝子で決定変数を表現したもので、発電機の起動状態を１、停止状態を０とし、且つ、発電機の総数をＮ，スケジューリング期間をＴとして表現したものである。
図１０は、スケジューリング期間として２回のピーク時が存在する１日の電力需要量のカーブを示したもので、この電力需要量に合わせてそれぞれの発電機（ユニット１〜ユニットＮ）の起動停止スケジュールを組み合わせ、システム運用のコスト最小のための起動停止スケジュールが作成されるが、そのスケジュール作成には図８で示すような発電機のパラメータ（コスト係数）が参照される。
【００１９】
図８はユニット数Ｎを１０としたもので、例題を扱う約束事として各ユニットは同一容量のものをそれぞれ６機を備えて１ユニットとしている。したがって、図８では対象とする電力系統を６０機とした場合を示したものである。
なお、同図においてＴｏｎは発電機ｉの最小運転時間、Ｔｏｆｆは発電機ｉの最小停止時間、ｃ−ｓ−ｈｏｕｒは発電機のボイラー冷却時間、ｉｎｉ  ｓｔａｔｅはスケジューリング期間の初期の発電機状態を示し、＋は起動、−は停止を表し、例えば、発電機（Ｕｎｉｔ）１において初期状態は＋８であるから８時間運転し続けたことを示している。
図８のような発電機個々のコスト係数を用いて、大規模発電機個々の起動停止問題をそれぞれ個別に演算した場合には、計算に長時間を要することになる。
そこで本発明では、良好な解を高速にて得るようにしたものである。
【００２０】
図１は本発明の実施形態を示す発電機の運転計画作成装置の構成図である。
図１において１はデータ処理装置で、このデータ処理装置１はコントロール部  １１、条件読込部１２、条件設定部１３、ユニット集約部１４、グレーゾーン修正部１５、計画評価部１６、表示データ作成部１７及びデータ格納部１８を備えている。２は入力部でキーボードやマウス等を有し、データの入力や表示部３に表示された選択肢の選択を実行して所定情報をコントロール部１１に送る。４は記憶部、５は配信部で、この配信部５はデータ処理装置１で作成した運転計画をこの配信部５及び伝送路を介して各発電所の受信部６に送信し、または、この送受信部６よりの各発電所の情報をデータ処理装置１に送る。
【００２１】
コントロール部１１は、配信部５及びデータ処理装置内の各部１２〜１８間のデータや処理プログラム等の授受を円滑に行うためのデータ加工，処理を実行してデータの授受をコントロールする。
【００２２】
条件読込部１２は、記憶部４に保存されている１〜３式の制約条件，すなわち、電力の予想需要、発電機の起動停止、負荷配分を決定するための電力系統のデータ、発電機特性、運用制約条件、目的関数等の条件及び処理プログラム等を読み込み、データ格納部１８に格納する。
【００２３】
条件設定部１３は、入力部２、コントロール部１１を介して入力された運用計画の作成に必要な条件や関数を設定する。
【００２４】
ユニット集約部１４は、記憶部４に図８のような対象とする電力系統の各ユニット毎のコスト係数として集計保存されているデータの中から、類似した特性をもったユニットを集合して新たなユニットに集約する。
【００２５】
グレーゾーン修正部１５は、より良いスケジュールを決定するため修正をする手段である。ユニット集約部１４において、演算速度を速めるために対象ユニットを集約縮小していることに伴い元のサイズに変換する必要がある。元のサイズに変換する問題として、１つのユニットに集約されている集約ユニットは全て同じスケジュールになっているため、余計に起動しているユニットがある。その修正としてユニット間での起動時間の入れ換えをこのグレーゾーン修正部１５にて実行する。
【００２６】
計画評価部１６では、コントロール部１１にて実行した計画期間全体の起動停止計画に対して発電機コストと制約違反に対応したペナルティを計算して評価関数を計算する。この評価関数の値に応じて起動停止計画から次の探索のもととなる起動停止計画を選択すると共に、最も良好な起動停止計画をコントロール部１１を介してデータ格納部１８に格納する。
【００２７】
表示データ作成部１７は、１２〜１６の各部で計算した計画条件，計画や評価関数の推移及びデータ格納部１８に格納しているデータ等を作成して表示部３に表示させる。
【００２８】
次に本発明の動作について説明する。
本発明は、発電機の起動停止問題を効果的に解くために前述した文献をベースとし、それにユニット集約部１４とグレーゾーン修正部１５を追加することによって良好な解を高速に得るようにしたものである。
【００２９】
ユニット集約部１４は、データ格納部１８又は記憶部４に記憶されている図８で示すような起動停止計画の対象とする電力系統のユニットの中から、類似した特性をもったユニットを新たなユニットとして集約する。
例えば、対象とする電力系統のユニット数が１０ユニットの図８の中から、図２で示すように４つの新たな集合ユニット（ＵｎｉｔＡ〜Ｄ）に集約し、１０ユニットの起動停止問題を４個の集合ユニットに集約して起動停止スケジュール決定のための演算をする。
【００３０】
図３は図８の対応ユニットとの関係を示したものである。
この集約時には、ユニット出力、立ち上げコストは集約したユニットの和とし、例えば、図２におけるユニットＡの最大出力Ｐｉｍａｘの５４６０は、図８における類似特性を有するユニット１と２との出力和で、このユニット１と２がそれぞれ６機あるのを集約して（４５５＋４５５）×６＝５４６０ＭＷとしたことによる。ユニットＢ〜Ｃについても同様にして算出している。
