| 【発明の名称】 |
ガス送出量決定方法、それを実行するためのプログラムを格納した記録媒体及びそれを実行する演算装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】河合 勝則
【氏名】井田 俊雄
【氏名】三浦 和貴
【氏名】小山 和夫
【氏名】竹原 俊英
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| 【要約】 |
【課題】ガス送出量を定量的な信頼性評価に基づいて決定する方法を提供する。
【解決手段】複数のガス工場から送出されるガスが導管を経由して複数の供給先に供給されるガス導管網における複数のガス工場からのガス送出量を決定するガス送出量決定方法において、ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するガス供給失敗確率を演算するステップと、ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となるように、各ガス工場からのガス送出量を決定するステップとを備えることを特徴とするガス送出量決定方法が提供される。このように、ガス供給失敗確率を定量的に計算し、それに基づいて、ガス工場からのガス送出量を決定することにより、ガス導管網の信頼性を定量的に判断することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数のガス工場から送出されるガスが導管を経由して複数の供給先に供給されるガス導管網における前記複数のガス工場からのガス送出量を決定するガス送出量決定方法において、前記ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するガス供給失敗確率を演算するステップと、前記ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となるように、各ガス工場からのガス送出量を決定するステップとを備えることを特徴とするガス送出量決定方法。
【請求項２】請求項１において、前記演算ステップは、各ガス工場からのガス送出量の配分パターンを複数設定し、各配分パターンごとに、前記ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するミニマルカットセットを少なくとも１つ特定し、該ミニマルカットセットのガス供給失敗確率を演算し、該ミニマルカットセットのガス供給失敗確率から前記ガス導管網のガス供給失敗確率を演算し、前記決定ステップは、各ガス工場からのガス送出量を、前記ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となる配分パターンに対応するガス送出量に決定することを特徴とするガス送出量決定方法。
【請求項３】請求項１又は２において、前記ガス供給失敗確率は、所定の単位期間内に、少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗する状態が発生する確率を示す不信頼度であることを特徴とするガス送出量決定方法【請求項４】請求項１又は２において、前記ガス供給失敗確率は、少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗する時間の割合を示す不稼働率であることを特徴とするガス送出量決定方法。
【請求項５】複数のガス工場から送出されるガスが導管を経由して複数の供給先に供給されるガス導管網における前記複数のガス工場からのガス送出量を決定する方法を実行するためのプログラムを格納した記録媒体において、前記ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するガス供給失敗確率を演算するステップと、前記ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となるように、各ガス工場からのガス送出量を決定するステップとを実行するためのプログラムを格納したことを特徴とする記録媒体。
