JP2013174412A - 蓄電蓄熱最適化装置、最適化方法及び最適化プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PV101、太陽熱温水器107を含むエネルギー供給機器、エネルギーを消費するエネルギー消費機器及びエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵機器を含む制御対象機器2について、翌日における起動、作動状態及び停止を決定する制御設定値を設定する設定部10aと、設定部10aにより設定された制御設定値と、過去の制御設定値との比較に基づいて、翌日におけるエネルギー消費機器の消費エネルギーの予測値を設定する予測部11と、翌日における制御対象機器の起動及び停止のスケジュールを、評価指標により最適化した発停スケジュールを作成する発停最適化部12、起動する制御対象機器の状態量を、所定の評価指標により最適化した蓄電蓄熱スケジュールを作成する状態量最適化部13を有する。
【選択図】図1
Description
(1) 気象条件によりエネルギーの供給量が変化する機器を含むエネルギー供給機器、エネルギーを消費するエネルギー消費機器及びエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵機器のうち少なくとも一つの制御対象機器について、将来の所定の期間における起動、作動状態及び停止を制御する制御設定値を設定する設定部
(2) 前記設定部により設定された制御設定値と、過去の制御設定値との比較に基づいて、将来の所定の期間における前記エネルギー消費機器の消費エネルギー若しくは前記エネルギー供給機器の供給エネルギーの予測値を設定する予測部
(3) 前記予測値及び前記制御対象機器の特性に基づいて、前記所定の期間における制御対象機器の起動及び停止のスケジュールを、所定の評価指標により最適化した発停スケジュールを作成する発停最適化部
(4) 前記発停スケジュール及び前記制御対象機器の特性に基づいて、起動する前記制御対象機器の状態量を、所定の評価指標により最適化した蓄電蓄熱スケジュールを作成する状態量最適化部
[1.蓄電蓄熱最適化システム]
本実施形態の蓄電蓄熱最適化システムは、図1に示すように、建物1に設置された各種の制御対象機器2、ローカル制御装置3、蓄電蓄熱最適化装置4を有している。
各種の制御対象機器2の接続構成例と、冷水、温水、電気、ガス等のエネルギーの流れを、図2に示す。これらの制御対象機器2のエネルギー授受の関係は、外部からの受電した電力、外部から供給されたガスをエネルギー源として、電気、冷熱、温熱を部屋に供給するものである。
[1.蓄電蓄熱最適化装置]
本実施形態の蓄電蓄熱最適化装置4の構成を、図3、図4を参照して説明する。図3は、蓄電蓄熱最適化装置4の全体構成を示すブロック図、図4は、最適化処理部40を示すブロック図である。
最適化処理部40は、後述する各種の処理データに基づく演算により、機器の発停スケジュール及び蓄電蓄熱スケジュールを最適化する処理部である。この最適化処理部40は、設定値調整部10、予測部11、発停最適化部12、状態量最適化部13、目標達成判定部14、制御設定値出力部15、問い合わせ部18及び再スケジューリング要否判定部17を有している。
設定値調整部10は、空調機の温度設定、照明の照度などの制御設定値を設定する処理部である。この設定値調整部10は、図4に示すように、設定部10a、調整部10bを有している。設定部10aは、制御設定値を設定する処理部である。調整部10bは、制御設定値を消費エネルギー抑制などの目的に合わせて調整する処理部である。
予測部11は、制御対象機器2の消費エネルギー若しくは供給エネルギーを予測する処理部である。この予測部11は、図4に示すように、類似度演算部11a、類似日抽出部11b、予測値設定部11cを有している。
発停最適化部12は、制御対象機器2の消費エネルギーやエネルギーコストなどの所定の評価指標が最小化されるように、発停スケジュールを最適化する処理部である。この機器発停最適化部12は、図4に示すように、起動優先順位決定部121、発停条件設定部122、起動機器割当部123、製造単価集計部124、蓄熱放熱割当部125、蓄熱容量判定部126を有している。
状態量最適化部13は、発停スケジュールにおいて発停が決定された各制御対象機器2の供給熱量等の連続的な状態量を、評価指標に基づいて最適化することにより、蓄電蓄熱スケジュールを求める処理部である。
目標達成判定部14は、最適化された蓄電蓄熱スケジュールが、目標値を満足するか否かを判定する処理部である。目標値は、電力抑制指令値、ピークシフト要求値、建物管理者からの要求値を含む。
