JP3318846B2

JP3318846B2 - 融通設備制御装置

Info

Publication number: JP3318846B2
Application number: JP11276893A
Authority: JP
Inventors: 泰志原田; 田村　　滋; 博之工藤; 泰男諸岡; 下田　　誠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: CN1050712C; CN1104781A; JPH06327152A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、供給設備、消費設備お
よび緩衝設備を有する複数のサブシステムが、融通設備
で互いに接続された融通システムの運用方法に関し、特
に、各サブシステムの運用責任の制約条件下において、
供給設備、消費設備あるいは融通設備に対して制御指令
を送出することによって、融通システム全体の運用を容
易化した融通設備制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】たとえば上水道においては、黒沢：「水資
源計画」（朝倉書店）pp. 145-146記載のように、日本
の上水道は市町村の事業として建設され運営されてき
た。その名残で、現在でも市町村の縦割り運営になって
おり、既設設備の評価問題や料金制度の違いなどのた
め、なかなか広域運営に移行できないのが現状である。

【０００３】また、水田用水においては、黒沢：「水資
源計画」（朝倉書店）p. 119 記載のように、用水需要
のパターンが季節ごとに異なる普通栽培・早期栽培・晩期
栽培が混在するにもかかわらず、用水調整系統が完備し
ていないために、各区画ごとに水需要最高量を維持しな
ければならないという問題が起こる。

【０００４】また、冷却水を供給するための恒温槽にお
いては、たとえば負荷が２４時間連続運転の計算機室か
または夜間は停止する工場かにより、冷却水の需要パタ
ーンは異なる。この需要パターンの相違を平準化するた
めには冷却水の融通が効果的と思われるが、計算機室と
工場が別会社の場合、自由に融通するわけにはいかな
い。このことは、コジェネによる温水供給の場合でも同
様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、サブシス
テム間の融通で融通システム全体として運用上のメリッ
トが得られる場合でも、融通設備が整備されていなかっ
たり、融通方法が確立されていなかったりするために、
融通は必ずしも盛んに行なわれているとはいえない。

【０００６】融通が盛んに行なわれていない原因として
は、融通設備そのものの不備と融通設備運用方法の不備
による。

【０００７】そして、本発明では、後者の問題を、「サ
ブシステムは自らの需要は自らがまかなう責任を負わね
ばならないという原則（すなわち、できるだけ融通しな
い方がよい）」と「融通を活性化すると融通システム全
体として運用が容易になるなどのメリットが得られるこ
と（すなわち、できるだけ融通する方がよい）」の相反
性によるものととらえ、これを解決することを目的とし
ている。

【０００８】すなわち、本発明の目的は、サブシステム
は自らの需要は自らがまかなう責任を負わねばならな
い、という原則を順守しつつ、かつ、融通を活性化する
ことにより融通システム全体として運用が容易になる融
通設備制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、着目対象物を供給する供給設備と、該供
給設備から供給される前記着目対象物を一時保有する緩
衝設備と、該緩衝設備が一時保有する前記着目対象物を
消費する消費設備とが設けられた複数のサブシステム
と、前記各サブシステムの緩衝設備に接続され各サブシ
ステム間で融通量を互いにやり取りする融通設備と、該
融通設備に対し着目対象物の目標融通量を指令すること
により、前記融通量を制御する融通量制御システムとを
備えた融通設備制御装置において、所定の時間範囲にお
ける前記各サブシステム内の着目対象物の供給と消費の
収支が、予め与えられた目標収支に一致するよう前記目
標融通量を決定する手段を設け、前記手段は、前記供給
設備から前記緩衝設備に供給される着目対象物供給量を
予測する着目対象物供給量予測機構を有し、前記着目対
象物供給量予測機構による予測と実績との誤差に基づい
て、前記目標収支と前記目標融通量を更新することを特
徴とする。

【００１０】また、本発明は、着目対象物を供給する供
給設備と、該供給設備から供給される前記着目対象物を
一時保有する緩衝設備と、該緩衝設備が一時保有する前
記着目対象物を消費する消費設備とが設けられた複数の
サブシステムと、前記各サブシステムの緩衝設備に接続
され各サブシステム間で融通量を互いにやり取りする融
通設備と、該融通設備に対し着目対象物の目標融通量を
指令することにより、前記融通量を制御する融通量制御
システムとを備えた融通設備制御装置において、所定の
時間範囲における前記各サブシステム内の着目対象物の
供給と消費の収支が、予め与えられた目標収支に一致す
るよう前記目標融通量を決定する手段を設け、前記手段
は、前記緩衝設備から前記消費設備に供給される着目対
象物消費量を予測する着目対象物消費量予測機構を有
し、前記着目対象物消費量予測機構による予測と実績と
の誤差に基づいて、前記目標収支と前記目標融通量を更
新することを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明は、着目対象物を供給する
供給設備と、該供給設備から供給される前記着目対象物
を一時保有する緩衝設備と、該緩衝設備が一時保有する
前記着目対象物を消費する消費設備とが設けられた複数
のサブシステムと、前記各サブシステムの緩衝設備に接
続され各サブシステム間で融通量を互いにやり取りする
融通設備と、該融通設備に対し着目対象物の目標融通量
を指令することにより、前記融通量を制御する融通量制
御システムとを備えた融通設備制御装置において、所定
の時間範囲における前記各サブシステム内の着目対象物
の供給と消費の収支が、予め与えられた目標収支に一致
するよう前記目標融通量を決定する手段を設け、前記手
段は、前記供給設備から前記緩衝設備に供給される着目
対象物供給量を予測する着目対象物供給量予測機構と、
前記緩衝設備から前記消費設備に供給される着目対象物
消費量を予測する着目対象物消費量予測機構とを有し、
前記着目対象物供給量予測機構による予測と実績との誤
差、および前記着目対象物消費量予測機構による予測と
実績との誤差に基づいて、前記目標収支と前記目標融通
量を更新することを特徴とする融通設備制御装置。

