JP2013061902A - エネルギー総和抑制制御装置、電力総和抑制制御装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力総和抑制制御装置は、各制御ループの操作量を特定の値にした場合の昇温時間を推定する昇温時間推定部(12)と、各制御ループの制御量を昇温時間の間に設定値変更に応じた量だけ変化させるのに必要な出力を推定し、使用電力総量が割当総電力を超えない必要出力を各制御ループの操作量出力上限値とする電力抑制部(16〜18)と、昇温時間が最大限度時間以内でない場合に、各制御ループの必要出力を、各制御ループの制御量を最大限度時間の間に設定値変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力を各制御ループの操作量出力上限値として再設定する補正設定部(21)と、制御部(23−i)とを備える。
【選択図】 図2
Description
特に複数の電気ヒータを備える加熱装置では、立ち上げ時(複数の電気ヒータが設置されている領域の一斉昇温時)に同時供給される総電力を抑制するために、以下のような手法が提案されている。
特許文献2に開示された半導体ウエハの処理装置では、装置立ち上げ時に一時に大電力が消費されないように、各ヒータに対して時間的にずらしながら電力を供給するようにしていた。
特許文献4に開示された加熱装置では、装置立ち上げ時の過度の消費電流による電力障害を防止するために、まずコンベアより下方に位置するヒータに対し必要とする電力を供給し、かつコンベアより上方に位置するヒータへ供給される電力を制限して、合計消費電力を一定値以下に制御し、炉体内の温度の上昇に伴って温度を切換パラメータとして、コンベアより下方に位置するヒータへの供給電力を減少させるように制御していた。
また、本発明の電力総和抑制制御装置の1構成例は、さらに、昇温開始時点からの昇温の進捗状況を監視する監視手段と、各制御ループLiのうち少なくともいずれか1つの昇温の進捗状況が前記最大限度時間TMに基づく指標よりも下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電力総和抑制制御装置の1構成例は、さらに、昇温開始時点からの経過時間TSを計測する経過時間計測手段と、前記制御量PViの変更量ΔPViに対して昇温が進んだ進捗率Siを制御ループLi毎に算出する昇温進捗率算出手段と、前記経過時間TSと前記最大限度時間TMとから昇温の適切な進捗率指標Sxを算出する指標算出手段と、各制御ループLiの進捗率Siのうち少なくとも1つが前記進捗率指標Sxよりも予め規定された程度だけ下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知手段とを備えることを特徴とするものである。
例として加熱装置を取り上げて説明する。例えば複数の加熱制御系に時間差を設けて順次立ち上げると、結果的に電力に余裕のある時間帯が生じることは避けられないので、その電力の余裕が装置の立ち上げ完了を遅らせる非効率分になることに、発明者は着眼した。単純に言えば、設定値SPのステップ変更が行なわれた際に、制御量PVの設定値SPへの追従制御が行なわれていない状態を多く発生させていることになる。
各制御ループの昇温完了時間が概ね等しくなり、かつ使用電力の合計が割当総電力以内で最大になる操作量出力上限の組み合わせを、前記昇温完了までの推定時間を適宜修正しながら求めれば、最も効率的な立ち上げ方に近づけることができる。
発明者はこのような問題点が発生することを見出し、電力デマンドレスポンス機能が最悪な状態になることを回避する最悪値管理機能を備えるべきであることと、その具体的な実現方法に想到した。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態では、昇温推定時間が長くなり過ぎるケースを排除するために、昇温推定時間に許容範囲を定め、電力抑制を妥協する。
探索処理部18は、昇温時間設定部19と、割当総電力判定部20とから構成される。必要出力推定部15と使用電力合計算出部16と探索処理部18とは、電力抑制手段を構成している。
割当総電力入力部10は、電力を管理する電力デマンド管理システムのコンピュータである上位PC4から、ヒータの電力使用量を規定する割当総電力PWの情報を受信する(図4ステップS100)。
ΔPVi=SPi−PVi ・・・(1)
THi=THoi{100.0/(100.0−MVi)} ・・・(2)
TLi=THiΔPVi ・・・(3)
TL=max(TLi) ・・・(4)
式(4)において、max( )は最大値選出演算関数である。以上のステップS102〜S105の処理により、昇温時間TLを推定することができる。
MUi={100.0THoi/(TL/ΔPVi)}+MVi ・・・(5)
式(5)は、式(2)において、分母の100.0をMUiに置換し、THiをTL/ΔPViに置換して、MUiについて解くことにより得られる数式である。
探索処理部18の割当総電力判定部20は、TW≦PW、すなわち使用電力総量TWが割当総電力PWを超えない場合は(ステップS108においてYES)、各制御ループLiの必要出力MUiをそれぞれ各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして設定する(ステップS109)。
