(57)【要約】【課題】環状の熱輸送管に、複数の熱源機と複数の需要家とが接続された地域熱供給システムにおいて、需要家へ供給するために必要な温度の熱を精度よく製造するための熱源機の制御設定値を算出することができる熱源機制御装置、熱源機制御方法、及び、熱源機制御プログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の熱源機制御装置は、情報取得部と、算出部とを持つ。情報取得部は、複数の需要家と複数の熱源機とが地域内に分散配置され、熱源機により製造された熱を熱媒体が循環する熱輸送管により需要家へ供給する地域熱供給システムの前記熱源機の状態情報を取得する。算出部は、状態情報に基づき、制御対象の熱源機及び制御対象の熱源機に隣接する他の熱源機における熱媒体の出口温度及び設定温度の情報を取得し、制御対象の熱源機及び隣接する他の熱源機における熱媒体の出口温度と設定温度との差分を用いて制御対象の熱源機の制御設定値を算出する。【選択図】図３
2017096572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の需要家と複数の熱源機とが地域内に分散配置され、前記熱源機により製造された熱を熱媒体が循環する熱輸送管により前記需要家へ供給する地域熱供給システムの前記熱源機の状態を示す状態情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部が取得した前記状態情報に基づき、制御対象の熱源機における前記熱媒体の出口温度及び目標の出口温度である設定温度の情報と、制御対象の前記熱源機に隣接する他の熱源機における前記熱媒体の出口温度及び設定温度の情報とを取得し、制御対象の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と設定温度との差分、及び、隣接する他の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と設定温度との差分を用いて制御対象の前記熱源機を制御するための制御設定値を算出する算出部と、
を備える熱源機制御装置。
【請求項２】
前記制御設定値は、制御対象の前記熱源機における熱媒体の出口温度を制御する値である請求項１に記載の熱源機制御装置。
【請求項３】
前記制御設定値は、制御対象の前記熱源機における熱媒体の出口温度を示す値である請求項１又は請求項２に記載の熱源機制御装置。
【請求項４】
前記状態情報は、前記熱源機における熱媒体の入口温度、出口温度、および、流量のうち一以上の情報を含む、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱源機制御装置。
【請求項５】
前記熱源機制御装置は、前記情報取得部が取得した前記状態情報に基づき、制御対象の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と前記設定温度との差分、及び、隣接する他の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と前記設定温度との差分とを用いて前記制御設定値を算出する式における係数の値を学習する演算装置と接続され、
前記算出部は、前記演算装置が学習した係数の値を用いた前記式を用いて前記制御設定値を算出する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱源機制御装置。
【請求項６】
前記係数の値は、前記情報取得部が取得した前記状態情報のうち異常発生時の状態情報を除いた状態情報に基づき前記演算装置により学習される、
請求項５に記載の熱源機制御装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記演算装置により前記係数に乱数が設定された前記式を用いて前記制御設定値を演算する、
請求項５に記載の熱源機制御装置。
【請求項８】
熱源機制御装置が実行する熱源機制御方法であって、
複数の需要家と複数の熱源機とが地域内に分散配置され、前記熱源機により製造された熱を熱媒体が循環する熱輸送管により前記需要家へ供給する地域熱供給システムの前記熱源機の状態を示す状態情報を取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップにおいて取得した前記状態情報に基づき、制御対象の熱源機における前記熱媒体の出口温度及び目標の出口温度である設定温度の情報と、制御対象の前記熱源機に隣接する他の熱源機における前記熱媒体の出口温度及び設定温度の情報とを取得し、制御対象の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と設定温度との差分、及び、隣接する他の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と設定温度との差分を用いて制御対象の前記熱源機を制御するための制御設定値を算出する算出ステップと、
