特許 6981759 運転計画作成装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981759

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】運転計画作成装置および方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/54 20180101AFI20211206BHJP

   F24F 11/61 20180101ALI20211206BHJP

   F24F 11/63 20180101ALI20211206BHJP

   G06Q 50/06 20120101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/54

   F24F11/61

   F24F11/63

   G06Q50/06ZAB

【請求項の数】10

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-38048(P2017-38048)

(22)【出願日】2017年3月1日

(65)【公開番号】特開2018-146121(P2018-146121A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】古賀 圭

(72)【発明者】

【氏名】鹿島 亨

【審査官】 町田 豊隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２２６８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３４９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３２３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３８７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７８５２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １１／５４

Ｆ２４Ｆ １１／６１

Ｆ２４Ｆ １１／６３

Ｇ０６Ｑ ５０／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標値ごとに、前記指標値に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成装置であって、
前記運転指針条件ごとに、前記指標値を算出するための指標値算出関数と、前記指標値に対して求められる水準値を設定する運転指針条件設定部と、
入力された選択指示に基づいて、予め設定されている、それぞれ前記指標値に対する異なる要求のパターンに対応する複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択部と、
前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理部と、
前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成部とを備え、
前記定式化パターンは、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配がゼロより大きくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより大きく前記水準値より大きい範囲での勾配より小さくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含む
ことを特徴とする運転計画作成装置。

【請求項2】

複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標値ごとに、前記指標値に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成装置であって、
前記運転指針条件ごとに、前記指標値を算出するための指標値算出関数を定義する指標値算出関数定義部と、
前記指標値に対して求められる水準値を設定する水準値設定部と、
入力された選択指示に基づいて、予め設定されている、それぞれ前記指標値に対する異なる要求のパターンに対応する複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択部と、
前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理部と、
前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最大化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成部とを備え、
前記定式化パターンは、前記最適化演算が前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最大化する演算である場合、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配がゼロより小さくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の上界値が単調減少し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより小さく前記水準値より大きい範囲での勾配より大きくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含む
ことを特徴とする運転計画作成装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の運転計画作成装置において、
前記定式化処理部は、前記運転指針条件に関する目的関数および制約条件を定式化する際、前記水準値より小さい範囲における前記目的関数の勾配の絶対値を、前記運転指針条件以外の他の運転指針条件の水準未達成量を増加させない程度に小さい値に設定することを特徴とする運転計画作成装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の運転計画作成装置において、
前記定式化パターンは、少なくとも前記第２の定式化パターンを含み、
前記定式化パターン選択部は、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第２の定式化パターンを自動選択する
ことを特徴とする運転計画作成装置。

【請求項5】

請求項１または請求項２に記載の運転計画作成装置において、
前記定式化パターンは、少なくとも前記第１の定式化パターンを含むとともに、前記最適化演算が目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算である場合、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加（上界値が単調減少）し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記指標値がゼロとなることを示す定義式を生成する第３の定式化パターンをさらに含み、
前記定式化パターン選択部は、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第３の定式化パターンを自動選択し、前記最適化演算を行って、前記第３の定式化パターンを自動選択したすべての前記運転指針条件がそれぞれの水準値を満たしたことが確認された場合、これら運転指針条件の定式化パターンとして前記第１の定式化パターンを自動選択し直し、
前記定式化処理部は、自動選択し直した前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記第１の定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化し直し、
前記運転計画作成部は、すべての前記運転指針条件に関する定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算を再度行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する
ことを特徴とする運転計画作成装置。

【請求項6】

複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標値ごとに、前記指標値に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成方法であって、
運転指針条件設定部が、前記運転指針条件ごとに、前記指標値を算出するための指標値算出関数と、前記指標値に対して求められる水準値を設定する運転指針条件設定ステップと、
定式化パターン選択部が、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている、それぞれ前記指標値に対する異なる要求のパターンに対応する複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択ステップと、
定式化処理部が、前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理ステップと、
運転計画作成部が、前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成ステップとを備え、
前記定式化パターンは、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配がゼロより大きくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより大きく前記水準値より大きい範囲での勾配より小さくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含む
ことを特徴とする運転計画作成方法。

【請求項7】

複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標値ごとに、前記指標値に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成方法であって、
運転指針条件設定部が、前記運転指針条件ごとに、前記指標値を算出するための指標値算出関数と、前記指標値に対して求められる水準値を設定する運転指針条件設定ステップと、
定式化パターン選択部が、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている、それぞれ前記指標値に対する異なる要求のパターンに対応する複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択ステップと、
定式化処理部が、前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理ステップと、
運転計画作成部が、前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最大化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成ステップとを備え、
前記定式化パターンは、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配がゼロより小さくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の上界値が単調減少し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより小さく前記水準値より大きい範囲での勾配より大きくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含む
ことを特徴とする運転計画作成方法。

【請求項8】

請求項６または請求項７に記載の運転計画作成方法において、
前記定式化処理ステップは、前記運転指針条件に関する目的関数および制約条件を定式化する際、前記水準値より小さい範囲における前記目的関数の勾配の絶対値を、前記運転指針条件以外の他の運転指針条件の水準未達成量を増加させない程度に小さい値に設定することを特徴とする運転計画作成方法。

【請求項9】

請求項６または請求項７に記載の運転計画作成方法において、
前記定式化パターンは、少なくとも前記第２の定式化パターンを含み、前記定式化パターン選択ステップは、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第２の定式化パターンを自動選択することを特徴とする運転計画作成方法。

【請求項10】

請求項６または請求項７に記載の運転計画作成方法において、
前記定式化パターンは、少なくとも前記第１の定式化パターンを含むとともに、前記最適化演算が目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算である場合、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加（上界値が単調減少）し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記指標値がゼロとなることを示す定義式を生成する第３の定式化パターンをさらに含み、
前記定式化パターン選択ステップは、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第３の定式化パターンを自動選択し、前記最適化演算を行って、前記第３の定式化パターンを自動選択したすべての前記運転指針条件がそれぞれの水準値を満たしたことが確認された場合、これら運転指針条件の定式化パターンとして前記第１の定式化パターンを自動選択し直し、
前記定式化処理ステップは、自動選択し直した前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記第１の定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化し直し、
前記運転計画作成ステップは、すべての前記運転指針条件に関する定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算を再度行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する
ことを特徴とする運転計画作成方法。

【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に設けられた複数の熱源機器に関する運転計画を作成する運転計画作成技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、業務用建物の空調システムでは、非常時を想定した多様なエネルギー源を利用するエネルギー供給システムの導入が進んでいる。しかし、電力やガスには、使用量に応じた従量課金のほか、ピーク使用量や平準化などの基準で年間にわたるエネルギー契約が定められており、これらの契約と省エネ・節電を勘案して、複数の熱源機器の運転計画を作成することは、管理者（オペレータ）にとって多大な労力を要する。

