JP5768903B2 - 需要電力予測システム - Google Patents

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Description

この発明は、複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムに関するものである。
自家発電設備を備えた産業プラントでは、自家発電による電力と、電力会社から購入する電力(契約電力)との双方によって、プラントで使用する全体の電力を賄っている。このような産業プラントでは、将来必要になる電力(需要電力)を予測し、その予測値に基づいて、自家発電によって発電する量(自家発電量)を調整している。即ち、プラントへの供給電力量が上記予測値を下回ることがないように、その総量(即ち、自家発電量と契約電力量との合計値)を設定している。
下記特許文献1には、需要電力を予測するためのシステムが記載されている。特許文献1に記載のシステムでは、プラント全体で使用した電力量(実績値)に基づいて、需要電力の予測を行っている。
日本特開平8−308108号公報
産業プラントでは、需要電力の予測精度が悪いと、予測値の誤差を考慮して、自家発電量や契約電力量を決定しなければならない。即ち、需要電力の予測精度が悪いと、予測値の誤差を考慮して、自家発電量や契約電力量を増やさなければならない。
従来のシステムでは、プラント全体で使用した電力量に基づいて、需要電力の予測を行っていたため、生産スケジュールに変更が生じた場合や、設備の動作に突発的な変更が生じた場合に、予測値をそれらの事象に合わせて即座に対応させることができなかった。即ち、従来のシステムでは、予測値と実績値との乖離が大きく、予測値に基づいて自家発電量や契約電力量を効果的に削減することができなかった。
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、その目的は、産業プラントにおける需要電力の予測精度を高め、自家発電量や契約電力量を適切に削減することができる需要電力予測システムを提供することである。
この発明に係る需要電力予測システムは、複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムであって、機器毎の使用電力データを収集し、第1記憶手段に記憶させる第1収集手段と、産業プラントにおける生産スケジュールが記憶された第2記憶手段と、第1記憶手段に記憶された使用電力データ及び第2記憶手段に記憶された過去の生産スケジュールに基づいて、所定の製品種別毎の電力量算出モデルを、機器毎に作成するモデル作成手段と、モデル作成手段によって作成された電力量算出モデル及び第2記憶手段に記憶された将来の生産スケジュールに基づいて、機器毎将来の需要電力を演算し、演算した機器毎の需要電力を足し合わせることにより、産業プラントの将来の需要電力を演算する第1予測手段と、産業プラントの使用電力データを収集し、第3記憶手段に記憶させる第2収集手段と、第3記憶手段に記憶された使用電力データに基づいて、産業プラントの将来の需要電力を演算する第2予測手段と、第1予測手段によって演算された産業プラントの需要電力及び第2予測手段によって演算された産業プラントの需要電力に基づいて、産業プラントの将来の需要電力を演算する第3予測手段と、を備えたものである。
この発明に係る需要電力予測システムは、複数の設備を備え且つ各設備に複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムであって、機器毎の使用電力データを収集し、第1記憶手段に記憶させる第1収集手段と、産業プラントにおける生産スケジュールが記憶された第2記憶手段と、第1記憶手段に記憶された使用電力データ及び第2記憶手段に記憶された過去の生産スケジュールに基づいて、所定の製品種別毎の電力量算出モデルを、機器毎に作成するモデル作成手段と、第1予測手段と、産業プラントの使用電力データを収集し、第3記憶手段に記憶させる第2収集手段と、第3記憶手段に記憶された使用電力データに基づいて、産業プラントの将来の需要電力を演算する第2予測手段と、第3予測手段と、を備え、第1予測手段は、モデル作成手段によって作成された電力量算出モデル及び第2記憶手段に記憶された将来の生産スケジュールに基づいて、機器毎に将来の需要電力を演算する第1演算手段と、第1演算手段によって演算された需要電力を、設備に備えられた機器について足し合わせることにより、設備毎に将来の需要電力を演算する第2演算手段と、第2演算手段によって演算された設備毎の需要電力を足し合わせることにより、産業プラントの将来の需要電力を演算する第3演算手段と、を備え、第3予測手段は、第1予測手段によって演算された産業プラントの需要電力及び第2予測手段によって演算された産業プラントの需要電力に基づいて、産業プラントの将来の需要電力を演算するものである。

この発明に係る需要電力予測システムであれば、産業プラントにおける需要電力の予測精度を高めることができ、自家発電量や契約電力量を適切に削減することができる。
産業プラントの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態1における需要電力予測システムを示す構成図である。 モデル作成手段の機能を説明するための図である。 需要電力予測手段の機能を説明するための図である。 製鉄所の熱延工場の概略を示す図である。 この発明の実施の形態1における需要電力予測システムの動作を説明するための図である。
添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図において、同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。重複する説明については、適宜簡略化或いは省略する。
実施の形態1.
