(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける発電機グループ決定部と、
前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に基づいて発電機グループ毎に所属する１台以上の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である部分問題を生成し、発電機グループ毎に部分問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す部分問題解を得る部分問題解取得部と、
発電機グループ毎の部分問題解の集合から一部の部分問題解を抽出し、前記一部の部分問題解に従って各発電機が稼働する場合における最適化問題である最終解決定問題を前記基準問題に基づいて生成し、前記最終解決定問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す最終解を得る最終解取得部と、
を備える運転計画装置。
【請求項２】
前記発電機グループ決定部は、前記複数台の発電機の構成を示す発電機構成データに基づいて、互いに連動して動作する２台以上の発電機を同じ発電機グループに所属させる
請求項１に記載の運転計画装置。
【請求項３】
前記発電機グループ決定部は、各発電機の特性を示す発電機特性データに基づいて、発電機グループ間で所属する発電機の特性に偏りが生じないように、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項１または請求項２に記載の運転計画装置。
【請求項４】
前記発電機グループ決定部は、発電機グループ間で所属する発電機の発電効率に偏りが生じないように、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項３に記載の運転計画装置。
【請求項５】
前記発電機特性データは、各発電機の特性として、各発電機の出力範囲を示し、
前記運転計画装置は、前記複数台の発電機の全てが稼働する場合の最適化問題である暫定解決定問題を前記基準問題に基づいて生成し、前記暫定解決定問題を解くことによって各発電機の出力値を示す暫定解を得る暫定解取得部を備え、
前記発電機グループ決定部は、前記暫定解が示す各発電機の出力値と前記発電機特性データが示す各発電機の出力範囲とに基づいて、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項３または請求項４に記載の運転計画装置。
【請求項６】
前記発電機特性データは、各発電機の特性として、各発電機の出力範囲を示し、
前記運転計画装置は、前記複数台の発電機を１台以上の稼働発電機と１台以上の停止発電機とに分類し、前記１台以上の稼働発電機の全てが稼働し、且つ、前記１台以上の停止発電機の全てが停止する場合の最適化問題である暫定解決定問題を前記基準問題に基づいて生成し、前記暫定解決定問題を解くことによって各発電機の出力値を示す暫定解を得る暫定解取得部を備え、
前記発電機グループ決定部は、前記暫定解が示す各発電機の出力値と前記発電機特性データが示す各発電機の出力範囲とに基づいて、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項３または請求項４に記載の運転計画装置。
【請求項７】
前記発電機特性データは、各発電機の特性として、各発電機の発電効率を示し、
前記暫定解取得部は、前記１台以上の稼働発電機の出力上限値の総和が電力需要以上になるように、前記複数台の発電機から発電効率が高い順に前記１台以上の稼働発電機を選択する
請求項６に記載の運転計画装置。
【請求項８】
前記発電機グループ決定部は、発電機グループ間で所属する停止発電機の台数に偏りが生じないように、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項６または請求項７に記載の運転計画装置。
【請求項９】
前記発電機グループ決定部は、出力値が出力下限値に等しい発電機が分散されるように、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の運転計画装置。
【請求項１０】
前記発電機グループ決定部は、出力値が出力下限値よりも大きく出力上限値よりも小さい発電機が分散されるように、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項５から請求項９のいずれか１項に記載の運転計画装置。
【請求項１１】
前記発電機特性データは、各発電機の特性として、計画期間における各発電機の停止の有無を示し、
前記発電機グループ決定部は、前記計画期間に停止する発電機が分散されるように、前記複数台の発電機を前記複数の発電機グループに分ける
請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の運転計画装置。
【請求項１２】
前記運転計画装置は、前記複数台の発電機の全てが稼働する場合の最適化問題である暫定解決定問題を前記基準問題に基づいて生成し、前記暫定解決定問題を解くことによって各発電機の出力値を示す暫定解を得る暫定解取得部を備え、
前記部分問題解取得部は、前記暫定解が示す各発電機の出力値に基づいて、発電機グループ毎に部分問題の制約条件を設定する
請求項１に記載の運転計画装置。
【請求項１３】
前記部分問題解取得部は、前記暫定解が示す各発電機の出力値に基づいて発電機グループ毎に所属する発電機の出力値の合計をグループ需要量として算出し、発電機グループ毎にグループ需要量を部分問題の制約条件に加える
請求項１２に記載の運転計画装置。
【請求項１４】
前記部分問題解取得部は、前記暫定解が示す各発電機の出力値に基づいて各発電機の発電余力を算出し、発電機グループ毎に所属する発電機の発電余力の合計をグループ余力として算出し、発電機グループ間のグループ余力の比率に基づいて各発電機グループに対して発電余力の下限である下限予備力を決定し、発電機グループ毎に下限予備力を部分問題の制約条件に加える