制御設定値出力部15は、蓄電蓄熱スケジュールに基づいて各制御対象機器2の制御設定値を生成し、各ローカル制御装置3に出力する処理部である。
開始指示部16は、あらかじめ設定されたタイミングで、最適化処理部40による最適化処理の実行を開始させる処理部である。たとえば、実行日の前日に蓄電蓄熱スケジュールを設定する場合、毎日の所定時間を設定タイミングとすることが考えられる。これを何日おきにするか、何時にするかは、自由に設定可能である。
再スケジューリング要否判定部17は、あらかじめ設定されたタイミングで、蓄電蓄熱スケジュールに基づく制御設定値と、実際の運用データとを比較して、再スケジューリングの要否を判定する処理部である。
問い合わせ部18は、目標達成判定部14が、再スケジューリングの結果について、目標が達成できないと判定した場合に、ローカル制御装置3に、蓄電蓄熱スケジュールを受け入れるか否かを問い合わせる処理部である。
プロセスデータ取得部20は、外部からのプロセスデータを取得する処理部である。プロセスデータとしては、上記のように、運用データ、気象データ、目標値等を取得する。
設定パラメータ入力部21は、設定パラメータを入力する処理部である。設定パラメータとしては、上記のように、処理タイミング、重み係数、評価指標、機器特性、しきい値、機器優先順位等を含む。
処理データ記憶部22は、プロセスデータ、設定パラメータを含む、最適化処理部40の処理に必要なデータを記憶する処理部である。この処理データ記憶部22には、上記で例示したものの他、各部の処理に必要な情報が含まれる。たとえば、各部の演算式、パラメータが含まれる。したがって、製造単価を求めるための電力単価、ガス単価等も、処理データ記憶部22が記憶している。
最適化データ記憶部23は、最適化処理部40による最適化処理で求められたデータを記憶する処理部である。たとえば、最適化データ記憶部23は、蓄電蓄熱スケジュール、制御設定値等を記憶する。この最適化データ記憶部23が記憶したデータを、過去の運用データとして、処理データ記憶部22が記憶することも、最適化処理部40における上記の各部の演算処理に用いることもできる。
送受信部24は、ネットワークNを介して、蓄電蓄熱最適化装置4と、ローカル制御装置3、建物管理者の端末、上位の監視制御装置、気象情報等を提供するサーバ等との情報の送受信を行う処理部である。なお、処理データ記憶部22、最適化データ記憶部23が記憶したデータを、送受信部24が送信することにより、上記のような外部の装置が活用できる。
以上のような本実施形態による最適化処理の手順を、図5〜19を参照して説明する。
[1.翌日の運用スケジュールを前日夜に最適化する処理]
蓄電蓄熱最適化装置4の処理について、図5のフローチャートを参照して説明する。なお、以下に説明する処理は、たとえば、建物1における制御対象機器2の翌日の蓄電蓄熱スケジュールを、前日の夜に最適化する処理である。なお、最適化する蓄電蓄熱スケジュールは、将来の所定の期間であればよく、翌日であるか、一日であるかは限定されない。
まず、開始指示部16は、あらかじめ設定された時刻に、設定値調整部10に最適化処理の実行を指示する。たとえば、前日の21時になると、最適化処理部40が、最適化処理の実行を開始する。図5のフローチャートは、開始指示部40の指示で、最適化処理の実行が開始された後の処理フローを示す。
設定値調整部10の設定部10aは、翌日の建物1内の制御設定値を設定する(ステップ01)。制御設定値には、たとえば、空調の温度設定値、PMV設定値、照度設定値などが含まれる。設定部10aは、制御設定値として、たとえば、所定の期間内に処理データ記憶部22に記憶された運用データのうち、最新の制御設定値若しくは最も頻度が高い制御設定値を設定する。なお、設定部10aは、入力部を介して入力された設定値も、制御設定値として設定できる。
予測部11は、処理データ記憶部22に記憶された過去の所定期間の気象データ及び運用データに基づいて、制御対象機器2の消費エネルギー若しくは供給エネルギーを予測する(ステップ02)。
次に、発停最適化部12は、予測部11により設定された予測値に基づいて、制御対象機器2の発停スケジュールを最適化する。ここで、発停最適化部12の詳細処理を、図7のフローチャートを参照して説明する。最適化のための標記指標としては、後述するように、数パターンから任意選択可能である。ただし、ここでは、一例として、最小化指標としてコストが選択された場合を説明する。