図1は産業プラントの構成例を示す図である。図1は、本需要電力予測システムが適用される産業プラントの一例を示している。
図1において、1は所定の製品を生産するための産業プラントである。産業プラント1で生産される製品には、半製品のようなものも含まれる。産業プラント1には、複数の設備2が備えられている。各設備2には、複数の機器3が備えられている。
産業プラント1は、自家発電設備4を備えている。産業プラント1では、自家発電設備4から供給される電力と、外部の電力会社5から購入する電力とによって、プラントで使用する全体の電力を賄っている。
図2はこの発明の実施の形態1における需要電力予測システムを示す構成図である。
需要電力予測システムは、産業プラント1において将来必要になる電力(需要電力)を予測する。需要電力予測システムは、使用電力データ収集手段6及び16、使用電力データ記憶手段7及び17、生産スケジュール記憶手段8、モデル作成手段9、短期需要電力予測手段10、操業情報取得手段15、長期需要電力予測手段18、需要電力予測手段19、表示装置20を備えている。
使用電力データ収集手段6は、機器3が使用した電力のデータ(使用電力データ:実績値)を、機器3毎に収集する。使用電力データ収集手段6は、産業プラント1に備えられている全ての機器3から、使用電力データを収集することが望ましい。しかし、産業プラント1には、多数の機器3が備えられている。このため、消費電力が極めて小さい機器3や、小型の機器3等については、使用電力データの収集を行わなくても良い。使用電力データ収集手段6は、電力を消費する全ての機器3から、使用電力データを収集する必要はない。
使用電力データ記憶手段7には、機器3毎の使用電力データが記憶される。使用電力データ収集手段6は、機器3の使用電力データを取得すると、その取得したデータを使用電力データ記憶手段7に記憶させる。使用電力データ記憶手段7には、各機器3の使用電力量が、時刻情報に紐付けて記憶されている。
生産スケジュール記憶手段8には、産業プラント1における生産スケジュールが記憶される。生産スケジュールとは、各設備2(各機器3)を使用して、製品を生産するためのスケジュールである。生産スケジュールには、製品に関する所定の種別データが、時系列に含まれている。
モデル作成手段9は、機器3が使用する電力量を算出するためのモデル(電力量算出モデル)を作成する機能を有している。モデル作成手段9は、機器3毎、及び、所定の製品種別毎に、上記電力量算出モデルを作成する。モデル作成手段9は、使用電力データ記憶手段7に記憶された使用電力データと、生産スケジュール記憶手段8に記憶された過去の生産スケジュールとに基づいて、電力量算出モデルの作成を行う。
図3はモデル作成手段の機能を説明するための図である。
モデル作成手段9は、電力量算出モデルとして、例えば、図3に示すような「製品種別−電力原単位」管理表を、製品3毎に作成する。
例えば、使用電力データ記憶手段7には、機器a1の使用電力量(実績値)が、時刻情報に紐付けて記憶されている。生産スケジュール記憶手段8には、機器a1で実際に行われたスケジュールのデータ(過去データ)が記憶されている。この過去データには、例えば、製品種別α及びβのデータが、時系列に含まれている。
モデル作成手段9は、使用電力データ記憶手段7及び生産スケジュール記憶手段8の各記憶内容に基づいて、製品種別毎の機器a1の使用電力量を集計し、モデル化する。即ち、モデル作成手段9は、製品種別α(α1〜αn)、β(β1〜βn)をそれぞれ特定することによって機器a1の電力原単位E を導くことができるモデルを作成する。
モデル作成手段9は、機器a2、a3・・・、機器b1、b2、b3・・・、機器c1、c2、c3・・・についても、同様のモデルを作成する。
短期需要電力予測手段10は、産業プラント1において、短期的な将来に必要となる電力(短期需要電力)を演算する機能を有している。このような機能を実現するため、短期需要電力予測手段10には、演算手段11乃至14が備えられている。
演算手段11は、機器3において将来必要となる電力(短期需要電力)を演算する。演算手段11は、機器3毎に、将来の需要電力を演算する。演算手段11は、モデル作成手段9によって作成された電力量算出モデルと、生産スケジュール記憶手段8に記憶された将来の生産スケジュールとに基づいて、短期需要電力の演算を行う。
演算手段12は、設備2において将来必要となる電力(短期需要電力)を演算する。演算手段12は、設備2毎に、将来の需要電力を演算する。
所定の設備2に属する機器3は予め決まっている。例えば、設備Aには、機器a1、機器a2、機器a3・・・が備えられている。同様に、設備Bには、機器b1、機器b2、機器b3・・・が備えられている。演算手段12は、演算手段11によって演算された需要電力を、設備2に備えられた機器3について足し合わせることにより、その設備2の需要電力を演算する。例えば、演算手段12は、演算手段11によって演算された機器a1の需要電力、機器a2の需要電力、機器a3の需要電力・・・を全て足し合わせて、設備Aの需要電力を導き出す。
