JP6477293B2 - 系統運用支援装置、系統運用支援方法及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力、ガス等の資源を供給する資源供給設備、資源を蓄積する資源蓄積設備、資源を消費して生産物を生産する生産設備及び資源並びに生産物の供給経路を有する生産系統やプラントの運用支援技術に関する。

生産系統の運用を支援する装置について、公知の技術として開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１によれば、エネルギーマネジメント支援装置は、資源を供給する資源供給設備、資源供給設備から供給される資源を需要する資源需要家設備及び資源の供給経路を有する需給系統を対象として、エネルギーを消費する設備の運転を支援する。このエネルギーマネジメント支援装置においては、数式群生成部が、需給系統の需給系統モデルと、資源供給設備及び供給経路の設備能力を表す設備能力情報が入力されると、需給系統モデル及び設備能力情報に基づいて、需給系統モデルが表す需給系統についての最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成する。そして、一階述語論理式生成部が、数式群生成部にて生成した数式群より、一階述語論理式を生成し、限定記号消去部が、限定記号消去法より、一階述語論理式を処理して、資源需要家設備における総需要量と資源供給設備における総消費エネルギーとの関係を表す式を得る。そして、可視化部が、限定記号消去部にて処理した結果得られる関係式を可視化する。

国際公開第２０１４／１２９４７０号

実際の生産系統においては、蓄電池、蓄熱層、ガスホルダ等のエネルギーを蓄積する蓄積設備を利用して、より効率的な運用を図る方法が広く行われている。そこで、蓄積設備を含む生産系統やプラントについて、蓄積設備の特性により生産物の生産量と資源の供給量との関係はどのようになるかを可視化することにより、生産系統等の運用支援においてより有用な情報提供ができるものと見込まれる。

本発明は、蓄積設備を含む生産系統やプラントの運用支援において、より有用な情報提供を可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る系統運用支援装置によれば、資源を供給する資源供給設備、資源を蓄積する資源蓄積設備、前記資源供給設備及び資源蓄積設備から供給される資源を消費して生産物を生産する生産設備、及び資源並びに生産物の供給経路を有する生産系統を対象として、前記生産設備の運用を支援する生産系統運用支援装置であって、前記生産系統のモデルと、前記資源供給設備、前記生産設備及び前記供給経路の設備能力を表す設備能力情報と、所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間における前記資源供給設備からの資源の供給計画量を表す期間内資源利用情報とが入力されると、前記期間内資源利用情報に応じた前記所定の期間の資源の利用可能量を求めるとともに、前記生産系統のモデル、前記設備能力情報及び前記期間内資源利用情報を利用して、前記生産系統の中で前記所定の期間のうちに前記資源の利用可能量を用いて生産しうる生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を計算する系統内生産可能量計算部と、前記系統内生産可能量計算部による計算結果をグラフとして可視化する可視化部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る系統運用支援プログラムによれば、資源を供給する資源供給設備、資源を蓄積する資源蓄積設備、前記資源供給設備及び資源蓄積設備から供給される資源を消費して生産物を生産する生産設備、及び資源並びに生産物の供給経路を有する生産系統を対象として、前記生産設備の運用を支援する生産系統運用支援処理を情報処理装置に実行させるための生産系統運用支援プログラムであって、前記生産系統のモデルと、前記資源供給設備、前記生産設備及び前記供給経路の設備能力を表す設備能力情報と、所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間における前記資源供給設備からの資源の供給計画量を表す期間内資源利用情報とが入力されると、前記期間内資源利用情報に応じた前記所定の期間の資源の利用可能量を求めるとともに、前記生産系統のモデル、前記設備能力情報及び前記期間内資源利用情報を利用して、前記生産系統の中で前記所定の期間のうちに前記資源の利用可能量を用いて生産しうる生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を計算し、前記計算の結果をグラフとして可視化する、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る系統運用支援方法によれば、資源を供給する資源供給設備、資源を蓄積する資源蓄積設備、前記資源供給設備及び資源蓄積設備から供給される資源を消費して生産物を生産する生産設備、及び資源並びに生産物の供給経路を有する生産系統を対象として、前記生産設備の運用を支援する生産系統運用支援方法であって、前記生産系統のモデルと、前記資源供給設備、前記生産設備及び前記供給経路の設備能力を表す設備能力情報と、所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間における前記資源供給設備からの資源の供給計画量を表す期間内資源利用情報とが入力されると、前記期間内資源利用情報に応じた前記所定の期間の資源の利用可能量を求めるとともに、前記生産系統のモデル、前記設備能力情報及び前記期間内資源利用情報を利用して、前記生産系統の中で前記所定の期間のうちに前記資源の利用可能量を用いて生産しうる生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を計算し、前記計算の結果をグラフとして可視化する、ことを特徴とする。

