JP2023050920A - Plant optimal-operation planning apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、プラント最適運用計画装置に関する。 The present disclosure relates to a plant optimum operation planning device.
プラントの運転において、総エネルギーコストを低減することが重要な課題である。この課題に対処するため、総エネルギーコストの最小化を目的とした設備の起動停止状態と入出力の計画を立案するプラント運用計画問題を扱う研究が行われている。従来は、計算の簡略化の観点から、起動移行中または停止移行中の運転パターンは考慮されないことがほとんどだった。しかし、近年の電力システム改革による競争原理の導入により、エネルギー生産を効率的に行うべく、より実態に近いモデル化が課題となっている。そこで、起動移行中または停止移行中の運転パターンを考慮したプラントの運転スケジュール最適化計算を行う手法についても、いくつか提案されている。 Reducing the total energy cost is an important issue in plant operation. To address this issue, research has been conducted to address the plant operation planning problem of planning the start-up/shutdown states and inputs/outputs of equipment for the purpose of minimizing the total energy cost. Conventionally, from the viewpoint of simplification of calculation, in most cases the operation pattern during transition to start or transition to stop was not considered. However, due to the introduction of the principle of competition due to the recent electric power system reform, modeling closer to the actual situation has become an issue in order to efficiently produce energy. Accordingly, several methods have been proposed for performing calculations for optimizing the plant operation schedule, taking into consideration the operation pattern during transition to startup or transition to shutdown.
特許文献1に記載のプラントの運転スケジュール最適化方法では、運転モードの種別を整数の運転モード変数として運転スケジュール最適化計算における独立変数の一部に有し、運転モード変数に応じて予め決められた運転パターンを運転拘束条件として付与し、運転モードごとの運転コストあるいはモード変化時の運転コストをコスト評価関数内で最小となるように制御対象プラントの運転スケジュール最適化計算を行う方法が開示されている。この方法により、事前の停止中の継続時間などのプラントの現在の状態に応じた至近の将来の起動移行中または停止移行中の運転パターンを考慮したプラントの運転スケジュール最適化ができる。
In the plant operation schedule optimization method described in
非特許文献1に記載の火力プラントの運用計画手法では、運転モードの種別ごとの時系列のバイナリ変数または時系列の運転モードを判別する制約条件と、運転モードに応じた運転パターンを表現する制約条件とを導入することで、起動移行中または停止移行中の運転パターンを考慮した混合整数線形計画法(Mixed Integer Linear Programming:MILP)による定式化手法が開示されている。
In the thermal power plant operation planning method described in
特許文献1に開示されたプラントの運転スケジュール最適化方法は、事前の停止中の継続時間によって決まるホットスタート、ウォームスタート、またはコールドスタートなどの、計画期間における時系列の運転モードを判別する制約条件が無いため、計画期間における時系列の運転モードに応じた起動移行中または停止移行中の運転パターンの考慮が困難である。ここで、ホットスタートとは起動移行中の期間が比較的に短い運転モードを指し、ウォームスタートとはホットスタートより起動移行中の期間が長い運転モードを指し、コールドスタートとはウォームスタートよりも起動移行中の期間が長い運転モードを指す。
The plant operation schedule optimization method disclosed in
非特許文献1に開示された火力プラントの運用計画手法は、火力プラントの出力である発電量の計画を立案しているが、火力プラントの入力である燃料消費量の計画は立案していない。そのため、火力プラントの運転モードに応じた起動移行中または停止移行中の出力側の運転パターンの考慮しかできない。入力側の運転パターンについては、入出力の関係を表現した一次関数を用いて求める方法が一般的に知られている。しかし、火力プラントの起動移行中または停止移行中の入出力の関係を一次関数で表現することは難しいため、火力プラントの運転モードに応じた起動移行中または停止移行中の入力側の運転パターンの考慮は困難である。
The thermal power plant operation planning method disclosed in
さらに特許文献1および非特許文献1に開示された方法は、いずれも燃料を消費して1種類のエネルギーを供給するプラントを対象にしたものであるが、電力と低圧蒸気など複数のエネルギーを供給する場合、または階層構成の構成設備を有するプラントを対象とする場合には、適用が困難である。ここで、階層構成の構成設備を有するプラントとは、例えば複数の機器で燃料を消費して蒸気を出力し、他の複数の機器でその蒸気を消費して電力を供給するようなプラントを指す。
Furthermore, the methods disclosed in
本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、階層構成の構成設備を有するプラントにおいて、計画期間における時系列の運転モードに応じた起動移行中および停止移行中の入力側と出力側の運転パターンを考慮しつつ、プラント構成設備ごとの起動停止状態と入出力との計画を立案するプラント最適運用計画装置の提供を目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to provide a plant optimum operation planning device that draws up a plan for the start/stop state and input/output for each plant component equipment while considering the operation pattern.