【0003】

従来、このような複数の熱源機器に関する運転計画を自動計算する運転支援技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。この従来技術では、予めオペレータが、各熱源機器の運転指針に関する条件を示す運転指針条件として、それぞれに制約条件や目的関数を設定入力するものとし、これら運転指針条件のすべてにおいて、制約条件が満たされる範囲で目的関数が最小または最大となる解を求める最適化問題を線形計画法に基づき解くことにより、運転計画を特定している。

【0004】

上記従来技術では、運転指針条件を最適化問題の定義式として定式化する際の定式化パターンとして、ハード制約型およびソフト制約型の２つの定式化パターンが設定可能とされている。これら定式化パターンは、対象となる設計変数の関数として表される指標値の指定水準遵守に関する厳格性を規定するものであり、具体的には次のようなオペレータの要求を式で表現したものである。

【0005】

＜ハード制約型パターン＞
・指標値を必ず指定した水準値以下にしたい。
・水準値以下であれば指標値はどの値でも優劣はないと判断する。
＜ソフト制約型パターン＞
・指標値を必ずしも指定した水準値以下にする必要はないが、なるべく水準値以下にしたい。
・水準値以下であれば指標値はどの値でも優劣はないと判断する。

【0006】

この際、ハード制約型パターンを用いた場合、実行可能解が存在する場合は必ず水準が満たされた解が得られるというメリットがあるが、実行可能解が存在しなくなる場合があり、その場合は解が得られないというデメリットがある。

【0007】

一方、ソフト制約型パターンを用いた場合、それを用いたことによって実行可能解が存在しなくなることはなく、水準を満たせなくても、水準未達成量をなるべく小さくした解が得られるというメリットがある。しかし、水準を満たす解が存在するにもかかわらず水準が満たされていない解が得られる可能性があるというデメリットがある。
従来技術によれば、オペレータはこれら定式化パターンを適宜、選択設定し、最適化演算を実行することにより、なるべく要求を満たす運転計画を探索（検討）することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１５−０３５９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、このような従来技術では、運転指針条件を定式化する際の定式化パターンとして、ハード制約型およびソフト制約型の２つの定式化パターンが設定可能であり、それぞれの運転指針条件をこれらのうちいずれか１つの定式化パターンとして設定することになるが、これら以外の定式化パターンとして適用することができず、かつ、これらの定式化パターンのみではオペレータの要求を適確に表現できない場合があったため、オペレータの要求を十分に満たした運転計画を得ることができない、あるいは得るために多大な定式化調整作業を要するという問題点があった。

【0010】

例えば、指標値を必ず指定した水準値以下にしたい場合であって、かつ、指標値が水準値より小さければ小さいほど望ましい、という要求を運転指針条件に設定したい場合がある。このような場合にハード制約型パターンで定式化すると、指標値が水準値よりさらに小さくなる解が存在していても、そのような解は得られにくい。また、ソフト制約型パターンで定式化した場合には、指標値が水準値以下となる解が存在するのに他の条件によっては水準値を満たさない解が得られる場合がある。

【0011】

一方、指標値を必ずしも指定した水準値以下にする必要はないが、なるべく水準未達成量が小さくなってほしい場合であって、かつ、指標値が水準値より小さければ小さいほど望ましいが、この要求程度は水準値を満たさない範囲よりは小さい、という要求を運転指針条件に設定したい場合がある。このような場合にソフト制約型パターンで定式化すると、指標値が水準値よりさらに小さくなる解が存在していても、そのような解は得られにくい。また、ソフト制約型パターンで定式化し、かつ、求める水準より小さい水準を意図的に設定すると、指標値が求める水準値より小さくなる解が得られやすくなるが、水準値を超えた最小化が他のソフト制約の水準未達成量最小化よりも必要以上に優先されて、他のソフト制約の水準未達成量が大きくなった解が得られる場合がある。また、ハード制約型として定式化すると、水準を満たさなくてもよいのに、水準を満たす実行可能解がないために解が得られない場合がある。

【0012】

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、オペレータの要求により近い運転計画を、より少ない定式化調整作業で提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

このような目的を達成するために、本発明にかかる運転計画作成装置は、複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標ごとに、前記指標に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成装置であって、前記運転指針条件ごとに、前記指標を算出するための指標値算出関数と、前記指標に対して求められる水準値を設定する運転指針条件設定部と、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択部と、前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理部と、前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成部とを備え、前記定式化パターンは、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配がゼロより大きくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより大きく前記水準値より大きい範囲での勾配より小さくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含むようにしたものである。

【0014】

また、本発明にかかる他の運転計画作成装置は、複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標ごとに、前記指標に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成装置であって、前記運転指針条件ごとに、前記指標を算出するための指標値算出関数を定義する指標値算出関数定義部と、前記指標に対して求められる水準値を設定する水準値設定部と、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択部と、前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理部と、前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最大化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成部とを備え、前記定式化パターンは、前記最適化演算が前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最大化する演算である場合、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配がゼロより小さくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の上界値が単調減少し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより小さく前記水準値より大きい範囲での勾配より大きくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含むようにしたものである。

【0015】

また、本発明にかかる上記運転計画作成装置の一構成例は、前記定式化処理部が、前記運転指針条件に関する目的関数および制約条件を定式化する際、前記水準値より小さい範囲における前記目的関数の勾配の絶対値を、前記運転指針条件以外の他の運転指針条件の水準未達成量を増加させない程度に小さい値に設定するようにしたものである。

【0016】

また、本発明にかかる上記運転計画作成装置の一構成例は、前記定式化パターンが、少なくとも前記第２の定式化パターンを含み、前記定式化パターン選択部は、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第２の定式化パターンを自動選択するようにしたものである。

【0017】

また、本発明にかかる上記運転計画作成装置の一構成例は、前記定式化パターンが、少なくとも前記第１の定式化パターンを含むとともに、前記最適化演算が目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算である場合、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加（上界値が単調減少）し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記指標値がゼロとなることを示す定義式を生成する第３の定式化パターンをさらに含み、前記定式化パターン選択部は、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第３の定式化パターンを自動選択し、前記最適化演算を行って、前記第３の定式化パターンを自動選択したすべての前記運転指針条件がそれぞれの水準値を満たしたことが確認された場合、これら運転指針条件の定式化パターンとして前記第１の定式化パターンを自動選択し直し、前記定式化処理部は、自動選択し直した前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記第１の定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化し直し、前記運転計画作成部は、すべての前記運転指針条件に関する定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算を再度行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成するようにしたものである。