すなわち、機器発停最適化部12の起動優先順位決定部121は、制御対象機器2を起動する優先順位を決定する(ステップ21)。ここで、制御対象機器2の起動優先順位の決定に用いる冷熱製造単価表の一例を、図8に示す。
(1)吸収式冷温水器106(太陽熱利用)
(2)水冷冷凍機105
(3)CGS103及び吸収式冷温水器106(CGS排熱利用、ただし、太陽熱を利用してまだ余力が残っている場合)
(4)空冷HP104
(5)吸収式冷温水器106(ガス使用)
(1)水冷冷凍機105
(2)吸収式冷温水器106(CGS排熱利用)
(3)空冷HP104
(4)吸収式冷温水器106(ガス使用)
次に、発停条件設定部122は、起動優先順位決定部121が求めた起動優先順位に基づいて、冷熱および温熱の消費エネルギーに応じた制御対象機器2の発停条件を計算する(ステップ22)。
次に、起動機器割当部123は、発停条件設定部122が設定した発停条件(起動境界条件及び停止境界条件)と、予測部11が予測した予測値とに基づいて、各時刻において起動する制御対象機器2の割当を行う(ステップ23)。
次に、製造単価集計部124は、各時刻における冷熱製造単価を演算する(ステップ25)。ここで、冷熱製造単価とは、冷熱を製造するためにかかる単価である。たとえば、冷水1kWh分を生成するのに必要なコストは、冷熱製造単価である。この演算は、蓄熱槽108等の蓄熱設備の放熱、蓄熱を考慮した起動機器を確定するために行われる。
次に、蓄熱放熱割当部125は、冷熱製造単価に応じて、各時刻に放熱と蓄熱を割り当てる(ステップ26)。つまり、図12の各時刻の冷水製造単価を、図13に示すように昇順にソートして、冷水製造単価が高い時間帯から放熱を順次割り当て、冷水製造単価が安い時間帯から蓄熱を、順次を割り当てていく。
さらに、蓄熱容量判定部126は、蓄熱設備の放熱量若しくは蓄熱量の積算値が、蓄熱設備の容量に達しているか否かを判定する(ステップ27)。蓄熱設備の容量に達していない場合は(ステップ27のNO)、再度、ステップ25に戻る。つまり、製造単価集計処理、蓄熱放熱割当処理を繰り返す。
さらに、図5のフローチャートに戻って説明する。状態量最適化部13は、機器発停最適化部12で導出された各時刻の起動機器の情報を用いて、蓄電蓄熱のスケジュールを作成する。(ステップ04)。
次に、目標達成判定部14は、上記のように得られた蓄電蓄熱スケジュールが目標値を満足するか否かを判定する(ステップ05)。ここで、処理データ記憶部22に記憶された目標値とは、上記のように、電力抑制指令値、ピークシフト要求値、建物管理者からの要求値などを含む。
目標達成判定部14が、目標値が達成できたと判定した場合、制御設定値出力部15は、各制御対象機器2のローカル制御装置3に制御設定値を出力する(ステップ06)。
以上のように、前日夜に最適化した蓄電蓄熱スケジュールに基づいて、翌日、実際に制御対象機器2が運用を開始する。
(1)あらかじめ定めた間隔(たとえば、30分)
(2)オペレータからの要求が入力された場合
(3)予測の対象であるPV101などの供給エネルギーまたは消費エネルギーに急変が生じた場合
(4)予測に用いた天気予報から実際の気象条件(たとえば、気温、湿度、天気など)が外れた場合あるいは急変が生じた場合
(5)状態量最適化部13により最適化された蓄電蓄熱スケジュールと実際の機器の運用状態がずれた場合
(a)供給エネルギーおよび消費エネルギーの実測値と予測値
(b)最適化された蓄電蓄熱スケジュールの制御設定値と実際の機器の運用状態
以上のような本実施形態によれば、制御対象機器2の消費エネルギー若しくは供給エネルギーを、制御対象機器2の制御設定値を考慮して予測することで、予測精度を向上できる。つまり、同一の室内に設置された同一の制御対象機器2の過去の制御設定値を用いることにより、種類の異なる複数の制御対象機器2について、消費エネルギー若しくは供給エネルギーを正確に予測することができる。
本実施形態は、上記の態様に限定されるものではない。
(1)制御対象機器は、上記で例示したものには限定されない。たとえば、エネルギー供給機器としては、太陽光発電設装置、太陽熱温水器の代わりに、若しくはこれに加えて、風力発電設備等、気象条件によって出力が変化する設備を用いることもできる。なお、本実施形態は、ビル等の所定の建物内に設置された制御対象機器を管理するシステムであるBEMS(Building Energy Management System)に適している。ただし、制御対象機器の設置位置は、単一の建物か複数の建物かには限定されず、屋外を含んでいてもよい。つまり、所定の領域に設置された制御対象機器を制御するEMS(Energy Management System)として、広く適用可能である。
