JP2005312210A - 集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集合住宅全体の電力負荷について制御していないため、複数の家庭の電灯線が接続されている幹線の過負荷を引き起こし、幹線ブレーカが落ちてしまう。
【解決手段】屋外電灯線から供給された電力は、トランス１１により１００もしくは１００Ｖと２００Ｖに降圧され電灯線でメイン・サーキット・ブレーカ１２（ＭＣＢ）を介して集合住宅１４に供給される。ＭＣＢ１２は、ＭＣＢ１２に流れる電流値を測定し、幹線電流制御指示器１３（ＩＢ制御器）に電流値を出力する。ＩＢ制御器１３は、出力された電流値の変化により処理アルゴリズムに基づき各戸の電力制御機能付き電気機器に対する制御命令を電灯線搬送信号として送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、集合住宅の各戸の電力負荷を制御する装置及び方法に関する。

近年、住宅の高気密・高断熱化により室内の空気の汚染がないクリーンな熱源として電力が見直され、夜間電力利用の温水給湯器の普及によりオール電化住宅が増加し、さらに冷暖房用電力需要をはじめ電力消費量は年々増加の一途をたどっている。このような状況下で、電力供給の規制緩和が進められており電力自由化により電力供給ビジネスが活発化し、電力供給に関する競争が激しさを増している。

また、一般家庭では、複数台のエアコン等の多くの電気製品を備えることが一般化した為、集合住宅ではさらに多くのエアコンが設置され、また電化厨房も普及し始めており、電灯線の幹線が過負荷になる恐れが顕在化している。過負荷を回避する手段としては、電灯線の増強を行うことが一般的であるが、既存の幹線の増強工事に手間と多額の費用が必要となる。

そこで、幹線の過負荷を防止する方法として、各家庭の電子レンジ、エアコンといった比較的電力を必要とする電気機器をネットワーク化してその家庭の上限供給電力容量をオーバし、ブレーカが落ちる前に電力使用量を低下させる技術が特許文献１に示されている。

特許第３４０２９５３号公報

前述の家庭内の電気機器をネットワーク化して上限供給電力容量を低下させる技術は、契約電力上限ぎりぎりの電力使用とし、各家庭のブレーカが落ちてしまう問題を回避することは可能であるが、集合住宅全体の電力負荷について制御していないため、複数の家庭の電灯線が接続されている幹線の過負荷を引き起こし、幹線ブレーカが落ちてしまうといった問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、集合住宅の電灯線負荷発生を推測し、過負荷を防止するため、各戸の空調装置及び電化機器を協調制御する技術により、集合住宅の電力負荷を協調制御することで、このような問題を解決することをその１つの目的としている。

さらに、各戸の電力負荷を協調制御して、ピーク電力を抑制することもその１つの目的としている。

以上のような目的を達成するために、本発明は、集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、電灯線の元にあり、幹線の過負荷を防止する幹線ブレーカと、幹線ブレーカに流れる電流を取得する電流取得手段と、幹線から分岐し、各戸へ電力を供給する分岐電灯線と、電流取得手段からの電流と電流の変化により幹線の電流値を予測する幹線電流予測手段と、分岐電灯線に接続された各戸の電気機器へ運転指令を伝達する通信手段と、制御を司る制御器と、制御器が送信した運転指令を受信する少なくとも１つの電気機器と、を備え、制御器は、幹線電流予測手段からの予測電流値に応じた少なくとも１段階の運転指令を各電気機器へ通信手段を用いて送信し、運転指令に基づき幹線に流れる電流を各電気機器が調整することを特徴とする。

本発明は、集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、電灯線の元にあり、幹線の過負荷を防止する幹線ブレーカと、幹線ブレーカに流れる電流を取得する電流取得手段と、幹線から分岐し、各戸へ電力を供給する分岐電灯線と、電流取得手段からの電流と電流の変化により幹線の電流値を予測する幹線電流予測手段と、分岐電灯線に接続された各戸の電気機器へ運転指令を伝達する通信手段と、制御を司る制御器と、制御器が送信した運転指令を受信する少なくとも１つの電気機器と、を備え、制御器は、幹線電流予測手段からの予測電流値が第１定格電流値を越えた場合、通信手段を用いて各戸の電気機器へ第１省電力運転指令を送信し、各電気機器が受信した運転指令と現在の運転状況により電流値を下げる調整を行い、電力ピークを低減する第１運転モードにすることを特徴とする。