【0018】

また、本発明にかかる運転計画作成方法は、複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標ごとに、前記指標に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成方法であって、運転指針条件設定部が、前記運転指針条件ごとに、前記指標を算出するための指標値算出関数と、前記指標に対して求められる水準値を設定する運転指針条件設定ステップと、定式化パターン選択部が、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択ステップと、定式化処理部が、前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理ステップと、運転計画作成部が、前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成ステップとを備え、前記定式化パターンは、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配がゼロより大きくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の下界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより大きく前記水準値より大きい範囲での勾配より小さくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含むようにしたものである。

【0019】

また、本発明にかかる他の運転計画作成方法は、複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標ごとに、前記指標に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、前記運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式を含む最適化問題について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて前記熱源機器の発停を示す運転計画を作成する運転計画作成方法であって、運転指針条件設定部が、前記運転指針条件ごとに、前記指標を算出するための指標値算出関数と、前記指標に対して求められる水準値を設定する運転指針条件設定ステップと、定式化パターン選択部が、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている複数の定式化パターンから、前記運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、前記運転指針条件ごとに選択する定式化パターン選択ステップと、定式化処理部が、前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化する定式化処理ステップと、運転計画作成部が、前記定式化により得られた定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最大化する最適化演算を行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成する運転計画作成ステップとを備え、前記定式化パターンは、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配がゼロより小さくなることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、前記演算結果において、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の上界値が単調減少し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記目的関数の上界値の前記指標値に関する勾配が、ゼロより小さく前記水準値より大きい範囲での勾配より大きくなることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含むようにしたものである。

【0020】

また、本発明にかかる上記運転計画作成方法の一構成例は、前記定式化処理ステップが、前記運転指針条件に関する目的関数および制約条件を定式化する際、前記水準値より小さい範囲における前記目的関数の勾配の絶対値を、前記運転指針条件以外の他の運転指針条件の水準未達成量を増加させない程度に小さい値に設定するようにしたものである。

【0021】

また、本発明にかかる上記運転計画作成方法の一構成例は、前記定式化パターンとして、少なくとも前記第２の定式化パターンを含み、前記定式化パターン選択ステップは、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第２の定式化パターンを自動選択するようにしたものである。

【0022】

また、本発明にかかる上記運転計画作成方法の一構成例は、前記定式化パターンとして、少なくとも前記第１の定式化パターンを含むとともに、前記最適化演算が目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算である場合、前記指標値が前記水準値より大きい範囲では前記目的関数の下界値が単調増加（上界値が単調減少）し、かつ、前記指標値が前記水準値より小さい範囲では前記指標値がゼロとなることを示す定義式を生成する第３の定式化パターンをさらに含み、前記定式化パターン選択ステップは、前記選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない場合、前記第３の定式化パターンを自動選択し、前記最適化演算を行って、前記第３の定式化パターンを自動選択したすべての前記運転指針条件がそれぞれの水準値を満たしたことが確認された場合、これら運転指針条件の定式化パターンとして前記第１の定式化パターンを自動選択し直し、前記定式化処理ステップは、自動選択し直した前記運転指針条件に関する前記指標値算出関数、前記水準値、および前記第１の定式化パターンに基づいて、前記運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化し直し、前記運転計画作成ステップは、すべての前記運転指針条件に関する定義式について、前記制約条件のもとで前記目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算を再度行い、得られた演算結果に基づいて前記運転計画を作成するようにしたものである。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、第１の定式化パターンによれば、運転指針条件に対して、指標値を必ず指定した水準値以下にしたく、かつ、指標値が水準値より小さければ小さいほど望ましい、という要求を最適化問題の定義式に表現できる。

【0024】

また、第２の定式化パターンによれば、運転指針条件として、指標値を指定した水準値より必ずしも小さくする必要はないが、なるべく水準未達成量を小さくしたい場合であって、かつ、指標値が水準値より小さければ小さいほど望ましいが、この要求程度は水準値を満たさない範囲よりは小さい、という要求を最適化問題の定義式に表現できる。

【0025】

また、これら第１および第２の定式化パターンの両方を含む場合には、ユーザ（オペレータ）が、これらの定式化パターンのうちから、運転指針条件に対して要求に応じて適切な任意の定式化パターンを選択できる。これにより、ユーザの要求を、より正確に最適化問題の定式化に反映させることが可能となるため、ユーザの要求により近しい運転計画を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】運転計画作成装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】エネルギー供給システムのモデル構成例である。

【図3】ハード制約＋目的型パターンに関する定義式を示す説明図である。

【図4】ソフト制約＋目的型パターンに関する定義式を示す説明図である。

【図5】運転計画作成処理を示す説明である。

【図6】第１の実施の形態にかかる運転計画作成処理を示すフローチャートである。

【図7】第２の実施の形態にかかる運転計画作成処理を示すフローチャートである。

【図8】第３の実施の形態にかかる運転計画作成処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる運転計画作成装置１０について説明する。図１は、運転計画作成装置の構成を示すブロック図である。

【0028】

この運転計画作成装置１０は、全体としてサーバ装置などの演算処理装置からなり、複数の熱源機器を発停制御して需要エネルギーを生成する過程を評価するための指標ごとに、指標に対して求められる運転指針条件を設定し、これら運転指針条件を定式化して得られた、運転指針条件の目的関数および制約条件について最適化演算を実行し、得られた演算結果に基づいて熱源機器の発停を示す運転計画を作成する機能を有している。

【0029】

エネルギー供給システム２０は、ヒートポンプ、熱交換器、コージェネレーション、さらにはジェネリンクなどの各種の熱源機器を複数備えるエネルギー供給システムである。
図２は、エネルギー供給システムのモデル構成例である。複数の熱源機器からなる熱源機器群と、需要エネルギーの種類に応じた個別の熱源機器ｎ（ｎ＝１〜Ｎの整数）とから構成されている。

【0030】

これにより、購入エネルギーが、熱源機器群により中間エネルギーに変換され、最終的には熱源機器ｎにより、個別の需要エネルギーに変換されて、負荷である各種設備へ供給される。ここでは、理解を容易とするため、需要エネルギーの種類（冷水、温水、電気、蒸気など）が１種類であり、購入エネルギーの種類（ガス、電気、重油など）も１種類であるモデルが想定されている。

【0031】

図２において、ｄｅｍ（Ｊ，Ｋ）は、代表日Ｊの時刻Ｋにおける、需要予測値を示すパラメータである。ｙ_n（Ｊ，Ｋ）は、代表日Ｊの時刻Ｋにおける、需要エネルギーを最終的に供給する熱源機器ｎの出力エネルギー量を示す実数変数である。Ｉ_n（Ｊ，Ｋ）は、代表日Ｊの時刻Ｋにおける、熱源機器ｎの発停状況（０：停止，１：稼働）を示す整数変数である。ｐ（Ｊ，Ｋ）は、代表日Ｊの時刻Ｋにおける、購入エネルギー量を示す実数変数である。