【請求項６】複数のガス工場から送出されるガスが導管を経由して複数の供給先に供給されるガス導管網における前記複数のガス工場からのガス送出量を決定する演算装置において、前記ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するガス供給失敗確率を演算する演算手段と、前記ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となるように、各ガス工場からのガス送出量を決定する決定手段とを備えることを特徴とする演算装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の都市ガス工場、ガス供給先、ガス導管などから構成されるガス導管網において、それぞれのガス工場からのガス送出量を決定するガス送出量決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、ガス導管網の構成例を示す図である。図９において、２つのガス工場Ａ、Ｂからそれぞれ供給される高圧ガスは、導管１乃至６を経由して供給先ａ、ｂ、ｃに到達する。そして、各供給先に到達したガスは、供給先ａ、ｂ、ｃに設けられる圧力制御弁（ガバナ）によって、高圧ガスより圧力の低い中圧ガス、さらに低圧ガスに調整され、図示されないガス需用者に供給される。
【０００３】このようなガス導管網において、ガス工場から供給先へのガス供給量は、気候や日々の気温などの環境要因や、経済などの社会要因など様々な要因によって頻繁に変動する。従って、その都度、各供給先に適切な量のガスが安定的に供給されるように、各ガス工場からのガス送出量の配分を決定する必要がある。
【０００４】例えば、図９において、供給先ａ、ｂ、ｃ全体で、10000m3/hのガス量が必要であり、さらに、そのうち、供給先ｃに最も多量のガスが必要である場合であって、このときのガス送出量の配分を、ガス工場Ａから8000m3/h、ガス工場Ｂから2000m3/hである場合を想定する。この場合、ガス工場Ａ、Ｂから送出されるガスの多くは、供給先ｃへの近い経路、即ち導管６及び導管５を経由して、供給先ｃへ到達する。この場合、供給先ｃには、十分なガス量が供給される。
【０００５】このとき、導管６が故障により遮断してしまうと、ガス工場Ａからのガスは、供給先ｃへの遠い経路、即ち導管１又は２、導管３及び導管４を経由して供給先ｃへ到達する。
【０００６】このとき、ガス工場から供給先までの距離が長いと、その間に、導管を流れるガスの圧力が低下し、供給先ｃに到達したときのガス圧が、供給先が必要とするガス量に対応するガス圧より低くなってしまい、供給先に必要なガス量が供給されないおそれがある。また、導管５が故障した場合も同様に必要ガス量を供給できないおそれがある。さらに、ガス工場Ａの故障により、ガス送出できない場合も、供給先ｃに十分なガス量を供給することができなくなる。
【０００７】従って、ガス工場からのガス送出量は、ガス導管を構成するガス工場、導管、供給先などの各設備に故障が生じた場合、全ての供給先への必要ガス量の供給ができるだけ維持できるように決定する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来における各工場のガス送出量の決定方法では、供給先へ最も安定的にガスを供給することができるガス送出量の配分を、人の経験などから決定していた。そのため、設備が故障した場合において、全ての供給先に必要ガス量が供給できるかどうかの導管網の信頼性の評価も、人の定性的な判断に頼らざるを得なかった。このように、従来は、ガス送出量の配分の信頼性を、ガス導管網を構成するガス工場、導管、供給先などの各設備の故障率などから定量的に評価し、その定量的な信頼性に基づいてガス送出量の決定をしていなかった。
【０００９】従って、本発明の目的は、ガス送出量を定量的な信頼性評価に基づいて決定する方法、それを実行するためのプログラムを格納した記録媒体及びそれを実行する演算装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明のガス送出量決定方法は、複数のガス工場から送出されるガスが導管を経由して複数の供給先に供給されるガス導管網における複数のガス工場からのガス送出量を決定するガス送出量決定方法において、ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するガス供給失敗確率を演算するステップと、ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となるように、各ガス工場からのガス送出量を決定するステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】このように、ガス供給失敗確率を定量的に計算し、それに基づいて、ガス工場からのガス送出量を決定することにより、ガス導管網の信頼性を定量的に判断することができる。
