JP2007159341A - 負荷監視制御方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数負荷機器の起動時のピーク電力を簡単な構成で抑制する。
【解決手段】配電線に手動の起動スイッチＳ１１〜Ｓ３２を介して負荷機器Ｌ１１〜Ｌ３２を接続し、負荷と手動の起動スイッチの間にリモートスイッチＲ１１〜Ｒ３２を接続する。負荷Ｌ１１を起動するため手動起動スイッチＳ１１を投入すると、手動スイッチ操作信号１２０が監視制御装置１１０に送られる。監視制御装置１１０は手動スイッチＳ１１からの操作信号を受けると所定の待機時間、他の手動スイッチＳ１２〜Ｓ３２の信号を監視する。待機時間内に他の負荷、たとえばＬ３１の投入を検知すると、データベース１６０よりＬ１１、Ｌ３１の優先度、起動時間を読込み、優先順にかつ起動時間に応じた起動遅延時間を演算し、待機時間経過後に、Ｒ１１をオンしてＬ１１を起動し、起動遅延時間後にＬ３１を起動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、集合住宅やマイクログリッドなど、小規模系統における複数需要家の負荷機器の起動制御方式に係り、起動時のピーク負荷を抑制する負荷監視制御システムに関する。

負荷機器は起動時に、定常時の消費電力に比べてかなり大きな電力を消費する。この電力増加分については、複数の負荷機器がある場合に、各機器の電力増加分の総和に対し同時に起動させる確率を考慮し、一定割合を減じて決定するのが一般的である。

同一需要家であれば、起動のタイミングをずらすことは比較的容易であるが、異なる需要家の間では調整が難しく、需要家間では同時起動の確率を、同一需要家の場合より高く見積もる必要がある。需要家あるいは集合住宅等の需要家群において必要となる電力が、契約電力に相当することは言うまでもない。

特許文献１には、契約電力を低減する手段として、デマンド制御機器に対して稼動状態を監視しながら、電力使用量が契約電力量を超えると予測されたとき、優先度の低い負荷を自動で停止するデマンドコントローラが提案されている。

特開２００３−２５０２２０号公報

上記従来技術で、契約電力を上回る恐れがある場合に、優先度の低い負荷を自動で停止する方法は、起動時を含めて必要となる電力を抑える、換言すれば、契約電力を抑える点では優れている。

しかし、稼動状態を常時、監視する必要があり、既設の小規模系統などに適用する場合に、コントローラのコストが高く、設置や配線にも困難がある。

本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、起動時の負荷制御に限定した簡単なコントローラで、配線も容易な負荷監視制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、商用系統と１ヶ所で接続される構内配電線に複数の負荷機器を接続する小規模系統の負荷監視制御方法であって、負荷機器毎に起動指令を与え、ユーザーが操作可能な第１のスイッチ群と、負荷機器毎に起動実行指令を伝達するための第２のスイッチ群を有し、所定時間内に複数の第１のスイッチからの起動指令があるとき、予め負荷機器について設定してある優先順位と起動時間を読み出し、優先順位の順に、かつ、機器間に前記起動時間に基づく起動遅延時間を設定して、該当する第２のスイッチを順次起動することを特徴とする。

また、本発明は、商用系統と１ヶ所で接続される構内配電線に複数の負荷機器を接続する小規模系統の負荷監視制御装置であって、負荷機器毎に起動指令を与え、ユーザーが操作可能な第１のスイッチ群と、負荷機器毎に起動実行指令を伝達するための第２のスイッチ群と、負荷機器毎に起動の優先順位と起動遅延時間を記憶するデーターベースと、第１のスイッチからの起動指令を受信すると前記データーベースを参照し、優先順位と起動遅延時間を読み出して、その優先順位と起動遅延時間に従って該当する第２のスイッチに起動実行指令を与える監視装置を設けることを特徴とする。

ユーザーが負荷機器を必要なタイミングで起動しながら、起動時の負荷の重なりによるピーク電力の加分を抑制でき、契約電力を低く抑えることができる。また、監視装置は簡単かつ低コストで、既設の配電線に容易に設置できる。

