JP2016209824A

JP2016209824A - 電力使用量目標管理装置

Info

Publication number: JP2016209824A
Application number: JP2015096182A
Authority: JP
Inventors: 剛若松; Takeshi Wakamatsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-12-15

Abstract

【課題】上下水処理プラントの評価期間の目標電力量を設定するとともに、運転モードの切り替えを通じて目標電力量を達成するようにした電力使用量目標管理装置を得る。
【解決手段】上下水処理プラントの運転を制御するプロセス制御部１０３から収集した使用電力量を含む計測値データをデータ蓄積部１０４に蓄積し、このデータ蓄積部１０４から抽出した前期の使用電力量実績に基づき、予め決められた演算ロジックにより当期の目標電力量を目標電力量演算部１０５により演算し、運転モード判定部１０８により、当期の目標電力量を達成するような運転モードを判定して、この運転モードによる上下水処理プラントの運転による当期の使用電力量実績について、運転実績評価部１０９により、上下水処理プラントへの流入水の水量および水質を含む入力条件に応じた評価を行うようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、上下水処理プラントの運転における電力使用量を目標値内に収めるための目標管理を行う電力使用量目標管理装置に関するものである。

従来の上下水処理プラントにおける電力使用量の管理は、年報、月報、日報などによる使用電力量の実績管理と、電力需要のピークを抑制するためのデマンドコントロールという手法が用いられている。年報、月報、日報等での管理では、１年、１ヶ月、１日の電力使用量の結果を把握することはできるが、あくまでも運用結果の把握であり、電力使用量の目標管理を行うことはできない。
また、デマンドコントロールは、電力会社との契約に基づいて３０分間などの単位時間内の平均使用電力が規定値を超過しないことのみを管理するものであり、同じく電力使用量の目標管理はできない。
これに対し、所定の期間の目標電力量を設定し、時々の累積電力量との比較を行いながら、個々の電力消費負荷のＯＮ／ＯＦＦや出力低下などの制御によって目標電力量を超過しないようにする方法が提案されている（特許文献１、２参照）。
また、制御方法については、電力消費負荷毎に消費電力の異なる５つの制御モードを設け、電力使用状況に基づき、制御モードを切り替える方法が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００１−３２７０７６号公報（第５〜１１頁、第１図）特開２００２−１１８９６０号公報（第４〜１０頁、第１図）特開２０１２−１９５７９号公報（第８〜１０頁、第２図）

評価期間における目標電力量の設定について、従来の電力管理装置は、あらかじめ設定されるものとされており、目標値そのものを適切に設定するための手段は考慮されていない。そのため、プラントのオペレータが適切な目標値を設定することが難しいという問題があった。
また、上下水処理プラントは、例えば上水道プラントにおける取水水質や下水道プラントにおける流入量などのプラントへの入力条件が制御できず、かつ、プラント出力品質にも制約があるという特徴がある。
加えて、上下水処理プラントは、沈殿、ろ過、曝気など複数のプロセスから構成されており、それぞれのプロセスは、多数の電力消費負荷から構成されているため、オペレータが個々の電力消費負荷を制御して、適正なプラント出力品質を維持しながら、プラント全体としての省エネを実現するのは難しいという問題があった。

さらに、上下水処理プラントは、プラントへの入力条件をコントロールすることができないため、厳しい入力条件下ではプラントを良好に運用したとしても電力使用量が多くなるという特徴がある。このような場合、実績としての電力使用量の大小を単純に比較するだけでは、プラント運用の効率性（省エネ性）を適切に評価することはできない。
従来の電力監視装置は、このような上下水処理プラントの特徴に対する電力使用量の実績評価について考慮されていないという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、上下水処理プラントの評価期間の目標電力量を設定するとともに、運転モードの切り替えを通じて目標電力量を達成するようにした電力使用量目標管理装置を得ることを目的とする。