請求項１２または請求項１３に記載の運転計画装置。
【請求項１５】
前記最終解取得部は、発電機グループ毎の部分問題解の集合から各時刻における各発電機の稼働の有無を示す部分問題解を抽出し、抽出した部分問題解に従って各発電機が稼働または停止する場合における最適化問題を前記最終解決定問題として生成する
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の運転計画装置。
【請求項１６】
発電機グループ決定部が、複数台の発電機を複数の発電機グループに分け、
部分問題解取得部が、前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に基づいて発電機グループ毎に所属する１台以上の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である部分問題を生成し、発電機グループ毎に部分問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す部分問題解を得て、
最終解取得部が、発電機グループ毎の部分問題解の集合から一部の部分問題解を抽出し、前記一部の部分問題解に従って各発電機が稼働する場合における最適化問題である最終解決定問題を前記基準問題に基づいて生成し、前記最終解決定問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す最終解を得る
運転計画方法。
【請求項１７】
複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける発電機グループ決定処理と、
前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に基づいて発電機グループ毎に所属する１台以上の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である部分問題を生成し、発電機グループ毎に部分問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す部分問題解を得る部分問題解取得処理と、
発電機グループ毎の部分問題解の集合から一部の部分問題解を抽出し、前記一部の部分問題解に従って各発電機が稼働する場合における最適化問題である最終解決定問題を前記基準問題に基づいて生成し、前記最終解決定問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す最終解を得る最終解取得処理と、
をコンピュータに実行させるための運転計画プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の発電機の運転計画を求めるための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力供給において安定性と経済性とを両立するためには、複数台の発電機に対する運転計画を適切に作成する必要がある。具体的には、電力需要と発電量を一致させ、且つ、各発電機の物理的な制約条件を満たし、且つ、発電効率が良い発電機を適切に稼動させるように、運転計画を作成する必要がある。【０００３】
複数台の発電機に対する運転計画を決定するための問題を「運転計画問題」と称する。
運転計画問題は、Ｕｎｉｔ  Ｃｏｍｍｉｔｍｅｎｔ問題とも呼ばれ、広く研究されている。運転計画問題は、０１決定変数と連続決定変数とが混在した混合０１整数計画問題として定式化されることが良く知られている。【０００４】
運転計画問題を混合０１整数計画問題として定式化する多くの研究では、発電機の起動状態と発電機の停止状態とが０１決定変数で表され、発電機の出力値が連続決定変数で表される。その上で、考慮したい制約条件の種類と考慮したい制約条件の記述の仕方とに応じて、決定変数が適宜追加される。目的は、燃料費と発電機の起動費とを合計した発電総費用を最小化することである。
主な制約条件は、需給バランス制約、予備力制約、発電機運転制約および燃料制約などである。需給バランス制約とは、電力需要と発電量を一致させるという制約である。予備力制約とは、一定量の予備力および一定量の調整力を確保するという制約である。発電機運転制約とは、最小連続起動時間、最小連続停止時間、出力上限値、出力下限値および出力変化速度などの発電機固有の運転制約を遵守するという制約である。燃料制約とは、燃料消費量が残燃料量を上回らないようにするという制約である。【０００５】
混合０１整数計画問題は組合せ最適化問題であるので、混合０１整数計画問題の求解には時間が掛かる。特に、混合０１整数計画問題の規模が大きくなると、求解時間は急激に増大する傾向にある。【０００６】
運転計画問題の規模は、発電機台数、計画期間の長さ、及び時刻の刻み幅によって決定される。
今後、電力自由化に伴う広域連携により、運転計画の対象となる発電機の台数が増加することが予想される。また、より精緻な運転計画を立案する為に、時刻の刻み幅が細かく設定されることが予想される。
したがって、運転計画問題の規模が今後増大していくと予想される。そのため、運転計画問題を高速に解く手段が必要である。【０００７】
特許文献１には、複数台の発電機の運転計画を立案する方法が開示されている。
その方法では、複数台の発電機が幾つかの発電機グループに分けられ、１つの発電機グループに属する発電機群を１つの仮想的な発電機と見做して各発電機グループの運転計画が立案され、発電機グループ毎に各発電機の運転計画が立案される。これにより、高速な求解が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１８−１０６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の方法では、発電機グループを仮想的な１台の発電機と見做す際に、発電効率のような限定された情報のみが利用される。