【００１２】具体的には、演算ステップは、各ガス工場からのガス送出量の配分パターンを複数設定し、各配分パターンごとに、前記ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するミニマルカットセットを少なくとも１つ特定し、ミニマルカットセットのガス供給失敗確率を演算し、ミニマルカットセットのガス供給失敗確率から前記ガス導管網のガス供給失敗確率を演算し、決定ステップは、各ガス工場からのガス送出量を、前記ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となる配分パターンに対応するガス送出量に決定する。
【００１３】また、ガス供給失敗確率は、所定の単位期間内に、少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗する状態が発生する確率を示す不信頼度、又は少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗する時間の割合を示す不稼働率である。
【００１４】また、上記本発明のガス送出量決定方法を実行するためのプログラムを格納した記録媒体は、複数のガス工場から送出されるガスが導管を経由して複数の供給先に供給されるガス導管網における前記複数のガス工場からのガス送出量を決定する方法を実行するためのプログラムを格納した記録媒体において、ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するガス供給失敗確率を演算するステップと、ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となるように、各ガス工場からのガス送出量を決定するステップとを実行するためのプログラムを格納したことを特徴とする。
【００１５】さらに、上記本発明のガス送出量決定方法を実行するための演算装置は、複数のガス工場から送出されるガスが導管を経由して複数の供給先に供給されるガス導管網における前記複数のガス工場からのガス送出量を決定する演算装置において、ガス導管網における少なくとも１つの供給先への必要ガス量の供給に失敗するガス供給失敗確率を演算する演算手段と、ガス導管網のガス供給失敗確率が最小となるように、各ガス工場からのガス送出量を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が、本実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】図１は、本発明の実施の形態におけるガス送出量を決定する方法のフローチャートである。本発明の実施の形態においては、図９に示されたガス導管網の構成を例に、ガス送出量の信頼性評価を行い、その評価に基づいてガス送出量を決定する方法について説明する。
【００１８】また、図２は、図１のフローチャートの方法を実行するための演算装置の構成例を示す図である。具体的には、演算装置は、ＣＰＵ１、メインメモリ２、表示装置３、記憶装置４、キーボード５、ポインティングデバイス（マウス）６などからなるＥＷＳ(Engineering Work Station)或いはＰＣ(Personal Computer)などのコンピュータシステムである。そして、図１のフローチャートに従った処理プログラムを記憶装置４が格納し、それをＣＰＵ１が実行する。
【００１９】図１に戻り、まず、ステップＳ１において、ガス導管網の信頼性評価を行うための計算条件が設定される。具体的には、図９のガス導管網の構成、各供給先への必要ガス量及び各ガス工場の最大ガス送出量などの条件である。図３は、各供給先への必要ガス量の一例を示す図である。図３によれば、供給先ａ、ｂの必要ガス量はそれぞれ3000 m3/h、供給先ｃの必要ガス量は4000 m3/hであり、各供給先への必要ガス量の合計（以下、総供給量という）は、10000 m3/hである。なお、供給先ａ、ｂとは、例えば、発電所や工場などの大口顧客の場合もあれば、所定の地域内の多数の一般顧客の場合もある。
