JP5127799B2 - 電力デマンド監視装置および電力デマンド監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、建物の使用電力量の電力デマンド予測を監視し、契約電力量を超過するおそれがあるときに監視員に警告を行う電力デマンド監視装置および電力デマンド監視方法に関する。

従来、電力の使用に際しては、契約電力量を超えることがあると違約金の支払いや基本料金の引き上げが生じるため、契約電力量を超えないように調整する必要がある。使用電力量が契約電力量を超えたか否かは、例えば３０分周期で算出される平均使用電力量と契約電力量とが比較されることで判断される。

契約電力量を超えないように使用電力量を調整するための対策として、特許文献１に記載されたような電力デマンド監視装置が用いられている。

この特許文献１に記載の電力デマンド監視装置では、平均使用電力量の算出周期開始時から現在までの使用電力量に基づいて、当該周期終了時における平均使用電力量の需要を予測した電力デマンド予測が算出され、この電力デマンド予測が契約電力量を超えたことが検知されたときに、当該周期の平均使用電力量が契約電力量を超える可能性があるとして警告が発せられ、監視員に通知される。

特開平３−２０７２２０号公報

ところで、この特許文献１に記載の電力デマンド監視装置で電力デマンド予測を監視する場合、監視対象の建物で冷凍機などのように始動時のみに高負荷がかかる機器が使用されると、この始動時に一時的に使用電力量が上がる場合がある。

この場合、高負荷がかかるのは始動時の数分間のみで一時的なものであり、当該周期の終了時の平均使用電力量は実際には契約電力量を超えない場合が多くある。例えば、図４に示すように、契約電力が１０００ｋWであるときに、平均使用電力量を算出する１周期の３０分のうち、前半１５分の平均使用電力量が契約電力を超える１５００ｋWであったとしても、後半１５分の平均使用電力量が契約電力を十分に下回る５００ｋWであった場合には、この周期の終了時の平均使用電力量は１０００ｋWとなり、契約電力を超過しないことになる。

このように監視する周期の終了時には契約電力を超過しないにもかかわらず、一時的な高負荷によりその時点で算出される電力デマンド予測が高くなると、例えば冷凍機を始動させる度に警報が発せられてしまい、監視員が監視作業をする際に不都合であるという問題があった。

これを解決するため、高負荷のかかる機器の始動時に警報をロックすることも考えられるが、この場合機器の始動以外の要因で電力デマンド予測が契約電力量を超過し警報を通知する必要があるときにも警報を発することができないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特定の要因により一時的に高負荷の電力がかかるときに、この要因により使用電力量が契約電力量を超える可能性があるとして警報が発せられることを防止し、精度の高い電力デマンドの監視を行う電力デマンド監視装置および電力デマンド監視方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の電力デマンド監視装置は、高負荷の電力を一定時間使用する特定運転を含む運転を行う機器が設置された建物の電力デマンドを、前記一定時間よりも長い監視時間周期で監視する電力デマンド監視装置であり、使用電力量の計測値を取得し、所定時間周期で使用電力量を算出する使用電力量算出部と、現在の運転状態が、前記特定運転であるか、通常の安定した負荷電力を使用した定常運転であるかを判定する運転状態判定部と、前記運転状態判定部において現在の運転状態が定常運転であると判定されたときには、前記使用電力量算出部で算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出し、前記運転状態判定部において現在の運転状態が特定運転であると判定されたときには、当該特定運転が行われる一定期間については前記使用電力量算出部で算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて電力デマンド予測を算出し、当該特定運転が行われる一定期間経過後については、当該機器の特性により予め設定された前記定常運転に関する定数に基づいて電力デマンド予測を算出することにより、当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出する電力デマンド予測算出部と、当該建物の契約電力量に基づく電力デマンド上限値を保持し、電力デマンド予測算出部で算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したか否かを判定するデマンド超過判定部と、デマンド超過判定部において、算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したと判定されたときに、警報を出力する警報出力部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の電力デマンド監視方法は、高負荷の電力を一定時間使用する特定運転を含む運転を行う機器が設置された建物の電力デマンドを、前記一定時間よりも長い監視時間周期で監視する電力デマンド監視装置が、使用電力量の計測値を取得し、所定時間周期で使用電力量を算出する使用電力量算出ステップと、現在の運転状態が、前記特定運転であるか、通常の安定した負荷電力を使用した定常運転であるかを判定する運転状態判定ステップと、前記運転状態判定ステップにおいて現在の運転状態が定常運転であると判定されたときには、前記使用電力量算出ステップで算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出し、前記運転状態判定ステップにおいて現在の運転状態が特定運転であると判定されたときには、当該特定運転が行われる一定期間については前記使用電力量算出ステップで算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて電力デマンド予測を算出し、当該特定運転が行われる一定期間経過後については、当該機器の特性により予め設定された前記定常運転に関する定数に基づいて電力デマンド予測を算出することにより、当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出する電力デマンド予測算出ステップと、当該建物の契約電力量に基づく電力デマンド上限値を保持し、電力デマンド予測算出ステップで算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したか否かを判定するデマンド超過判定ステップと、デマンド超過判定ステップにおいて、算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したと判定されたときに、警報を出力する警報出力ステップとを有することを特徴とする。