【0032】

熱源運転制御システム３０は、産業用のコントローラからなり、運転計画作成装置１０で作成された運転計画に基づいて、エネルギー供給システム２０の各熱源機器に関する各種の運転制御を行う機能を有している。

【0033】

上位装置４０は、全体としてサーバ装置からなり、エネルギー供給システム２０に関する各種の管理情報を管理する機能と、これら管理情報を運転計画作成装置１０からの要求に応じて運転計画を作成するための最適化演算で用いる処理データとして提供する機能を有している。

【0034】

次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる運転計画作成装置１０の構成について詳細に説明する。
運転計画作成装置１０には、主な機能部として、上位網Ｉ／Ｆ部１１、操作入力部１２、画面表示部１３、通信Ｉ／Ｆ部１４、記憶部１５、および演算処理部１６が設けられている。

【0035】

上位網Ｉ／Ｆ部１１は、上位回線Ｌ１を介して上位装置４０とデータ通信を行うことにより、上位装置４０との間で各種情報をやり取りする機能を有している。
操作入力部１２は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部１６へ出力する機能を有している。
画面表示部１３は、ＬＣＤなどの画面表示装置からなり、演算処理部１６から出力された、操作メニュー、設定内容、運転計画などの各種情報を画面表示する機能を有している。

【0036】

通信Ｉ／Ｆ部１４は、通信回線Ｌ２を介して熱源運転制御システム３０とデータ通信を行うことにより、熱源運転制御システム３０からエネルギー供給システム２０の運転制御に関する各種情報を受信する機能と、熱源運転制御システム３０に運転計画を送信する機能とを有している。

【0037】

記憶部１５は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、演算処理部１６における最適運転計作成処理で用いる各種処理データや、演算処理部１６で実行するプログラムを記憶する機能を有している。
記憶部１５で記憶する主な処理データとして、計画対象期間データ１５Ａ、設備モデルデータ１５Ｂ、契約データ１５Ｃ、予測負荷データ１５Ｄ、実績データ１５Ｅ、および運転指針条件データ１５Ｆがある。

【0038】

計画対象期間データ１５Ａは、運転計画を作成する対象となる対象日や対象時刻を示すデータである。
設備モデルデータ１５Ｂは、エネルギー供給システム２０に設けられた各熱源機器に関する機器効率、最大（定格）生成熱量、最小生成熱量などの各種動作特性や、入出力関係を示すデータである。
契約データ１５Ｃは、電力料金体系、ガス料金体系など、エネルギー供給会社との間で締結したエネルギー契約の内容を示すデータである。

【0039】

予測負荷データ１５Ｄは、エネルギー供給システム２０における、時刻ごとの冷温水需要量、電力需要量などの各種需要を示すデータである。
実績データ１５Ｅは、ガスなどの購入エネルギーの使用量に関する実績を示すデータである。
運転指針条件データ１５Ｆは、コスト条件、供給不足率条件、同時運転台数条件、総運転時間条件など、エネルギー供給システム２０の運転時に目的となる経済性、省エネルギー性、環境保全、設備保全、制御性などの各種指標からなる運転条件を示すデータである。

【0040】

演算処理部１６は、マイクロプロセッサおよびその周辺回路を有し、記憶部１５から読み出したプログラムを実行することにより、運転計画の作成処理を実行するための各種処理部を実現する機能を有している。
演算処理部１６で実現される主な処理部として、データ取得部１６Ａ、運転指針条件設定部１６Ｂ、定式化パターン選択部１６Ｃ、定式化処理部１６Ｄ、および運転計画作成部１６Ｅが設けられている。

【0041】

データ取得部１６Ａは、上位網Ｉ／Ｆ１１を介して上位装置４０から、あるいは操作入力部１２で検出したオペレータ操作に応じて、運転計画作成処理で用いる各種処理データを取得し、記憶部１５へ登録する機能を有している。

【0042】

運転指針条件設定部１６Ｂは、操作入力部１２で検出したオペレータ操作に応じて、運転指針条件、指標を算出するための指標値算出関数、指標に対して求められる水準値を取得し、運転指針条件データ１５Ｆとして記憶部１５に設定する機能を有している。
例えば、需要エネルギーの供給に要するコストが指定した基準値以下とする、という運転指針条件の場合、コストが指標に相当し、コストを計算する関数式が指標値算出関数に相当し、基準値が水準値に相当する。

【0043】

定式化パターン選択部１６Ｃは、操作入力部１２で検出したオペレータ操作に応じて、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている複数の定式化パターンから、運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを、運転指針条件ごとに選択する機能を有している。定式化パターンとは、設定された運転指針条件に関する目的関数および制約条件を示す定義式を生成するための処理パターンである。これら定式化パターンについては、改めて説明する。

【0044】

本発明は、この定式化パターンとして、従来のハード制約型パターンに目的関数を組み合わせたハード制約＋目的型パターン（第１の定式化パターン）と、従来のソフト制約型パターンに目的関数を組み合わせたソフト制約＋目的型パターン（第２の定式化パターン）からなる、２種類の新たな定式化パターンを有している。

【0045】

定式化処理部１６Ｄは、運転指針条件に関する指標値算出関数および水準値を、定式化パターンに基づいて、運転指針条件を示す目的関数および制約条件の一般式に当て定式化することにより、運転指針条件ごとに定義式を生成し、これら定義式および記憶部１５に記憶した各種データに基づき最適化問題を生成する機能を有している。

【0046】

運転計画作成部１６Ｅは、各運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式からなる最適化問題について最適化演算を実行することにより運転計画を作成する機能と、得られた運転計画を通信Ｉ／Ｆ部１４を介して熱源運転制御システム３０に運転計画を通知する機能とを有している。

【0047】

［定式化パターン］
定式化パターンとは、設定された運転指針条件に関する目的関数および制約条件を示す定義式を生成するための処理パターンである。本発明では、この定式化パターンとして、従来のハード制約型パターンに目的関数を組み合わせたハード制約＋目的型パターン（第１の定式化パターン）と、従来のソフト制約型パターンに目的関数を組み合わせたソフト制約＋目的型パターン（第２の定式化パターン）とからなる、２種類の新たな定式化パターンを提案する。

【0048】

すなわち、ハード制約＋目的型パターンは、演算結果において、指標値が水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、指標値が水準値より小さい範囲では目的関数の下界値の指標値に関する勾配がゼロより大きくなることを示す、目的関数および制約条件を生成する定式化パターンである。

【0049】

また、ソフト制約＋目的型パターンは、演算結果において、指標値が水準より大きい範囲では目的関数の下界値が単調増加し、かつ、指標値が水準より小さい範囲では目的関数の下界値の指標値に関する勾配が、水準より大きい範囲での勾配より小さくなることを示す、目的関数および制約条件を生成する定式化パターンである。