補正設定部21は、探索処理部18で必要出力MUiを最終的に決定したときの昇温時間TL、すなわち必要出力MUiを操作量出力上限値OHiとして設定したときの昇温時間TLが、最大限度時間TM以内になっているか否かを判定する(ステップS112)。TL≦TM、すなわち昇温時間TLが最大限度時間TM以内の場合(ステップS112においてYES)、ステップS116に進む。また、補正設定部21は、TL>TM、すなわち昇温時間TLが最大限度時間TM以内でない場合は、各制御ループLiの必要出力MUiを、各制御ループLiの制御量PViを最大限度時間TMの間に変更量ΔPVi分だけ変化させるのに必要な操作量として次式のように計算し直す(ステップS113)。
MUi={100.0THoi/(TM/ΔPVi)}+MVi ・・・(7)
補正通知部22は、補正設定部21が操作量出力上限値OHiを再設定したときに、最大限度時間TM以内になる昇温時間TLが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する(ステップS115)。
各制御ループLiの制御量PVi(温度)は、温度センサSiによって測定され、制御量PVi入力部25−iを介してPID制御演算部26−iに入力される(ステップS117)。
MVi=(100/PBi){1+(1/TIis)+TDis}(SPi−PVi)
・・・(8)
PBiは比例帯、TIiは積分時間、TDiは微分時間、sはラプラス演算子である。
IF MVi>OHi THEN MVi=OHi ・・・(9)
すなわち、出力上限処理部27−iは、操作量MViが操作量出力上限値OHiより大きい場合、操作量MVi=OHiとする上限処理を行う。
電力総和抑制制御装置2は、以上のようなステップS101〜S120の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで(ステップS121においてYES)、一定時間毎に行う。なお、ステップS102〜S115の処理は、各制御ループLiの設定値SPiのうち少なくとも1つが変更されたときに行われる。
また、本実施の形態では、電力デマンドへの対応(特定時間内の電力使用量の抑制)が原因で、昇温完了までに消費する総電力使用量が大きくなり過ぎることを回避できる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、昇温時間TLに許容範囲を定めていることになるが、上限付近の推定時間という意味になり、上限に対して臨界的な昇温ペースが発生するはずである。すなわち、昇温開始時には昇温時間が最大限度時間TM以内になることを想定していても、ぎりぎりの想定であれば実際には昇温時間が最大限度時間TMを超える可能性はもともと高い。したがって、実際の昇温時にも監視が必要になる。本実施の形態では、昇温開始後の動作を追加する。本実施の形態においても加熱装置全体の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。
昇温進捗率算出部32は、経過時間計測部31が経過時間TSを計測した現時点における各制御ループLiの制御量PViを取得し、昇温時間推定部12の制御量PVi変更量算出部13が算出した制御量PViの変更量ΔPViに対して昇温が進んだ進捗率Siを、取得した制御量PViを用いて次式により制御ループLi毎に算出する(ステップS123)。
Si=1.0−{(SPi−PVi)/ΔPVi} ・・・(10)
Sx=TS/TM ・・・(11)
IF Si<SX−ΔS THEN 警報通知 ・・・(12)
こうして、本実施の形態では、最大限度時間TMの設定が低過ぎて電力の過度な抑制になっている場合に、警報を発生してオペレータに通知することができる。
第1、第2の実施の形態では、電力量に基づいて操作量出力上限値OHiの設定および再設定などの処理を行っているが、これに限るものではなく、例えば燃料使用量などのエネルギー量に基づいて処理を行うようにしてもよい。すなわち、本発明は、第1、第2の実施の形態の電力総和抑制制御装置2で用いる「電力」という物理量を、「エネルギー」あるいは「パワー」に置き換えた形態を権利範囲に含む。
Claims (10)
- 複数の制御ループLi(i=1〜n)の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力手段と、
各制御ループLiの操作量MViを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定手段と、
各制御ループLiの制御量PViを前記制御量変化時間の間に設定値SPiの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力MUiを推定し、この必要出力MUiから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、この使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない前記必要出力MUiの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして設定するエネルギー抑制手段と、
前記制御量変化時間の最大限度時間の情報を受信する最大限度時間入力手段と、
前記制御量変化時間推定手段が推定した制御量変化時間が前記最大限度時間以内でない場合に、各制御ループLiの必要出力MUiを、各制御ループLiの制御量PViを前記最大限度時間の間に設定値SPiの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして再設定する補正設定手段と、