本開示のプラント最適運用計画装置は、階層構成のプラント構成設備を有するプラントを対象プラントとするプラント最適運用計画装置であって、対象プラントの時系列の運転モードを判別する制約条件である運転モード判別制約条件を設定する運転モード判別制約条件設定部と、対象プラントの起動移行中および停止移行中の出力側運転パターンを表現する制約条件である出力側運転パターン制約条件を設定する出力側運転パターン制約条件設定部と、対象プラントの起動移行中および停止移行中の入力側運転パターンを表現する制約条件である入力側運転パターン制約条件を設定する入力側運転パターン制約条件設定部と、運転モード判別制約条件、出力側運転パターン制約条件、および入力側運転パターン制約条件に基づき、対象プラントのプラント構成設備ごとの起動停止状態と入出力の計画を含む最適運用計画を立案する最適化演算部とを備える。 The optimal plant operation planning device of the present disclosure is a plant optimal operation planning device whose target plant is a plant having hierarchical plant configuration equipment, and is an operation mode that is a constraint condition for determining the time-series operation mode of the target plant. An operation mode discrimination constraint condition setting unit that sets discrimination constraints, and an output side operation pattern constraint condition that expresses the output side operation pattern during the transition to start and transition to shutdown of the target plant. A constraint condition setting unit, an input-side operation pattern constraint condition setting unit that sets an input-side operation pattern constraint condition that is a constraint condition that expresses the input-side operation pattern during startup transition and shutdown transition of the target plant, and operation mode discrimination an optimization calculation unit that draws up an optimal operation plan including start/stop status and input/output plans for each plant component facility of the target plant based on the constraints, the output-side operation pattern constraints, and the input-side operation pattern constraints; Prepare.
本開示のプラント最適運用計画装置によれば、階層構成のプラント構成設備を有する対象プラントにおいて、計画期間における時系列の運転モードに応じた起動移行中および停止移行中の入力側と出力側の運転パターンを考慮しつつ、プラント構成設備ごとの起動停止状態と入出力の計画を立案することができる。 According to the optimal plant operation planning device of the present disclosure, in a target plant having hierarchical plant configuration equipment, the operation of the input side and the output side during the transition to start and transition to shutdown according to the time-series operation mode in the planning period While considering the pattern, it is possible to plan the start/stop state and input/output for each plant component equipment.
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらの全てが必ずしも必須の特徴ではない。なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化などが図面においてなされる。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得る。また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。また、本願明細書に記載される説明において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などと記載される場合、それらの表現は、特に断らない限り、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 Embodiments will be described below with reference to the attached drawings. In the following embodiments, detailed features and the like are also shown for technical explanation, but they are examples, and not all of them are necessarily essential features for the embodiments to be practicable. It should be noted that the drawings are shown schematically, and for the sake of convenience of explanation, some omissions or simplifications of the configuration may be made in the drawings as appropriate. In addition, the mutual relationship of sizes and positions of configurations and the like shown in different drawings are not necessarily described accurately and may be changed as appropriate. In addition, in the description given below, the same components are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, a detailed description thereof may be omitted to avoid duplication. Also, in the descriptions provided herein, when a component is described as “comprising,” “including,” or “having,” such expressions do not imply the presence of other components unless otherwise specified. is not an exclusive expression that excludes
<A.実施の形態1>
<A-1.構成>
はじめに、プラント最適運用計画装置101Aが対象とする対象プラント102の一例を説明する。図1は、対象プラント102の一例を示している。対象プラント102は、電力および低圧蒸気を供給するための2台のボイラ11,12と、2台のタービン発電機21,22(以降、タービン)とを備えて構成される。ここで、ボイラ11,12およびタービン21,22が対象プラント102を構成するプラント構成設備である。ボイラ11,12は、都市ガスなどの燃料を消費して高圧蒸気を発生させる。ボイラ11,12で発生した高圧蒸気は高圧蒸気ヘッダーに集約される。タービン21,22は、高圧蒸気ヘッダーの高圧蒸気を消費して、低圧蒸気および電力を発生させる。タービン21,22の抽気弁を操作することにより、低圧蒸気発生量を調整することができる。対象プラント102は、電力需要よりもタービン21,22で発生させた電力量が少ないなどの理由で電力の供給が不足する場合、小売電気事業者と締結した契約に基づき電力の供給を受けることができる。対象プラント102は、低圧蒸気需要よりもタービン21,22で発生させた低圧蒸気量が多いなどの理由で低圧蒸気の供給が過剰になる場合、低圧蒸気を大気放出させることができる。ボイラ11,12で発生させた高圧蒸気量よりもタービン21,22で消費した高圧蒸気量が少ないなどの理由で高圧蒸気の供給が過剰になる場合、対象プラント102は高圧蒸気を大気放出させることができる。なお、低圧蒸気および高圧蒸気の大気放出は図1に示されていない。
<A.