本発明の電力デマンド監視装置および電力デマンド監視方法によれば、特定の要因により一時的に高負荷の電力がかかるときに、この要因により使用電力量が契約電力量を超える可能性があるとして警報が発せられることを防止し、精度の高い電力デマンドの監視を行うことができる。

本発明の一実施形態による電力デマンド監視装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による電力デマンド監視装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による電力デマンド監視装置で予測された電力デマンドの変化の一例を示すグラフである。 従来の使用電力量と契約電力量との関係の一例を示すグラフである。

本発明の電力デマンド監視装置は、監視対象である建物の使用電力量が契約電力量を超えないように当該建物内の機器の運転を制御するための支援を行うものである。その際、使用電力量が契約電力量を超えているか否かは所定時間周期（本実施形態においては３０分周期）の平均使用電力量を利用して判断されるため、現在の使用電力量から当該周期の終了時の電力デマンド（予測需要電力）を予測し、この予測した電力デマンドが契約電力量を超える可能性があるときに監視員に通知することで、運転制御の支援を行う。以降、この周期を「デマンド周期」とする。

本発明の電力デマンド監視装置の一実施形態として、冷凍機など始動時に一時的に高負荷の電力を使用する機器が設置された建物の、電力デマンド予測を監視する場合について説明する。

〈一実施形態による電力デマンド監視装置の構成〉
本実施形態による電力デマンド監視装置の構成について、図１を参照して説明する。

電力デマンド監視装置１は、運転スケジュール記憶部１１と、入力部１２と、使用電力量算出部１３と、電力デマンド予測演算部１４と、デマンド超過判定部１５と、警報出力部１６とを有する。

運転スケジュール記憶部１１は、電力デマンド予測の監視対象の当該建物に設置された機器の運転スケジュール情報を記憶する。

入力部１２は、当該建物の使用電力量を計測する電力メータから、所定時間間隔で電力計測値を取得して入力する。

使用電力量算出部１３は、入力部１２から入力された電力計測値から、一定周期（１０秒〜１分程度）で使用電力量を算出する。

電力デマンド予測演算部１４は、運転状態判定部１４１と、電力デマンド予測算出部１４２とを有する。

運転状態判定部１４１は、運転スケジュール記憶部１１に記憶された機器の運転スケジュール情報に基づいて、現在の運転状態が通常時の安定した負荷電力を使用する定常運転であるか、または機器の始動時など一時的な高負荷の電力を使用する特定運転であるかを判定する。ここで特定運転の期間はデマンド周期よりも短い期間であるものとし、例えば数十秒間〜数分間である。

電力デマンド予測算出部１４２は、運転状態判定部１４１において現在の運転状態が定常運転時であると判定されたときには、使用電力量算出部１３で算出された当該デマンド周期の現在までの使用電力量に基づいて当該デマンド周期の終了時の電力デマンド予測を算出する。

また電力デマンド予測算出部１４２は、運転状態判定部１４１において現在の運転状態が特定運転時であると判定されたときには、当該特定運転が行われる一定期間については使用電力量算出部１３で算出された当該デマンド周期の現在までの使用電力量に基づいて電力デマンド予測を算出し、当該特定運転が行われる一定期間経過後については定常運転が行われるものとして電力デマンド予測を算出することにより、当該デマンド周期の終了時の電力デマンド予測を算出する。

またデマンド超過判定部１５は、当該建物の契約電力量に基づく電力デマンド上限値を保持し、電力デマンド予測算出部１４２で算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したか否かを判定する。

