JP5800979B2

JP5800979B2 - 需要家内電力分配システムおよび需要家内電力分配方法

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Publication number: JP5800979B2
Application number: JP2014500069A
Authority: JP
Inventors: 雅仁松下; 洋介金子; 晃久安田; 川岸　元彦; 元彦川岸; 隆也山本; 博米谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: JPWO2013121700A1; WO2013121700A1; CN104126260A; CN104126260B

Description

この発明は、デマンドレスポンスに対応した需要家内電力分配システムおよび需要家内電力分配方法に関する。

電力会社等の電力を供給する側から、単位時間当たりに使用可能な電力量の上限値を提示されるデマンドレスポンスに対応した需要家内での電力使用量の抑制策として、空調の熱負荷変動を予測し、エネルギー消費量が最低となるように空調設備を制御することでピーク電力を抑制する方法がある（例えば、特許文献１）。

また、利用可能な電力を複数の負荷設備間で分配する際、負荷設備が提供している快適性や利便性の他に、電気料金を尺度に加えた統一尺度をテーブル化し、これに基づいて電力分配を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１１−３６０８４号公報特開２０１０−１６６６３６号公報

しかし、特許文献１に示されている従来手法では、需要家内で制御可能な負荷設備が空調設備だけの場合は適切に電力消費を抑制可能であるが、照明等を加えた複数種の負荷設備が存在する場合、各設備種別間での電力分配を決められないという課題があった。

また、特許文献２に示されている従来手法では、複数種の設備に負荷電力を分配する際、統一尺度を用いてコストを最小化するように分配を実施しているが、分配後の電力需要を予測していないため、環境変化により負荷設備ごとの電力需要が変化した場合に対応できないという課題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、空調や照明など、複数種の負荷設備を有する需要家内において、複数の負荷設備に対応して通知された各負荷設備の必要電力とデマンドレスポンス等により制限される消費可能上限電力値とに基づいて、消費可能上限電力値を超えないように各負荷設備に分配電力を割り振り、割り振られた分配電力内で各負荷設備を運用することを目的とする。

この発明に係る需要家内電力分配システムは、電力を供給する側、もしくは需要家内の電力の使用量をコントロールするエネルギー管理システムから指示される、今後の所定時間の間に需要家内で消費してもよい消費可能電力の上限値を受け取るとともに、この消費可能電力の上限値と需要家内の複数の負荷設備に対応して通知された各負荷設備の必要電力とに基づいて、それぞれの負荷設備に対して分配する分配電力を指示する電力分配部と、前記負荷設備それぞれに対応して設けられ、当該負荷設備が前記今後の所定時間の間に必要とする前記必要電力を、目標指標値を満たす運用パターンごとに予測して、最小の必要電力を前記電力分配部に通知し、前記電力分配部から指示された分配電力となる運用パターンを運用制御パターンとして指示する電力予測部と、前記負荷設備それぞれに対応して設けられ、当該負荷設備に対応する前記電力予測部から指示された運用制御パターンに基づいて当該負荷設備を制御する設備制御部とを備えた。

この発明に係る需要家内電力分配システムによれば、空調や照明など、複数種の負荷設備を有する需要家内において、複数の負荷設備に対応して通知された各負荷設備の必要電力とデマンドレスポンス等により制限される消費可能上限電力値とに基づいて、消費可能上限電力値を超えないように各負荷設備に分配電力を割り振り、割り振られた分配電力内で各負荷設備を運用するようにしたので、ピーク電力を抑制できるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る需要家内電力分配システムの構成の一例を示すシステム構成図である。この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムの構成の一例を示すシステム構成図である。この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムの動作の一例を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムの構成の一例を示すシステム構成図である。この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムの動作の一例を示すフローチャートである。

この発明に係る需要家内電力分配システムは、オフィスビルや店舗、あるいは工場のような需要家の施設内にある空調や照明などの複数の負荷設備の消費電力を、消費可能上限電力値を超えないように制御するシステムとして実現される。ここで、消費可能上限電力値とは、電力を供給する側、もしくは需要家内の電力の使用量をコントロールするエネルギー管理システム（例えば、ビルエネルギー管理システム、ＢＥＭＳ：ＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）から指示される、今後の所定時間の間に需要家内で消費してもよい消費可能電力の上限値である。以下、この発明の需要家内電力分配システムにおける実施の形態を説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る需要家内電力分配システムは、需要家の施設内に三つの負荷設備（負荷設備ａ、ｂ、ｃとする）を持つものとして、そのシステム例について説明する。