を有する熱源機制御方法。
【請求項９】
コンピュータに、
複数の需要家と複数の熱源機とが地域内に分散配置され、前記熱源機により製造された熱を熱媒体が循環する熱輸送管により前記需要家へ供給する地域熱供給システムの前記熱源機の状態を示す状態情報を取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップにおいて取得した前記状態情報に基づき、制御対象の熱源機における前記熱媒体の出口温度及び目標の出口温度である設定温度の情報と、制御対象の前記熱源機に隣接する他の熱源機における前記熱媒体の出口温度及び設定温度の情報とを取得し、制御対象の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と設定温度との差分、及び、隣接する他の前記熱源機における前記熱媒体の出口温度と設定温度との差分を用いて制御対象の前記熱源機を制御するための制御設定値を算出する算出ステップと、
を実行させるための熱源機制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、熱源機制御装置、熱源機制御方法、及び、熱源機制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環状の熱輸送管に、複数の熱源機と複数の需要家とが接続された地域熱供給システムがある。熱源機は、熱を製造し、製造した熱によって熱輸送管を流れる熱媒体の温度を予め設定された目標温度とする。各熱源機が製造した熱は、熱輸送管によって各地域の需要家に供給される。このような地域熱供給システムにおいて、一部の需要家に対して供給する熱に変動があったときや、一部の熱源機に故障が発生したときなどには、熱源機が供給する熱を制御するための制御設定値に変更が必要な場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１５−５１７０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、環状の熱輸送管に、複数の熱源機と複数の需要家とが接続された地域熱供給システムにおいて、需要家へ供給するために必要な温度の熱を精度よく製造するための熱源機の制御設定値を算出することができる熱源機制御装置、熱源機制御方法、及び、熱源機制御プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の熱源機制御装置は、情報取得部と、算出部とを持つ。情報取得部は、複数の需要家と複数の熱源機とが地域内に分散配置され、熱源機により製造された熱を熱媒体が循環する熱輸送管により需要家へ供給する地域熱供給システムの前記熱源機の状態を示す状態情報を取得する。算出部は、情報取得部が取得した状態情報に基づき、制御対象の熱源機における熱媒体の出口温度及び目標の出口温度である設定温度の情報と、制御対象の熱源機に隣接する他の熱源機における熱媒体の出口温度及び設定温度の情報とを取得し、制御対象の熱源機における熱媒体の出口温度と設定温度との差分、及び、隣接する他の熱源機における熱媒体の出口温度と設定温度との差分を用いて制御対象の熱源機を制御するための制御設定値を算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の地域熱供給システムの一例を示す図。
【図２】同実施形態の地域熱供給システムの他の一例を示す図。
【図３】同実施形態の熱源機制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図４】同実施形態の熱源機制御装置が実行する処理の流れを説明するためフローチャート。
【図５】同実施形態の地域熱供給システムにおける熱交換処理の概念図。
【図６】第２の実施形態の地域熱供給システムの一例を示す図。