さらに商用系統と連系された小規模系統（マイクログリッド）においては、契約電力抑制の効果と同時に、商用系統との連系点での電力変動を抑制する効果が得られる。

本発明の最良の実施形態は、商用系統と１ヶ所で接続される構内配電線に接続される１つ以上の需要家の各負荷機器からの起動に関する情報を収集し、各負荷機器に対して起動実行指令を生成する監視制御装置を有する負荷監視制御システムである。システムには、需要家あるいは需要家群内の各負荷機器について、ユーザーが制御可能な第１のスイッチと、監視制御装置からの制御指令を各負荷機器に伝達するための第２のスイッチを有する。負荷機器の起動指令が第１のスイッチによって複数重なって出された場合、監視制御装置は予め設定された負荷機器毎の優先順位と起動時間から、負荷装置の起動に伴う消費電力のピークが小さくなるように、第２のスイッチにより各負荷機器の起動時間を変更する。以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施例を示す需要家系統図である。複数の需要家Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で構成される集合住宅には、それぞれの需要家に２台ずつの負荷（Ｌ１１、Ｌ１２、〜Ｌ３１、Ｌ３２）があり、配電変電所１５０から電力が供給される。集合住宅全体の電力を計測する共同受電点電力計測装置Ｍ０と、各需要家の受電点の電力計測装置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が設置されており、契約電力を定める基準となる電力を監視している。電力の計測結果は計測信号１３０として監視制御装置１１０に送られる。

負荷Ｌ１１からＬ３２には、それぞれ手動の起動スイッチＳ１１、Ｓ１２〜Ｓ３１、Ｓ３２が接続される。また負荷Ｌ１１からＬ３２と、手動の起動スイッチＳ１１からＳ３２の間に、直列にリモートスイッチＲ１１、Ｒ１２〜Ｒ３１、Ｒ３２が接続される。

ユーザーが負荷Ｌ１１を起動するため、手動起動スイッチＳ１１を投入すると、手動スイッチ操作信号１２０が監視制御装置１１０に送られる。この時点ではリモートスイッチＲ１１が遮断されているため、負荷Ｌ１１は起動しない。監視制御装置１１０は、手動スイッチＳ１１からの操作信号を受けると所定の待機時間、他の手動スイッチＳ１２〜Ｓ３２の信号を監視する。待機時間内に他の負荷、たとえばＬ３１の投入を検知すると、データベース１６０より予め設定された負荷毎の優先順位、起動時の消費電力増大分と持続時間を読込み、消費電力のピークが小さくなるよう負荷Ｌ１１と負荷Ｌ３１の起動順と、必要な起動間隔を演算する。待機時間が過ぎると、起動順と起動間隔に従ってリモートスイッチ操作指令１３０をリモートスイッチＲ１１とＲ３１に送信する。

リモートスイッチ操作指令１３０を受けたリモートスイッチＲ１１とＲ３１は、演算結果の順序、時間に従って順次投入され、負荷Ｌ１１と負荷Ｌ３１が起動する。これにより負荷Ｌ１１と負荷Ｌ３１が同時に起動した場合に比べ、消費電力のピークを抑制することができる。

図２は監視制御装置における負荷モニタリングと起動操作のフローである。監視制御装置では常時起動信号待ちプロセス（２０１）が走っている。手動操作スイッチからの起動信号を受信するまでは待機状態となる（２０２）。起動信号を受信すると、起動待ち負荷としてバッファに追加し（２０３）、待機時間のタイマーをスタートさせる（２０４）。待機時間中に追加の起動信号を受信した場合（２０５）には、起動待ち負荷を追加する（２０６）。待機時間終了まで、追加の起動信号を待った後（２０７）、現時点で負荷起動プロセスが実行中かどうかを確認し（２０８）、負荷起動プロセスが実行中の場合には負荷起動プロセスが終了するまで追加起動信号待ちの処理を繰り返す。負荷起動プロセスが実行中でなければ、これまでの起動待ち負荷に対して負荷起動プロセスの実行を開始し（２０９）、待機時間タイマーを停止・リセットして（２１０）、起動信号待ち状態に戻る。

