專利名稱：廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，利用該裝置可以在以多個(gè)設(shè)施為流體供給對(duì)象的廣域設(shè)備、例如廣域供水設(shè)備的運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)最佳化，穩(wěn)定且高效的水運(yùn)行控制，從而最大限度地降低原水的取水量及凈水廠的總過濾量、凈水廠向配水池的送水量隨時(shí)間的變化，并且還極大地減少泵的電力消耗量。
背景技術(shù)：
采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行供水設(shè)備運(yùn)行的決策支援的情況下，預(yù)測作為對(duì)象的配水區(qū)域的需求，根據(jù)該預(yù)測值運(yùn)算出最佳的運(yùn)行計(jì)劃。由于以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域供水設(shè)備所處理的設(shè)施數(shù)量增多，其運(yùn)行方法也較復(fù)雜，因此將運(yùn)行計(jì)劃最佳化的運(yùn)算時(shí)間會(huì)大大增加，從而可能會(huì)造成實(shí)用上的障礙。
在供水設(shè)備的自動(dòng)控制中，根據(jù)計(jì)算機(jī)制成的運(yùn)行計(jì)劃運(yùn)行、控制設(shè)備的情況下，穩(wěn)定地生產(chǎn)凈水且不間斷地穩(wěn)定地供應(yīng)給用戶就成為首要的任務(wù)。同時(shí)，從運(yùn)行成本及設(shè)備維修保養(yǎng)費(fèi)用等方面考慮，在設(shè)備運(yùn)行上，也要求高效運(yùn)行和控制設(shè)備。因此，能否編制出滿足上述觀點(diǎn)要求的最佳、或者能替代它的接近最佳的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃就成為很重要的一點(diǎn)。
近年來，隨著設(shè)備的復(fù)雜化、大規(guī)?；?，很難在實(shí)用上可行的時(shí)間內(nèi)迅速運(yùn)算出如上所述的最佳、或接近最佳的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃。特別是廣域設(shè)備中，水供應(yīng)公司的凈水廠及配水廠等設(shè)施分散，同時(shí)一齊監(jiān)控這些設(shè)施的廣域監(jiān)視的流程也是固定的。在這種情況下，要迅速地運(yùn)算每天的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃就越發(fā)困難。
因此要解決上述問題，就必須研制出既使是復(fù)雜或者大規(guī)模的設(shè)備也能夠運(yùn)算高速最佳、或者接近最佳的運(yùn)行計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置。
采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行供水設(shè)備運(yùn)行的決策支援的情況下，預(yù)測作為對(duì)象的配水區(qū)域的需求，根據(jù)該預(yù)測值運(yùn)算出最佳的運(yùn)行計(jì)劃(例如、參考日本特許公開公報(bào)平8-128078號(hào)公報(bào)及日本特許公開公報(bào)2001-55763號(hào)公報(bào))。由于以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域供排水設(shè)備所處理的設(shè)施數(shù)量增多，其運(yùn)行方法也較復(fù)雜，因此使運(yùn)行計(jì)劃最佳化的運(yùn)算時(shí)間大大增加，會(huì)造成實(shí)用上的障礙。
隨著管理、運(yùn)行設(shè)施的整合化、廣域監(jiān)視化，必須研制出可實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的供水設(shè)備運(yùn)行，并且高速制作最佳設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃的具有實(shí)用價(jià)值的設(shè)備運(yùn)行控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到上述問題而完成的，目的是提供廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，它能夠在以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)快速最佳化，穩(wěn)定且高效的水運(yùn)行控制，從而最大限度地降低原水的取水量及凈水廠的總過濾量、凈水廠向配水池的送水量隨時(shí)間的變化，并且還能極大地減少泵的電力消耗量。
為達(dá)成上述目的，提供權(quán)利要求1～14所述的發(fā)明。
權(quán)利要求1的發(fā)明是對(duì)以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行最佳控制的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置。其特征是，配置有輸入必要設(shè)定值及條件的數(shù)據(jù)輸入部；存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)的計(jì)測值及各種參數(shù)設(shè)定值等數(shù)據(jù)的實(shí)際用數(shù)據(jù)庫部；參考由前述數(shù)據(jù)輸入部所輸入的氣象信息及實(shí)際用數(shù)據(jù)庫部所存儲(chǔ)的過去的實(shí)際需求值，預(yù)測該運(yùn)行當(dāng)日以后的每單位時(shí)間的需求量的需求預(yù)測部；根據(jù)該需求預(yù)測部所得到的每單位時(shí)間的預(yù)測需求量及過程的計(jì)測值，以由該日的每單位時(shí)間的運(yùn)行流量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻所組成的變量組作為基因，按照只在運(yùn)行流量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻發(fā)生變更時(shí)，作為如同存在該變量組的可變長的基因序列而操作的遺傳算法，運(yùn)算以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備的最佳或者接近最佳的運(yùn)行計(jì)劃的運(yùn)行計(jì)劃部；輸出由運(yùn)行計(jì)劃部得到的廣域設(shè)備運(yùn)行運(yùn)算結(jié)果和其他所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸出部。
權(quán)利要求2的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部內(nèi)生成初期個(gè)體時(shí)，判定滿足制約條件的進(jìn)行可行解(feasible solution)的初期個(gè)體能否在某段時(shí)間內(nèi)生成，若不能生成時(shí)，中止初期個(gè)體的生成的初期個(gè)體生成計(jì)時(shí)部。
