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SPSS Modeler ノードリファレンス 2-14 CPLEXの最適化ノード

Last updated at 2023-01-11Posted at 2023-01-11

2-14 CPLEXの最適化ノード[レコード設定タブ]

1.ノードの目的

Modelerからの入力をつかってCPLEXで最適化を行います。

2.解説動画（4分）

3.クイックスタート

一時間ごとの電力需要データから最大消費電力を最小化する、蓄電池への充放電を算出します。

＊データは[5.参考情報]からダウンロードできます。

[線グラフ]ノードでもデータを確認しておきます。日中帯は需要が多く、夜間や朝は少ないということがわかります。

[可変長ファイル]ノードに[CPLEXの最適化ノード]ノードと[テーブル]ノードを順番に接続します。

[CPLEXの最適化ノード]ノードをダブルクリックして編集します。[OPLモデル]に以下のOPLモデルのコードを入力します。このコードはあらかじめCPLEX Optimization Studioなどで作成しておきます。

PowerPeakMinimize.mod

//①既知の情報の定義///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//１時間毎の電力需要量
tuple TDemands{
  int time;
  float demand;
}

{TDemands}Demands=...;

float BatteryCapacity = 500;    //蓄電池の容量
float ChargeDemandsEfficiency = 100;  //時間あたりに充放電できる量
float BatteryInit = 0;    //蓄電池充電量初期値


//②決定変数と決定式///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//決定変数
dvar float BatteryInput[d in Demands];  //充放電量

//決定式
dexpr float BatteryCharge[d in Demands] = BatteryInit + sum(d2 in Demands:d2.time<=d.time)BatteryInput[d2];  //バッテリー残量
dexpr float Consumption[d in Demands] = d.demand+ BatteryInput[d];      //電力消費量
dexpr float MaxConsumption = max(d in Demands) Consumption[d];  //電力消費の最大値

//③目的関数の定義///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
minimize MaxConsumption;//電力消費を最小化する

//④制約条件の定義///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
subject to{
  forall(d in Demands){
    Consumption[d] >= 0;    //電力消費量はマイナスにならない
    BatteryCharge[d] <= BatteryCapacity;      //バッテリー容量以上の電力は充電できない
    if(d.time==1){                    //バッテリーからの放電量は充電されている量以下である
      BatteryInput[d] >= -BatteryInit;    
    }else{
      BatteryInput[d] >= -BatteryCharge[item(Demands,d.time-1)];
    }  
    BatteryInput[d] <= ChargeDemandsEfficiency;    //バッテリーへの充電量は時間当たり上限がある
    BatteryInput[d] >= -ChargeDemandsEfficiency;    //バッテリーからの放電量は時間当たり上限がある  
  }
}

なお、上のOPLモデルの意味は以下の記事で解説しています。

CPLEXで蓄電池をつかったピーク消費電力最小化 - Qiita

そして、[入力データ]タブの設定をします。
[データソース]が入力CSVであることを確認します。
次に、[入力データに対応するOPLのタプルセット名]にOPLモデルでデータ・ファイルから読み込んでいたタプルを指定します。ここでは「Demands」になります。
そして、[入力マッピング]でOPLモデルのタプルの列名の「time」、「demand」とModelerからの入力データの列名の「TIME」、「DEMAND」マッピングを行います。「demand」のデータ型は[浮動小数点]であることに注意してください。

次に、[出力]タブの設定をします。
[出力モード]は[決定変数]を選びます。
[OPLでの目的関数値の変数名]に「MaxConsumption」を入力します。これが最適化結果でスカラー値なので、すべての行に同じ値が入ります。
[出力に使用する目的関数値のフィールド名]に「最大電力消費量」を入力します。これが最適化値の列名になります。
[出力タプル]にデータ・ファイルから読み込んでいたタプルを指定します。ここでは「Demands」になります。結果的にはModelerから入力したデータになっています。これでtimeとdemandの列が出力されます（Modelerからの入力ではなくtupleからの出力なので、小文字で定義されています）

そして、[変数の出力]でOPLモデルの決定変数の「BatteryInput」を「充放電」として、決定式の「BatteryCharge」を「バッテリー残量」として、「Consumption」を「電力消費量」として出力しています。これらはすべてfloatなので[データ型]は[浮動小数点]にします。