JP2012152081A

JP2012152081A - 需要電力制御装置

Info

Publication number: JP2012152081A
Application number: JP2011010587A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Shimoda; 英介下田; Shigeo Numata; 茂生沼田; Hitoo Morino; 仁夫森野; Toshihiro Yamane; 俊博山根
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】太陽光発電の発電予測を利用することで、需用電力予測の精度を向上することができる需要電力制御装置を提供する。
【解決手段】過去の消費電力値を日時情報と関係付けて記憶する消費電力値記憶手段と、消費電力値を検出する消費電力検出手段と、消費電力検出手段による所定時間内の消費電力値変化と、消費電力値記憶手段に記憶されている日毎の所定時間内の消費電力値変化との差の二乗積算値が最も小さい日の消費電力値を予測するべき当日の予測消費電力値として出力する消費電力予測手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力を平準化するために、消費電力を予測する機能を有する需要電力制御装置に関する。

現在、電気料金の契約電力決定方法の１つに実量制という方法がある。実量制とは、３０分単位の消費電力の平均値（以下、需用電力と称する）のうち、当月を含めた前１２ヶ月間で最大となる需用電力を契約電力とする方法である。実量制においては年間の需用電力をなるべく低く抑えることが望ましい。需用電力をある一定値以下に抑える方法として、デマンドコントローラを用いた需用電力制御がある。デマンドコントローラを用いた需用電力制御では、３０分毎にある時刻で需用電力を予測し、予測された需用電力が予め設定しておいた需用電力目標値を超える場合に、特定の機器を停止させることで、需用電力が管理される。

図３は、デマンドコントローラを用いた需用電力制御で需用電力予測に用いられる代表的な線形予測手法を示す図である。線形予測手法では３０分毎に電力の推移を計測し、その積算値（電力量）の推移から、ある時刻で３０分間の消費電力量Ｐを（１）式に基づいて予測する。予測された３０分間の消費電力量Ｐが需用電力目標値に相当する消費電力量目標値を上回った場合、特定の機器を停止させ需用電力を目標値以下に維持させる。
Ｐ＝Ｐｘ＋ΔＰ×Δｔ・・・（１）

なお、負荷機器全体の消費電力量の予測を精度よく行い、これにより契約電力を超過しないで機器制御を円滑に行うために、理論計算による予測が困難である主だった負荷機器の動作状態とその時の実消費電力量の関係等の履歴を情報テーブルに格納し、後に消費電力量の予測を行う際に該情報テーブルを使用することで、精度の高い消費電力量の予測を行うデマンド制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−０１４１７９号公報

ところで、線形予測手法では、３０分間の電力推移が一定（ΔＰが一定）の場合には精度よく需用電力を予測できるが、電力推移の変動が大きい場合、正確に需用電力を予測することができないという問題がある。特に近年、加速的に導入が進んでいる太陽光発電などの自然変動電源が大量に導入されている建物などでは、天候に依存する発電量の不確実性から電力推移の変動がさらに増大する恐れがあるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、太陽光発電の発電予測を利用することで、需用電力予測の精度を向上することができる需要電力制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、過去の消費電力値を日時情報と関係付けて記憶する消費電力値記憶手段と、消費電力値を検出する消費電力検出手段と、前記消費電力検出手段による所定時間内の消費電力値変化と、前記消費電力値記憶手段に記憶されている日毎の所定時間内の消費電力値変化との差の二乗積算値が最も小さい日の消費電力値を予測するべき当日の予測消費電力値として出力する消費電力予測手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、自然変動電源の予測発電電力値を求めて出力する発電電力予測手段と、前記消費電力予測手段により求めた予測消費電力値と、前記発電電力予測手段により求めた予測発電電力値とを入力し、前記予測消費電力値と、前記予測発電電力値とから予測需要電力値を求める需要電力算出手段と、前記予測需要電力値と、所定の需用電力目標値とに基づいて、電力を消費する負荷機器の運転を制御する運転制御手段とをさらに備えたことを特徴とする。

本発明は、前記自然変動電源は、太陽光発電装置であり、前記発電電力予測手段は、太陽光発電装置が設置されている地点の日射量を検出する第１の日射量検出手段と、太陽光発電装置が設置されている地点から離れた地点の日射量を検出する第２の日射量検出手段と、前記第２の日射量検出手段が設置地点の風速を検出する風速検出手段とを備え、前記第１の日射量検出手段と前記第２の日射量検出手段の距離と、前記風速検出手段によって検出した風速に基づいて求めた経過時間と、前記第２の日射量検出手段の出力から前記第１の日射量検出手段の出力を減算した差分に基づいて、前記経過時間後における前記第１の日射量検出手段の地点の日射量を予測することにより、前記発電電力値を求めることを特徴とする。