この発明に係わるにおいては、処理能力の異なる複数の運転モードにより水処理プラントの運転を制御するプロセス制御部、運転における使用電力量を含む計測値データを蓄積するデータ蓄積部、評価期間の目標電力量を演算する目標電力量演算部、この目標電力量演算部によって演算された評価期間の目標電力量を達成するような運転モードを判定する運転モード判定部、およびこの運転モード判定部により判定された運転モードによる水処理プラントの運転による評価期間の使用電力量実績について、水処理プラントへの流入水の水量および水質を含む入力条件に応じた指標を演算することにより、評価期間の使用電力量実績の評価を行う使用電力量実績評価部を備えたものである。

この発明によれば、処理能力の異なる複数の運転モードにより水処理プラントの運転を制御するプロセス制御部、運転における使用電力量を含む計測値データを蓄積するデータ蓄積部、評価期間の目標電力量を演算する目標電力量演算部、この目標電力量演算部によって演算された評価期間の目標電力量を達成するような運転モードを判定する運転モード判定部、およびこの運転モード判定部により判定された運転モードによる水処理プラントの運転による評価期間の使用電力量実績について、水処理プラントへの流入水の水量および水質を含む入力条件に応じた指標を演算することにより、評価期間の使用電力量実績の評価を行う使用電力量実績評価部を備えたので、適切な運転モードにより水処理プラントの運転を行うことができるとともに、水処理プラントへの入力条件に応じた評価期間の使用電力量実績の評価を行うことができる。

この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の当期目標電力量演算ロジックを示す図である。この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の運転モード判定を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置のプラント出力品質判定処理を示す図である。この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置のプラント出力品質変換データテーブルを示す図である。この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の補正使用電力量演算を示す図である。この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の使用電力量の目標管理の例を示す図である。この発明の実施の形態２による電力使用量目標管理装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態３による電力使用量目標管理装置を示すブロック図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置を示すブロック図である。
図１において、電力使用量目標管理装置１０１は、計算機によって、次のように構成されている。
プロセス制御部１０３は、上下水処理プラント（水処理プラント）を構成する処理プロセスの運転を司り、上下水処理プラント１０２との間でデータの入出力を行う。データ蓄積部１０４は、プロセス制御部１０３から運転結果としての使用電力量を含む計測値などのデータが入力され、このデータの蓄積を行う。データ蓄積部１０４のデータは、後述する目標電力量演算部１０５、運転モード判定部１０８、運転実績評価部１０９に入力される。

目標電力量演算部１０５は、評価期間での管理すべき目標電力量を演算する。目標電力量演算部１０５には、データ蓄積部１０４の他、入力部１０６からの入力があり、出力は運転モード判定部１０８および運転実績評価部１０９に入力される。
入力部１０６では、各種設定を入力する。入力部１０６での入力データは、目標電力量演算部１０５と運転モード判定部１０８に入力される。表示部１０７は、運転実績を表示するとともに、目標電力量演算部１０５、運転モード判定部１０８、運転実績評価部１０９からの各処理結果のデータを表示する。

運転モード判定部１０８は、目標電力量を達成可能な運転モードを判定する。運転モード判定部１０８には、目標電力量演算部１０５の他、入力部１０６からの入力があり、出力はプロセス制御部１０３へと入力される。
運転実績評価部１０９（使用電力量実績評価部）は、上下水処理プラントへの流入水の水量および水質を含む入力条件（以下、プラント入力条件という。）を考慮して、評価期間の使用電力量実績の指標を演算し、評価する。

図３は、この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の当期目標電力量演算ロジックを示す図である。
図３において、目標電力量演算部１０５は、データ蓄積部１０４に蓄積された参照期電力量実績に目標削減率を乗じた基本目標電力量に、前期において目標未達の場合の前期繰り越し電力量を加え、さらに、入力部から設定される補正係数（目標の強化または緩和措置）を乗じて当期目標電力量を演算する。
図３中、×は乗算、＋は加算を示す。