【図７】同実施形態の演算装置の構成を示す機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の熱源機制御装置、熱源機制御方法、及び、熱源機制御プログラムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による地域熱供給システムの構成を示す図である。図１に示すように、地域熱供給システム１は、地域内に分散配置された熱源機１０ａ〜１０ｄと、需要家１１ａ〜１１ｄとが、それぞれ、熱交換機１４ａ〜１４ｄと、熱交換機１７ａ〜１７ｄとを介して、熱輸送管１２により接続された構成である。熱輸送管１２は、熱媒体の供給管路となる。このような接続により、循環管路が構成される。以下では、熱源機１０ａ〜１０ｄを区別しない場合は熱源機１０と記載し、需要家１１ａ〜１１ｄを区別しない場合は需要家１１と記載し、熱交換機１４ａ〜１４ｄを区別しない場合は熱交換機１４と記載する。
【０００９】
熱源機１０は、熱輸送管１２に供給する熱を製造する。需要家１１は、たとえば、オフィスビルや、集合住宅、商用施設などである。また、熱輸送管１２にはポンプ１８が設置されており、熱媒体がポンプ１８によって熱輸送管１２内を循環する。
【００１０】
各熱源機１０ａ〜１０ｄそれぞれの熱媒体入口には、熱媒体循環用のポンプ１３ａ〜１３ｄが備えられている。ポンプ１３ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、熱源機１０ｘに連動するように制御される。つまり、熱源機１０ｘの運転中はポンプ１３ｘも運転され、熱源機１０ｘが停止中はポンプ１３ｘも停止するように制御される。また、熱源機１０ｘからの供給熱は、熱交換機１４ｘによる熱交換により、熱輸送管１２内の熱媒体に供給される。
【００１１】
熱源機１０ａ〜１０ｄはそれぞれ、熱源機制御装置２０ａ〜２０ｄを有する。熱源機制御装置２０ｘは、熱輸送管１２における熱源機１０ｘの出口温度を調整する。また、熱交換機１４ａ〜１４ｄそれぞれの二次側出口には、温度センサ１５ａ〜１５ｄが備えられている。熱源機制御装置２０ｘは、温度センサ１５ｘの計測値が、目標の出口温度である設定温度に一致するように熱源機１０ｘおよびポンプ１３ｘを制御する。この制御により、熱源機１０ａ〜１０ｄから、熱輸送管１２で接続された地域の需要家１１ａ〜１１ｄに熱媒体として冷水または温水を供給する。
【００１２】
また、需要家１１ａ〜１１ｄそれぞれの熱媒体入口には、ポンプ１６ａ〜１６ｄが備えられている。需要家１１ｘに熱負荷がある場合、ポンプ１６ｘも運転するように制御される。また、熱輸送管１２内の熱媒体から需要家１１ｘへの熱供給は、熱交換機１７ｘを介した熱交換により行われる。
【００１３】
熱源機１０ｘを制御する熱源機制御装置２０ｘは、他の熱源機制御装置２０ｙ（ｙ≠ｘ、ｙ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と通信線２１で接続されている。通信線２１は、例えばＰＬＣ（Power Line Communication）である。熱源機制御装置２０ｙは、熱源機１０ｙを制御する。熱源機１０ｙは、熱源機１０ｘと熱輸送管１２で接続された熱源機１０のうち、熱源機１０ｘと隣接する熱源機である。たとえば、熱源機１０ａに隣接する熱源機１０は、熱源機１０ｂ、および熱源機１０ｄである。熱源機制御装置２０ｘは、温度センサ１５ｘから取得した計測データや、設定された設定値に基づいて自装置に対応する熱源機１０ｘを制御する。また、熱源機制御装置２０ｘは、隣接する熱源機制御装置２０ｙから取得した計測データや、隣接する熱源機制御装置２０ｙに設定された設定値に基づいて自装置に対応する熱源機１０ｘの設定値を決定する。設定値とは、熱源機制御装置２０ｘにより熱源機１０ｘに設定される熱媒体出口温度等、熱源機１０ｘの熱媒体出口温度を制御するための制御設定値である。なお、熱源機制御装置２０ｘと、隣接する熱源機１０ｙを制御する熱源機制御装置２０ｙとの通信は、無線通信により行われてもよい。
【００１４】
例えば熱源機１０ａを制御する熱源機制御装置２０ａは、隣接する熱源機１０ｂ、および熱源機１０ｄのそれぞれを制御する熱源機制御装置２０ｂ、および熱源機制御装置２０ｄから計測データおよび設定値を取得する。熱源機制御装置２０ａは、取得したこれら計測データおよび設定値に基づいて、熱源機１０ａおよび、ポンプ１３ａを制御する。この制御により、熱源機制御装置２０ａは、熱交換機１４ａの二次側出口の熱媒体の温度を制御する。
【００１５】
図２は、第１の実施形態による地域熱供給システムの他の構成を示す図である。図２に示す地域熱供給システム１ａは、図１の地域熱供給システム１における熱交換機１４ａ〜１４ｄの代わりに、制御弁１９ａ〜１９ｄを用いる。図１の地域熱供給システムのシステム構成は、図２の地域熱供給システム１ａのシステム構成をとってもよい。以下、制御弁１９ａ〜１９ｄを区別しない場合は制御弁１９という。