本発明によれば、自然変動電源の発電予測を利用することで、需用電力予測の精度を向上することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示す日射計と風速計の位置関係を示す説明図である。消費電力の線形予測手法を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による需要電力制御装置を説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、コンピュータ装置から構成する需要電力制御装置である。符号２１、２２は、日射計であり、日射量情報を出力する。符号３は、風速計であり、風速情報を出力する。符号４は、需要電力制御装置１が管理する電力を計測する電力計であり、需要電力制御装置１が管理する消費電力を計測して消費電力情報を出力するとともに、太陽光発電装置７の発電電力を計測して発電電力情報を出力する。符号５、６は、需要電力制御装置１が管理する電力を消費する負荷機器であり、需要電力制御装置１からの制御信号に基づいて運転が制御される。

符号１１は、需要電力制御装置１の処理動作を統括して制御する制御部である。符号１２は、日時情報を出力する計時部である。符号１３は、ハードディスクドライブ等で構成する記憶部である。符号１４は、日射計２が出力する日射量情報、風速計３が出力する風速情報、電力計４が出力する消費電力情報及び発電電力情報を入力する入力部である。符号１５は、制御部１１が出力する指示情報に基づいて出力減信号や停止信号を負荷機器５、６に出力する出力部である。符号１１ａは、消費電力を予測する消費電力予測部である。符号１１ｂは、発電電力を予測する発電電力予測部である。符号１１ｃは、需要電力を制御する需要電力制御部である。

ここで、図２を参照して、図１に示す日射計２１、２２、風速計３及び太陽光発電装置７の設置位置関係について説明する。図２に示すように、日射計２２は、太陽光発電装置７に近傍に設置されており、日射計２１と風速計３は、太陽光発電装置７から西の方向に離れた地点（例えば、２０ｋｍ離れた地点）に設置される。これは、雲は西から東へ移動するのが原則であることに基づくものである。すなわち、日射計２１において検出した日射量が減少した場合、雲の発生による影響であると見なし、日射計２１が設置されている地点の上空の雲が風速計３により検出された風速の速度で移動するとして、この雲が太陽光発電装置７が設置されている地点に到達する時刻を予測するものである。

また、日射計２２は、太陽の傾きの影響をなくすために、２つの日射計２１、２２の出力の差分に基づき雲が太陽光発電装置７の上空に到達する時刻を予測する。すなわち、日射計２１の出力値から日射計２２に出力値を減算した場合の差が０であれば日射計２１、２２の地点の雲の状況は同じ状態であるため、所定時間経過後においても太陽光発電装置７が設置されている地点の日射量は変化しないとみなす。また、西に離れた地点の日射計２１の出力値から日射計２２に出力値を減算した場合の差が負の値（日射計２１の出力値が小さい）の場合は、所定時間後に太陽光発電装置が設置されている地点の日射計２２の出力が日射計２１によって検出された値と同等になり天候が曇ってくるとみなす。さらに、日射計２１の出力値から日射計２２に出力値を減算した場合の差が正の値（日射計２１の出力値が大きい）の場合は、所定時間後に太陽光発電装置が設置されている地点の日射計２２の出力が日射計２１によって検出された値と同等になり、雲が晴れてくるとみなす。需要電力制御装置１は、この予測結果を用いて、需要電力の制御を行う。

次に、図１に示す需要電力制御装置１の処理動作を説明する。まず、制御部１１は、予め決められた時間間隔で、入力部１４を介して、日射計２１、２２が出力する日射量情報、風速計３が出力する風速情報、電力計４が出力する消費電力情報及び発電電力情報を入力し、記憶部１３に記憶する。このとき、制御部１１は、記憶部１３に記憶する情報（日射量情報、風速情報、消費電力情報及び発電電力情報）に対して、計時部１２から出力される日時情報（日付、曜日、時刻）を関係付けて記憶する。この日射量情報、風速情報、消費電力情報及び発電電力情報を記憶部１２に記憶する動作は、繰り返し続行する。

消費電力予測部１１ａは、計時部１２が出力する日時情報を参照して、所定時刻になった時点において、入力部１４を介して消費電力情報を入力し、記憶部１３内に記憶されている情報を参照し、過去の同時刻前Ｘ分間（Ｘは任意に設定する）の消費電力値を読み込む。消費電力予測部１１ａは、読み込んだ消費電力値の中で当日の消費電力値との差の二乗積算値が最も小さい日の消費電力値が予測するべき当日の予測消費電力値として需要電力制御部１１ｃへ出力する。このように、記憶部１３に過去の消費電力値と日時情報とを関係付けて記憶しておき、消費電力予測部１１ａは、消費電力の予測を線形予測手法ではなく、過去の実績値を基に消費電力値を予測する。

