JP2015033189A

JP2015033189A - 自立同期運転型デマンド削減装置

Info

Publication number: JP2015033189A
Application number: JP2013160160A
Authority: JP
Inventors: 哲吾松尾; Tetsugo Matsuo; 信博藤吉; Nobuhiro Fujiyoshi; 俊之島; Toshiyuki Shima
Original assignee: Matsuo Construction Co Ltd
Current assignee: Matsuo Construction Co Ltd
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-02-16
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: JP5433104B1

Abstract

【課題】全体受電設備による基準時間毎の電力量の計測開始に手動で同期し、一定のタイミングで室外機を停止する停止信号を自立して出力するにある。【解決手段】主電源スイッチ１１を備えた制御電源入力回路１０と、全体受電設備２による電力量の計測開始と手動により同期をとるための同期命令押ボタン２０と、同期命令押ボタン２０が投入されると同時に時間を計測するタイマー３０と、同期命令押ボタン２０に同期する全体受電設備２による電力量の計測開始から基準時間毎において室外機６を停止させるタイミングを設定するプログラムコントローラ４０と、タイマー３０により計測される時間がプログラムコントローラ４０により設定されたタイミングに到達している期間に室外機６を停止する停止信号を生成する制御時期判断回路５０と、停止信号を複数の空調機械の室外機６に対して出力する制御信号出力回路６０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、全体受電設備による一定時間毎の電力量の計測開始に手動で同期し、一定のタイミングで室外機を停止する停止信号を自立して出力する自立同期運転型デマンド削減装置に関する。

電力会社の電気料金（家庭用電力料金を除く）は、契約電力で決まる「基本料金（＝契約電力×料金単価）」と、電力使用量で決まる「電力量料金」により計算される。このうち、契約電力は、わずか、３０分の平均電力でその後一年間の基本料金が決定される。
つまり、電力基本料金は、３０分毎の最大最高値（１／１７５２０＝３６５×２４×２の確率）を一年間払い続ける規定となっている。ここで、空調の消費電力が最も大きく、空調・照明の消費電力を合わせると、約７２％を占める。そのため、節電対策として、これらの分野の節電は極めて有効である。

屋上等に多数設置される空調機の室外機は、各々の室内機からの信号で電動機が運転されている。そのため、各室外機は他の室外機と連携する事なく勝手に運転停止を繰り返している。従って、室外機が同時に運転されてデマンド（電力要求量）が上昇する事になる。
そこで、最大需要電力を抑える方法としては、デマンド制御を導入し、複数の空調機械の室外機に対する協調運転を行うことが挙げられる。ここで、デマンド制御とは、空調室外機の同時投入を避けてデマンド（契約電力値）の上昇を回避する制御のことである。言い換えると、最大需要電力が予想されるときには、一部の空調機械の室外機に対して運転停止信号を出力する運転制御のことである。

なお、デマンド制御は、電力負荷が小さいが、重要度が中程度で制御すると気づく照明・コンセント等や、電力負荷が比較的大きいが、重要度が中から大で制御すると困る生産機器・医療設備に対しては行われない。デマンド制御については、デマンドサイドマネジメント（ＤＳＭ：負荷制御又は負荷調整）として特許文献１に記載されている。

特開２０１０−２０４８３３

デマンド制御の簡単な系統図を図３に示す。図３に示すように、電力会社１から、各施設（工場、学校、ビルディング等）に電力が供給され、供給される電力は全体受電設備（いわゆる電力会社の電力量計である）２を介して、医療機械等３、厨房機械等その他４、照明コンセントその他５、空調機械室外機６へ分配される。空調機械室外機６は、デマンド制御対応に改造される。

全体受電設備２には、全体受電点のデマンド管理のための全体受電電力発信器（以下、電力信号検出装置）７を新設する。電力信号検出装置７は、受電点における全体受電設備２により一定時間（通常は、３０分であり、本発明では、基準時間という）毎の電力量の計測開始時に計測開始を示すパルス信号を出力すると共に全体受電設備２により計測された電力量をパルス信号として出力する。電力信号検出装置７から出力されるパルス信号は、デマンド制御装置８に入力される。デマンド制御装置８は、全体受電点のデマンド管理用の調節計であり、事務所内に新設する。電力信号検出装置７とデマンド制御装置８との間には、信号送信電線が敷設され、また、デマンド制御装置８と空調機械室外機６との間には操作用信号線が敷設される。