図１は、この発明の実施の形態１に係る需要家内電力分配システムの構成の一例を示すシステム構成図である。図において、需要家内電力分配システムは、電力分配部１、３対の電力予測部１２ａ〜ｃおよび設備制御部１３ａ〜ｃを備える。電力分配部１は、電力を供給する側、もしくは需要家内の電力の使用量をコントロールするエネルギー管理システムから指示される、今後の所定時間の間に需要家内で消費してもよい消費可能電力の上限値を受け取るとともに、この消費可能電力の上限値と需要家内の複数の負荷設備ａ〜ｃに対応して通知された各負荷設備の必要電力ａ〜ｃとに基づいて、それぞれの負荷設備ａ〜ｃに対して分配する分配電力ａ〜ｃを指示する。電力予測部１２ａ〜ｃは、負荷設備ａ〜ｃそれぞれに対応して設けられ、当該負荷設備が今後の所定時間の間に必要とする必要電力を、当該負荷設備の目標指標値を満たす運用パターンの候補ごとに予測して、最小の必要電力ａ〜ｃを電力分配部１に通知し、電力分配部１から指示された分配電力ａ〜ｃで運用される運用パターンａ〜ｃを運用制御パターンａ〜ｃとして指示する。設備制御部１３ａ〜ｃは、負荷設備ａ〜ｃそれぞれに対応して設けられ、当該負荷設備ａ〜ｃに対応して電力予測部１２ａ〜ｃから指示された運用制御パターンａ〜ｃに基づいて当該負荷設備ａ〜ｃを制御する。

ここで、負荷設備ａ〜ｃそれぞれに対応して設けられた電力予測部１２ａ〜ｃは、目標指標値を満たす運用パターンａ〜ｃの候補ごとに必要電力ａ〜ｃを予測するが、指標値は、例えば負荷設備が空調設備であれば室温、照明設備であれば照度が相当し、その目標指標値は、目標とする室温である目標室温、目標とする照度である目標照度である。目標指標値を満たす運用パターンとは、例えば目標室温を満たすことのできる空調運転パターン、目標照度を満たすことのできる照明調光点灯パターンが相当する。運用制御パターンは、目標指標値を満たすことのできる運用パターンの中から選択された運用パターンであり、当該負荷設備を制御するように運用される、例えば空調運転制御パターン、照明調光点灯制御パターンが相当する。

なお、電力分配部１は、消費可能電力の上限値が電力予測部１２ａ〜ｃから通知された必要電力の合計に対して不足しないときには、通知された必要電力をそのまま分配電力として指示してもよいし、また余裕があるときには、分配電力の合計が消費可能電力の上限値を超えない範囲で、少なくとも一つの負荷設備に対して通知された必要電力より大きい分配電力を指示してもよい。一方、不足するときには、各負荷設備の分配電力の合計が消費可能電力の上限値を超えないように、少なくとも一つの負荷設備に対して通知された必要電力より小さい分配電力を指示するようにする。

また、電力予測部１２は、電力分配部１から指示された分配電力以内で運用される運用パターンを運用制御パターンとして指示するが、電力分配部１から指示された分配電力が当初通知した必要電力と等しいときには、通知した必要電力に対応する運用パターンを運用制御パターンとして指示する。一方、電力分配部１から指示された分配電力が当初通知した必要電力より大きいとき、または小さいときには、分配電力以内で運用される運用パターンの候補の中で目標指標値からの乖離が最も少ない運用パターンを選択して運用制御パターンとして設備制御部１３に指示するものとする。なお、電力予測部１２は、電力分配部１に必要電力を通知する際に、運用パターンの各候補に対して予測した必要電力を記憶しておける場合には、必要電力から変更された分配電力に対応する運用パターンの候補算出に利用してもよい。また、負荷設備の目標指標値ごとの運用パターンと必要電力との対応、分配電力ごとの運用パターンと指標値との対応をテーブル化して算出負荷を軽減してもよい。

この電力予測部１２が分配電力以内で運用される運用パターンの候補の中から運用制御パターンとして選択する、目標指標値と乖離が最も少ない運用パターンとは、例えば負荷設備が空調設備であれば、暖房運転のときは目標室温またはその最も近い室温まで上げられる空調運転パターン、また冷房運転のときは目標室温またはその最も近い室温まで下げられる空調運転パターン、また、負荷設備が照明設備であれば目標照度またはその最も近い照度まで上げられる照明調光点灯パターンである。

ここで、今後の所定時間の間（所定の時間帯）に需要家内で消費してもよい消費可能電力の上限値（消費可能電力上限値）は、次のような単位や形式で、電力を供給する側、もしくは需要家内の電力の使用量をコントロールするエネルギー管理システムから指示されてもよい。例えば、１２時から１２時３０分に使用可能電力上限値が○○ｋＷと指示されるとき、その対象時間帯を開始時間と終了時間による指定（例えば、「１２時」から「１２時３０分」）、あるいは開始時間と対象時間長による指定（例えば、「１２時」から「３０分間」）と指示する場合、対象となる時間長が一定長でも可変長でも構わない。また、予め時間長が決まっているならば、開始時間のみによる指定（例えば、１２時［から３０分間（省略）］）などで指示してもよい。対象時間帯と指示する時間の両方が予め決まっていれば、使用可能電力上限値のみによる指示でも構わない。なお、ここに示した指示の単位や形式は一例であって、他の指示の単位や形式によっても構わない。

