JP2014236579A - デマンドコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】１台のデマンドコントローラで複数の制御を行うことにより、デマンドコントローラの使用台数を減らす【解決手段】デマンド時限におけるデマンド値を制御するデマンドコントローラ２０であって、始動開始指令を各空調設備５０に対して時間をずらして送ることにより、空調設備５０の始動開始タイミングをずらす始動開始タイミング制御と、予想デマンド値が閾値を超える場合、予想デマンド値のレベルに応じた台数、負荷を停止させる負荷停止制御と、予め設定した時間帯、又は予想デマンド値が基準値を超えることを条件に、設定した時間間隔で各負荷を輪番で停止させるサイクリック制御と、を行う。１台のデマンドコントローラ２０で３パターンの制御を行うため、各パターンごとに専用のデマンドコントローラ２０を設ける場合に比べて、デマンドコントローラ２０の使用台数を減らすことが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、デマンド時限における使用電力量を抑える技術に関する。

従来からデマンド時限（例えば３０分などの時間）における使用電力量（以下、デマンド値）が、契約電力量（以下、契約デマンド値）を超えないように、空調等の負荷を制御するデマンドコントローラが知られている。下記特許文献１に記載のデマンドコントローラでは、1台のデマンドコントローラで、デマンド制御し、デマンド値が契約デマンド値を超えそうになった場合、負荷を輪番で停止するサイクリック制御に移行して負荷を制御することができる。

実開昭５８−１３１１３９公報

デマンド値を抑える制御方法は、上記したサイクリック制御の他にも、複数の制御方法があるのに対して、従来のデマンドコントローラでは、１台が１つの制御を行っていたことから、複数の制御を行う場合には、複数のコントローラを用意する必要があり、改良が求められていた。また、電力平準化の要請から、電力のピークを抑えることが求められており、それについても、対応する必要があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、１台のデマンドコントローラで複数の制御を行うことにより、デマンドコントローラの使用台数を減らすことを目的とする。

本発明は、デマンド時限におけるデマンド値を制御するデマンドコントローラであって、始動開始指令を各負荷に対して時間をずらして送ることにより、負荷の始動開始タイミングをずらす始動開始タイミング制御と、予想デマンド値が閾値を超える場合、予想デマンド値のレベルに応じた台数、負荷を停止させる負荷停止制御と、予め設定した時間帯、又は予想デマンド値が基準値を超えることを条件に、設定した時間間隔で各負荷を輪番で停止させるサイクリック制御と、を行う。
尚、「デマンド時限」とは、予め決められた時間の区切りを意味し（例えば30分時限）、「デマンド値」とは、デマンド時限あたりの使用電力量又は平均使用電力量を意味する。また、「輪番で停止」とは、順番に交替しながら停止し、最後まで進んだ場合には先頭に戻ることを意味する。

本発明の実施態様として以下の構成が好ましい。
前記負荷停止制御と前記サイクリック制御を同時に実行する。両制御を併用することで、デマンド値を一層抑えることが可能となる。

前記サイクリック制御を実行中に、前記予想デマンド値が前記閾値を超える場合に、前記負荷停止制御を実行する。このようにすれば、サイリック制御の実行中に、予想デマンド値が閾値を超えると、その後、サイクリック制御と負荷停止制御が同時に実行される。そのため、デマンド値を一層抑えることが可能となる。

予想デマンド値が、前記基準値として前記閾値を超えた場合に、前記サイクリック制御を実行する。このようにすれば、負荷停止制御と連動して、サイクリック制御を実行することが可能となる。すなわち、予想デマンド値が閾値を超えると、負荷停止制御と、サイクリック制御が同時に実行される。そのため、デマンド値を一層抑えることが可能となり、サイクリック制御で運用しているため、不快感を与えることなく、運用が可能である。

本発明のデマンドコントーラは、デマンド時限のデマンド値を監視するデマンド監視システムに適用することが出来る。

本発明によれば、始動開始タイミング制御の実行により、電力のピークを抑えることが出来る。また、負荷停止制御と、サイクリック制御の実行により、デマンド値を抑えることができる。そして、１台のデマンドコントローラでこれら複数の制御を行うため、デマンドコントローラの使用台数を減らすことができる。

実施形態における、デマンド監視システムの構成を示すブロック図 電力の推移を示すグラフ（始動開始タイミングをずらした場合） 電力の推移を示すグラフ（始動開始タイミングが同時の場合） 電力の推移を示すグラフ 契約デマンド値と警報レベルとの関係を示す図 予想デマンド値の算出方法を示す図

