(57)【要約】【課題】エネルギー供給システムを安定的に運転させることができる最適化モデルを生成する。【解決手段】不定状態判定部２１０は、目的関数によって表現されたエネルギー供給システムの管理・制御上の最適化問題をエネルギーバランス式を含む制約条件下で解く際に最適化問題の解が不定となる不定状態が生じるかを判定する。不定状態が生じると判定された際に、不定状態解消部２３０は、目的関数および制約条件の少なくともいずれかに対して追加および修正の少なくともいずれかを行うことにより不定状態を解消する。最適化モデル生成部は、最適化問題の目的関数と、不定状態が解消された制約条件とにより、不定状態が解消された最適化問題をモデル化した最適化モデルを生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の機器および複数の配管を含む複数の部分から構成されたエネルギー供給システムの管理・制御のための最適化モデルを生成する、エネルギー供給システムの管理・制御支援システムであって、
前記エネルギー供給システムの系統図を作成する描画部と、
前記描画部によって作成された前記系統図に基づいて、前記複数の部分の間での接続関係を分析するプラント系統図分析部と、
前記接続関係に基づいて、前記エネルギー供給システム中の複数のプロセス変数を用いて表されたエネルギーバランス式を生成するエネルギーバランス式計算部と、
目的関数によって表現された前記エネルギー供給システムの管理・制御上の最適化問題を前記エネルギーバランス式を含む制約条件下で解く際に前記最適化問題の解が不定となる不定状態が生じるかを判定する不定状態判定部と、
前記不定状態判定部によって不定状態が生じると判定された際に、前記目的関数および前記制約条件の少なくともいずれかに対して追加および修正の少なくともいずれかを行うことにより不定状態を解消する不定状態解消部と、
前記最適化問題の目的関数と、不定状態が解消された前記制約条件とにより、不定状態が解消された最適化問題をモデル化した最適化モデルを生成する最適化モデル生成部とを備える、エネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【請求項２】
前記不定状態解消部は、前記制約条件に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う制約条件追加・修正部を含み、前記制約条件追加・修正部は、前記複数のプロセス変数の少なくともいずれかについて制御目標値を指定する、請求項１に記載のエネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【請求項３】
前記プロセス変数の値の履歴が蓄積されたプロセス値履歴データベースをさらに備える、請求項１に記載のエネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【請求項４】
前記エネルギー供給システムの前記複数の部分は、互いに代替可能な複数の代替可能部を含み、
前記不定状態解消部は、前記プロセス値履歴データベースに蓄積された前記プロセス変数の履歴に基づいて、前記複数の代替可能部の間で負荷がより平準化されるように前記制約条件に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う制約条件追加・修正部を含む、請求項３に記載のエネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【請求項５】
前記プロセス値履歴データベースには前記プロセス変数の履歴が離散時間毎に蓄積され、
前記不定状態解消部は、前記複数のプロセス変数のうちの少なくとも一つのプロセス変数について、前回の離散時間における値からの偏差が制限されるように前記制約条件に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う制約条件追加・修正部を含む、請求項３に記載のエネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【請求項６】
前記プロセス値履歴データベースには前記プロセス変数の履歴が離散時間毎に蓄積され、
前記不定状態解消部は、前記プロセス値履歴データベースに蓄積された前記複数のプロセス変数の履歴に基づいて前記目的関数に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う目的関数追加・修正部を含み、制約目的関数追加・修正部は、前記複数のプロセス変数について前回の離散時間における値からの偏差の和を算出することにより、最小化されるべき目的関数を設定する、請求項３に記載のエネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【請求項７】
前記複数のプロセス変数のうち前記エネルギー供給システムが制御可能なものの一部に対して制御目標を設定することができる制御目標プロセス変数設定部をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のエネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【請求項８】
前記エネルギー供給システムに対する需要を表す需要変数の模擬データを生成するプロセス値模擬データ生成部と、