また、本発明に係る集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、制御器は、幹線電流予測手段からの予測電流値が第１定格電流値を超え、さらに第２定格電流値を越える場合は、通信手段を用いて各戸の電気機器へ第２省電力運転指令を送信し、電気機器は受信した運転指令により第２運転モードである運転停止を行い、電力ピークを低減することを特徴とする。

さらに、本発明に係る集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、制御器は、電流取得手段からの電流値が第２定格電流値より減少し、第１定格電流値を下回る電流値となるまで、電気機器を第２運転モードとする第２省電力指令を維持し、電流値が第２定格電流未満の第１定格電流値より減少し、第１定格電流値を下回る電流値となるまで、電気機器を第１運転モードとする第１省電力指令を維持し、それぞれ電流値が第１定格電流値を下回る電流値の場合は電流制御解除指令を送信することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、電気機器は、制御器が送信した運転指令を受信し、受信した運転命令と現在の運転状況を基に自己の使用電力を調整することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、第１定格電流値は、幹線ブレーカが作動する電流を下回る電流値であり、第２定格電流値は、第１定格電流値を上回り、さらに電流が増加すると幹線ブレーカが作動する電流値であることを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、第１省電力運転指令は、電気機器の使用者に警告することで不要な電気機器の停止を依頼又は省電力とする指令であり、第２省電力運転指令は、電気機器を停止する指令であることを特徴とする。

本発明は、集合住宅における屋内電灯線の電流制御方法において、電灯線の元にあり、幹線の過負荷を防止する幹線ブレーカに流れる全戸の電流を取得する電流取得工程と、電流取得工程からの電流と電流の変化率により幹線の電流値を予測する幹線電流予測工程と、幹線から分岐し、各戸へ電力を供給する分岐電灯線に接続された各戸の電気機器へ制御器が運転指令を送信する運転指令送信工程と、少なくとも１つの電気機器が運転指令を受信する運転指令受信工程と、を備え、制御器は、幹線電流予測工程で取得した予測電流値に応じた少なくとも１段階の運転指令を運転指令送信工程で電気機器へ送信し、運転指令に基づき幹線に流れる電流を各電気機器が調整することを特徴とする。

本発明によれば、各戸間の電力負荷を協調制御して、ピーク電力を抑制することが可能でとなる。さらに、既存の集合住宅において、幹線増強工事を避けながら、新規集合住宅の場合には、電気設備を過大することなく、適切なコストで電化促進を図ることも可能となる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は、第１の実施形態における集合住宅１４の電流制御装置の全体を示す全体構成図である。屋外電灯線から６ｋＶの高圧電線で供給された電力は、トランス１１により２００Ｖ，１００Ｖの双方、もしくは１００Ｖのみに降圧され、複数の幹線ブレーカ１２（以下ＭＣＢという）を有する幹線に分かれ、幹線からさらに分岐された分岐電灯線により各戸（Ａ１〜Ｃ３）に供給される。幹線電流制御指示器１３（以下ＩＢ制御器という）は、ＭＣＢ１２に流れる電流値を獲得し、獲得した電流値をメモリに記憶し、移動平均値を計算し、後述するアルゴリズムで１分間程度先の幹線の電流値を予測し、各戸電力制御機能付き電気機器に対する制御命令を電灯線搬送信号として送信する。

図２は、第１の実施形態における各戸の電流制御装置に関する構成を示す戸内構成図である。各戸２０は、各戸の電流を計測し、ＩＢ制御器１３へ送信する機能を有する電流計測送信器２６と、内部の変換機能で制御命令に変換するゲートウエイ２１と、分電盤２２と、省エネ音声発生器２３と、ソフトスイッチボックス２４を介して接続される家電・住設機器（住宅設備機器）２５とを備えている。また、省エネ音声発生器２３は図示しない表示器とスピーカによりメッセージの表示と音声による警告を行う。

各戸２０は、各戸２０の電流値を分岐電灯線に設けられた電流計測送信器２６で測定し、好ましくはＩＢ制御器１３に送信する。この処理により、ＩＢ制御器１３は、ＭＣＢ１２の電流値に対してどの分岐電灯線にメッセージを送信することが効果的であるかを識別することが可能となるが、後述の第２，３の実施形態に示すように無くても好適に制御が可能である。

