JP2018113752A - デマンド制御装置及びデマンド制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力調整用負荷の使用電力を過剰に抑制することなく、デマンド制御対象負荷のデマンド時限ごとの使用電力を目標電力以下に確実に抑えることができる信頼性にすぐれたデマンド制御装置およびデマンド制御方法を提供する。【解決手段】デマンド時限の終了時におけるデマンド制御対象負荷の使用電力が目標電力を超えないために調整すべき電力をデマンド時限内の制御周期ごとに求め、求めた電力が閾値に達した場合に電力調整用負荷の消費電力を削減する。そして、上記制御周期の長さに応じて上記閾値を可変設定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、デマンド制御対象負荷のデマンド時限ごとの使用電力を目標電力以下に抑えるデマンド制御装置及びデマンド制御方法に関する。

複数の空気調和機、照明機器及び各種電気機器等のデマンド制御対象負荷が使用する電力をデマンド時限（30分）において監視し、その使用電力がデマンド時限終了時に目標電力を超えないよう、デマンド制御対象負荷内の電力調整用負荷をデマンド時限内の制御周期（デマンド制御周期という）ごとに制御するデマンド制御装置（デマンドコントローラ）が知られている。

このデマンド制御装置は、デマンド時限終了時の使用電力が目標電力を超えないために調整（削減）すべき電力いわゆる調整電力をデマンド制御周期ごとに求め、求めた調整電力が目標電力より低い閾値に達した場合に、電力調整用負荷の消費電力を削減する。この削減により、デマンド時限終了時の使用電力を目標電力以下に抑えるようにしている。

電力調整用負荷として、デマンド制御対象負荷に含まれる複数の能力可変式の空気調和機が多用される。能力可変式の空気調和機は、いわゆるインバータエアコンであり、冷凍サイクルを駆動する圧縮機の回転数をインバータ装置によって可変し、能力を可変する。空気調和機の消費電力は、実質的に圧縮機の回転数、すなわちインバータの出力周波数に比例するため、使用電力が目標電力を超えることが予想される場合（調整電力が閾値に達した場合）、空気調和機の能力を低減させ、以後の消費電力を抑える。これら空気調和機は通信ラインによりデマンド制御装置に接続される。デマンド制御装置は、これら空気調和機との相互の通信を１つずつ順次に行う。調整電力が閾値に達した際に空気調和機の消費電力を削減する制御は、この通信により実行される。

特開２００８−９６０５３号公報

一般的には電力調整用負荷として選定される空気調和機の台数は、対象となる建物に設置されている空気調和機のすべてとするが、デマンド制御対象負荷の容量や設置場所、ユーザの要望などに応じて一部の空気調和機を除外することもある。

電力調整用負荷として選定された空気調和機の台数が多ければ、デマンド制御装置と空気調和機の全てとの通信が一巡するのに要する時間が長くなる。少なくともこの一巡時間を含む長さにデマンド制御周期が設定される。そして、このデマンド制御周期が長くてもデマンド時限終了時の空気調和機の使用電力を目標電力以下に確実に抑えることができるよう、調整電力に対する閾値が目標電力に対して十分に低い値に余裕をもって設定される。

ただし、閾値があまり低いと、電力調整用負荷の使用電力を過剰に抑制することになり、過度に空調の快適性が損なわれてしまう。

本発明の実施形態の目的は、電力調整用負荷の使用電力を過剰に抑制することなく、デマンド制御対象負荷のデマンド時限ごとの使用電力を目標電力以下に確実に抑えることができるデマンド制御装置およびデマンド制御方法を提供することである。

請求項１のデマンド制御装置は、デマンド制御対象負荷が使用する電力をデマンド時限内で監視し、その使用電力が前記デマンド時限の終了時に目標電力を超えないよう、前記デマンド制御対象負荷内の電力調整用負荷を前記デマンド時限内の制御周期ごとに制御するものであって、第１制御手段および第２制御手段を備える。第１制御手段は、前記デマンド時限の終了時における前記デマンド制御対象負荷の使用電力が前記目標電力を超えないために調整すべき電力を前記制御周期ごとに求め、求めた電力が閾値に達した場合に前記電力調整用負荷の消費電力を削減する。第２制御手段は、前記制御周期の長さに応じて前記閾値を可変設定する。

請求項４のデマンド制御方法は、デマンド制御対象負荷が使用する電力をデマンド時限内で監視し、その使用電力が前記デマンド時限の終了時に目標電力を超えないよう、前記デマンド制御対象負荷内の電力調整用負荷を前記デマンド時限内の制御周期ごとに制御するものであって、前記デマンド時限の終了時における前記デマンド制御対象負荷の使用電力が前記目標電力を超えないために調整すべき電力を前記制御周期ごとに求め、求めた電力が閾値に達した場合に前記電力調整用負荷の消費電力を削減し、かつ前記制御周期の長さに応じて前記閾値を可変設定する。