前記模擬データを用いつつ、前記最適化モデル生成部によって生成された最適化モデルから最適化演算を実行することにより、前記エネルギー供給システムの最適な運転目標値を出力する最適化計算実行部とをさらに備える、請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー供給システムの管理・制御支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー供給システムの管理・制御支援システムに関し、特に、エネルギー供給システムの管理・制御のための最適化モデルを生成する、エネルギー供給システムの管理・制御支援システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場、ビル、発電プラントまたは上下水道施設などに設けられたエネルギー供給システム（発電システムなど）には、経済性や省エネルギー性の向上が特に求められる。このためエネルギー供給システムに対して、プラント監視制御システムまたはコントローラなどの管理・制御システムが設けられる。エネルギー管理・制御システムでは、典型的には、エネルギーを供給する機器（ボイラ、発電機、コジェネ、熱源など）と負荷（モーター、乾燥機、空気調和機など）との間のエネルギーの流れを記述したエネルギー系統図から、最適なエネルギー供給を実現するためのエネルギー管理・制御システムの最適化モデルを作成し、消費するエネルギー量、消費するエネルギーのコスト、排出する二酸化炭素量を最小にするエネルギー供給システムの最適運転目標値を最適化モデルに基づいて算出する。
【０００３】
例えば、特開平６−２２９３６７号公報（特許文献１）は発電プラントの最適運用システムを開示している。発電プラントは、複数台のボイラから発生する蒸気により複数台のタービンを運転し、各タービンにより発電機を駆動して電力を発生させ、この電力を電力負荷に供給すると共に、各タービンより抽気される蒸気を蒸気負荷に供給するものである。発電プラントの最適運用システムは、タービン側とボイラ側とに別けて作成されたプラントモデルと、このプラントモデルのタービン側モデルから与えられた供給蒸気量毎に各タービンの出力のトータルが最大になるような各タービンの蒸気配分を決定するタービン出力最大ポイント算出手段と、このタービン出力最大ポイント算出手段で求められた各ポイント毎にボイラ側モデルから与えられた圧力別供給蒸気量の総和がミニマムコストで発生するよう各ボイラの蒸気配分量を決定する燃料コスト最小化ポイント算出手段と、この燃料コスト最小化ポイント算出手段で決定された各ボイラの蒸気配分量をもとに電気負荷及び蒸気負荷に対してトータルエネルギーコストミニマム運転ポイントを探すトータルエネルギーコスト最小化ポイント算出手段とを有する。
【０００４】
また、例えば特開２００５−２５８９１６号公報（先行文献２）は省エネ支援検討システムを開示している。このシステムは、プラントの系統図を作成する描画部と、設備や機器のシンボルが予め登録されているプラント系統図分析部用データベースと、描画部で作成されたプラント系統図を読み込みプラント系統図分析部用データベースと照合して当該プラント系統図上の各設備や機器のシンボルのシンボルリストを作成するプラント系統図分析部と、設備や機器ごとのエネルギー入出力情報が予め登録されているエネルギー関係データベースと、プラント系統図分析部で作成されたシンボルリストとエネルギー関係データベースとからエネルギーバランス式を導出するエネルギーバランス式計算部と、設備や機器単位で予めプロセス項目が作成されているプロセス値データベースと、プラント系統図分析部で作成されたシンボルリストとプロセス値データベースとからプラント系統図上の各設備や機器のプロセス値のプロセス値デ−タリストを作成するプロセス値リスト生成部と、プラント系統図分析部で作成されたシンボルリストとプロセス値データベースとからプラント系統図上の各設備や機器のシンボルにプロセス値を割付した監視画面を生成する監視画面出力部とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２９３６７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５８９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２の省エネ検討支援システムは、エネルギーバランス式を自動的に導出することができるものの、プラントを最適に運転するための最適化モデルまでをも生成するものではない。
【０００７】
上記特許文献１の最適運用システムを用いた場合、トータルエネルギーコスト最小化ポイント算出手段がトータルエネルギーコストミニマム運転ポイント（運転目標値）を探す際に、算出される目標値（より一般的にいえば、制御可能な複数のプロセス変数のそれぞれの目標値の組）が無数に存在する状態（「不定状態」とも称する）が生じ得る。目標値が無数に存在する場合は、算出手段は典型的には最初に算出した目標値を出力する。この場合、出力される目標値は、その探索に用いる初期値の選択に依存する。また、エネルギーの需要（負荷）量の変化に対応した算出条件の変化が、無数に存在する目標値のうちどれが出力されることになるかについて、予期しない影響を与え得る。このため、出力される目標値が不必要に変化し得る。その結果、エネルギー供給システムを安定的に運転させることが困難となり得る。