【0050】

本実施の形態では、実際に運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンとして、従来のハード制約型パターンおよびソフト制約型パターンに加えて、新たなハード制約＋目的型パターンとソフト制約＋目的型パターンとを用い、入力された選択指示に基づいて、これらのうちから運転指針条件ごとに定式化に用いる定式化パターンを選択して適用するようにしたものである。これにより、設定された運転指針条件に関する目的関数および制約条件を、より柔軟に定式化でき、エネルギー供給システム２０に求められる各種の要請に応じた運転計画を作成することが可能となる。

【0051】

次に、本実施の形態で用いる４種類の定式化パターンについてそれぞれ説明する。なお、以下の説明で用いる変数は、次の通りである。
ｉ：運転指針条件を特定するインデックス
ｘ：設計変数（各機器の入力エネルギー量、出力エネルギー量を表す連続変数、発停を表す０−１整数変数、を含むベクトル）
ｆ_i（ｘ）：運転指針条件ｉの指標値算出関数
ｂ_i：ｆ_i（ｘ）の達成したい水準値（パラメータ）
ｚ_i：定式化のために導入した変数
Ｇ_i（ｚ_i）：目的関数
γ_i：傾き補正パラメータ

【0052】

［ハード制約型パターン］
ハード制約型パターンは、運転指針条件において、指標値ｆ_i（ｘ）を必ず指定した水準値ｂ_i以下にしたい場合であって、水準値ｂ_i以下であればどの値でも優劣はないと判断することを表現する定義式を生成する定式化パターンである。
このハード制約型パターンによれば、目的関数Ｇ_i（ｚ_i）を示す定義式は生成されず、制約条件を示す一般式ｆ_i（ｘ）≦ｂ_iに具体的なｆ_i（ｘ），ｂ_iが当てはめられることにより定義式が生成される。

【0053】

［ソフト制約型パターン］
ソフト制約型パターンは、運転指針条件において、指標値ｆ_i（ｘ）を必ずしも指定した水準値ｂ_i以下にする必要はないが、なるべく水準値ｂ_i以下にしたい場合であって、水準値ｂ_i以下であればどの値でも優劣はないと判断することを表現する定義式を生成する定式化パターンである。
このソフト制約型パターンによれば、目的関数を示す定義式としてＧ_i（ｚ_i）＝ｚ_i（恒等関数）が生成され、制約条件を示す一般式ｚ_i≧ｆ_i（ｘ）−ｂ_iおよびｚ_i≧０に具体的なｆ_i（ｘ），ｂ_iが当てはめられることにより定義式が生成される。

【0054】

［ハード制約＋目的型パターン］
ハード制約＋目的型パターンは、運転指針条件において、指標値ｆ_i（ｘ）を必ず指定した水準値ｂ_i以下に小さくしたい場合であって、さらに指標値ｆ_i（ｘ）は水準値ｂ_iより小さければ小さいほどよいと判断することを表現する定義式を生成する定式化パターンである。
図３は、ハード制約＋目的型パターンに関する定義式を示す説明図である。このハード制約＋目的型パターンによれば、目的関数を示す定義式としてＧ_i（ｚ_i）＝ｚ_i（恒等関数）が生成され、制約条件を示す一般式ｚ_i≧ｆ_i（ｘ）およびｆ_i（ｘ）≦ｂ_iに具体的なｆ_i（ｘ），ｂ_iが当てはめられることにより定義式が生成される。

【0055】

［ソフト制約＋目的型パターン］
ソフト制約＋目的型パターンは、運転指針条件において、指標値ｆ_i（ｘ）を必ずしも指定した水準値ｂ_i以下にする必要はないが、なるべく水準値ｂ_i以下にしたい場合であって、さらに指標値ｆ_i（ｘ）は水準値ｂ_iより小さければ小さいほどよいが、その要求の程度は水準を満たさない範囲での要求の程度より小さいことを表現する定義式を生成する定式化パターンである。
図４は、ソフト制約＋目的型パターンに関する定義式を示す説明図である。このソフト制約＋目的型パターンによれば、目的関数を示す定義式としてＧ_i（ｚ_i）＝ｚ_i（恒等関数）が生成され、制約条件を示す一般式ｚ_i≧ｆ_i（ｘ）−ｂ_iおよびｚ_i≧γ_i・｛ｆ_i（ｘ）−ｂ_i｝（０＜γ_i＜１）に具体的なｆ_i（ｘ），ｂ_i，γ_iが当てはめられることにより定義式が生成される。

【0056】

なお、γ_iは、０＜γ_i＜１の範囲の値をとる傾き補正パラメータである。水準値より小さい範囲における目的関数ｚ_iの勾配の、水準値より大きい範囲における勾配に対する大きさの比率を表す。γ_iについては、運転指針条件ごとに、あるいはすべての運転指針条件に共通して、予め定義しておいたものを用いてもよく、オペレータが任意に設定してもよい。

【0057】

本実施の形態では、このようにして、各運転指針条件を定式化して得られた目的関数および制約条件を統合して、各目的関数の重み付き線形和を最適化演算の最終目的関数とするとともに、記憶部１５の各種データにより定められる制約条件も含めた各制約条件を最終制約条件とすることにより、最適化問題を定義し、これを最適化演算で解くことにより、代表日Ｊの時刻Ｋにおける、熱源機器ｎの発停状況Ｉ_n（Ｊ，Ｋ）、出力エネルギー量ｙ_n（Ｊ，Ｋ）、および購入エネルギー量ｐ（Ｊ，Ｋ）を含む設計変数の値をそれぞれ特定して、運転計画を作成することになる。

【0058】

したがって、最適化問題は、すべての運転指針条件ｉ（ｉ＝１，…，ｒ）の集合をＩとし、Ｉのうち定式化パターンがハード制約型である運転指針条件の集合をＨとし、運転指針条件ｉに対する重み係数をｗ_iとし、運転指針条件以外の制約条件により定まるｘの実行可能領域をＸとし、運転指針条件ｉに関する制約条件をＣｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ_iとした場合、次の式（１）で定義される。Ｘおよび全てのｆ_i（ｘ）が線形式で表されていれば、上記の最適化問題は混合整数線形計画法で一般に用いられる最適化演算手法により解くことができる。

【0059】

【数1】

【0060】

なお、本実施の形態では、各運転指針条件の目的関数の重み付き線形和をとって目的関数を単一化し、混合整数線形計画法で解く例を示したが、重み付き線形和をとらずに目的関数を複数（多目的）のままとして、例えばＧＡ（Genetic Algorithm）やＰＳＯ（Particle Swarm Optimization）などのメタヒューリスティクスアルゴリズムを最適化演算の手法として用いてもよい。この場合、重み付け係数の定義は不要である。