負荷起動プロセスは開始すると（２１１）、起動待ち負荷の特性をデータベース（２１７）から読込み（２１２）、起動優先順位・起動の遅延時間を決定する（２１３）。決定された起動順序、遅延時間に従って負荷のリモートスイッチにＯＮ指令を送信する（２１４）。起動待ち負荷全台に対して投入指令を送信するまで繰り返して（２１５）、負荷起動プロセスが終了する（２１６）。

図３は複数の負荷が所定時間内（ほぼ同時期）に起動される場合の各部の信号と消費電力の推移を示す。監視制御装置は起動信号のモニタリング３１０で、負荷Ｌ１１の起動スイッチ操作信号３１１を受信すると、処理バッファ３２０に負荷Ｌ１１を起動待ち負荷として登録する。所定の待機時間（例えば１０秒）中に、負荷Ｌ３１の起動スイッチ操作信号３１２を受信すると、処理バッファ３２０に負荷Ｌ３１を起動待ち負荷として追加する。

負荷Ｌ１１の起動スイッチ操作信号３１１受信から、負荷Ｌ３１の起動スイッチ操作信号３１２受信までの時間差３２５が短い場合、負荷の消費電力の合計は、負荷Ｌ１１の消費電力増大部分と、負荷Ｌ２の消費電力増大部分の合成となり、合計消費電力のピーク３６１が大きくなる。本実施例では、起動入力時間差３２５が所定の値（例えば５秒）より小さい場合、それぞれの負荷の起動時消費電力増大部分が重畳しないように、起動遅延時間３３４を求める。起動遅延時間を求める方法は図４にて説明する。

待機時間３２３が終了した後、リモートスイッチＲ１１に対して負荷Ｌ１１起動指令３３１を送信する。次に、起動遅延時間３３４が経過してから、リモートスイッチＲ３１に対して負荷Ｌ３１起動指令３３３を送信する。このような制御を行うことで、負荷Ｌ３１の消費電力のピークは制御なしの場合に比べて遅れて立ち上がるため、合計消費電力のピーク３６２は、制御なしの場合のピーク３６１と比較して抑制される（３６３）。

図４は起動遅延時間を求めるためのデータベースの構成を示している。データベース１５０には予め負荷特性を記録しておき、負荷起動プロセスが開始（２１１）したときに監視装置１１０はデータベース１５０から当該負荷の特性を読み込む。データベース１５０には、負荷Ｎｏ毎に、負荷名称、優先順位、ピーク消費電力Pp、定常消費電力Ps、起動時間Trなどが記憶されている。起動時間Trとは負荷の起動開始から定常電力に至るまでの時間である。起動待ち負荷となっている負荷に対して、優先順位に従って起動順序を決定し、最初に起動する負荷の起動時間と、次の負荷を起動するまでの起動遅延時間を決定する。起動遅延時間は、当該負荷の起動時間またはその所定比（例えば定格の１０％増）で決定される。以下、起動待ち負荷の台数分だけ同じ処理を繰り返す。

負荷の優先順位の決め方としては、ユーザーの利便性を考慮して、手動スイッチ投入から負荷起動までのタイムラグがあると不自然に感じるような、照明設備や電子レンジ等を上位とし、ある程度のタイムラグが許容される空調機などは下位に定めるのがよい。

また、起動遅延時間は負荷固有とせず、次に起動する負荷との関係で決定するようにしてもよい。例えば、屋内照明と電子レンジの場合、あるいは屋内照明と空調機の場合では、電子レンジや空調機の起動特性に応じて起動遅延時間が変えられるように、負荷組み合わせ毎の起動遅延時間を設定しても良い。