【０００８】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エネルギー供給システムを安定的に運転させることができる最適化モデルを生成する、エネルギー供給システムの管理・制御支援システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエネルギー供給システムの管理・制御支援システムは、複数の機器および複数の配管を含む複数の部分から構成されたエネルギー供給システムの管理・制御のための最適化モデルを生成するものである。エネルギー供給システムの管理・制御支援システムは、エネルギー供給システムの系統図を作成する描画部と、描画部によって作成された系統図に基づいて、複数の部分の間での接続関係を分析するプラント系統図分析部と、接続関係に基づいて、エネルギー供給システム中の複数のプロセス変数を用いて表されたエネルギーバランス式を生成するエネルギーバランス式計算部と、目的関数によって表現されたエネルギー供給システムの管理・制御上の最適化問題をエネルギーバランス式を含む制約条件下で解く際に最適化問題の解が不定となる不定状態が生じるかを判定する不定状態判定部と、不定状態判定部によって不定状態が生じると判定された際に、目的関数および制約条件の少なくともいずれかに対して追加および修正の少なくともいずれかを行うことにより不定状態を解消する不定状態解消部と、最適化問題の目的関数と、不定状態が解消された制約条件とにより、不定状態が解消された最適化問題をモデル化した最適化モデルを生成する最適化モデル生成部とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、不定状態判定部によって不定状態が生じると判定された際に、不定状態解消部が、目的関数および制約条件の少なくともいずれかに対して追加および修正の少なくともいずれかを行うことにより不定状態を解消する。これによりエネルギー供給システムを安定的に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエネルギー供給システムの管理・制御支援システムによって支援された管理・制御システムによるエネルギー供給システムの管理・制御を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるエネルギー供給システムの管理・制御支援システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図２の描画部による表示画面を例示する図である。
【図４】本発明の実施の形態１において作成される系統図の一部の例を示す図（Ａ）、および本発明の実施の形態１において生成されるエネルギーバランス式の例を示す図（Ｂ）である。
【図５】不定状態を生じさせ得る双子の蒸気タービンの特性を示す図（Ａ）および（Ｂ）である。
【図６】不定状態を生じさせ得る熱搬送ポンプ系の系統図の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるエネルギー供給システムの管理・制御支援システムにより最適化モデルを生成する方法を概略的に示すフロー図である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるエネルギー供給システムの管理・制御支援システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるエネルギー供給システムの管理・制御支援システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるエネルギー供給システムの管理・制御支援システムにより最適化モデルを生成する方法を概略的に示すフロー図である。
【図１１】本発明の実施の形態４におけるエネルギー供給システムの管理・制御支援システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態の管理・制御支援システム７０１は、エネルギー供給システム９００の管理・制御のための管理・制御システム８００を支援する。具体的には、管理・制御支援システム７０１はエネルギー供給システムの管理・制御のための最適化モデルを生成する。エネルギー供給システム９００は、外部から取り入れた燃料などを用いて、外部へエネルギーを供給するシステムである。エネルギー供給システム９００は、ボイラ、タービン、発電機、蒸気ヘッダ、減圧弁、冷凍機、ポンプおよびバルブなどの複数の機器と複数の配管とを含む複数の部分から構成されている。
【００１４】
管理・制御システム８００は、エネルギー供給システム９００から計測データを取得しかつエネルギー供給システム９００へ制御指令を与えることで、エネルギー供給システムの運転を管理・制御する。管理・制御システム８００は、最適化モデル格納部８０１と、最適化計算実行部８０２と、指令部８０３とを有する。最適化モデル格納部８０１は最適化モデルを格納する。最適化計算実行部８０２は、最適化モデルに基づいて、エネルギー供給システム９００の制御可能なプロセス変数（決定変数）の値の最適な組（最適運転目標値）を算出する。指令部８０３は、最適運転目標値に基づいてエネルギー供給システム９００へ制御指令を送る。
【００１５】
図２を参照して、まず管理・制御支援システム７０１の構成の概要について説明する。
【００１６】