【００１２】さらにまた、本発明は、着目対象物を供給
する供給設備と、該供給設備から供給される前記着目対
象物を一時保有する緩衝設備と、該緩衝設備が一時保有
する前記着目対象物を消費する消費設備とが設けられた
複数のサブシステムと、前記各サブシステムの緩衝設備
に接続され各サブシステム間で融通量を互いにやり取り
する第１融通設備とを備え、前記第１融通設備の融通量
が前記緩衝設備の保有する着目対象物保有量で決まる融
通設備制御装置において、融通量が融通量指令で決まる
第２融通設備を前記第１融通設備に並列に設けるととも
に、前記第１融通設備の融通量を検出し、その検出結果
に基づいて前記第２融通設備に対し目標融通量を指令す
る手段を設けたものである。

【００１３】

【作用】本発明では、上記目的を、「ある時間範囲にお
いて、融通量の収支を無視できる程度に小さくするとい
う制約条件下で、供給量または消費量または融通量をで
きるだけ望ましい目標値に近付ける」という数学問題と
して定式化し、その解を求めることにより解決してい
る。融通量の収支が無視できる程度に小さくなるように
融通することで各サブシステムは自らの消費量を自らが
供給したことになり、しかも、供給量または消費量また
は融通量をできるだけ望ましい目標値に近付けることで
融通システム全体としての運用が容易になる。特に需給
不均衡のランダム雑音成分を積極的に融通でまかなうこ
とにより、ランダム雑音の相殺効果が得られ、需給バラ
ンスを維持することが容易になる。

【００１４】また２本並列に融通設備が設けられている
とき、一方の融通設備を流れる融通流量と２本の融通設
備トータルとしての融通流量目標値とを検出し、それら
の偏差を他方の融通設備に流すローカルな制御装置を設
ける。これにより融通システム全体の制御を統括するグ
ローバルな制御装置からは、２本の並列な融通設備をあ
たかも１本の融通設備であるように扱うことができ、融
通システム全体の制御が容易になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。まず、本発明の融通設備制御システムの全体構成を
図１により説明する。融通システム１００は、サブシス
テム１０１，１０２，１０３と融通設備１０４，１０５
から構成されている。融通システム１００は一般に、融
通設備を介して相互に接続された複数個のサブシステム
から構成されるが、図１では簡単のため、サブシステム
３個と融通設備２個だけ示した。

【００１６】サブシステム１０１は供給設備１０１ａ、
緩衝設備１０１ｂおよび消費設備１０１ｃで、サブシス
テム１０２は供給設備１０２ａ、緩衝設備１０２ｂおよ
び消費設備１０２ｃで、サブシステム１０３は供給設備
１０３ａ、緩衝設備１０３ｂおよび消費設備１０３ｃで
それぞれ構成されている。そして、供給設備１０１ａは
緩衝設備１０１ｂに対して着目対象物供給量１０１ｄを
供給し、供給設備１０２ａは緩衝設備１０２ｂに対して
着目対象物供給量１０２ｄを供給し、供給設備１０３ａ
は緩衝設備１０３ｂに対して着目対象物供給量１０３ｄ
を供給する。また、緩衝設備１０１ｂは消費設備１０１
ｃに対して着目対象物消費量１０１ｅを供給し、緩衝設
備１０２ｂは消費設備１０２ｃに対して着目対象物消費
量１０２ｅを供給し、緩衝設備１０３ｂは消費設備１０
３ｃに対して着目対象物消費量１０３ｅを供給する。

【００１７】さらに、融通設備１０４は緩衝設備１０１
ｂと１０２ｂの間で融通設備流量１０４ｆをやりとり
し、融通設備１０５は緩衝設備１０２ｂと１０３ｂの間
で融通設備流量１０５ｆをやりとりする。

【００１８】本実施例では、融通システム１００に対し
融通量制御システム１１０を適用する。融通量制御シス
テム１１０は、着目対象物供給量予測機構１１１、着目
対象物消費量予測機構１１２、目標融通量設定１１３、
目標収支設定１１４、融通量策定機構１１５、および融
通設備流量策定機構１１６から構成されている。着目対
象物供給量予測機構１１１は、供給設備１０１ａ〜１０
３ａにおける着目対象物供給量１０１ｄ〜１０３ｄの予
測値１２１ｄ〜１２３ｄを生成する。着目対象物消費量
予測機構１１２は、消費設備１０１ｃ〜１０３ｃにおけ
る着目対象物消費量１０１ｅ〜１０３ｅの予測値１２１
ｅ〜１２３ｅを生成する。

【００１９】着目対象物供給量予測機構１１１および着
目対象物消費量予測機構１１２の実現手段としては、た
とえば関根：「電力系統工学」（電気書院）pp.169-197
に記載された方法を適用してもよいし、人間が経験に
基づいて予測するという方法を適用してもよい。またこ
れらの機構は必須ではなく、後述の目標融通量設定１１
３や融通量策定機構１１４がこれら予測結果を利用しな
いのであれば、１１１および１１２の機能は不要であ
る。