【００３１】
なお、コスト換算係数ａｉ，ｂｉ，ｃｉは集約したユニットの平均値とした。このようにユニットを集約することで６０機の如く大規模な電力系統の起動停止問題が４機の停止起動問題として扱うことができるため、データ処理装置としては起動停止スケジュール決定のための短時間演算が可能となる。
しかし、集約したことによって同一集約ユニット内のユニットは全て同じスケジュールとなってきて、集約前ユニットでみると余計に起動しているユニットが存在してくる。したがって、精度よく実行するためには元のサイズに変換する必要が生じる。
【００３２】
グレーゾーン修正部１５は、余計に立ち上がっているユニットを知的突然変異を適用して停止させる。ただし、知的突然変異は運転予備力に基づいてユニットを停止させていくため、立ち上げコスト等は考慮しない。
【００３３】
知的突然変異は次のようにして行われる。
図８のように対象電力系統の発電機のデータは、各ユニット毎のコスト特性として記憶されている。
図４は例えば図８におけるユニット１，５，１０の発電単価を比較したもので、最大出力５５ＭＷと最も小ユニットであるユニット１０は他のユニット１，５と比較して運用単価が最も高価となっている。そのため起動停止スケジュールを決定する場合には比較的高出力で運用単価の低いユニット１からユニット７までを優先的に決定し、その後で不足分の電力をユニット８からユニット１０で供給する。
【００３４】
その際、確率的ランダムに操作を行う通常の遺伝オーペレータだけでは、確実なコストダウンを達成することは困難となるが、これを回避するために導入したものが知的突然変異で、ユニット１からユニット７の最良の固体に適用され、以下のような操作を行う。
【００３５】
まず、ユニット１からユニット７までのスケジュールにおいて、停止→起動となっている時間を探索する。その時間において（３）式の運用予備力を計算し、図５で示すように余分に起動しているユニットを停止させる。
図５ではユニット１〜４の場合で、同図（ａ）で示すように時刻Ｔ２，Ｔ３で需要電力Ｄ（ｔ）＋Ｒ（ｔ）より余分な電力が発生している。この状態では時刻Ｔ２でユニット３を、また、時刻Ｔ３ではユニット４を停止して図５（ｂ）のように運転操作をする。
なお、逆に供給電力が不足している場合には起動させる操作を行うことで、発電機単価の安いユニットの起動時間を優先決定し、結果として総コストの削減を達成する。
【００３６】
グレーゾーン修正部１５は、より良いスケジュールを決定するためには、図６（ａ）や（ｂ）のように１と０とが入れ換わる部分（グレーゾーン）の修正を行う。その修正方法としては、図６（ａ）に示すようにユニットの起動時間を１時間延ばして起動コストをコールドスタートコストからホットスタートコストに切り換え、図６（ｂ）に示すようにユニット間において起動時間を入れ換える。  このような操作スケジュールの微調整を行い、コスト改善されたときにはデータ格納部１８にて保存し、悪くなった場合には前の状態を保存する。
作成された最善の計画スケジュールは、コントロール部１１、配信部５および伝送路を介して各発電所の受信部６に伝送される。
【００３７】
上記のような本発明と前記した文献との計算時間を比較するためにシミュレーションを行ったところ、図７で示すように計算時間を大幅に短縮することができた。なお、計算時間は、１０回のシミュレーションを行った場合の平均値で、  ４０機以上の大規模電力系統における起動停止問題に効果があることを確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、特性の類似したユニットを集約して１つの集約ユニットとすることで演算ユニット数を大幅に減らし、解空間を縮小したことにより結果として初期値依存性が小さくなり、良好な解を高速で得ることが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】集約した各発電機のパラメータ。
【図３】集約対応ユニット図。
【図４】運用単価図。
【図５】知的突然変異操作図で、（ａ）は操作前、（ｂ）は操作後。
【図６】グレーンゾーン説明図で、（ａ）は立ち上げコストに関するグレーンゾーン、（ｂ）は起動時間入れ換えを示すグレーンゾーン。
【図７】本発明と文献との計算時間比較結果図。
【図８】各発電機のコスト係数図。
【図９】起動停止スケジュールの説明図。
【図１０】初期固体例の説明図。
【符号の説明】
１…データ処理装置
２…入力部
３…表示部
４…記憶部
５…配信部
６…受信部
１１…コントロール部
１２…条件読込部
１３…条件設定部
１４…ユニット集約部
１５…グレーゾーン修正部
１６…計画評価部
１７…表示データ作成部
１８…データ格納部
【図１】
0003969141.tif 000004
【図２】
0003969141.tif 000005
【図３】
0003969141.tif 000006
【図４】
0003969141.tif 000007
【図５】
0003969141.tif 000008
【図６】
0003969141.tif 000009
【図７】
0003969141.tif 000010
【図８】
0003969141.tif 000011
【図９】
0003969141.tif 000012
【図１０】
0003969141.tif 000013