一方で、発電機には、最小連続起動時間、出力上限値、出力下限値および出力変化速度などの種々の制約が課される。そのため、種々の制約を考慮して仮想的な発電機を作成しなければ、実行可能性が担保されない。
したがって、特許文献１に開示された方法が適用される場面は、比較的単純な例に限定される。【００１０】
本発明は、各発電機に課される多様な制約条件を考慮しつつ、運転計画問題を高速かつ高精度に解くことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の運転計画装置は、
複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける発電機グループ決定部と、
前記複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である基準問題に基づいて発電機グループ毎に所属する１台以上の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である部分問題を生成し、発電機グループ毎に部分問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す部分問題解を得る部分問題解取得部と、
発電機グループ毎の部分問題解の集合から一部の部分問題解を抽出し、前記一部の部分問題解に従って各発電機が稼働する場合における最適化問題である最終解決定問題を前記基準問題に基づいて生成し、前記最終解決定問題を解くことによって各発電機の運転計画を表す最終解を得る最終解取得部と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一部の部分問題解を利用して最終解決定問題が生成され、最終解決定問題を解いて運転計画の最終解が得られる。部分問題は発電機グループ毎に生成されるため、部分問題は基準問題を解くよりも高速に解くことができる。また、一部の部分問題解が最終解決定問題で利用されるため、最終解決定問題は基準問題を解くよりも高速に解くことができる。また、残りの部分問題解に対応する多様な制約条件を考慮した最終解を得ることができる。したがって、運転計画問題を高速かつ高精度に解くことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における運転計画システム２００の構成図。
【図２】実施の形態１における運転計画装置１００の構成図。
【図３】実施の形態１における運転計画部１２０と最適化問題部１４０とのそれぞれの構成を示す図。
【図４】実施の形態１における運転計画方法のフローチャート。
【図５】実施の形態１における受付処理（Ｓ１１０）のフローチャート。
【図６】実施の形態１における運転計画処理（Ｓ１２０）のフローチャート。
【図７】実施の形態における運転計画装置１００のハードウェア構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。図中の矢印はデータの流れ又は処理の流れを主に示している。
【００１５】
実施の形態１．
運転計画システム２００について、図１から図６に基づいて説明する。
運転計画システム２００は、複数台の発電機の運転計画を決定するためのシステムである。
【００１６】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、運転計画システム２００の構成を説明する。
運転計画システム２００は、利用者端末２１０と運転計画装置１００とを備える。
【００１７】
利用者端末２１０は、利用者が操作するコンピュータである。
具体的な利用者は、発電機の運用担当者である。
利用者端末２１０の具体例は、パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータまたはスマートフォンである。
【００１８】
利用者端末２１０は、ネットワークを介して、運転計画装置１００と通信する。
具体的には、利用者端末２１０は、入力データ２１１を運転計画装置１００へ送信する。
入力データ２１１は、電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４とを含む。
但し、電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４とのそれぞれが個別に送信されてもよい。
電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４とのそれぞれの内容については後述する。
【００１９】
運転計画装置１００は、運転計画サーバとして機能する。
そして、運転計画装置１００は、入力データ２１１に基づいて運転計画データ２０１を生成する。
運転計画データ２０１は、複数台の発電機の運転計画を示すデータである。
【００２０】
図２に基づいて、運転計画装置１００の構成を説明する。
運転計画装置１００は、プロセッサ１０１とメモリ１０２と補助記憶装置１０３と通信装置１０４と入出力インタフェース１０５といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。
【００２１】
プロセッサ１０１は、演算処理を行うＩＣであり、他のハードウェアを制御する。例えば、プロセッサ１０１は、ＣＰＵ、ＤＳＰまたはＧＰＵである。
ＩＣは、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔの略称である。
ＤＳＰは、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒの略称である。
ＧＰＵは、Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔの略称である。
【００２２】