図３は、第１の実施形態における電流制御装置の処理の流れを示すフローチャートであり、図４は、第１の実施形態における電流制御装置の処理の遷移を示す模式図であり、図５は、本実施形態における電流の負荷率変動を絶対値のみでなく、変化率にも注目して検出する条件を示す模式図である。第１の実施形態では、幹線負荷率％（ＤＲ）と負荷変化率％／分（ＤＩＲ）とを組み合わせたアルゴリズムで実現した。以下図３から図５を用いて説明する。

図３において、処理がスタートすると最初に定数設定を行う（ステップＳ１１）。ここでは、予測計算に移行する遮断定格電流に対する幹線負荷率％（ＤＲ）と、各制御信号を発信する幹線電圧予測負荷率％（ＤＥ）の設定と、負荷変化率％／分（ＤＩＲ）および変化率乗数（ＭＤＲ）により各戸へ送出する制御命令の関係が予め設定される。

図５では縦軸に負荷率、横軸に時刻を示す。日没による電灯負荷の増加と夕食時間帯により、夕刻１６時から２０時で幹線負荷率％（ＤＲ）が大きく変化している。そこで、変化率乗数（ＭＤＲ）の設定値は通常“１”が設定されているが、図示しないカレンダーとタイマにより夕刻では“２”、ＤＩＲが負の場合は“０”を設定する。また、ＩＢ制御器１３からの制御命令は、省エネ音声発生器２３でメッセージとして音声で出力されるので、これ以降は、電気機器に対する制御命令を制御命令に対応するメッセージ種別として説明する。

定数設定を行うステップＳ１１が終了すると、ＭＣＢ通常監視モードを設定し、ＭＣＢ１２を流れる電流を測定（ステップＳ１２）し、ＩＢ制御器１３のメモリに記憶される。次に各分岐電灯線に接続されている各戸の使用電流値を受信し、ＩＢ制御器１３のメモリに記憶される（ステップＳ１３）。ＩＢ制御器１３は、過去５分間の各戸の最大電流値（Ｉｍａｘ）の値を求め、メモリに保持する（ステップＳ１４）。

次に、幹線負荷率％（ＤＲ）が８０％以上の高負荷であるかを１分間隔で計測する（ステップＳ１５）。

図４に示す処理の遷移のように、もし負荷が８０％より低く、かつ通常状態と判断できる場合、全戸へ“省エネモード解除”を示すＭ０メッセージを出力し（ステップＳ１６）、引続きＭＣＢ通常監視を行う。

もし、８０％以上の高負荷であることを検知すると、予め計算されている５分前の負荷率と現在の負荷率の変化を１０分間移動平均処理により求めている負荷変化率％／分（ＤＩＲ）を取得する（ステップＳ１７）。本実施形態では、１０分間移動平均処理はドライヤ等の短周期の負荷変動を平均化するのものとして使用したが、この他、指数平均等の算術平均でも良いし、デジタルフィルタによる畳み込み演算等でも良い。

次に、上記結果から幹線電圧予測負荷率％（ＤＥ）を以下の式１で計算する。
ＤＥ＝ＤＲ＋ＤＩＲ＊ＤＭＲ （式１）
得られた幹線電圧予測負荷率％（ＤＥ）を元にして数分から１分先の幹線の電流値を予測し、メッセージ種別設定を行う（ステップＳ１８）。

図４を用いて、メッセージ種別設定処理の説明をする。上段の図は電流上昇時のメッセージの遷移を示し、電流急上昇時は段階スキップする処理を破線で示している。さらに、下段の図は電流下降時のメッセージの遷移を示し、通常状態まで同一制御を継続する処理を同様に破線で示している。図３のメッセージ種別設定（ステップＳ１８）において、
（１）ＤＲが８０％を越えた場合（第０定格電流を越えた場合）、通常状態から幹線電流予測モード（警戒モード：Ｓ１７）に遷移する。
（２）幹線電流予測値ＤＥが上昇し、８５％を越える場合（第１定格電流を越える場合）、Ｍ１メッセージ“省エネ協力依頼”を出力し、Ｍ１モードとする。
（３）さらにＤＥが上昇し、９０％を越える場合（第２定格電流を越える場合）、Ｍ２メッセージ“空調温度制御実施”を出力し、Ｍ２モードとする共にエアコン等の設定温度を変更する。
（４）それでもさらにＤＥが上昇し、９５％を越える場合（第３定格電流を越える場合）、Ｍ３メッセージ“対象機器ＯＦＦ”を出力し予め決められた対処機器の電源を切り、Ｍ３モードとする。
（５）なお、上記（２），（３），（４）のメッセージ遷移が、幹線電流の上昇が急な場合には、各段階を経ず、上位モードへスキップすることもありうる。
（６）幹線電流の下降時、このような制御を維持して通常電流となった場合には、電流制御解除のＭ０メッセージを出力し、各戸の電気機器を制御前の状態に復帰させる。