2…制御対処機器
3…ローカル制御装置
4…蓄電蓄熱最適化装置
10…調整値設定部
10a…設定部
10b…調整部
11…予測部
11a…類似度演算部
11b…類似日抽出部
11c…予測値設定部
12…機器発停最適化部
13…状態量最適化部
14…目標達成判定部
14a…比較部
14b…判定部
14c…出力指示部
14d…調整指示部
15…制御設定値出力部
16…開始指示部
17…再スケジューリング要否判定部
18…問い合わせ部
18a…通知部
18b…受付部
18c…出力指示部
18d…調整指示部
20…プロセスデータ取得部
21…設定パラメータ入力部
22…処理データ記憶部
23…最適化データ記憶部
24…送受信部
100…蓄電池
101…PV
103…CGS
104…空冷HP
105…水冷冷凍機
106…吸収式冷温水器
107…太陽熱温水器
108…蓄熱槽
110…部屋
111…空調機
112…温湿度計
114…照明
116…照度計
121…起動優先順位決定部
122…発停条件設定部
122a…起動境界条件設定部
122b…停止境界条件設定部
123…起動機器割当部
124…製造単価集計部
125…蓄熱放熱割当部
126…蓄熱容量判定部
Claims (14)
- 気象条件によりエネルギーの供給量が変化する機器を含むエネルギー供給機器、エネルギーを消費するエネルギー消費機器及びエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵機器のうち少なくとも一つの制御対象機器について、将来の所定の期間における起動、作動状態及び停止を決定する制御設定値を設定する設定部と、
前記設定部により設定された制御設定値と、過去の制御設定値との比較に基づいて、将来の所定の期間におけるエネルギー消費機器の消費エネルギー若しくはエネルギー供給機器の供給エネルギーの予測値を設定する予測部と、
前記予測値及び前記制御対象機器の特性に基づいて、前記所定の期間における制御対象機器の起動及び停止のスケジュールを、所定の評価指標により最適化した発停スケジュールを作成する発停最適化部と、
前記発停スケジュール及び前記制御対象機器の特性に基づいて、起動する前記制御対象機器の状態量を、所定の評価指標により最適化した蓄電蓄熱スケジュールを作成する状態量最適化部と、
を有することを特徴とする蓄電蓄熱最適化装置。 - 前記発停最適化部は、
前記制御対象機器の特性に基づいて、前記消費エネルギー若しくは前記供給エネルギーに応じた前記制御対象機器の起動優先順位を決定する起動優先順位決定部と、
前記制御対象機器の特性及び前記起動優先順位に基づいて、各制御対象機器を起動させるための条件である起動境界条件を設定する起動境界条件設定部と、
前記制御対象機器の特性及び前記起動優先順位に基づいて、各制御対象機器を停止させる条件である停止境界条件を設定する停止境界条件設定部と、
を有することを特徴とする請求項1記載の蓄電蓄熱最適化装置。 - 前記停止境界条件設定部は、前記起動優先順位が高い機器が下限出力とならない範囲で、前記停止境界条件を、前記起動境界条件よりも小さく設定することを特徴とする請求項2記載の蓄電蓄熱最適化装置。
- 前記蓄電蓄熱スケジュールが、所定の目標値を達成しているか否かを判定する目標達成判定部と、
前記目標達成判定部が目標値を達成していると判定した場合に、前記蓄電蓄熱スケジュールに基づく制御設定値を出力する制御設定値出力部と、
前記目標達成判定部が目標値を達成していないと判定した場合に、前記設定部により設定された前記制御設定値を調整する調整部と、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電蓄熱最適化装置。 - 前記目標達成判定部が、目標を達成していないと判定した場合に、前記蓄電蓄熱スケジュールによる制御設定値を受け入れるか否かを、外部に問い合わせる問い合わせ部を有することと特徴とする請求項4のいずれか1項に記載の蓄電蓄熱最適化装置。
- 前記予測部による予測値と実際の消費エネルギー若しくは供給エネルギーの値との差分又は前記制御設定値と前記制御対象機器の実際の状態量との差分が、所定のしきい値を超えているか否かを判定する再スケジューリング要否判定部と、
前記再スケジューリング要否判定部が、所定のしきい値を超えていると判定した場合に、前記制御設定値を調整する調整部と、
