JP2018057165A - 電力管理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】デマンド上限を超過しない範囲で、デマンド時限内でスケジュール設定を有効とする。【解決手段】電力管理システム10は、電力集計部40、余力算出部42、スケジュール設定データベース50、及び機器制御部48を備える。電力集計部40は、デマンド時限初期からの、配下の電気機器20の消費電力を集計した積算消費電力実績値を求める。余力算出部42は、積算消費電力実績値を求めた時点における積算消費電力目標値から、積算消費電力実績値を減算した余力を求める。スケジュール設定データベース50には、起動設定時刻、停止設定時刻、及びモデル消費電力が電気機器20ごとに記憶される。機器制御部48は、積算消費電力実績値を求めた時点が起動設定時刻から停止設定時刻までの間に含まれる電気機器20の中から、モデル消費電力の総和が余力以下となるように電気機器20を選択して稼働許可指令を出力する。【選択図】図3

Description

本発明は、デマンド制御によって電力管理を行う、電力管理システムに関する。
例えばビル等の、高圧受電の契約者は、最大需用電力[kW]を定めた受電契約を電気事業者と結ぶ。しかし、契約者の実際の消費電力が、契約した最大需用電力、すなわち契約電力を超過すると、その契約電力に関わらず、超過した電力を基準にして契約期間(例えば一年間)の基本料金が設定されてしまう。
そこで従来から、ビルの消費電力を契約電力以下に抑える、電力管理システム(EMS、Energy Management System)が知られている。電力管理システムは、いわゆるデマンド値を制御するデマンド制御に基づいて電力管理を行う。
デマンド値は契約電力との比較対象となるパラメータであり、デマンド時限(例えば30分間)当たりの平均消費電力[kW]を指す。電力管理システムは、デマンド時限における積算消費電力がデマンド上限(例えば、契約電力とデマンド時限の積)に近づくと、管理対象の機器の消費電力を絞り込む。例えば稼働中の機器を一部停止させる。
ここで、上記のようなデマンド制御において、デマンド時限内にスケジュール機能により起動設定される機器がある場合、当該機器の起動に伴って積算電力がデマンド上限を超過するおそれがある。
そこで例えば特許文献1では、所定の空調設備に対してデマンド制御要求とスケジュール制御要求が同時に発せられ、制御要求が衝突(重複)するときには、デマンド制御要求を優先させている。また、特許文献2では、いわゆるデマンドレスポンス制御の実施期間に、スケジュール運転等の非デマンドレスポンス制御の実行予定があるときには、当該実行予定を一旦中止させ、その実行をデマンドレスポンス制御の実施期間後まで遅延させている。
特開2011−38682号公報 特開2015−47005号公報
ところで、デマンド制御の実行中にスケジュール設定を無効にする手法は、デマンド上限の超過を防止するという観点では有効ではあるものの、一般的にスケジュール設定はそのビルの利用者の快適性を考慮して設定されるものであり、可能な限りその設定を有効とすることが好ましい。そこで本発明は、デマンド上限を超過しない範囲で、デマンド時限内でスケジュール設定を有効とすることの可能な、デマンド制御システムを提供することを目的とする。
本発明は、電力管理システムに関する。当該システムは、集計部、余力算出部、スケジュール設定データベース、及び、機器制御部を備える。集計部は、デマンド時限初期からの、配下の電気機器の消費電力を集計した積算消費電力実績値を求める。余力算出部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点における積算消費電力目標値から、前記積算消費電力実績値を減算した余力を求める。スケジュール設定データベースには、起動設定時刻、停止設定時刻、及びモデル消費電力が前記電気機器ごとに記憶される。機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように前記電気機器を選択して稼働許可指令を出力する。
また、上記発明において、前記スケジュール設定データベースには、前記電気機器の優先度が記憶されていてよい。この場合において、前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記優先度の高い順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力してもよい。
また、上記発明において、前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記モデル消費電力の小さい順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力してもよい。