【００１６】
図２に示す通り、地域熱供給システム１ａには、図１に示す地域熱供給システム１における熱交換機１４の代わりに、熱源機１０と並列に、熱輸送管１２に制御弁１９が備えられている。制御弁１９ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、熱源機１０ｘの停止中に解放され、熱源機１０ｘの運転中は閉塞されるように制御される。また、熱交換機１７ｘの代わりに、需要家１１ｘと並列に、熱輸送管１２に制御弁９が備えられている。制御弁９ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、ポンプ１６ｘの停止中には解放され、ポンプ１６ｘの運転中は閉塞されるように制御される。
その他は、ポンプ１８が備えられていない点を除いて、地域熱供給システム１ａは、図１の地域熱供給システム１と同様である。
【００１７】
図３を用いて、熱源機制御装置２０を中心とした機能構成について説明する。
図３は、熱源機制御装置２０の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。熱源機制御装置２０と、温度センサ１５との間は、信号線で接続されている。温度センサ１５は、熱媒体の熱源機出口温度等を検出し、検出結果を熱源機制御装置２０に計測データとして出力する。
【００１８】
熱源機制御装置２０は、インターフェース部２２と、入力部２３と、通信部２４と、記憶部２５と、情報処理部２６とを備える。情報処理部２６は、例えば、熱源機制御装置２０が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムやモデル式を実行することで機能するソフトウェア機能部である。
【００１９】
インターフェース部２２は、温度センサ１５および熱源機１０と通信するインターフェースである。インターフェース部２２は、温度センサ１５により計測された計測データを取得し、取得した計測データを情報処理部２６に出力する。また、インターフェース部２２は、情報処理部２６により算出された算出結果を熱源機１０に出力する。
【００２０】
入力部２３は、操作者の操作により入力された設定値や、運転または停止の設定を受け付け、受け付けた操作に対応する信号を情報処理部２６に出力する。入力された設定値とは、例えば熱媒体の設定温度等である。入力部２３は、専用キーやダイヤルスイッチ、マウス、タッチパッド、キーボード等を含んでもよい。
【００２１】
通信部２４は、他の熱源機制御装置２０から、他の熱源機制御装置２０に接続された温度センサ１５により計測された計測データや、他の熱源機制御装置２０により熱源機１０に設定された設定値を取得し、取得した設定値を情報処理部２６に出力する。
【００２２】
記憶部２５は、例えば情報処理部２６が機能するためのプログラムや、各熱源機１０の状態を表す状態情報を記憶する。状態情報は、熱源機１０に関する計測データや、入力部２３から入力された設定値等を含む。計測データは、温度センサ１５が計測した熱源機１０における熱媒体の出口温度の情報を含むが、さらに、図示しないセンサ等により計測された熱源機１０における熱媒体の入口温度、熱媒体の流量などの情報を含んでもよい。また、記憶部２５は、隣接する熱源機１０および熱源機制御装置２０の仕様や、位置情報を記憶する。位置情報とは、例えばある熱源機１０または熱源機制御装置２０から隣接する熱源機１０までの距離や、ある熱源機１０または熱源機制御装置２０に対する隣接する熱源機１０が設置された方向である。
【００２３】
情報処理部２６は、情報取得部２６１と、算出部２６２とを備える。
情報取得部２６１は、自装置の制御対象である熱源機１０の状態情報や、制御対象の熱源機１０に隣接する熱源機１０の状態情報を取得し、記憶部２５に書き込む。情報取得部２６１は、計測データと設定値を別のタイミングで取得するなど、状態情報に含まれる情報を複数回に分けて異なるタイミングで取得してもよい。例えば、情報取得部２６１は、所定の時間ごとに計測データを取得し、設定値の変更があったときに変更後の設定値の情報を取得してもよい。
【００２４】
算出部２６２は、地域熱供給システム１、１ａを最適に制御するための設定値を算出し、算出した設定値に基づいて熱源機１０を制御する。算出部２６２が算出する設定値とは、例えば熱源機１０に与えられる設定値である。設定値は、熱源機１０における熱媒体の出口温度を制御する値であり、具体的には、熱媒体の温度等である。なお、算出部２６２の機能の詳細については後述する。