一実施形態の構成を示すブロック図。 一実施形態におけるデマンド時限Ｔｄ，デマンド制御周期Δｔ，使用電力Ａ，目標電力Ｂ，調整電力Ｃ，閾値Ｄの一例を示す図。

図１において、デマンド制御対象負荷１は、例えばオフィスビル等に設置されて電力を消費する負荷であり、電力調整用負荷である複数の電力調整用空気調和機２ａ，２ｂ，…２ｎ、および非電力調整用負荷である照明機器・エレベータ・給湯機器・オフィス機器等の調整外負荷３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを含む。

電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎは、インバータおよびそのインバータの出力により動作する圧縮機を搭載し、デマンド制御装置１０によってインバータの出力周波数が制御されることにより空調能力及び消費電力が変化する。

このデマンド制御対象負荷１に電力量計４が接続されている。電力量計４は、デマンド制御対象負荷１の使用電力に比例する数のパルス信号を出力する。この出力信号が信号ライン５によりデマンド制御装置１０に送られる。

デマンド制御装置１０は、デマンド制御対象負荷１が使用する電力（使用電力という）Ａをデマンド時限（例えば30分）Ｔｄ内で監視し、その使用電力Ａがデマンド時限Ｔｄの終了時に目標電力Ｂを超えないよう、デマンド制御対象負荷１内の電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎをデマンド時限Ｔｄ内のデマンド制御周期Δｔごとに制御する。

具体的には、デマンド制御装置１０は、デマンド時限Ｔｄの終了時におけるデマンド制御対象負荷１の使用電力Ａが目標電力Ｂを超えないために調整（削減）すべき電力（調整電力という）Ｃをデマンド制御周期Δｔごとに求め、求めた調整電力Ｃが閾値Ｄに達した場合に電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力を削減する第１制御手段と、デマンド制御周期Δｔの長さに応じて上記閾値Ｄを可変設定する第２制御手段と、を含む。第１制御手段は、具体的には、電力検出部１１、目標電力記憶部１２、調整電力演算部１３、削減判定部１５、設定値記憶部１６、設定値補正部１７、電力制御部１８、制御周期設定部１９である。第２制御手段は、具体的には閾値設定部１４である。

上記電力検出部１１は、電力量計４から供給されるパルス信号を積算することにより、デマンド制御対象負荷１がデマンド時限Ｔｄ内で消費する電力を使用電力Ａとして逐次に検出する。使用電力Ａがデマンド時限Ｔｄ内でどのように変化するかの一例を図２に示す。ここでいう使用電力Ａは、電力会社が500ｋＷ高圧受電の場合の電気料金を定めるに当たって使用する30分間平均電力のことである。例えば、デマンド時限Ｔｄ内のｔｘ時点の使用電力Ａは、デマンド時限Ｔｄの開始時からｔｘ時点までの電力量をＷprsとすると、Ａ＝Ｗprs／Ｔｄである。電力量Ｗprsは、デマンド時限Ｔｄの開始時からｔｘ時点までのパルス信号の積算値をρprs、１パルス信号当たりの電力量をｗpとすると、Ｗprs＝ｗp×ρprsである。つまり、Ａ＝ｗp×ρprs／Ｔｄとなる。

上記目標電力記憶部１２は、デマンド時限Ｔｄの終了時の使用電力Ａに対する目標電力（デマンド目標値ともいう）Ｂを記憶している。目標電力Ｂのデータは、保守作業員やユーザにより目標電力記憶部１２に入力される。

上記調整電力演算部１３は、デマンド時限Ｔｄ内のデマンド制御周期Δｔごとに、デマンド時限Ｔｄの終了時の使用電力Ａが目標電力Ｂを超えないために調整（削減）すべき電力である調整電力Ｃを下式（１）の演算により求める。デマンド制御周期Δｔは、制御周期設定部１９から通知される。ｔｘは、デマンド時限Ｔｄの開始時からの経過時間である。調整電力Ｃの変化の一例を図２に示している。
Ｃ＝Ｔｄ×Ａ／（Ｔｄ−ｔｘ）−Ｔｄ×Ｂ／（Ｔｄ−ｔｘ）
＝Ｔｄ×（Ａ−Ｂ）／（Ｔｄ−ｔｘ）…式（１）
上記閾値設定部１４は、複数のデマンド制御周期Δｔとこれらデマンド制御周期Δｔにそれぞれ比例する大きさの複数の余裕率Ｍ（％）とを対応付けたデータテーブルを記憶しており、制御周期設定部１９から通知されるデマンド制御周期Δｔに対応する余裕率Ｍ（％）をデータテーブルから読み出し、読み出した余裕率（％）を目標電力Ｂに乗算し、その乗算結果の分だけ目標電力Ｂより低い電力を調整電力Ｃに対する閾値Ｄとして定める。