次に、図３のステップＳ１９において、直前と同一メッセージ及びメッセージの遷移がＭ３→Ｍ２，Ｍ３→Ｍ１，Ｍ２→Ｍ１の時は、メッセージには“ｎｕｌｌ（空白）”を設定して“メッセージなし”とする。さらに、各戸において、過去５分間の最大電流値（Ｉｍａｘ）が契約電流の５０％を上回っている場合は、上記メッセージの受信・被制御対象となり、５０％未満の場合は、制御メッセージを無視し、電気機器は制御されない（ステップＳ２０）。次に、選択された戸へ対応メッセージを送信（ステップＳ２１）して最初に戻り、繰り返し処理が実行される。

なお、第１の実施形態で示した設定値は一例であり、集合住宅の幹線を流れる電流値、電灯線の分岐状態及び負荷となる各戸の電気機器及び消費電力により変化するので、状況に応じて４段階、３段階又は２段階に変更してもよい。

図６は、第２の実施形態における各戸３０の電流制御装置に関する構成を示す戸内構成図である。メッセージの遷移、制御対象の家庭の選択については、ＩＢ制御器１３にインテリジェンスを持たせる方法と各戸側にインテリジェンスを持たせる方法があるが、第２の実施形態においては、ゲートウエイ３１が選択する方式である。ＩＢ制御器１３が送信した電灯搬送信号は、各戸３０（Ａ１〜Ｃ３）に設置されているゲートウエイ３１が受信し、内部の変換機能で制御命令に変換して戸内の分電盤３２を経由して省エネメッセージ発生器３３とソフトスイッチ・ボックス３４へ送信される。省エネメッセージ発生器３３は、制御信号に応じた“省エネ”と“ステータス”に関するメッセージを発声する。ソフトスイッチボックス３４は、家電・住宅設備機器３５の運転状態を保持し、例えばエアコンに場合は、通常運転、省エネ運転、設定空調温度変更及び停止をエアコンに対して制御命令を出力する。

図７は、第３の実施形態における各戸の電流制御装置の構成を示す戸内構成図である。第２の実施形態におけるソフトスイッチ・ボックス３４の代わりに戸内分電盤がピークカット分電盤の機能を有する第３の実施形態について説明する。分電盤３２は分岐ブレーカ３８，３９を備え、ゲートウエイ３１はＩＢ制御器１３からの制御命令に従い、予め決められた優先度により分岐ブレーカ３８，３９を遮断し、接続されているエアコンや家電・住設機器３５，３７である蓄熱装置等への給電を遮断し、ピーク電力を低減する処理を行う。さらに、省エネメッセージ発生器３３は、制御信号に応じた“省エネ”と“ステータス”に関するメッセージを発声し、分岐ブレーカ３８，３９を遮断する前にメッセージによる注意を呼びかける。

以上のように本発明は、集合住宅の電力負荷を協調制御する手法・技術に関し、具体的には（１）集合住宅の電灯線負荷発生を推測する方法、（２）過負荷を防止するため、各戸の空調装置及び電化機器を協調制御するための方法、（３）（１）と（２）を実現するための機器により構成され、各戸間の電力負荷を協調制御して、ピーク電力を抑制することが可能である。なお、上述した３つの実施形態において、設定した数値は一例であり、適応する集合住宅に応じて適切に設定され、快適性を失わずに、電化促進と遮断防止を図るための電流制御が行われることはいうまでもない。

第１の実施形態における集合住宅の電流制御装置の全体を示す全体構成図である。 第１の実施形態における各戸の電流制御装置に関する構成を示す戸内構成図である。 第１の実施形態における電流制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態における電流制御装置の処理の遷移を示す模式図である。 本実施形態における電流の負荷率変動を絶対値のみでなく、変化率にも注目して検出する条件を示す模式図である。 第２の実施形態における各戸の電流制御装置の構成を示す戸内構成図である。 第３の実施形態における各戸の電流制御装置の構成を示す戸内構成図である。