管理・制御支援システム７０１は、描画部１００と、プラント系統図分析部１１０と、プラント系統図分析部用データベース１２０と、エネルギーバランス式計算部１３０と、エネルギーバランス式格納部１４０と、プロセス変数リスト生成部１５０と、エネルギー関係データベース１６０と、プロセス変数データベース１７０と、プロセス変数リスト格納部１８０と、最適化モデル生成部１９０と、最適化モデル格納部２００と、不定状態判定部２１０と、不定状態表示部２２０と、不定状態解消部２３０とを有する。不定状態解消部２３０は制約条件追加・修正部２３１および目的関数追加・修正部２３２を有する。
【００１７】
描画部１００はエネルギー供給システムの系統図を作成する。描画部１００は、エネルギー供給システム９００（図１）における機器間のエネルギーの流れを記述する。描画部１００は、記述されたエネルギーの流れを表示画面（図３）に表示することができる。表示画面には、シンボル１２５と、接続関係１０５と、エネルギー関係データ入力部１６５とが、必要に応じて表示され得る。シンボル１２５は、エネルギー供給システム９００の機器および配管を表している。接続関係１０５は、機器および配管の間の接続状態、すなわちシンボル１２５間の接続状態を表している。エネルギー関係データ入力部１６５は、機器および配管の各々の特性についての入力を受け付ける。プラント系統図分析部用データベース１２０にはシンボル１２５（図３）のデータが登録されている。
【００１８】
プラント系統図分析部１１０は、描画部１００によって作成された系統図に記述されたシンボル１２５とシンボル間の接続関係１０５とに基づいて、エネルギー供給システム９００（図１）の機器および配管（複数の部分）の間での接続関係を分析する。
【００１９】
エネルギーバランス式計算部１３０は、上記接続関係に基づいて、エネルギー供給システム中の複数のプロセス変数を用いて表されたエネルギーバランス式を生成する。エネルギーバランス式格納部１４０は、生成されたエネルギーバランス式を格納する。
【００２０】
プロセス変数リスト生成部１５０は、プラント系統図分析部１１０に記述された機器および配管の情報と、エネルギー関係データベース１６０に記述された機器および配管の入出力情報および機器の特性を表す係数と、プロセス変数データベース１７０に記述されたプロセス変数とから、プロセス変数リストを生成する。プロセス変数リスト格納部１８０は、生成されたプロセス変数リストを格納する。
【００２１】
最適化モデル生成部１９０は、最適化問題の目的関数と、不定状態が解消された制約条件とにより、不定状態が解消された最適化問題をモデル化した最適化モデルを生成する。
【００２２】
最適化モデル格納部２００は、最適化モデル生成部１９０によって生成された最適化モデルを格納する。なお図１に示すように管理・制御支援システム７０１と管理・制御システム８００とが一体化されて用いられる場合、最適化モデル格納部２００および８０１のいずれかが省略されてもよい。
【００２３】
不定状態判定部２１０は、目的関数によって表現されたエネルギー供給システムの管理・制御上の最適化問題をエネルギーバランス式を含む制約条件下で解く際に最適化問題の解が不定となる不定状態が生じるかを判定する。具体的には、不定状態判定部２１０は、エネルギーバランス式から最適化計算を行った場合に、決定変数のうち不定となるものを判定する。不定状態表示部２２０は、不定と判定された決定変数を描画部１００に表示する。
【００２４】
不定状態解消部２３０は、不定状態判定部によって不定状態が生じると判定された際に、目的関数および制約条件の少なくともいずれかに対して追加および修正の少なくともいずれかを行うことにより不定状態を解消する。制約条件追加・修正部２３１は、制約条件に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う。例えば、制約条件追加・修正部２３１は、複数のプロセス変数の少なくともいずれかについて制御目標値を指定する。目的関数追加・修正部２３２は、目的関数に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う。
【００２５】
なお管理・制御支援システム７０１は、最適化計算実行部８０２（図１）と同様の最適化計算実行部３００を有してもよい。図１に示すように管理・制御支援システム７０１と管理・制御システム８００とが一体化されて用いられる場合、最適化計算実行部３００および８０２のいずれかが省略されてもよい。
【００２６】
次に、以下において、具体例を参照しつつ上述した内容をより詳細に説明する。
【００２７】
エネルギーバランス式計算部１３０は、プラント系統図分析部１１０で分析された機器および配管間の接続関係と、エネルギー関係データベース１６０に記録されている機器および配管のエネルギーの入出力情報とから、エネルギーバランス式を生成し、出力する。
【００２８】
図４（Ａ）を参照して、例えば、ボイラ４００Ｂと、中圧蒸気ヘッダ４００Ｍと、低圧蒸気ヘッダ４００Ｌと、ヘッダ間を接続する配管と、減圧弁４０１および４０２とから構成される系統図のエネルギーバランス式は、以下の式
vＳM_i1  ＝  vＳM_o1  ＋  vＳM_o2                ・・・（１）
vＳM_o1  ＝  vＳL_i1                            ・・・（２）
vＳM_o2  ＝  vＳL_i2                            ・・・（３）
vＳL_i1  ＋  vＳL_i2  ＝  fＳL_o1  ＋  fＳL_o2      ・・・（４）
で記述することができる。
【００２９】