<A-1. Configuration>
First, an example of the
対象プラント102の運用者は、エネルギー生産を効率的に行うべく、総エネルギーコストを低減するように対象プラント102を運転することが求められ、プラント構成設備の起動停止状態および入出力の計画を立案して対象プラント102を運用する必要がある。
The operator of the
図2は、プラント構成設備であるボイラ11,12の運転の一例を示している。図2において、ボイラ11,12は運転中から停止中を経由して再び運転中に至る。図2のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は物理量を示す。図2において実線のグラフはボイラ11,12の燃料消費量を示し、破線のグラフはボイラ11,12で発生する高圧蒸気量を示す。
FIG. 2 shows an example of operation of the
ボイラ11,12の運転モードは、運転中、停止移行中、停止中、および起動移行中の4つに大きく分けられる。運転中は、ボイラ11,12を最小入出力から最大入出力までの範囲で運転する運転モードである。停止移行中は、ボイラ11,12を運転中から停止中へ移行するために、ある入力パターンおよび出力パターンに従ってボイラ11,12の入力および出力を減少させて運転する運転モードである。停止中は、ボイラ11,12の入力および出力がなく停止している運転モードである。起動移行中は、ボイラ11,12を停止中から運転中へ移行するために、ある入力パターンおよび出力パターンに従ってボイラ11,12の入力および出力を増加させて運転する運転モードである。
The operation modes of the
タービン21,22の運転モードは、ボイラ11,12の運転モードと同じである。
The operation mode of the
起動移行中は、事前の停止中の継続時間によって以下の3つの運転モードに分けられる。すなわち、ホットスタート、ウォームスタート、およびコールドスタートの3つである。ホットスタートは、起動移行中の期間が比較的短い運転モードである。ウォームスタートは、ホットスタートより起動移行中の期間が長い運転モードである。コールドスタートは、ウォームスタートより起動移行中の期間が長い運転モードである。 During the transition to start, it is divided into the following three operation modes depending on the duration of the previous stop. hot start, warm start, and cold start. Hot start is a mode of operation in which the period during startup transition is relatively short. A warm start is an operation mode in which the period during transition to startup is longer than that of a hot start. A cold start is an operation mode in which the period during transition to startup is longer than that of a warm start.
図3は、ボイラ11,12のホットスタートの一例を示している。図3のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は物理量を示す。なお、横軸の目盛りはコマを表す。コマとは、ある一定の期間のことである。実線のグラフはボイラ11,12の燃料消費量を示し、破線のグラフはボイラ11,12で発生する高圧蒸気量を示す。図3に示すホットスタートの場合、起動移行中の期間は3コマである。
FIG. 3 shows an example of hot start of the
タービン21,22のホットスタートは、ボイラ11,12のホットスタートと同様である。
Hot starting of
図4は、ボイラ11,12のウォームスタートの一例を示している。図4のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は物理量を示す。なお、横軸の目盛りはコマを表す。実線のグラフはボイラ11,12の燃料消費量を示し、破線のグラフはボイラ11,12で発生する高圧蒸気量を示す。図4に示すウォームスタートの場合、起動移行中の期間は4コマである。
FIG. 4 shows an example of warm start of the
タービン21,22のウォームスタートは、ボイラ11,12のウォームスタートと同様である。
The warm start of the
図5は、ボイラ11,12のコールドスタートの一例を示している。図5のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は物理量を示す。なお、横軸の目盛りはコマを表す。実線のグラフはボイラ11,12の燃料消費量を示し、破線のグラフはボイラ11,12で発生する高圧蒸気量を示す。図5に示すコールドスタートの場合、起動移行中の期間は5コマである。
FIG. 5 shows an example of cold start of
タービン21,22のコールドスタートは、ボイラ11,12のコールドスタートと同様である。
A cold start for the
停止移行中の運転モードは、事前の運転中と起動移行中の継続時間によって分けられてもよい。しかし、ここでは事前の運転中と起動移行中の継続時間によって停止移行中の運転モードを分けない。シャットダウンは、停止移行中の運転モードである。 The operating modes during the shutdown transition may be divided by the duration of the prior running and startup transitions. However, here, the operation mode during transition to stop is not divided according to the duration of the previous operation and transition to start. Shutdown is a mode of operation during shutdown transitions.
図6は、ボイラ11,12のシャットダウンの一例を示している。図6のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は物理量を示す。なお、横軸の目盛りはコマを表す。実線のグラフはボイラ11,12の燃料消費量を示し、破線のグラフはボイラ11,12で発生する高圧蒸気量を示す。図6に示すシャットダウンの場合、停止移行中の期間は3コマである。
FIG. 6 shows an example of shutdown of
タービン21,22のシャットダウンは、ボイラ11,12のシャットダウンと同様である。
Shutting down the
以上がプラント最適運用計画装置101Aが対象とする対象プラント102の一例である。
The above is an example of the
次に、プラント最適運用計画装置101Aの機能構成の一例を説明する。
Next, an example of functional configuration of the optimum plant