警報出力部１６は、デマンド超過判定部１５において、算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したと判定されたときに、アラーム等により警報を出力し、監視員に当該デマンド周期の終了時における平均使用電力量が契約電力量を超える可能性があることを通知する。

〈一実施形態による電力デマンド監視装置の動作〉
次に、本実施形態による電力デマンド監視装置１の動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

本実施形態による電力デマンド監視装置１が稼動するにあたり、運転スケジュール記憶部１１には、電力デマンド予測の監視対象の当該建物に設置された機器の運転スケジュール情報が予め記憶される。この運転スケジュール情報には、始動時に高負荷のかかる冷凍機の始動時刻等が含まれている。

そして運転スケジュール情報が記憶された状態で電力デマンド監視装置１が稼動されると、入力部１２において当該建物の使用電力量を計測する電力メータから、所定時間間隔で電力計測値が取得されて入力される（Ｓ１）。

次に、使用電力量算出部１３において、入力部１２から所定時間間隔で継続して入力された電力計測値に基づいて、一定周期（例えば１０秒〜１分）で使用電力量が算出される（Ｓ２）。

次に、電力デマンド予測演算部１４の運転状態判定部１４１において、運転スケジュール記憶部１１に記憶された機器の運転スケジュール情報に基づいて、現在の運転状態が通常時の安定した負荷電力を使用する定常運転であるか、または機器の始動時刻から一定期間の始動時など一時的な高負荷の電力を使用する特定運転であるかが判定される（Ｓ３）。

ステップＳ３により、運転状態判定部１４１において現在の運転状態が定常運転であると判定されたときには、使用電力量算出部１３で算出された当該デマンド周期の現在までの使用電力量に基づいて、電力デマンド予測算出部１４２において当該デマンド周期の終了時（td）の電力デマンド予測が算出される（Ｓ４）。定常運転時用の演算について説明する。

まず、デマンド周期内の時間ｔ（ｈ）における電力デマンドを現在デマンドＷDt（ｋＷ）とすると、この現在デマンドＷDtは下記式（１）のように表される。

〔数１〕

ここで、ＷDt：現在デマンド（ｋＷ）、Ｐｔ：当該デマンド周期の、時間ｔまでの使用電力量（ｋＷｈ）、ｔｄ：デマンド周期（ｈ）、Ｗｔ：単位時間あたりの使用電力量（ｋＷ）である。

また、現在デマンドＷDｔの時間変化率ｄＷDt／ｄｔは、式（１）に基づいて下記式（２）のように表される。

〔数２〕
ｄＷDt／ｄｔ＝Ｗｔ／ｔｄ ・・・式（２）
また、ある時間ｔ（ｈ）において現在デマンドがＷDtの場合、その時の使用電力量Ｗtが残り時間ｔｒ継続すると仮定すると、時間ｔ（ｈ）における電力デマンド予測Ｗｘtは下記式（３）のように表される。

〔数３〕
電力デマンド予測Ｗｘt＝ＷDｔ＋ｄＷDｔ／ｄｔ×（ｔｄ−ｔ） ・・・式（３）
ここで、式（２）よりｄＷDt／ｄｔ＝Ｗｔ／ｔｄであるため、上記式（３）は、さらに下記式（４）のように表される。

〔数４〕
電力デマンド予測Ｗｘt＝ＷDｔ＋Ｗｔ／ｔｄ×（ｔｄ−ｔ）・・・式（４）
このように算出された上記の式（４）が、定常運転時用の演算式として用いられ、電力デマンド予測が算出される。

またステップＳ３により、運転状態判定部１４１において現在の運転状態が特定運転であると判定されたときには、当該特定運転が行われる一定期間については使用電力量算出部１３で算出された当該デマンド周期の現在までの使用電力量に基づいて電力デマンド予測が算出され、当該特定運転が行われる一定期間経過後については定常運転が行われるものとして電力デマンド予測が算出されることにより、当該監視時間周期の終了時（td）の電力デマンド予測が算出される（Ｓ５）。特定運転時用の演算について説明する。

時刻ｔ0において機器が始動を開始し、ｔ0〜ｔ0＋ｔｇの間、一時的に単位時間あたりの使用電力量Ｗｔが高い値となった場合を考える。この始動時の単位時間あたりの使用電力量Ｗｔは始動機器が一時的に使用する始動電力Ｗｇとそれ以外の機器で使用する電力Ｗｅの合計であるので、ｔ0〜ｔ0＋ｔｇの間の単位時間あたりの使用電力量Ｗｔは下記式（５）のように表される。