【００２０】さらに、ステップＳ２において、各ガス工場からのガス送出量の配分パターンが設定される。図４は、ガス工場Ａ、Ｂからのガス送出量の配分パターンの一例を示す図である。上記図３における総供給量が10000m3/hであるので、図４では、ガス送出量の配分パターンとして、図示される配分パターン１、即ち、ガス工場Ａ：10000m3/h、ガス工場Ｂ：0m3/hなどのように、ガス工場Ａとガス工場Ｂからのガス送出量の合計が10000m3/hになるようなパターンが複数設定される。
【００２１】次に、ステップＳ３において、ガス送出量の配分パターンごとに、ガス導管網を構成する各設備（ガス工場、導管、供給先）における故障設備の組み合わせ（故障パターン）を設定する。図５は、ガス送出量の配分パターンごとの故障パターンの例を示す図である。例えば、ガス送出量の配分パターンが、ガス工場Ａ：10000m3/h、ガス工場Ｂ：0m3/hである場合において、故障パターン１は、導管１が遮断する故障（機能喪失）の状態であって、それ以外の設備は全て正常である組み合わせを示す。また、故障パターン２は、導管６が故障（機能喪失）状態であって、それ以外の設備は正常である組み合わせを示す。同様に、故障パターン３は、導管３及び導管５が機能喪失状態であって、それ以外の設備は正常である組み合わせである。さらに、ガス送出量の配分パターンが、ガス工場Ａ：8000m3/h、ガス工場Ｂ：2000m3/hである場合において、故障パターンx1は、導管１のみが機能喪失の状態の組み合わせであって、故障パターンx2は、導管６のみが機能喪失の状態の組み合わせ、さらに、故障パターンx3は、導管３及び導管５が機能喪失状態の組み合わせである。故障パターンは、他の組み合わせであってもよく、さらに、図示されないが、他の配分パターンにおける故障パターンも設定される。なお、故障パターンには、導管網内の導管、弁等の故障、供給先のガバナなどの故障、ガス供給工場の故障が含まれる。
【００２２】そして、ステップＳ４において、各故障パターンごとに、質量保存則と運動量保存則を用いた導管網のガス流量計算が実行される。これにより、各供給先へ必要ガス量が供給されるか否かを判断することができる。
【００２３】例えば、上記図５における故障パターン１では、導管１が機能喪失状態であっても、全供給先に必要ガス量を供給できる（供給成功）と判断される。一方、故障パターン２又は３においては、それぞれ機能喪失状態の導管の存在により、少なくとも１つの供給先に必要ガス量を供給することができない（供給失敗）と判断される。
【００２４】また、図示されるように、故障パターンx1及びx2では、供給成功となり、故障パターンx3では、供給失敗となる。故障パターン２とX2とを比較して明らかなように、機能喪失状態の設備の組み合わせ（導管６のみ機能喪失）は同じであるが、ガス送出量の配分パターンの相違により、全ての供給先への必要ガス量の供給に成功するか否かの判断が変わる場合もある。
【００２５】こうして、各故障パターンごとに流量計算が実行され、ステップＳ５においてその供給成功の可否が判断される。ステップＳ５において、供給失敗と判断されると、ステップＳ６において、供給失敗と判断された故障パターン（即ち、ガス送出量の配分パターン及びそのときにおける機能喪失状態の設備の組み合わせ）が登録される。
【００２６】そして、ステップＳ７において、全ての故障パターンの供給成功可否判断が終了したことが判断されると、ステップＳ８において、ステップＳ６において登録された故障パターン（供給失敗と判断された故障パターン）における機能喪失状態の設備の組み合わせのミニマルカットセットが特定される。ミニマルカットセットとは、機能喪失状態の設備の組み合わせにおいて、供給失敗を引き起こす最小の組み合わせを言う。
【００２７】図６は、ガス送出量の配分パターンごとのミニマルカットセットの一例を示す図である。図６において、ガス送出量の配分パターンがガス工場Ａ：10000m3/h、ガス工場Ｂ：0m3/hである場合のミニマルカットセットの一つの例は、上述のように、導管６のみが機能喪失である場合の組み合わせである。従って、導管１と導管６の両方が機能喪失である場合の組み合わせは、供給失敗に至る最小の組み合わせではなく、ミニマルカットセットではない。即ち、導管６のみが機能喪失となるだけで、供給失敗となるからである。
【００２８】一方、ミニマルカットセットのもう一つの例は、導管３と導管５の両方が機能喪失である場合の組み合わせである。この場合、導管３のみが機能喪失になった場合、又は導管５のみが機能喪失になった場合では、供給失敗とならず、両導管が同時に機能喪失になることで、初めて供給失敗となるので、この組み合わせはミニマルカットセットとなる。
