JP5399843B2 - 電力制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電力制御システムに関し、特に、家庭内の電気機器を電力線で接続した家電機器ネットワーク（ＰＬＣ：Power Line Communication）等に好ましく適用される技術に関するものである。

一般に、家庭内の電気機器全体で使用できる電力は、各家庭で契約により定格電力として決められており、定格を超える電流が家庭内に流れた場合、住宅に設けられたブレーカが落ちて停電状態となる。これを回避するためには、家庭内の消費電力状況を測定し、一定量の制限値を設けて、電気機器全ての消費電力が定格電力を超えないように制御することが必要である。

例えば特許文献１には、家屋内にある全ての電気機器を統括して管理し、全消費電力が適切な範囲で保たれるようにする制御方法が開示されている。当該制御方法では、家庭内ネットワークに接続されている電気機器ごとに運転状況に対応した消費電力値を登録しておき、電気機器全体での消費電力の制限値を設定すると、その時点で家庭内ネットワークに接続された電気機器全体での消費電力を常時検出し、電気機器全体での消費電力値が設定した制限値を超えた場合には、登録した内容に従って電気機器の運転を一部抑制する。

特開２００４−２３２８３号公報

通常、電気機器の起動時の消費電力は様々であり、制限値の設定が高すぎると、起動時に高電力を必要とする電気機器が起動した場合に、該起動後の全体の消費電力が制限値を通り越して定格をオーバーしてしまう可能性がある。また、制限値の設定が低すぎると、効率的に電力を使用することができないという問題がある。特許文献１による制御方法では、起動時の消費電力が意識されておらず、上記の問題に対応することはできない。

また、最近では、テレビやエアコン等の電気機器において省電力機能を備えるものが広くユーザに提供されているが、上記の起動時の消費電力を考慮に入れた全体的な電力管理を行わない状態では、省電力機能のメリットを十分に享受できているとはいえない。

そこで、本発明は、運転中の電気機器と未起動の電気機器の消費電力を確保し、確実にブレーカ落ちを防止するとともに、定格電力を最大限活用できるようにすることを目的とする。

本発明の電力制御システムは、複数の電気機器と電力制御装置とがネットワークを介して接続された電力制御システムであって、複数の電気機器は、共通の大きさの第１電力で起動して電力制御装置と通信を行い、該通信を行った後にユーザの指定に応じた動きである本動作を第２電力で開始し、電力制御装置は、ネットワーク内で未起動の電気機器が同時に起動するのに必要な電力である起動電力を求め、ネットワーク内の電気機器全体の消費電力の定格である定格電力から起動電力を除いた電力を消費可能電力として設定し、消費可能電力を限度に本動作中の電気機器の第２電力、又は第１電力で起動中の電気機器の第２電力を調整する。

また、本発明の電力制御システムは、上記の電力制御システムにおいて、電力制御装置が、未起動の電気機器による起動又は本動作中の電気機器による停止の発生に応じて、起動電力を求め、消費可能電力を設定するものであってもよい。

また、本発明の電力制御システムは、上記の電力制御システムにおいて、複数の電子機器が、起動後に電力制御装置に対して本動作の要求を行い、電力制御装置から本動作を許可する応答を受けた後に本動作を開始するものであってもよい。

また、本発明の電力制御システムは、上記の電力制御システムにおいて、電力制御装置が、起動後の電気機器から本動作の要求を受けて、起動電力を求めて消費可能電力を設定し、消費可能電力と全ての本動作中の電気機器の消費電力と該要求にかかる本動作に必要な消費電力とに基づいて、本動作中の電気機器の消費電力を調整し、該調整後に起動後の電気機器に対して本動作を許可する応答を行うものであってもよい。

また、本発明の電力制御システムは、上記の電力制御システムにおいて、電力制御装置が、本動作中の他の電気機器の消費電力調整後に本動作を開始した電気機器が該本動作を停止した場合、他の電気機器の消費電力を調整前の状態に戻すものであってもよい。

本発明によれば、電気機器の起動に応じて未起動の電気機器の起動に必要な電力を動的に確保し、定格電力から該起動に必要な電力を除いた電力を消費可能電力として運転中の電気機器の消費電力を調整するため、運転中の電気機器と未起動の電気機器の消費電力を確保し、確実にブレーカ落ちを防止するとともに、定格電力を最大限活用することが可能となる。