図7は、プラント最適運用計画装置101Aの機能構成図である。プラント最適運用計画装置101Aは、出力側運転パターンデータベース(以下、データベースをDBと称する)201、入力側運転パターンDB202、設備特性DB203、需要予測DB204、契約情報DB205、計画結果DB206、実績値DB207、基本制約条件設定部208、運転モード判別制約条件設定部209、出力側運転パターン制約条件設定部210、入力側運転パターン制約条件設定部211、評価関数設定部212、最適化演算部213、およびデータ入出力部214を備えて構成される。
FIG. 7 is a functional configuration diagram of the optimum plant
出力側運転パターンDB201は、プラント構成設備ごとの運転モード別の出力側運転パターンのデータを保持する。
The output-side
入力側運転パターンDB202は、プラント構成設備ごとの運転モード別の入力側運転パターンのデータを保持する。
The input-side
設備特性DB203は、プラント構成設備ごとの運転モード別の基本データ、プラント構成設備ごとの運転中の入出力特性のデータ、プラント構成設備ごとの変化速度限度のデータ、プラント構成設備ごとの運転中の最大入出力のデータ、プラント構成設備ごとの最小入出力のデータ、タービンの低圧蒸気抽気量の上下限のデータ、運転モード別の起動移行中の期間のデータ、および運転モード別の停止移行中の期間のデータを保持する。
The
需要予測DB204は、電力需要予測値のデータ、および低圧蒸気需要の予測値のデータを保持する。
The
契約情報DB205は、契約電力のデータ、小売電気事業者と締結した契約に基づいた電力量単価のデータ、および都市ガス単価のデータを保持する。
The
計画結果DB206は、プラントの最適運用計画結果のデータを保持する。具体的には、計画結果DB206は、タービン21,22ごとの発電量の計画のデータと、タービン21,22ごとの低圧蒸気発生量の計画のデータと、タービン21,22ごとの高圧蒸気消費量の計画のデータと、ボイラ11,12ごとの高圧蒸気発生量の計画のデータと、ボイラ11,12ごとの燃料消費量の計画のデータと、プラント構成設備ごとの起動停止状態フラグの計画のデータと、購入電力の計画のデータと、燃料消費の計画のデータとを保持する。
The
実績値DB207は、タービン21,22ごとの高圧蒸気消費量の過去実績値のデータと、ボイラ11,12ごとの燃料消費量の過去実績値のデータと、プラント構成設備ごとの起動停止状態フラグの過去実績値のデータと、プラント構成設備ごとの起動開始フラグの過去実績値のデータと、プラント構成設備ごとの起動開始フラグ(ホットスタート)の過去実績値のデータと、プラント構成設備ごとの起動開始フラグ(ウォームスタート)の過去実績値のデータと、プラント構成設備ごとの起動開始フラグ(コールドスタート)の過去実績値のデータと、プラント構成設備ごとの停止直後フラグの過去実績値のデータとを保持する。
The
基本制約条件設定部208は、プラント構成設備ごとの入力の変化速度制約と、運転中の出力上下限制約と、運転中の入力上下限制約と、電力需給バランス制約と、高圧蒸気需給バランス制約と、低圧蒸気需給バランス制約と、変数の上下限制約とを設定する。
The basic constraint
運転モード判別制約条件設定部209は、起動開始フラグおよび停止直後フラグの関係を表現する制約と、起動開始フラグ、停止直後フラグおよび運転中フラグとの関係を表現する制約と、起動パターンの選択、すなわちホットスタート、ウォームスタート、またはコールドスタートのどの起動パターンを選択するかを表現する制約とを設定する。
The operation mode determination constraint
出力側運転パターン制約条件設定部210は、起動移行中および停止移行中の出力側運転パターン制約を設定する。
The output-side operation pattern constraint
入力側運転パターン制約条件設定部211は、起動移行中および停止移行中の入力側運転パターン制約を設定する。
The input-side operation pattern constraint
評価関数設定部212は、評価関数を設定する。
The evaluation
最適化演算部213は、対象プラント102の最適運用計画問題を解き、対象プラント102の最適運用計画結果を得る。
The
データ入出力部214は、出力側運転パターンDB201、入力側運転パターンDB202、設備特性DB203、需要予測DB204、契約情報DB205、計画結果DB206、および実績値DB207が保持するデータを表示し、対象プラント102の最適運用計画を立案するために必要な、出力側運転パターンDB201、入力側運転パターンDB202、設備特性DB203、需要予測DB204、および契約情報DB205が保持するデータを設定する。
The data input/
プラント最適運用計画装置101Aは、需要場所に対して1台設置される。需要場所とは、電気使用場所を含み、電気を使用する構内全てのことである。
One plant optimum
以上がプラント最適運用計画装置101Aの機能構成の一例の説明である。
The above is an explanation of an example of the functional configuration of the optimum plant
次に、プラント最適運用計画装置101Aの各種DBが保持するデータの一例を説明する。
Next, an example of data held by various DBs of the optimum plant
図8は、プラント構成設備であるボイラの運転モード別の出力側運転パターンのデータの一例を示している。図8に示されるデータは出力側運転パターンDB201が保持している。図8において、出力1,2,3,4,5はそれぞれ、起動移行中または停止移行中の1,2,3,4,5コマ目を表している。ホットスタートの場合、起動移行中の1コマ目のボイラの出力である高圧蒸気量は0.0%である。0.0%とは、定格で運転した場合の高圧蒸気量を100%としたときに0.0%の高圧蒸気量であることを意味する。同様に、ホットスタートの場合、起動移行中の2,3コマ目の高圧蒸気量はそれぞれ、25.0%、50.0%である。ウォームスタートの場合、起動移行中の1,2,3,4コマ目の高圧蒸気量はそれぞれ、0.0%、16.7%、33.3%、50.0%である。コールドスタートの場合、起動移行中の1,2,3,4,5コマ目の高圧蒸気量はそれぞれ、0.0%、12.5%、25.0%、37.5%、50.0%である。シャットダウンの場合、停止移行中の1,2,3コマ目の高圧蒸気量はそれぞれ、50.0%、25.0%、0.0%である。
FIG. 8 shows an example of output-side operation pattern data for each operation mode of a boiler, which is plant equipment. The data shown in FIG. 8 are held by the output-side
タービンの運転モード別の出力側運転パターンのデータは、ボイラの運転モード別の出力側運転パターンのデータと同様である。 The output-side operation pattern data for each turbine operation mode is the same as the output-side operation pattern data for each boiler operation mode.