本発明によれば、デマンド上限を超過しない範囲で、デマンド時限内でスケジュール設定を有効とすることが可能となる。
本実施形態に係る電力管理システムを含む、電力系統図を例示する図である。 電力管理システムのハード構成を例示する図である。 電力管理システムの機能ブロックを例示する図である。 デマンド制御の例を示すタイムチャートである。 スケジュール設定データベースに記憶された、スケジュールテーブルを例示する図である。 本実施形態に掛かるスケジュール設定機器稼動判定フローを例示する図である。 本実施形態に掛かるスケジュール設定機器稼動判定フローの別例を示す図である。
図1に、本実施形態に係る電力管理システム10を含む、電力系統図を例示する。図1に例示する電力管理システム10は、例えばビル等の建築設備の監視制御システムであるBEMS(Building and Energy Manegement System)から構成される。
なお、本実施形態に係る電力管理システム10は、BEMSに限らずに、種々の電力管理システムであってよい。例えば家庭内のエネルギー監視システムであるHEMS(Home Energy Management System)、工場内のエネルギー監視システムであるFEMS(Factory Energy Management System)、及び地域内のエネルギー管理システムであるCEMS(Cluster/Community Energy Management System)も電力管理システム10となり得る。
電力管理システム10は、中央装置12、サブコントローラ14A,14B、デジタルコントローラ16A〜16C、リモートステーション18A,18Bを備え、各電気機器20A〜20Eに接続される。
電気機器20A〜20Eは、ビル内に設置される種々の設備機器であり、例えば空調機器、照明機器、衛生機器、防災機器、防犯機器、及び動力機器等が含まれる。また、電力管理システム10は、各電気機器20A〜20Eの他に、センサ22A〜22E及び操作盤24A〜24Cと接続される。
図1の例では、電気機器20A,20Bは照明機器であり、電気機器20Cは空調機であり、電気機器20Dは熱源機であり、電気機器20EはVAVシステム(Variable Air Volume、可変風量システム)である。
また、センサ22A,22Bは照明機器センサである。照明機器センサは、照度センサ及び電力計を含む。センサ22Cは空調機センサであり、温度センサ、流量センサ、及び電力計を含む。センサ22Dは熱源機センサであり、温度センサ、流量センサ、及び電力計を含む。さらにセンサ22EはVAVセンサであり、温度センサ、ダンパ開度センサ、及び電力計を含む。
なお、図1は紙面の都合上、中央装置12の下位に接続されるサブコントローラ14等の機器の一部を例示するものであって、図示した構成の他にも種々の機器が接続されていてよい。
中央装置12は、例えばいわゆるB−OWS(BACnet Operator Workstation)から構成されており、管理者等により操作監視されるクライアントPCとしての機能と、データ保存やアプリケーション処理等を行うサーバーとしての機能を備えている。中央装置12では、例えば画面表示や設定操作が行われる。
サブコントローラ14は主に制御機能を担う。サブコントローラ14は、例えばいわゆるB−BC(Building Controller)から構成されており、デジタルコントローラ16やリモートステーション18等の端末伝送機器と通信し、ポイントデータやスケジュール制御等を管理する。例えばサブコントローラ14は、空調設備系統、照明設備系統、衛生設備系統、防犯設備系統等、各機能別系統(サブシステム)ごとに一つずつ設けられる。
中央装置12及びサブコントローラ14は電力管理システム10の上位システムを構成する。この上位システムでは、複数の設備機器を統括制御し、例えば後述する図4のようなデマンド制御を実行する。
デジタルコントローラ16はいわゆるDDC(Direct Digital Controller)であってよく、BEMSにおける分散制御を実現するための調節器としての機能を備える。例えばデジタルコントローラ16はサブコントローラ14から送られたスケジュール設定に基づくプログラム制御や、同じくサブコントローラ14から送られた目標値に基づくフィードバック制御等により、接続先の電気機器20C〜20Eを制御する。また、デジタルコントローラ16はセンサ22C〜22Eの計測値や電気機器20C〜20Eの警告等を上記システムや他のデジタルコントローラ16に送信する。