本発明の実施形態に係る家電機器ネットワークの構成図である。 本発明の実施形態に係る電力制御装置の機能図である。 本発明の実施形態に係る電力制御のチャート図である。 本発明の実施形態に係る電力制御に用いられる電力制御情報の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る電力制御の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る家電機器ネットワークの構成を示した図である。本実施形態の家電機器ネットワーク１は、ブレーカ２、電力センサ３、電力制御装置４、ドライヤ５、照明６、テレビ７、パソコン８、給湯器９、電子レンジ１０、エアコン１１、ＰＬＣ１２から構成され、各電気機器や各装置等はＰＬＣ１２を介して接続されている。本実施形態では、ドライヤ５からエアコン１１の電気機器がネットワークを構成しているが、もちろんこれに限定されず、その他の電気機器をネットワークに含めてもよい。また、ＰＬＣ１２のほかに、例えばＢｌｕｅｔｏｏｈｔ等の無線を用いてネットワークを構成してもよい。また、電力線に接続されている機器についてはＰＬＣを利用し、その他の機器については無線を用いてネットワークを構成してもよい。

ブレーカ２は、電力センサ３の検出結果（ネットワーク内の全電気機器の消費電力）に応じて電力供給を中断して停電状態とする。電力センサ３は、ネットワーク内の全電気機器の起動や運転を監視し、ネットワーク内の全電気機器の消費電力を検出する。電力制御装置４は、全ての未起動の電気機器が起動するのに必要な電力（以下、起動電力という）を確保するとともに、定格電力から起動電力を除いた電力（以下、消費可能電力という）の範囲内で、運転中の全電機機器の消費電力を制御する。もしネットワークに接続されていない電気機器が存在する場合、定格電力から当該電気機器の消費電力、及び起動電力を除いた電力を消費可能電力としてもよい。

本実施形態では、ドライヤ５からエアコン１１の各電気機器は２段階でユーザ所望の運転モードに入る仕様とする。すなわち、１段階目では各機器共通の小さい電力量（電力Ａとする）で起動し、２段階目で所望の運転モードに必要な電力量（電力Ｂとする）で運転を行う。電力Ａは、機器の起動と起動後の電力制御装置４との通信に必要十分な電力である。各電気機器は、起動後に運転に必要な電力Ｂを電力制御装置４に通知し、電力制御装置４からの運転許可応答を待って運転を開始する。

図２は、本発明の実施形態に係る電力制御装置の機能構成を示した図である。本実施形態の電力制御装置４は、ＣＰＵ（不図示）がメモリ（不図示）に格納された本実施形態特有のプログラムを読み込んで、起動電力を求めて消費可能電力を設定し、運転中の電機機器の消費電力を調整してネットワーク内の消費電力を制御するための機能部である制御部１００を構成する。制御部１００は、消費可能電力設定手段１１０、機器消費電力調整手段１２０、通信手段１３０、電力制御情報管理手段１４０を論理的に有する。なお、これらの各手段を回路で構成する等してハードウェアで実現することも可能である。

消費可能電力設定手段１１０は、電気機器が起動した場合、残りの未起動の電気機器が起動するための起動電力を求め、定格電力から該起動電力を差し引いて消費可能電力を算出して設定する。消費可能電力の設定は、電力制御情報管理手段１４０が保持する電力制御情報を更新することで行う。機器消費電力調整手段１２０は、起動した電気機器が開始しようとする運転に必要な消費電力、該機器の運転前における運転中の全電機機器の消費電力、消費可能電力に基づいて、運転中の全電機機器の消費電力の調整を行う。通信手段１３０は、起動した電気機器や運転中の電気機器との間で通信を行う。電力制御情報管理手段１４０は、本実施形態での電力制御に用いる電力制御情報を保持し、消費可能電力設定１１０や機器消費電力調整手段１２０に電力制御情報を提供するとともに、制御に応じてデータ更新を行う。

図３は、本発明の実施形態に係る電力制御の流れを示した図である。電気機器ａは未起動の機器でこれから起動して運転しようとする機器である。他の電気機器は所望の運転モードによる運転中の機器である。

まず、電気機器ａは電源をＯＮして起動する（ステップＳ１）。そして、電気機器ａは電力制御装置に起動を通知する（ステップＳ２）。電力制御装置は、通信手段１３０が電気機器ａの起動通知を取得し、消費可能電力設定手段１１０が起動電力（残りの未起動機器が起動するのに必要な電力）を算出する（ステップＳ３）。そして、消費可能電力設定手段１１０は、求めた起動電力と定格電力から、消費可能電力（運転中の全電気機器が消費できる電力）を算出し、電力制御情報管理手段１４０に該消費可能電力を送出して設定する（ステップＳ４）。電力制御情報管理手段１４０は、受け取った消費可能電力を用いてデータ更新を行う（ステップＳ５）。