このように、この発明の実施の形態１に係る需要家内電力分配システムは、需要家の施設内に三つの負荷設備ａ〜ｃを持つシステム構成例について説明したが、２つ以上の負荷設備から通知される必要電力に対して、合計が消費可能上限電力値を超えないように分配電力を割り振るシステムとして実現されるものである。

この発明の実施の形態１に係る需要家内電力分配システムによれば、複数種の負荷設備を有する需要家内において、各負荷設備対応に通知された必要電力とデマンドレスポンス等により制限される消費可能上限電力値とに基づいて、消費可能上限電力値を超えないように各負荷設備に分配電力を割り振り、割り振られた分配電力内で各負荷設備を運用するようにしたので、需要家内のピーク電力を抑制できるようになる。

このような需要家内電力分配システムの電力分配部１、電力予測部１２、設備制御部１３におけるより詳細な動作は、需要家の施設内にある代表的な負荷設備である空調と照明の二つを具体例として実施の形態２、３で説明する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムは、需要家の施設内にある代表的な負荷設備である空調と照明の二つを制御するものとして、そのシステム例について説明する。

図２は、この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムの構成の一例を示すシステム構成図である。図において、電力分配部１は、電力会社等、電力を供給する側、もしくは需要家内の電力の使用量をコントロールするエネルギー管理システムから指示される、今後の所定時間の間に需要家内で消費してもよい消費可能電力の上限値を受け取るとともに、この消費可能電力の上限値と空調電力予測部２および照明電力予測部４から空調設備と照明設備に対応して通知された空調必要電力および照明必要電力とに基づいて、空調設備と照明設備に対して分配する空調分配電力と照明分配電力を指示する。空調電力予測部２は、今後の所定時間の間に空調設備が必要とする空調必要電力を、目標室温を満たす空調運転パターンの候補ごとに予測して、最小の空調必要電力を電力分配部１に通知し、電力分配部１から指示された空調分配電力で運用される空調運転パターンを空調運転制御パターンとして指示する。空調設備制御部３は、空調電力予測部２から指示された空調運転制御パターンに基づいて空調設備を制御する。照明電力予測部４は、今後の所定時間の間に照明設備が必要とする照明必要電力を、目標照度を満たす照明調光点灯パターンの候補ごとに予測して、最小の照明必要電力を電力分配部１に通知し、電力分配部１から指示された照明分配電力で運用される照明調光点灯パターンを照明調光点灯制御パターンとして指示する。照明設備制御部５は、照明電力予測部４から指示された照明調光点灯制御パターンに基づいて照明設備を制御する。

図３は、この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムの動作の一例を示すフローチャートである。この図に沿って、この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムの動作について説明する。

ステップＳＴ１０１．
空調電力予測部２は、今後の所定時間の間の空調運転パターンの候補に応じた空調設備が必要とする空調必要電力を算出する。一般に、ある設定された目標室温を実現する空調の制御方法は、一意には決まらず、さまざまな空調運転パターンが存在するため、空調運転パターンの候補ごとに空調必要電力を予測するものとする。次に、空調電力予測部２は、目標室温を実現する空調運転パターンの候補のうち、最小必要電力で実現する空調運転パターンを選択し、選択した空調運転パターンの電力を空調必要電力として電力分配部１に通知する。

ステップＳＴ１０２．
また、照明電力予測部４は、今後の所定時間の間の照明調光点灯パターンの候補に応じた照明設備が必要とする照明必要電力を算出する。一般に、ある設定された目標照度を実現する照明の制御方法は一意には決まらず、さまざまな照明調光点灯パターンが存在するため、照明調光点灯パターンの候補ごとに照明必要電力を予測するものとする。次に、照明電力予測部４は、目標照度を実現する照明調光点灯パターンの候補のうち、最小必要電力で実現する照明調光点灯パターンを選択し、選択した照明調光点灯パターンの電力を照明必要電力として電力分配部１に通知する。

ステップＳＴ１０３．
電力分配部１は、空調電力予測部２から受け取った空調必要電力と照明電力予測部４から受け取った照明必要電力との合計値（必要電力の合計値）が、消費可能電力上限値を超えていないかを確認する。

ステップＳＴ１０４．
電力分配部１は、必要電力の合計値が消費可能電力上限値と同じ、もしくはそれ以下であった場合は、空調と照明の必要電力と同じ値を分配電力として空調電力予測部２と照明電力予測部４に対して指示する。

ステップＳＴ１０５．
空調電力予測部２は、電力分配部１から空調必要電力と同値の空調分配電力の指示を受け取ると、先に選択した空調運転パターンを空調運転制御パターンとして空調設備制御部３に指示する。空調設備制御部３は、この空調電力予測部２から指示された空調運転制御パターンに基づいて空調設備を制御する。