図9は、プラント構成設備であるボイラの運転モード別の入力側運転パターンのデータの一例である。図9に示されるデータは入力側運転パターンDB202が保持している。図9において、入力1,2,3,4,5はそれぞれ、起動移行中または停止移行中の1,2,3,4,5コマ目を表している。ホットスタートの場合、起動移行中の1コマ目のボイラの入力である燃料消費量は16.7%である。16.7%とは、定格で運転した場合の燃料消費量を100%としたときに、16.7%の燃料消費量であることを意味する。同様に、ホットスタートの場合、起動移行中の2,3コマ目の燃料消費量はそれぞれ、33.3%、50.0%である。ウォームスタートの場合、起動移行中の1,2,3,4コマ目の燃料消費量はそれぞれ、12.5%、25.0%、37.5%、50.0%である。コールドスタートの場合、起動移行中の1,2,3,4,5コマ目の燃料消費量はそれぞれ、10.0%、20.0%、30.0%、40.0%、50.0%である。シャットダウンの場合、停止移行中の1,2,3コマ目の燃料消費量はそれぞれ、50.0%、33.3%、16.7%である。
FIG. 9 shows an example of input-side operation pattern data for each operation mode of a boiler, which is plant equipment. The data shown in FIG. 9 are held by the input side
なお、あるプラント構成設備について、運転モード別の入力側運転パターンのデータの期間(コマ数)と、運転モード別の出力側運転パターンのデータの期間(コマ数)と、設備特性DB203の運転モード別の起動移行中の期間と、運転モード別の停止移行中の期間とは同じである。例えば、図8および図9の例では、ホットスタートの期間が3コマであるため、設備特性DB203におけるホットスタートの起動移行中の期間も3コマである。
For a certain plant component equipment, the period (number of frames) of the input-side operation pattern data for each operation mode, the period (number of frames) of the output-side operation pattern data for each operation mode, and the operation mode of the
タービンの運転モード別の入力側運転パターンのデータは、ボイラの運転モード別の入力側運転パターンのデータと同様である。 The data of the input-side operation pattern for each operation mode of the turbine is the same as the data of the input-side operation pattern for each operation mode of the boiler.
図10は、プラント構成設備であるボイラの運転モード別の基本データの一例である。図10に示される基本データは設備特性DB203が保持している。ホットスタートは、事前の停止中の継続時間が1コマ以上3コマ未満の起動時に選択される運転モードを意味する。ウォームスタートは、事前の停止中の継続時間が3コマ以上5コマ未満の起動時に選択される運転モードを意味する。コールドスタートは、事前の停止中の継続時間が5コマ以上の起動時に選択される運転モードを意味する。シャットダウンは、事前の運転中と起動移行中の継続時間が1コマ以上の停止時に選択される運転モードを意味する。起動(停止)コストは、起動時または停止時のコストである。ホットスタートの起動コストは1万円である。ウォームスタートの起動コストは2万円である。コールドスタートの起動コストは3万円である。シャットダウンの停止コストは2万円である。
FIG. 10 is an example of basic data for each operation mode of a boiler, which is plant equipment. The basic data shown in FIG. 10 are held by the
タービンの運転モード別の基本データは、ボイラの運転モード別の基本データと同様である。 The basic data for each operation mode of the turbine is the same as the basic data for each operation mode of the boiler.
図11は、需要予測データの一例である。需要予測データは、需要予測DB204に保持される。図11の需要予測データは、対象プラント102の電力需要および低圧蒸気需要の予測値のデータである。電力需要予測値は、至近の将来の1,2,3,4,5,6コマ目においてそれぞれ、100kWh/h、110kWh/h、120kWh/h、130kWh/h、125kWh/h、120kWh/hである。低圧蒸気需要予測値は、至近の将来の1,2,3,4,5,6コマ目においてそれぞれ、60MJ/h、65MJ/h、70MJ/h、60MJ/h、50MJ/h、40MJ/hである。
FIG. 11 is an example of demand forecast data. Demand forecast data is held in the
図12は、発電量および購入電力の計画をタービン21,22について統合した電力供給計画の一例を示している。図12のデータは計画結果DB206に保持される。図12のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は電力量を示す。梨地ハッチングは購入電力量、網掛けハッチングはタービン21(第1タービンと称する)の発電電力量、斜線ハッチングはタービン22(第2タービンと称する)の発電電力量を示す。例えば、至近の将来の1コマ目においては、購入電力量が20kWh/h、第1タービンの発電電力量が40kWh/h、第2タービンの発電電力量が40kWh/hである。
FIG. 12 shows an example of a power supply plan in which the power generation amount and purchased power plans are integrated for the
図13は、低圧蒸気量の計画をタービン21,22について統合した低圧蒸気供給計画の一例を示している。図13のデータは計画結果DB206に保持される。図13のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は低圧蒸気量を示す。網掛けハッチングはタービン21(第1タービンと称する)の低圧蒸気量、斜線ハッチングはタービン22(第2タービンと称する)の低圧蒸気量を示す。例えば、至近の将来の1コマ目については、第1タービンの低圧蒸気量が30MJ/h、第2タービンの低圧蒸気量が30MJ/hである。
FIG. 13 shows an example of a low-pressure steam supply plan in which the low-pressure steam amount plans for the