発電電力予測部１１ｂは、入力部１４を介して、出力予測を行うべき太陽光発電装置７から西に離れた位置に設置された日射計２１と、日射計２２との日射量情報の差と、風速計３が計測した風速情報とを入力する。太陽光発電装置７が設置された場所では、前述した予測処理に基づき、日射計２２の出力値が所定時間（風速と日射計までの距離をかけあわせて得られる時間）後に西に離れた日射計２１の出力値になると予測し、この予測値を所定時間後の日射量と予測する。記憶部１３には、過去の日射量と実際の発電電力が関係付けられた情報が記憶されており、発電電力予測部１１ｂは、この情報を参照して、予測した日射量から発電電力予測値として需要電力制御部１１ｃへ出力する。

一方、需用電力制御部１１ｃは、消費電力予測部１１ａが予測して求めた消費電力予測値と、発電電力予測部１１ｂが予測して求めた発電電力予測値とを足し合わせて、需用電力予測値を求める。ｔ分後（ｔは任意に設定する）の需用電力予測値が予め設定しておいた需用電力目標値を上回る場合、需要電力制御部１１ｃは、出力部１５を介して負荷機器５、６に対して、出力減信号や停止信号を出力することにより、負荷機器５、６の運転制御を行う。記憶部１３には、予め負荷機器５、６の運転制御方法（出力減信号や停止信号の出力）と消費電力削減量が優先度と合わせた情報を有しており、この情報を参照して、需要電力制御部１１ｃは、消費電力削減量に基づき、需用電力予測値が目標値を下回るまで、優先度に従って負荷機器５、６に対して、出力減信号や停止信号を出力する。これにより、負荷機器５、６の運転制御が行われることになる。

なお、前述した説明においては、風速計３によって風速を検出し、この風速で雲が東に移動するものとして日射量の予測を行う動作を説明したが、日射計２２の周囲の離れた地点（例えば、北、北東、東、南東、南、南西、西、北西の８地点）に、それぞれ日射計と風速計と風向計を設置し、風速計の風速で、風向計の方向に雲が移動するものとして日射量の予測を行うようにしてもよい。これにより、日射量の予測精度を向上させることができる。

以上説明したように、従来手法では、消費電力量のみを計測して需用電力を予測していたが、本発明によれば消費電力量と自然変動電源（太陽光発電装置７）の発電予測値を用いて需用電力値を予測するために、太陽光発電装置７の発電電力値予測と負荷電力（消費電力）値予測を分離することで、予測精度を高めることが可能になる。また、建物負荷は日単位で類似した消費傾向を持つことが多いので、負荷の急増時など線形予測手法の精度が悪くなるようなケースに対しても適用可能である。

なお、図１に示す制御部１１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより需要電力制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

消費電力を予測して、太陽光発電装置を使用して電力負荷を平準化することが不可欠な用途に適用できる。

１・・・需要電力制御装置、１１・・・制御部、１１ａ・・・消費電力予測部、１１ｂ・・・発電電力予測部、１１ｃ・・・需要電力制御部、１２・・・計時部、１３・・・記憶部、１４・・・入力部、１５・・・出力部、２１、２２・・・日射計、３・・・風速計、４・・・電力計、５、６・・・負荷機器、７・・・太陽光発電装置

Claims

過去の消費電力値を日時情報と関係付けて記憶する消費電力値記憶手段と、
消費電力値を検出する消費電力検出手段と、
前記消費電力検出手段による所定時間内の消費電力値変化と、前記消費電力値記憶手段に記憶されている日毎の所定時間内の消費電力値変化との差の二乗積算値が最も小さい日の消費電力値を予測するべき当日の予測消費電力値として出力する消費電力予測手段と
を備えたことを特徴とする需要電力制御装置。
自然変動電源の予測発電電力値を求めて出力する発電電力予測手段と、
前記消費電力予測手段により求めた予測消費電力値と、前記発電電力予測手段により求めた予測発電電力値とを入力し、前記予測消費電力値と、前記予測発電電力値とから予測需要電力値を求める需要電力算出手段と、
前記予測需要電力値と、所定の需用電力目標値とに基づいて、電力を消費する負荷機器の運転を制御する運転制御手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の需要電力制御装置。
前記自然変動電源は、太陽光発電装置であり、
前記発電電力予測手段は、太陽光発電装置が設置されている地点の日射量を検出する第１の日射量検出手段と、太陽光発電装置が設置されている地点から離れた地点の日射量を検出する第２の日射量検出手段と、前記第２の日射量検出手段が設置地点の風速を検出する風速検出手段とを備え、
前記第１の日射量検出手段と前記第２の日射量検出手段の距離と、前記風速検出手段によって検出した風速に基づいて求めた経過時間と、前記第２の日射量検出手段の出力から前記第１の日射量検出手段の出力を減算した差分に基づいて、前記経過時間後における前記第１の日射量検出手段の地点の日射量を予測することにより、前記発電電力値を求めることを特徴とする請求項２に記載の需要電力制御装置。