このデマンド制御装置８は、電力信号検出装置７から出力される基準時間毎の電力量の計測開始を示すパルス信号に自動的に同期してデマンド制御を開始し、設定されたデマンド目標値（例：５００ｋｗｈ）を超えないように、空調機械室外機６に対して自動的に空調停止信号を出力する。
即ち、デマンド制御装置８は、図４に示すように、運転関始後の電力使用量（実測値）から、時間の経過に従い増加する予測値Ａを算出する。

デマンド制御装置８は、制御スタートから基準時間（３０分）以内に予測値Ａが目標値を超えると予測した場合、空調機械室外機６の一部に対する空調停止信号を出し始める（１段空調切）。一部の空調機械室外機６が停止するため、制御値として示すように、電力使用量の増大が緩やかになる。空調停止から一定時間経過すると空調機械室外機６に対する空調停止信号を終了し、空調機械室外機６の運転が再開する。
その後、デマンド制御装置８は、図３に示すように、電力使用量（実測値）から、時間の経過に従い増加する新たな予測値Ｂを算出し、新たな予測値Ｂが目標値を超えると予測したら、更に多くの空調機械室外機６に対して空調停止信号を出力する（２〜３段空調切）。

これにより、より多くの空調機械室外機６が停止するため、制御値として示すように、電力使用量の増大が更に緩やかになり、制御スタートから基準時間（３０分）を経過した時点でデマンド目標値を下回り、その後に全ての空調機械室外機６に対する空調停止信号を終了する。
更に、デマンド制御装置８は、制御スタートから基準時間毎に再スタートし、上記デマンド制御を繰り返す。

上述したデマンド制御装置８は、電力信号検出装置７から出力されるパルス信号に基づく必要から、電力信号検出装置７とは独立して存在できない非自立的装置であった。
そのため、全体受電設備２に電力信号検出装置７を設ける必要があると共に、事務所内に設置されるデマンド制御装置８と、全体受電設備２に設置される電力信号検出装置７との間には、信号送信電線が必要となる他、事務所内に設置されるデマンド制御装置８と屋外に配置される空調機械室外機６との間には操作用信号線が必要となっていた。

また、デマンド制御装置８は、デマンド目標値を超えないように予測値Ａ,Ｂを繰り返して設定するため、設計にコストが嵩み、高価なものとなる場合があった。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、全体受電設備を介して電力会社から電力が供給される複数の空調機械の室外機に対して、前記全体受電設備による基準時間毎の電力量の計測開始に手動で同期し、一定のタイミングで前記室外機を停止する停止信号を自立して出力することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、請求項１記載の自立同期運転型デマンド削減装置において、前記全体受電設備による電力量の計測開始と手動により同期をとるための同期命令押ボタンと、前記同期命令押ボタンが投入されると同時に時間を計測するタイマーと、前記同期命令押ボタンに同期する前記全体受電設備による電力量の計測開始から前記基準時間毎において前記室外機を停止させる１回又は複数回のタイミングを設定するプログラムコントローラと、前記タイマーにより計測される時間が前記プログラムコントローラにより設定された前記タイミングに到達している期間に前記室外機を停止する停止信号を生成する制御時期判断回路と、前記制御時期判断回路により生成された前記停止信号を前記複数の空調機械の室外機の一部又は全部、室内機或いは集中リモコン装置に対して出力する制御信号出力回路とを備えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、請求項２記載の自立同期運転型デマンド削減装置において、装置全体としての主電源をＯＮ/ＯＦＦするための主電源スイッチを備えた制御電源入力回路を備えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、請求項３記載の自立同期運転型デマンド削減装置において、前記制御電源入力回路は、外気温を検出する温度検出用センサを備え、前記温度検出用センサにより検出される外気温が一定温度範囲内の時には、主電源をＯＦＦとする省エネルギーモードスイッチを有することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項５に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、請求項２記載の自立同期運転型デマンド削減装置において、前記プログラムコントローラは、前記タイミングにより前記室外機を停止させる停止時間を選択する停止時間選択スイッチを備えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項６に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、請求項４記載の自立同期運転型デマンド削減装置において、前記タイミングにより前記室外機を停止させる停止時間を選択する停止時間選択スイッチを備えると共に、前記温度検出用センサにより検出される外気温が前記一定温度範囲を下回る低温時の場合には、前記停止時間選択スイッチによる選択によらず前記室外機が停止する停止時間を最も短時間に自動変更する停止時間自動変更スイッチを有することを特徴とする。