權(quán)利要求3的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有將存儲(chǔ)在前述實(shí)際用數(shù)據(jù)庫部的過去的設(shè)備運(yùn)行作為初期個(gè)體生成，并提供給前述運(yùn)行計(jì)劃部的實(shí)際用初期個(gè)體生成部。
權(quán)利要求4的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有將由人為數(shù)據(jù)輸入裝置所設(shè)定的設(shè)備運(yùn)行方案作為初期個(gè)體生成，提供給前述運(yùn)行計(jì)劃部的試探法初期個(gè)體生成部。
權(quán)利要求5的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有再用其他最佳化方法對(duì)在前述運(yùn)行計(jì)劃部內(nèi)所得的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行最佳化運(yùn)算的綜合最佳化部。
權(quán)利要求6的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，在前述運(yùn)行計(jì)劃部不能得到最佳設(shè)備的運(yùn)行計(jì)劃時(shí)，在前述運(yùn)行計(jì)劃部上配置有放寬限制條件、再進(jìn)行最佳化運(yùn)算的限制放寬運(yùn)行計(jì)劃部。
權(quán)利要求7的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈凹狀時(shí)，通過比較最佳化用的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的凹平滑化部。
權(quán)利要求8的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈凸?fàn)顣r(shí)，通過比較最佳化用的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的凸平滑化部。
權(quán)利要求9的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈升階狀時(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的升階平滑化部。
權(quán)利要求10的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈降階狀時(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的降階平滑化部。
權(quán)利要求11的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，在設(shè)備中存在局部控制調(diào)節(jié)器，包含設(shè)備運(yùn)行控制裝置不能控制的機(jī)器時(shí)，配置有模擬局部控制并將其結(jié)果輸入前述運(yùn)行計(jì)劃部，使設(shè)備的運(yùn)行計(jì)劃運(yùn)算的局部控制模擬計(jì)劃部。
權(quán)利要求12的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，在對(duì)和設(shè)備有時(shí)間上延遲的地方所需流量，從設(shè)備供給時(shí)，配置有考慮上述時(shí)間上的延遲，對(duì)由前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的運(yùn)行計(jì)劃修正從設(shè)備上來衡量的需要量的時(shí)間延遲修正部。
權(quán)利要求13的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，前述廣域設(shè)備是廣域供水設(shè)備，配置有用于定期監(jiān)視各下游設(shè)施的水位計(jì)劃是否在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，在滿足的情況下，繼續(xù)監(jiān)視；在不滿足的情況下，首先只對(duì)該設(shè)施進(jìn)行再計(jì)劃，其結(jié)果是如果滿足其它設(shè)施的限制條件，則根據(jù)再計(jì)劃結(jié)果運(yùn)行廣域設(shè)備；如果不滿足其它設(shè)施的限制條件，逐次重復(fù)進(jìn)行還包括位于該設(shè)施上游的設(shè)施在內(nèi)的再計(jì)劃的再計(jì)劃判定部。
權(quán)利要求14的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有進(jìn)行仿真以能確定所希望的運(yùn)行設(shè)定值是否滿足設(shè)備運(yùn)行上的限制條件的仿真部。


圖1為本發(fā)明的最佳運(yùn)行控制裝置的一實(shí)施方式的框線圖。
圖2為適用于圖1的最佳運(yùn)行控制裝置的廣域供水設(shè)備的一構(gòu)成例的系統(tǒng)圖。
圖3為可變長基因序列的示例的說明圖。
圖4為說明可變長基因序列所示的受水流量的圖像的圖。
圖5為處理可變長基因序列的遺傳性算法的交叉方法的說明圖。
圖6為處理可變長基因序列的遺傳性算法的突變方法的說明圖。
圖7為說明凹狀、凸?fàn)睢⑸A狀、及降階狀的計(jì)劃的圖。
圖8為說明含局部控制的流程例的圖。
圖9為說明時(shí)間延遲修正部的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參考

本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1為本發(fā)明的最佳運(yùn)行控制裝置的一實(shí)施方式的框線圖，圖2為適用于圖1的最佳運(yùn)行控制裝置的廣域供水設(shè)備的一構(gòu)成例的系統(tǒng)圖。
<實(shí)施方式的構(gòu)成>
在圖2所示的廣域供水設(shè)備中，以作為廣域供水設(shè)施的多個(gè)(圖中有8處)的配水池41～48為對(duì)象，從共用凈水廠40向這些配水池41～48配水。凈水廠40用取水泵等從河川等中取原水，經(jīng)積水井，在混合池中注入化合物，經(jīng)過凝集、沉淀和過濾等凈化手段進(jìn)行凈化處理。所得凈水用氯進(jìn)行殺菌處理后，經(jīng)凈水池，利用送水泵經(jīng)由各配水池分別向各個(gè)配水區(qū)配水。當(dāng)然，有時(shí)也可從凈水廠40直接向普通家庭等配水區(qū)域配水。在圖2所示的廣域供水設(shè)施中，大致分為2組，即第1組配水池41～44和第2組配水池45～48。圖中，連接各管路的節(jié)點(diǎn)用符號(hào)51表示，需要時(shí)還在各管路或配水池串聯(lián)插入閥門52，還可根據(jù)需要，在各處設(shè)置測定流過各管路的水的流量的流量計(jì)53(例如電磁流量計(jì))。