【００２５】
図４は、第１の実施形態の熱源機制御装置２０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。本処理は、熱源機１０が運転中にリアルタイムに行われる。本処理によって、各熱源機制御装置２０の算出部２６２はそれぞれ、自装置が制御対象とする熱源機１０が出力すべき供給熱量を決定する。
【００２６】
図５は、地域熱供給システム１における熱交換処理の概念図である。同図では、１区間に１台の熱交換機が含まれるように、熱輸送管１２を、熱交換機の台数ｎと同じ数の区間に仮想的に区切る。例えば、図１に示す地域熱供給システム１であれば、熱輸送管１２を、熱交換機１４ａ、１７ａ、１４ｂ、１７ｂ、１４ｃ、１７ｃ、１４ｄ、１７ｄそれぞれが含まれる８つの区間に区切り、それらの区間のメッシュ番号ｉを１〜８とする（ｎ＝８）。以下では、メッシュ番号ｉの区間の熱交換機が熱交換を行った後の熱媒体の温度をＴｉと記載する。
【００２７】
さらに、熱源機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの順に、熱源機番号ｋを１〜４とする。すなわち、ｉ＝２ｋ−１の関係が成り立つ。以下では、熱源機番号ｋの熱源機１０を熱源機１０−ｋと記載し、熱源機１０−ｋを制御する熱源機制御装置２０を熱源機制御装置２０−ｋと記載する。また、熱源機１０−ｋの供給熱量をＱｋとする。
図４および図５を参照して、熱交換機番号ｋの熱源機制御装置２０−ｋが実行する処理について説明する。
【００２８】
まず、熱源機制御装置２０−ｋの情報取得部２６１は、熱源機１０−ｋの計測データ及び熱源機１０−ｋに設定された設定値を取得し、記憶部２５に書き込む。さらに、情報取得部２６１は、隣接する熱源機制御装置２０−ｈから熱源機１０−ｈの計測データと熱源機１０−ｈに設定された設定値を、通信部２４を介して取得し、記憶部２５に書き込む（ステップＳ１００）。ｈ＝ｋ±１であるが、ｋ−２＝−１のときはｈ＝４とし、ｋ＋１＝５のときはｈ＝１とする。
【００２９】
次に、熱源機制御装置２０−ｋの算出部２６２は、ステップＳ１００で取得された状態情報（計測データ及び設定値）を用いて、供給熱量を算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、算出部２６２は、熱源機１０−ｋにより制御される熱媒体の温度Ｔｉ（ｔ）が、入力部２３から入力された熱源機１０−ｋの設定温度ＴｉＳに一致するように、次の（１）式に示す目的関数ｆｉ（ｘ（ｔ））を最小化する供給熱量Ｑｋ（ｔ）を算出する。なお、（ｔ）は、時刻ｔにおける値であることを示す。
【００３０】
【数１】
2017096572.tif 000003
【００３１】
ここで、ｘｉ（ｔ）＝Ｔｉ（ｔ）−ＴｉＳである。つまり、（１）式に示す目的関数は、熱媒体の温度と設定温度との誤差の二乗和で表される。
いま、熱源機１０−ｋ近傍での熱媒体の動特性が、次の（２）式のように表されるものとする。
【００３２】
【数２】
2017096572.tif 000004
【００３３】
ここで、ρ[ｋｇ／ｍ３]、ｃ[Ｊ／ｋｇ・Ｋ]、ｆ[ｍ３／ｓ]は、それぞれ、熱媒体の密度、比熱、流量を表すパラメータである。Ｖｉ[ｍ３]は、メッシュ番号ｉの熱源機１０−ｋにおいて熱媒体が流れる配管の容積である。また、熱輸送管１２のループの始端と終端の熱媒体の温度は同一であり、Ｔ０（ｔ）＝Ｔｎ（ｔ）である。（２）式は、熱媒体が１度変化するため必要な熱源機１０−ｋの供給熱量Ｑｋ（ｔ）を表す。
たとえば、図５において、熱源機１０−１の近傍での熱媒体の動特性は、次の（３）式となる。
【００３４】
【数３】
2017096572.tif 000005
【００３５】
熱媒体の温度Ｔｉ（ｔ）が設定温度ＴｉＳとなる平衡点での供給熱量Ｑｋ（ｔ）をＱｋＳとする。現在の供給熱量Ｑｋ（ｔ）の平衡点となる供給熱量ＱｋＳからの差分をｕｋ（ｔ）＝Ｑｋ（ｔ）−ＱｋＳと置くと、熱源機１０−ｋ近傍での熱媒体の動特性は、次の（４）式のように表される。
【００３６】
【数４】
2017096572.tif 000006
【００３７】
したがって、熱源機１０−ｋ近傍での熱媒体の動特性（４）式は、両辺をρｃＶｉで除算すると、次の（５）式の形に書くことができる。
【００３８】
【数５】
2017096572.tif 000007
【００３９】
ここで、Ｍｉ＝Ｎｉ∪｛ｉ｝であり、Ｎｉは熱源機１０−ｋのメッシュ番号ｉに隣接するメッシュ番号の集合である。例えば、ｉ＝１のときＭ１＝｛１，２，８｝であり、ｉ＝２のときＭ２＝｛１，２，３｝である。