【００２９】そして、ステップＳ９において、特定されたミニマルカットセットのガス供給失敗確率を計算することによって、ガス導管網全体におけるガス供給失敗確率を求める。なお、本発明の実施の形態においては、ガス供給失敗確率として、以下に詳述するように、ガス送出量の配分パターンごとに、ガス導管網全体の不信頼度Ｆs又はガス導管網全体の不稼働率Ｑsが計算される。不信頼度Ｆsは、所定期間内にミニマルカットセットが発生し、供給失敗が発生する確率である。また、不稼働率Ｑsは、ミニマルカットセットが発生し、供給失敗状態である時間の割合である。そして、ガス導管網全体のガス供給失敗確率が計算されると、その確率が最も低い配分パターンに対応するガス送出量が決定される。
【００３０】次に、不信頼度Ｆ及び不稼働率Ｑの計算方法について説明する。なお、不信頼度Ｆ及び不稼働率Ｑの計算においては、以下の前提条件が適用される。
（１）各設備は完全に修理可能で、あらかじめ与えられる各設備の稼働率は時間に対して一定とする。一般的に、設備の故障率は、設置当初の時期と耐用年数に近い時期に高くなる傾向にあるが、それらの時期以外では、故障率は一定になるので、それらの時期を考慮せず、その間の設備が安定的に稼働している時期における設備の稼働率が用いられる。
（２）上記同様に、あらかじめ与えられる各設備の故障率も時間に対して一定とする。
（３）また、近似計算を行うために各設備の故障率は十分に小さい値とする。
（４）さらに、（信頼度Ｒ＋不信頼度Ｆ＝１）、（稼働率Ａ＋不稼働率Ｑ＝１）とする。
【００３１】まず、ガス導管網全体の不信頼度Ｆsを計算する方法について説明する。
（ａ）各ミニマルカットセットｉの発生率Ｗiを求める。
例えば、ミニマルカットセットｉは、設備ａ1と設備a2との組み合わせである場合、発生率Ｗiは、【００３２】
【数１】
ここで、Ｑa1、Ｑa2は、それぞれ設備a1、設備a2の不稼働率、λa1、λa2は、それぞれ設備a1、設備a2の故障率である。即ち、ミニマルカットセットｉの発生確率Ｗiは、一方の設備が稼働していないときに、他方の設備が故障する確率の和として表される。
（ｂ）ガス導管網全体の故障発生率Ｗsを求める。
ガス導管網全体で、供給失敗の状態が発生する確率は、各ミニマルカットセットの発生率Ｗiの総和から求められる。即ち、故障発生率Ｗsは、【００３３】
【数２】
ここで、Ｎは、ミニマルカットセットｉの数である。
（ｃ）ガス導管網全体の不信頼度Ｆsを求める。
【００３４】そのために、故障率λの設備の所定期間ｔにおける不信頼度Ｆを算出する一般式【００３５】
【数３】
を用いる。即ち、上式において、故障率λに代わって、ガス導管網全体の故障発生率Ｗsを代入することにより、ガス導管網全体の不信頼度Ｆsが求められる。従って、不信頼度Ｆsは、【００３６】
【数４】
所定期間ｔは、例えば１年又は５年などのような期間である。こうして、ガス導管網全体の不信頼度Ｆsが求められる。なお、ガス導管網全体の信頼度Ｒsは、Ｒs＋Ｆs＝１の関係から、【００３７】
【数５】
となる。
【００３８】次に、ガス導管網全体の不稼働率Ｑsを計算する方法について説明する。
（ｄ）各ミニマルカットセットの不稼働率Ｑiを求める。
まず、各設備ごとの不稼働率Ｑkは次式で表される。
【００３９】
【数６】
MTTR(Mean Time To Repair)は、設備ｋの点検や修理のときの平均保修時間であって、設備ｋが稼働していない時間である。MTBF(Mean Time Between Failure)は、設備ｋの平均故障間隔時間であって、設備ｋが稼働している時間である。そして、このMTBFの逆数(1/MTBF)が故障率λであり、また、MTTRの逆数(1/MTTR)を保全率μという。そうすると、上式は、【００４０】
【数７】
と表される。なお、上式における近似値λk×（１／μk）は、λk／（λk＋μk）をフーリエ級数で展開したときの第一項である。
【００４１】このようにして、各設備ｋごとの不稼働率Ｑkが求められるので、ミニマルカットセットの不稼働率Ｑiは、ミニマルカットセットｉを構成する設備ｋごとの不稼働率Ｑkの乗算によって求められる。従って、不稼働率Ｑiは、【００４２】
【数８】
となる。Ｎは、ミニマルカットセットを構成する設備ｋの数である。
（ｅ）ガス導管網全体の不稼働率Ｑsを求める。