【００２０】目標融通量設定１１３は、サブシステム１
０１〜１０３の目標融通量１３１〜１３３を設定する。
目標収支設定１１４は、必要なら予測値１２１ｄ〜１２
３ｄおよび予測値１２１ｅ〜１２３ｅを利用し、必要で
なければ利用しなくてもよい。目標収支設定１１４は、
ある与えられた時間範囲におけるサブシステム１０１〜
１０３の融通収支の目標値すなわち目標収支１４１〜１
４３を設定する。融通量策定機構１１５は、目標収支１
４１〜１４３を守ることを制約条件とし、その制約下に
おいて、目標融通量１３１〜１３３にできるだけ近い融
通量計画１５１〜１５３を策定する。融通設備流量策定
機構１１６は、融通量計画１５１〜１５３に従って融通
設備流量指令１０４ｇと１０５ｇを策定し、融通設備１
０４と１０５に対して送出する。

【００２１】（実施例１）以下、具体例を用いて本発明
を説明する。まず着目対象物供給量予測機構１１１は、
供給設備１０１ａ〜１０３ａにおける着目対象物供給量
１０１ｄ〜１０３ｄの予測値１２１ｄ〜１２３ｄを生成
する。着目対象物供給量予測機構１１１が必要になる具
体例としては、風力発電による電力供給設備、逆潮流を
許した場合のコジェネ発電がある。またこれは設備では
なく自然現象であるが、雨水によって水を供給される貯
水池では、雨量を予測する必要がある。ここでは供給設
備１０１ａ〜１０３ａは供給量をある程度自由に制御で
きる場合を想定し、必要なだけ供給するものとする。す
なわち本想定においては、着目対象物供給量予測機構１
１１は不必要である。

【００２２】着目対象物消費量予測機構１１２は、消費
設備１０１ｃ〜１０３ｃにおける着目対象物消費量１０
１ｅ〜１０３ｅの予測値１２１ｅ〜１２３ｅを生成す
る。着目対象物消費量予測機構１１２が必要になる具体
例としては、冷却水や電力などの消費量がある。いま着
目対象物消費量が、着目対象物消費量予測機構１１２に
よって図２のように予測されたとする。

【００２３】目標融通量設定１１３は、サブシステム１
０１〜１０３の目標融通量１３１〜１３３を設定する。
目標融通量とは、各サブシステムが自らの都合だけを考
慮して設定する着目対象物の融通量で、その融通量を
「他のどのサブシステムから融通するか」「どの融通設
備を用いて融通するか」などの条件は考慮に入れなくて
もよい。いま着目対象物を供給設備１０１ａ〜１０３ａ
の設備の都合により、着目対象物供給量１０１ｄ〜１０
３ｄは時間的に変化しないことが望ましい場合を想定
し、着目対象物供給量１０１ｄ〜１０３ｄは図３の実線
１６１〜１６３のようになることが最も望ましいとす
る。しかも緩衝設備１０１ｂ〜１０３ｂの容量は小さ
く、できるだけ各時点各サブシステム毎に供給量と消費
量バランスを維持する必要があるものとする。このよう
な想定があてはまる場合としては、熱供給システムにお
いて、ボイラの出力を急激に変化させることができず、
かつ、温水タンクの容量が小さい場合が考えられる。

【００２４】さてこれらを考慮して、目標融通量設定１
１３では「図３の実線１６１〜１６３と点線１２１ｅ〜
１２３ｅの各時点各サブシステム毎の偏差を融通でうめ
る」という方針をたて、サブシステム１０１〜１０３の
目標融通量として図４の１３１〜１３３を設定する。な
おここでは適用しないが、目標融通量設定１１３の手法
としては、以下のような方法も考えられる。１つは、供
給設備１０１ａ〜１０３ａの設備的制約により供給量１
０１ｄ〜１０３ｄを時間的変化を速くできない場合、予
測値１２１ｅ〜１２３ｅから遅い変動成分だけを抽出
し、それを目標融通量１３１〜１３３とする方法であ
る。このための手法は、たとえば竹村：「システム技法
ハンドブック」（日本理工出版会）pp. 384-386 記載の
移動平均法あるいは指数平滑法がある。その他の方法と
して、人間が経験に基づき総合的判断により目標融通量
１３１〜１３３を設定する方法も考えられる。

【００２５】目標収支設定１１４は、ある与えられた時
間範囲におけるサブシステム１０１〜１０３の融通収支
の目標値すなわち目標収支１４１〜１４３を設定する。
本実施例で「ある与えられた時間範囲」とは、第１時点
から第４時点までである。ここでは「各サブシステムは
トータルとして自らの消費量は自らが供給すべきであ
る」という考え方を採用して、目標収支１４１〜１４３
はそれぞれ０に設定する。この想定が成り立つ場合とし
ては、熱供給システムを有する３つのビルがそれぞれ別
会社で運営されており、かつ、互いに温水のやりとりが
できるようにポンプ付きの配管が設置されているとき
に、１日の温水のやりとりの収支を０にしたい場合が考
えられる。なお本発明を適用する際、一般にはすべての
サブシステムについて目標収支を設定する必要はない
が、本実施例では３つのサブシステムすべてについて目
標収支１４１〜１４３を設定することにする。

【００２６】融通量策定機構１１５は、目標収支１４１
〜１４３を守ることを制約条件とし、その制約下におい
て、目標融通量１３１〜１３３にできるだけ近い融通量
計画１５１〜１５３を策定する。融通量計画とは、各サ
ブシステムが融通によってやりとりすべき着目対象量の
計画である。なお融通量計画の策定においては、他のど
のサブシステムに対して融通を授受するかはまだ決定し
ない。本実施例では以下の手法を適用する。すなわち、
融通量計画策定問題を定式化１のように定式化し、定式
化１の解を融通量計画１５１〜１５３とする。