【0061】

また、重み係数ｗ_iは、オペレータが値を設定してもよいが、設定された水準値ｂ_iと、予め設定されているｆ_i（ｘ）のとり得る値の最小値ｆ_i^*＝ｍｉｎｆ_i（ｘ）を用いて、ｗ_i＝１／（ｂ_i−ｆ_i^*）と設定してもよい。
また、目的関数の下界が指標値に関する区分線形関数となるように定式化したが、非線形関数として定式化し、非線形最適化演算手法を用いて解いてもよい。

【0062】

また、本実施の形態では、説明の便宜上、ハード制約型、ソフト制約型、ハード＋目的型、ソフト+目的型の４つの定式化パターンを定義したが、定式化パターンの定義の仕方はこれに限らない。

【0063】

また、ハード制約＋目的型において、水準より小さい範囲での目的関数の勾配をゼロより大きいものとし、ゼロとなるものを別の定式化パターンであるハード制約型として定義したが、ハード制約＋目的型を水準以下での目的関数の勾配を、例えば制約条件ｚ_i≧ｆ_i（ｘ）のｆ_i（ｘ）の前に０以上の範囲で調整できるパラメータを掛けるなどして、ゼロにも設定できるものとして定義することにより、ハード制約型の定義を省いてもよい。

【0064】

同様に、ソフト制約＋目的型において、水準より小さい範囲での目的関数の勾配をゼロより大きいものとし、ゼロとなるものを別の定式化パターンであるソフト制約型として定義したが、ソフト制約＋目的型の水準より小さい範囲での目的関数の勾配をゼロにも設定できるものとして定義することにより、ソフト制約型の定義を省いてもよい。

【0065】

［第１の実施の形態の動作］
次に、本実施の形態にかかる運転計画作成装置１０の動作について説明する。ここでは、運転指針条件として、以下に示す（１）コスト条件，（２）供給不足率条件，（３）同時運転台数条件，（４）総運転時間条件をなるべく満たすような運転計画を作成する場合を例として説明する。

【0066】

［オペレータの要求］
（１）コスト条件
・エネルギー供給に要する全コストをなるべく１ｅ７（１０００万）円以下にしたい。
・さらに、なるべく安くできれば望ましいが、１ｅ７円を満たしていれば、他の運転指針条件の指標が水準を満たすことをある程度優先してほしい。
（２）供給不足率条件
・供給理想値に対する不足率は必ず５％以下にしてほしい。本実施例では、供給理想値は、需要予測値の＋１０パーセントとなっているものとする。
・不足率は０％に近づくほど望ましい。ただし、不足率はその定義において０％以上であるものとする。

【0067】

（３）同時運転台数条件
・需要エネルギーを最終的に供給する熱源機器の同時運転台数は、なるべく２台以下になるようにしたい。
・どうしても必要な場合（需要が大きい場合など）は３台以上動かしてもいい。
・２台以下なら２台でも１台でもいい。コスト等の他の運転指針条件に従って決めてよい。
（４）総運転時間条件
・熱源機器１の総運転時間は全期間で必ず５０００時間以下にしたい。
・５０００時間以下であれば何時間でも優劣はない。逆に短時間化して他の指標値の水準未達成量が増えると困る。

【0068】

次に、図５および図６を参照して、運転計画作成装置１０における運転計画作成処理について説明する。図５は、運転計画作成処理を示す説明である。図６は、第１の実施の形態にかかる運転計画作成処理を示すフローチャートである。
運転計画作成装置１０は、オペレータ操作に応じて、図５および図６の運転計画作成処理を実行する。なお、前提として、記憶部１５には、計画対象期間データ１５Ａ、設備モデルデータ１５Ｂ、契約データ１５Ｃ、予測負荷データ１５Ｄ、実績データ１５Ｅが、予め設定されているものとする。

【0069】

まず、運転指針条件設定部１６Ｂは、画面表示部１３に設定画面を表示し、操作入力部１２で検出されたオペレータ操作に応じて、運転指針条件である（１）コスト条件，（２）供給不足率条件，（３）同時運転台数条件，（４）総運転時間条件について、指標値算出関数および水準値を取得し、運転指針条件データ１５Ｆとして記憶部１５に設定する（ステップ１００）。なお、指標値算出関数については、予め設定されているものをペレータ操作に応じて選択するようにしてもよい。

【0070】

次に、定式化パターン選択部１６Ｃは、画面表示部１３に設定画面を表示し、操作入力部１２で検出されたオペレータ操作に応じて、運転指針条件ごとに、定式化に用いる定式化パターンを選択する（ステップ１０１）。
ここでは、前述したオペレータの要求により、（１）コスト条件，（２）供給不足率条件，（３）同時運転台数条件，（４）総運転時間条件に対して、ソフト制約＋目的型、ハード制約＋目的型、ソフト制約型、ハード制約型の定式化パターンを選択したものとする。

【0071】

この後、定式化処理部１６Ｄは、記憶部１５の運転指針条件データ１５Ｆから、各運転指針条件に関する指標値算出関数および水準値を取得し、各運転指針条件の定式化パターンに基づいて、これら運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化することにより、最適化演算に用いる定義式を生成する（ステップ１０２）。

【0072】

ここでは、例として、次のようなパラメータと変数を用い定式化を行うものとする。
［パラメータ］
Ｊ：計画対象の代表日を表すパラメータであり、計画対象期間データ１５Ａに含まれているものとする。１年間の運転について、同月内の日は同じ運転として計画するものとしＪ＝１〜１２とする。すなわちＪ＝１〜１２は各月を指すものとなる。
Ｋ：計画対象の時刻を表すパラメータであり、計画対象期間データ１５Ａに含まれているものとする。１時間毎の運転を計画するものとし、Ｋ＝１〜２４とする。

【0073】

ｄａｙｓ（Ｊ）：代表日Ｊの日数を表すパラメータであり、計画対象期間データ１５Ａに含まれているものとする。本実施例では各月の日数となる。
ｄｅｍ（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける需要予測値を表すパラメータであり、予測負荷データ１５Ｄに含まれているものとする。
Ｎ：需要エネルギーを最終的に供給する熱源の台数を表すパラメータである。

【0074】

ｃ（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける購入エネルギーの時間単価を表すパラメータであり、契約データ１５Ｃに含まれているものとする。
ｉｄｅａｌＳｕｐｐｌｙ（Ｊ，Ｋ）：供給量の理想値を表すパラメータである。本実施例では、需要予測値に対して１０％の安全をみて、ｉｄｅａｌＳｕｐｐｌｙ（Ｊ，Ｋ）＝ｄｅｍ（Ｊ，Ｋ）＊１．１０で定義されているものとする。