メモリ１０２は揮発性の記憶装置である。メモリ１０２は、主記憶装置またはメインメモリとも呼ばれる。例えば、メモリ１０２はＲＡＭである。メモリ１０２に記憶されたデータは必要に応じて補助記憶装置１０３に保存される。
ＲＡＭは、Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙの略称である。
【００２３】
補助記憶装置１０３は不揮発性の記憶装置である。例えば、補助記憶装置１０３は、ＲＯＭ、ＨＤＤまたはフラッシュメモリである。補助記憶装置１０３に記憶されたデータは必要に応じてメモリ１０２にロードされる。
ＲＯＭは、Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙの略称である。
ＨＤＤは、Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅの略称である。
【００２４】
通信装置１０４はレシーバ及びトランスミッタである。例えば、通信装置１０４は通信チップまたはＮＩＣである。
ＮＩＣは、Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｒｄの略称である。
【００２５】
入出力インタフェース１０５は、入力装置および出力装置が接続されるポートである。例えば、入出力インタフェース１０５はＵＳＢ端子であり、入力装置はキーボードおよびマウスであり、出力装置はディスプレイである。
ＵＳＢは、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓの略称である。
【００２６】
運転計画装置１００は、受付部１１０と運転計画部１２０と出力部１３０と最適化問題部１４０といった要素を備える。これらの要素はソフトウェアで実現される。
【００２７】
補助記憶装置１０３には、受付部１１０と運転計画部１２０と出力部１３０と最適化問題部１４０としてコンピュータを機能させるための運転計画プログラムが記憶されている。運転計画プログラムは、メモリ１０２にロードされて、プロセッサ１０１によって実行される。
補助記憶装置１０３には、さらに、ＯＳが記憶されている。ＯＳの少なくとも一部は、メモリ１０２にロードされて、プロセッサ１０１によって実行される。
プロセッサ１０１は、ＯＳを実行しながら、運転計画プログラムを実行する。
ＯＳは、Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍの略称である。
【００２８】
運転計画プログラムの入出力データは記憶部１９０に記憶される。
メモリ１０２は記憶部１９０として機能する。但し、補助記憶装置１０３、プロセッサ１０１内のレジスタおよびプロセッサ１０１内のキャッシュメモリなどの記憶装置が、メモリ１０２の代わりに、又は、メモリ１０２と共に、記憶部１９０として機能してもよい。
【００２９】
運転計画装置１００は、プロセッサ１０１を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。複数のプロセッサは、プロセッサ１０１の役割を分担する。
【００３０】
運転計画プログラムは、光ディスクまたはフラッシュメモリ等の不揮発性の記録媒体にコンピュータ読み取り可能に記録（格納）することができる。
【００３１】
図３に基づいて、運転計画部１２０と最適化問題部１４０とのそれぞれの構成を説明する。
運転計画部１２０は、暫定解取得部１２１と発電機グループ決定部１２２と部分問題解取得部１２３と最終解取得部１２４といった要素を備える。運転計画部１２０に備わる各要素の機能については後述する。
最適化問題部１４０は、基準問題生成部１４１と最適化問題計算部１４２といった要素を備える。最適化問題部１４０に備わる各要素の機能については後述する。
【００３２】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
運転計画装置１００の動作の手順は運転計画方法に相当する。また、運転計画装置１００の動作の手順は運転計画プログラムによる処理の手順に相当する。
【００３３】
図４に基づいて、運転計画方法を説明する。
ステップＳ１１０において、受付部１１０は、入力データ２１１を受け付ける。
【００３４】
図５に基づいて、受付処理（Ｓ１１０）を説明する。
ステップＳ１１１において、受付部１１０は、利用者端末２１０から送信された入力データ２１１を受信する。
【００３５】
ステップＳ１１２において、受付部１１０は、受信した入力データ２１１を記憶部１９０に記憶する。
【００３６】
図４に戻り、ステップＳ１２０から説明を続ける。
ステップＳ１２０において、運転計画部１２０は、入力データ２１１に基づいて、運転計画データ２０１を生成する。
運転計画処理（Ｓ１２０）の詳細について後述する。
【００３７】
ステップＳ１３０において、出力部１３０は、運転計画データ２０１を出力する。
例えば、出力部１３０は、運転計画データ２０１を利用者端末２１０へ送信する。
【００３８】
図６に基づいて、運転計画処理（Ｓ１２０）を説明する。
ステップＳ１２１において、基準問題生成部１４１は、入力データ２１１に基づいて、基準問題を生成する。
基準問題は、複数台の発電機の運転計画を決定するための最適化問題であり、各時刻における各発電機の稼働の有無を示す決定変数を含む。
【００３９】
入力データ２１１は、電力需要データ２１２と発電機構成データ２１３と発電機特性データ２１４とを含む。
【００４０】
電力需要データ２１２は、電力の需要を示すデータである。
具体的には、電力需要データ２１２は、計画期間の予想電力需要値を示す。計画期間は、運転計画の対象となる期間である。予想電力需要値は、複数台の発電機によって発電すべき電力量を表し、単位時間毎に与えられる。
４月１日から４月７日までの１週間の運転計画を１時間単位で決定したい場合、電力需要データ２１２は、４月１日から４月７日までの各日の２４時点（０時、１時、・・・、２３時）の予想電力需要値を示す。