【００２７】

【数１】

【００２８】定式化１は竹村：「システム技法ハンドブ
ック」（日本理工出版会）pp. 244-248 記載のラグラン
ジュの未定乗数法を用いて解くことができる。定式化１
において、目的関数は、融通量計画１５１〜１５３をで
きるだけ目標融通量１３１〜１３３に近付けることを考
慮したものである。第１制約条件はキルヒホッフの法則
である。第２制約条件は各サブシステム１０１〜１０３
の融通量計画１５１〜１５３の収支を目標収支と一致さ
せるための制約である。

【００２９】さて定式化２の解すなわち融通量計画１５
１〜１５３は図５のようになる。図５により、目標融通
量１３１〜１３３に近い融通量計画１５１〜１５３が得
られたことがわかる。対象としている融通システムが複
数のビルの熱供給システムであるとすると、各ビルが授
受する温水量の計画値が得られたことになる。この計画
値では、温水量をやりとりする相手先がどのビルである
かはまだ決定されていないが、キルヒホッフの法則を制
約として考慮しているので、ビル群全体としての融通量
の過不足は発生しない。参考のために融通量計画１５１
〜１５３の融通を実施したときの供給量を計算すると、
図６の１７１〜１７３のようになり、１７１〜１７３が
望ましい供給量１６１〜１６３にかなり近くなっている
ことがわかる。このことは、もし融通が０なら１２１ｅ
〜１２３ｅに等しい供給量が必要になることを考慮する
と、より明確に認識できる。以後１７１〜１７３を供給
計画値とよぶ。

【００３０】最後に、融通設備流量策定機構１１６は、
いま求めた融通量計画１５１〜１５３の融通を実際に行
なうための、各融通設備１０４，１０５に対する融通設
備流量指令１０４ｇ，１０５ｇを策定する。すなわちど
のサブシステム間でどれだけの量を融通するかを決定す
る。本実施例では融通設備流量策定機構１１６の手法と
して、以下の手法を適用する。すなわち、融通設備流量
策定問題を定式化２のように定式化し、定式化２の解を
融通設備流量指令１０４ｇおよび１０５ｇとする。

【００３１】

【数２】

【００３２】定式化２は、定式化１と同様、竹村：「シ
ステム技法ハンドブック」（日本理工出版会）pp. 244-
248 記載のラグランジュの未定乗数法を用いて解くこと
ができる。定式化２において、目的関数は、融通設備流
量指令１０４ｇ，１０５ｇをできるだけ小さくしようと
するものである。第１制約条件は、各サブシステム１０
１〜１０３について、融通設備流量指令の総計を融通量
計画１５１〜１５３に一致させるためのものである。第
２制約条件は、融通設備流量の流れの向きを考慮したと
きに物理的整合性を維持するためのものである。第３制
約条件は、存在しない融通設備に対して融通設備流量指
令を送出できないという当然の制約である。融通システ
ムの構成がループを含まない場合、定式化２の解は、制
約条件だけから一意に決まる。図１はループを含まない
ので、融通設備流量指令１０４ｇ，１０５ｇは制約条件
だけから一意に決まり、その結果は図７のようになる。
融通システムが、ポンプ付き配管で連結された複数のビ
ルの熱供給システムの場合、ポンプ付き配管に流すべき
温水量がこれにて決定できたことになる。

【００３３】なお以上において、添え字のある記号Ｘij
などと図における記号１５１〜１５３などとの関係を明
確にするために、表１にＡij、表２にＢj、表３にＸi
j、表４にＹijkをまとめて表示しておく。表４では、定
式化２の第２制約条件および第３制約条件から自明なも
のは省略した。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】定式化１において第２制約条件は、融通量
計画Ｘijそのものの総和に関する制約条件であるが、融
通量の価値が時間帯によって異なる場合などでは、Ｘij
の重みつき和に関する制約条件とすればよい。この場合
も上と同様の方法で解くことができる。

【００３９】定式化１および定式化２において目的関数
は任意で、解析的に解けない場合には西川ほか：「最適
化」（岩波書店）pp. 61-77 記載の非線形最適化手法を
適用すればよい。

【００４０】ここまでの例は、予測着目対象物消費量１
２１ｅ〜１２３ｅを予測し、それに合うような融通設備
流量指令１０４ｇ，１０５ｇを策定する例であった。こ
の考え方は、予測着目対象物消費量１２１ｄ〜１２３ｄ
を予測し、それに合うような融通設備流量指令１０４
ｇ，１０５ｇを策定する場合にも容易に応用できる。

【００４１】以上述べたように本実施例によれば、供給
量を図６のように平滑化することができ、かつ、各サブ
システムは自らの消費量の変動を自らが供給するような
融通設備流量を得ることができる。

【００４２】（実施例２）ここでは実施例１の計画に基
づいて時点２まで運用したが、実際の着目対象物消費量
２０１ｅ〜２０３ｅと予測着目対象物消費量１２１ｅ〜
１２３ｅの偏差のため、計画の修正が必要になった場合
を想定する。