【００４３】ガス導管網は、ミニマルカットセットｉのいずれか１つが発生した場合に供給失敗状態となる。従って、不稼働率Ｑsは、どのミニマルカットセットｉも発生していない状態である稼働状態でない場合の確率として求められる。即ち、不稼働率Ｑは、【００４４】
【数９】
となる。Ｎは、ミニマルカットセットｉの数である。こうして、ガス導管網全体の不稼働率Ｑsが求められる。なお、ガス導管網全体の稼働率Ａsは、Ａs＋Ｑs＝１の関係から、【００４５】
【数１０】
となる。これは、どのミニマルカットセットｉも発生していない稼働状態の確率である。
【００４６】このようにして、ガス送出量の配分パターンごとに、ガス導管網全体の不信頼度Ｆs又は不稼働率Ｑsを求める。図７は、各配分パターンごとのガス導管網全体のガス供給失敗確率の一例を示す図である。なお、ガス供給失敗確率として、不信頼度Ｆs又は不稼働率Ｑsのどちらが使われてもよい。ただし、故障回数を重視する場合は、不信頼度Ｆsを用い、稼働時間を重視する場合は、不稼働率Ｑsを用いることが好ましい。また、どちらの値も、数値が低いほど信頼性がより高いと判断することができる。図７によれば、配分パターンがガス工場Ａ：6000 m3/h、ガス工場Ｂ：4000 m3/hである場合が最も供給失敗確率が低い、即ち、ガス導管網の信頼性が高いと判断される。
【００４７】このようにして上述の不信頼度Ｆs又は不稼働率Ｑsを計算する演算装置は、ガス供給指令センタに設置される。図８は、ガス供給指令センタによるガス送出量制御の概念を示す図である。ガス供給指令センタ内に設置された演算装置において、保守点検や故障発生により、設備の一部が使用不能となり、ガス導管網の構成が変化するごとに、不信頼度Ｆs又は不稼働率Ｑsの計算が行われる。或いは、気候や日々の気温などの環境の変化などの要因によって、各需用者が必要とするガス供給量が変動するごとに、ガス送出量の配分パターンが変えられ、それに対する不信頼度Ｆs又は不稼働率Ｑsの計算が行われる。
【００４８】そして、その都度、最も信頼性の高いガス送出量の配分パターンが決定される。そして、各ガス工場のガス送出量は、ガス供給指令センタからの制御信号により、決定されたガス送出量になるようにリモート制御される。制御信号は、有線回線又は無線回線、専用回線又は公衆回線のいずれを介してガス工場に送られてもよい。また、ガス供給指令センタから各ガス工場に、決定されたガス送出量の情報が伝えられ、ガス工場側でガス送出量が制御されてもよい。
【００４９】また、上述の実施の形態では、ガス導管網におけるガス供給失敗確率が計算されたが、全ての供給先に必要ガス量を供給することができる確率（ガス供給成功確率）即ち、上述の信頼度Ａs又は稼働率Ｒsを求め、各ガス工場のガス送出量を、これらの確率が最も高い配分パターンに対応するガス送出量に決定してもよい。
【００５０】さらに、ミニマルカットセットに代わって、全ての供給先に必要ガス量を供給するための設備の最小の組み合わせを用いて、上述同様に、不信頼度Ｆs（又は信頼度Ａs）及び不稼働率Ｑs（又は稼働率Ｒs）を求めてもよい。
【００５１】
【発明の効果】以上、本発明によれば、ガス導管網の構成に応じて、ガス導管網の設備が故障した場合であっても、全ての供給先に必要ガス量を供給できる確率が最も高いガス工場からのガス送出量を定量的に決定することができる。従って、ガス導管網におけるガス供給の信頼性が向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【識別番号】０００２２０２６２
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１７日（１９９９．３．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９４５２５
【弁理士】
【氏名又は名称】土井 健二 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２６６２９９（Ｐ２０００−２６６２９９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２６日（２０００．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−７１４０６ |
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