具体的な例を用いて説明する。図４は電力制御情報の一例を示した図であり、図５は、電力制御の説明するための図である。電気機器ａをエアコンとし、他の電気機器（運転中）を照明、テレビ、給湯器、電子レンジとする。エアコンの起動前の起動電力は、３（未起動機器台数）×０．５Ａ（電力Ａ）＝１．５Ａである。エアコン起動後には、２（未起動機器台数）×０．５Ａ（電力Ａ）＝１Ａが起動電力となる。エアコン起動後の消費可能電力は、２０Ａ（定格電力）−１Ａ（起動電力）＝１９Ａである。エアコン起動後の時点で、電力制御情報管理手段１４０は、この起動電力と消費可能電力を電力制御情報として保持しておく。

図３のチャート図に戻る。電気機器ａは、起動を通知して起動電力及び消費可能電力が更新された後、ユーザにより選択された運転モードを電力制御装置に通知する（ステップＳ６、ステップＳ７）。電力制御装置は、通信手段１３０が電気機器ａの運転モード通知を取得し、機器消費電力調整手段１２０が電力制御情報を用いて電気機器ａの運転に必要な消費電力を確認する（ステップＳ８）。そして、機器消費電力調整手段１２０は、電力制御情報の消費可能電力、電気機器ａの運転前時点の消費電力（他の電気機器の消費電力）、電気機器ａの運転に必要な消費電力をもとに、他の電気機器の消費電力の調整を行う（ステップＳ９）。

現状のままで電気機器ａを運転させると消費可能電力を超過する場合、機器消費電力調整手段１２０は、他の電気機器に対して運転モードの変更を指示する（ステップＳ１０）。他の電気機器は、変更指示を受けて運転モードの変更を行い（ステップＳ１１）、変更完了を電力制御装置に通知する（ステップＳ１２）。電力制御装置は、通信手段１３０が変更完了通知を取得し、機器消費電力調整手段は電力制御情報管理手段１４０に変更後の消費電力を用いて電力制御情報の更新を行わせる（ステップＳ１３）。そして、電力制御装置は通信手段１３０により運転開始を指示し（ステップＳ１４）、電気機器ａは電力制御装置からの指示を受けて運転を開始する（ステップＳ１５）。

なお、電気機器ａの運転前時点の消費電力（他の電気機器の消費電力）と電気機器ａの運転に必要な消費電力の合計が消費可能電力を超過しない場合には、他の電気機器の運転モード変更を行わず、そのまま家電機器ａに運転開始の指示を出す。つまり、他の電気機器の運転モード変更は、消費可能電力、電気機器ａの運転前時点の消費電力（他の電気機器の消費電力）、電気機器ａの運転に必要な消費電力に基づいて、必要に応じて行われる。

図４で、エアコンの運転モード“中”が選択されたものとする。ここで、エアコン運転前の時点、運転中の電気機器は照明、テレビ、給湯器、電子レンジであり、消費電力はそれぞれ４Ａ、３Ａ、８Ａ、４Ａである。エアコン運転前の時点の消費電力は、１Ａ＋４Ａ＋３Ａ＋８Ａ＋０．５Ａ（エアコン起動電力）＝１６．５Ａであり、エアコンの運転が行われた場合、１Ａ＋４Ａ＋３Ａ＋８Ａ＋４Ａ（エアコン運転電力）＝２０Ａとなり、消費可能電力を超過する。このため、運転機器の消費電力を調整する必要がある。

本実施形態では、調整にあたり、電気機器間で優先度を設定しておき、優先度に従って消費電力の調整を行う。図４の例では運転中の電機機器の中で優先度が最も高いのは電子レンジであるため、電子レンジの運転モードを変更して消費電力を調整する。電子レンジの変更後の消費電力は、１９Ａ−（１Ａ＋４Ａ＋３Ａ＋４Ａ（エアコンの運転電力））＝７Ａである。したがって、機器消費電力調整手段１２０は、電子レンジに対して、運転モードを“中”から“弱”に変更するように指示を出す。そして、電力制御情報管理手段１４０は、運転モード変更について変更前後の内容（電子レンジの変更前の消費電力と変更後の消費電力）を保持しておく。

なお、運転機器の消費電力の調整については、上述した優先度を用いる手法のほか、一律で全ての運転機器の運転モードを変更する手法、最も消費電力の大きいもの（あるいは小さいもの）の運転モードをから順に変更していく手法、最も利用率が良くなるように計算して運転モードを変更する手法等、様々な手法を採用することが可能である。