本発明によれば、全体受電設備による基準時間毎の電力量の計測開始に手動で同期して一定のタイミングで室外機を停止する停止信号を自立して出力するので、全体受電設備に対する電力信号検出装置を不要とすると同時に長尺となり易い信号線工事も不要となったことにより、基準時間毎の電力量を削減することができる。更に、同一受電点内での各個離れた工場、事務所、学校、病院等の建物に設置された空調機械群毎に本装置を設置すれば、一斉に自立同期運転によってデマンド削減が可能となる。現実には、離れた建物（本装置と全体受電設備）間の信号線が不要となることは、本発明の大きなメリットとなる。

本発明の一実施例に係る自立同期運転型デマンド削減装置のブロック図である。本発明の一実施例に係る自立同期運転型デマンド削減装置による運転状況を示すグラフである。従来技術に係るデマンド制御系統のブロック図である。従来技術に係るデマンド制御の運転状況を示すグラフである。

以下、本発明の自立同期運転型デマンド削減装置について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施例に係る自立同期運転型デマンド削減装置１００を図１に示す。
本実施例に係る自立同期運転型デマンド削減装置１００は、全体受電設備（図３参照）２を介して電力会社（図３参照）１から電力が供給される複数の空調機械の室外機６に対して、全体受電設備２による基準時間毎の電力量の計測開始に手動で同期し、一定のタイミングで室外機６を停止する停止信号を自立して出力するデマンド制御装置である。

具体的には、自立同期運転型デマンド削減装置１００は、図１に示すように、制御電源入力回路１０、同期命令押ボタン２０、タイマー３０、プログラムコントローラ４０、制御時期判断回路５０及び制御信号出力回路６０を備える。

制御電源入力回路１０は、外部の電源線と接続し、装置全体としての主電源をＯＮ/ＯＦＦするための主電源スイッチ１１を備える。主電源スイッチ１１をＯＮとすると、自立同期運転型デマンド削減装置１００の主要な機器は起動状態となり、主電源スイッチ１１をＯＦＦとすると、自立同期運転型デマンド削減装置１００の主要な機器は停止状態となる。そのため、必要な時以外は、主電源スイッチ１１をＯＦＦとすると、電気使用量が削減され、省エネルギーとなる。

制御電源入力回路１０は、更に、外気温を検出する温度検出用センサ１２を備え、温度検出用センサ１２により検出される外気温が一定温度範囲内の時には、主電源をＯＦＦとする省エネルギーモードスイッチ１３を有する。
空調機械は、外気温の高い夏季及び外気温の低い冬季の間は運転するが、春季及び秋季の間は運転を停止するのが一般的である。そこで、省エネルギーモードスイッチ１３をＯＮとすれば、主電源スイッチ１１をＯＮとしている場合でも、一定温度範囲内のとき、要するに、夏季及び冬季の間以外は主電源がＯＦＦとなり、自立同期運転型デマンド削減装置１００の主要な機器は停止することになる。これにより、春季及び秋季においては、電気使用量が削減され、省エネルギーとなる。例えば、一定温度範囲として、１０℃〜２０℃に設定する。