本発明によれば、蓄積設備を含む生産系統やプラントの運用支援において、より有用な情報提供が可能となる。

本発明に係る系統運用支援装置により生産物を生産する生産設備の運用を支援する方法の概要を説明する図である。 第１の実施形態に係る系統運用支援装置の構成図である。 生産系統モデルを例示する図である。 第１の実施形態に係る系統運用支援装置が使用する設備能力情報を例示する図である。 第１の実施形態に係る系統運用支援装置が利用する期間内資源利用情報について説明する図である。 第１の実施形態における期間内資源利用情報の具体例を示す図である。 生産系統にてガスを資源に用いて蒸気を発生させる場合におけるガス蓄積設備のガスの蓄積量の時間変化を例示する図である。 第１の実施形態において系統内生産可能量計算部が生成する一階述語論理式を示す図（その１）である。 第１の実施形態において系統内生産可能量計算部が生成する一階述語論理式を示す図（その２）である。 限定記号消去法により図８Ａ及び図８Ｂの一階述語論理式を処理して得られる論理式を示す図である。 第１の実施形態において期間内資源利用情報の第１のケースについて求めた論理式を可視化した図である。 第１の実施形態において期間内資源利用情報の第２のケースについて求めた論理式を可視化した図である。 第１の実施形態において期間内資源利用情報の第３のケースについて求めた論理式を可視化した図である。 第２の実施形態に係る系統運用支援装置が使用する設備能力情報を説明する図である。 設例の運転条件の下でガスを用いて蒸気を発生させた場合のガスの消費量及び蒸気の生産量、並びにそれらの積算量時系列を示す図である。 図１１のグラフに更に図１４の積算時系列を重ねて可視化した図である。 第３の実施形態に係る系統運用支援装置が利用する期間内資源利用情報について説明する図である。 第３の実施形態における期間内資源利用情報の具体例を示す図である。 生産系統にてガスを資源に用いて蒸気を発生させる場合におけるガス蓄積設備のガスの蓄積量の時間変化を例示する図である。 第３の実施形態において系統内生産可能量計算部が生成する一階述語論理式を示す図（その１）である。 第３の実施形態において系統内生産可能量計算部が生成する一階述語論理式を示す図（その２）である。 第３の実施形態において期間内資源利用情報の第１のケースについて求めた論理式を可視化した図である。 第３の実施形態において期間内資源利用情報の第２のケースについて求めた論理式を可視化した図である。 第３の実施形態において期間内資源利用情報の第３のケースについて求めた論理式を可視化した図である。 第１のケース〜第３のケースを同時にグラフ上に表示した結果を示す図である。 情報処理装置の構成図である。 記録媒体を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る系統運用支援装置によって、生産物を生産する生産設備の運用を支援する方法の概要を説明する図である。

図１に示すとおり、系統運用支援装置１は、生産系統モデルＭと、設備能力情報Ｃと、期間内資源利用情報Ｒとから、期間Ｔにおける生産系統やプラントの生産物の総生産量と資源の総消費量との関係をグラフにして出力表示する。生産系統モデルＭは、生産系統がどのように構成されているかを表す。設備能力情報Ｃは、生産系統のうち、資源を供給する資源供給設備、生産設備、及び資源並びに生産物の供給経路の設備能力を表す。ユーザは、出力表示されるグラフを参照して、生産設備の運用の最適化を図る。

以下に、図１の系統運用支援装置１について、資源としてガスを供給し、供給されるガスを用いて蒸気を生産する（蒸気を発生させる）生産系統を対象として最適化を図る場合を例に、具体的に説明する。

＜第１の実施形態＞
図２は、本実施形態に係る系統運用支援装置１の構成図である。図２に示す系統運用支援装置１は、系統内生産可能量計算部１１と、可視化部１２とを有し、入出力装置５から入力された情報に基づき、生産系統における蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表すグラフを作成し、入出力装置５に出力する。

系統運用支援装置１は、入出力装置５から、生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒを受け付ける。まず、図３〜図７を参照して、系統運用支援装置１が受け付けるこれらの情報について、具体的に説明する。

図３は、生産系統モデルＭを例示する図である。
図３に示す生産系統モデルＭでは、ガス供給設備energy1が、ガスを供給する。ガス蓄積設備holder1は、ガス供給設備から供給されるガスを一旦蓄積し、ガスは、ガス蓄積設備を介して３台の蒸気発生設備supply1〜supply3に供給される。３台の蒸気発生設備では、ガスを消費して蒸気を発生させる。各蒸気発生設備にて発生させた蒸気は、蒸気輸送設備trans1に集約されて、蒸気輸送設備を経て、蒸気使用設備demand1に供給される。こうして、蒸気使用設備にて蒸気が使用される。

生産系統を構成する各機器は、それぞれ異なる入力端子u1〜u3と出力端子y1〜y3とを有する。
系統運用支援装置１は、入力された情報に基づき、生産系統モデルＭとしては、これら構成機器の接続関係や入出力端子を保持する。

図４は、本実施形態に係る系統運用支援装置１が使用する設備能力情報Ｃを例示する図である。生産設備である蒸気使用設備demand1にて使用する蒸気を発生させる３台の蒸気発生設備supply1〜supply３のそれぞれについての発生蒸気量と消費するガス量との関係を示している。

蒸気発生設備には、それぞれの稼働範囲、すなわち、発生させることのできる蒸気量の下限と上限とがある。例えばsupply3では、稼働範囲は、２［ｔ／ｈ］以上８［ｔ／ｈ］以下である。

また、蒸気発生設備の効率はそれぞれ異なり、図４のグラフの傾きがこれを表している。
系統運用支援装置１は、図４のグラフに表されるこれらの情報の入力を受け付けて、これを設備能力情報Ｃとして保持する。

図５は、本実施形態に係る系統運用支援装置１が利用する期間内資源利用情報Ｒについて説明する図である。
図５に示すように、本実施形態においては、期間内資源利用情報Ｒとして、所定の期間Ｔ、期間Ｔの開始時点における資源ｉの蓄積残量Ｓｉ、期間Ｔにおける資源ｉの供給計画量Ｆｉ、期間Ｔ経過後における資源ｉの蓄積量の下限Ｌｉ及び上限Ｕｉを含む。

このうち、期間Ｔについては、ユーザが所望の任意の値を、例えば、０〜２４時、０〜１２時、０〜６時等を設定する。他の条件（Ｓｉ、Ｆｉ、Ｌｉ及びＵｉ）については、生産系統を構成する機器の使用や、使用される状況（ユーザが解析対象とする条件等）に応じて適切な値が設定される。