圖1所示的最佳運(yùn)行控制裝置是對(duì)圖2所示的廣域供水設(shè)備進(jìn)行最佳運(yùn)行控制的裝置，它具有數(shù)據(jù)輸入部2、數(shù)據(jù)輸出部4、實(shí)際用DB部(實(shí)際用數(shù)據(jù)庫部)6、需求預(yù)測部8、運(yùn)行計(jì)劃部10、初期個(gè)體生成計(jì)時(shí)部12、實(shí)際用初期個(gè)體生成部14、試探法初期個(gè)體生成部16、綜合最佳化部18、限制放寬運(yùn)行計(jì)劃部20、凹平滑化部22、凸平滑化部24、升階平滑化部26、降階平滑化部28、局部控制模擬計(jì)劃部30、時(shí)間延遲修正部32、再計(jì)劃判定部34及仿真部36。
數(shù)據(jù)輸入部2是輸入廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行上的所需設(shè)定值及條件的輸入處理手段。數(shù)據(jù)輸出部4是輸出由最佳運(yùn)行控制裝置得到的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行運(yùn)算結(jié)果和其他所需數(shù)據(jù)的輸出處理手段。實(shí)際用DB部6是存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)的計(jì)測值及各種參數(shù)設(shè)定值等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。需求預(yù)測部8是根據(jù)氣象信息及過去的實(shí)際需求值等，預(yù)測運(yùn)行當(dāng)日以后的每單位時(shí)間的需求量。運(yùn)行計(jì)劃部10是根據(jù)需求預(yù)測部8所得到的單位時(shí)間的預(yù)測需求量及過程計(jì)測值，以該日每單位時(shí)間的運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間而成的變量組為基因，只在運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，作為如同存在該變量組的可變長的基因序列而操作的遺傳算法，運(yùn)算以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備的最佳或者接近最佳的運(yùn)行計(jì)劃。
初期個(gè)體生成計(jì)時(shí)部12是用于在生成初期個(gè)體時(shí)，判定滿足制約條件的進(jìn)行可行解的初期個(gè)體能否在某段時(shí)間內(nèi)生成，不能生成時(shí)，用于中止初期個(gè)體生成的計(jì)時(shí)器。實(shí)際用初期個(gè)體生成部14是將存儲(chǔ)在實(shí)際用DB部6的過去的設(shè)備運(yùn)行用作初期個(gè)體的手段。試探法初期個(gè)體生成部16是用于將由人為數(shù)據(jù)輸入手段所設(shè)定的設(shè)備運(yùn)行方案用作初期個(gè)體的手段。綜合最佳化部18對(duì)所得的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃再用其他的最佳化方法進(jìn)行最佳化運(yùn)算。限制放寬運(yùn)行計(jì)劃部20在沒能得到最佳設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃時(shí)，放寬限制條件進(jìn)行最佳化運(yùn)算。
凹平滑化部22是在運(yùn)行計(jì)劃部10運(yùn)算而得的運(yùn)行計(jì)劃呈凹狀時(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的。同樣，凸平滑化部24是在運(yùn)行計(jì)劃呈凸?fàn)顣r(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的。升階平滑化部26在運(yùn)行計(jì)劃呈升階狀時(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化。降階平滑化部28在運(yùn)行計(jì)劃呈降階狀時(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件，將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化。
局部控制模擬計(jì)劃部30在設(shè)備中存在局部控制調(diào)節(jié)器，包含設(shè)備運(yùn)行控制裝置不能控制的機(jī)器時(shí)，模擬局部控制，將其結(jié)果輸入運(yùn)行計(jì)劃部10，運(yùn)算設(shè)備的運(yùn)行計(jì)劃。時(shí)間延遲修正部32對(duì)和設(shè)備有時(shí)間上延遲的地方所需流量，從設(shè)備供給時(shí)，考慮時(shí)間上的延遲，修正從設(shè)備上來衡量的需要量。
再計(jì)劃判定部34按規(guī)定順序定期監(jiān)視是否滿足各設(shè)施(配水廠41～48)的限制條件，在滿足的情況下，繼續(xù)監(jiān)視，在不滿足的情況下，首先只對(duì)該設(shè)施進(jìn)行再計(jì)劃，其結(jié)果是如果滿足其他的設(shè)施的限制條件，則根據(jù)再計(jì)劃結(jié)果運(yùn)行廣域設(shè)備，若不滿足其他的設(shè)施的限制條件，逐次重復(fù)進(jìn)行還包括位于該設(shè)施上游的設(shè)施在內(nèi)的再計(jì)劃。
仿真部36進(jìn)行仿真以便確定由數(shù)據(jù)輸入部2而輸入的所希望的運(yùn)行設(shè)定值是否滿足設(shè)備運(yùn)行上的限制條件。
本實(shí)施方式是利用以上構(gòu)成部分所組成的最佳運(yùn)行控制裝置，在以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備運(yùn)行中，實(shí)現(xiàn)快速最佳化，穩(wěn)定且高效的水運(yùn)行控制，從而最大限度地降低原水的取水量及凈水廠的總過濾量、凈水廠向配水池41-48的送水量隨時(shí)間而變化，并且極大減少泵的電力消耗量。
<實(shí)施方式的作用>
首先，說明圖1所示最佳運(yùn)行控制裝置的基本功能。
需求預(yù)測部8的配水的需求預(yù)測方法，考慮采用統(tǒng)計(jì)的方法及最小二乘法、GMDH(Grouping Method Of Data Handling數(shù)據(jù)處理的分組法)等各種鑒定方法、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法等，而本實(shí)施方式中并不限定于哪種特定的方法，采用哪種方法都可以。需求預(yù)測部8及運(yùn)行計(jì)劃部10一天一次以上定時(shí)啟動(dòng)。首先，定刻前，通過數(shù)據(jù)輸入部2手動(dòng)或自動(dòng)輸入需求預(yù)測所需的數(shù)據(jù)。這里的數(shù)據(jù)指的是例如要進(jìn)行需求預(yù)測的這一天的天氣預(yù)報(bào)及最高氣溫或者最低氣溫預(yù)報(bào)的氣象信息及以前獲得的氣象信息的實(shí)際用值，及需求量實(shí)際用值等。需求預(yù)測部8的需求預(yù)測的結(jié)果要每隔一定單位時(shí)間輸出，至少以相隔1天的時(shí)刻輸出，當(dāng)然也可以根據(jù)需要進(jìn)行2天以上的需求預(yù)測。