【００４１】
発電機構成データ２１３は、複数台の発電機の構成を示すデータである。
具体的には、発電機構成データ２１３は、発電機の台数および発電機間の関係などの情報を示す。発電機間の関係とは、例えば、燃料タンクを共有していること、揚水発電機において貯水池を共有していること、２台以上の発電機でコンバインドサイクル発電機を構成することなどの情報である。発電機間の関係は、２台以上の発電機に跨る制約条件の基となる。
【００４２】
発電機特性データ２１４は、各発電機の特性を示すデータである。
具体的には、発電機特性データ２１４は、発電機の種類、発電効率、最小連続運転時間、最小連続停止時間、出力上限値、出力下限値および出力変化速度などの情報を示す。発電効率は、発電量と燃料消費量との関数で表される。
【００４３】
基準問題は、最適化問題を生成するための既存技術を利用することによって生成することが可能である。基準問題を生成する手順については説明を省略する。
【００４４】
ステップＳ１２２において、暫定解取得部１２１は、基準問題に基づいて暫定解決定問題を生成する。
暫定解決定問題は、複数台の発電機の全てが稼働する場合の最適化問題である。
【００４５】
暫定解取得部１２１は、暫定解決定問題を以下のように生成する。
まず、暫定解取得部１２１は、基準問題に含まれる複数の決定変数を第１決定変数群と第２決定変数群とに分ける。決定変数は運転計画において決定すべき変数であり、決定変数群は１つ以上の決定変数である。
第１決定変数群は、各時刻における各発電機の稼働の有無を示す。第２決定変数群は、第１決定変数群に含まれない全ての決定変数であり、各時刻における各発電機の出力値（発電量）などを示す。
そして、暫定解取得部１２１は、第１決定変数群に含まれる各決定変数に、稼働状態値を設定する。稼働状態値は、発電機が稼働することを意味する値である。
【００４６】
暫定解決定問題では、第１決定変数群の値が制約条件として固定される。したがって、暫定解決定問題は、第２決定変数群の値を決定するための最適化問題である。
第１決定変数群の値を固定することにより、解くべき決定変数の数が低減される。そのため、暫定解決定問題は比較的容易に解くことができる。
【００４７】
ステップＳ１２３において、暫定解取得部１２１は、暫定解決定問題を解くことによって暫定解を得る。
暫定解は、各発電機の出力値を示す。
【００４８】
具体的には、暫定解取得部１２１は、暫定解決定問題を最適化問題計算部１４２に渡し、最適化問題計算部１４２から暫定解を受け取る。最適化問題計算部１４２は、暫定解取得部１２１から暫定解決定問題を受け取り、暫定解決定問題を解き、暫定解を暫定解取得部１２１に渡す。
【００４９】
暫定解決定問題などの最適化問題を解く方法として、任意の既存技術を利用することができる。
例えば、数理計画ソルバと呼ばれるソフトウェアを利用する方法がある。商用の数理計画ソルバまたはフリーの数理計画ソルバとして、多くのソフトウェアが知られている。商用の数計画ソルバの一例はＧｕｒｏｂｉ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒである。それぞれの数理計画ソルバには、解くことができる最適化問題のクラスが決まっている。最適化問題計算部１４２が既存の数理計画ソルバを使用する場合、基準問題生成部１４１は、使用される数理計画ソルバが解けるクラスの最適化問題（基準問題）を生成する。
【００５０】
ステップＳ１２４において、発電機グループ決定部１２２は、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。
【００５１】
グループ分けの概要を説明する。
発電機グループ決定部１２２は、発電機構成データ２１３に基づいて、互いに連動して動作する２台以上の発電機を同じ発電機グループに所属させる。
発電機グループ決定部１２２は、発電機特性データ２１４に基づいて、発電機グループ間で所属する発電機の特性に偏りが生じないように、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。
例えば、発電機グループ決定部１２２は、発電機グループ間で所属する発電機の発電効率に偏りが生じないように、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。
例えば、発電機特性データ２１４は、各発電機の特性として、各発電機の出力範囲を示す。出力範囲は出力下限値と出力上限値とで特定される。そして、発電機グループ決定部１２２は、ステップＳ１２３で得られた暫定解が示す各発電機の出力値と、発電機特性データ２１４が示す各発電機の出力範囲とに基づいて、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。具体的には、発電機グループ決定部１２２は、出力値が出力下限値に等しい発電機が分散されるように、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。また、発電機グループ決定部１２２は、出力値が出力下限値よりも大きく出力上限値よりも小さい発電機が分散されるように、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。
例えば、発電機特性データ２１４は、各発電機の特性として、計画期間における各発電機の停止の有無を示す。そして、発電機グループ決定部１２２は、計画期間に停止する発電機が分散されるように、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。
【００５２】
グループ分けの詳細を説明する。
発電機グループ決定部１２２は、第１条件と第２条件とを満たすようにグループ分けを行う。但し、第１条件のみを満たすようにグループ分けが行われてもよい。
【００５３】