図５は本発明をビルの空調とエレベーターに適用した例である。商用系統６２０から受電設備６２１を介してビル全体で共同受電している需要家において、エレベーター６０４、屋内照明６０５、空調室内機６０６、空調室外機６１０を設置している。それぞれの手動スイッチ６０７、６０８、６０９に監視制御装置６０３との通信線を、電源線とは別に、あるいは電力線搬送を用いて電力線と共通のラインで接続している。各負荷の電源にはリモートスイッチが接続されている。リモートスイッチの接続については、図６または図７で述べる。照明、空調、エレベーターの各起動時間が重ならないように制御することで、ビル全体のピーク消費電力を抑制することができる。

図６はリモートスイッチと、負荷機器にリモートスイッチを接続する構成の一例を示している。（ａ）は接続構成を示し、手動操作スイッチ７０１から電源コンセント７０２への電圧供給をON／OFFすることによって、負荷機器７０５をON／OFFする形態を示し、照明設備、換気扇などに好適である。

電源コンセント７０２と負荷機器７０５の電源プラグ７０４の間に、リモートスイッチ内蔵コンセント７１０を配置する。即ち、電源コンセント７０２にリモートスイッチ内蔵コンセント７１０のプラグを刺し込み、負荷機器７０５の電源プラグ７０４をリモートスイッチ内蔵コンセント７１０に差し込む。

（ｂ）はリモートスイッチ内蔵コンセントを示し、電源コンセント７０２からのＡＣ入力７１１の電圧を分圧し（７１２）、電圧検出器７１５で検出したら、データ送受信器７１６から監視制御装置７０６に向けてデータを送信する。また、監視制御装置７０６からリモートスイッチ操作指令を受信したら、スイッチ駆動信号発生回路７１７で信号を発生し、リモートスイッチ７１３の接点を閉じてＡＣ出力７１８に電圧を出す。

本実施例によれば、既存の負荷機器に改造を施すことなく、負荷機器にリモートスイッチを適用することが可能となる。

図７は負荷機器にリモートスイッチを接続する構成の一例を示している。（ａ）は接続構成を示し、電源コンセント８０２には常時電圧が供給されていて、負荷機器８０４のON／OFFは負荷機器８０４にケーブルで接続された手動操作スイッチ８０１で行う形態に適用され、空調機などに好適である。

負荷機器８０４と手動操作スイッチ８０１の間にリモートスイッチ８１０を挿入する。リモートスイッチ８１０は、手動操作スイッチ８０１の接点信号（ＯＮ／ＯＦＦ）を受信すると、（ｂ）に示すように、データ送受信器８１２から監視制御装置８０５に向けてデータを送信する。また、監視制御装置８０５からリモートスイッチ操作指令（ＯＮ／ＯＦＦ）を受信すると、負荷機器８０４に対し接点信号（ＯＮ／ＯＦＦ）を出力（８１３）する。負荷機器８０４は電源プラグ８０３から供給される電力を用いて微小な電力を消費する待機回路（タイマー）により接点信号を常時受信しており、接点信号を受けた負荷機器８０４は信号のＯＮ／ＯＦＦに従って負荷機器内部の電子的なスイッチにより起動停止される。

図８は本発明を商用系統と連系した小規模系統（マイクログリッド）に適用した例である。小規模系統は複数の負荷と最低でも一つ以上の電源から構成され、商用系統との連系点の潮流を一定あるいはゼロに保つよう、前記電源を負荷に追従させて制御する機能を有する。

商用系統９０１から電力を受電している小規模系統９００においては、小規模系統内の発電機９０６の発電電力を制御することで、負荷９０５の消費電力の短時間変動に追従させ、商用系統９０１側への逆潮流を防止する。また、受電点９０３で計測している受電電力の短時間の変動を抑制することで、商用系統に対して良き市民として振舞うことが求められている。

それを実現するため小規模系統内には、受電電力、負荷を監視し、発電機の出力を監視制御する端末９０４と、各端末から集めた情報から、発電電力を決定する監視制御装置９０７が設置されている。ここで、端末９０４に本発明による、起動信号のモニタリングとリモートスイッチの機能を追加し、監視制御装置９０７に起動時間遅延を行うソフトを追加する。