＜一実施形態＞
本発明の一実施形態を図１ないし図６によって説明する。
１．システム構成
図１は、デマンド監視システム１０のブロックである。デマンド監視システム１０は、デマンドコントローラ２０と、複数の接点を有する入出力部３０と、使用電力及び使用電力量を計測するパワーメータ（本発明の「計測部」の一例）４０とを備え、この例では、オフィスビル等の商業施設に設置されている。

図１に示す符号１００は、オフィスビルに設置された分電盤である。分電盤１００には負荷である空調設備５０が電力線Ｌを通じて接続されており、空調設備５０は、分電盤１００から電力の供給を受ける。そして、各電力線Ｌには、それぞれパワーメータ４０が設けられており、空調設備５０にて使用される使用電力及び使用電力量が、パワーメータ（電力計）４０を通じて、デマンド監視システム１０のデマンドコントローラ２０に入力される構成となっている。

また、各空調設備５０には、それぞれ制御装置６０が設けられている。入出力部３０は各空調設備５０ごとに設けられ、対応する空調設備５０の制御装置６０に対して接続されている。尚、図１には、空調設備５０を２台のみ記載しているが、本例では、少なくとも、５台の空調設備が設置されているものとする。尚、番号５０に付した添え字は、空調設備の番号を意味する。

デマンドコントローラ２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２５、表示部２７等を備える。デマンドコントローラ２０は、各パワーメータ４０から取り込まれる使用電力や使用電力量等の計測値に基づいて、デマンド時限のデマンド値を監視（算出）しつつ、以下に説明する（ａ）〜（ｃ）の３パターンの制御を実行する。

「デマンド時限」とは、予め決められた時間の区切りであり、この例では３０分である。また、「デマンド値」とは、デマンド時限あたり使用電力量又は平均使用電力量を意味するが、本実施形態では、前者の意味で使用しており、この例では、デマンド時限あたりに、各空調設備５０で消費された使用電力量の合計である。また、ＲＯＭ２３には、３パターンの制御を実行するためのプログラムや実行条件等の必要なデータが記憶されている。

（ａ）始動開始タイミング制御
（ｂ）サイクリック制御
（ｃ）警報連動制御（本発明の「負荷停止制御」に相当）

２．各制御内容
（ａ）始動開始タイミング制御
始動開始タイミング制御は、各空調設備５０に対して始動開始指令を所定時間ずつずらして出力することで、各空調設備５０の始動開始時刻をずらす制御である。例えば、デマンドコントローラ２０は、オフィスの始業時刻（図２の例では、７時）になると、接点式の入出力部３０を介して、各空調設備５０の制御装置６０に、始動開始指令を１５分ずつずらして出力する。

始動開始指令を受けると、各制御装置６０が空調設備５０を始動させるため、図２に示すように、始動開始時刻である７時を基準として、５台の空調設備５０が１５分ずつ遅れて始動する。すなわち、１台目の空調設備５０−１は７時に始動し、２台目の空調設備５０−２は７時１５分に始動し、３台目の空調設備５０−３は７時３０分に始動し、４台目の空調設備５０−４は７時４５分に、５台目の空調設備５０−５は８時に始動する。

空調設備５０の始動時には大きな始動電流が流れるので、各空調設備５０の始動開始タイミングが一致していると大きなピークが発生するが（図３参照）、本例では、空調設備５０の始動開始タイミングをずらしているので、図２に示すように、始動電流が流れる時期がずれる。そのため、ピークの発生時期がずれることから、電力のピークを抑えることが可能となる。尚、始動開始タイミング制御を実行するタイミングは、上記したオフィスの始業時刻以外にも、停止する複数台の空調設備５０を始動させる場合であれば、適用できる。

（ｂ）サイクリック制御
サイクリック制御は、電力のピークが予想される時間帯について、設定した時間間隔（この例では３０分）で、各空調設備５０を輪番で停止させる、すなわち順番に交替しながら停止させることで、電力のピークを抑える制御である。

例えば、デマンドコントローラ２０は、ピークが予想される時間帯（図４の例では、１０時４５分〜１時１５分）になると、入出力部３０を介して、各空調設備５０の制御装置６０に、停止指令を３０分ずつずらして輪番で出力する。すなわち、１０時４５分から１１時１５分までの３０分間は、１台目の空調設備５０−１に対して停止指令を送り、１１時１５分から１１時４５分までの３０分間は、２台目の空調設備５−２０に対して停止指令を送り、１１時４５分から１２時１５分までの３０分間は、３台目の空調設備５０−３に対して停止指令を送る。そして、１２時１５分から１２時４５分までの３０分間は、４台目の空調設備５０−４に対して停止指令を送り、１２時４５分から１時１５分までの３０分間は、５台目の空調設備５０−５に対して停止指令を送る。