【００４３】図８に時点２までの着目対象物消費量２０
１ｅ〜２０３ｅを示す。すなわち時点２において、サブ
システム１０１では実績が予測を４０だけ上回り、サブ
システム１０２では実績が予測を２０だけ上回り、サブ
システム１０３では実績が予測を２０だけ下回った。い
ま時点２までの着目対象物供給量１０１ｄ〜１０３ｄと
融通設備流量１０４ｆ，１０５ｆがそれぞれ、供給計画
値１７１〜１７３と融通設備流量指令１０４ｇ，１０５
ｇのとおりであったとする。このとき時点２の着目対象
物消費量２０１ｅ〜２０３ｅと予測着目対象物消費量１
２１ｅ〜１２３ｅとの偏差は、緩衝設備１０１ｂ〜１０
３ｂの一時保有量の増減によって吸収される。実施例１
と同様、緩衝設備１０１ｂ〜１０３ｂの容量が小さいも
のとすると、一時保有量の増減は好ましくないので、時
点３および時点４でもとの一時保有量に戻す必要があ
る。そこで目標融通量設定１１３では、目標融通量を図
９の２１１〜２１３のように設定する。目標融通量２１
１〜２１３は、実施例１で得られた融通設備流量指令１
０４ｇ，１０５ｇの時点４の値はそのままにし、時点３
の値を実績と予測の偏差分だけ補正したものである。

【００４４】目標収支設定１１４は、時点３から時点４
までの時間範囲における目標収支を修正する。時点１〜
時点４における融通収支を０にするためには、時点３か
ら時点４までにおける目標収支は表５のように設定する
必要がある。目標融通量と目標収支をそれぞれ図９と表
５のように設定することのねらいは、時点１から時点４
までのトータルの融通量を０にするという制約のもと
で、時点３の融通により緩衝設備の一時保有量をできる
だけもとに戻すことである。

【００４５】

【表５】

【００４６】融通量策定機構１１５は、目標収支を守る
ことを制約条件とし、その制約下において、目標融通量
２１１〜２１３にできるだけ近い融通量計画２２１〜２
２３を策定する。実施例１と同様の考えにより、本実施
例でも定式化３の解を２２１〜２２３とする。

【００４７】

【数３】

【００４８】定式化３を解くと、図１０のように融通量
計画２２１〜２２３が得られる。いま得られた融通量計
画２２１〜２２３と、もとの融通量計画２３１〜２３３
を図１１に示す。２３１〜２３３は、実施例１の融通量
計画１５１〜１５３のうち時点３および時点４の部分だ
けを取り出したものである。図１１においてもとの融通
量計画２２１と修正後の融通量計画２３１を比較する
と、時点３の融通流出量が減少し、時点４の融通流出量
が増加している。まず時点３の融通流出量が減少させた
のは、時点２において実際の消費量が予測よりも大き
く、緩衝設備の一時保有量を余分に利用することになっ
てしまったので、時点３の流出量を減らすことによりで
きるだけ一時保有量を減らさないようにしたものであ
る。時点４の融通流出量が増加させたのは、時点３にお
いて流出量を減らしたので融通収支を０にするためには
増加させることが必要だからである。図１１のその他の
直線も同様の解釈のしかたにより、融通量計画の修正が
合理的であることがわかる。

【００４９】修正後の融通量計画２２１〜２２３を実行
するための融通設備流量指令２０４ｇ，２０５ｇは図１
２のようになる。

【００５０】以上述べたように本実施例によれば、消費
量の予測と実績の違いを考慮して融通量を修正すること
ができ、オンラインでの融通量の調整を合理的に実行す
ることができる。

【００５１】（実施例３）次に、図１３のように、供給
設備１０１ａ〜１０３ａに対して供給量指令１０１ｈ〜
１０３ｈを送出することにより、融通設備流量１０４
ｆ，１０５ｆを制御するシステム構成を考える。実施例
１と同様の考えで図５の融通量計画１５１〜１５３が得
られたとし、この計画を実現するための供給量指令１０
１ｈ〜１０３ｈを策定することが以下で扱う問題であ
る。いま各緩衝設備１０１ｂ〜１０３ｂの着目対象物保
有量を３０１〜３０３とするとき、各サブシステム１０
１〜１０３の融通量３１１〜３１３は以下の計算式に基
づいて決まるものとする。

【００５２】

【数４】

【００５３】このとき供給量指令を求める問題を定式化
４のように定式化し、定式化４の解を供給量指令１０１
ｈ〜１０３ｈとする。

【００５４】

【数５】

【００５５】定式化４はラグランジュの未定乗数法で解
析的に解けるが、解析的に解けない場合は、西川ほか：
「最適化」（岩波書店）pp. 61-77 記載の非線形最適化
手法を適用して解けばよい。

【００５６】以上述べたように本実施例を適用すれば、
サブシステムごとの融通収支が０になるような供給量制
御を行なうことができる。

【００５７】さて、これまで消費量が図２の１２１ｅ〜
１２３ｅのように変動する場合を対象としてきたが、こ
れにランダム雑音が重畳した波形すなわち図１４の３０
１〜３０３のように変動する場合でも、これまでに得ら
れた解をそのまま適用することができる。その理由はラ
ンダム雑音はある程度の長い時間では正負が相殺し合う
ので融通収支に影響を与えないからである。この考えを
発展させると、着目対象物供給量予測機構１１１や着目
対象物消費量予測機構１１２ではランダム雑音を除いた
変動成分だけを予測すれば十分ということになる。

【００５８】（実施例４）図１５のように、融通設備が
第１融通設備１０６と１０７からなり、第１融通設備１
０６と１０７は、直接、融通設備流量指令で流量を制御
することができない場合、第１融通設備１０６と１０７
と並行に、流量を直接制御できる第２融通設備１０８と
１０９を設置し、第２融通設備１０８と１０９に対して
融通設備流量指令を送出することにより融通量を制御す
ることを考える。