同期命令押ボタン２０は、全体受電設備２による電力量の計測開始と手動により同期をとるためのボタンである。
例えば、携帯電話を持った作業員を全体受電設備２の前に立たせ、全体受電設備２による電力量の計測開始時（その時に、メータが０となる）に携帯電話により、自立同期運転型デマンド削減装置１００の前に立った作業員に連絡して、同期命令押ボタン２０を投入するのである。

つまり、同期命令押ボタン２０により、自立同期運転型デマンド削減装置１００が全体受電設備２による電力量の計測開始時に手動で同期して制御を開始するのである。
なお、同期命令押ボタン２０による同期は、厳密な意味ではなく、大凡の意味で略同時に投入されれば十分である。後述するように、室外機６に対して分単位で停止信号を出力するため、秒単位でのずれは無視できるからである。

タイマー３０は、図２に示すように、同期命令押ボタン２０が投入されると同時に時間を計測する。即ち、タイマー３０が時間を計測するのと同時にデマンド制御をスタートする。図２では、一例として、１２時００分から制御スタートする。
タイマー３０としては、主電源のＯＮ/ＯＦＦに関係なく、継続して時間を計測できるように、待機電力、或いは、内部バッテリーにより計測機能を維持するようにすると良い。このように、タイマー３０による時間の計測を継続できれば、同期命令押ボタン２０による同期は、頻繁に行う必要はなく、年に１回程で十分である。全体受電設備２による電力量の計測開始は、少なくとも１年間は変更されないからである。

プログラムコントローラ４０は、同期命令押ボタン２０に同期する全体受電設備２による電力量の計測開始から基準時間毎において室外機６を停止させる１回又は複数回のタイミングを設定する。設定される１回又は複数回のタイミングについては、後述する。
制御時期判断回路５０は、タイマー３０により計測される時間がプログラムコントローラ４０により設定された１回又は複数回のタイミングに到達している間に室外機６を停止する停止信号を生成する。停止信号は、何れのメーカの空調機械の室外機６にも対応した規格とする。

制御信号出力回路６０は、制御時期判断回路５０により生成された停止信号を複数の空調機械の室外機６に対して出力する。室外機６には、一般に、デマンド制御用の外部端子が付属しているので、この外部端子を利用して制御信号出力回路６０と接続する。本実施例では、室外機６の全てに対して停止信号を同時に出力しているが、複数の室外機６に対して順番に停止信号を出力するように設定しても良い。また、各空調機械毎の投入時の時間をずらす機能を搭載することにより、各空調エリアのデマンド制御時間に違いを持たせることも可能となる。なお、空調機械の室外機６に対して停止信号を出力するのではなく、室内機又は集中リモコン装置（図示省略）に対して停止信号を出力することもできる。室外機６にデマンド制御用の端子がなく、室内機又は集中リモコン装置にデマンド制御用の端子がある場合があるからである。室内機又は集中リモコン装置に出力された停止指令に基づいて室外機６が停止することになる。

ここで、図２に示すように、プログラムコントローラ４０は、１２時００分から制御スタートし、室外機６を停止させる２回のタイミングとして、一例として、基準時間３０分の間に、１２時１２分から１２時１５分までと、１２時２７分から１２時３０分を設定する。そのため、制御時期判断回路５０は、１２時１２分から１２時１５分までと、１２時２７分から１２時３０分までの停止信号を生成し、制御信号出力回路６０から室外機６へ出力する。
そのため、消費電力量（デマンド）は、１２時１２分から１２時１５分までは上昇することなく一定を保ち、また、１２時２７分から１２時３０分までは上昇することなく一定を保つ。つまり、基準時間である３０分の間に、室外機６は３分×２＝６分停止するため、６分間の使用電力量が削減されるのである。従って、本実施例によれば、６／３０＝２０％のデマンドが低減することになる。

例えば、図２に示すように、デマンド制御なしで電力使用量１００ｋｗｈの場合に、２０％のデマンドが低減すると、１００ｋｗｈ×２０％＝２０ｋｗｈ低減することになり、電力使用量は８０ｋｗｈとなる。なお、一例として、２回のタイミングで設定したが、１回のタイミング、例えば、６分×１回を設定することもできる。図２中のデマンドは、電灯コンセントを除いた空調デマンドグラフを示す。
なお、空調機械の室外機６としては、一般的に２０％程度の余裕を以て設計及び施工されることから、室外機６を３０分間に６分間停止しても、健康な人ならば違和感を感じることはないものと考えられる。