停止指令を受けると、各制御装置６０が、停止指令を受けている期間（以下、停止期間）、空調設備５０を停止させることから、図４に示すように、電力のピークが予想される１０時４５分〜１時１５分の時間帯では各空調設備５０が輪番で停止する。従って、ピークが予想される時間帯について、デマンド値（デマンド時限あたりの使用電力量）を抑えることが出来る。そして、サイクリック制御では、負荷を輪番で停止させるので、負荷が長時間停止しないというメリットがある。

また、停止期間中、空調設備５０の全機能を完全に停止すると、室温が上昇してユーザに不快さを与える。そのため、空調設備５０を停止する際には、制御装置６０により、空調設備５０のうちの、コンプレッサ（すなわち、冷却サイクルを構成する圧縮器）だけを停止させ、送風用のファンは、停止させないようにすることが好ましい。そのようにすれば、停止期間中であっても、空調設備５０は送風運転を続けることが可能となるため、図４に示すように、サイクリック制御の実行中、室内温度が急激に上昇することがなく、快適性を維持できるというメリットがある。

（ｃ）警報連動制御
警報連動制御は、デマンド時限終了時点の予想デマンド値Ｙを、多段階の警報レベルと比較して、予想デマンド値Ｙが警報レベルを超える場合、予想デマンド値Ｙが、どの警報レベルを超えるかによって、停止する空調機器５０の台数を変更するものである。

具体的に説明すると、本例では、図５に示すように、電力事業者との契約デマンド値を基準として、３段階の警報レベルを設けている。警報レベルは、第一警報レベル、第二警報レベル、第三警報レベルの順に、契約デマンド値との差が小さくなっており、警報レベルが上がるほど、デマンド時限終了時点のデマンド値が契約デマンド値を上回る可能性が高い。

一方、デマンド時限終了時点の予測デマンド値Ｙは、図６に示すように、現在デマンド値（デマンド時限の開始時点から現在までの使用電力量）Ｘと、デマンド曲線Ｌの傾きＡ（ΔＸ／Δｔ）と、残り時間（デマンド時限終了時点までの残り時間）Ｔとに基づいて、以下の（１）式より求めることが出来る。

Ｙ＝Ｘ＋Ａ×Ｔ・・・・・・（１）

デマンドコントローラ２０は、各デマンド時限について、デマンド時限の開始から所定時間（この例では、１５分）が経過した時点で、予想デマンド値Ｙを算出し、算出した予想デマンド値Ｙを、警報レベルと比較する処理を行う。

そして、予想デマンド値Ｙが第１警報レベルを超える場合（図５中の予想デマンド値Ｙ１）は、デマンドコントローラ２０は、その時点で、表示部２７に「第１警報レベル」である旨を表示すると共に、入出力部３０を介して制御装置６０に停止指令を送り、空調設備５０を１台、停止させる。また、予想デマンド値Ｙが第２警報レベルを超える場合（図５中の予想デマンド値Ｙ２）は、その時点で、表示部２７に「第２警報レベル」である旨を表示すると共に、空調設備５０を２台、停止させる。予想デマンド値Ｙが第３警報レベルを超える場合（図５中の予想デマンド値Ｙ３）は、その時点で、表示部２７に「第３警報レベル」である旨を表示すると共に、空調設備５０を３台、停止させる。

このように、警報レベルの段階が上がるに連れ、停止させる空調設備５０の台数を増やすことで、デマンド時限終了時点のデマンド値を、契約デマンド値以下に確実に抑えることが可能となる。尚、第一警報レベルよりもデマンド値が低い場合、空調設備５０を停止させることはなく、第一警報レベルが、空調設備５０を停止させる「閾値」となっている。

また、警報連動制御は、デマンド時限を一単位として実行するため、停止させた空調設備５０が存在する場合、デマンドコントローラ２０は、次のデマンド時限の開始時点で、その空調設備５０を再始動させる。この時、複数の空調設備５０を同時に始動してしまうと、始動電流が重なってピークが大きくなるから、複数の空調設備を始動させる場合には、（ａ）の始動開始タイミング制御を実行して、空調設備５０の始動開始タイミングをずらす制御を行う。