演算手段13は、産業プラント1において将来必要となる電力(短期需要電力)を演算する。演算手段13は、演算手段12によって演算された各設備2の需要電力を足し合わせることにより、プラント全体の将来の需要電力を演算する。
このように、短期需要電力予測手段10は、機器3毎の需要電力を演算した後、機器単体の電力値をボトムアップ式に加算していくことにより、プラント全体の短期需要電力を導き出す。
演算手段14は、機器3において現在使用されている電力(使用電力)を演算する。演算手段14は、機器3毎に、現在の使用電力を演算する。
操業情報取得手段15は、産業プラント1における現在の操業情報を取得する機能を有している。演算手段14は、操業情報取得手段15によって取得された現在の操業情報と、モデル作成手段9によって作成された電力量算出モデルとに基づいて、上記使用電力の演算を行う。
短期需要電力予測手段10(演算手段11)は、演算手段14によって演算された現在の使用電力も考慮して、機器3毎の需要電力を演算しても良い。かかる構成であれば、導き出したプラント全体の需要電力に、プラントの現状を反映させることができる。
使用電力データ収集手段16は、産業プラント1が使用した電力のデータ(使用電力データ:実績値)、即ち、プラント全体の使用電力データを収集する。例えば、使用電力データ収集手段16は、工場の受電点の電力値を、上記使用電力データとして取得する。
使用電力データ記憶手段17には、産業プラント1の使用電力データが記憶される。使用電力データ収集手段16は、プラント全体の使用電力データを取得すると、その取得したデータを使用電力データ記憶手段17に記憶させる。使用電力データ記憶手段17には、プラント全体の使用電力量が、時刻情報に紐付けて記憶されている。
長期需要電力予測手段18は、産業プラント1において、長期的な将来に必要となる電力(長期需要電力)を演算する機能を有している。長期需要電力予測手段18は、例えば、データマイニング手法を活用することにより、使用電力データ記憶手段17に記憶された使用電力データに基づいて、産業プラント1の将来の需要電力を演算する。
需要電力予測手段19は、産業プラント1において将来必要となる電力(需要電力)を演算する。需要電力予測手段19の演算結果が、本システムの出力(予測値)となる。需要電力予測手段19は、短期需要電力予測手段10によって演算されたプラント全体の需要電力(短期予測)と、長期需要電力予測手段18によって演算されたプラント全体の需要電力(長期予測)とに基づいて、上記需要電力の演算を行う。
例えば、需要電力予測手段19は、上記長期予測に短期予測を重ね合わせることにより、予測値(G3)を求める。下記式1は、上記重ね合わせの際に使用されるモデルの一例を示している。
G3=γ1*G1+γ2*G2 ・・・(1)
上記式1において、G1は需要電力の長期予測値(長期需要電力予測手段18の演算結果)、G2は需要電力の短期予測値(短期需要電力予測手段10の演算結果)である。γ1及びγ2は、補正項である。
図4は需要電力予測手段の機能を説明するための図である。図4は、上記式1を使用した時の需要電力予測手段19の演算結果を示している。図4では、G1を破線で、G2を一点鎖線で、G3を実線で示している。
需要電力の短期予測値G2は、現在(時刻t=0)から時刻t1までの所定期間しか得ることができない。このため、需要電力予測手段19は、例えば、時刻t2(例えば、t2>t1)までの期間に関しては、需要電力の長期予測値G1と需要電力の短期予測値G2との双方を用いて、予測値G3を演算する(γ1≠0、γ2≠0)。また、需要電力予測手段19は、時刻t2よりも先の所定期間(時刻t2からt3までの期間)に関しては、需要電力の短期予測値G2を使用せず、需要電力の長期予測値G1に基づいて、予測値G3を演算する(γ1≠0、γ2=0)。
時刻t1からt2までの期間は、予測値G3の急激な変動を防止するための移行期間である。なお、時刻t2をt1>t2となるように設定して、上記移行期間を時刻t1までの期間に収めても良い。
時刻t2からt3までの期間では、γ1=1であれば、長期予測値G1を予測値G3としてそのまま出力することができる。上記期間中、γ1として、1よりも僅かに大きな値等を採用しても良い。
需要電力予測手段19によって演算された産業プラント1の将来の需要電力(予測値)は、表示装置20に表示される。
なお、図1に示す各手段は、如何なる装置(ハードウェアによるもの、ソフトウェアによるもの、その双方によるものを含む)によって構成しても良い。
上記構成を有する需要電力予測システムであれば、需要電力の予測精度を大幅に高めることができる。即ち、本需要電力予測システムでは、機器単体の電力値をボトムアップ式に加算していくことにより、需要電力の短期予測を行っている。そして、得られた短期予測も考慮して、プラント全体の需要電力を演算している。このため、本需要電力予測システムであれば、生産スケジュールに変更が生じた場合や、設備2(機器3)の動作に突発的な変更が生じた場合にも、予測値をそれらの事象に合わせて容易に対応させることができる。本需要電力予測システムであれば、予測値と実績値との乖離を小さくすることができ、自家発電量や契約電力量の大幅な削減が可能となる。