更に、プログラムコントローラ４０は、室外機６を停止させる停止時間を選択する停止時間選択スイッチ４１を備えている。
上述した通り、一例として、停止時間を３分×２＝６とすると２０％のデマンドが低減するが、デマンドの低減が過剰となる場合がある。例えば、老人ホームにおいて、冬季に空調を暖房として使用する場合に、２０％デマンドを低減すると、暖房不足により入居者の健康を損ねる可能性がある。

そのような場合を想定して、停止時間を２分×２＝４として、４／３０＝１３％のデマンドを低減する選択肢を設けるのである。例えば、停止時間選択スイッチ４１としては、Ｈ（停止時間３分×２＝６、２０％デマンド低減）又はＬ（停止時間２分×２＝４、１３％デマンド低減）の選択スイッチを設けると良い。なお、選択肢としては、二つに限らす三つ以上としても良い。

更に、プログラムコントローラ４０は、温度検出用センサ１２により検出される外気温が一定温度範囲（１０℃〜２０℃）を下回る低温時の場合には、停止時間選択スイッチ４１による選択によらず室外機６が停止する停止時間を最も短時間に自動変更する停止時間自動変更スイッチ４２を有する。
上述したように、老人ホームにおいて、冬季に空調を暖房として使用する場合に、２０％のデマンドを低減すると、入居者の健康を損ねる可能性があるため、１３％のデマンドを低減するように、停止時間選択スイッチ４１をＨからＬに切り替えれば良いのであるが、不注意により停止時間選択スイッチ４１の切り替えを失念することも有り得る。

そこで、この停止時間自動変更スイッチ４２を投入しておけば、停止時間選択スイッチ４１をＨに切り替えていた場合でも、温度検出用センサ１２により検出される外気温が一定温度範囲（１０℃〜２０℃）を下回る低温時の場合、つまり、冬季に空調を暖房として使用する際には、停止時間選択スイッチ４１をＨからＬに自動的に切り替えて、老人ホームにおいて入居者の健康を損ねる不測の事態を未然に防止することが可能となる。

以上、実施例に基づいて具体的に説明した通り、本実施例の自立同期運転型デマンド削減装置１００は、同期命令押ボタン２０により、全体受電設備２による電力量の計測開始時に手動で同期して制御開始するので、全体受電設備２に電力信号検出装置を設ける必要もなく、電力信号検出装置との間に信号伝送線も不要となる利点がある。
そのため、自立同期運転型デマンド削減装置１００は、屋外に設置して、室外機６に単に接続するだけで良く、コストダウンを図ることが可能である。

また、プログラムコントローラ４０に設定されたタイミングにより室外機６を停止する停止信号を自立して出力するので、デマンド目標値を超えないように予測値を繰り返して設定するため設計にコストが嵩む高価な従来のデマンド制御装置に比較して安価に設計することができるという利点もある。

本発明は、全体受電設備による一定時間毎の電力量の計測開始に手動で同期し、一定のタイミングで室外機を停止する停止信号を自立して出力する自立同期運転型デマンド削減装置として広く産業上利用可能なものである。

１０制御電源入力回路
１１主電源スイッチ
１２温度検出用センサ
１３省エネルギーモードスイッチ
２０同期命令押ボタン
３０タイマー
４０プログラムコントローラ
４１停止時間選択スイッチ
４２停止時間自動変更スイッチ
５０制御時期判断回路
６０制御信号出力回路
１００自立同期運転型デマンド削減装置