以上が、プラント最適運用計画装置101Aの出力側運転パターンDB201、入力側運転パターンDB202、設備特性DB203、需要予測DB204、および計画結果DB206が保持するデータの一例である。
The above is an example of the data held by the output-side
次に、プラント最適運用計画装置101Aのハードウェア構成の一例を説明する。
Next, an example of the hardware configuration of the optimum plant
図14は、プラント最適運用計画装置101Aのハードウェア構成図である。プラント最適運用計画装置101Aは、入力装置301、出力装置302、CPU(Central Processing Unit)303、主記憶装置304、二次記憶装置305、および通信機器306を備える。通信機器306はプラント最適運用計画装置101Aを通信ネットワーク307に接続するためのものである。図7におけるデータ入出力部214は、入力装置301および出力装置302によって実現される。図7における出力側運転パターンDB201、入力側運転パターンDB202、設備特性DB203、需要予測DB204、契約情報DB205、計画結果DB206、および実績値DB207は、主記憶装置304または二次記憶装置305によって実現される。図7における基本制約条件設定部208、運転モード判別制約条件設定部209、出力側運転パターン制約条件設定部210、入力側運転パターン制約条件設定部211、評価関数設定部212、および最適化演算部213は、CPU303が主記憶装置304または二次記憶装置305に格納されたソフトウェアプログラムを実行することによって実現される。図7における対象プラント102からの情報の取得は、通信機器306によって実現される。
FIG. 14 is a hardware configuration diagram of the optimum plant
<A-2.動作>
対象プラント102の最適運用計画問題に用いる各値を以下のように定義する。なお、頭文字が小文字の値は変数、頭文字が大文字の値は定数もしくは関数とする。
(集合)
[共通系]
<A-2. Operation>
Each value used for the optimum operation planning problem of the
(set)
[Common system]
[ボイラ系] [Boiler system]
[タービン系] [turbine system]
(変数)
[ボイラ系]
(variable)
[Boiler system]
[タービン系] [turbine system]
[その他] [others]
(定数および関数)
[ボイラ系]
(constants and functions)
[Boiler system]
[タービン系] [turbine system]
[その他] [others]
なお、各値の時刻と、過去の時刻と、起動移行中の期間の時刻の集合と、停止移行中の期間の時刻の集合のいずれかが定義した集合の範囲外の場合は、値が存在しないことを意味する。以上がプラントの最適運用計画問題に用いる各値の定義である。 Note that if any of the time of each value, the past time, the set of times during the transition to startup, or the set of times during the transition to shutdown is outside the range of the defined set, the value exists. means not. The above is the definition of each value used for the optimal operation planning problem of the plant.
図15は、プラント最適運用計画装置101Aの動作を示すフローチャートである。まず、基本制約条件設定部208が基本制約条件を設定する(ステップS101)。基本制約条件設定部208は、設備特性DB203および実績値DB207から制約条件の設定に必要なデータを取得し、以下の式(1)から式(4)に示すプラント構成設備ごとの入力の変化速度制約を設定する。
FIG. 15 is a flow chart showing the operation of the optimum plant
また、基本制約条件設定部208は、設備特性DB203から制約条件の設定に必要なデータを取得し、以下の式(5)および式(6)に示す運転中の出力上下限制約を設定する。
Further, the basic constraint
また、基本制約条件設定部208は、設備特性DB203から制約条件の設定に必要なデータを取得し、以下の式(7)から式(8)に示す運転中の入力上下限制約を設定する。
Further, the basic constraint
また、基本制約条件設定部208は、以下の式(9)に示す電力需給バランス制約を設定する。
Also, the basic constraint
また、基本制約条件設定部208は、以下の式(10)に示す高圧蒸気需給バランス制約を設定する。
Further, the basic constraint
また、基本制約条件設定部208は、以下の式(11)に示す低圧蒸気需給バランス制約を設定する。
Further, the basic constraint
また、基本制約条件設定部208は、設備特性DB203および契約情報DB205から制約条件の設定に必要なデータを取得し、以下の式(12)および式(13)に示す変数の上下限制約を設定する。
In addition, the basic constraint
次に、運転モード判別制約条件設定部209は、運転モード判別制約条件の設定を行う(ステップS102)。具体的には、運転モード判別制約条件設定部209は、実績値DB207から制約条件の設定に必要なデータを取得し、式(14)から式(19)に示す起動開始フラグと停止直後フラグとの関係を表現する制約を設定する。
Next, the operating mode discrimination constraint
また、運転モード判別制約条件設定部209は、設備特性DB203および実績値DB207から制約条件の設定に必要なデータを取得し、以下の式(20)から式(23)に示す起動開始フラグと停止直後フラグと運転中フラグとの関係を表現する制約を設定する。
In addition, the operation mode determination constraint
なお、式(21)の Note that the expression (21)
が定義した時刻の集合 A set of times defined by
の範囲外の場合は、値が存在しないことを意味する。また、式(21)の Out of range means no value. Also, in formula (21)
が定義した過去の時刻の集合 The set of past times defined by
の範囲外の場合は、値が存在しないことを意味する。他の各値についても同様である。 Out of range means no value. The same applies to each other value.