図５は、この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置のプラント出力品質判定処理を示す図である。
図５において、プラント入力条件に対して、運転モードごとに、水のきれいになる度合いを示す水質などのプラント出力品質を出力するための出力品質評価を示している。出力品質評価は、図６で後述するプラント出力品質変換データテーブル、図７で後述する評価関数、プロセスシミュレータを用いて行われ、プラント出力品質が出力される。

図６は、この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置のプラント出力品質変換データテーブルを示す図である。
図６（ａ）は、プラント入力条件係数を求めるための図、図６（ｂ）は、プラント入力条件係数ごとおよび運転モードごとのプラント出力品質を求めるための図である。
図６（ａ）はプラント入力条件として、流入する水の量Ａ、Ｂ、Ｃ・・・を示す量的条件を縦軸とし、汚れなどの水質を示す質的条件ａ、ｂ、ｃ・・・を横軸としたマトリックス内に係数（プラント入力条件係数）Ａａ、Ｂａ、Ｃａ、Ａｂ、Ｂｂ・・・を定めている。
図６（ｂ）は、プラント入力条件係数Ａａ、Ｂａ、Ｃａ・・・を縦軸とし、運転モードを横軸としたマトリックス内に、水のきれいになる度合いを示す水質などのプラント出力品質Ｏｕｔ１１、Ｏｕｔ１２、Ｏｕｔ１３・・・を定めている。

図７は、この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の補正使用電力量演算を示す図である。
図７において、運転実績評価部１０９は、データ蓄積部１０４から単位期間毎の実績使用電力量とその期間におけるプラント入力条件係数（図６（ａ）参照）を取り出し、プラント入力条件係数に対応して予め決められた関数（評価関数）で実績使用電力量を補正した補正使用電力量を演算する。

図８は、この発明の実施の形態１による電力使用量目標管理装置の使用電力量の目標管理の例を示す図である。
図８において、評価期間を４月１日〜４月３０日の３０日間、単位期間を１０日間としている。目標電力量を１０００ＭＷｈとした場合の例を示している。
最初の単位期間である４月１日〜４月１０日は、「高度処理」モードで運転し、次の単位期間である４月１１日〜４月２０日は「準標準処理」モードで運転される。さらに次の単位期間である４月２１日〜４月３０は「標準処理」モードで運転される。
なお、単位期間は、説明の簡略化のため長めに設定したが、もっと短くてもよい。

次に、動作について図２のフローチャートを用いて説明する。
上下水処理プラント１０２の運転状態を計測したデータは、プロセス制御部１０３で収集され、データ蓄積部１０４に蓄積される。
目標電力量演算部１０５は、図３に示すように、データ蓄積部１０４に蓄積された参照期電力量実績（参照期間の使用電力量実績）に目標削減率を乗じた基本目標電力量に、前期（前期間）において目標未達の場合の前期繰り越し電力量を加え、さらに、入力部１０６から設定される補正係数（目標の強化または緩和措置）を乗じて、当期目標電力量を演算する（ステップＳ１）。
演算した当期目標電力量は、表示部１０７にてオペレータに提示され、オペレータは提示された当期目標電力量を参考に適切な目標を設定することができる。
なお、参照期は、期を任意に選択することも可能であるし、前年同期、過去平均などの指定も可能である。

次いで、運転モード判定部１０８は、データ蓄積部１０４から評価期間開始時点からの使用電力量の実績値を取り出し、評価期間終了時点での当期見込電力量を推定する（ステップＳ２）。そして、当期見込電力量を当期目標電力量で除した値である到達率に応じて適用する運転モードの候補を判定する（ステップＳ３）。
到達率＜Ｘ_Ｌの場合は「高度処理」モード、Ｘ_Ｌ≦到達率＜Ｘ_Ｈの場合は「準高度処理」モード、Ｘ_Ｈ≦到達率＜Ｘ_ＨＨの場合は「標準処理」モード、Ｘ_ＨＨ≦到達率の場合は「準標準処理」モードをそれぞれ候補とする（図４参照）。候補となった運転モードは、表示部１０７に表示される。
到達率の閾値であるＸ_Ｌ、Ｘ_Ｈ、Ｘ_ＨＨは、入力部１０６より任意に設定が可能である。