符号の説明

１１ トランス、１２ メイン・サーキット・ブレーカ、１２ 幹線ブレーカ、１３ 幹線電流制御指示器、１４ 集合住宅、２０，３０ 各戸、２１，３１ ゲートウエイ、２６ 電流計測送信器、２２，３２ 分電盤、２３，３３ 省エネ音声発生器、２４，３４，３６ ソフトスイッチボックス、２５，３５，３６，３７ 家電・住設機器、３８，３９ 分岐ブレーカ。

Claims (8)

1. 集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、
   電灯線の元にあり、幹線の過負荷を防止する幹線ブレーカと、
   幹線ブレーカに流れる電流を取得する電流取得手段と、
   幹線から分岐し、各戸へ電力を供給する分岐電灯線と、
   電流取得手段からの電流と電流の変化により幹線の電流値を予測する幹線電流予測手段と、
   分岐電灯線に接続された各戸の電気機器へ運転指令を伝達する通信手段と、
   制御を司る制御器と、
   制御器が送信した運転指令を受信する少なくとも１つの電気機器と、
   を備え、
   制御器は、幹線電流予測手段からの予測電流値に応じた少なくとも１段階の運転指令を各電気機器へ通信手段を用いて送信し、運転指令に基づき幹線に流れる電流を各電気機器が調整することを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置。
2. 集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、
   電灯線の元にあり、幹線の過負荷を防止する幹線ブレーカと、
   幹線ブレーカに流れる電流を取得する電流取得手段と、
   幹線から分岐し、各戸へ電力を供給する分岐電灯線と、
   電流取得手段からの電流と電流の変化により幹線の電流値を予測する幹線電流予測手段と、
   分岐電灯線に接続された各戸の電気機器へ運転指令を伝達する通信手段と、
   制御を司る制御器と、
   制御器が送信した運転指令を受信する少なくとも１つの電気機器と、
   を備え、
   制御器は、幹線電流予測手段からの予測電流値が第１定格電流値を越えた場合、通信手段を用いて各戸の電気機器へ第１省電力運転指令を送信し、各電気機器が受信した運転指令と現在の運転状況により電流値を下げる調整を行い、電力ピークを低減する第１運転モードにすることを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置。
3. 請求項２に記載の集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、
   制御器は、幹線電流予測手段からの予測電流値が第１定格電流値を超え、さらに第２定格電流値を越える場合は、通信手段を用いて各戸の電気機器へ第２省電力運転指令を送信し、電気機器は受信した運転指令により第２運転モードである運転停止を行い、電力ピークを低減することを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、
   制御器は、
   電流取得手段からの電流値が第２定格電流値より減少し、第１定格電流値を下回る電流値となるまで、電気機器を第２運転モードとする第２省電力指令を維持し、
   電流値が第２定格電流未満の第１定格電流値より減少し、第１定格電流値を下回る電流値となるまで、電気機器を第１運転モードとする第１省電力指令を維持し、
   それぞれ電流値が第１定格電流値を下回る電流値の場合は電流制御解除指令を送信することを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載の集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、
   電気機器は、制御器が送信した運転指令を受信し、受信した運転命令と現在の運転状況を基に自己の使用電力を調整することを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置。
6. 請求項２から５のいずれか１項に記載の集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、
   第１定格電流値は、幹線ブレーカが作動する電流を下回る電流値であり、
   第２定格電流値は、第１定格電流値を上回り、さらに電流が増加すると幹線ブレーカが作動する電流値であることを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置。
7. 請求項２から６のいずれか１項に記載の集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置において、
   第１省電力運転指令は、電気機器の使用者に警告することで不要な電気機器の停止を依頼又は省電力とする指令であり、
   第２省電力運転指令は、電気機器を停止する指令であることを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御装置。
8. 集合住宅における屋内電灯線の電流制御方法において、
   電灯線の元にあり、幹線の過負荷を防止する幹線ブレーカに流れる全戸の電流を取得する電流取得工程と、
   電流取得工程からの電流と電流の変化率により幹線の電流値を予測する幹線電流予測工程と、
   幹線から分岐し、各戸へ電力を供給する分岐電灯線に接続された各戸の電気機器へ制御器が運転指令を送信する運転指令送信工程と、
   少なくとも１つの電気機器が運転指令を受信する運転指令受信工程と、
   を備え、
   制御器は、幹線電流予測工程で取得した予測電流値に応じた少なくとも１段階の運転指令を運転指令送信工程で電気機器へ送信し、運転指令に基づき幹線に流れる電流を各電気機器が調整することを特徴とする集合住宅における屋内電灯線の電流制御方法。

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