上記削減判定部１５は、調整電力演算部１３で算出される調整電力Ｃと閾値設定部１４で設定される閾値Ｄとを比較し、調整電力Ｃが閾値Ｄに達した場合に、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力を削減させる旨の削減指令Ｅを発する。

上記設定値記憶部１６は、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力の合計値に対する設定値Ｐを記憶している。上記設定値補正部１７は、設定値記憶部１６内の設定値Ｐをデマンド時限Ｔｄの開始ごとに取込んで保持するとともに、削減判定部１５から削減指令Ｅが発せられた場合に、保持している設定値Ｐを調整電力演算部１３で算出された調整電力Ｃ（＝閾値Ｄ）と同じ分だけ減少方向に補正する。

上記電力制御部１８は、デマンド制御対象負荷１の運転開始に際し、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎとの相互の通信を１つずつ順次に行い、これにより電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの制御用アドレスおよび台数ｎなどを認識する。この認識後、電力制御部１８は、制御周期設定部１９から通知されるデマンド制御周期Δｔごとに電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎとの上記通信を逐次に実行し、その通信により、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力の合計値が設定値補正部１７内の設定値Ｐに一致するよう電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの空調能力を制御する。この空調能力の制御では、制御量を電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎに対し均等分して割り当ててもよいし、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎに何らかの重みづけを設定しておき、その重みづけに応じて按分した制御量を電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎに対し割り当ててもよい。なお、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの空調能力と電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力とは概ね比例関係にあるため、空調能力すなわちインバータの出力周波数が決まれば、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力は算定可能である。

上記制御周期設定部１９は、デマンド制御対象負荷１の運転開始に伴い電力制御部１８が電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎとの最初の通信を実行した際に、電力制御部１８と電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの全てとの通信が一巡するのに要する時間を検出し、検出した時間と同じまたはそれよりわずかに長い時間をデマンド制御周期Δｔとして設定する。この設定に際し、制御周期設定部１９は、図２に示すように、デマンド制御周期Δｔをデマンド時限Ｔｄの終了時を基準にして開始側に向け順次に割り当てる。そして、制御周期設定部１９は、設定したデマンド制御周期Δｔを調整電力演算部１３、閾値設定部１４、電力制御部１８に通知する。

つぎに、デマンド制御装置１０の全体的な制御を説明する。
デマンド制御対象負荷１の運転開始に際し、デマンド制御装置１０と電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの全てとの通信が一巡するのに要する時間が検出され、検出された時間と同じまたはそれよりわずかに長い時間がデマンド制御周期Δｔとして設定される。すなわち、設置される電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの台数ｎおよびその台数ｎの増減にかかわらず、デマンド制御装置１０と電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの全てとの通信が一巡するのに要する時間を十分に含む長さにデマンド制御周期Δｔが設定される。

そして、設定されたデマンド制御周期Δｔの長さに対応する大きさの余裕率Ｍ（％）が目標電力Ｂに乗算され、その乗算結果の分だけ目標電力Ｂより低い電力が調整電力Ｃに対する閾値Ｄとして設定される。すなわち、デマンド制御周期Δｔが長いほど、基準値Ｄが低い値に設定される。デマンド制御周期Δｔが短いほど、基準値Ｄが高い値に設定される。

デマンド制御対象負荷１の運転開始に伴い、デマンド制御対象負荷１の使用電力Ａがデマンド時限Ｔｄ内で逐次に検出され、検出された使用電力Ａがデマンド時限Ｔｄの終了時に目標電力Ｂを超えないために調整すべき電力が調整電力Ｃとしてデマンド制御周期Δｔごとに算出される。そして、算出された調整電力Ｃと上記設定された閾値Ｄとが比較される。調整電力Ｃが閾値Ｄ未満であれば削減指令Ｅが発せられることはなく、よって電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力に対する設定値Ｐは補正されない。

調整電力Ｃが閾値Ｄに達した場合、削減指令Ｅが発せられる。削減指令Ｅが発せられると、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力に対する設定値Ｐが調整電力Ｃ（＝閾値Ｄ）と同じ分だけ減少方向に補正される。そして、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力の合計値が上記補正された設定値Ｐに一致するよう、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの空調能力が制御される。

図２の例では、デマンド時限Ｔｄの終了直前におけるデマンド制御周期Δｔの開始時に調整電力Ｃが閾値Ｄに達し、その時点で、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力を調整電力Ｃの分だけ削減する制御が実行される。この削減により、デマンド時限Ｔｄの終了時において、デマンド制御対象負荷１の使用電力Ａが目標電力Ｂ以下に収まる。