を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電蓄熱最適化装置。 - 前記評価指標は、消費エネルギー及びコストの一方若しくは双方の最小化であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電蓄熱最適化装置。
- 前記制御対象機器としては、冷水及び温水を製造する機器が含まれ、
前記評価指標は、冷水製造単価及び温水製造単価若しくは冷水製造エネルギー及び温水製造エネルギーであることを特徴とする請求項7記載の蓄電蓄熱最適化装置。 - エネルギー消費機器には、照明が含まれ、
前記予測部が比較に用いる制御設定値が、照度であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の蓄電蓄熱最適化装置。 - エネルギー消費機器には、空気調和機が含まれ、
前記予測部が、比較に用いる制御設定値が、PMV値であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の蓄電蓄熱最適化装置。 - コンピュータが、
気象条件によりエネルギーの供給量が変化する機器を含むエネルギー供給機器、エネルギーを消費するエネルギー消費機器及びエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵機器のうち少なくとも一つの制御対象機器について、将来の所定の期間における起動、作動状態及び停止を決定する制御設定値を設定する設定処理と、
前記設定処理により設定された制御設定値と、過去の制御設定値との比較に基づいて、将来の所定の期間におけるエネルギー消費機器の消費エネルギー若しくはエネルギー供給機器の供給エネルギーの予測値を設定する予測処理と、
前記予測値及び前記制御対象機器の特性に基づいて、前記所定の期間における制御対象機器の起動及び停止のスケジュールを、所定の評価指標により最適化した発停スケジュールを作成する発停最適化処理と、
前記発停スケジュール及び前記制御対象機器の特性に基づいて、起動する前記制御対象機器の状態量を、所定の評価指標により最適化した蓄電蓄熱スケジュールを作成する状態量最適化処理と、
を実行することを特徴とする蓄電蓄熱最適化方法。 - 前記発停最適化処理は、
前記制御対象機器の特性に基づいて、消費エネルギー若しくは供給エネルギーに応じた前記制御対象機器の起動優先順位を決定する起動優先順位決定処理と、
前記制御対象機器の特性及び前記起動優先順位に基づいて、各制御対象機器を起動させるための条件である起動境界条件を設定する起動境界条件設定処理と、
前記制御対象機器の特性及び前記起動優先順位に基づいて、各制御対象機器を停止させる条件である停止境界条件を設定する停止境界条件設定処理と、
を含むことを特徴とする請求項11記載の蓄電蓄熱最適化方法。 - コンピュータに、
気象条件によりエネルギーの供給量が変化する機器を含むエネルギー供給機器、エネルギーを消費するエネルギー消費機器及びエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵機器のうち少なくとも一つの制御対象機器について、将来の所定の期間における起動、作動状態及び停止を決定する制御設定値を設定する設定処理と、
前記設定処理により設定された制御設定値と、過去の制御設定値との比較に基づいて、将来の所定の期間におけるエネルギー消費機器の消費エネルギー若しくはエネルギー供給機器の供給エネルギーの予測値を設定する予測処理と、
前記予測値及び前記制御対象機器の特性に基づいて、前記所定の期間における制御対象機器の起動及び停止のスケジュールを、所定の評価指標により最適化した発停スケジュールを作成する発停最適化処理と、
前記発停スケジュール及び前記制御対象機器の特性に基づいて、起動する前記制御対象機器の状態量を、所定の評価指標により最適化した蓄電蓄熱スケジュールを作成する状態量最適化処理と、
を実行させることを特徴とする蓄電蓄熱最適化プログラム。 - 前記発停最適化処理は、
前記制御対象機器の特性に基づいて、消費エネルギー若しくは供給エネルギーに応じた前記制御対象機器の起動優先順位を決定する起動優先順位決定処理と、
前記制御対象機器の特性及び前記起動優先順位に基づいて、各制御対象機器を起動させるための条件である起動境界条件を設定する起動境界条件設定処理と、
前記制御対象機器の特性及び前記起動優先順位に基づいて、各制御対象機器を停止させる条件である停止境界条件を設定する停止境界条件設定処理と、
を含むことを特徴とする請求項13記載の蓄電蓄熱最適化プログラム。
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