リモートステーション18はアウトステーション、ローカルステーションとも呼ばれ、接続先のセンサ22A,22Bや電気機器20A,20Bの監視や制御を行う。機能的にはデジタルコントローラ16と重複するため、デジタルコントローラ16及びリモートステーション18は接続先の電気機器20A〜20Eやセンサ22A〜22Eに応じて適宜どちらか一方が選択される。
中央装置12、サブコントローラ14、デジタルコントローラ16、及びリモートステーション18はコンピュータから構成される。例えば図2に示すように、そのいずれにも、CPU26、メモリ28、ハードディスクドライブ(HDD)30、入力部32、出力部34、及び入出力インターフェース36が設けられる。
例えば電力管理システム10はいわゆる垂直分散制御方式を採っている。例えばリモートステーション18A,18Bでは、サブコントローラ14Aから送られた照度指令と照度センサ22A,22Bに基づく、照明機器20A,20Bに対するフィードバック制御がそれぞれ実行される。フィードバック制御が不調であるとリモートステーション18A,18Bが判定すると、各リモートステーション18A,18Bからサブコントローラ14Aに異常信号が送られる(信号数:2点)。サブコントローラ14Aでは、自身が管理する照明系統に異常信号が発せられたことを中央装置12に送信する(信号数:1点)。中央装置12の管理者は、サブコントローラ14Aから送られた報告をもとにサブコントローラ14Aまで移動して異常信号の発信源を確認する(現地確認)。このように、サブコントローラ14Aが受信した2点の信号を1点に集約して中央装置12に送ることで、通信点数を削減可能となる。
また、中央装置12にて作成された空調スケジュールがサブコントローラ14A,14Bを介してデジタルコントローラ16A〜16Cやリモートステーション18A,18Bのハードディスクドライブ30に記憶される。このようにすることで、上位システム(中央装置12及びサブコントローラ14A,14B)がダウンしても、下位システム(デジタルコントローラ16A〜16C、リモートステーション18A,18B)によって各電気機器20A〜20Eの制御が可能となる。
さらに、デマンド制御の実行時には、中央装置12が配下(管理対象)の電気機器20の消費電力実績値の総和の積算値(積算消費電力実績値)と目標値(積算消費電力目標値)との差異に基づいて、適宜電気機器20の運転を制御する。例えば積算消費電力実績値が積算消費電力目標値を超過している場合には、中央装置12は適宜稼働中の電気機器20の運転状況を抑制側に(例えば空調であれば風量を絞るように)制御する。一方、積算消費電力実績値が積算消費電力目標値を下回る場合には、後述するように、スケジュール設定された電気機器20の稼動を適宜許可する。
図3には、中央装置12の機能ブロックが例示されている。中央装置12は、データ受信部38、電力集計部40、余力算出部42、契約電力記憶部44、積算消費電力目標値算出部46、機器制御部48、スケジュール設定データベース50、及びデータ送信部52を含んで構成される。
上記機能部は、仮想的にあるいは理解を容易にするために便宜的に、それぞれ独立して図示されている。例えばコンピュータの読み取り可能な記憶媒体であるハードディスクドライブ30やCD、DVD等の光学ディスクに記憶された、スケジュール設定機器稼動判定プログラムをCPU26が実行することで、CPU26やメモリ28、ハードディスクドライブ30のリソースが適宜割り当てられ、それぞれの機能部が構成される。
データ受信部38は、デジタルコントローラ16、リモートステーション18、及びサブコントローラ14を介して、センサ22群、特に電力計が取得した各電気機器20の消費電力データを受信する。
電力集計部40は、データ受信部38が受信したセンサ22単位の消費電力を集計して、電力管理システム10の配下にある全ての電気機器20の消費電力の総和である、消費電力実績値を算出する。さらに後述するように、電力集計部40は、デマンド時限初期からの消費電力実績値を積算した、積算消費電力実績値を求める。
契約電力記憶部44には、電力管理システム10の管理者(運用者)と電気事業者との間で交わされた契約電力(最大需用電力)が記憶される。積算消費電力目標値算出部46は、契約電力記憶部44から契約電力を呼び出し、これを超過しないように、デマンド時限における積算消費電力目標値を定める。
図4には、デマンド制御実行時のタイムチャートが例示されている。当該タイムチャートにおいて、横軸は時間、縦軸は積算電力を表す。デマンド上限は、例えば契約電力にデマンド時限(30分)を掛けた値であって、デマンド時限終点時に積算消費電力実績値がデマンド時限を超過すると、デマンド値(消費電力の30分平均値)が契約電力を超過することになる。