第１条件は、連動動作が課される２台以上の発電機を同一グループに所属させることである。第１条件を満たすことにより、発電機グループ毎に最適化問題を分解した際に発電機グループ毎に最適化問題が独立となる。つまり、制約条件が複数の発電機グループに跨らないようになる。
【００５４】
第２条件は、発電機グループ間で、発電機グループに属する発電機の特性を均質化することである。第２条件を満たすことにより、発電機グループ毎に最適化問題を分解しても運転計画の精度が低下しなくなる。
【００５５】
第１条件について、同じ発電機グループに属する２台以上の発電機の具体例を示す。第１条件についての具体例において、同じ発電機グループに属する２台以上の発電機を複数台の発電機と称する。
複数台の火力発電機が燃料タンクを共有する。
複数台の揚水発電機が貯水池を共有する。
複数台の発電機がコンバインドサイクル発電機を形成する。
複数台の発電機がマストラングループを形成する。マストラングループでは、一定台数以上の発電機が常に稼動していなければならない。
複数台の発電機が、総出力の上限値が定められたグループを形成する。
複数台の発電機が、総出力の下限値が定められたグループを形成する。
複数台の発電機が、指定された時間間隔の範囲内で２台以上稼働することを禁止するグループを形成する。
複数台の発電機が、指定された時間間隔の範囲内で２台以上停止することを禁止するグループを形成する。
【００５６】
第２条件について、グループ分けの具体例を示す。
発電機グループ決定部１２２は、発電効率が近い発電機が同一グループに集中しないように、発電効率が近い発電機を分散させる。具体的には、発電量と燃料費の関係を表す関係式の１次の係数が小さいほど発電効率が高い発電機と定義する。そして、その係数の値が小さい順に、ラウンドロビン方式で発電機を発電機グループに割り当てる。
暫定解である出力値が出力下限値と等しい発電機について、発電機を停止させて別の発電機を稼働させると効率が良くなる可能性が高い。発電機グループ決定部１２２は、このような発電機が同一グループに集中しないように、このような発電機を分散させる。
暫定解である出力値が出力上限値に満たず、且つ、暫定解である出力値が出力下限値と等しくない発電機について、他の発電機から発電量の負担を移すことが可能である。つまり、このような発電機の発電量は調整の余地が大きい。発電機グループ決定部１２２は、このような発電機が同一グループに集中しないように、このような発電機を分散させる。
計画期間内に定期検査等の理由で停止することが予め分かっている発電機について、発電機グループ決定部１２２は、このような発電機が同一グループに集中しないように、このような発電機を分散させる。
ここで挙げた複数の具体例に優先順位を付けて複数の具体例を組み合わせることで、発電機グループ間で、発電機グループに属する発電機の特性を均質化することができる。
【００５７】
ステップＳ１２５において、部分問題解取得部１２３は、基準問題に基づいて、発電機グループ毎に部分問題を生成する。
部分問題は、発電機グループに所属する１台以上の発電機の運転計画を決定するための最適化問題である。
【００５８】
部分問題を生成する方法の概要を説明する。
部分問題解取得部１２３は、ステップＳ１２３で得られた暫定解が示す各発電機の出力値に基づいて、発電機グループ毎に部分問題の制約条件を設定する。
例えば、部分問題解取得部１２３は、暫定解が示す各発電機の出力値に基づいて、発電機グループ毎に所属する発電機の出力値の合計を算出する。算出される合計をグループ需要量と称する。そして、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ毎にグループ需要量を部分問題の制約条件に加える。
例えば、部分問題解取得部１２３は、ステップＳ１２３で得られた暫定解が示す各発電機の出力値に基づいて、各発電機の発電余力を算出する。発電余力は、出力上限値から出力値（暫定解）を減算することによって算出される。次に、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ毎に所属する発電機の発電余力の合計を算出する。算出される合計をグループ余力と称する。次に、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ間のグループ余力の比率に基づいて、各発電機グループに対して下限予備力を決定する。下限予備力は発電余力の下限である。そして、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ毎に下限予備力を部分問題の制約条件に加える。
【００５９】
部分問題を生成する方法の詳細を説明する。
部分問題は、発電機グループ毎に生成される。ステップＳ１２４での複数の発電機グループの決定により、複数台の発電機に跨る制約条件のうちの一部の制約条件については、各発電機グループに限定されている。一部の制約条件とは、複数台の発電機の出力値の合計、及び、各出力値から計算可能な予備力等の計算値の合計が満たすべきノルマ、という形で与えられる制約条件を除く制約条件である。具体的には、一部の制約条件から除かれる制約条件は、需給バランス制約および予備力制約である。そのため、需給バランス制約と予備力制約とのそれぞれを発電機グループ別に分解すれば良い。
需給バランス制約を発電機グループ別に分解するために、部分問題解取得部１２３は、ステップＳ１２３で得られた暫定解に含まれる各発電機の出力値を使用する。具体的には、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ毎に、発電機グループに所属する発電機の出力値を足し合わせて、発電機グループで発電すべき発電量を算出する。これにより、全ての発電機グループで発電すべき発電量は元の電力需要に等しくなる。そのため、需給バランス制約が満たされる。さらに、各発電機グループの能力に応じて、各発電機グループに発電量ノルマを割り当てることができる。