（５）式の右辺の第１項は、Ａｉ＝（ａ１，ａ２，…，ａｎ）とすると、Ａｉ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）Ｔにより表される（Ｔは転置を表す）。ただし、Ａｉは、（ｉ−１）番目の要素ａｉ−１がｆ／Ｖｉ、ｉ番目の要素ａｉが−ｆ／Ｖｉ、他の要素が０の行列である。また、Ｂｉ＝１／ρｃＶｉである。
【００４０】
さて、熱源機制御装置２０−ｋとして、制御対象の熱源機１０−ｋの熱媒体出口温度の設定値からの誤差の積分値と、熱源機１０−ｋと隣接するメッシュ番号ｊの熱源機１０−ｈの熱媒体出口温度の設定値からの誤差との線形結合からなる次の（６）式の入力を考える。
【００４１】
【数６】
2017096572.tif 000008
【００４２】
（６）式において、Ｋｉ及びｋｉｊは予め決められた値の係数である。これらの係数は、制御ゲインと呼ばれる。
各熱源機１０−ｋを制御する熱源機制御装置２０−ｋの（６）式を、各熱源機機能での熱媒体の動特性の（５）式に代入すると、次の（７）式となる。
【００４３】
【数７】
2017096572.tif 000009
【００４４】
一方、制御目的関数（１）式を微分すると、次の（８）式が導出できる。
【００４５】
【数８】
2017096572.tif 000010
【００４６】
熱供給システム全体の目的関数である次の（９）式を分散協調制御するためには、合意勾配アルゴリズムである（１０）式を満たすように制御すればよいことが分かっている。上記の（７）式は、（１０）式に示す合意勾配アルゴリズムとなっている。つまり、ＢｉＫｉ／２がαに相当し、Ａｉｊ＋Ｂｉｋｉｊがａｉｊに相当する。
【００４７】
【数９】
2017096572.tif 000011
【００４８】
【数１０】
2017096572.tif 000012
【００４９】
したがって、（６）式により供給熱量Ｑｋ（ｔ）を算出すれば、（９）式の目的関数を達成することができる。
そこで、算出部２６２は、（６）式の右辺の第１項を、時刻０から現在までの各時刻に熱源機１０−ｋの熱媒体出口温度Ｔｉと、その時刻における熱源機１０−ｋの設定温度ＴｉＳとに基づき算出する。さらに、算出部２６２は、（６）式の左辺の第２項を、制御を行う時刻の前の時刻において、熱源機１０−ｋに隣接する熱源機１０−ｈの熱媒体出口温度Ｔｊと、その時刻における熱源機１０−ｈの設定温度ＴｊＳとから算出する。算出部２６２は、（６）式により算出されたｕｋ（ｔ）に既知のＱｋＳを加算し、供給熱量Ｑｋ（ｔ）を算出する。ＱｋＳは、記憶部２５に記憶される熱源機制御装置２０の仕様の情報などから得られる。
【００５０】
次に、熱源機制御装置２０−ｋの算出部２６２は、ステップＳ１０２において得られた熱源機１０−ｋの供給熱量Ｑｋ（ｔ）に基づいて、熱源機１０−ｋの制御設定値である熱媒体出口温度設定値を算出する。この熱媒体出口温度設定値の算出には、熱源機１０−ｋにおける熱媒体の流量や入口温度、熱媒体の密度や比熱なども用いられ得る。算出部２６２は、算出した熱媒体出口温度設定値を熱源機１０−ｋに設定する（ステップＳ１０４）。算出部２６２は、処理の終了条件を満たすか否かを判断する(ステップＳ１０６）。算出部２６２は、終了条件を満たしていないと判断した場合はステップＳ１００からの処理を繰り返す。算出部２６２は、終了指示が入力された、予め設定された時間を経過したなど、なんらかの終了条件を満たすと判断した場合は、本フローチャートの処理を終了する。
【００５１】
隣接する熱源機１０の設定値を用いた協調制御により、ＥＭＳ（Emergy Management System）のような中央制御装置を必要とせずに、地域熱供給システム１全体を最適に制御することができる。そして、熱源機１０が故障した場合にも、地域熱供給システム１全体の目的関数を最小化するような熱源機１０の制御設定値が計算できるため、熱媒体の温度分布を均一化することができ、需要家１１への熱供給を十分に行うことが可能となる。
【００５２】
なお、熱源機制御装置２０ａ〜２０ｄのうち任意の複数台の装置を、１台の熱源機制御装置により実現してもよい。例えば、熱源機制御装置２０ａ〜２０ｄの全てを１台の装置により実現してもよい。ただし、個々に熱源機を制御する熱源機制御装置２０を備えることによって、隣接する熱源機制御装置２０からのみ情報を取得すればよいという効果がある。