制御ループLi毎に設けられ、設定値SPiと制御量PViを入力として制御演算により操作量MViを算出し、操作量MViを前記操作量出力上限値OHi以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量MViを対応する制御ループLiの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするエネルギー総和抑制制御装置。 - 複数の制御ループLi(i=1〜n)の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力PWの情報を受信する割当総電力入力手段と、
各制御ループLiの変更後の設定値SPiと設定値変更前の制御量PViとから各制御ループLiの制御量PViの変更量ΔPViを算出する制御量変更量算出手段と、
各制御ループLiの設定値変更前の操作量MViから制御量PViの変化レートTHiを算出する制御量変化レート算出手段と、
各制御ループLiの操作量MViを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループLiの昇温時間TLiを前記変更量ΔPViと前記変化レートTHiとから推定し、前記昇温時間TLiのうちの最大値である昇温時間TLを選出する昇温時間算出手段と、
各制御ループLiの制御量PViを前記昇温時間TLの間に前記変更量ΔPVi分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力MUiを推定する必要出力推定手段と、
前記必要出力MUiと各制御ループLiの既知の最大出力時電力値CTmiとから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量TWを算出する使用電力合計算出手段と、
前記昇温時間TLを逐次変更しながら前記必要出力推定手段と前記使用電力合計算出手段とに処理を実行させ、前記使用電力総量TWが前記割当総電力PWを超えない前記必要出力MUiの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして設定する探索処理手段と、
前記昇温時間TLの最大限度時間TMの情報を受信する最大限度時間入力手段と、
前記昇温時間算出手段が算出した昇温時間TLが前記最大限度時間TM以内でない場合に、各制御ループLiの必要出力MUiを、各制御ループLiの制御量PViを前記最大限度時間TMの間に設定値SPiの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして再設定する補正設定手段と、
制御ループLi毎に設けられ、設定値SPiと制御量PViを入力として制御演算により操作量MViを算出し、操作量MViを前記操作量出力上限値OHi以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量MViを対応する制御ループLiの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項2記載の電力総和抑制制御装置において、
さらに、前記補正設定手段が前記操作量出力上限値OHiを再設定したときに、最大限度時間TM以内になる昇温時間TLが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する補正通知手段を備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項2または3記載の電力総和抑制制御装置において、
さらに、昇温開始時点からの昇温の進捗状況を監視する監視手段と、
各制御ループLiのうち少なくともいずれか1つの昇温の進捗状況が前記最大限度時間TMに基づく指標よりも下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項2または3記載の電力総和抑制制御装置において、
さらに、昇温開始時点からの経過時間TSを計測する経過時間計測手段と、
前記制御量PViの変更量ΔPViに対して昇温が進んだ進捗率Siを制御ループLi毎に算出する昇温進捗率算出手段と、
前記経過時間TSと前記最大限度時間TMとから昇温の適切な進捗率指標Sxを算出する指標算出手段と、
各制御ループLiの進捗率Siのうち少なくとも1つが前記進捗率指標Sxよりも予め規定された程度だけ下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 複数の制御ループLi(i=1〜n)の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力ステップと、
各制御ループLiの操作量MViを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定ステップと、
各制御ループLiの制御量PViを前記制御量変化時間の間に設定値SPiの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力MUiを推定し、この必要出力MUiから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、この使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない前記必要出力MUiの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして設定するエネルギー抑制ステップと、