根據(jù)需求預(yù)測結(jié)果和設(shè)備當(dāng)前的計(jì)測值(如果是凈水的送水計(jì)劃、則是配水池的水位及送水泵的流量、運(yùn)行臺(tái)數(shù)、配水量等，如果是凈水廠內(nèi)的總過濾量的計(jì)劃，則是凈水池水位、及各過濾池的凈化時(shí)間、過濾池凈化水量、排水池水位等)、送水泵流量特性、配水池41～48及凈水池40、排水池的容量(運(yùn)行水位上下限值)等參數(shù)，運(yùn)行計(jì)劃部10對(duì)水運(yùn)行計(jì)劃作最佳運(yùn)算，使其不引起偏離凈水池40及配水池41～48的運(yùn)行水位上下限及不會(huì)不足配水量預(yù)測值，總過濾量及送水量的急劇變化。這時(shí)，也可以考慮盡量降低運(yùn)行成本。在這種情況下，如果需要，還可以考慮在電力消耗高峰時(shí)間的時(shí)間段限制可運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)。
這樣，采用以當(dāng)日的每單位時(shí)間的運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間的變量的組為基因，只在運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間發(fā)生變更時(shí)，作為就象是存在該變量組一樣的可變長的基因序列而操作的遺傳算法的運(yùn)行計(jì)劃部10每隔單位時(shí)間，至少相隔1天的時(shí)刻輸出設(shè)備機(jī)器的最佳的運(yùn)行計(jì)劃。
現(xiàn)在，設(shè)想在圖2的廣域供水設(shè)備中，經(jīng)送水泵從凈水池40，經(jīng)由配水池41～48向各配水區(qū)供給凈水的流程而進(jìn)行說明。當(dāng)然，也有利用自然流下從凈水池40向配水池41～48送水，從配水池向配水區(qū)配水的情況。雖然這里用送水泵送水，用配水泵配水，但由于考慮到如果離散地設(shè)定受水池側(cè)的流量調(diào)節(jié)閥、或者凈水池出口側(cè)的流量調(diào)節(jié)閥的任一個(gè)的開度設(shè)定值，則這些閥開度設(shè)定值的離散值相當(dāng)于1臺(tái)泵的排出流量，因此不會(huì)失去普遍性。
對(duì)送水過程的思考方法，通過將從凈水廠40向各配水廠41～48的送水量作為配水需求，并且過濾池的凈化水及在廠內(nèi)使用的其它水量也包括在配水需求中，將凈水池當(dāng)作配水池，過濾池當(dāng)作送水泵，并且將由凈化定時(shí)控制的過濾池的停止看作送水泵的限制條件，可以基本直接應(yīng)用于總過濾流量計(jì)劃，因此凈水廠內(nèi)的總過濾流量計(jì)劃的最佳化也可以同樣進(jìn)行。當(dāng)然以同樣的思考方法也可將從送水到總過濾流量計(jì)劃全部最佳化。
在某個(gè)時(shí)刻K從凈水池向配水池的送水量Qp(k)可由啟動(dòng)的送水泵及安裝于配管上的閥的開度來控制。離散分段地設(shè)定其目標(biāo)流量。將其稱為流量階段。例如，無論是閥，還是泵，總而言之將送水量的物理最大值定為100m3/h，將其分為5段的話，則流量階段為0、20、40、60、80、100m3/h，這些表示按送水計(jì)劃能夠獲得的送水量。
現(xiàn)在，如果僅用n臺(tái)轉(zhuǎn)數(shù)(旋轉(zhuǎn)速度)固定的恒速泵送水，則恒速泵的臺(tái)數(shù)和按照送水計(jì)劃能夠獲得的送水量的離散值一一對(duì)應(yīng)。為了方便說明，以下設(shè)想該種情況進(jìn)行說明。
以每單位時(shí)間的運(yùn)行水量和該水量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間的變量組為基因，只在運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，作為如同存在該變量組的可變長的基因序列而操作的遺傳算法，如圖3所示表現(xiàn)基因。
圖3表示圖2所示各設(shè)施(配水池41～48)在各時(shí)刻的受水量?，F(xiàn)在若配水池有N個(gè)(圖示示例中的8個(gè))時(shí)，從1開始依次對(duì)配水池編號(hào)，將其稱為設(shè)施號(hào)。設(shè)施號(hào)i的受水量計(jì)劃值用(時(shí)刻、流量階段)的組表示。將該組作為基因。因此，時(shí)間取自從計(jì)劃開始時(shí)刻到終止時(shí)刻中的整數(shù)值，流量階段根據(jù)預(yù)定流量的離散目標(biāo)值而取實(shí)數(shù)值。按照本發(fā)明，對(duì)于所有應(yīng)該計(jì)劃的時(shí)間帶該基因組不存在，僅在受水量變化的時(shí)刻具有基因組。由此，在受水量一定的情況下，1個(gè)基因組就足夠了，可節(jié)約儲(chǔ)存容量，最終也將會(huì)集中到探索最佳解的對(duì)象區(qū)域。這樣，在本發(fā)明中，基因組(序列)的長度是可變的，將其稱為可變長基因序列。如圖4所示的受水計(jì)劃假設(shè)為設(shè)施號(hào)1的計(jì)劃時(shí)，可變長基因序列可如圖3的設(shè)施1一樣表現(xiàn)。
現(xiàn)在，各配水池41～48的受水計(jì)劃量的總和為從凈水廠40的送水計(jì)劃量，因此將所考慮的送水計(jì)劃的最佳化問題如下公式化。公式化的方法根據(jù)要將怎樣的送水計(jì)劃最佳化而有所不同，因此并不是唯一的，但是無論怎樣公式化，如果是以下所示的稱為組合最佳化問題的公式化，通過以每單位時(shí)間的運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間的變量的組為基因，只在運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間發(fā)生變更時(shí)，作為如同存在該變量組的可變長的基因序列而操作的遺傳算法，能夠達(dá)到最佳化或者接近最佳化。
式1目標(biāo)函數(shù))最小化 f＝W1×f1+W2×f2+W3×f3…(1)式中f1=Σi=1Nwi×(Σk=1T(w1i(k)×xi(k)+w2i(k)×yi(k)+w3i(k)×|h^i(k)-hi(k)|))---(2)]]>f2=Σi=0NΣk=0T(w4i(k)×yi(k)),]]>yi(k)＞CHG_Pi時(shí)…(3)=0,]]>yi(k)≤CHG_Pi時(shí)…(4)f3=Σi=0N|Qi(xi(k))-Qi(xi(k-1))|---(5)]]>注f目標(biāo)函數(shù)xi(k)設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k時(shí)的離散確定的送水量階段(如果僅是恒速泵，和泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)同值)yi(k)＝|xi(k)-xi(k-1)|設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k的離散確定的送水量變更階段數(shù)(如果僅是恒速泵，則和泵運(yùn)行變更臺(tái)數(shù)同值)hi(k)設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k的配水池水位 設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k的目標(biāo)水位CHG_Pi設(shè)施號(hào)i每單位時(shí)間離散確定的送水量變更最大階段數(shù)(如果僅是恒速泵，則和泵最大變更臺(tái)數(shù)同值)T最終時(shí)刻、wji(k)設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k的最佳化權(quán)重(weight)、j＝1～4、Wm廣域最佳化所需的最佳化權(quán)重、m＝1～3、Qi(k)設(shè)施號(hào)i的離散確定的送水量階段中的送水量[m3/h](如果僅是恒速泵，則和k臺(tái)泵的送水量[m3/h]同值)式2限制條件)hi‾(k)≤hi(k)≤hi‾(k)---(6)]]>hi(k)=hi(k-1)+Qi(xi(k))-qdi(k)Ai---(7)]]>