これにより、電源出力の制御による負荷追従の効果に加え、起動時間遅延の効果により負荷全体の消費電力変動が抑制され、小規模系統内のピーク消費電力を抑制すると同時に、受電点での電力変動抑制の効果を高めることが可能となる。また、小規模系統の構成においては、監視制御装置や通信線、負荷の監視端末などのインフラを最初から設置することが前提となるため、本発明を付加するにあたっての新たな設備投資は不要である。

本発明の一実施例による需要家系統図。 一実施例による監視制御装置の処理を示すフローチャート。 複数の負荷が起動する場合の各部の信号と負荷電力の推移を示すタイムチャート。 データベースのデータ構成図。 ビルの空調とエレベーターに適用した配置図。 負荷機器にリモートスイッチを接続する配置図。 負荷機器にリモートスイッチを接続する他の配置図。 本発明を商用系統と連系した小規模系統に適用した系統図。

符号の説明

Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…需要家、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２…手動スイッチ、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２…リモートスイッチ、Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２…負荷、Ｍ０…共同受電点電力計測装置、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…電力計測装置、１１０…監視制御装置、１２０…手動スイッチ操作信号、１３０…リモートスイッチ操作指令、１４０…電力計測信号、１５０…配電変電所、１６０…データベース。

Claims (5)

1. 商用系統と１ヶ所で接続される構内配電線に複数の負荷機器を接続する小規模系統の負荷監視制御方法であって、
   負荷機器毎に起動指令を与え、ユーザーが操作可能な第１のスイッチ群と、負荷機器毎に起動実行指令を伝達するための第２のスイッチ群を有し、所定時間内に複数の第１のスイッチからの起動指令があるとき、予め負荷機器について設定してある優先順位と起動時間を読み出し、優先順位の順に、かつ、機器間に起動時間に基づく起動遅延時間を設けて、該当する第２のスイッチを順次起動することを特徴とする負荷監視制御方法。
2. 商用系統と１ヶ所で接続される構内配電線に複数の負荷機器を接続する小規模系統の負荷監視制御装置であって、
   負荷機器毎に起動指令を与え、ユーザーが操作可能な第１のスイッチ群と、負荷機器毎に起動実行指令を伝達するための第２のスイッチ群と、
   負荷機器毎に起動の優先順位と起動遅延時間を記憶するデーターベースと、
   第１のスイッチからの起動指令を受信すると前記データーベースを参照し、優先順位と起動遅延時間を読み出して、その優先順位と起動遅延時間に従って該当する第２のスイッチに起動実行指令を与える監視装置を設けることを特徴とする負荷監視制御装置。
3. 請求項２において、
   前記第２のスイッチは、前記構内配電線に前記第１のスイッチを介して接続される給電端子と前記負荷機器の受電端子の間に挿入され、前記給電端子の電圧を検出する機能と、前記電圧を検出したことを示す信号を送信し、負荷の起動信号を受信する通信機能を持ち、前記起動信号により前記給電端子と前記受電端子の間のスイッチを投入する信号を発生する機能を備えたことを特徴とする負荷監視制御システム。
4. 請求項２において、
   前記構内配電線に接続される給電端子と前記負荷機器の受電端子を常時給電可能に構成し、前記負荷機器は給電される電力を用いて微小な電力を消費する待機回路を持ち、前記待機回路に接続された第２のスイッチからの接点信号により、前記負荷を起動する機能を有し、
   前記第２のスイッチは、前記負荷機器と前記第１のスイッチの間に挿され、第１のスイッチから接点信号を受信すると、該接点信号の受信を示す信号を送信し、負荷の起動信号を受信する通信機能を持ち、前記起動信号により前記第２のスイッチを投入する信号を発生する機能を備えたことを特徴とする負荷監視制御システム。
5. 請求項２において、
   前記配電線に発電装置を接続し、対象とする小規模系統内の需要の変動に発電装置の発電電力を追従させることを特徴とする負荷監視制御システム。

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