ステップＳＴ１０６．
同様に、照明電力予測部４は、電力分配部１から照明必要電力と同値の照明分配電力の指示を受け取ると、先に選択した照明調光点灯パターンを照明調光点灯制御パターンとして照明設備制御部５に指示する。照明設備制御部５は、この照明電力予測部４から指示された照明調光点灯制御パターンに基づいて照明設備を制御する。

なお、ステップＳＴ１０４において、電力分配部１は、必要電力の合計値が消費可能電力上限値以下であった場合は、消費可能電力上限値を超えない範囲で、余裕分の電力をどちらかの設備、あるいは双方の設備に分配する、必要電力以上の分配電力を指示してもよい。なお、双方の設備に分配する際には、余裕分の電力を均等に分配してもよいし、重みを付けて分配してもよい。また、特定の設備に対して優先して分配するようにしてもよい。

すなわち、ステップＳＴ１０４において、電力分配部１が余裕分の電力を分配して分配電力を指示する（ステップＳＴ１０４’とする。）場合、ステップＳＴ１０５において、空調電力予測部２は、電力分配部１から空調必要電力以上の空調分配電力の指示を受け取ると、空調分配電力を空調必要電力とする空調運転パターンを算出し、算出した空調運転パターンを空調運転制御パターンとして空調設備制御部３に指示し、空調設備を制御させる。（ステップＳＴ１０５’とする。）。同様に、ステップＳＴ１０６において、照明電力予測部４は、電力分配部１から照明必要電力以上の照明分配電力の指示を受け取ると、照明分配電力を照明必要電力とする照明調光点灯パターンを算出し、算出した照明調光点灯パターンを照明調光点灯制御パターンとして照明設備制御部５に指示し、照明設備を制御させる。（ステップＳＴ１０６’とする。）。

また、需要家施設に蓄電池のような蓄電設備が存在した場合は、余裕分の電力を全量あるいは一定量、空調設備と照明設備に分配するよりも優先して蓄電設備に蓄電するようにしてもよい。あるいは、空調設備と照明設備に分配した後、残余分の電力を蓄電設備に蓄電してもよい。畜電池が満充電したとき、または蓄電電力を供給しているときには、この限りではない。

ステップＳＴ１０７．
一方、電力分配部１は、必要電力の合計値が消費可能電力上限値を超えた場合は、消費可能電力の上限値以下となるように空調と照明に分配する分配電力を決定し、空調電力予測部２および照明電力予測部４に対して指示する。

ステップＳＴ１０８．
空調電力予測部２は、電力分配部１から空調必要電力未満の空調分配電力を指示されると、目標とする室温を変更するなどして、分配電力以下で空調設備を制御する空調運転パターンの候補を算出し、算出した空調運転パターンを空調運転制御パターンとして空調設備制御部３に指示する。空調設備制御部３は、空調電力予測部２から指示された空調運転制御パターンに基づいて空調設備を制御する。なお、電力分配部１から指示された空調分配電力が空調必要電力を確保できているときは、ステップＳＴ１０５と同様の処理を行う。

ステップＳＴ１０９．
また、照明電力予測部４は、電力分配部１から照明必要電力未満の照明分配電力を指示されると、目標とする照度を変更するなどして、分配電力以下で照明設備を制御する照明調光点灯パターンの候補を算出し、算出した照明調光点灯パターンを照明調光点灯制御パターンとして照明設備制御部５に指示する。照明設備制御部５は、照明電力予測部４から指示された照明調光点灯制御パターンに基づいて照明設備を制御する。なお、電力分配部１から指示された照明分配電力が照明必要電力を確保できているときは、ステップＳＴ１０６と同様の処理を行う。

なお、需要家内電力分配方法の一例として図３に示されるフローチャートでは、空調設備側の空調電力予測部２、空調設備制御部３の動作を照明設備側の照明電力予測部４、照明設備制御部５の動作より先行する手順として説明しているが、例えば、照明設備側の照明電力予測部４、照明設備制御部５の動作を空調設備側の空調電力予測部２、空調設備制御部３の動作より先行する手順としてもよい。また、例えば、ステップＳＴ１０１とステップＳＴ１０２、ステップＳＴ１０５とステップＳＴ１０６、ステップＳＴ１０８とステップＳＴ１０９は、並行して動作する手順としても構わない。

次に、電力分配部１において、電力分配部１から必要電力の合計値が消費可能電力上限値を上回っている場合に、空調と照明に分配する電力値を決定する方法について、需要家施設がオフィスビルである場合を例に、さらに詳しく説明する。

今、対象となるオフィスビルにおいては、執務環境の快適性の観点から目標とする室内環境が、冷房使用時室温２６℃、照度７００ルクスとされていたとする。

このとき、この室温と照度を実現するために必要な最小電力が、空調、照明のそれぞれの必要電力となる。しかし、必要電力の合計値が、上限の消費可能電力値を上回っているため、それぞれ、もしくはどちらか一方の必要電力は供給できないことになる。