【0075】

ｂ_c：コストの希求水準を示すパラメータであり、ユーザの入力により設定されるものとする。
ｂ_s：供給不足率の希求水準を示すパラメータであり、ユーザの入力により設定されるものとする。
ｂ_onNum：運転台数の希求水準を示すパラメータであり、ユーザの入力により設定されるものとする。
ｂ_totalOnTime：熱源機器１の総運転時間の希求水準を示すパラメータであり、ユーザの入力により設定されるものとする。
ｗ_c：コスト条件の重み係数を示すパラメータである。
ｗ_s：供給不足率の重み係数を示すパラメータである。
ｗ_onNum：運転台数の重み係数を示すパラメータである。

【0076】

［変数］
ｙ_n（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける、需要エネルギーを最終的に供給する熱源機器ｎの出力エネルギー量を表す実数変数である。
Ｉ_n（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける、需要エネルギーを最終的に供給する熱源機器ｎの発停を表す０−１整数変数（０：停止， １：稼働）である。
ｐ（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける購入エネルギーの量を表す実数変数である。
ｓｕｐｐｌｙ（Ｊ，Ｋ）代表日Ｊの時刻Ｋにおける供給エネルギー量の総計を表す実数変数である。

【0077】

ｆ_c：運転計画の作成対象となる全期間における総コストを表す実数変数である。
ｆ_s（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける供給不足率を表す実数変数である。
ｆ_onNum（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける運転台数を表す実数変数である。
ｆ_totalOnTime：熱源機器１の総運転時間を表す実数変数である。
ｘ（Ｊ，Ｋ）：代表日Ｊの時刻Ｋにおける、ｙ_n（Ｊ，Ｋ），Ｉ_n（Ｊ，Ｋ），ｐ（Ｊ，Ｋ）を含む全ての設計変数を並べたベクトルである。

【0078】

次に、定式化処理部１６Ｄにおける運転指針条件、すなわち（１）コスト条件，（２）供給不足率条件，（３）同時運転台数条件，（４）総運転時間条件に関する定式化処理の具体例について、それぞれ説明する。

【0079】

（１）コスト条件
運転計画の作成対象となる全期間における総コストｆ_cは、次の式（２）により定義されているものとし、コストの希求水準ｂ_cはオペレータ入力に従い、ｂ_c＝１ｅ７と定義する。

【数2】

【0080】

この際、（１）コスト条件に関する定式化パターンとして、ソフト制約＋目的型が選択されているので、目的関数および制約条件について、次の式（３）に示す定義式が生成される。なお、傾き補正パラメータγ_cは、例えばγ_c＝１ｅ（−４）と定義されているものとする。

【数3】

【0081】

（２）供給不足率条件
代表日Ｊの時刻Ｋにおける供給不足率ｆ_s（Ｊ，Ｋ）および供給エネルギー量総計ｓｕｐｐｌｙ（Ｊ，Ｋ）は、次の式（４）により定義されているものとし、供給不足率の希求水準ｂ_sはオペレータ入力に従い、ｂ_s＝５と定義する。

【数4】

【0082】

この際、（２）供給不足率条件に関する定式化パターンとして、ハード制約＋目的型が選択されているので、目的関数および制約条件について、次の式（５）に示す定義式が生成される。

【数5】

【0083】

（３）同時運転台数条件
代表日Ｊの時刻Ｋにおける運転台数ｆ_onNum（Ｊ，Ｋ）は、次の式（６）により定義されているものとし、同時運転台数の希求水準ｂ_onNumはオペレータ入力に従い、ｂ_onNum＝２と定義する。

【数6】

【0084】

この際、（３）同時運転台数条件に関する定式化パターンとして、ソフト制約型が選択されているので、目的関数および制約条件について、次の式（７）に示す定義式が生成される。

【数7】

【0085】

（４）総運転時間条件
熱源機器１の総運転時間ｆ_totalOnTimeは、次の式（８）により定義されているものとし、熱源機器１の総運転時間の希求水準ｂ_totalOnTimeはオペレータ入力に従い、ｂ_totalOnTime＝５０００と定義する。

【数8】

【0086】

この際、（４）総運転時間条件に関する定式化パターンとして、ハード制約型が選択されているので、目的関数は生成せず制約条件として、次の式（９）に示す定義式が生成される。

【数9】

【0087】

本実施の形態では、最適化演算手法として、混合整数線形計画法を用いるため、定式化処理部１６Ｄは、定式化により得られた各目的関数の重み付き線形和をとり、次の式（１０）に示す最終目的関数Ｆを生成する。この際、重み係数ｗ_c，ｗ_s，ｗ_onNumは、それぞれの運転指針条件の重要度に応じてオペレータが任意に値を指定するものとする。

【数10】

【0088】

このようにして、最適化問題が生成された後、運転計画作成部１６Ｅは、各運転指針条件の目的関数および制約条件を示す定義式、および記憶部１５の各種データから定められる制約条件からなる最適化問題について最適化演算を実行する（ステップ１０３）。本実施の形態では、求解法については、混合整数線形計画法で用いられる一般的な求解法を用いる。

【0089】

続いて、運転計画作成部１６Ｅは、得られた最適化演算結果を運転計画を示す情報として画面表示部１３で画面表示する。この後、オペレータ操作に応じて、通信Ｉ／Ｆ部１４を介して熱源運転制御システム３０に運転計画を通知し（ステップ１０４）、一連の運転計画作成処理を終了する。
なお、以上では、最適化演算が制約条件のもとで目的関数の値を最小化する演算である場合を例として説明したが、目的関数の値を最大化する演算であっても同様にして適用できる。

【0090】

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、運転指針条件設定部１６Ｂが、運転指針条件ごとに指標値算出関数および水準値を設定するとともに、定式化パターン選択部１６Ｃが、入力された選択指示に基づいて、予め設定されている複数の定式化パターンから、運転指針条件を定式化する際に用いる定式化パターンを選択し、定式化処理部１６Ｄが、運転指針条件に関する指標値算出関数、水準値、および定式化パターンに基づいて、運転指針条件を示す目的関数および制約条件を定式化するようにしたものである。

【0091】

これに加えて、定式化パターンとして、最適化演算が制約条件のもとで目的関数の値を最小化（最大化）する演算である場合、演算結果において、指標値が水準値より大きくなる解は実行不可能解となり、かつ、指標値が水準値より小さい範囲では目的関数の下界値（上界値）の指標値に関する勾配がゼロより大きく（小さく）なることを示す定義式を生成する第１の定式化パターンと、演算結果において、指標値が水準値より大きい範囲では目的関数の下界値が単調増加（単調減少）し、かつ、指標値が水準値より小さい範囲では目的関数の下界値の指標値に関する勾配が、ゼロより大きく（小さく）水準値より大きい範囲での勾配より小さく（大きく）なることを示す定義式を生成する第２の定式化パターンの、少なくともいずれか一方または両方を含むようにしたものである。