とくに、デマンド制御周期Δｔが長い場合は閾値Ｄが低めに設定されるので、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの消費電力を削減する制御が早めに実行されることになる。よって、デマンド時限Ｔｄの終了時の電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの使用電力Ａを目標電力Ｂ以下に確実に抑えることができる。仮に、デマンド制御周期Δｔが長いにもかかわらず閾値Ｄが低めに設定されない場合には、図２に“調整なしのＡ”として破線で示すように、デマンド制御対象負荷１の使用電力Ａが目標電力Ｂを超えてしまうことになる。この不具合を未然に防ぐことができる。

デマンド制御周期Δｔが短い場合は閾値Ｄが高めに設定されるので、消費電力を削減する制御がデマンド時限Ｔｄの終了により近いところで実行される。よって、デマンド時限Ｔｄ終了時の電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの使用電力Ｃを目標電力Ｂ以下に確実に抑えることができるとともに、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの使用電力Ｃを目標電力Ｂにできるだけ近いところまで最大限に許容でき、デマンド制御の信頼性が向上する。

電力調整用負荷の使用電力Ｃを過剰に抑制しないので、電力調整用負荷の運転に対する悪影響をできるだけ少なくすることができる。すなわち、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎによる空調の快適性を極力損なわないようになる。

なお、上記実施形態では、デマンド制御装置１０と電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの全てとの通信が一巡するのに要する時間を検出し、検出した時間と同じまたはそれよりわずかに長い時間をデマンド制御周期Δｔとして設定したが、通信対象である電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎとの１台当たりの通信に要する時間ｔ１は基本的に概ね一定であることに着目すれば、その通信時間ｔ１を予め記憶しておき、電力調整用空気調和機２ａ〜２ｎの設置に際して係員により設定される台数ｎを上記通信時間ｔ１に乗算し、かつ余裕度を確保する所定時間ｔ２をその乗算結果に加算し、この加算結果をデマンド制御周期Δｔとして設定してもよい。この場合は、デマンド制御周期Δｔ＝ｔ１×ｎ＋ｔ２となる。

また、上記実施形態では、電力調整用負荷が空気調和機である場合を例に説明したが、消費電力の調整が可能なものであれば、空気調和機に限らず他の機器を用いてもよい。

その他、上記実施形態および変形は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…デマンド制御対象負荷、２ａ〜２ｎ…電力調整用空気調和機（電力調整用負荷）、３ａ〜３ｄ…調整外負荷（非電力調整用負荷）、４…電力量計、１０…デマンド制御装置、１１…電力検出部、１２…目標電力記憶部、１３…調整電力演算部、１４…閾値設定部、１５…削減判定部、１６…設定値記憶部、１７…設定値補正部、１８…電力制御部、１９…制御周期設定部

Claims (4)

1. デマンド制御対象負荷が使用する電力をデマンド時限内で監視し、その使用電力が前記デマンド時限の終了時に目標電力を超えないよう、前記デマンド制御対象負荷内の電力調整用負荷を前記デマンド時限内の制御周期ごとに制御するデマンド制御装置であって、
   前記デマンド時限の終了時における前記デマンド制御対象負荷の使用電力が前記目標電力を超えないために調整すべき電力を前記制御周期ごとに求め、求めた電力が閾値に達した場合に前記電力調整用負荷の消費電力を削減する第１制御手段と、
   前記制御周期の長さに応じて前記閾値を可変設定する第２制御手段と、
   を備えることを特徴とするデマンド制御装置。
2. 前記電力調整用負荷は、複数の空気調和機であり、
   前記第１制御手段は、前記複数の空気調和機との通信を順次に行い、その通信により前記複数の空気調和機の消費電力を制御するとともに、前記複数の空気調和機との前記通信が一巡するのに要する時間を前記制御周期として設定する、
   前記第２制御手段は、前記第１制御手段で設定される制御周期の長さに比例する大きさの余裕率を前記目標電力に乗算し、その乗算結果の分だけ前記目標電力より低い電力を前記閾値として定める。
   ことを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。
3. 前記第１制御手段は、前記複数の空気調和機との前記通信が一巡するのに要する時間を検出し、検出した時間と同じまたはそれより長い時間を前記制御周期として設定することを特徴とする請求項２に記載のデマンド制御装置。
4. デマンド制御対象負荷が使用する電力をデマンド時限内で監視し、その使用電力が前記デマンド時限の終了時に目標電力を超えないよう、前記デマンド制御対象負荷内の電力調整用負荷を前記デマンド時限内の制御周期ごとに制御するデマンド制御方法であって、
   前記デマンド時限の終了時における前記デマンド制御対象負荷の使用電力が前記目標電力を超えないために調整すべき電力を前記制御周期ごとに求め、求めた電力が閾値に達した場合に前記電力調整用負荷の消費電力を削減し、かつ前記制御周期の長さに応じて前記閾値を可変設定する、
   を備えることを特徴とするデマンド制御方法。

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