ここで、vＳM_i1はボイラ４００Ｂから入力される中圧蒸気の流量を表す変数、vＳM_o1は減圧弁４０１側の中圧蒸気ヘッダ４００Ｍの出力蒸気量を表す変数、vＳM_o2は減圧弁４０２側の中圧蒸気ヘッダ４００Ｍの出力蒸気量を表す変数、vＳL_i1は減圧弁４０１側の低圧蒸気ヘッダ４００Ｌの入力蒸気量を表す変数、vＳL_i2は減圧弁４０２側の低圧蒸気ヘッダ４００Ｌの入力蒸気量を表す変数、fＳL_o1およびfＳL_o2の各々は低圧蒸気ヘッダ４００Ｌからの出力蒸気量を表す変数である。なお、各変数の左側の添字ｖおよびｆのそれぞれは、それが可変変数および固定変数であることを表している。
【００３０】
式（１）は中圧蒸気ヘッダ４００Ｍに関するエネルギーバランス式である。式（１）は、ボイラ４００Ｂから入力される中圧蒸気の流量vＳM_i1が、中圧蒸気ヘッダ４００Ｌの２つの中圧蒸気出力の流量であるvＳM_o1およびvＳM_o2の合計に等しいことを表している。式（２）は、減圧弁４０１側の中圧蒸気ヘッダ４００Ｍの出力である中圧蒸気流量vＳM_o1と、減圧弁４０１側の低圧蒸気ヘッダの入力である低圧蒸気流量vＳL_i1とが等しいことを表している。式（３）は、減圧弁４０２側の中圧蒸気ヘッダ４００Ｍの出力である中圧蒸気流量vＳM_o2と減圧弁４０２側の低圧蒸気ヘッダ４００Ｌの入力である低圧蒸気流量vＳL_i2とが等しいことを表している。式（４）は低圧蒸気ヘッダ４００Ｌの２つの入力蒸気流量であるvＳL_i1およびvＳL_i2の合計が、低圧蒸気ヘッダ４００Ｌの２つの出力蒸気流量であるfＳL_o1およびfＳL_o2の合計に等しいことを表している。
【００３１】
図４（Ｂ）を参照して、プロセス変数リスト生成部１５０（図２）は、プラント系統図（図４（Ａ））から、プロセス変数としてvＳM_i1、vＳM_o1、vＳM_o2、vＳL_i1、vＳL_i2、fＳL_o1、fＳL_o2の７つのプロセス変数リストを生成する。
【００３２】
最適化モデル生成部１９０は、エネルギーバランス式（１）〜（４）およびプロセス変数データリストから、最適化計算実行部３００または８０２が計算することができる最適化モデルを生成する。数式で定式化されたエネルギー供給システムの最適化モデルの概略は、以下の式
目的関数（最小化）          Ｊ  ＝  Ｃ（ｆ）  ＋  Ｅ        ・・・（５）
制約条件    機器入出力特性  ｐ  ＝  Ｐ（ｓ）                ・・・（６）
ｓ  ＝  Ｓ（ｆ）                ・・・（７）
ｓmin  ≦  ｓ  ≦  ｓmax          ・・・（８）
ｆmin  ≦  ｆ  ≦  ｆmax          ・・・（９）
エネルギーバランス式          ・・・（１０）
で表される。
【００３３】
式（５）はエネルギーコストＪを最小化する目的関数であり、燃料の流量を表すベクトルｆを入力変数とするコスト関数Ｃと、購入電力コストを表す変数Ｅとの合計で構成される。この目的関数は、時刻別にエネルギー単価が異なる場合の全期間のエネルギーコストの合計とされてもよい。式（６）は温度および圧力が一定の場合の蒸気流量ｓを入力変数とするときの発電機の発電量を表す関数Ｐである。式（７）は、燃料の流量ｆを入力変数とするときのボイラの発生蒸気流量ｓを表す関数Ｓである。式（８）は発電機の入力蒸気量ｓの上下限の不等式制約である。式（９）はボイラへの入力する燃料の流量ｆの上下限の不等式制約である。式（１０）は上述の式（１）〜（４）などで表されるエネルギーバランス式である。
【００３４】
式（５）〜（１０）のような数式で定式化された最適化モデルは、２次計画法などの最適化手法で最適な運転目標値を計算するために、以下の式
最小化      １／２・ＸTＡＸ＋ＢＸ        ・・・（１１）
制約条件    Ｃmin  ≦  ＣＸ  ≦  Ｃmax      ・・・（１２）
Ｘmin  ≦  Ｘ  ≦  Ｘmax        ・・・（１３）
の行列式に変換され、その係数行列と上下限値のベクトルとで表現されてもよい。ここで、Ｘは決定変数ベクトル、Ａは目的関数の２次の項の対称な係数行列、Ｂは１次の項の係数ベクトル、Ｃminは不等式制約の下限値のベクトル、Ｃmaxは不等式制約の上限値のベクトル、Ｃは不等式制約の係数行列、Ｘminは決定変数の下限値のベクトル、Ｘmaxは決定変数の上限値のベクトルである。また添字Ｔは転置を表す。
【００３５】
不定状態判定部２１０は、最適化モデルに基づいて最適化計算実行部３００または８０２が最適化計算を実行したときに最適解が不定になるかを判定するものである。例えば、式（４）の右辺は定数であるので、vＳM_i1は式（４）の右辺と等しくなるが、vＳL_i1およびvＳL_i2が実数の場合、式（４）を満たすvＳL_i1およびvＳL_i2の組合せは無限に存在するため、不定となる。
【００３６】
不定状態表示部２２０は、不定状態判定部２１０が判定した不定となる変数を、図４（Ｂ）における変数の囲み線に示すように、系統図上またはエネルギーバランス式上で可視化するものである。
【００３７】
不定状態解消部２３０は、不定状態判定部２１０で判定された不定状態に対して、制約条件追加・修正部２３１を用いて制約条件を追加あるいは修正することによって不定状態を解消するものである。また不定状態は、目的関数追加・修正部２３２を用いて目的関数を追加あるいは修正することによって解消されてもよい。
【００３８】