【0092】

したがって、第１の定式化パターンによれば、運転指針条件に対して指数値を指定した水準値より必ず小さくしたい場合であって、かつ、指数値が水準値より小さければ小さいほど望ましい、という定式化条件を適応することができる。これにより、例えば、需要エネルギーに対する供給不足率を水準値以下としたい場合、供給不足率が水準値以下であって、かつ、なるべく供給不足率の低い運転計画を得ることが可能となる。

【0093】

また、第２の定式化パターンによれば、運転指針条件として、指数値を指定した水準値より必ずしも小さくする必要はないが、なるべく水準未達成量を小さくしたい場合であって、かつ、指数値が水準値より小さければ小さいほど望ましいが、この要求程度は水準値を満たさない範囲よりは小さい、という定式化条件を適応することができる。これにより、例えば、総コストを水準値以下としたい場合、指定された水準値を超えて、さらに総コストが小さい運転計画を得ることが可能となる。

【0094】

また、これら第１および第２の定式化パターンの両方を含む場合には、ユーザ（オペレータ）が、これらの定式化パターンのうちから、運転指針条件に対して適切な任意の定式化パターンを選択できる。これにより、ユーザの要求を、より正確に最適化問題の定式化に反映させることが可能となるため、ユーザの要求に極めて近しい運転計画を得ることができる。

【0095】

また、本実施の形態において、運転指針条件に関する目的関数および制約条件を定式化する際、水準値より小さい範囲における目的関数の勾配を、運転指針条件以外の他の運転指針条件の水準未達成量を増加させない程度に小さい値に設定するようにしてもよい。
これにより、第１および第２の定式化パターンをハード制約型パターンやソフト制約型パターンと同等の定式化パターンとして用いることができ、ユーザの要求に柔軟に対応することができる。

【0096】

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる運転計画作成装置１０について説明する。
前述した図６では、各運転指針条件に関する定式化パターンを、オペレータが選択指示によりそれぞれ設定する場合について説明した。本実施の形態では、選択指示によりいずれの定式化パターンも選択されていない運転指針条件に対して、ソフト制約＋目的型パターン（第２の定式化パターン）を自動選択するようにしたものである。ただし、定式化パターンが選択されていない運転指針条件に対しても、指標値に対して求める水準は設定されているものとする。

【0097】

図７は、第２の実施の形態にかかる運転計画作成処理を示すフローチャートであり、図６と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
すなわち、定式化パターン選択部１６Ｃが、オペレータ選択指示に基づいて、任意の運転指針条件について指定された定式化パターンを選択し（ステップ２００）、未選択の運転指針条件に対して、ソフト制約＋目的型パターン（第２の定式化パターン）を自動選択する（ステップ２０１）。
この場合、すべての運転指針条件に対してソフト制約＋目的型パターンを自動的に先に選択しておき、オペレータが選択指示した運転指針条件だけを、後から指示された定式化パターンに変更してもよい。

【0098】

これにより、定式化パターンを選択する作業を削減しつつ、１回の最適化演算で、定式化パターンの選択指示されていなかった運転指針条件の制約条件以外の制約条件に実行可能解があれば解が得られる。さらに、得られた解は、定式化パターンが選択指示されていなかった各運転指針条件の指標値を設定された水準を超えて最小化することよりも各運転指針条件の指標値が水準を満たすことをある程度優先しつつ、定式化パターンが選択指示された運転指針条件も鑑みて、なるべく水準を超えて最小化されるため、ユーザの要求により近い解を得ることができる。

【0099】

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態にかかる運転計画作成装置１０について説明する。
前述した第２の実施の形態では、最適化演算が１回だけを想定しているが、これにより得られる解は、定式化パターンが選択されていない運転指針条件のすべてについて水準値を満たすことが優先された解となっているとは限らない。

【0100】

図８は、第３の実施の形態にかかる運転計画作成処理を示すフローチャートであり、図６と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、まず、定式化パターン選択部１６Ｃが、オペレータ選択指示に基づいて、任意の運転指針条件について指定された定式化パターンを選択し（ステップ３００）、未選択の運転指針条件に対してそれぞれソフト制約型パターン（第３のパターン）を自動選択する（ステップ３０１）。

【0101】

ソフト制約型パターン（第３のパターン）は、運転計画作成部１６Ｅでの最適化演算が、目的関数の値を最小化（最大化）する最適化演算である場合、指標値が水準値より大きい範囲では目的関数の下界値が単調増加（上界値が単調減少）し、かつ、指標値が水準値より小さい範囲では指標値がゼロとなることを示す、目的関数および制約条件を生成する定式化パターンである。

【0102】

この後、最適化演算を実行し、得られた演算結果のうち、定式化パターンを自動選択したすべての運転指針条件において、指標値が水準値を満たしている場合には（ステップ３０２：ＹＥＳ）、定式化パターンを自動選択した運転指針条件に対してそれぞれハード制約＋目的型パターン（第１の定式化パターン）を自動選択し直して（ステップ３０３）、定義式を再生成し（ステップ３０４）、最適化演算を再実行して（ステップ３０５）、得られた演算結果に基づいて運転計画を示す情報を出力する。

【0103】

一方、得られた演算結果において、定式化パターンを自動選択した運転指針条件のうち、ある運転指針条件の指標値が水準値を満たしていない場合には（ステップ３０２：ＮＯ）、得られた演算結果に基づいて運転計画を示す情報を出力する。

【0104】

これにより、第２の実施の形態と比べ、最大で２回の最適化演算が必要となるが、定式化パターンが選択指示されていない運転指針条件の全てについて、指標が水準値を満たすことが、水準値超えて最小化することよりも優先された解が得られる。また、それらの指標は、定式化パターンが選択指示された運転指針条件も鑑みて、さらになるべく水準を超えて最小化されるため、ユーザの要求により近い解を得ることができる。

【0105】

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0106】

１０…運転計画作成装置、１１…上位網Ｉ／Ｆ部、１２…操作入力部、１３…画面表示部、１４…通信Ｉ／Ｆ部、１５…記憶部、１５Ａ…計画対象期間データ、１５Ｂ…設備モデルデータ、１５Ｃ…契約データ、１５Ｄ…予測負荷データ、１５Ｅ…実績データ、１５Ｆ…運転指針条件データ、１６…演算処理部、１６Ａ…データ取得部、１６Ｂ…運転指針条件設定部、１６Ｃ…定式化パターン選択部、１６Ｄ…定式化処理部、１６Ｅ…運転計画作成部、２０…エネルギー供給システム、３０…熱源運転制御システム、４０…上位装置、Ｌ１…上位回線、Ｌ２…通信回線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】