運転モード候補が決定したら、その時のプラント入力条件に対して、その運転モードを適用した場合のプラント出力品質（上下水処理プラントの出力する水の品質）を評価し（ステップＳ４）、許容出力品質を満足していれば（ステップＳ５）、運転モードとして確
定する（ステップＳ６）。
許容出力品質を満足しない場合は（ステップＳ５）、運転モードをランクアップし（ステップＳ６）、プラント出力品質を評価して、許容出力品質を満足する直近上位のモードにて運転モードを確定する（ステップＳ７、図５参照）。
ここで、プラント入力条件に対するプラント出力品質は、図５に示すように、運転モードごとに、システム内部のプラント出力品質変換データテーブル（図６）、評価関数、プロセスシミュレータなどにより評価される。

運転モードが確定したら表示部１０７にその運転モードを提示し、オペレータが提示された運転モードを参考に入力部１０６から運転モードを切り替えると、運転モード判定部１０８は、設定した運転モードに対応した運転パラメータセットをプロセス制御部１０３に出力し、プラント全体の制御パラメータを適切に変更する（ステップＳ８）。この場合、電力消費負荷個別に見た場合、出力ダウンとなる機器や出力アップとなる機器がある。

次いで、運転実績評価部１０９が、データ蓄積部１０４から単位期間毎の実績使用電力量と、その期間におけるプラント入力条件とを取り出し、プラント入力条件に対応した係数で実績使用電力量を補正した補正使用電力量を演算する（ステップＳ９、図７参照）。
演算した補正使用電力量は、指標となるもので、目標電力量、実績使用電力量と、運転モード判定部１０８で推定した当期見込電力量とともに、表示部１０７に評価結果として表示する（図８参照）。

当期目標電力量の設定、運転モード判定、運転実績評価という一連の流れを単位期間ごとに繰り返すことで、目標電力量を目指したプラント全体の制御を行う。単位期間は、数時間や１日などの短期にて設定する。
なお、ステップＳ１、Ｓ３、Ｓ７における確定入力は、表示部１０７での表示に対し、ＯＫの確認を入力部１０６から行うことを示している。

次に、図４を用いて、上述のステップＳ３の運転モード候補の判定処理について詳細に説明する。
目標電力量の超過リスク有かどうかを、到達率≧Ｘ_Ｌかどうかによって判定し（ステップＳ１１）、Ｎｏの場合には、「高度処理モード」を候補とする（ステップＳ１２）。
Ｙｅｓの場合には、目標電力量の超過リスク大かどうかを、到達率≧Ｘ_Ｈかどうかによって判定し（ステップＳ１３）、Ｎｏの場合には、「準高度処理モード」を候補とする（ステップＳ１４）。
Ｙｅｓの場合には、目標電力量超過かどうかを、到達率≧Ｘ_ＨＨかどうかによって判定し（ステップＳ１５）、Ｎｏの場合には、「標準処理モード」を候補とし（ステップＳ１６）、Ｙｅｓの場合には、「準標準処理モード」を候補とする（ステップＳ１７）。
なお、図４では、Ｘ_Ｌを０．９とし、Ｘ_Ｈを０．９５とし、Ｘ_ＨＨを１．０としている。
また、到達率は、当期見込電力量を当期目標電力量で除した値とする。