また、運転モード判別制約条件設定部209は、設備特性DB203および実績値DB207から制約条件の設定に必要なデータを取得し、式(24)から式(41)に示す起動パターンの選択を表現する制約を設定する。このように、運転モード判別制約条件は、対象プラント102の起動開始フラグと停止直後フラグとの関係を表現する制約と、対象プラント102の起動開始フラグと停止直後フラグと運転中フラグとの関係を表現する制約と、対象プラント102の起動パターンの選択を表現する制約とを、対象プラント102の運転モード別の時系列のバイナリ変数を含む不等式制約または等式制約で表現したものである。
In addition, the operation mode determination constraint
次に、出力側運転パターン制約条件設定部210は、出力側運転パターンDB201、設備特性DB203および実績値DB207から制約条件の設定に必要なデータを取得し、以下の式(42)から式(45)に示す出力側運転パターン制約条件を設定する(ステップS103)。このように、出力側運転パターン制約条件は、対象プラントの運転モード別の時系列のバイナリ変数と対象プラントの運転モード別の出力側の運転パターンのデータとを含む等式制約で表現される。
Next, the output-side operation pattern constraint
次に、入力側運転パターン制約条件設定部211は、入力側運転パターンDB202、設備特性DB203および実績値DB207から制約条件の設定に必要なデータを取得し、式(46)から式(49)に示す出力側運転パターン制約を設定する。このように、入力側運転パターン制約条件は、対象プラントの運転モード別の時系列のバイナリ変数と対象プラントの運転モード別の入力側の運転パターンのデータとを含む等式制約で表現される。
Next, input-side operation pattern constraint
次に、評価関数設定部212は、設備特性DB203および契約情報DB205から評価関数の設定に必要なデータを取得し、以下の式(50)に示す評価関数を設定する。
Next, the evaluation
次に、最適化演算部213は、基本制約条件設定部208、運転モード判別制約条件設定部209、出力側運転パターン制約条件設定部210および入力側運転パターン制約条件設定部211が設定した制約条件の下で、評価関数設定部212が設定した評価関数を最小化する対象プラント102の最適運用計画問題を、混合整数線形計画問題(MILP)を解くことができるソルバを用いて解き、対象プラント102の最適運用計画結果を得る(ステップS106)。
Next, the
最後に、最適化演算部213は、対象プラント102の最適運用計画結果のデータである、タービン21,22ごとの発電量の計画のデータと、タービン21,22ごとの低圧蒸気発生量の計画のデータと、タービン21,22ごとの高圧蒸気消費量の計画のデータと、ボイラ11,12ごとの高圧蒸気発生量の計画のデータと、ボイラ11,12ごとの燃料消費量の計画のデータと、プラント構成設備ごとの起動停止状態フラグの計画のデータと、購入電力の計画のデータと、燃料消費の計画のデータとを計画結果DB206に書き込む。
Finally, the
<A-3.効果>
実施の形態1のプラント最適運用計画装置101Aは、階層構成のプラント構成設備を有するプラントを対象プラント102とする。プラント最適運用計画装置101Aは、対象プラントの時系列の運転モードを判別する制約条件である運転モード判別制約条件を設定する運転モード判別制約条件設定部209と、対象プラント102の起動移行中および停止移行中の出力側運転パターンを表現する制約条件である出力側運転パターン制約条件を設定する出力側運転パターン制約条件設定部210と、対象プラント102の起動移行中および停止移行中の入力側運転パターンを表現する制約条件である入力側運転パターン制約条件を設定する入力側運転パターン制約条件設定部211と、運転モード判別制約条件、出力側運転パターン制約条件、および入力側運転パターン制約条件に基づき、対象プラント102のプラント構成設備ごとの起動停止状態と入出力の計画を含む最適運用計画を立案する最適化演算部213とを備える。従って、プラント最適運用計画装置101Aによれば、プラント構成設備が階層構成のプラントにおいて、計画期間における時系列の運転モードに応じた起動移行中や停止移行中の入力側と出力側の運転パターンを考慮しつつ、プラント構成設備ごとの起動停止状態と入出力の計画を立案するプラントの最適運用計画を立案することができる。
<A-3. Effect>
101 A of plant optimal operation planning apparatuses of
<B.実施の形態2>
実施の形態2では、図1に記載のプラントを対象プラント102とするプラント最適運用計画装置101Bを説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<B. Embodiment 2>
In Embodiment 2, a plant optimum
<B-1.構成>
図16は、プラント最適運用計画装置101Bの機能構成図である。プラント最適運用計画装置101Bは、実施の形態1のプラント最適運用計画装置101Aと同様の構成を有する。
<B-1. Configuration>
FIG. 16 is a functional configuration diagram of the optimum plant
最適化演算部213は、対象プラント102の最適運用計画問題を解き、対象プラント102の最適運用計画結果を得るとともに、至近の将来の対象プラント102の最適運用計画結果をプラント制御装置103へ送信する。
The
プラント制御装置103は、対象プラント102を制御する装置である。
The
<B-2.動作>
図17は、プラント最適運用計画装置101Bの動作を示すフローチャートである。図17のフローにおけるステップS101からステップS107は、図15のフローにおけるステップS101からステップS107と同様であるため、説明を省略する。
<B-2. Operation>
FIG. 17 is a flow chart showing the operation of the optimum plant
ステップS107の後、最適化演算部213は、タービンごとの発電量の計画のデータと、タービンごとの低圧蒸気発生量の計画のデータと、タービンごとの高圧蒸気消費量の計画のデータと、ボイラごとの高圧蒸気発生量の計画のデータと、ボイラごとの燃料消費量の計画のデータについて、至近の将来の計画結果(制御目標値)をプラント制御装置103へ送信する(ステップS108)。
After step S<b>107 , the
<B-3.効果>
実施の形態2のプラント最適運用計画装置101Bは、最適化演算部213が立案した対象プラント102の最適運用計画を、対象プラント102を制御するプラント制御装置103へ送信する。従って、プラント最適運用計画装置101Bによれば、実施の形態1の効果に加えて、対象プラント102の最適運用計画結果に基づいて対象プラント102を制御することができる。
<B-3. Effect>
The optimal plant
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In addition, it is possible to combine each embodiment freely, and to modify|transform and abbreviate|omit each embodiment suitably.