次に、上記需要電力予測システムの具体的な適用例について説明する。
図5は製鉄所の熱延工場の概略を示す図である。図6はこの発明の実施の形態1における需要電力予測システムの動作を説明するための図である。図6は、本需要電力予測システムを、図5に示す熱延工場に適用した時の動作を示している。
図5に示すように、熱延工場には、加熱炉(RF:Reheating Furnace)21、粗圧延機(RM:Roughing Mills)22、クロップシャー(CS:Crop Shear)23、仕上圧延機(FM:Finishing Mills)24、ランアウトテーブル(ROT:Run Out Table)25、ダウンコイラー(DC:Down Coiler)26といった複数の設備2が備えられている。また、各設備2には、モータ、ポンプ、ドライブ装置といった複数の機器3が備えられている。
使用電力データ収集手段6は、熱延工場に備えられたモータやポンプ、ドライブ装置から、それぞれの使用電力データを収集し、使用電力データ記憶手段7に記憶させる。生産スケジュール記憶手段8には、熱延工場で行われた過去の生産スケジュールと、この熱延工場でこれから行われる将来の生産スケジュールとが記憶されている。生産スケジュールには、例えば、圧延材(製品)の種別として、材長、材幅、材厚、鋼種の各データが、時系列に含まれる。
モデル作成手段9は、各機器3の使用電力データ(実績値)と過去の生産スケジュールとから、機器3毎及び製品種別毎に、電力量算出モデルを作成する。例えば、モデル作成手段9は、上記モデル化を行う際に、製品種別を材長、材幅、材厚、鋼種として、電力量データを分類する。
短期需要電力予測手段10は、電力量算出モデルと将来の生産スケジュールと操業情報とから、需要電力の短期予測(電力量の将来データの算出)を行う。操業情報取得手段15は、例えば、圧延材のライン上の位置情報やモータの速度情報、モータのトルク情報を操業情報として取得する。
短期需要電力予測手段10では、先ず、演算手段14により、各機器3の電力量の現在データ(使用電力)が演算される。また、図6に示すように、演算手段11は、機器3毎の電力量の将来データを算出する。演算手段12は、演算手段11の算出結果に基づいて、設備2毎(図5及び図6に示す例では、エリア毎)の電力量の将来データを算出する。演算手段13は、演算手段12が算出した各将来データを全て加算して、プラント全体の電力量の将来データを算出する。
使用電力データ収集手段16は、熱延工場の受電点の電力値を、熱延工場全体の使用電力データとして取得する。使用電力データ収集手段16は、取得した電力値を時刻情報に紐付けて使用電力データ記憶手段17に記憶させる。長期需要電力予測手段18は、使用電力データ記憶手段17に記憶されている使用電力データに基づいて、需要電力の長期予測(電力量の将来データの算出)を行う。そして、需要電力予測手段19は、得られた需要電力の短期予測と長期予測とから、システムとしての出力値を算出する。
製鉄所の熱延工場では、生産スケジュールが変更されたり、オペレータによる手動操作が行われたりした際に、工場全体の使用電力が大きく変動する。このため、従来の予測手法では、予測値が、実績値から大きく外れてしまうことが度々あった。本需要電力予測システムであれば、秒単位で変化する生産プロセスの稼働状況に合わせて、電力予測を行うことができる。このため、本需要電力予測システムを採用することにより、熱延工場においても、電力予測の精度を大幅に向上させることが可能となる。
本需要電力予測システムは、製鉄所の熱延工場の他にも、例えば、製鉄所の冷延工場に適用することができる。また、本需要電力予測システムは、製鉄所の他にも、例えば、製紙工場、飲料工場、食品工場といった各種産業プラントに適用することができる。
1 産業プラント
2 設備
3 機器
4 自家発電設備
5 電力会社
6、16 使用電力データ収集手段
7、17 使用電力データ記憶手段
8 生産スケジュール記憶手段
9 モデル作成手段
10 短期需要電力予測手段
11、12、13、14 演算手段
15 操業情報取得手段
18 長期需要電力予測手段
19 需要電力予測手段
20 表示装置
21 加熱炉
22 粗圧延機
23 クロップシャー
24 仕上圧延機
25 ランアウトテーブル
26 ダウンコイラー

Claims (5)

  1. 複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムであって、
    前記機器毎の使用電力データを収集し、第1記憶手段に記憶させる第1収集手段と、
    前記産業プラントにおける生産スケジュールが記憶された第2記憶手段と、
    前記第1記憶手段に記憶された使用電力データ及び前記第2記憶手段に記憶された過去の生産スケジュールに基づいて、所定の製品種別毎の電力量算出モデルを、前記機器毎に作成するモデル作成手段と、