【００５３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の地域熱供給システムの構成について、図６〜図７を参照して説明する。第１の実施形態と同じ部分については説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、地域熱供給システム１ｂが第１の実施形態の地域熱供給システム１と異なる点は、演算装置３０をさらに備える点である。演算装置３０と、熱源機制御装置２０ａ〜２０ｄとの間は、通信線３１で接続されている。演算装置３０は、熱源機制御装置２０から、温度センサ１５の計測値や温度設定値、供給熱量等を、状態情報として取得する。演算装置３０は、取得した情報を用いて、熱源機制御装置２０の制御設定値を算出する係数を演算し、熱源機制御装置２０に出力する。
【００５５】
図７を用いて、演算装置３０を中心とした機能構成について説明する。
図７は、演算装置３０の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。演算装置３０は、通信部３２と、蓄積部３３と、演算部３４とを備える。演算部３４は、例えば、演算装置３０が備えるＣＰＵ等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムやモデル式を実行することで機能するソフトウェア機能部である。
【００５６】
通信部３２は、熱源機制御装置２０により取得された熱源機１０の計測データ及び設定値、熱源機制御装置２０における演算データ等を取得し、取得したデータを蓄積部３３に蓄積する。また、通信部３２は、演算部３４により演算された演算結果を熱源機制御装置２０に出力する。
蓄積部３３には、熱源機制御装置２０が取得した計測データや、設定値等などの状態情報が蓄積される。
演算部３４は、蓄積部３３により蓄積された状態情報を用いて、熱源機制御装置２０の制御設定値の算出に用いられる式のける係数の値を学習する。具体的には、演算部３４は、（６）式における係数Ｋｉ及びｋｉｊの値を演算する。演算部３４は、演算した係数の値を熱源機制御装置２０に通知する。
【００５７】
熱源機制御装置２０の通信部２４は、通信線３１によって演算装置３０とも接続されている。熱源機制御装置２０の情報取得部２６１は、演算装置３０から出力された、熱源機制御装置２０の制御設定値を算出するための係数の値を記憶部２５に記憶する。熱源機制御装置２０の算出部２６２は、記憶部２５に記憶されたこの係数の値を用いて、地域熱供給システム１ｂを最適に制御するための設定値を算出し、算出した設定値に基づいて熱源機１０を制御する。
【００５８】
以上のように、制御設定値を算出する係数の値を、実績データを用いた学習により演算することで、機器構成の変更や機器の経年変化にも対応することができる。
また、学習方法として、例えば、制御ゲインの算出の重みである係数Ｋｉ及びｋｉｊに乱数を用いるようにしてもよい。例えば、演算装置３０の演算部３４は、乱数を設定したＫｉ及びｋｉｊの組を熱源機制御装置２０に通知する。各熱源機制御装置２０は、通知されたＫｉ及びｋｉｊの組を用いて算出した制御設定値を熱源機１０に設定する。これを、Ｋｉ及びｋｉｊに設定する乱数の値を変えながら繰り返す。
演算装置３０の演算部３４は、各乱数の組を用いて制御設定値を決定したときの制御効率の評価値を算出する。評価値を算出する方法は任意とすることができるが、例えば、（９）式などを用いてもよい。演算部３４は、評価値が最もよいとき又は所定の条件よりもよいときの係数Ｋｉ及びｋｉｊの組を学習結果として選択する。このように、乱数を用いて係数を学習することにより、いろいろな重みのときのデータを蓄積し、制御応答等の向上を実現することができる。
【００５９】
また、演算装置３０の演算部３４は、係数の値を算出するための学習データとして、蓄積部３３に蓄積された状態情報のうち、異常が発生している機器に関する状態情報を除いた情報を用いる。異常発生時の状態情報を除いて学習を行うことにより、演算部３４は、異常が発生した機器の影響を受けないような係数の値を演算する。演算部３４は、異常が発生している機器の情報を、外部の装置から受信してもよく、状態情報が示す値に基づいて判定してもよい。
【００６０】
なお、熱源機制御装置２０ａ〜２０ｄのうち任意の１台以上の装置と、演算装置３０とを１台の熱源機制御装置により実現してもよい。例えば、熱源機制御装置２０ａ〜２０ｄと演算装置３０とを１台の装置により実現してもよく、熱源機制御装置２０ａ〜２０ｄのいずれかと演算装置３０とを１台の装置により実現してもよい。
【００６１】