ここで、オフィスビルのような施設の場合、人が業務を行う居室内の室温や精密な作業を行う執務環境としての照度が法律等で規定されている。例えば、人が業務を行う居室内は、「建築物における衛生的環境の確保に関する法律」（通称：ビル管法）により、１７℃以上２８℃以下でなくてはならないと定められている。また、精密な作業を行う執務環境は、「労働安全衛生法」（通称：安衛法）に関する「事務所衛生基準規則」では、３００ルクス以上の照度を確保する必要があると定められている。

そのため、冷房使用期間におけるオフィスビルの場合、室温は２８℃以下を維持する必要がある。一方、照明は最低でも３００ルクスの明るさを確保するよう照明設備を制御する必要がある。以下、このような空調、照明、それぞれに法定基準を守るために必要な電力を法定基準電力（以下、空調法定基準電力、照明法定基準電力）と呼ぶ。

電力分配部１は、まず、消費可能上限電力値のうち、空調、照明の法定基準電力をそれぞれに割り当てる。

次に、電力分配部１は、余裕分の電力である分配可能電力を、例えば、
分配可能電力＝消費可能電力上限値−（空調法定基準電力＋照明法定基準電力）
という計算式で求め、空調、照明それぞれに振り分ける。

ここで、空調、照明それぞれに振り分けた分配可能電力を空調分配可能電力、照明分配可能電力とすれば、割り当てられる空調分配電力、照明分配電力は、
空調分配電力＝空調法定基準電力＋空調分配可能電力
照明分配電力＝照明法定基準電力＋照明分配可能電力
という計算式で求められる。

なお、需要家施設に蓄電設備が存在し、蓄電設備に蓄電された電力（蓄電電力）がある場合には、分配可能電力を、例えば、
分配可能電力＝（消費可能電力上限値＋蓄電電力）
−（空調法定基準電力＋照明法定基準電力）
という計算式で求め、空調、照明それぞれに振り分ければよい。

この分配可能電力の内訳決定には、さまざまな方法がある。例えば、昼間は空調の必要電力確保を優先し、分配可能電力から空調必要電力を満たすために必要な電力を分配する。このあと、まだ分配可能電力に残余がある場合は、これを照明に分配する方法をとることができる。一方、これとは逆に、夜間は照明の必要電力確保を優先し、分配可能電力から照明必要電力を満たすために必要な電力を照明に分配し、分配可能電力の残余分を空調に分配する方法をとることができる。なお、夜間でも寒暖が顕著である場合には、分配可能電力の残余分を昼間と同様に空調の必要電力に優先して分配するようにしてもよい。

また、室温と照度を快適性の視点から指標化し、快適性の低下が最小限になるよう室温と照度の目標値設定を変更する方法をとることもできる。このとき、快適性の指標化は、例えば、室温が１℃変動することによる快適性の喪失感と、照度が１００ルクス低下することによる快適性の喪失感の比率を、オフィスビルに於ける執務者へのアンケート等で数値化して用いる。このアンケートは、例えば端末からの評価投票によって集計するようにしてもよい。もちろん、他の方法で指標化しても良いことは言うまでもない。また、快適性の視点として、室温と照度だけでなく、湿度も加えて指標化してもよい。

このように、この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムによれば、空調や照明など、複数種の負荷設備を有する需要家内において、各負荷設備対応に通知された必要電力とデマンドレスポンス等により制限される消費可能上限電力値とに基づいて、消費可能上限電力値を超えないように各負荷設備に分配電力を割り振り、割り振られた分配電力内で各負荷設備を運用するようにしたので、需要家内のピーク電力を抑制できるという効果を奏する。

また、この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムによれば、空調、照明などの各負荷設備が割り振られた分配電力以内で運用できる複数のパターンの候補の中から最適な制御パターンを選択するようにしたので、需要家内の快適性低下を計画的に抑制し、また快適性の低下を最小限に抑えることができるという効果を奏する。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムは、この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムと同様に、需要家の施設内にある代表的な負荷設備である空調と照明の二つを制御するものとして、そのシステム例について説明する。

図４は、この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムの構成の一例を示すシステム構成図である。図において、電力分配部１、空調電力予測部２、空調設備制御部３、照明電力予測部４、照明設備制御部５は、図２に示したこの発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムにおける同一符号のものと同様であるが、空調電力予測部２、空調設備制御部３、照明電力予測部４は、一部異なる動作を行う。また、図２に示したこの発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムに対して、空調設備稼働履歴記録部６、熱負荷予測部７、照度予測部８が追加された構成になっている。