積算消費電力目標値は、デマンド時限における電力消費のモデルを示すものであって、例えばデマンド終了時点における積算消費電力が、デマンド上限から所定の電力マージンWmだけ低くなるように、その特性線が定められる。
図3に戻り、余力算出部42は、電力集計部40により積算消費電力実績値が算出された時点における積算消費電力目標値から、当該積算消費電力実績値を減算した余力ΔW(図4参照)を求めて機器制御部48に送信する。
スケジュール設定データベース50は、配下(電力管理対象)の電気機器20のスケジュール設定が記憶されている。図5には、スケジュール設定データベース50にて記憶されるスケジュールテーブルが例示されている。当該テーブルは、電気機器20ごとに、起動設定時刻、停止設定時刻、稼動時間帯確認、稼動状態、優先度、モデル消費電力のセルが設けられる。
起動設定時刻及び停止設定時刻のセルには、例えばビルのテナントの利用者により操作盤24等から設定された情報が入力される。稼動時間帯確認のセルには、現在時刻が起動設定時刻から停止設定時刻の間に含まれる場合には、稼働時間体内との項目(ステータス)が与えられる(入力される)。また、現在時刻が起動設定時刻から停止設定時刻の間に含まれない場合には、稼働時間体外との項目が与えられる。
稼動状態のセルには、実際の電気機器20の稼働状況が入力される。本実施形態では、起動設定時刻を経過しても、後述するように機器制御部48によって稼動許可指令が出力されないと、その起動が保留されるように設定されている。図5の例では、説明の便宜上、全ての電気機器20を停止状態としている。
優先度のセルには、スケジュール設定された電気機器20を起動させる優先度(優先順位)が入力される。この優先度は、各テナントの利用者の協議等を通じて、予め設定される。モデル消費電力[kW]は、対象の電気機器20を仮に起動させたときの消費電力を表す。例えば照明機器20Aであれば、照度が中であるときの消費電力がモデル消費電力として記憶される。
機器制御部48は、余力算出部42から余力ΔWを取得し、またスケジュール設定データベース50から、スケジュール設定されている電気機器20のデータを呼び出す。機器制御部48は、積算消費電力実績値が算出された現在時点が稼働時間帯内にある、すなわち、起動設定時刻から停止設定時刻に含まれる電気機器20の中から、モデル消費電力の総和が余力ΔW以下となるように電気機器20を選択して、選択された電気機器20に対して稼動許可指令を出力する。
電気機器20の選択に当たり、後述する図6のステップS16のように、優先度の高い順に電気機器20を選択して、それぞれのモデル消費電力の総和が余力ΔW以内に収まるようにしてもよい。優先度はテナント等の利用者の快適度を反映しているものと考えられるから、優先度の高い順に電気機器20を起動させていくことで、利用者の快適性向上に繋がる。
また、これに代えて、後述する図7のステップS28のように、モデル消費電力の小さい順に電気機器20を選択して、それぞれのモデル消費電力の総和が余力ΔW以内に収まるようにしてもよい。このようにすることで、起動可能な電気機器20を多数確保できる。
データ送信部52は、機器制御部48から稼動許可指令を受信し、これをサブコントローラ14を介して、デジタルコントローラ16及びリモートステーション18に送信する。デジタルコントローラ16及びリモートステーション18では稼動許可指令を解釈し、対象となる電気機器20に稼動指令を送信する。
<スケジュール設定機器稼動判定フロー>
図6には、中央装置12により実行されるスケジュール設定機器稼動判定フローが例示されている。まず、電力集計部40はセンサ22類からセンサ単位の消費電力を取得する。さらに電力集計部40は、EMS単位の、つまり、電力管理システムの配下の電気機器20の消費電力の総和を算出する。加えてデマンド時限始点から時間が経過している場合は、デマンド時限始点からの消費電力(EMS単位)を積算して、これを積算消費電力実績値とする(S10)。
次に余力算出部42は、電力集計部40から積算消費電力実績値を取得するとともに積算消費電力目標値算出部46から積算消費電力目標値を取得する。さらに余力算出部42は、積算消費電力実績値が算出された時点における積算消費電力目標値から、積算消費電力実績値を引いて余力ΔWを求める(S12)。
次に機器制御部48は、余力ΔWが誤差範囲に収まるか否かを判定する。すなわち機器制御部48は、余力ΔWが、図4に示す電力マージンWm、つまりデマンド終了時点におけるデマンド上限と積算消費電力目標値との差分未満か否かを判定する(S14)。
ΔW < Wmである場合、例えば余力ΔWが図4のΔW1であるような場合、余力ΔWは誤差の範囲内と判定され、スケジュール設定された電気機器20の稼動有無判定を行わずにステップS26に進む。