予備力制約を発電機グループ別に分解するために、部分問題解取得部１２３は、ステップＳ１２３で得られた暫定解に含まれる各発電機の出力値を使用する。具体的には、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ毎に、各発電機の出力値を各発電機の出力上限値から差し引いて発電余力を算出する。さらに、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ毎に、発電機グループの所属する発電機の発電余力を足し合わせてグループ余力を算出する。そして、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ間のグループ余力の比率に応じて、各発電機グループの下限予備力を決定する。これにより、全ての発電機グループで確保される予備力（発電余力）は元の予備力を上回る。さらに、各発電機グループの能力に応じて、各発電機グループに予備力ノルマを割り当てることができる。
【００６０】
ステップＳ１２６において、部分問題解取得部１２３は、発電機グループ毎に、部分問題を解くことによって、部分問題解を得る。
部分問題解は、各発電機の運転計画を表す。
【００６１】
具体的には、部分問題解取得部１２３は、部分問題を最適化問題計算部１４２に渡し、最適化問題計算部１４２から部分問題解を受け取る。最適化問題計算部１４２は、部分問題解取得部１２３から部分問題を受け取り、部分問題を解き、部分問題解を部分問題解取得部１２３に渡す。
【００６２】
ステップＳ１２７において、最終解取得部１２４は、発電機グループ毎の部分問題解の集合から、一部の部分問題解を抽出する。
具体的には、最終解取得部１２４は、発電機グループ毎の部分問題解の集合から、各時刻における各発電機の稼働の有無を示す部分問題解を抽出する。
【００６３】
ステップＳ１２８において、最終解取得部１２４は、基準問題と一部の部分問題解とに基づいて、最終解決定問題を生成する。
最終解決定問題は、一部の部分問題解に従って各発電機が稼働する場合における最適化問題である。
具体的には、最終解決定問題は、ステップＳ１２７で抽出した部分問題解に従って各発電機が稼働または停止する場合における最適化問題である。
【００６４】
最終解決定問題を生成する方法について説明する。
最終解取得部１２４は、全ての部分問題解のうち、第１決定変数群の値だけを基準問題に代入する。これにより、最終解決定問題が得られる。つまり、最終解決定問題では、第１決定変数群の値が制約条件として固定される。したがって、最終解決定問題は、第２決定変数群の値を決定するための最適化問題である。第１決定変数群の値を固定することにより、解くべき決定変数の数が低減される。そのため、最終解決定問題は暫定解決定問題と同様に比較的容易に解くことができる。
【００６５】
但し、最終解取得部１２４は、全ての部分問題解を集積したものを最終解にしてもよい。この場合、最終解決定問題は不要である。
【００６６】
ステップＳ１２９において、最終解取得部１２４は、最終解決定問題を解くことによって、最終解を得る。
最終解は、各発電機の運転計画を表す。
【００６７】
具体的には、最終解取得部１２４は、最終解決定問題を最適化問題計算部１４２に渡し、最適化問題計算部１４２から最終解を受け取る。最適化問題計算部１４２は、最終解取得部１２４から最終解決定問題を受け取り、最終解決定問題を解き、最終解を最終解取得部１２４に渡す。
【００６８】
＊＊＊実施例の説明＊＊＊
運転計画システム２００は、複数台の利用者端末２１０を備えてもよい。
運転計画装置１００が利用者端末２１０を兼ねてもよい。
入力データ２１１は、他システムから運転計画装置１００へ自動的に入力されてもよい。
【００６９】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
実施の形態１により、各発電機に課される多様な制約条件を全て満たすことと、近似精度の低下を防ぐこととの双方、を両立できるように発電機グループを決定することができる。そして、発電機グループ毎に部分問題を計算することで、高速かつ高精度に運転計画を求めることができる。
【００７０】
実施の形態２．
暫定解決定問題の生成方法と発電機グループの決定方法とについて、主に実施の形態１と異なる点を説明する。
【００７１】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
運転計画システム２００の構成は、実施の形態１における構成と同じである（図１から図３を参照）。
【００７２】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
運転計画方法の手順は、実施の形態１における手順と同じである（図４から図６を参照）。
但し、ステップＳ１２２において、暫定解決定問題を生成する方法が実施の形態１における方法と異なる。また、ステップＳ１２４において、発電機グループを決定する新たな方法が実施の形態１における方法に加わる。
【００７３】
暫定解決定問題を生成する方法の概要を説明する。
まず、暫定解取得部１２１は、各発電機を稼働発電機と停止発電機とのいずれかに分類する。稼働発電機は、計画期間の全ての時刻で稼働する発電機である。停止発電機は、計画期間の全ての時刻で停止する発電機である。
具体的には、暫定解取得部１２１は、発電機特性データ２１４に基づいて、１台以上の稼働発電機の出力上限値の総和が電力需要以上になるように、複数台の発電機から発電効率が高い順に１台以上の稼働発電機を選択する。
そして、暫定解取得部１２１は、基準問題に基づいて暫定解決定問題を生成する。
暫定解決定問題は、１台以上の稼働発電機の全てが稼働し、且つ、１台以上の停止発電機の全てが停止する場合の最適化問題である。
【００７４】
暫定解決定問題を生成する方法の詳細を説明する。
まず、暫定解取得部１２１は、基準問題に含まれる複数の決定変数を第１決定変数群と第２決定変数群とに分ける。