例えば、低圧蒸気ヘッダ４００Ｌへ入力される低圧蒸気量vＳL_i1の目標値を指定することによって不定状態を解消することができる。なお低圧蒸気量vＳL_i1を目標値に合わせることは減圧弁４０１の制御によって可能である。あるいは、vＳL_i1  ＝  vＳL_i2などの制約条件を追加することで不定状態を解消することもできる。
【００３９】
図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して、不定状態となる可能性のある他の例として、双子の蒸気タービン発電機ＡおよびＢがある。発電機ＡおよびＢのそれぞれの特性が、以下の式
ｐA  ＝  ａ×ｓA＋ｂ      ・・・（１４）
ｐB  ＝  ａ×ｓB＋ｂ      ・・・（１５）
で表されるとする。ここで、ｐAは発電機Ａの発電量を表す変数、ｐBは発電機Ｂの発電量を表す変数、ｓAは発電機Ａの主蒸気流量を表す変数、ｓBは発電機Ｂの主蒸気流量を表す変数、ａおよびｂは発電機の特性を表す係数である。
【００４０】
式（１４）および（１５）から、
ｐA＋ｐB  ＝  ａ×（ｓA＋ｓB）＋２ｂ      ・・・（１６）
が得られる。
【００４１】
式（１６）から、発電機ＡおよびＢの発電量の合計は、発電機Ａの主蒸気流量ｓAと発電機Ｂの主蒸気流量ｓBとの合計値に比例していることがわかる。したがって、主蒸気流量ｓAおよびｓBが連続変数の場合、発電機ＡおよびＢの総発電量を一定とする発電機Ａの主蒸気流量ｓAと発電機Ｂの主蒸気流量ｓBとの組合せは無限に存在する。
【００４２】
図６を参照して、不定状態となる可能性のあるさらに他の例として、熱供給システムの例を示す。冷凍機４０６の出口の水の温度をＴ0、流量をｗ0、バルブ５０１側の配管の水の温度をＴ1、流量をｗ1、バルブ５０２側の配管の水の温度をＴ2、流量をｗ2、水の比熱をｃ0、ｃ1およびｃ2とすると、ヘッダ４０８に関するエネルギーバランス式は、以下の式
ｃ0×Ｔ0×ｗ0  ＝  ｃ1×Ｔ1×ｗ1＋ｃ2×Ｔ2×ｗ2      ・・・（１７）
で表される。ここで、式（１７）の右辺は需要側で必要なエネルギー量の合計を表しており、Ｔ0およびｗ0が連続変数の場合、これを満たす組合せの数は無限となる。
【００４３】
図７を参照して、管理・制御支援システム７０１を用いて最適化モデルを生成する方法について、以下に説明する。ステップＳ１１０にて、まず描画部１００を用いてプラント系統図が作成される。ステップＳ１２０にて、プラント系統図分析部１１０を用いてプラント系統図が分析される。ステップＳ１３０にて、次にエネルギーバランス式計算部１３０およびプロセス変数リスト生成部１５０を用いて、エネルギーバランス式およびプロセス変数リストが生成される。ステップＳ１４０にて、不定状態判定部２１０を用いてエネルギーバランス式が不定状態であるかが判定される。不定状態がないと判断された場合は、ステップＳ１９０にて、最適化モデル生成部１９０を用いて最適化モデルが生成される。不定状態があると判断された場合は、ステップＳ１５０にて、不定状態表示部２２０を用いて描画部１００に不定状態が表示される。ステップＳ１６０にて、次に、不定状態の解消をするかが判断される。不定状態を解消しない場合は、ステップＳ１９０にて、最適化モデルが生成され、それにより一連の処理が終了する。ステップＳ１６０にて、不定状態を解消する場合、本実施の形態においては、追加・修正を目的関数に対して行うか制約条件に対して行うかが選択される。目的関数に対する処理が選択された場合、ステップＳ１７０にて、目的関数追加・修正部２３２も用いて目的関数が追加・修正される。制約条件に対する処理が選択された場合、ステップＳ１８０にて、制約条件追加・修正部２３１も用いて制約条件が追加・修正される。ステップＳ１７０またはＳ１８０の後、ステップＳ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１９０の処理が行われることで一連の処理を終了する。
【００４４】
なおステップＳ１８０にて、制約条件追加・修正部２３１は、複数のプロセス変数の少なくともいずれかについて制御目標値を指定してもよい。これにより、制御目標値が指定されたプロセス変数に依存した環境にさらされる機器が受ける変動負荷が抑えられる。よって機器の寿命を延ばすことができる。
【００４５】
本実施の形態によれば、不定状態判定部によって不定状態が生じると判定された際に、不定状態解消部が、目的関数および制約条件の少なくともいずれかに対して追加および修正の少なくともいずれかを行うことにより不定状態を解消する。これによりエネルギー供給システムを安定的に運転することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図８を参照して、本実施の形態の管理・制御支援システム７０２はプロセス値履歴データベース２６０を有する。プロセス値履歴データベースにはプロセス変数の値の履歴が離散時間毎に蓄積されている。
【００４７】
エネルギー供給システム９００の複数の機器および複数の配管（複数の部分）は、互いに代替可能な複数の代替可能部を含むことがある。例えば、実施の形態１で説明した双子の発電機ＡおよびＢが十分な余力をもって運転されている場合、発電機ＡおよびＢは互いに代替可能である。
【００４８】