【００５９】このためには以下の手段をとればよい。第
１融通設備１０６と第２融通設備１０８の組を融通設備
組４０１とし、第１融通設備１０７と第２融通設備１０
９の組を融通設備組４０２とする。この場合は、図１６
のように融通設備組４０１，４０２をそれぞれ１つの融
通設備単位と考えることにより、実施例１および２と同
様の考えを適用すればよい。さらに融通設備組４０１，
４０２は図１７の構成とし、第１融通設備の融通設備流
量と、融通設備流量指令との偏差を、第２融通設備に分
担させることが必要になる。図１７で、第２融通設備制
御装置４１１は、融通設備流量指令４０１ｇを取り込
み、かつ、第１融通設備流量１０６ｆを検出し、融通設
備流量指令４０１ｇと第１融通設備流量１０６ｆとの偏
差を第２融通設備流量指令１０８ｇとして送出する。第
２融通設備制御装置４１２も同様に動作する。なお融通
収支を目標収支と一致させる必要がない場合などでは、
融通設備流量指令４０１ｇと４０２ｇの策定に、必ずし
も融通量制御システム１１０を適用する必要はない。こ
のような場合、図１７の構成をとりさえすれば、与えら
れた任意の融通設備流量指令４０１ｇと４０２ｇ通りの
流量制御ができる。

【００６０】以上述べたように本実施例によれば、もと
の融通設備が、直接、融通設備流量指令で流量を制御す
ることができない場合でも、融通設備流量指令を用いて
流量制御することが可能になる。

【００６１】なお検出した第１融通設備流量１０６ｆに
ランダム雑音が含まれる場合には、ランダム雑音を除去
して第２融通設備流量指令１０８ｇを求めればよい。そ
の理由の１つは、時間軸で見たときに、ランダム雑音は
融通収支に影響を与えないからである。もう１つの理由
は、ある時間断面で見たときに、複数サブシステム間の
ランダム雑音のばらつきは、サブシステムが多くつなが
り、融通システムの規模が大きくなるほど、相殺の効果
により抑えられるからである。この効果は、たとえば関
根：「電力系統工学」（電気書院）p. 49 記載に記載さ
れている。

【００６２】（実施例５）水稲栽培では、黒沢：「水資
源計画」（朝倉書店）pp. 118-120 に記載されるよう
に、労力配分上の都合や、米作の前後における他の有利
な作物との作付け期間の調整の必要性から、早期栽培や
晩期栽培が実施される場合がある。晩期栽培、普通栽培
および早期栽培では、図１８のように日減水深（用水需
要量）が季節により異なる。降水量の季節変動が日減水
深の変動と一致していれば問題ないが、現実にはそのよ
うになるとは限らない。したがって晩期、普通および早
期栽培の選択は、降水量の季節変動から制限を受けてい
るのが現状である。

【００６３】このような場合、図１９のように、各区画
５０１〜５０３ごとに降水量５０１ｄ〜５０３ｄを着目
対象物供給量と考え、日減水深５０１ｅ〜５０３ｅを着
目対象物消費量と考え、溜め池５０１ｂ〜５０３ｂを緩
衝設備と考え、各区画の溜め池間にポンプなどを備えた
融通設備５０４，５０５を設け、本発明の融通設備制御
システムを構成すれば、晩期、普通および早期栽培の選
択において降水量の季節変動による制約を緩和すること
ができる。

【００６４】なお、本実施例の適用に際しては、日減水
深５０１ｅ〜５０３ｅの予測をもとに融通量を計画して
もよいし、日減水深５０１ｅ〜５０３ｅの検出値と予測
との誤差ををもとに融通計画を修正してもよい。

【００６５】（実施例６）近年、都市の形態は、ドーナ
ツ化現象に代表されるように、オフィスタウンとベッド
タウンに分離されてきている。上水道の需給に着目する
と、オフィスタウンでは昼の需要が大きく、逆にベッド
タウンでは夜の需要が大きくなる。ところが多くの市町
村では、各々独立に上水道を運営しているので、これら
需要変動に対して市町村ごとに対応しているのが現状で
ある。適度な水圧維持のためには需要変動は好ましくな
い。

【００６６】上水道において、図２０のように、各市町
村ごとに取水量６０１ｄ〜６０３ｄを着目対象物供給量
と考え、給水量６０１ｅ〜６０３ｅを着目対象物消費量
と考え、浄水池６０１ｂ〜６０３ｂを緩衝設備と考え、
各資料村の浄水池間にポンプなどを備えた融通設備６０
４，６０５を設け、本発明の融通設備制御システムを構
成すれば、適度な水圧を容易に維持することができる。
なお、市町村ごとに水道料金が異なるので、融通量は水
道料金に応じた重みをつけて評価する必要がある。

【００６７】なお、本実施例の適用に際しては、浄水需
要の予測をもとに融通量を計画してもよいし、浄水需要
の検出値と予測との誤差ををもとに融通計画を修正して
もよい。

【００６８】（実施例７）電力供給では、図２１のよう
に、地域により需要変動のパターンが異なる。電力の場
合、需要と供給の不均衡は周波数偏差から検出できる。
すなわち電力需要は周波数偏差から推定できる。したが
って図２２のように、発電機出力９０１ｄ〜９０３ｄを
着目対象物供給量と考え、電力需要量９０１ｅ〜９０３
ｅを着目対象物消費量と考え、電力系統９０１ｂ〜９０
３ｂを緩衝設備と考え、各地域の電力系統間に直流連系
線を設け、実施例４の融通設備制御システムを構成すれ
ば、需要変動を平準化し、特に電力系統の運用を容易に
することができる。この際、実施例４に記載のように、
ランダム雑音成分は自由に融通されるようにすれば、地
域間のランダム雑音相殺の効果も期待できる。