系統運用支援装置１は、入力されたこれらの情報を、期間内資源利用情報Ｒとして保持し、系統内生産可能量計算部１１は、期間内資源利用情報Ｒを用いて、生産系統における生産物すなわち蒸気の総生産量と、資源ｉすなわちガスの総消費量との関係を表す式を算出する。

図６は、本実施形態における期間内資源利用情報Ｒの具体例Ｒ１を示す図である。
図６に示す期間内資源利用情報Ｒ１は、ケース１〜ケース３の３とおりの期間内資源利用情報を含む。このうち、期間Ｔはケース１〜ケース３で共通で、Ｔ＝２４［ｈ］であり、図６の期間内資源利用情報Ｒ１は、０時から２４時までの２４時間に渡り生産系統を稼働させる際にガス蓄積設備holder1からガスを供給する条件を表している。

具体的には、期間Ｔの開始時点におけるガス蓄積設備holder1のガスの蓄積残量Ｓ＝５００［Ｎｍ^３］、期間Ｔ経過後におけるガス蓄積設備holder1の蓄積量の下限Ｌ＝０［Ｎｍ^３］、上限Ｕ＝１０００［Ｎｍ^３］である点についても、各ケースで共通である。

図６の設例においてケースにより異なる条件は、期間Ｔのガスの供給計画量Ｆである。ケース１で６０００［Ｎｍ^３］、ケース２で１５３６０［Ｎｍ^３］、ケース３で２４０００［Ｎｍ^３］である。

例えば発電機等のような出力値を可変とする機器とは異なり、ガス蓄積設備holder1がどのような特性を備えるかにより、蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表す式は、異なってくる。これについて、図７を参照して説明する。

図７は、生産系統にてガスを資源に用いて蒸気を発生させる場合におけるガス蓄積設備holder1のガスの蓄積量の時間変化を例示する図である。図７を参照して、ガス蓄積設備の特性について説明する。

ガス蓄積設備holder1は、ガス供給設備energy1からガスの供給を受けて自装置にガスを蓄積し、蓄積しているガスを蒸気発生設備supply1〜supply3に供給する。このため、図７に模式的に示すように、ガス蓄積設備におけるガスの蓄積残量は、ガスを蒸気発生設備に供給している期間Ｔの間、変動する。なお、ガスを供給している間のガスの蓄積残量の最大値ｍａｘ及び最小値ｍｉｎは、機器の設備能力から定まる。

また、図４の説明でも述べたとおり、各蒸気発生設備の稼働範囲や効率は、それぞれ異なっている。このため、最終的に３台の蒸気発生設備に供給するガスの量が所定値（ガスの供給計画量Ｆ）であっても、ガスの供給を開始した際（ｓｔａｒｔのタイミング）におけるガス蓄積設備のガスの蓄積残量Ｓは、所望の蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係に影響する。

更には、期間Ｔ以降においても蒸気発生設備にガスを供給すること等を考慮すると、図７では期間Ｔの経過時（ｅｎｄのタイミング）付近について破線で示す曲線のように、ガスの蓄積量を最小値付近にまで低下させてしまうようなガスの供給方法は、望ましくない。図７では実線で示すように、期間Ｔの経過時には、所定範囲（下限Ｌ〜上限Ｌ）内で所定の残量があることが望ましい。

そこで、本実施形態においては、図５等に示すように、ガス蓄積設備holder1の特性を表す期間内資源利用情報Ｒとして、期間Ｔ、その供給計画量Ｆ、期間Ｔ開始時のガスの蓄積残量Ｓ及び終了時のガスの蓄積量の下限Ｕ及び上限Ｌを含む構成とする。そして、生産系統モデルＭや設備能力情報Ｃに加えて期間内資源利用情報Ｒを用いて期間Ｔにおける蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を算出することで、ガス蓄積設備holder1の特性の考慮された蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を得る。

より具体的には、系統運用支援装置１の系統内生産可能量計算部１１は、生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒが入力されると、このうちの期間内資源利用情報Ｒ、具体的には、供給計画量Ｆと期間Ｔ開始時におけるガスの残量Ｓ及び期間Ｔ経過時におけるガスの残量（下限Ｌから上限Ｕの範囲内）に応じた期間Ｔに利用可能なガスの量を表した条件式および当該ガス量を使って生産可能な蒸気の量を表した条件式を生成する。期間Ｔに生産系統が利用可能なガスの量とは、期間Ｔの間にガス蓄積設備holder1が図３の出力端子y1〜y3から出力するガスの総量（holder1_y1〜holder1_y3の合計）をいう。

これとともに、系統内生産可能量計算部１１は、入力された生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒに対する蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表す式を、求めたガスの利用可能量を表した条件式を用いて算出する。所望の蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表す式は、求めた利用可能なガスの量を表した条件式を含む一階述語論理式を生成し、生成した一階述語論理式から限定記号を消去することにより求める。系統運用支援装置１の可視化部１２は、系統内生産可能量計算部１１が求めた期間Ｔにおける生産しうる蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表す論理式から、論理式が成り立つ範囲をグラフに描画する。

一階述語論理式を生成する方法及びこれから限定記号を消去して論理式を得る方法については、国際公開第２０１４／１２９４７０号（特許文献１）にも記載されているとおりであるが、ここでは、設例に沿って説明することとする。

系統内生産可能量計算部１１は、一階述語論理式生成部と、限定記号消去部とを含んで構成される。
一階述語論理式生成部は、期間Ｔのガスの利用可能な量を表した第１の数式群と、ガス供給設備、ガス蓄積設備、蒸気発生設備、及び供給経路についての供給能力または生産能力を表した第２の数式群を生成する。第１の数式群は、期間内資源利用情報Ｒを利用して生成する。第２の数式群は、生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒを利用して生成する。そして、２つの数式群を論理積で結合し、第１及び第２の数式群に含まれる状態変数に対し、存在記号を付与することにより、一階述語論理式を生成する。