エネルギー供給システム９００の運用においては、その効率運転を目的とするだけではなく、その機器（発電機など）の長寿命化のために、同じ機能を有する機器を順番に使用することがある。このため、指定された過去の一定の期間において高負荷の目標値で運転させられた機器があった場合、不定状態解消部２３０は、プロセス値履歴データベース２６０の値を参照することで、当該機器に対して次の時間帯では低負荷となる運転目標値が与えられ、かつ同じ機能をもつ別の機器に対して高負荷となる運転目標値が与えられるように、制約条件または目的関数を追加または修正する。高負荷の運転目標値とは、例えば高温または高圧を表す高い値のプロセス変数を意味するだけでなく、エネルギー供給システム９００の制御のために頻繁に変動させられた値も意味し得る。
【００４９】
この目的で、本実施の形態における制約条件追加・修正部２３１は、プロセス値履歴データベース２６０に蓄積されたプロセス変数の履歴に基づいて、複数の代替可能部の間で負荷がより平準化されるように、制約条件に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う。これにより、代替可能部の全体が正常に機能し得る期間を長くすることができる。
【００５０】
またエネルギー供給システム９００の運用においては、機器の出力を急変させないために、運転目標値の変化範囲を制限する場合がある。例えば、プロセス値の前回の値と次の目標値との偏差を制約条件として設定する場合や、プロセス値の前回の値と次の目標値との偏差の最小化を目的関数に追加する場合がある。具体的には、不定状態解消部２３０において、プロセス値履歴データベース２６０の過去のプロセス値を用いて、以下の式
［｛vj（ｋ）−vj（ｋ＋１）｝／vjmax］2  ＜Ｈ    （j∈J）        ・・・（１８）
に示す制約条件が適用され得る。ここで、ｋは離散時間、vjmaxはvjの最大値、Ｈは変化範囲、Ｊは変数の集合である。
【００５１】
このような場合について一般的にいえば、制約条件追加・修正部２３１は、複数のプロセス変数のうちの少なくとも一つのプロセス変数について、前回の離散時間における値からの偏差が制限されるように制約条件に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う。これにより、生成された最適化モデルより計算された運転目標値へのプロセス変数の追従が早くなる。よってエネルギー供給システムが安定状態になるまでの時間を減らすことができる。
【００５２】
あるいは上式（１８）に代わり、以下の式
Σ［｛vj（ｋ）−vj（ｋ＋１）｝／vjmax］2    （j∈J）      ・・・（１９）
に示す目的関数の最小化が適用され得る。なおΣはj∈Jについての和を取るものとする。
【００５３】
このような場合について一般的にいえば、目的関数追加・修正部２３２は、プロセス値履歴データベース２６０に蓄積された複数のプロセス変数の履歴に基づいて、目的関数に対して追加および修正の少なくともいずれかを行う。目的関数追加・修正部２３２は、複数のプロセス変数について前回の離散時間における値からの偏差の和（式（１９）参照）を算出することにより、最小化されるべき目的関数を設定する。これにより、生成された最適化モデルより計算された運転目標値へのプロセス変数の追従が早くなる。よってエネルギー供給システム９００が安定状態になるまでの時間を減らすことができる。
【００５４】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５５】
本実施の形態によれば、プロセス値履歴データベース２６０により、プロセス変数の過去の値を考慮した最適化モデルを生成することができる。
【００５６】
（実施の形態３）
エネルギー供給システム９００の管理・制御システム８００（図１）において、最適化モデルを用いて算出された全てのプロセス変数の値を制御目標値に指定すると、需要予測が外れた場合や、実際の需要が大きく変動した場合に、エネルギーバランスが取れずにエネルギー供給システム９００を安定的に運転することができないことがある。このため本実施の形態においては、制御可能なプロセス変数の一部について、制御目標値を指定することを避ける。そのための構成および方法について、以下に説明する。
【００５７】
図９を参照して、本実施の形態の管理・制御支援システム７０３は、管理・制御支援システム７０２（図８）の構成に加えて、制御目標プロセス変数設定部２７０と、制御目標プロセス変数リスト格納部２８０とを有する。制御目標プロセス変数設定部２７０は、複数のプロセス変数のうちエネルギー供給システム９００が制御可能なもの（決定変数）の一部に対して制御目標を設定することができるものである。
【００５８】
図１０を参照して、本実施の形態における最適化モデルの生成においては、図７（実施の形態１）とほぼ同様の処理を経てステップＳ１４０にて不定状態がないと判定された後に、ステップＳ２００にて、制御目標プロセス変数設定部２７０は、制御可能な制御目標プロセス変数を表示する。そしてステップＳ２１０にて、制御目標プロセス変数を設定するかを判断する。ステップＳ２１０で制御目標プロセス変数を設定すると判断した場合は、ステップＳ２２０にて制御目標変数を設定する処理Ｓ２２０を行い、ステップＳ２００へ戻る。ステップＳ２１０で制御目標プロセス変数を設定しないと判断した場合は、ステップＳ１９０Ｖにて、最適化モデル生成部１９０および制御目標プロセス変数設定部２７０のそれぞれによって、最適化モデルおよび制御目標プロセス変数リストが生成され、そして最適化モデル格納部２００および制御目標プロセス変数リスト格納部２８０に格納されることで、一連の処理が終了する。