11,12 ボイラ、21,22 タービン発電機、101A,101B プラント最適運用計画装置、102 対象プラント、103 プラント制御装置、208 基本制約条件設定部、209 運転モード判別制約条件設定部、210 出力側運転パターン制約条件設定部、211 入力側運転パターン制約条件設定部、212 評価関数設定部、213 最適化演算部、214 データ入出力部、301 入力装置、302 出力装置、303 CPU、304 主記憶装置、305 二次記憶装置、306 通信機器、307 通信ネットワーク、201 出力側運転パターンDB、202 入力側運転パターンDB、203 設備特性DB、204 需要予測DB、205 契約情報DB、206 計画結果DB、207 実績値DB。
11, 12 boiler, 21, 22 turbine generator, 101A, 101B plant optimum operation planning device, 102 target plant, 103 plant control device, 208 basic constraint condition setting unit, 209 operation mode discrimination constraint condition setting unit, 210 output side operation Pattern constraint
Claims (5)
前記対象プラントの時系列の運転モードを判別する制約条件である運転モード判別制約条件を設定する運転モード判別制約条件設定部と、
前記対象プラントの起動移行中および停止移行中の出力側運転パターンを表現する制約条件である出力側運転パターン制約条件を設定する出力側運転パターン制約条件設定部と、
前記対象プラントの起動移行中および停止移行中の入力側運転パターンを表現する制約条件である入力側運転パターン制約条件を設定する入力側運転パターン制約条件設定部と、
前記運転モード判別制約条件、前記出力側運転パターン制約条件、および前記入力側運転パターン制約条件に基づき、前記対象プラントの前記プラント構成設備ごとの起動停止状態と入出力の計画を含む最適運用計画を立案する最適化演算部とを備える、
プラント最適運用計画装置。 A plant optimum operation planning device for a plant having plant configuration equipment of hierarchical structure as a target plant,
an operation mode determination constraint condition setting unit that sets an operation mode determination constraint condition that is a constraint condition for determining the time-series operation mode of the target plant;
an output-side operation pattern constraint condition setting unit that sets an output-side operation pattern constraint condition that is a constraint condition that expresses the output-side operation pattern during startup transition and shutdown transition of the target plant;
an input-side operation pattern constraint condition setting unit that sets an input-side operation pattern constraint condition that is a constraint condition that expresses the input-side operation pattern during startup transition and shutdown transition of the target plant;
Based on the operation mode discrimination constraint, the output-side operation pattern constraint, and the input-side operation pattern constraint, an optimum operation plan including a start/stop state and an input/output plan for each of the plant constituent equipment of the target plant is generated. an optimization calculation unit for planning,
Plant optimum operation planning device.
前記対象プラントの起動開始フラグと停止直後フラグとの関係を表現する制約と、
前記対象プラントの起動開始フラグと停止直後フラグと運転中フラグとの関係を表現する制約と、
前記対象プラントの起動パターンの選択を表現する制約とを、
前記対象プラントの運転モード別の時系列のバイナリ変数を含む不等式制約または等式制約で表現したものである、
請求項1に記載のプラント最適運用計画装置。 The operating mode determination constraint conditions are
a constraint that expresses the relationship between the start-up flag and the immediately after shutdown flag of the target plant;
a constraint that expresses the relationship between the start-up flag, immediately after shutdown flag, and operating flag of the target plant;
A constraint expressing the selection of the startup pattern of the target plant,
It is expressed by inequality constraints or equality constraints including time-series binary variables for each operation mode of the target plant,
The plant optimum operation planning device according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載のプラント最適運用計画装置。 The output-side operation pattern constraint is expressed by an equation constraint including time-series binary variables for each operation mode of the target plant and output-side operation pattern data for each operation mode of the target plant.
The plant optimum operation planning device according to claim 1 or claim 2.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプラント最適運用計画装置。 The input-side operation pattern constraint is expressed by an equation constraint including time-series binary variables for each operation mode of the target plant and input-side operation pattern data for each operation mode of the target plant.
The plant optimum operation planning device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のプラント最適運用計画装置。 transmitting the optimum operation plan for the target plant drafted by the optimization calculation unit to a plant control device that controls the target plant;
The plant optimum operation planning device according to any one of claims 1 to 4.
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