限定記号消去部は、限定記号消去法により一階述語論理式を処理して、所望の論理式を得る。
図８Ａ及び図８Ｂは、系統内生産可能量計算部１１が生成する一階述語論理式Ψ１を示す図である。ここでは、図６の期間内資源利用情報Ｒ１のうち、ケース１として設定されている情報を利用して生成される一階述語論理式Ψ１を示す。図６のケース１の情報を、符号「Ｒ１−１」を用いて表すこととする。

図８Ａ及び図８Ｂに示す一階述語論理式Ψ１のうち、（４）の条件式が、上記第１の数式群に該当し、他の式（２）〜（３）及び（５）〜（９）の条件式が、第２の数式群に該当する。（１）の式が、これに付与される状態変数に存在記号を付与した式である。

第１の数式群を構成する（４）のガス蓄積設備holder1の条件式のうち、第１式「０＝holder1_x1−５００」に現れる変数「holder1_x1」は、期間Ｔ開始時におけるガス蓄積設備のガスの残量（＝Ｓ）である。第２式等に現れる変数「holder1_x2」は、期間Ｔ経過時におけるガス蓄積設備のガスの蓄積残量（下限Ｌから上限Ｕの範囲内）である。第３式「０＜＝holder1_x2」及び第４式「０＜＝１０００−holder1_x2」は、それぞれ期間Ｔ経過時におけるガスの蓄積残量が下限Ｌ＝０以上であること、及び上限Ｕ＝１０００以下であることを表している。

（４）の条件式に示すように、本実施形態においては、期間Ｔに利用可能なガスの量（holder1_y1〜holder1_y3）を、期間内資源利用可能情報Ｒ１に応じた期間Ｔの終了時におけるガス蓄積設備holder1内のガスの残量が下限Ｕから上限Ｌを用いて、第１の数式群で定めている。

第２の数式群を構成する（２）〜（３）及び（５）〜（９）の条件式については、生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒ１−１よりそれぞれの機器や供給経路の制約条件より生成する。

系統内生産可能量計算部１１は、生成した（２）〜（９）の式を論理積で結合し、これに（１）の限定記号の付与に関する情報を付加して、一階述語論理式Ψ１を生成する。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、生成される一階述語論理式Ψ１は、ガス蓄積設備からのガスの供給計画量Ｆや供給する期間Ｔ、期間Ｔの開始時及び終了時のガス蓄積設備における残量Ｓ、Ｕ、Ｌ等に依存する。すなわち、一階述語論理式Ψ１を処理して得られる蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係は、期間内資源利用情報Ｒ（設例では情報Ｒ１−１）に依存することがわかる。

図９は、限定記号消去部が限定記号消去法により図８Ａ及び図８Ｂの一階述語論理式Ψ１を処理して得られる論理式Φ１を示す図である。
系統内生産可能量計算部１１の限定記号消去部は、一階述語論理式Ψ１から限定記号を消去して、図９に示す論理式を得る。図９の論理式は、ガスの総消費量すなわちガス供給設備energy1から供給されるガスの総量energy1_y1と、蒸気の総生産量すなわち蒸気使用設備demand1にて使用する蒸気の総量demand1_u1との関係を表している。

上記のとおり、図９の式は、図６の期間内資源利用情報Ｒ１のうち、ケース１の情報Ｒ１−１に対応している。ケース２及びケース３についても、上記と同様の方法により一階述語論理式Ψ２、Ψ３を生成し、限定記号を消去して、それぞれ論理式Φ２、Φ３を得ることができる。

図１０〜図１２は、期間内資源利用情報Ｒ１のケース１〜ケース３のそれぞれについて求めた論理式Φ１〜Φ３を可視化した図である。それぞれ横軸は、期間Ｔ内の蒸気の総生産量demand1_u1を、縦軸は、期間Ｔ内の蒸気の生産の際に消費するガスの総消費量energy1_y1である。

ケース１の場合については、供給計画量Ｆが６０００［Ｎｍ^３］であるため、図１０に示すように、縦軸は、６０００付近が限界となっている。ケース２の場合については、供給計画量Ｆが１５３６０［Ｎｍ^３］であり、ケース３は、２４０００［Ｎｍ^３］であるため、図１１及び図１２に示すように、それぞれ１５３６０、２４０００付近が限界となっている。

図１２のケース３のグラフは図１１のケース２のグラフを包含し、図１１のケース２のグラフは図１０のケース１のグラフを包含していることがわかる。これは、図６に示すように、設例の期間内資源利用情報Ｒ１では、いずれのケースにおいても供給計画量Ｆ以外の条件については、同一に設定されているためである。

なお、図１１のケース２のグラフを例にとると、縦軸のガスの総消費量が同じであっても、とりうる横軸の蒸気の総生産量には、幅がある。これは、図４の設備能力情報Ｃのグラフに表されているように、蒸気発生設備supply1〜supply３により効率（図４の各グラフの傾き）には、差がある。このために、総合的に見た場合には、効率的な運転（蒸気の発生量（生産量）が多い）と非効率的な運転（蒸気の発生量（生産量）が少ない）の間に幅が生じることを示している。

また、横軸の蒸気の総消費量が同じであっても、とりうる縦軸のガスの総消費量には、幅がある。これは、蒸気発生設備の効率の差に加えて、ガス蓄積設備holder1におけるガスの蓄積量に幅があることによる。すなわち、期間Ｔの終了時（２４時）におけるガス蓄積設備holder1のガス蓄積量が、０から１０００［Ｎｍ^３］の範囲で変化しうることの影響による。