〔数５〕
単位時間あたりの使用電力量Ｗｔ＝Ｗｇ＋Ｗｅ ｔ0＜ｔ＜ｔ0＋ｔｇ
・・・式（５）
また、始動機器では一時的に始動電力Ｗｇを必要とし、時間ｔｇ経過後に定常運転に遷移し定常電力Ｗｇｔで安定するので、定常運転に遷移した後の単位時間あたりの使用電力量Ｗｔは下記式（６）のように表される。

〔数６〕
単位時間あたりの使用電力量Ｗｔ＝Ｗｇｔ＋Ｗｅ ｔｇ＜ｔ ・・・式（６）
式（５）、式（６）、および式（４）より、特定運転時用の予測需要電力Ｗｘt’の演算式は、下記式（７）のように表される。

〔数７〕
電力デマンド予測Ｗｘt’＝ＷDｔ＋Ｗｔ／ｔｄ×（ｔ0＋ｔｇ−ｔ）
＋（Ｗｇｔ＋Ｗｅ）／ｔｄ×（ｔｄ−ｔ0−ｔｇ）・・・式（７）
ここで始動機器以外の機器の電力Ｗｅは式（５）よりＷｅ＝Ｗｔ−Ｗｇであるので、上記式（７）はさらに下記式（８）のように表される。

〔数８〕
電力デマンド予測Ｗｘt’＝ＷDｔ＋Ｗｔ／ｔｄ×（ｔｄ−ｔ）
−（Ｗｇ−Ｗｇｔ）／ｔｄ×（ｔｄ−ｔ0−ｔｇ）・・・式（８）
ここで上式の電力デマンド予測Ｗｘt’に、式（４）で表される定常時電力デマンド予測を代入すると、特定運転時用に補正された電力デマンド予測Ｗｘｔ’として下記式（９）のように表される。

〔数９〕
補正電力デマンド予測Ｗｘｔ’＝電力デマンド予測Ｗｘt−（Ｗｇ−Ｗｇｔ）／ｔｄ ×（ｔｄ−ｔ0−ｔｇ） ・・・式（９）
このように補正電力デマンド予測Ｗｘｔ’は、電力デマンド予測Ｗｘtに基づいて補正された値であり、式（９）は、ある機器が始動したときに一時的に必要な電力（Ｗｇ−Ｗｇｔ）を考慮した電力デマンド予測を算出する式である。

式（９）のＷｇ、Ｗｇｔおよびｔｇは機器の始動特性を示す定数であり、予め建物監視制御システムに登録しておくものとする。

このように算出された上記式（９）が、特定運転時用の演算式として用いられ、電力デマンド予測が算出される。

ステップＳ４において算出される電力デマンド予測Ｗｘtと、ステップＳ５において算出される電力デマンド予測Ｗｘt’との関係について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、現在時ｔが機器の始動時であるｔ0〜ｔ0＋ｔｇの間にあるときに、特定運転時用に補正せずに式（４）の定常運転時用の演算式が用いられると、傾きａで示される直線で電力デマンドが予測され当該デマンド周期の終了時（td）における電力デマンド予測は点Ａ値となるが、補正された式（９）の特定運転時用の演算式が用いられると始動による高負荷の運転期間（ｔ0〜ｔ0＋ｔｇ）が終了した後は定常運転されることが考慮されて演算が行われるため、始動による高負荷の運転終了時（tg）以降は傾きｂで示される直線で電力デマンドが予測され当該デマンド周期の終了時（td）における電力デマンド予測は点Ｂ値となる。

電力デマンド予測算出部１４２において電力デマンド予測が算出されると、この電力デマンド予測が、予め保持されている電力デマンド上限値を超過したか否かがデマンド超過判定部１５において判定される（Ｓ６）。

ステップＳ６において、算出された電力デマンド予測が電力デマンド上限値を超過したと判定されたときには、警報出力部１６によりラーム等により警報が出力され、監視員に当該デマンド周期の終了時（td）における平均使用電力量が契約電力量を超える可能性があることが通知される（Ｓ７）。