空調電力予測部２は、今後の所定時間の間に空調設備が必要とする空調必要電力を、目標室温を満たす空調運転パターンの候補ごとに熱負荷予測部７（後述）によって生成された室温変化予測情報に基づいて予測して、予測した室温との乖離が最小の空調必要電力を電力分配部１に通知し、電力分配部１から指示された空調分配電力で運用される空調運転パターンを空調運転制御パターンとして指示する。空調設備制御部３は、空調電力予測部２から指示された空調運転制御パターンに基づいて空調設備を制御し、制御した空調設備稼働情報を生成する。照明電力予測部４は、今後の所定時間の間に照明設備が必要とする照明必要電力を、目標照度を満たす照明調光点灯パターンの候補ごとに照度予測部８（後述）によって生成された照度予測情報に基づいて予測して、予測した照度との乖離が最小の照明必要電力を電力分配部１に通知し、電力分配部１から指示された照明分配電力で運用される照明調光点灯パターンを照明調光点灯制御パターンとして指示する。空調設備稼働履歴記録部６は、記憶手段として、空調設備制御部３が生成した空調設備稼働情報を空調設備稼働履歴として記録する。熱負荷予測部７は、空調設備稼働履歴記録部６が記録した空調設備稼働履歴から建物の蓄熱特性を算出し、算出した建物の蓄熱特性と空調電力予測部２から得た目標室温を満たす空調運転パターンと外気温の変化予測情報とに基づいて、今後の室温変化を予測した室温変化予測情報を生成する。照度予測部８は、照明電力予測部４から得た目標照度を満たす照明調光点灯パターンに基づいて、室内の照度を予測した照度予測情報を生成する。

なお、具体的な熱負荷予測の方法については、例えば特開２０１１−２１４７９４号公報に開示される方法などがある。

図５は、この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムの動作の一例を示すフローチャートである。この図に沿って、この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムの動作について説明する。

ステップＳＴ２０１．
空調電力予測部２は、今後の所定時間の間の空調運転パターンに応じた空調設備が必要とする空調必要電力を算出する。次に、空調電力予測部２は、目標室温を満たす各空調運転パターンに応じて、気象予測情報に含まれる外気温変化予測情報と空調設備稼働履歴記録部６に記録された空調設備稼働履歴とに基づいて室温がどのように変化するかを熱負荷予測部７に予測させ、その予測結果として得た室温変化予測情報を参照して、目標室温を実現する空調運転パターンの候補のうち、目標室温からの乖離が最も小さく、かつ最小必要電力で実現する空調運転パターンを選択し、選択した空調運転パターンの電力を空調必要電力として電力分配部１に通知する。

ステップＳＴ２０２．
また、照明電力予測部４は、今後の所定時間の間の照明調光点灯パターンに応じた照明設備が必要とする照明必要電力を算出する。次に、照明電力予測部４は、目標照度を満たす各照明調光点灯パターンに応じて、室内の照度がどのようになるかを照度予測部８に予測させ、その予測結果として得た照度予測情報を参照して、目標照度を実現する照明調光点灯パターンの候補のうち、目標照度からの乖離が最も小さく、かつ最小電力で実現する照明調光点灯パターンを選択し、選択した照明調光点灯パターンの電力を照明必要電力として電力分配部１に通知する。

ステップＳＴ１０３、ステップＳＴ１０４、ステップＳＴ１０７．
空調電力予測部２、照明電力予測部４から空調設備、照明設備に対応した必要電力を通知された電力分配部１は、図３に示される実施の形態２に係るフローチャートと同様の手順（ステップＳＴ１０４、ステップＳＴ１０７）で、それぞれの設備に対する分配電力を決定する。ここで、ステップＳＴ１０７は、必要電力の合計値が消費可能電力上限値を上回っている場合であって、電力分配部１は、空調電力予測部２、照明電力予測部４に対して、空調設備、照明設備の少なくとも一方に必要電力未満の分配電力を指示する。

ステップＳＴ１０５、ステップＳＴ１０６．
また、ステップＳＴ１０４に続くステップＳＴ１０５、ステップＳＴ１０６は、図３に示される実施の形態２に係るフローチャートと同様の手順で処理するため、説明を省略する。

ステップＳＴ２０３．
電力分配部１から空調電力予測部２に対して、空調必要電力未満の空調分配電力が指示された場合、空調電力予測部２は、空調分配電力以下で空調を制御する新たな空調運転パターンに応じて、気象予測情報に含まれる外気温変化予測情報と空調設備稼働履歴とに基づいて室温がどのように変化するかを熱負荷予測部７に予測させ、その予測結果として得た室温変化予測情報を参照して、新たな空調運転パターンの候補のうち、目標室温からの乖離が最も少ない空調運転パターンを選択し、選択した空調運転パターンを空調運転制御パターンとして空調設備制御部３に指示する。空調設備制御部３は、空調電力予測部２から指示された空調運転制御パターンに基づいて空調設備を制御すると共に、空調設備の稼働状況およびこれに付随する室温情報などを含む空調設備稼働情報を空調設備稼働履歴記録部６に通知して空調設備稼働履歴として記録させる。なお、電力分配部１から指示された空調分配電力が空調必要電力を確保できているときは、ステップＳＴ１０５と同様の処理を行う。