以上説明したように、本実施形態に係る系統運用支援装置１によれば、生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃに加えて期間内資源利用情報Ｒを用いて、期間Ｔにおける資源の利用可能量を用いて生産しうる生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を計算する。期間Ｔにおける資源の利用可能量は、期間内資源利用情報Ｒから算出する。期間内資源利用情報Ｒを用いていることで、実際の生産系統において使用される資源蓄積設備の特性により生産物の総生産量と資源の総消費量との関係がどのように変動するかについても可視化することができるようになる。これにより、資源蓄積設備を含む生産系統等の運用支援において、より有用な情報をユーザに提供することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態においては、期間内資源利用情報Ｒを利用して、所定の期間Ｔにおける生産系統の生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を求め、可視化している。本実施形態においては、更に、期間Ｔを細分化した時間単位ごとに資源の消費量と生産物の生産量とを段階的に積算し、積算量時系列を算出し、算出した積算量時系列についても可視化する。

以下に、本実施形態に係る系統運用支援装置による積算量時系列の算出方法等について説明する。本実施形態に係る系統運用支援装置の構成や、入力される生産系統モデルについては、図２及び図３に示すとおりであり、先に説明したとおりである。

図１３は、本実施形態に係る系統運用支援装置１が使用する設備能力情報Ｃを説明する図である。図４の第１の実施形態における設備能力情報と比較すると、蒸気発生設備supply1〜supply3の運転条件として、それぞれ所定の発生蒸気量に対応する消費ガス量が図中点線で示すとおりに設定されている。

設例では、蒸気発生設備supply1については、蒸気発生量が５［ｔ／ｈ］であるときの消費ガス量は１５０［Ｎｍ^３／ｈ］が運転条件として設定されている。蒸気発生設備supply2については蒸気発生量が６［ｔ／ｈ］に対し消費ガス量は２４０［Ｎｍ^３／ｈ］、蒸気発生設備supply3については蒸気発生量が５［ｔ／ｈ］に対し消費ガス量は２５０［Ｎｍ^３／ｈ］が運転条件として設定されている。

設例の蒸気発生設備の運転条件の下においては、蒸気の総生産量demand1_u1は、１６［ｔ／ｈ］であり、ガスの総消費量は、６４０［Ｎｍ^３／ｈ］である。
図１４は、設例の運転条件の下でガスを用いて蒸気を発生させた（生産した）場合のガスの消費量及び蒸気の生産量、並びにそれらの積算量時系列を示す図である。ここでは、期間Ｔ＝２４［ｈ］を１時間単位に細分化することとする。

表Ａは、設例の運転条件における１時間当たりのガスの消費量energy1_y1（単位はＮｍ^３／ｈ）及び蒸気の生産量demand1_u1（単位はｔ／ｈ）を示す。表Ｂは、１時間当たりのガスの消費量（単位はＮｍ^３）及び蒸気の生産量（単位はｔ）をそれぞれ段階的に積算した積算時系列を示す。図中の「時刻」は、細分化した時間（設例では１時間）の開始時刻を表し、例えば表Ａの時刻が「０」のガスの消費量及び蒸気の生産量とは、０時から１時までの１時間のうちで消費したガスの量と生産した蒸気の量を表す。

図１４に示すように、最終時刻２３時（２３時から２４時までの１時間の経過後）におけるガスの消費量の積算値は１５３６０［Ｎｍ^３］となっている。これは、図６のケース２のガスの供給計画量Ｆに一致する。

本実施形態に係る系統運用支援装置１の可視化部１２は、上記第１の実施形態にて可視化した蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表したグラフに加えて、図１４の表Ｂの積算時系列を表示させる。

図１５は、図１１のケース２のグラフに更に図１４の表Ｂの積算時系列を重ねて可視化した図である。
Ａは、期間Ｔにおける蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表したグラフであり、Ａのグラフが表す領域は、第１の実施形態で参照した図１１のグラフが表す領域に一致する。

Ｂは、ガスの消費量及び蒸気の生産量を段階的に積算した積算時系列を表し、これは、図１４の表Ｂをプロットしたものに相当する。
なお、Ｃは、ガスの消費量に対し、最も効率的に蒸気を発生させた場合の蒸気の生産量を表した曲線であり、図１５においては破線でこれを示している。

図１５によれば、期間Ｔにおけるガスの総消費量は１５３６０［Ｎｍ^３］で同一であっても、蒸気の生産量を所定値に固定した場合の運用を示すＢを最も効率のよい運用を示すＣと比較すると、生産物である蒸気の発生量には１００［ｔ］近い開きがあることがわかる。

このように、本実施形態に係る系統運用支援装置１によれば、積算量時系列と生産可能量とが１つのグラフ上に表示され、これらの比較が可能となる。したがって、運用の効率性や最適性を視覚的に評価しやすくなり、最適な運用が実現できているか否かが判断しやすくなる、という効果が得られる。

＜第３の実施形態＞
上記第１及び第２の実施形態に係る期間内資源利用情報Ｒでは、期間Ｔの終了時における資源（ガス）の蓄積残量が所定の範囲内に収まることを条件として定めている。これに対し、本実施形態においては、期間内資源利用情報Ｒには、期間Ｔの終了時における資源（ガス）の蓄積残量が所定の目標値となることを条件として定める。

以下に、本実施形態に係る系統運用支援装置が期間内資源利用情報Ｒを利用して生産系統における生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を表す論理式を求め、これを可視化する方法について、上記の実施形態と異なる点を中心に、具体的に説明する。

なお、系統運用支援装置の構成、系統運用支援装置に入力される生産系統モデル及び設備能力情報については、図２〜図４に示すとおりであり、先に説明したとおりであるのでここでは説明を割愛する。