【００６９】なお、本実施例の適用に際しては、電力需
要の予測をもとに融通量を計画してもよいし、電力需要
の検出値と予測との誤差ををもとに融通計画を修正して
もよい。

【００７０】（実施例８）温水供給では、図２３のよう
に、商用か生活用かにより需要の傾向が異なる。隣接す
る建物の一方が商用ビル、他方が住宅であり、かつ、そ
れぞれが温水供給設備を保有しているとする。このと
き、図２４のように、温水供給量７０１ｄ〜７０３ｄを
着目対象物供給量と考え、温水需要量７０１ｅ〜７０３
ｅを着目対象物消費量と考え、温水槽７０１ｂ〜７０３
ｂを緩衝設備と考え、各ビルの温水槽間にポンプなどを
備えた融通設備７０４，７０５を設け、本発明の融通設
備制御システムを構成すれば、需要変動を平準化し、温
水供給設備の運用を容易にすることができる。

【００７１】なお、本実施例の適用に際しては、温水需
要の予測をもとに融通量を計画してもよいし、温水需要
の検出値と予測との誤差ををもとに融通計画を修正して
もよい。

【００７２】（実施例９）冷却水供給では、図２５のよ
うに、供給対象が２４時間連続運転の計算機室か、夜間
は停止する工場かにより負荷変動の傾向が異なる。冷却
水の需要は、使用後の冷却水温度から検出でき、冷却水
温度が高ければ需要は小さく、低ければ大きい。この場
合、図２６のように、冷熱機出力８０１ｄ〜８０３ｄを
着目対象物供給量と考え、冷却水需要量８０１ｅ〜８０
３ｅを着目対象物消費量と考え、冷却水槽８０１ｂ〜８
０３ｂを緩衝設備と考え、各ビルの冷却水槽間にポンプ
などを備えた融通設備８０４，８０５を設け、本発明の
融通設備制御システムを構成すれば、需要変動を平準化
し、冷熱機の運用を容易にすることができる。なお冷却
水槽の容量にあまり余裕がない場合、冷却されるべき水
と冷却されたあとの水の入出量を一致させることが望ま
しい。この場合、これら２種類の水をそれぞれ融通でき
るように、融通設備を２本並列に設けることが望まし
い。

【００７３】なお、本実施例の適用に際しては、冷却水
需要の予測をもとに融通量を計画してもよいし、冷却水
需要の検出値と予測との誤差ををもとに融通計画を修正
してもよい。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
収支が無視できる程度に小さくなるような融通量を融通
することで、トータルとして各サブシステムは自らの需
要を自らがまかなったことになり、しかも、需要変動を
望ましい特性に近付けることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】融通設備に指令を出す場合のシステム構成図で
ある。

【図２】予測着目対象物消費量を示した図である。

【図３】着目対象物供給量の所望値を示した図である。

【図４】目標融通量を示した図である。

【図５】融通量計画を示した図である。

【図６】供給計画値を示した図である。

【図７】融通設備流量指令を示した図である。

【図８】着目対象物消費量を示した図である。

【図９】オンライン修正後の目標融通量を示した図であ
る。

【図１０】オンライン修正後の融通量計画を示した図で
ある。

【図１１】オンライン修正後の融通量計画を示した図で
ある。

【図１２】オンライン修正後の融通設備流量指令を示し
た図である。

【図１３】供給設備に指令を出す場合のシステム構成図
である。

【図１４】ランダム雑音が重畳した着目対象物消費量を
示した図である。

【図１５】第１第２の融通設備を含む融通システム構成
図である。

【図１６】第１第２の融通設備を含むシステム構成図で
ある。

【図１７】第１第２の融通設備の制御システム構成図で
ある。

【図１８】水稲用水の日減水深の季節変化を示した図で
ある。

【図１９】水稲用水の融通制御システム構成図である。

【図２０】上水道の融通制御システム構成図である。

【図２１】電力需要の変動パターン例を示した図であ
る。

【図２２】電力供給の融通制御システム構成図である。

【図２３】温水需要の変動パターン例を示した図であ
る。

【図２４】温水供給の融通制御システム構成図である。

【図２５】冷却水需要の変動パターン例を示した図であ
る。

【図２６】冷却水供給の融通制御システム構成図であ
る。

【符号の説明】

１００融通システム１０１〜１０３サブシステム１０１ａ〜１０３ａ供給設備１０１ｂ〜１０３ｂ緩衝設備１０１ｃ〜１０３ｃ消費設備１０１ｄ〜１０３ｄ着目対象物供給量１０１ｅ〜１０３ｅ着目対象物消費量１０４，１０５融通設備１０４ｆ，１０５ｆ融通設備流量１０４ｇ，１０５ｇ融通設備流量指令１１０融通量制御システム１１１着目対象物供給量予測機構１１２着目対象物消費量予測機構１１３目標融通量設定１１４目標収支設定１１５融通量策定機構１１６融通設備流量策定機構１２１ｄ〜１２３ｄ予測着目対象物供給量１２１ｅ〜１２３ｅ予測着目対象物消費量１３１〜１３３目標融通量１４１〜１４３目標収支１５１〜１５３融通量計画