以上説明した実施形態によれば、熱源機制御装置は、複数の需要家と複数の熱源機とが地域内に分散配置され、熱源機により製造された熱を熱媒体が循環する熱輸送管により需要家へ供給する地域熱供給システムにおける熱源機の状態を示す状態情報を取得する。熱源機制御装置は、取得した状態情報に基づき、制御対象の熱源機における熱媒体の出口温度及び設定温度の情報と、制御対象の熱源機に隣接する他の熱源機における熱媒体の出口温度及び設定温度の情報とを取得する。熱源機制御装置は、制御対象の熱源機における熱媒体の出口温度と設定温度との差分、及び、隣接する他の熱源機における熱媒体の出口温度と設定温度との差分を用いて制御対象の熱源機の制御設定値を算出する。すなわち、熱源機制御装置は、（６）式により、ｋ番目の熱源機制御装置が制御対象とする熱源機における熱媒体の出口温度と設定温度との差分、及び、その熱源機と隣接する他の熱源機における熱媒体の出口温度と設定温度との差分を用いてｕｋを算出する。熱源機制御装置は、ｕｋ（ｔ）＝Ｑｋ（ｔ）−ＱｋＳの関係を利用して供給熱量Ｑｋ（ｔ）を算出し、供給熱量がＱｋ（ｔ）となるように制御対象の熱源機に設定すべき制御設定値を決定する。（６）式の係数の値には、予め操作者により入力された値を用いてもよく、過去の状態情報を学習データとして演算装置が演算した値を用いることもできる。
【００６２】
上述した実施形態によれば、地域に分散配置された熱源機は、隣接する熱源機と現在の運用状況の情報を交換しながら協調制御し、熱媒体の温度を目標値に制御する。従って、地域の各需要家への熱供給温度を精度よく制御できる。
また、熱源機の故障に対しても、隣接する熱源機が故障した熱源機を補助することができる。従って、熱供給温度を設定値に精度よく制御することが可能となる。
【００６３】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、算出部を持つことにより、環状の熱輸送管に、複数の熱源機と複数の需要家とが分散して接続された地域熱供給システムにおいて、需要家へ供給するために必要な温度の熱を精度よく製造するための熱源機の制御設定値を算出することができる。
【００６４】
上述した実施形態における熱源機制御装置２０、及び、演算装置３０の一部の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この熱源機制御装置２０、及び、演算装置３０の一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００６５】
本発明のいくつかの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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００６６】
１、１ａ、１ｂ…地域熱供給システム、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…制御弁、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４…熱源機、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…需要家、１２…熱輸送管、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…ポンプ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…熱交換機、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ…温度センサ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ…ポンプ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…熱交換機、１８…ポンプ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ…制御弁、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…熱源機制御装置、２１…通信線、２２…インターフェース部、２３…入力部、２４…通信部、２５…記憶部、２６…情報処理部、３０…演算装置、３１…通信線、３２…通信部、３３…蓄積部、３４…演算部、２６１…情報取得部、２６２…算出部
【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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