    前記モデル作成手段によって作成された電力量算出モデル及び前記第2記憶手段に記憶された将来の生産スケジュールに基づいて、前記機器毎将来の需要電力を演算し、演算した前記機器毎の需要電力を足し合わせることにより、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第1予測手段と、
    前記産業プラントの使用電力データを収集し、第3記憶手段に記憶させる第2収集手段と、
    前記第3記憶手段に記憶された使用電力データに基づいて、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第2予測手段と、
    前記第1予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力及び前記第2予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力に基づいて、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第3予測手段と、
    を備えた需要電力予測システム。
  2. 複数の設備を備え且つ前記各設備に複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムであって、
    前記機器毎の使用電力データを収集し、第1記憶手段に記憶させる第1収集手段と、
    前記産業プラントにおける生産スケジュールが記憶された第2記憶手段と、
    前記第1記憶手段に記憶された使用電力データ及び前記第2記憶手段に記憶された過去の生産スケジュールに基づいて、所定の製品種別毎の電力量算出モデルを、前記機器毎に作成するモデル作成手段と、
    第1予測手段と、
    前記産業プラントの使用電力データを収集し、第3記憶手段に記憶させる第2収集手段と、
    前記第3記憶手段に記憶された使用電力データに基づいて、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第2予測手段と、
    第3予測手段と、
    を備え、
    前記第1予測手段は、
    前記モデル作成手段によって作成された電力量算出モデル及び前記第2記憶手段に記憶された将来の生産スケジュールに基づいて、前記機器毎将来の需要電力を演算する第1演算手段と、
    前記第1演算手段によって演算された需要電力を、前記設備に備えられた前記機器について足し合わせることにより、前記設備毎に将来の需要電力を演算する第2演算手段と、
    前記第2演算手段によって演算された前記設備毎の需要電力を足し合わせることにより、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第3演算手段と、
    を備え
    前記第3予測手段は、前記第1予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力及び前記第2予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力に基づいて、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する
    需要電力予測システム。
  3. 前記第3予測手段は、
    前記第1予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力及び前記第2予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力に基づいて、所定の第1期間における前記産業プラントの将来の需要電力を演算し、
    前記第1予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力を使用することなく、前記第2予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力に基づいて、前記第1期間よりも先の所定の第2期間における前記産業プラントの将来の需要電力を演算する
    請求項1又は請求項2に記載の需要電力予測システム。
  4. 前記第3予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力を表示する表示装置を更に備えた請求項1から請求項3の何れか一項に記載の需要電力予測システム。
  5. 前記産業プラントにおける現在の操業情報を取得する操業情報取得手段を更に備え、
    前記第1予測手段は、前記操業情報取得手段によって取得された操業情報及び前記モデル作成手段によって作成された電力量算出モデルに基づいて、前記機器毎現在の使用電力を演算し、演算した現在の使用電力も考慮して、前記機器毎の需要電力を演算する請求項1から請求項の何れか一項に記載の需要電力予測システム。
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