注hi(k)設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k時(shí)的配水池水位下限值[m]hi(k)設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k時(shí)的配水池水位上限值[m]Qi(k)設(shè)施號(hào)i的離散確定的送水量階段的送水量[m3/h](如果僅是恒速泵，則和k臺(tái)泵的送水量同值)qdi(k)設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k時(shí)的需求預(yù)測值[m3/h]、Ai設(shè)施號(hào)i的配水池底面積[m2]表示設(shè)施號(hào)i的受水量計(jì)劃的基因(時(shí)刻、流量階段)和上述目標(biāo)函數(shù)及限制條件的變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系為(時(shí)刻、流量階段)＝(K，Xi(k))這種問題一般稱為組合最佳化問題，如圖3所示，利用以每單位時(shí)間的運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間的變量的組為基因，只在運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，作為如同存在該變量組的可變長的基因序列而操作的遺傳算法，能夠迅速得到最佳或者接近最佳的運(yùn)行計(jì)劃。其運(yùn)算順序如下所示。
○遺傳算法<步驟1>初期個(gè)體群的生成分別產(chǎn)生預(yù)先定義的個(gè)數(shù)n個(gè)的隨機(jī)分配基因而生成的個(gè)體，在不滿足限制條件的情況下，重新隨機(jī)分配基因，重新生成。
<步驟2>各個(gè)體的評(píng)價(jià)計(jì)算各個(gè)體的適應(yīng)度f及平均適應(yīng)度。
<步驟3>淘汰處理存在不滿足限制條件的個(gè)體及預(yù)先定義的個(gè)體數(shù)以上的個(gè)體的情況下，淘汰(削除)適應(yīng)度差(適應(yīng)度小)的個(gè)體，直到該定義的個(gè)數(shù)。
<步驟4>增殖處理在個(gè)體數(shù)少于預(yù)先定義的個(gè)體數(shù)的情況下，增殖(復(fù)制)適應(yīng)度最佳的個(gè)體。
<步驟5>交叉處理隨機(jī)進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)僅按照相對(duì)于所有個(gè)體數(shù)的比例(交叉率)進(jìn)行，每對(duì)都隨機(jī)選擇基因座(基因的場所)，進(jìn)行一點(diǎn)交叉(從選定的基因的場所交互交換基因的放置(set))。
<步驟6>突變處理僅按照相對(duì)于所有個(gè)體數(shù)的比例(突變率)隨機(jī)選擇個(gè)體，改變各個(gè)體的任意(隨機(jī)決定)的基因座的基因。
<步驟7>終止判定處理重復(fù)<步驟2>-<步驟6>，而在<步驟2>中，該代數(shù)(generation)的平均適應(yīng)度和前面數(shù)個(gè)代數(shù)的平均適應(yīng)度比較，如果在某個(gè)值ε(任意設(shè)定的值)以下或者某代數(shù)數(shù)(重復(fù)次數(shù)的上限值)以上，終止算法。
還有，如果<步驟1>-<步驟7>不在預(yù)先定義的時(shí)間內(nèi)結(jié)束，強(qiáng)制終止算法。
個(gè)體指的是圖3所示的1個(gè)基因序列。
這里，對(duì)在<步驟5>所述的[交叉]作一下說明。如圖5所示，隨機(jī)選擇2個(gè)設(shè)施號(hào)相同的(在圖示的示例中的[2])基因序列。再以隨機(jī)數(shù)選擇該基因組的場所，即(時(shí)刻、流量階段)的某個(gè)數(shù)的場所，進(jìn)行交換。圖5示例中，在第3個(gè)和第4個(gè)間進(jìn)行交換。這時(shí)，交換的結(jié)果有時(shí)會(huì)生成含同一時(shí)刻以后的基因的新的基因序列(圖5中，相對(duì)位于下方的基因11點(diǎn)以后的流量階段為5，10點(diǎn)以后存在流量階段6的基因)。在這種情況下，附加在后面的基因優(yōu)先。即，前面出現(xiàn)的同一時(shí)刻的基因由于后面的基因優(yōu)先，因此可以不作考慮。(在圖5中，從10點(diǎn)至11點(diǎn)流量階段為6，11時(shí)以后流量階段為5)。按照相對(duì)所有的個(gè)體數(shù)確定的比例(交叉率)操作該過程。將該過程稱為交叉。
<步驟6>所述的突變是指如圖6所示，隨機(jī)選擇了某個(gè)體(親)時(shí)，在基因組的最后隨機(jī)地突然追加·改變新的基因(15，4)。在所有基因中，按照確定的比例(突變率)操作突變。在因交叉及突變增加的基因組中，在時(shí)刻重疊的情況下，后面追加的基因組優(yōu)先。
在遺傳算法的<步驟1>中，生成初期個(gè)體時(shí)，不能在由初期個(gè)體生成計(jì)時(shí)部12所設(shè)定的時(shí)間內(nèi)生成滿足式(6)的限制條件的個(gè)體的情況下，停止利用隨機(jī)數(shù)生成初期個(gè)體，試探法初期個(gè)體生成部16按照如下順序嘗試(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)探索)生成初期個(gè)體。
以編制計(jì)劃的對(duì)象時(shí)間帶中的起始時(shí)刻、例如如果是編制從當(dāng)天0時(shí)至次日的0時(shí)的24小時(shí)(1天)的計(jì)劃，則以當(dāng)天0:00時(shí)刻的受水流量為初期值，考慮1天中全都按照該初期值受水的情況。如果，在整個(gè)對(duì)象時(shí)間內(nèi)，配水池的水位滿足式(6)的要求，則將其作為初期個(gè)體。一旦知道在某時(shí)刻不滿足式(6)，則改變受水流量以滿足式(6)，以后的時(shí)間帶采用變更后的流量計(jì)劃。在所有時(shí)間改變該項(xiàng)操作直到滿足式(6)。還有，如果能夠編制出滿足式(6)的初期個(gè)體，既使是1個(gè)，這樣即使不能生成規(guī)定個(gè)數(shù)n的個(gè)體也可以。
如在<步驟1>所示，不僅可隨機(jī)生成初期個(gè)體，還可以從過去的實(shí)際用值轉(zhuǎn)換為基因序列，并且僅取預(yù)先定義的個(gè)數(shù)作為初期個(gè)體。
在廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置中，可以利用數(shù)據(jù)輸入部2人為設(shè)定初期個(gè)體。在上述示例中，雖從實(shí)際用值轉(zhuǎn)換為基因序列，取其作為初期個(gè)體，這里，通過操作員等用戶人為的輸入，能夠有效地使運(yùn)行計(jì)劃接近最佳解，該運(yùn)行計(jì)劃由作為可變長的基因序列的操作的遺傳算法算出。
在由作為可變長的基因序列操作的遺傳算法得到的運(yùn)行計(jì)劃不是最佳化的，而是接近最佳解的近似最佳解的情況下，可以將其作為其它最佳化方法的初期值輸入，算出最佳解。最佳化手法例如有分子界限法及動(dòng)態(tài)規(guī)劃法等，沒有特別的限定。
運(yùn)行計(jì)劃部10算出的運(yùn)行計(jì)劃在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能完成的情況下及，不滿足預(yù)先確定的設(shè)備的狀態(tài)的上下限范圍的情況下，通過限制放寬運(yùn)行計(jì)劃部20，將預(yù)先確定的設(shè)備的狀態(tài)的上下限范圍從限制條件中除去，代之以將物理的上下限范圍設(shè)定為新的限制條件，由此能夠放寬限制條件，再運(yùn)算運(yùn)行計(jì)劃，其中包括在運(yùn)行計(jì)劃的最佳化運(yùn)算的目標(biāo)函數(shù)中對(duì)從設(shè)備狀態(tài)的原先的上下限范圍的偏離量作出補(bǔ)償。
解決該最佳化問題的運(yùn)算在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，例如1分鐘等內(nèi)不能完成的情況下，及不滿足預(yù)先確定的設(shè)備的狀態(tài)的上下限范圍(例如，配水池的運(yùn)行水位上下限值)的情況下，通過從限制條件中放寬預(yù)先確定的設(shè)備的狀態(tài)的上下限范圍，如下所示再運(yùn)算最佳運(yùn)行計(jì)劃，以便在運(yùn)行計(jì)劃的最佳化運(yùn)算的目標(biāo)函數(shù)中對(duì)從設(shè)備狀態(tài)的原先的上下限范圍的偏離量作出補(bǔ)償。
數(shù)3限制條件)除hi(k)≤hi(k)≤hi(k)以外，將hpi(k)≤hi(k)≤hpi(k)定為新的限制條件。
注hpi(k)、hpi(k)分別表示物理的上下限范圍，hpi(k)≤hpi(k)、hpi(k)≤hi(k)。
在式(2)所示的目標(biāo)函數(shù)f1上附加式(9)，如式(8)一樣變化。
數(shù)4f1=Σi=1Nwi×(Σk=1T(w1i(k)×xi(k)+w2i(k)×yi(k)+w3i(k)×|h^i(k)-hi(k)|+f4))---(8)]]>f4=w5i(k)×|hi(k)-hi‾(k)|+w6i(k)×|hi(k)-hi‾(k)|---(9)]]>注Wii(K)設(shè)施號(hào)i在時(shí)刻k的最佳化權(quán)重j、j＝5、6。
在遺傳算法的<步驟1>中得到的最佳或者接近最佳的運(yùn)行計(jì)劃的某個(gè)時(shí)間帶，為如圖7(a)的左側(cè)所示的凹狀計(jì)劃(在某個(gè)時(shí)間帶呈下凸曲線變化的情況)，或者如該圖(b)的左側(cè)所示的凸?fàn)钣?jì)劃(在某個(gè)時(shí)間帶呈上凸曲線變化的情況)，如該圖(c)的左側(cè)所示的升階狀計(jì)劃，如該圖(d)的左側(cè)所示的降階狀計(jì)劃的情況下，如果這時(shí)用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件(目標(biāo)函數(shù)及適應(yīng)度)不變差時(shí)，則能夠利用平滑化部對(duì)各計(jì)劃進(jìn)行平滑化處理，使其按圖7(a)～(d)中的從左圖向右圖的狀態(tài)變化。
用于完成上述任務(wù)的平滑化部分別是凹平滑化部22(參考圖7(a))、凸平滑化部24(參考圖7(b))、升階平滑化部26(參考圖7(c))和降階平滑化部28(參考圖7(d))。這些平滑化部是為了使以由該日的每單位時(shí)間的運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間的變量的組為基因，只在運(yùn)行水量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間發(fā)生變更時(shí)作為就象是存在該變量組一樣的可變長的基因序列的操作的遺傳算法更有效地發(fā)揮作用，引入的試探性的操作，可主要有效改善含在式(2)中的yi(k)的項(xiàng)。特別重要的一點(diǎn)就是，僅在用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件不變差，并且即使平滑化也滿足限制條件時(shí)，進(jìn)行平滑化。除此以外的情況下，不進(jìn)行平滑化。
在設(shè)備中存在局部控制調(diào)節(jié)器，包含設(shè)備運(yùn)行控制裝置所不能控制的機(jī)器時(shí)，可具有局部控制模擬計(jì)劃部30，對(duì)設(shè)備運(yùn)行控制裝置進(jìn)行模擬局部控制，并將其結(jié)果輸入運(yùn)行計(jì)劃部10，運(yùn)算設(shè)備的運(yùn)行計(jì)劃。
例如，如圖8所示，在凈水池50到配水區(qū)53之間，配置第1組送水泵組61、第1個(gè)配水池51、第2組送水泵組62、第2個(gè)配水池52和配水泵組63，在對(duì)從凈水池50向第1個(gè)配水池51的送水計(jì)劃進(jìn)行最佳化時(shí)，根據(jù)相當(dāng)于時(shí)刻K時(shí)的需求量的配水區(qū)53的配水需求預(yù)測值qdi(k)，現(xiàn)在所作出的停止啟動(dòng)從第1個(gè)配水池51向第2個(gè)配水池52送水的送水泵的控制，和送水計(jì)劃無關(guān)，而與局部控制相關(guān)。
在這種情況下，如果進(jìn)行需求預(yù)測可得到第2個(gè)配水池52的需求預(yù)測值，但并不知道相當(dāng)于第1個(gè)配水池51的需求預(yù)測的量(從第1個(gè)配水池51向第2個(gè)配水池52的送水量)。因此，要對(duì)第2組送水泵組62的控制程序作各種考慮，現(xiàn)在，僅單單說明第2個(gè)配水池52的水位h2(k)相對(duì)已確切定義過的與第2個(gè)配水池52的水位h2(k)相關(guān)的上限極值Hmax和下限極值Hmin的關(guān)系，如果h2(k)＞Hmax，則將整個(gè)第2組送水泵組62停機(jī)，若h2(k)＜Hmin則啟動(dòng)整個(gè)第2組送水泵組62。k為1分鐘的周期，或?yàn)?分鐘的周期等可設(shè)定合適的計(jì)算周期。再有，第2個(gè)配水池52的水位h2(k)的計(jì)算可以采用式(7)。
通過上述做法，就能夠知道在什么時(shí)間啟動(dòng)或者停止第2組送水泵組62，因此如果按每運(yùn)行計(jì)劃部10所計(jì)算的最佳運(yùn)行計(jì)劃的時(shí)間上的計(jì)劃分段(1小時(shí)單位24小時(shí)分或30分鐘單位24小時(shí)分等○○單位)模擬，得到的結(jié)果，并將其輸入到運(yùn)行計(jì)劃部10，能夠通過第1組送水泵組61得到最佳或者接近最佳的送水計(jì)劃。