【００５９】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６０】
本実施の形態によれば、制御目標が設定されたプロセス変数以外は、なりゆきで変動し得る。よって、負荷予測が外れた場合や負荷が変動した場合でも、エネルギー供給システム９００（図１）をより安定的に運転することができる。
【００６１】
（実施の形態４）
エネルギー供給システム９００（図１）に対する需要のパターンとその遷移パターンとは無限に存在する。需要のパターンまたはその遷移パターンによっては、不定状態が発生したり、エネルギー供給システム９００の運転が不安定になったりする可能性があり得る。このため本実施の形態においては、最適化モデルの妥当性が、需要についての模擬データを用いて確認される。この点について、以下においてより具体的に説明する。
【００６２】
図１１を参照して、管理・制御支援システム７０４はプロセス値模擬データ生成部２９０を有する。プロセス値模擬データ生成部２９０は、エネルギー供給システム９００に対する需要を表す需要変数の模擬データを生成する。模擬データは、所定の範囲内においてランダムに生成されてもよく、あるいは任意のデータ発生規則に基づいて生成されてもよい。生成された模擬データはプロセス値履歴データベース２６０に登録される。
【００６３】
本実施の形態においては、最適化計算実行部３００は、上述した模擬データを用いつつ、最適化モデルから最適化演算を実行することにより、エネルギー供給システム９００の最適な運転目標値を出力する。運転目標値の時系列変化を確認することにより、エネルギー供給システム９００を安定的に運転できるか否かを判断することができる。安定に運転できないと判断された場合には、実施の形態１〜３で説明した方法により制約条件または目的関数の追加・修正が行われる。その後、必要に応じて模擬データの生成と、運転目標値の時系列変化の安定性の確認とが繰り返されてもよい。
【００６４】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態３の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６５】
本実施の形態によれば、エネルギー供給システムの実際の運転の前に、エネルギー供給システムに対する需要についての様々な模擬データを用いて、エネルギー供給システム９００が安定的に運転されるか否かを、実際の運転の前に確認することができる。そして安定的な運転ができないと判断された場合は、不定状態解消部２３０により最適化モデルを実際の運転の前に改善しておくことができる。
【００６６】
なお上記各実施の形態で説明した管理・制御支援システムは、専用のシステムまたは汎用のコンピュータによって実現され得る。汎用のコンピュータは典型的には、プロセッサとＲＡＭ(Random Access Memory)とＲＯＭ(Read Only Memory)とディスプレイと記憶部と入力部とネットワークＩ／Ｆ(Interface)と記録媒体読取部とを有する。エネルギー供給システムを管理・制御する管理・制御システムを支援するための処理のためのアプリケーションプログラムによって、プロセッサは当該処理を実行させられる。アプリケーションプログラムは、コンピュータのオペレーティングシステム（ＯＳ）が有するプログラムモジュールを利用してもよい。その場合、アプリケーションプログラム自体には上記モジュールの内容は含まれず、アプリケーションプログラムとＯＳとが協働してプロセッサに処理を実行させる。アプリケーションプログラムは、記録媒体により、またはネットワークを介したダウンロードにより、プログラム製品として提供され得る。すなわちプログラム製品は、プログラムが記録された記録媒体と、プログラム自体とのいずれでもあり得る。
【００６７】
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１００  描画部、１０５  接続関係、１１０  プラント系統図分析部、１２０  プラント系統図分析部用データベース、１２５  シンボル、１３０  エネルギーバランス式計算部、１４０  エネルギーバランス式格納部、１５０  プロセス変数リスト生成部、１６０  エネルギー関係データベース、１６５  エネルギー関係データ入力部、１７０  プロセス変数データベース、１８０  プロセス変数リスト格納部、１９０  最適化モデル生成部、２００，８０１  最適化モデル格納部、２１０  不定状態判定部、２２０  不定状態表示部、２３０  不定状態解消部、２３１  制約条件追加・修正部、２３２  目的関数追加・修正部、２６０  プロセス値履歴データベース、２７０  制御目標プロセス変数設定部、２８０  制御目標プロセス変数リスト格納部、２９０  プロセス値模擬データ生成部、３００，８０２  最適化計算実行部、７０１〜７０４  管理・制御支援システム、８００  管理・制御システム、８０３  指令部、９００  エネルギー供給システム。
【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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【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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