図１６は、本実施形態に係る系統運用支援装置１が利用する期間内資源利用情報Ｒについて説明する図である。
図５の第１の実施形態において利用する期間内資源利用情報の構成と比較すると、第１の実施形態では、期間Ｔ経過後における資源iの蓄積量の下限Ｌｉ及び上限Ｕｉを含むのに対し、期間Ｔ経過後における資源ｉの蓄積量の目標値Ｅｉを含む点で異なる。

図１７は、本実施形態における期間内資源利用情報Ｒの具体例を示す図である。
図１７に示す期間内資源利用情報Ｒ２は、０時から２４時までの２４時間に渡り生産系統を稼働させる際にガス蓄積設備holder1からガスを供給する条件について、ケース１〜ケース３の３とおりを表している。

期間Ｔ、期間Ｔの開始時におけるガス蓄積設備holder1のガスの蓄積残量Ｓ＝１０００［Ｎｍ^３］、期間Ｔのガスの供給計画量Ｆ＝９６００［Ｎｍ^３］であり、ケース１〜ケース３で共通である。

図１７の設例においてケースにより異なる条件は、期間Ｔ終了時（２４時）のガスの蓄積量の目標値Ｅである。ケース１でＥ＝０［Ｎｍ^３］、ケース２でＥ＝１０００［Ｎｍ^３］、ケース３でＥ＝２０００［Ｎｍ^３］である。

図１８は、生産系統にてガスを資源に用いて蒸気を発生させる場合におけるガス蓄積設備holder1のガスの蓄積量の時間変化を例示する図である。
時間とガスの供給量との関係を表す曲線については、先に第１の実施形態で参照した図７と同様である。図７では、期間Ｔ経過時（２４時）におけるガス蓄積設備のガスの残量を、下限Ｌから上限Ｕの範囲で定めているのに対し、図１８では、目標値Ｅで定めている点で異なる。

期間Ｔ経過時におけるガスの蓄積量を目標値Ｅで表した期間内資源利用情報Ｒ２であっても、第１の実施形態の期間内資源利用情報と同様に、ガス蓄積設備holder1の特性を適切に表している。そこで、本実施形態に係る系統運用支援装置１は、図３の生産系統モデルＭや図４の設備能力情報Ｃに加えて図１８の期間内資源利用情報Ｒ２を用いて蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を算出する。

系統運用支援装置１の系統内生産可能量計算部１１は、生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒが入力されると、第１の実施形態と同様に、期間内資源利用情報Ｒから、期間Ｔにおける生産系統が利用可能なガスの量（holder1_y1〜holder1_y3の合計）を表した条件式を生成する。但し、本実施形態では、供給計画量Ｆと期間Ｔ開始時におけるガスの残量Ｓ及び期間Ｔ経過時におけるガスの残量の目標値Ｅより当該条件式を生成する。

これとともに、系統内生産可能量計算部１１は、入力された生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒに対する蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表した式を、求めたガスの利用可能量を表した条件式を用いて算出する。所望の蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係を表した式は、求めた利用可能なガスの量を表した条件式を用いて一階述語論理式を生成し、生成した一階述語論理式から限定記号を消去することにより求める。

図１９Ａ及び図１９Ｂは、系統内生産可能量計算部１１が生成する一階述語論理式Ψ１を示す図である。ここでは、図１７の期間内資源利用情報Ｒ２のうち、ケース２として設定されている情報を利用して生成される一階述語論理式Ψ１を示す。

図１９Ａ及び図１９Ｂに示す（１１）〜（１９）の式は、それぞれ図８Ａ及び図８Ｂの（１）〜（９）の式と同様に、それぞれ限定記号の付与に関する情報、期間内資源利用情報に関する条件式、各機器に関する条件式及び生産系統に関する条件式を表している。（１４）の条件式が、期間Ｔのガスの利用可能な量を表した第１の数式群に該当する。（１２）〜（１３）及び（１５）〜（１９）の条件式が、ガス供給設備、ガス蓄積設備、蒸気発生設備、及び供給経路についての供給能力または生産能力を表した第２の数式群に該当する。（１）の式が、これに付与される状態変数に存在記号を付与した式である。

（１１）〜（１９）の式うち、期間内資源利用情報として期間Ｔ経過後のガスの蓄積量の下限Ｌ及び上限Ｕでなく、目標値Ｅが設定されていることにより、（１１）、（１２）及び（１４）の式が、図８Ａ及び図８Ｂとは異なっている。

特に、（１４）のガス蓄積設備holder1の条件式では、式「０＝holder1_x2−Ｅ」が設定されている。これは、期間Ｔ経過した時点（２４時）においてはガスの蓄積残量holder1_x2（＝Ｅ）が目標値「０［Ｎｍ^３］」となることを表している。

（１４）の条件式に示すように、本実施形態においては、期間Ｔに利用可能なガスの量（holder1_y1〜holder1_y3）を、期間内資源利用可能情報Ｒ２に応じた期間Ｔ終了時におけるガス蓄積設備holder1のガスの残量の目標値Ｅを用いて、第１の数式群で定めている。

他の条件式については、第１の実施形態で説明したように、生産系統モデルＭ、設備能力情報Ｃ及び期間内資源利用情報Ｒ２のケース２より、それぞれの機器や供給経路の制約条件より生成する。そして、系統内生産可能量計算部１１は、生成した（１２）〜（１９）の式を論理積で結合し、これに（１１）の限定記号の付与に関する情報を付加して、一階述語論理式Ψ１を生成する。