ステップＳＴ２０４．
また、電力分配部１から照明電力予測部４に対して、照明必要電力未満の照明分配電力が指示された場合、照明電力予測部４は、照明分配電力以下で照明を制御する新たな照明調光点灯パターンに応じて、室内の照度がどのようになるかを照度予測部８に予測させ、その予測結果として得た照度予測情報を参照して、新たな照明調光点灯パターンの候補のうち、目標照度からの乖離が最も少ない照明調光点灯パターンを選択し、選択した照明調光点灯パターンを照明調光点灯制御パターンとして照明設備制御部５に指示する。照明設備制御部５は、照明電力予測部４から指示された照明調光点灯制御パターンに基づいて照明設備を制御する。なお、電力分配部１から指示された照明分配電力が照明必要電力を確保できているときは、ステップＳＴ１０６と同様の処理を行う。

なお、需要家内電力分配方法の一例として図５に示されるフローチャートでは、空調設備側の空調電力予測部２、空調設備制御部３の動作を照明設備側の照明電力予測部４、照明設備制御部５の動作より先行する手順として説明しているが、例えば、照明設備側の照明電力予測部４、照明設備制御部５の動作を空調設備側の空調電力予測部２、空調設備制御部３の動作より先行する手順としてもよい。また、例えば、ステップＳＴ２０１とステップＳＴ２０２、ステップＳＴ１０５とステップＳＴ１０６、ステップＳＴ２０３とステップＳＴ２０４は、並行して動作する手順としても構わない。

また、照度予測部８により、照度を予測する際、人の入退室に応じて照明の点灯箇所を増減するような省エネルギー制御を含めた照度変化を予測しても良い。また、近年の照明機器は、照度センサと連動することで、昼間は屋外から差し込む太陽光を利用した省エネルギー制御が可能なものもあるため、このような昼光利用省エネルギー制御を含めた照度変化を予測してもよい。

このように、この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムによれば、この発明の実施の形態２に係る需要家内電力分配システムと同様に、空調や照明など、複数種の負荷設備を有する需要家内において、各負荷設備対応に通知された必要電力とデマンドレスポンス等により制限される消費可能上限電力値とに基づいて、消費可能上限電力値を超えないように各負荷設備に分配電力を割り振り、割り振られた分配電力内で各負荷設備を運用するようにしたので、需要家内のピーク電力を抑制できるという効果を奏する。

また、この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムによれば、空調、照明などの各負荷設備が割り振られた分配電力以内で運用できる複数のパターンの候補の中から、例えば目標室温、目標照度などの負荷設備に対する目標指標値からの乖離が少ない最適な制御パターンを選択するようにしたので、需要家内の快適性低下を計画的に抑制し、また快適性の低下を最小限に抑えることができるという効果を奏する。

また、この発明の実施の形態３に係る需要家内電力分配システムによれば、気象予測情報に含まれる外気温変化予測情報と空調設備稼働履歴とに基づいて予測した室温変化予測情報を利用して、空調設備が割り振られた分配電力以内で運用できる複数のパターンの候補の中から目標室温からの乖離がより少ない最適な空調運転制御パターンを選択するようにしたので、需要家内の快適性低下を計画的に抑制し、また快適性の低下を最小限に抑えることができるという効果を奏する。

以上のように、この発明の実施の形態に係る需要家内電力分配システムでは、空調設備と照明設備の組合せを具体例として説明したが、この負荷設備の組合せに限らず、需要家内で他の制御可能な負荷設備を含めた任意の組合せで構成してもよい。

この発明に係る需要家内電力分配システムによれば、複数種の負荷設備を有する需要家内において、各負荷設備対応に通知された必要電力とデマンドレスポンス等により制限される消費可能上限電力値とに基づいて、消費可能上限電力値を超えないように各負荷設備に分配電力を割り振り、割り振られた分配電力内で各負荷設備を運用するようにしたので、需要家内のピーク電力を抑制できるという効果を奏する。

以上のように、本発明にかかる需要家内電力分配システムおよび需要家内電力分配方法は、電力が不足し、電力供給側からデマンドレスポンスによるピークカットが行われた場合に有用であり、空調、照明それぞれの消費電力予測モデルに基づき、例えばビル全体で快適性に配慮しつつピークカット制御を行うことができる。

１電力分配部、２空調電力予測部、３空調設備制御部、４照明電力予測部、５照明設備制御部、６空調設備稼働履歴記録部、７熱負荷予測部、８照度予測部、１２電力予測部、１３設備制御部。