前記制御量変化時間の最大限度時間の情報を受信する最大限度時間入力ステップと、
前記制御量変化時間推定ステップで推定した制御量変化時間が前記最大限度時間以内でない場合に、各制御ループLiの必要出力MUiを、各制御ループLiの制御量PViを前記最大限度時間の間に設定値SPiの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして再設定する補正設定ステップと、
設定値SPiと制御量PViを入力として制御演算により操作量MViを算出し、操作量MViを前記操作量出力上限値OHi以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量MViを対応する制御ループLiの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするエネルギー総和抑制制御方法。 - 複数の制御ループLi(i=1〜n)の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力PWの情報を受信する割当総電力入力ステップと、
各制御ループLiの変更後の設定値SPiと設定値変更前の制御量PViとから各制御ループLiの制御量PViの変更量ΔPViを算出する制御量変更量算出ステップと、
各制御ループLiの設定値変更前の操作量MViから制御量PViの変化レートTHiを算出する制御量変化レート算出ステップと、
各制御ループLiの操作量MViを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループLiの昇温時間TLiを前記変更量ΔPViと前記変化レートTHiとから推定し、前記昇温時間TLiのうちの最大値である昇温時間TLを選出する昇温時間算出ステップと、
各制御ループLiの制御量PViを前記昇温時間TLの間に前記変更量ΔPVi分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力MUiを推定する必要出力推定ステップと、
前記必要出力MUiと各制御ループLiの既知の最大出力時電力値CTmiとから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量TWを算出する使用電力合計算出ステップと、
前記昇温時間TLを逐次変更しながら前記必要出力推定ステップと前記使用電力合計算出ステップの処理を実行させ、前記使用電力総量TWが前記割当総電力PWを超えない前記必要出力MUiの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして設定する探索処理ステップと、
前記昇温時間TLの最大限度時間TMの情報を受信する最大限度時間入力ステップと、
前記昇温時間算出ステップで算出した昇温時間TLが前記最大限度時間TM以内でない場合に、各制御ループLiの必要出力MUiを、各制御ループLiの制御量PViを前記最大限度時間TMの間に設定値SPiの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力MUiを各制御ループLiの操作量出力上限値OHiとして再設定する補正設定ステップと、
設定値SPiと制御量PViを入力として制御演算により操作量MViを算出し、操作量MViを前記操作量出力上限値OHi以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量MViを対応する制御ループLiの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とする電力総和抑制制御方法。 - 請求項7記載の電力総和抑制制御方法において、
さらに、前記補正設定ステップで前記操作量出力上限値OHiを再設定したときに、最大限度時間TM以内になる昇温時間TLが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する補正通知ステップを備えることを特徴とする電力総和抑制制御方法。 - 請求項7または8記載の電力総和抑制制御方法において、
さらに、昇温開始時点からの昇温の進捗状況を監視する監視ステップと、
各制御ループLiのうち少なくともいずれか1つの昇温の進捗状況が前記最大限度時間TMに基づく指標よりも下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知ステップとを備えることを特徴とする電力総和抑制制御方法。 - 請求項7または8記載の電力総和抑制制御方法において、
さらに、昇温開始時点からの経過時間TSを計測する経過時間計測ステップと、
前記制御量PViの変更量ΔPViに対して昇温が進んだ進捗率Siを制御ループLi毎に算出する昇温進捗率算出ステップと、
前記経過時間TSと前記最大限度時間TMとから昇温の適切な進捗率指標Sxを算出する指標算出ステップと、
各制御ループLiの進捗率Siのうち少なくとも1つが前記進捗率指標Sxよりも予め規定された程度だけ下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知ステップとを備えることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
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