次に、図８について説明する。
図８では、評価期間を４月１日〜４月３０日の３０日間、単位期間を１０日間とし、目標電力量を１０００ＭＷｈとした場合の例を示す。ここで、単位期間は、説明の簡略化のため長めに設定している。
最初の単位期間である４月１日〜４月１０日は、「高度処理」モードで運転し、その時の消費電力は１６００ｋＷであったとする。この場合、４月１０日時点の実績使用電力量は３８４ＭＷｈ、評価期間終了時点での当期見込電力量は１１５２ＭＷｈとなる。
当期見込電力量の当期目標電力量に対する到達率は、１．１５２であり、目標超過状態となるため、次の単位期間である４月１１日〜４月２０日は、「準標準処理」モードで運
転される（図４参照）。

この時の消費電力が１２５０ｋＷであったとすると、この単位期間の実績使用電力量は３００ＭＷｈであり、４月１日〜４月２０日の実績使用電力量は６８４ＭＷｈ、当期見込電力量は９８４ＭＷｈ、到達率は０．９８４となる。
よって、次の単位期間である４月２１日〜４月３０日は、「標準処理」モードが選択され（図４参照）、この時の消費電力が１３００ｋＷであったとすると、この単位期間の実績使用電力量は３１２ＭＷｈ、４月１日〜４月３０日の実績使用電力量は９９６ＭＷｈとなり、ほぼ当期目標電力量通りに運転したという結果となる。

また、４月１日〜４月１０日のプラント入力条件係数が０．８５（高負荷な条件）、４月１１日〜４月２０日のプラント入力条件係数が０．９５（やや高負荷な条件）だったとすると、４月１日〜４月１０日および４月１１日〜４月２０日の補正使用電力量は、それぞれ３２６．４ＭＷｈ、２８５ＭＷｈとなる。
評価期間全体での補正使用電力量は９２３．４ＭＷｈ、到達率は０．９２３４となり、非常に良好な運転をしたという結果を得る。

実施の形態１によれば、過去の運転実績等から目標電力量をガイダンスするように構成したので、プラントのオペレータが適切な目標電力量を容易に設定できる。
また、評価期間の終了時における電力使用量を評価期間の開始時より単位期間毎に自動推定し、目標電力量との差異に基づいて、その時々の適切な運転モードを判定し、ガイダンスするように構成したので、プラントのオペレータが適切な運転モードを選択し、プラント全体の制御パラメータを適切に設定することができる。
さらに、プラントへの入力条件の違いを考慮した運転結果である使用電力量実績の評価を行えるようにしたので、より実質的な運転結果評価を行うことができる。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による電力使用量目標管理装置を示すブロック図である。
図９において、１０２〜１０９は図１におけるものと同一のものである。図９では、電力使用量目標管理装置２０１からプロセス制御部１０３とデータ蓄積部１０４とを分離した構成である。プロセス制御部１０３とデータ蓄積部１０４とは、プラント監視制御装置２１０（第二の計算機）に搭載され、ローカルネットワーク２１１を介して電力使用量目標管理装置２０１（第一の計算機）に接続している。

実施の形態２は、電力使用量目標管理装置の単一プラントへの適用形態を示すものである。
実施の形態１では、電力使用量目標管理装置１０１は、プロセス制御部１０３、データ蓄積部１０４、目標電力量演算部１０５、入力部１０６、表示部１０７、運転モード判定部１０８、運転実績評価部１０９を有するが、実施の形態２では、図９に示すように、電力使用量目標管理装置２０１からプロセス制御部１０３とデータ蓄積部１０４を分離させ、プロセス制御部１０３とデータ蓄積部１０４とはローカルネットワーク２１１を介して電力使用量目標管理装置２０１に接続させるようにした。