図３のチャート図に戻る。電気機器ａは、運転を終えて電源を切るとき、まず運転を終了し（ステップＳ２１）、電力制御装置に対して運転終了を通知する（ステップＳ２２）と、電力制御装置は、電気機器ａの運転に際して運転モードを変更した電気機器に対して、運転モードを変更前に戻す指示を出す（ステップＳ２３）。電力制御装置は、電力制御情報管理手段１４０が保持している変更前の消費電力に基づいて変更前の運転モードを変更指示とともに、該電気機器に送出する。当該電気機器は、電力制御装置の指示に従って、運転モードを変更前に戻し（ステップＳ２４）、運転モード変更の完了を電力制御装置に通知する（ステップＳ２５）。変更完了通知を受けた電力制御装置は、電力制御情報管理手段１４０が電子レンジの消費電力を変更前のデータに更新する（ステップＳ２６）。なお、電気機器ａの運転に際して他の電気機器が運転モードを変更しなかった場合は、ステップＳ２３からステップＳ２５の処理は行わない。

そして、電気機器ａは停止を電力制御装置に通知して（ステップＳ２７）電源をＯＦＦして停止する（ステップＳ２８）。電力制御装置は、消費可能電力設定手段１１０が電気機器ａの停止後の起動電力を算出し（ステップＳ２９）、消費可能電力を求めて設定する（ステップＳ３０）。そして、電力制御情報管理手段１４０が、算出した起動電力や消費可能電力を用いて電力制御情報を更新する（ステップＳ３１）。

図４の例では、電力制御情報管理手段１４０は、電子レンジの起動を１（起動）から０（停止）に変更し、起動電力を１Ａから１．５Ａに変更し、消費可能電力を１９Ａから１８．５Ａに変更し、電子レンジの消費電力の変更後７Ａをクリアして、電力制御情報の更新を行う。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

例えば、本実施形態の電力制御装置において、コンピュータ（ＣＰＵ）が所定の記録媒体（メモリ）からプログラムを読み出して実行することにより、消費可能電力設定手段、機器消費電力調整手段、通信手段、電力制御情報管理手段が主記憶装置上にロードされて生成される。すなわち、本実施形態の展開情報収集ＰＣや展開ＰＣで実行されるプログラムは、実際のハードウェアを用いて具体的手段を実現する。

本実施形態の電力制御装置で実行されるプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供されるように構成してもよい。また、上記プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供あるいは配布するように構成してもよい。

また、上記プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルで、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、不揮発性のメモリカード等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されるように構成してもよい。また、上記プログラムは、ＲＯＭ等にあらかじめ組み込んで提供するように構成してもよい。

この場合、上記記録媒体から読み出された又は通信回線を通じてロードし実行されたプログラムコード自体が前述の実施形態の機能を実現することになる。そして、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成する。

１ 家電機器ネットワーク
２ ブレーカ
３ 電力センサ
４ 電力制御装置
５ ドライヤ
６ 照明
７ テレビ
８ パソコン
９ 給湯器
１０ 電子レンジ
１１ エアコン
１２ ＰＬＣ
１００ 制御部
１１０ 消費可能電力設定手段
１２０ 機器消費電力調整手段
１３０ 通信手段
１４０ 電力制御情報管理手段

Claims (5)

1. 複数の電気機器と電力制御装置とがネットワークを介して接続された電力制御システムであって、
   前記複数の電気機器は、共通の大きさの第１電力で起動して前記電力制御装置と通信を行い、前記通信を行った後にユーザの指定に応じた動きである本動作を第２電力で開始し、
   前記電力制御装置は、前記ネットワーク内で未起動の電気機器が同時に起動するのに必要な電力である起動電力を求め、前記ネットワーク内の電気機器全体の消費電力の定格である定格電力から前記起動電力を除いた電力を消費可能電力として設定し、前記消費可能電力を限度に本動作中の電気機器の第２電力、又は前記第１電力で起動中の電気機器の第２電力を調整することを特徴とする電力制御システム。
2. 前記電力制御装置は、未起動の電気機器による起動又は本動作中の電気機器による停止の発生に応じて、前記起動電力を求め、前記消費可能電力を設定することを特徴とする請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記複数の電気機器は、起動後に前記電力制御装置に対して前記本動作の要求を行い、前記電力制御装置から前記本動作を許可する応答を受けた後に前記本動作を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力制御システム。
4. 前記電力制御装置は、起動後の電気機器から前記本動作の要求を受けて、前記起動電力を求めて前記消費可能電力を設定し、前記消費可能電力と全ての本動作中の電気機器の消費電力と前記要求にかかる本動作に必要な消費電力とに基づいて、本動作中の電気機器の消費電力を調整し、前記調整後に前記起動後の電気機器に対して前記本動作を許可する応答を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力制御システム。
5. 前記電力制御装置は、本動作中の他の電気機器の消費電力調整後に本動作を開始した電気機器が該本動作を停止した場合、前記他の電気機器の消費電力を前記調整前の状態に戻すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力制御システム。

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