また、サイクリック制御の実行中に、警報連動制御の実行条件が成立した場合、すなわち予想デマンド値Ｙが警報レベルを超えた場合には、サイリック制御と同時（並列的に）に警報連動制御を実行する。すなわち、サイクリック制御で１台の空調設備５０を停止している時に、予想デマンド値Ｙが第２警報レベルを上回った場合には、空調設備５０の停止台数１台追加し、予想デマンド値Ｙが第３警報レベルを上回った場合には、空調設備５０の停止台数を２台追加する。

３．効果
デマンド監視システム１０では、始動開始タイミング制御の実行により、電力のピークを抑えることが出来る。また、警報連動制御と、サイクリック制御の実行により、デマンド値を抑えることができる。そして、１台のデマンドコントローラ２０で３パターンの制御を行う。そのため、各パターンごとに専用のデマンドコントローラ２０を設ける場合に比べて、デマンドコントローラ２０の使用台数を減らすことが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、負荷の一例に空調設備を例示したが、負荷は電気機器であればよく、例えば、照明機器等を制御対象にしてもよい。

（２）上記実施形態では、１台の空調設備を１単位として制御する例を説明したが、数台の空調設備を１単位として制御するようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、サイクリック制御を、予め設定した時間帯に実行する例を説明したが、予想デマンド値が第一警報レベル（閾値）を超えることを条件に、サイクリック制御を実行するようにしてもよい。このようにすれば、警報連動制御と連動して、サイクリック制御を実行できる。具体的には、両制御のＯＲで、空調設備を停止させることになる。例えば、サイクリック制御で、空調設備を、「Ａ」→「Ｂ」→「Ｃ」の順番で停止させ、警報連動制御で「Ｂ」の空調設備を停止させるように設定されているとする。この場合、予想デマンド値が第一警報レベル（閾値）を超えると、まず、警報連動制御により、「Ｂ」の空調設備が止められ、同時にサイクリック制御で「Ａ」の空調設備が止められる。したがって、当初は、「Ａ」と「Ｂ」の２台の空調設備が止まることになる。その後、３０分等の設定した時間が経過すると、サイクリック制御は「Ｂ」の空調設備を止めるが、この時、警報連動制御側が「Ｂ」の空調設備を止めていれば、その期間は、警報連動制御にて「Ｂ」の空調設備だけが止められることになる（１台停止）。その後、更に、設定した時間が経過すると、サイクリック制御は、「Ｃ」の空調設備を止めるが、この時、警報連動制御が「Ｂ」の空調設備を止めていれば、「Ｃ」と「Ｂ」の２台の空調設備が止まることになる。このように、警報連動制御とサイクリック制御を連動させることで、警報連動制御とサイクリック制御を同時（並列）に行うことが出来るため、デマンド値を抑えることが可能となる。

（４）上記実施形態では、コントローラ２０に、表示部２７を設けた例を示した。表示部２７は、コントローラ２０に必ずしも設けられている必要はなく、コントローラ２０に外部接続されたパソコン上に、必要な表示を行うようにしてもよい。また、上記実施形態では、始動開始タイミング制御、サイクリック制御、警報連動制御を行う際の、設定（負荷の停止順番や、負荷の停止時間等）を、コントローラ２０側で行っているが、これら設定についても、外部接続されたパソコン側で行うようにしてもよい。

１０...デマンド監視システム
２０...デマンドコントローラ
３０...入出力部
４０...パワーメータ（本発明の「計測器」の一例）
５０...空調機器
６０...制御装置

Claims (5)

1. デマンド時限におけるデマンド値を制御するデマンドコントローラであって、
   始動開始指令を各負荷に対して時間をずらして送ることにより、負荷の始動開始タイミングをずらす始動開始タイミング制御と、
   予想デマンド値が閾値を超える場合、予想デマンド値のレベルに応じた台数、負荷を停止させる負荷停止制御と、
   予め設定した時間帯、又は予想デマンド値が基準値を超えることを条件に、設定した時間間隔で各負荷を輪番で停止させるサイクリック制御と、を行うデマンドコントローラ。
2. 前記負荷停止制御と前記サイクリック制御を同時に実行することを特徴とする請求項１に記載のデマンドコントローラ。
3. 前記サイクリック制御を実行中に、前記予想デマンド値が前記閾値を超える場合に、前記負荷停止制御を実行する請求項２に記載のデマンドコントローラ。
4. 前記予想デマンド値が、前記基準値として前記閾値を超えた場合に、前記サイクリック制御を実行する請求項２に記載のデマンドコントローラ。
5. 前記負荷にて消費される使用電力を計測する計測部と、
   前記計測部の計測値に基づいて、デマンド時限におけるデマンド値を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のデマンドコントローラと、を備えたデマンド監視システム。

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