図１９Ａ及び図１９Ｂに示す一階述語論理式Ψ１においても、図８Ａ及び図８Ｂに示す一階述語論理式と同様に、期間内資源利用情報Ｒ（設例ではＲ２）に依存する。したがって、一階述語論理式Ψ１を処理して得られる蒸気の総生産量とガスの総消費量との関係は、期間内資源利用情報Ｒ（Ｒ２）に依存することがわかる。

系統運用支援装置１の系統内生産可能量計算部１１は、図１７の期間内資源利用情報Ｒ２の他のケース２、３についても、同様の方法でそれぞれ一階述語論理式Ψ２、Ψ３を生成する。生成された一階述語論理式Ψ１〜Ψ３に対し、限定記号消去法により限定記号を消去することで、それぞれ蒸気の総生産量demand1_u1とガスの総消費量energy1_y1との関係を表した論理式Φ１〜Φ３を得る。

図２０〜図２２は、期間内資源利用情報Ｒ２のケース１〜ケース３のそれぞれについて求めた論理式Φ１〜Φ３を可視化した図である。図１０〜図１２と同様に、それぞれ横軸は、期間Ｔ内の蒸気の総生産量demand1_u1を、縦軸は、期間Ｔ内の蒸気の生産の際に消費するガスの総消費量energy1_y1である。

図２０〜図２２のそれぞれケース１〜ケース３を可視化した結果を比較すると、いずれもガスの供給計画量Ｆ＝９６００［Ｎｍ^３］であるため、縦軸のガスの総消費量energy1_y1の限界は９６００［Ｎｍ^３］付近が限界となっている。

図２３は、ケース１〜ケース３を同時にグラフ上に表示した結果を示す図である。
上述のとおり、ケース１〜ケース３では、期間Ｔ経過後のガス蓄積設備の蓄積量が異なっている。期間内資源利用情報Ｒ２では、他の条件は同一であるので、期間Ｔが経過した時点でのガスの蓄積残量が多いほど、生産できる蒸気の量（demand1_u1）が少なくなる。また、消費されるガスの量（energy1_y1）の下限も少なくなる。これは、期間Ｔ経過後のガス蓄積設備holder1におけるガスの蓄積量目標値が増加するほど、蒸気を発生させるために利用可能なガス量が減少するとともに、ガス蓄積設備へのガスの蓄積のために必要なガス量が増加するためである。図２３のように、３つのケースを１つのグラフ上に表示させると、これらの点を容易に視認することができる。

以上説明したように、本実施形態のように、期間内資源利用情報Ｒとして、期間Ｔ終了時におけるガス蓄積設備holder1へのガスの蓄積量の目標値Ｅを設定する場合であっても、上記の実施形態と同様の効果を得る。

なお、本実施形態に係る系統運用支援装置１についても、第２の実施形態と同様に、期間Ｔを細分化してその時間単位ごとに資源の消費量と生産物の生産量とを段階的に積算した積算量時系列を算出して、生産可能量とともに可視化する構成としてもよい。

ところで、図２の系統運用支援装置１は、例えば、図２４に示すような情報処理装置（コンピュータ）を用いて構成することができる。図２４の情報処理装置は、ＣＰＵ（中央処理装置）１００１、メモリ１００２、入力装置１００３、出力装置１００４、外部記憶装置１００５、媒体駆動装置１００６、ネットワーク接続装置１００７を備え、それらはバス１００８により互いに接続されている。

メモリ１００２は、例えば、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）等を含み、処理に用いられるプログラムおよびデータを格納する。ＣＰＵ１００１は、メモリ１００２を利用してプログラムを実行することにより、必要な処理を行う。

図２の系統内生産可能量計算部１１及び可視化部１２は、メモリ１００２に格納されたプログラムを実行することにより実現される機能に対応する。
入力装置１００３は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル等であり、ネットワーク管理者等のオペレータからの指示や情報の入力に用いられる。出力装置１００４は、例えば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等であり、オペレータへの問い合わせ、アラーム、処理結果等の出力に用いられる。

外部記憶装置１００５は、例えば、磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、テープ装置等である。情報処理装置は、この外部記憶装置１００５に、上記プログラムおよびデータを格納しておき、必要に応じて、それらをメモリ１００２にロードして使用する。

媒体駆動装置１００６は、可搬記録媒体１００９を駆動し、その記録内容にアクセスする。可搬記録媒体１００９は、メモリカード、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（compact disk read only memory ）、光ディスク、光磁気ディスク等の任意のコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。オペレータは、この可搬記録媒体１００９に上記プログラムおよびデータを格納しておき、必要に応じて、それらをメモリ１００２にロードして使用する。

ネットワーク接続装置１００７は、ＬＡＮ（local area network）、インターネット等の任意の通信ネットワークに接続され、通信に伴うデータ変換を行う。情報処理装置は、必要に応じて、上記プログラムおよびデータを外部の装置からネットワーク接続装置１００７を介して受け取り、それらをメモリ１００２にロードして使用する。

図２５は、図２４の情報処理装置にプログラムおよびデータを供給することのできるコンピュータ読み取り可能な記録媒体を示している。可搬記録媒体１００９やサーバ１１０１のデータベース１１０３に格納されたプログラムおよびデータは、情報処理装置１１０２のメモリ１００２にロードされる。サーバ１１０１は、そのプログラムおよびデータを搬送する搬送信号を生成し、ネットワーク上の任意の伝送媒体を介して情報処理装置１１０２に送信する。ＣＰＵ１００１は、そのデータを用いてそのプログラムを実行し、必要な処理を行う。

本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは言うまでもない。

１ 系統運用支援装置
５ 入出力装置
１１ 系統内生産可能量計算部
１２ 可視化部

Claims (10)