実施の形態２によれば、プロセス制御部１０３およびデータ蓄積部１０４からなるプラント監視制御装置２１０が既存であるプラントにおいては、より簡便に電力使用量目標管理装置を導入することができる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３による電力使用量目標管理装置の複数プラントへの適用形態を示すブロック図である。
図１０において、１０２、２０１、２１０、２１１は図９におけるものと同一のものである。図１０では、プラント監視制御装置２１０を複数の上下水処理プラントに対応させて複数設け、それぞれ、プラント監視制御装置２１０ａ〜ｘ、上下水処理プラント１０２ａ〜ｘとしている。各プラント監視制御装置２１０ａ〜ｘと電力使用量目標管理装置２０１とは広域回線３１１によって接続されている。

実施の形態３は、電力使用量目標管理装置の複数プラントへの適用形態を示すものである。
実施の形態１、２では、上下水処理プラントに電力使用量目標管理装置１０１、２０１を設け、単一のプラント毎に電力目標管理を行う場合について述べたが、実施の形態３は、図１０に示すように、各上下水処理プラント１０２ａ〜ｘにはプラント監視制御装置２１０ａ〜ｘを設けるとともに、離れた場所にある管理場所に電力使用量目標管理装置２０１を設け、プラント監視制御装置２１０と電力使用量目標管理装置２０１の間の通信経路としてインターネットなどの広域回線３１１を利用して管理場所での一括管理を行うようにしたものである。

実施の形態３によれば、電力使用量目標管理装置２０１を上下水処理プラントごとに設ける必要がなく、経済的なシステムとなる。
また、単独のプラントの管理だけではなく、プラント間での比較を行うことができるので、より有効な電力使用量管理が可能になる。
ここで、管理場所を所掌する管理者は、各設備の管理を統括する管理者でもよいし、各設備の管理者とは独立した第三者であってもよい（管理サービスプロバイダなど）。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０１電力使用量目標管理装置、１０２上下水処理プラント、
１０３プロセス制御部、１０４データ蓄積部、１０５目標電力量演算部、
１０６入力部、１０７表示部、１０８運転モード判定部、１０９運転実績評価部、
２０１電力使用量目標管理装置、２１０プラント監視制御装置、
２１１ローカルネットワーク、３１１広域回線

Claims

処理能力の異なる複数の運転モードにより水処理プラントの運転を制御するプロセス制御部、
上記運転における使用電力量を含む計測値データを蓄積するデータ蓄積部、
評価期間の目標電力量を演算する目標電力量演算部、
この目標電力量演算部によって演算された上記評価期間の目標電力量を達成するような運転モードを判定する運転モード判定部、
およびこの運転モード判定部により判定された運転モードによる上記水処理プラントの運転による上記評価期間の使用電力量実績について、上記水処理プラントへの流入水の水量および水質を含む入力条件に応じた指標を演算することにより、上記評価期間の使用電力量実績の評価を行う使用電力量実績評価部を備えたことを特徴とする電力使用量目標管理装置。
上記運転モード判定部は、上記評価期間内の単位期間ごとに上記運転モードを判定するとともに、上記水処理プラントへの上記入力条件に応じた上記運転モードによる運転結果である上記水処理プラントの出力する水の品質を評価した上で上記運転モードを判定することを特徴とする請求項１記載の電力使用量目標管理装置。
上記目標電力量演算部の上記目標電力量の演算は、任意に選択される参照期間の使用電力量実績に目標削減率を乗じ、これに上記評価期間の前期間の繰越し電力量を加算した上で、補正係数を乗じるものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力使用量目標管理装置。
上記使用電力量実績評価部は、上記水処理プラントへの上記入力条件に応じるように予め決められた関数を上記評価期間の使用電力量実績に乗じて算出される補正使用電力量を上記指標として上記評価を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の電力使用量目標管理装置。
上記目標電力量演算部、上記運転モード判定部および上記使用電力量実績評価部を第一の計算機に搭載するとともに、上記プロセス制御部および上記データ蓄積部を第二の計算機に搭載したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の電力使用量目標管理装置。
複数の上記第二の計算機が、複数の水処理プラントのそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする請求項５記載の電力使用量目標管理装置。