そして、暫定解取得部１２１は、第１決定変数群のうち１台以上の稼働発電機のそれぞれに対する決定変数に稼働状態値を設定する。また、暫定解取得部１２１は、第１決定変数群のうち１台以上の停止発電機のそれぞれに対する決定変数に停止状態値を設定する。停止状態値は、発電機が停止することを意味する値である。
【００７５】
第１決定変数群に含まれる各決定変数の値を決定するに当たって、暫定解取得部１２１は、複数の火力発電機を、全ての時刻で稼働状態となる火力発電機（稼働発電機）と、全ての時刻で停止状態となる火力発電機（停止発電機）とに分類する。この際、全ての時刻で稼働状態となる火力発電機の出力上限値の総和が計画期間内の最大電力需要を満たすように、暫定解取得部１２１は分類を決定する。また、暫定解取得部１２１は、発電効率が高い順に、１台以上の火力発電機を、全ての時刻で稼働状態となる火力発電機に分類する。すなわち、全ての時刻で停止状態となる火力発電機に分類されるのは、発電効率が低い火力発電機である。暫定解取得部１２１は、このようにして第１決定変数群に含まれる各決定変数の値を決定する。そして、暫定解取得部１２１は、第１決定変数群に含まれる各決定変数の値を、運転計画を決定するための最適化問題（基準問題）に代入する。代入後の最適化問題が暫定解決定問題となる。暫定解決定問題では、第１決定変数群の値が制約条件として固定される。したがって、暫定解決定問題は、第２決定変数群の値を決定するための最適化問題である。
【００７６】
このようにして生成される暫定解決定問題が必ずしも実行可能であるとは限らない。何故なら、出力変化速度制約などにより、全ての時刻で稼働状態となる各火力発電機が出力上限値と等しい出力値を得ることができない場合があるためである。
そこで、暫定解決定問題が実行可能でなかった場合、暫定解取得部１２１は、全ての時刻で停止状態となる火力発電機に分類された１台以上の火力発電機のうちで最も発電効率が高い火力発電機を、全ての時刻で稼働状態となる火力発電機に分類し直す。これにより、暫定解決定問題が更新される。暫定解取得部１２１は、実行可能な暫定解決定問題が得られるまで、暫定解決定問題の更新を繰り返す。
【００７７】
発電機グループを決定する方法を説明する。
発電機グループ決定部１２２は、発電機グループ間で所属する停止発電機の台数に偏りが生じないように、複数台の発電機を複数の発電機グループに分ける。
【００７８】
つまり、全ての時刻で停止状態となる火力発電機が複数ある場合、発電機グループ決定部１２２は、全ての時刻で停止状態となる火力発電機が同一グループに集中しないように、全ての時刻で停止状態となる火力発電機を分散させる。
【００７９】
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
実施の形態２により、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００８０】
＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
図７に基づいて、運転計画装置１００のハードウェア構成を説明する。
運転計画装置１００は処理回路１０９を備える。
処理回路１０９は、受付部１１０と運転計画部１２０と出力部１３０と最適化問題部１４０とを実現するハードウェアである。
処理回路１０９は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリ１０２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ１０１であってもよい。
【００８１】
処理回路１０９が専用のハードウェアである場合、処理回路１０９は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。
ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略称である。
【００８２】
運転計画装置１００は、処理回路１０９を代替する複数の処理回路を備えてもよい。複数の処理回路は、処理回路１０９の役割を分担する。
【００８３】
運転計画装置１００において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。
【００８４】
このように、処理回路１０９はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
【００８５】
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。
【００８６】
運転計画装置１００は、複数の装置で実現されてもよい。
運転計画装置１００の要素である「部」は、「処理」または「工程」と読み替えてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１００  運転計画装置、１０１  プロセッサ、１０２  メモリ、１０３  補助記憶装置、１０４  通信装置、１０５  入出力インタフェース、１０９  処理回路、１１０  受付部、１２０  運転計画部、１２１  暫定解取得部、１２２  発電機グループ決定部、１２３  部分問題解取得部、１２４  最終解取得部、１３０  出力部、１４０  最適化問題部、１４１  基準問題生成部、１４２  最適化問題計算部、１９０  記憶部、２００  運転計画システム、２０１  運転計画データ、２１０  利用者端末、２１１  入力データ、２１２  電力需要データ、２１３  発電機構成データ、２１４  発電機特性データ。
【図１】
0006937969.tif 000002
【図２】
0006937969.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006937969.tif 000006
【図６】
0006937969.tif 000007
【図７】
0006937969.tif 000008