例如，時(shí)刻1:34時(shí)，為100m3/h的第2組送水泵62運(yùn)行到3:00時(shí)，將1時(shí)1臺(tái)為100×(60-34)/60＝43.3m3/h，2時(shí)1臺(tái)為100m3/h，輸入運(yùn)行計(jì)劃部10。如果在需要的時(shí)間進(jìn)行這種運(yùn)算，就可知道相當(dāng)于以第1個(gè)配水池51為基準(zhǔn)的需求預(yù)測值的向第2個(gè)配水池52的送水量，從而能夠運(yùn)算出最佳或者接近最佳的送水計(jì)劃。
這樣，即使在存在局部控制調(diào)節(jié)器，包含設(shè)備運(yùn)行控制裝置所不能控制的機(jī)器的情況下，通過在裝置內(nèi)模擬局部控制，并將其結(jié)果輸入運(yùn)行計(jì)劃部10，能夠運(yùn)算出最佳或者接近最佳的送水計(jì)劃。
在與設(shè)備有時(shí)間上的延遲的地方，如設(shè)置有送水泵的地方和配水池相距數(shù)km一樣，從設(shè)備送水時(shí)，如果對(duì)所需送水量不考慮這種時(shí)間上的延遲，會(huì)發(fā)生控制上的問題。例如，凈水從設(shè)置送水泵的場所到達(dá)配水池需要10分鐘的情況下，如果不將送水量從時(shí)刻11:00為100m3/h增加到150m3/h，則配水池的水位會(huì)低于下限，因此必須在10分鐘前設(shè)定該量，增加送水量。
因此，如圖9(a)所示，以10分鐘單位進(jìn)行需求預(yù)測時(shí)，如果凈水從設(shè)置送水泵的場所到達(dá)配水池需要10分鐘，則如圖9(b)所示，僅將先期運(yùn)送了10分鐘，即1階段的量作為需求預(yù)測值。圖9(a)表示當(dāng)初的需求預(yù)測值，圖9(b)表示僅先期運(yùn)送了1階段的量的狀態(tài)，即在圖上顯示了向左側(cè)挪了1個(gè)階段的狀態(tài)。如果知道凈水從設(shè)置送水泵的場所到達(dá)配水池需要20分鐘，則可以先送20分鐘，即2階段。根據(jù)在運(yùn)行計(jì)劃部10所計(jì)算的最佳運(yùn)行計(jì)劃的計(jì)劃分段(1小時(shí)單位24小時(shí)分或30分鐘單位24小時(shí)分等○○單位)，加工需求預(yù)測值使用。例如，按1小時(shí)單位，并考慮如上所述的時(shí)間延遲，求10:00～11:00之間的需求預(yù)測值qdi(11)時(shí)，首先，因?yàn)樵瓉砑俣ò?0分鐘單位進(jìn)行需求預(yù)測，因此如下表所示，得到1天的無時(shí)間延遲時(shí)的10分鐘單位的需求預(yù)測值。
表1

如果直接以此為基礎(chǔ)，求10時(shí)1臺(tái)、1小時(shí)程度的需求預(yù)測值，則為110+120+130+120+130+130＝610。
現(xiàn)在，由于有10分鐘的延遲，如果先送10分鐘，即1階段，則10時(shí)1臺(tái)、1小時(shí)程度的需求預(yù)測值為120+130+120+130+130+120＝620。將該過程操作1天，將該結(jié)果輸入運(yùn)行計(jì)劃部10。
通過上述的作法，在與設(shè)備有時(shí)間上延遲的場所，即使從設(shè)備按所需流量供給時(shí)，也能夠編制出考慮了時(shí)間上延遲的運(yùn)行計(jì)劃。
由最佳運(yùn)行控制裝置編制成的運(yùn)行計(jì)劃通過定期監(jiān)視各設(shè)施的水位計(jì)劃是否處在某范圍內(nèi)，在滿足時(shí)繼續(xù)監(jiān)視，而在不滿足時(shí)首先只對(duì)該設(shè)施進(jìn)行再計(jì)劃。其結(jié)果為如果滿足其它設(shè)施的限制條件，根據(jù)再計(jì)劃結(jié)果運(yùn)行廣域設(shè)備，如果不滿足其它設(shè)施的限制條件，逐次反復(fù)進(jìn)行還包括位于該設(shè)施上游的設(shè)施在內(nèi)的再計(jì)劃。由此可防止因數(shù)個(gè)設(shè)施的計(jì)劃和實(shí)際用值的偏差頻繁修正計(jì)劃。
還有，在最佳運(yùn)行控制裝置中具有模擬部36，它在操作員按所希望的運(yùn)行設(shè)定值研究設(shè)備運(yùn)行時(shí)是非常有用的，在該模擬部36進(jìn)行水收支模擬，以便能夠確認(rèn)是否滿足如式(6)所示的設(shè)備運(yùn)行上的限制條件(例如，水池的運(yùn)行上下限水位)。其過程是，由數(shù)據(jù)輸入部2任意地設(shè)定各配水池的受水量，根據(jù)配水量的需求預(yù)測值和配水池當(dāng)前的水位，模擬以后的水位變化。由此，能夠確認(rèn)是否處于設(shè)定的運(yùn)行上下限水位范圍，這樣能夠?yàn)椴僮鲉T研究如何進(jìn)行以后的運(yùn)行提供有效的數(shù)據(jù)。再有，根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃部10算出的最佳運(yùn)行計(jì)劃，操作員加以修正時(shí)所作的研究也可以設(shè)定運(yùn)行計(jì)劃部10的運(yùn)算結(jié)果。
<其它的實(shí)施方式>
以上所述的最佳運(yùn)行控制是以供水設(shè)備為控制對(duì)象所作的說明，但本發(fā)明并不限于供水設(shè)備，當(dāng)然也可用于從分散在較廣地域的泵向下水處理廠排入的家庭排水等的流入量及雨水儲(chǔ)存設(shè)施的雨水排水泵運(yùn)行所排出的雨水排水量的平滑化，還可以用于在地域冷暖設(shè)備中用于供給冷熱水或者蒸汽的熱源設(shè)備，及考慮了熱力設(shè)備的能量效率的最佳運(yùn)行、由多個(gè)發(fā)電所等組成的發(fā)電廠的設(shè)備劣化及按照電力需求的最佳設(shè)備自動(dòng)控制上。這種情況，例如供水的凈水廠、配水池、閥分別對(duì)應(yīng)下水道的下水處理廠、泵廠、閘(或者閥)，還有，供水的凈水廠及閥分別對(duì)應(yīng)地域冷暖設(shè)備的熱源設(shè)備及閥。再有，供水的流量，包含蒸汽量等對(duì)應(yīng)下水中的下水量、地域冷暖氣中的蒸汽量、熱水量、冷水量，電力中的電量。
發(fā)明的效果正如以上的說明，采用本發(fā)明能夠提供廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，利用該裝置可在以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備運(yùn)行中，實(shí)現(xiàn)迅速最佳化，穩(wěn)定且高效的流體運(yùn)行控制，以極度減少原水的取水量和凈水廠的總過濾量、從凈水廠到配水池的送水量隨時(shí)間的變動(dòng)，且極度減少泵的電力消耗量。
權(quán)利要求