一方、ΔW ≧ Wmである場合、機器制御部48は、スケジュール設定データベース50から、スケジュール設定対象の電気機器20のデータを呼び出す。機器制御部48は、稼動時間帯確認のセルが稼動時間帯内である、つまり、積算消費電力実績値の算出時点が起動設定時刻から停止設定時刻までの間に含まれるものであり、かつ、稼動状態ステータスが停止である電気機器20を抽出する。さらに、抽出された電気機器20のうち、優先度の高いものの稼動状態ステータスを停止から稼動に切り替える(S16)。
次に機器制御部48は、稼動状態ステータスが停止から稼動に切り替わった電気機器20のモデル消費電力の総和ΣWr_iを求め(S18)、これが余力ΔWを超過するか否かを判定する(S20)。
ΣWr_i ≦ ΔWである場合、機器制御部48は、稼動許可の対象を追加するためステップS16に戻る。一方、ΣWr_i > ΔWである場合、機器制御部48は、直近(最後)に稼動状態ステータスを停止から稼動に切り替えた電気機器20に対して、稼動から停止に切り替え直す(S22)。
次に機器制御部48は、稼動状態ステータスが稼動の機器に対して稼動許可指令を出力する(S24)。稼動許可指令の出力後、電力管理システム10は所定時間待機し(S26)、その後再びステップS10まで戻る。
稼動許可指令はサブコントローラ14を介してデジタルコントローラ16及びリモートステーション18に送信される。デジタルコントローラ16及びリモートステーション18では稼動許可指令を解釈し、それが既に稼働中である電気機器20を選択している場合は当該稼動許可指令を無視する。一方、停止中である電気機器20が選択されている場合は、デジタルコントローラ16及びリモートステーション18は、当該電気機器20に対して稼動指令を出力する。
<その他の実施形態>
図6のフローチャートでは、稼動許可指令を与える電気機器20の選択に当たり、優先度を用いていたが、この形態に限らない。図7には第2の実施形態に係るスケジュール設定機器稼動判定フローが例示されている。なお、図7のステップのうち、図6と同一の符号を付したものはその機能が同一のため、適宜説明を省略する。
ステップS28に示すように、機器制御部48は、スケジュール設定データベース50から、稼動時間帯確認のセルが稼動時間帯内であり、かつ、稼動状態ステータスが停止である電気機器20を抽出する。さらに、抽出された電気機器20のうち、モデル消費電力の最も小さい電気機器20の稼動状態ステータスを停止から稼動に切り替える。
このように、モデル消費電力の小さい順に稼動許可を与えることで、スケジュール設定された多数の電気機器20を停止状態から稼動状態に切り替えることができる。
10 電力管理システム、12 中央装置、14 サブコントローラ、16 デジタルコントローラ、18 リモートステーション、20 電気機器、22 センサ、24 操作盤、38 データ受信部、40 電力集計部、42 余力算出部、44 契約電力記憶部、46 積算消費電力目標値算出部、48 機器制御部、50 スケジュール設定データベース、52 データ送信部。

Claims (3)

  1. デマンド時限初期からの、配下の電気機器の消費電力を集計した積算消費電力実績値を求める集計部と、
    前記積算消費電力実績値を求めた時点における積算消費電力目標値から、前記積算消費電力実績値を減算した余力を求める余力算出部と、
    起動設定時刻、停止設定時刻、及びモデル消費電力が前記電気機器ごとに記憶されたスケジュール設定データベースと、
    前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように前記電気機器を選択して稼働許可指令を出力する、機器制御部と、
    を備えることを特徴とする、電力管理システム。
  2. 請求項1に記載の電力管理システムであって、
    前記スケジュール設定データベースには、前記電気機器の優先度が記憶され、
    前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記優先度の高い順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力することを特徴とする、電力管理システム。
  3. 請求項1に記載の電力管理システムであって、
    前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記モデル消費電力の小さい順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力することを特徴とする、電力管理システム。
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