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、全体受電設備を介して電力会社から電力が供給される複数の空調機械の室外機に対して、前記全体受電設備による一定時間（以下、基準時間という）毎の電力量の計測開始に手動で同期し、一定のタイミングで前記室外機を停止する停止信号を自立して出力する自立同期運転型デマンド削減装置において、前記全体受電設備による電力量の計測開始と手動により同期をとるための同期命令押ボタンと、前記同期命令押ボタンが投入されると同時に時間を計測するタイマーと、前記同期命令押ボタンに同期する前記全体受電設備による電力量の計測開始から前記基準時間毎において前記室外機を停止させる１回又は複数回のタイミングを設定するプログラムコントローラと、前記タイマーにより計測される時間が前記プログラムコントローラにより設定された前記タイミングに到達している期間に前記室外機を停止する停止信号を生成する制御時期判断回路と、前記制御時期判断回路により生成された前記停止信号を前記複数の空調機械の室外機の一部又は全部、室内機或いは集中リモコン装置に対して出力する制御信号出力回路とを備え、更に、装置全体としての主電源をＯＮ/ＯＦＦするための主電源スイッチを備えた制御電源入力回路を備え、更に、前記制御電源入力回路は、外気温を検出する温度検出用センサを備え、前記温度検出用センサにより検出される外気温が一定温度範囲内の時には、主電源をＯＦＦとする省エネルギーモードを有することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、請求項１記載の自立同期運転型デマンド削減装置において、前記プログラムコントローラは、前記タイミングにより前記室外機を停止させる停止時間を選択する停止時間選択スイッチを備えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る自立同期運転型デマンド削減装置は、請求項１記載の自立同期運転型デマンド削減装置において、前記タイミングにより前記室外機を停止させる停止時間を選択する停止時間選択スイッチを備えると共に、前記温度検出用センサにより検出される外気温が前記一定温度範囲を下回る低温時の場合には、前記停止時間選択スイッチによる選択によらず前記室外機が停止する停止時間を最も短時間に自動変更する停止時間自動変更スイッチを有することを特徴とする。

Claims

全体受電設備を介して電力会社から電力が供給される複数の空調機械の室外機に対して、前記全体受電設備による一定時間（以下、基準時間という）毎の電力量の計測開始に手動で同期し、一定のタイミングで前記室外機を停止する停止信号を自立して出力することを特徴とする自立同期運転型デマンド削減装置。
請求項１記載の自立同期運転型デマンド削減装置は、前記全体受電設備による電力量の計測開始と手動により同期をとるための同期命令押ボタンと、前記同期命令押ボタンが投入されると同時に時間を計測するタイマーと、前記同期命令押ボタンに同期する前記全体受電設備による電力量の計測開始から前記基準時間毎において前記室外機を停止させる１回又は複数回のタイミングを設定するプログラムコントローラと、前記タイマーにより計測される時間が前記プログラムコントローラにより設定された前記タイミングに到達している期間に前記室外機を停止する停止信号を生成する制御時期判断回路と、前記制御時期判断回路により生成された前記停止信号を前記複数の空調機械の室外機の一部又は全部、室内機或いは集中リモコン装置に対して出力する制御信号出力回路とを備えることを特徴とする自立同期運転型デマンド削減装置。
請求項２記載の自立同期運転型デマンド削減装置は、装置全体としての主電源をＯＮ/ＯＦＦするための主電源スイッチを備えた制御電源入力回路を備えることを特徴とする自立同期運転型デマンド削減装置。
前記制御電源入力回路は、外気温を検出する温度検出用センサを備え、前記温度検出用センサにより検出される外気温が一定温度範囲内の時には、主電源をＯＦＦとする省エネルギーモードを有することを特徴とする請求項３記載の自立同期運転型デマンド削減装置。
前記プログラムコントローラは、前記タイミングにより前記室外機を停止させる停止時間を選択する停止時間選択スイッチを備えることを特徴とする請求項２記載の自立同期運転型デマンド削減装置。
前記プログラムコントローラは、前記タイミングにより前記室外機を停止させる停止時間を選択する停止時間選択スイッチを備えると共に、前記温度検出用センサにより検出される外気温が前記一定温度範囲を下回る低温時の場合には、前記停止時間選択スイッチによる選択によらず前記室外機が停止する停止時間を最も短時間に自動変更する停止時間自動変更スイッチを有することを特徴とする請求項４記載の自立同期運転型デマンド削減装置。