このように機器の始動等の特定の要因により一時的に高負荷の電力がかかるときにも、この要因のみにより、当該周期の平均使用電力量が契約電力量を超える可能性を通知する警報が発せられることを防止されるため、機器の始動の度に警報が発せられることがなく、精度の高い電力デマンドの監視を行うことができる。

例えば、図３において電力デマンド上限値が点Ａ値と点Ｂ値との間にある場合、機器の始動時に特定運転用に補正して演算が行われないと電力デマンド予測が電力デマンド上限値を超過し警報が発せられるが、特定運転用に補正して精度良く演算が行われると電力デマンド予測が電力デマンド上限値を超過しないため、警報が発せられなくなり、監視員の監視作業の労力が低減できる。

また本実施形態においては、運転状態判定部１４１において現在の運転状態が定常運転であるか特定運転であるかが判定される際に、予め運転スケジュール記憶部１１に記憶された運転スケジュールに基づいて行われる場合について説明したが、これには限定されず、機器が始動したときに送信される信号を取得し、この信号の取得から一定期間を特定運転される期間として判定処理を行うようにしてもよい。

１…電力デマンド監視装置
１１…運転スケジュール記憶部
１２…入力部
１３…使用電力量算出部
１４…電力デマンド予測算出部
１５…デマンド超過判定部
１６…警報出力部
１４１…運転状態判定部
１４２…電力デマンド予測算出部

Claims (3)

1. 高負荷の電力を一定時間使用する特定運転を含む運転を行う機器が設置された建物の電力デマンドを、前記一定時間よりも長い監視時間周期で監視する電力デマンド監視装置において、
   使用電力量の計測値を取得し、所定時間周期で使用電力量を算出する使用電力量算出部と、
   現在の運転状態が、前記特定運転であるか、安定した負荷電力を使用した定常運転であるかを判定する運転状態判定部と、
   前記運転状態判定部において現在の運転状態が定常運転であると判定されたときには、前記使用電力量算出部で算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出し、
   前記運転状態判定部において現在の運転状態が特定運転であると判定されたときには、当該特定運転が行われる一定期間については前記使用電力量算出部で算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて電力デマンド予測を算出し、当該特定運転が行われる一定期間経過後については、当該機器の特性により予め設定された前記定常運転に関する定数に基づいて電力デマンド予測を算出することにより、当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出する電力デマンド予測算出部と、
   当該建物の契約電力量に基づく電力デマンド上限値を保持し、電力デマンド予測算出部で算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したか否かを判定するデマンド超過判定部と、
   デマンド超過判定部において、算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したと判定されたときに、警報を出力する警報出力部と
   を備えることを特徴とする電力デマンド監視装置。
2. 前記運転状態判定部は、予め記憶された前記機器の運転スケジュールに基づいて、当該機器の始動から一定期間を前記特定運転される期間として判定するかまたは、前記機器が始動したときに送信される信号を取得し、この信号の取得から一定期間を前記特定運転される期間として判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力デマンド監視装置。
3. 高負荷の電力を一定時間使用する特定運転を含む運転を行う機器が設置された建物の電力デマンドを、前記一定時間よりも長い監視時間周期で監視する電力デマンド監視装置が、
   使用電力量の計測値を取得し、所定時間周期で使用電力量を算出する使用電力量算出ステップと、
   現在の運転状態が、前記特定運転であるか、安定した負荷電力を使用した定常運転であるかを判定する運転状態判定ステップと、
   前記運転状態判定ステップにおいて現在の運転状態が定常運転であると判定されたときには、前記使用電力量算出ステップで算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出し、
   前記運転状態判定ステップにおいて現在の運転状態が特定運転であると判定されたときには、当該特定運転が行われる一定期間については前記使用電力量算出ステップで算出された当該監視時間周期の現在までの使用電力量に基づいて電力デマンド予測を算出し、当該特定運転が行われる一定期間経過後については、当該機器の特性により予め設定された前記定常運転に関する定数に基づいて電力デマンド予測を算出することにより、当該監視時間周期の終了時の電力デマンド予測を算出する電力デマンド予測算出ステップと、
   当該建物の契約電力量に基づく電力デマンド上限値を保持し、電力デマンド予測算出ステップで算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したか否かを判定するデマンド超過判定ステップと、
   デマンド超過判定ステップにおいて、算出された電力デマンド予測が、保持している電力デマンド上限値を超過したと判定されたときに、警報を出力する警報出力ステップと
   を有することを特徴とする電力デマンド監視方法。

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