1.廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，它是對(duì)以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行最佳控制的裝置，其特征在于，配置有輸入必要設(shè)定值及條件的數(shù)據(jù)輸入部；存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)的計(jì)測值及各種參數(shù)設(shè)定值等數(shù)據(jù)的實(shí)際用數(shù)據(jù)庫部；參考由前述數(shù)據(jù)輸入部所輸入的氣象信息及實(shí)際用數(shù)據(jù)庫部所存儲(chǔ)的過去的實(shí)際需求值，預(yù)測該運(yùn)行當(dāng)日以后的每單位時(shí)間的需求量的需求預(yù)測部；根據(jù)該需求預(yù)測部所得到的每單位時(shí)間的預(yù)測需求量及過程的計(jì)測值，以由該日的每單位時(shí)間的運(yùn)行流量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻所組成的變量組作為基因，按照只在運(yùn)行流量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻發(fā)生變更時(shí)，作為如同存在該變量組的可變長的基因序列而操作的遺傳算法，運(yùn)算以多個(gè)設(shè)施為對(duì)象的廣域設(shè)備的最佳或者接近最佳的運(yùn)行計(jì)劃的運(yùn)行計(jì)劃部；輸出由運(yùn)行計(jì)劃部得到的廣域設(shè)備運(yùn)行運(yùn)算結(jié)果和其他所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸出部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部內(nèi)生成初期個(gè)體時(shí)，判定滿足制約條件的進(jìn)行可行解的初期個(gè)體能否在某段時(shí)間內(nèi)生成，若不能生成時(shí)，中止初期個(gè)體生成的初期個(gè)體生成計(jì)時(shí)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有將存儲(chǔ)在前述實(shí)際用數(shù)據(jù)庫部的過去的設(shè)備運(yùn)行作為初期個(gè)體生成，并提供給前述運(yùn)行計(jì)劃部的實(shí)際用初期個(gè)體生成部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有將由人為數(shù)據(jù)輸入手段所設(shè)定的設(shè)備運(yùn)行方案作為初期個(gè)體生成，提供給前述運(yùn)行計(jì)劃部的試探法初期個(gè)體生成部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有對(duì)在前述運(yùn)行計(jì)劃部內(nèi)所得的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃再用其他的最佳化方法進(jìn)行最佳化運(yùn)算的綜合最佳化部。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，前述運(yùn)行計(jì)劃部不能得到最佳設(shè)備的運(yùn)行計(jì)劃時(shí)，在前述運(yùn)行計(jì)劃部配置有放寬限制條件、再進(jìn)行最佳化運(yùn)算的限制放寬運(yùn)行計(jì)劃部。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈凹狀時(shí)，通過比較最佳化用的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的凹平滑化部。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈凸?fàn)顣r(shí)，通過比較最佳化用的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的凸平滑化部。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈升階狀時(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的升階平滑化部。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有在前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃從時(shí)間上看呈降階狀時(shí)，通過比較用于最佳化的評(píng)價(jià)值和限制條件，而將該運(yùn)行計(jì)劃平滑化的降階平滑化部。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，在設(shè)備中存在局部控制調(diào)節(jié)器，包含設(shè)備運(yùn)行控制裝置不能控制的機(jī)器時(shí)，配置有模擬局部控制并將其結(jié)果輸入前述運(yùn)行計(jì)劃部，使設(shè)備的運(yùn)行計(jì)劃運(yùn)算的局部控制模擬計(jì)劃部。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，在對(duì)和設(shè)備有時(shí)間上延遲的地方所需流量，從設(shè)備供給時(shí)，配置有考慮上述時(shí)間上的延遲，對(duì)由前述運(yùn)行計(jì)劃部得到的運(yùn)行計(jì)劃修正從設(shè)備上來衡量的需要量的時(shí)間延遲修正部。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，前述廣域設(shè)備是廣域供水設(shè)備，配置有用于定期監(jiān)視各下游設(shè)施的水位計(jì)劃是否在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，在滿足的情況下，繼續(xù)監(jiān)視；在不滿足的情況下，首先只對(duì)該設(shè)施進(jìn)行再計(jì)劃，其結(jié)果是如果滿足其它設(shè)施的限制條件，則根據(jù)再計(jì)劃結(jié)果運(yùn)行廣域設(shè)備；如果不滿足其它設(shè)施的限制條件，逐次重復(fù)進(jìn)行還包括位于該設(shè)施上游的設(shè)施在內(nèi)的再計(jì)劃的再計(jì)劃判定部。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域設(shè)備的最佳運(yùn)行控制裝置，其特征在于，配置有進(jìn)行仿真以能確定所希望的運(yùn)行設(shè)定值是否滿足設(shè)備運(yùn)行上的限制條件的仿真部。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)快速最佳化，穩(wěn)定且高效的水運(yùn)行控制，從而最大限度地降低送水量隨時(shí)間的變化，并且還極大地減少泵的電力消耗量。根據(jù)預(yù)測需求量及過程的計(jì)測值，按照以由該日的每單位時(shí)間的運(yùn)行流量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻組成的變量組作為基因，只在運(yùn)行流量和該流量所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻發(fā)生改變時(shí)，作為如同存在該變量組的可變長的基因序列的操作的遺傳算法，運(yùn)算最佳運(yùn)行計(jì)劃。
文檔編號(hào)G05B15/00GK1540460SQ20041000683
公開日2004年10月27日 申請日期2004年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
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