1. 資源を供給する資源供給設備、資源を蓄積する資源蓄積設備、前記資源供給設備及び資源蓄積設備から供給される資源を消費して生産物を生産する生産設備、及び資源並びに生産物の供給経路を有する生産系統を対象として、前記生産設備の運用を支援する生産系統運用支援装置であって、
   前記生産系統のモデルと、前記資源供給設備、前記生産設備及び前記供給経路の設備能力を表す設備能力情報と、所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間における前記資源供給設備からの資源の供給計画量を表す期間内資源利用情報とが入力されると、
   前記期間内資源利用情報に応じた前記所定の期間の資源の利用可能量を求めるとともに、前記生産系統のモデル、前記設備能力情報及び前記期間内資源利用情報を利用して、前記生産系統の中で前記所定の期間のうちに前記資源の利用可能量を用いて生産しうる生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を計算する系統内生産可能量計算部と、
   前記系統内生産可能量計算部による計算結果をグラフとして可視化する可視化部と、
   を有することを特徴とする系統運用支援装置。
2. 前記系統内生産可能量計算部は、前記生産物の総生産量と前記消費する総資源量との関係を、前記資源の利用可能量を用いて一階述語論理式を生成し、限定記号消去法を用いて前記一階述語論理式から限定記号を消去して得られる論理式を算出することにより求め、
   前記可視化部は、前記論理式が成り立つ範囲をグラフとして可視化する
   ことを特徴とする請求項１記載の系統運用支援装置。
3. 前記系統内生産可能量計算部は、
   前記期間内資源利用情報を用いて、前記所定の期間の資源の利用可能量を表した第１の数式群を生成し、また、前記生産系統のモデル、前記設備能力情報、及び前記期間内資源利用情報を用いて、前記資源供給設備、前記資源蓄積設備、前記生産設備、及び前記供給経路の供給能力または生産能力を表現した第２の数式群を生成し、
   前記第１及び第２の数式群を論理積で結合し、前記第１及び第２の数式群に含まれる前記資源供給設備、前記資源蓄積設備、前記生産設備、及び前記供給経路の供給能力または生産能力の状態を表す変数が存在することを表す存在記号を付与する
   ことにより、前記一階述語論理式を生成することを特徴とする請求項２記載の系統運用支援装置。
4. 前記系統内生産可能量計算部は、前記資源の利用可能量を、前記所定の期間の終了時における前記資源蓄積設備内の蓄積残量が所定の上限及び下限の制限内に収まる範囲で供給可能な量を用いて求める
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の系統運用支援装置。
5. 前記系統内生産可能量計算部は、前記資源の利用可能量を求める処理においては、前記期間内利用可能情報のうち、前記供給計画量、前記所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間の終了時における資源の蓄積残量の前記所定の上限及び下限の制限を用いて、前記第１の数式群を生成する
   ことを特徴とする請求項４記載の系統運用支援装置。
6. 前記系統内生産可能量計算部は、前記資源の利用可能量を、前記所定の期間の終了時における前記資源蓄積設備内の蓄積残量が所定の目標値となる量を用いて求める
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の系統運用支援装置。
7. 前記系統内生産可能量計算部は、前記資源の利用可能量を求める処理においては、前記期間内利用可能情報のうち、前記供給計画量、前記所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間の終了時における資源の蓄積残量の前記目標値を用いて、前記第１の数式群を生成する
   ことを特徴とする請求項６記載の系統運用支援装置。
8. 前記所定の期間を細分化した時間単位における前記資源の消費量と前記生産物の生産量とを段階的に積算して積算量時系列を算出する積算時系列計算部と
   を更に備え、
   前記可視化部は、前記積算量時系列を更に表示させる
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の系統運用支援装置。
9. 資源を供給する資源供給設備、資源を蓄積する資源蓄積設備、前記資源供給設備及び資源蓄積設備から供給される資源を消費して生産物を生産する生産設備、及び資源並びに生産物の供給経路を有する生産系統を対象として、前記生産設備の運用を支援する生産系統運用支援処理を情報処理装置に実行させるための生産系統運用支援プログラムであって、
   前記生産系統のモデルと、前記資源供給設備、前記生産設備及び前記供給経路の設備能力を表す設備能力情報と、所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間における前記資源供給設備からの資源の供給計画量を表す期間内資源利用情報とが入力されると、
   前記期間内資源利用情報に応じた前記所定の期間の資源の利用可能量を求めるとともに、前記生産系統のモデル、前記設備能力情報及び前記期間内資源利用情報を利用して、前記生産系統の中で前記所定の期間のうちに前記資源の利用可能量を用いて生産しうる生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を計算し、
   前記計算の結果をグラフとして可視化する、
   ことを特徴とする系統運用支援プログラム。
10. 資源を供給する資源供給設備、資源を蓄積する資源蓄積設備、前記資源供給設備及び資源蓄積設備から供給される資源を消費して生産物を生産する生産設備、及び資源並びに生産物の供給経路を有する生産系統を対象として、前記生産設備の運用を支援する生産系統運用支援方法であって、
    前記生産系統のモデルと、前記資源供給設備、前記生産設備及び前記供給経路の設備能力を表す設備能力情報と、所定の期間の開始時における資源の蓄積残量及び前記所定の期間における前記資源供給設備からの資源の供給計画量を表す期間内資源利用情報とが入力されると、
    前記期間内資源利用情報に応じた前記所定の期間の資源の利用可能量を求めるとともに、前記生産系統のモデル、前記設備能力情報及び前記期間内資源利用情報を利用して、前記生産系統の中で前記所定の期間のうちに前記資源の利用可能量を用いて生産しうる生産物の総生産量と資源の総消費量との関係を計算し、
    前記計算の結果をグラフとして可視化する、
    ことを特徴とする系統運用支援方法。