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者諸岡泰男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者下田誠茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開平４−142606（ＪＰ，Ａ) 特開平６−131004（ＪＰ，Ａ) 特開平５−35714（ＪＰ，Ａ) 栗原郁夫、他１名，自律的な分散方式による電力系統の監視制御論理の開発，電気学会論文誌Ｂ，日本，社団法人電気学会，1991年11月20日，第111巻, 第11号，1199−1207 岩瀬史幸、他４名，大規模電力系統における分散型電圧制御方式，電気学会論文誌Ｂ，日本，社団法人電気学会, 1992年４月20日，第112巻，第４号, ｐ．324−330 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 13/02 G06F 15/20 G06F 17/60 H02J 3/00 E03B 1/00 E03C 1/00 - 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】着目対象物を供給する供給設備と、該供
給設備から供給される前記着目対象物を一時保有する緩
衝設備と、該緩衝設備が一時保有する前記着目対象物を
消費する消費設備とが設けられた複数のサブシステム
と、前記各サブシステムの緩衝設備に接続され各サブシステ
ム間で融通量を互いにやり取りする融通設備と、該融通設備に対し着目対象物の目標融通量を指令するこ
とにより、前記融通量を制御する融通量制御システムと
を備えた融通設備制御装置において、所定の時間範囲における前記各サブシステム内の着目対
象物の供給と消費の収支が、予め与えられた目標収支に
一致するよう前記目標融通量を決定する手段を設け、前記手段は、前記供給設備から前記緩衝設備に供給され
る着目対象物供給量を予測する着目対象物供給量予測機
構を有し、前記着目対象物供給量予測機構による予測と
実績との誤差に基づいて、前記目標収支と前記目標融通
量を更新することを特徴とする融通設備制御装置。
【請求項２】着目対象物を供給する供給設備と、該供
給設備から供給される前記着目対象物を一時保有する緩
衝設備と、該緩衝設備が一時保有する前記着目対象物を
消費する消費設備とが設けられた複数のサブシステム
と、前記各サブシステムの緩衝設備に接続され各サブシステ
ム間で融通量を互いにやり取りする融通設備と、該融通設備に対し着目対象物の目標融通量を指令するこ
とにより、前記融通量を制御する融通量制御システムと
を備えた融通設備制御装置において、所定の時間範囲における前記各サブシステム内の着目対
象物の供給と消費の収支が、予め与えられた目標収支に
一致するよう前記目標融通量を決定する手段を設け、前記手段は、前記緩衝設備から前記消費設備に供給され
る着目対象物消費量を予測する着目対象物消費量予測機
構を有し、前記着目対象物消費量予測機構による予測と
実績との誤差に基づいて、前記目標収支と前記目標融通
量を更新することを特徴とする融通設備制御装置。
【請求項３】着目対象物を供給する供給設備と、該供
給設備から供給される前記着目対象物を一時保有する緩
衝設備と、該緩衝設備が一時保有する前記着目対象物を
消費する消費設備とが設けられた複数のサブシステム
と、前記各サブシステムの緩衝設備に接続され各サブシステ
ム間で融通量を互いにやり取りする融通設備と、該融通設備に対し着目対象物の目標融通量を指令するこ
とにより、前記融通量を制御する融通量制御システムと
を備えた融通設備制御装置において、所定の時間範囲における前記各サブシステム内の着目対
象物の供給と消費の収支が、予め与えられた目標収支に
一致するよう前記目標融通量を決定する手段を設け、前記手段は、前記供給設備から前記緩衝設備に供給され
る着目対象物供給量を予測する着目対象物供給量予測機
構と、前記緩衝設備から前記消費設備に供給される着目
対象物消費量を予測する着目対象物消費量予測機構とを
有し、前記着目対象物供給量予測機構による予測と実績
との誤差、および前記着目対象物消費量予測機構による
予測と実績との誤差に基づいて、前記目標収支と前記目
標融通量を更新することを特徴とする融通設備制御装
置。
【請求項４】着目対象物を供給する供給設備と、該供
給設備から供給される前記着目対象物を一時保有する緩
衝設備と、該緩衝設備が一時保有する前記着目対象物を
消費する消費設備とが設けられた複数のサブシステム
と、前記各サブシステムの緩衝設備に接続され各サブシステ
ム間で融通量を互いにやり取りする第１の融通設備とを
備え、前記第１融通設備の融通量が前記緩衝設備の保有
する着目対象物保有量で決まる融通設備制御装置におい
て、融通量が融通量指令で決まる第２融通設備を前記第１融
通設備に並列に設けるとともに、前記第１融通設備の融
通量を検出し、その検出結果に基づいて前記第２融通設
備に対し目標融通量を指令する手段を設けたことを特徴
とする融通設備制御装置。
【請求項５】請求項４に記載の融通設備制御装置にお
いて、前記手段は、所定の時間範囲における前記サブシ
ステムの着目対象物の供給と消費の収支が、予め与えら
れた目標収支に一致するよう前記目標融通量を策定する
とともに、前記目標融通量と検出された前記第１融通設
備の融通量との偏差を目標融通量指令として前記第２融
通設備に送出することを特徴とする融通設備制御装置。
【請求項６】請求項５に記載の融通設備制御装置にお
いて、前記手段は、検出された第１融通設備の融通量を
複数の融通量成分の和に分解し、その複数の融通量成分
のうち所定の時間範囲における前記収支が無視できる程
度に小さくなる成分を例外成分とし、前記目標融通量と
前記検出された第１融通設備の融通量との偏差から例外
成分を差し引いたものを目標融通量指令として前記第２
融通設備に送出することを特徴とする融通設備制御装
置。