Claims

需要家内の複数の負荷設備のそれぞれを運転する運転パターンとして指標値が任意の目標に達する運転パターンを選択した場合に前記複数の負荷設備のそれぞれで消費される必要電力を予測する電力予測部と、
前記複数の負荷設備の全体で消費してもよい消費可能電力の上限値を外部から受け取り、受け取った消費可能電力の上限値と、前記電力予測部により予測された必要電力と、前記複数の負荷設備を運転する運転パターンとして前記指標値が法定基準を満たす運転パターンを選択した場合に前記複数の負荷設備のそれぞれで消費される基準電力とに基づいて、前記複数の負荷設備のそれぞれに分配する分配電力を決定する電力分配部と、
前記電力分配部により決定された分配電力以下の電力を消費する運転パターンで前記複数の負荷設備のそれぞれを運転する設備制御部と
を備えたことを特徴とする需要家内電力分配システム。
前記電力分配部は、前記消費可能電力の上限値が前記必要電力の合計より小さいとき、前記基準電力と、前記消費可能電力の上限値から前記基準電力の合計を差し引いた分配可能電力とが前記複数の負荷設備のうち少なくとも一つの負荷設備に割り当てられ、前記基準電力が他の負荷設備に割り当てられるように前記分配電力を決定することを特徴とする請求項１に記載の需要家内電力分配システム。
前記電力予測部は、前記複数の負荷設備のうち前記分配電力が前記必要電力より小さい負荷設備について、当該負荷設備を運転する運転パターンとして選択した場合に前記指標値と前記目標との乖離が少なく、かつ、当該負荷設備で消費される電力が前記分配電力以下になる運用パターンで当該負荷設備を運転するよう前記設備制御部に指示することを特徴とする請求項２に記載の需要家内電力分配システム。
前記電力分配部は、前記消費可能電力の上限値が前記必要電力の合計より小さくないとき、前記必要電力が前記複数の負荷設備のそれぞれに割り当てられるように前記分配電力を決定することを特徴とする請求項１に記載の需要家内電力分配システム。
前記電力予測部は、前記複数の負荷設備のうち前記分配電力が前記必要電力と等しい負荷設備について、当該負荷設備を運転する運転パターンとして選択した場合に当該負荷設備で消費される電力が前記必要電力になると予測した運用パターンで当該負荷設備を運転するよう前記設備制御部に指示することを特徴とする請求項４に記載の需要家内電力分配システム。
前記電力分配部は、前記消費可能電力の上限値が前記必要電力の合計より大きいとき、前記必要電力と、前記消費可能電力の上限値から前記必要電力の合計を差し引いた分配可能電力とが前記複数の負荷設備のうち少なくとも一つの負荷設備に割り当てられ、前記必要電力が他の負荷設備に割り当てられるように前記分配電力を決定することを特徴とする請求項１に記載の需要家内電力分配システム。
前記電力予測部は、前記複数の負荷設備のうち前記分配電力が前記必要電力より大きい負荷設備について、当該負荷設備を運転する運転パターンとして選択した場合に当該負荷設備で消費される電力が前記必要電力になると予測した運用パターンで当該負荷設備を運転するよう前記設備制御部に指示することを特徴とする請求項６に記載の需要家内電力分配システム。
前記複数の負荷設備には、空調設備および照明設備が含まれ、
前記電力予測部は、前記空調設備を運転する運転パターンとして前記指標値の一つである室温が目標温度に達する空調運転パターンを選択した場合に前記空調設備で消費される必要電力を空調必要電力として予測するとともに、前記照明設備を運転する運転パターンとして前記指標値の一つである照度が目標照度に達する照明調光点灯パターンを選択した場合に前記照明設備で消費される必要電力を照明必要電力として予測することを特徴とする請求項１に記載の需要家内電力分配システム。
前記空調設備の運転の履歴から建物の蓄熱特性を算出し、算出した建物の蓄熱特性に基づいて、前記室温の変化を予測する熱負荷予測部
をさらに備え、
前記電力予測部は、前記空調設備について、前記分配電力が前記必要電力より小さいとき、前記熱負荷予測部による予測の結果を参照して、前記空調設備を運転する運転パターンとして選択した場合に前記室温と前記目標温度との乖離が少なく、かつ、前記空調設備で消費される電力が前記分配電力以下になる空調運転パターンを選択し、選択した空調運転パターンで前記空調設備を運転するよう前記設備制御部に指示することを特徴とする請求項８に記載の需要家内電力分配システム。
電力予測部が、需要家内の複数の負荷設備のそれぞれを運転する運転パターンとして指標値が任意の目標に達する運転パターンを選択した場合に前記複数の負荷設備のそれぞれで消費される必要電力を予測するステップと、
電力分配部が、前記複数の負荷設備の全体で消費してもよい消費可能電力の上限値を外部から受け取り、受け取った消費可能電力の上限値と、前記電力予測部により予測された必要電力と、前記複数の負荷設備を運転する運転パターンとして前記指標値が法定基準を満たす運転パターンを選択した場合に前記複数の負荷設備のそれぞれで消費される基準電力とに基づいて、前記複数の負荷設備のそれぞれに分配する分配電力を決定するステップと、
設備制御部が、前記電力分配部により決定された分配電力以下の電力を消費する運転パターンで前記複数の負荷設備のそれぞれを運転するステップと
を有することを特徴とする需要家内電力分配方法。